擠壓膨化糙米制備復(fù)合粉粥工藝及其性質(zhì)研究

肖宇琨，陳野

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

擠壓膨化糙米制備復(fù)合粉粥工藝及其性質(zhì)研究

肖宇琨，陳野*

（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

以糙米粉為主要原料，加入一定量的黃豆粉和苦蕎麥粉，利用雙螺桿擠壓膨化機(jī)制作營養(yǎng)速食復(fù)合粉粥，研究擠壓參數(shù)對(duì)粥物化性質(zhì)和感官的影響。糙米中維生素、膳食纖維與礦物質(zhì)含量豐富，通過加入黃豆、苦蕎麥補(bǔ)充更多的優(yōu)質(zhì)蛋白、生物類黃酮等多種營養(yǎng)素，使混合粉粥營養(yǎng)更加全面。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)物料含水量在18%，擠壓機(jī)三區(qū)擠壓溫度為95℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí)，產(chǎn)品各項(xiàng)綜合指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，得到的產(chǎn)品口感醇厚，粥體爽滑，顏色呈均勻淺黃色并有特殊糙米香味。

糙米；苦蕎麥；黃豆；擠壓膨化

糙米是稻谷直接脫去外保護(hù)皮層得到的帶有褐色表皮的稻米，糙米中維生素、膳食纖維與礦物質(zhì)含量更加豐富[1-2]。現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，糙米中保留了大量膳食纖維，可有效預(yù)防便秘和腸癌[3]。通過動(dòng)物試驗(yàn)或臨床試驗(yàn)證明糙米具有降血脂，降血壓，抗癌，預(yù)防及輔助治療糖尿病及其并發(fā)癥，降低心血管疾病的發(fā)生率，改善記憶及預(yù)防老年癡呆癥等藥理療效[4-5]。黃豆含人體必需的8種氨基酸，多種維生素及多種微量元素，可降低血中膽固醇，預(yù)防高血壓、冠心病等，內(nèi)含亞油酸，能促進(jìn)兒童神經(jīng)發(fā)育[6]。苦蕎麥中含有生物類黃酮、多種維生素、18種氨基酸、粗蛋白、葉綠素及其硒、鋅、鎂、鉻、鈣等礦物質(zhì)及微量元素，能抗氧化，清除體內(nèi)自由基，延緩衰老，預(yù)防和治療腫瘤、癌癥，具有減肥美容、排毒養(yǎng)顏等功效。

隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的不斷加快，人們迫切希望減輕家務(wù)勞動(dòng)，于是方便食品應(yīng)運(yùn)而生，方便粥是方便食品的一種。一般的做粥方法有熬煮法、烘烤法、炒制法、微波法和擠壓膨化法。擠壓膨化是使物料在機(jī)筒內(nèi)受到高溫和擠壓作用而發(fā)生物理和化學(xué)變化生產(chǎn)產(chǎn)品的方法，比傳統(tǒng)的加工方法更加安全和穩(wěn)定[7]。它是一種高溫瞬時(shí)處理技術(shù)，可以將多種食材轉(zhuǎn)化為半成品或即食的成品[8]。如谷物早餐、意大利面等。食品原料擠壓過程中受到高溫作用也能通過消除或者減弱抗性因子的含量來提高消化性。本研究通過擠壓混合谷物粉，再將得到的產(chǎn)品進(jìn)行粉碎調(diào)配成復(fù)合粉粥。研究擠壓工藝參數(shù)對(duì)擠壓谷物混合粉的理化性質(zhì)的影響；研究擠壓前后營養(yǎng)成分的變化，以及感官品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

糙米粉、苦蕎麥粉、黃豆粉：上海今良食品專營店。

SYSLG32-Ⅱ型雙螺桿擠壓機(jī)：濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司；FW80型高速萬能粉碎機(jī)：泰斯特儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

復(fù)合糙米粉粥制作工藝流程：

物料混合（糙米粉、苦蕎麥粉、黃豆粉=7∶1∶2，質(zhì)量比）→調(diào)節(jié)水分→調(diào)節(jié)擠壓機(jī)參數(shù)→擠壓膨化→冷卻干燥→擠壓膨化產(chǎn)品特性測定→粉碎機(jī)粉碎制粉→感官評(píng)價(jià)→粉粥產(chǎn)品特性測定

物料混合比例的確定：經(jīng)前期試驗(yàn)，黃豆粉添加量過多時(shí)，擠出物無法膨化，過少時(shí)擠出物容易焦糊，苦蕎麥粉的添加對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤有較大的影響，為了不影響產(chǎn)品的風(fēng)味、色澤以及擠出形態(tài)，在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定了此物料混合比例。

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上（最佳擠壓溫度105℃，物料含水量15%，螺桿轉(zhuǎn)速175 r/min），選出較優(yōu)工藝參數(shù)范圍，選取三區(qū)擠壓溫度（A），物料含水量（B），螺桿轉(zhuǎn)速（C）作為3個(gè)試驗(yàn)因素，進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平表見表1。

表1 谷物混合粉擠壓膨化正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal test level of the mixed grain powder expanded product

1.2.3 吸水性指數(shù)

吸水性指數(shù)的測定根據(jù)Kaur和Singh的方法。將20 g樣品混合在蒸餾水中30 min，然后在4 500 r/min下離心15 min，將上清液在超過130℃的溫度下干燥2 h，重復(fù)測量，吸水指數(shù)計(jì)算為：

1.2.4 水溶性指數(shù)

將測定吸水指數(shù)時(shí)的上清液倒入預(yù)先稱量的蒸發(fā)皿中干燥至恒重，水溶性指數(shù)計(jì)算為：

1.2.5 感官評(píng)價(jià)評(píng)分

本試驗(yàn)的感官評(píng)價(jià)20名（男女各半）參加過食品感官培訓(xùn)課程的具有食品專業(yè)學(xué)位的評(píng)價(jià)員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。準(zhǔn)備擠壓混合粉與水質(zhì)量比為1∶4的產(chǎn)品，在100℃下加熱5 min，大約40 g新鮮粥樣品放在透明的塑料杯中，在感官評(píng)價(jià)之前保持在室溫下。感官評(píng)價(jià)表參考DB34/T 1113-2009《方便粥》地方標(biāo)準(zhǔn)等，基于感官評(píng)價(jià)體系的具體內(nèi)容[9]以及人們對(duì)粉粥的感受要求制定，具體標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 谷物混合粉擠壓膨化產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation index and grading standard of the mixed grain powder expanded product

1.2.6 掃描電鏡觀察產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)

將最優(yōu)擠壓條件下的樣品粉碎后，粘在銅板上，并使用噴金儀對(duì)樣品表面進(jìn)行噴金處理，噴金兩次，每次60 s，然后將其置于掃描電鏡下觀察擠壓膨化產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.7 產(chǎn)品熱特性分析

將最優(yōu)擠壓條件下的樣品粉碎，準(zhǔn)確稱取粉碎后的樣品2 mg左右，置于密封坩堝中，使用DCS-60A島津自動(dòng)差示量熱掃描儀對(duì)其進(jìn)行熱特性分析。分析時(shí)升溫速率為10℃/min，升溫范圍為25℃～300℃，對(duì)其熱特性曲線進(jìn)行觀察與分析[10]。

1.2.8 擠壓之后物料組分的變化

擠壓膨化的加工使得谷物混合粉中發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，對(duì)其中主要的宏量營養(yǎng)素的含量變化進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓對(duì)產(chǎn)品物理性質(zhì)的影響

正交試驗(yàn)中擠壓對(duì)產(chǎn)品吸水指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響評(píng)價(jià)得分見表3。

表3 正交試驗(yàn)中擠壓對(duì)產(chǎn)品吸水指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響評(píng)價(jià)得分Table 3 Effect of extrusion processing on the expansion ratio，water absorption index and water solubility index of mixed grain powder

由表3可知，在擠壓溫度為105℃，物料含水量為18%，螺桿轉(zhuǎn)速為150 r/min時(shí)，擠壓產(chǎn)品的膨脹度達(dá)到最大值11.4；最大吸水性指數(shù)5.38和最高水溶性指數(shù)20.19均出現(xiàn)在在擠壓溫度為95℃，物料含水量為15%，螺桿轉(zhuǎn)速為175 r/min的條件下。

水溶性指數(shù)是一個(gè)表示淀粉顆粒降解總數(shù)的參數(shù)，也就是糊化，以及淀粉的增溶。由表3可以看出：螺桿轉(zhuǎn)速的提高明顯增加了擠出物的水溶性指數(shù)。螺桿轉(zhuǎn)速為175 r/min和200 r/min時(shí)的平均水溶性指數(shù)分別為15.72和13.61。在高螺桿轉(zhuǎn)速下水溶性指數(shù)的增加可能是由于在擠壓過程中，原料充分的展開增加了淀粉或纖維的降解[11-12]。

以感官評(píng)價(jià)的結(jié)果作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4。

表4 谷物混合粉擠壓膨化正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of the mixed grain powder expanded product Orthogonal experiment

續(xù)表4 谷物混合粉擠壓膨化正交試驗(yàn)結(jié)果Continue table 4 Results of the mixed grain powder expanded product Orthogonal experiment

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行F檢驗(yàn)，分析結(jié)果見表5。

表5 正交試驗(yàn)方差分析表Table 5 Variance analysis of orthogonal experiment

可知：擠壓溫度、物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速這3個(gè)因素的極差值都大于空列，因此這3個(gè)因素的效應(yīng)是存在的，且對(duì)擠壓膨化產(chǎn)品的影響主次順序?yàn)椋簲D壓溫度＞螺桿轉(zhuǎn)速＞物料含水量。A因素以A1水平為最適；B因素以B3水平為最適；C因素以C1水平為最適。因此本試驗(yàn)的最適參數(shù)為A1B3C1，即擠壓溫度為95℃，物料含水量為18%，螺桿轉(zhuǎn)速為150 r/min。擠壓溫度對(duì)產(chǎn)品有顯著影響，其它因素影響不顯著。

經(jīng)過綜合考慮，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)，得到最佳生產(chǎn)工藝條件為擠壓溫度95℃，物料含水量18%，螺桿轉(zhuǎn)速150 r/min。對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證感官評(píng)價(jià)，最終得分為7.63分，所得評(píng)分最高。

2.2 掃描電鏡觀察產(chǎn)品的微觀特性

谷物混合粉擠壓膨化前后的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)比圖見圖1。

圖1 擠壓前后掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)圖Fig.1 SEM micrographs of the mixed grain powder and extrusion products

分析掃描電鏡圖可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)擠壓的谷物混合粉，其顆粒表面較粗糙且無孔洞；而經(jīng)過擠壓膨化然后粉碎的產(chǎn)品淀粉顆粒膨脹得多，呈片狀結(jié)構(gòu)，表面較光滑，棱角分明，破損程度有所增加。這可能是由于：擠壓機(jī)內(nèi)，加熱和擠壓幾乎在同一時(shí)間完成，使得物料中的淀粉顆粒被破壞，在高溫高壓下降解使淀粉分子間的氫鍵斷裂而發(fā)生糊化，淀粉顆粒表面破損程度也隨之增加。

2.3 產(chǎn)品熱特性

熱特性曲線分析見圖2。

圖2 混合谷物粉擠壓前后的熱特性曲線圖Fig.2 DSC curves of the mixed grain powder and extrusion products

由圖2可知，經(jīng)擠壓膨化并粉碎后得到的產(chǎn)品，其變性起始溫度、峰值溫度以及凝膠化終止溫度較未膨化的谷物粉都有所降低。DSC吸收峰的大小表示樣品由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棤顟B(tài)時(shí)的吸收焓值，擠壓得到的產(chǎn)品吸收焓值相比于未擠壓的混合谷物粉要小很多，這可能是由于經(jīng)過擠壓機(jī)的擠壓膨化作用，物料中的淀粉顆粒膨脹變性，淀粉的糊化使鏈段從有序變?yōu)闊o序狀態(tài)，因而在轉(zhuǎn)變過程中所需的熱量減少。

2.4 產(chǎn)品的營養(yǎng)組分

擠壓前后產(chǎn)品中主要營養(yǎng)成分的變化見表6。

表6 擠壓前后產(chǎn)品中主要營養(yǎng)成分的變化Table 6 Changes of the main nutrients in the produet before and after extrusion

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過擠壓膨化處理后的產(chǎn)品，粗蛋白的含量基本沒有變化，水分含量、粗脂肪含量有所減少；同時(shí)總糖含量與粗纖維的含量有一定的增加。產(chǎn)品的水溶性指數(shù)與吸水指數(shù)與之前相比也有了增加，這證明淀粉顆粒降解總數(shù)增多，糊化度增高。

3 結(jié)論

擠壓混合谷物粉的最佳工藝條件是：擠壓機(jī)三區(qū)的擠壓溫度為95℃；物料含水量為18%；螺桿轉(zhuǎn)速為150 r/min，在此條件下產(chǎn)品得到最高的感官評(píng)分7.63。擠壓后的產(chǎn)品與未經(jīng)擠壓的產(chǎn)品相比，其脂肪含量有所下降，粗蛋白、粗纖維、總糖的含量有一定的增加，感官品質(zhì)與傳統(tǒng)的烘焙熟制方法相比，也有提高。本研究表明：可以通過擠壓，將谷物混合粉膨化后粉碎制成擠壓膨化復(fù)合粉粥，得到更加方便健康，營養(yǎng)均衡的產(chǎn)品，具有廣闊的開發(fā)前景，本研究也為同類不同組成的谷物混合粉的生產(chǎn)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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Researches on Production and Properties of Brown Rice Porridge by Extrusion

XIAO Yu-kun，CHEN Ye*
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

A co-rotating twin-screw extruderwas used to extrude the mixture of brown rice mixed soybean and fagopyrum tartaricum.As well as the effect of extrusion conditions on physical，chemical and sensory characteristics was studied.Brown rice is rich in vitamins，dietary fiber and minerals，and the mixed raw materials was nutritionally complete by adding soybean and fagopyrum tartaricum.The results suggested that moisture content 18%，barrel temperatures（BT-3）95℃，and screw speeds 150 r/min were optimal condition，the product taste mellow and smooth，color rendering uniform light yellow，and has the special flavor.

brown rice；fagopyrum tartaricum；soybean；extrusion

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.024

2016-09-05

肖宇琨（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。

*通信作者：陳野（1968—），男（漢），教授，博士，研究方向：農(nóng)副產(chǎn)品加工。