裸燕麥與玉米淀粉混合擠壓膨化技術研究

薛朕鈺，劉金福，2，*，薛淼，劉斌

（1.天津農學院食品科學與生物工程學院，天津300384；2.天津市農副產品深加工技術工程中心，天津300384；3.天津市鴻祿食品有限公司，天津301713）

裸燕麥（naked oats），是一種具有很好的保健功效的糧食作物，在高血壓、糖尿病、冠心病、肥胖癥等慢性疾病的預防和人體亞健康狀態的改善等方面具有一定的作用[1-2]。

擠壓膨化技術是一個復雜的集合的加工體系，是將混合攪拌、破碎、高溫高壓、滅菌和膨化成型融為一體的高新技術，可以對富含淀粉、蛋白質的多種原料進行加工改變其物性、化學結構或進行營養重組。國內外對擠壓膨化技術的研究頗多[3]，一般是通過擠出物的膨化率、糊化度、吸水性指數、水溶性指數、硬度及容重等理化特性指標的變化來評價加工物料的變化[4]。研究發現，影響擠壓膨化品質的首要因素是原料中的直鏈淀粉含量，其次是水分含量和粗纖維含量[5]。燕麥淀粉形狀不規則，多為面體，易聚集，光滑無孔洞，且其直鏈淀粉含量在10.6%～24.5%[6-8]；而玉米淀粉直鏈淀粉含量高，形狀不規則與燕麥淀粉相似，溶解度較低[9]。本文通過添加玉米淀粉來改善裸燕麥擠壓膨化特性，研究適宜的原料配比和加工技術條件，考察其膨化度、脆度、吸水性以及水溶性等指標的變化，為膨化食品和作為沖調類食品的配料的生產提供參考。

1 材料與儀器

裸燕麥：產地為內蒙古呼和浩特市，張家口康希燕麥食品有限公司出品；精制玉米淀粉：天津中英保健食品有限公司生產，直鏈淀粉含量約為70%。

KRT-34研磨式粉碎機：北京錕捷玉誠機械設備有限公司；DSE-30雙螺桿擠壓膨化機：濟南鼎潤機械設備有限公司；TA.XT.Plus物質測試儀（質構儀）：英國Stable Micro System公司。

2 試驗方法

2.1 正交試驗因素選擇

參考有關文獻[10-11]及預試驗結果設定雙螺桿擠壓膨化機的螺桿轉速設定為25 Hz，喂料速度40 g/min，選用直徑為5.0 mm的模口進行測試，擠壓過程順暢。當IV區模口溫度設定為180℃時，燕麥擠出物顏色明顯發黑并帶有焦糊味道易堵塞；物料加水量超過8%時，擠出物流暢且顏色呈棕色，冷卻至室溫后硬度過大，膨化度較差，而低于4%時物料擠出呈噴射狀分散。為增加裸燕麥膨化特性，添加適量精制玉米淀粉，發現其膨化度有所改善，口感及脆度較好，添加精制淀粉超過60%時，物料擠出呈噴射狀分散，低于40%時產品較細且膨化度明顯降低，口感較差。

2.2 正交試驗設計

本試驗采用正交試驗的方法，以IV區模口溫度（160、170、180℃）、燕麥淀粉物料比（4 ∶6、5∶5、6∶4）、物料加水量（4%、6%、8%）3個工藝參數水平建立L9（33）正交試驗模型，試驗設計因素水平如表1所示。

表1 因素水平正交試驗設計Table 1 Orthogonal experiment design of factor level

2.3 膨化度的測定

將樣品截取為2 cm的小段，用游標卡尺測定產品中央直徑，按下式計算膨化率（模口直徑5.0 mm）。重復15次。

2.4 質構的測定

截取長度約為2 cm具有代表性的產品水平放在承載平臺上，采用TA.XT.Plus物質測試儀，P/35型模頭，壓縮模式（Texture Profile Analysis），測試前速度2.0 mm/s，測試速度 1.0 mm/s，測試后速度 2.0 mm/s，下壓程度50%[12]。重復10次。

2.5 吸水性指數和水溶性指數的測定

將樣品粉碎，稱2.5 g（W0），放入已知質量的離心管中（W1），加入30 mL蒸餾水，震蕩，直至膨化物被完全分散。30℃水浴震蕩30 min后，4 000 r/min離心20 min，將上清液倒入已知質量（W2）鋁盒中，105℃烘至恒重（W3），稱取沉淀物和離心管的總重量（W4）。重復3次。

2.6 感官評價

選取10名食品專業的人員進行感官評價（年齡20歲～60歲）。本評價采用5分制，感官評價指標、評分標準等[13]如表2所示。

表2 燕麥擠壓膨化產品感官評價指標及評分標準Table 2 Sensory evaluation index and scoring standard of oat extrusion products

2.7 綜合評價

采用線性插值法，將膨化率、吸水性指數、水溶性指數、質構的測定和感官評價轉化為5分制，將產品測定的數據最大值Xmax記為5.0分，最小值Xmin記為1.0分，其它數據對應的分值為：S（X）=4×（X-Xmin）÷（Xmax-Xmin）+1.0，綜合評分為各指標加權得分之和。

綜合評分=膨化率得分×權重（0.2）+吸水性指數×權重（0.15）+水溶性指數×權重（0.15）+質構的測定×權重（0.3）+感官評價得分×權重（0.2）

2.8 數據統計分析

采用SPSS 23.0統計軟件進行膨化產品工藝參數的數據處理。

3 結果與分析

3.1 原料成分分析

首先對裸燕麥和精制玉米淀粉原料的主要成分進行分析，如表3所示。

表3 原料成分分析Table 3 Analysis of raw material composition

通過原料成分分析，裸燕麥粉中蛋白質含量較高，是精制玉米淀粉的35倍；蛋白質含量較高影響裸燕麥粉膨化特性，添加50%玉米淀粉可提高產品的感官評分[14]。

3.2 擠壓膨化工藝參數對膨化度的影響

以膨化度為指標進行L9（33）正交試驗，分析結果如表4所示。

表4 以膨化度為指標的L9（33）正交試驗及結果Table 4 Orthogonal experiment and result of L9（33）with expansion degree as index

續表4 以膨化度為指標的L9（33）正交試驗及結果Continue table 4 Orthogonal experiment and result of L9（33）with expansion degree as index

由表 4 的極差分析結果可知，RC＞RB＞RA，三因素對膨化度影響大小依次為：燕麥淀粉物料比（C）＞Ⅳ區模口溫度（B）＞加水量（A）。三因素中，燕麥與淀粉物料比對擠壓膨化工藝的影響較為顯著。

運用spss進行單因素一般線性模型主體間效應檢驗如表5所示。

表5 以膨化度為因變量的主體間效應檢驗Table 5 Intersubjective effect test with expansion as a dependent variable

3個因素對膨化度的影響都極顯著，p＜0.01，誤差較小，故進行各因素水平間Duncan式多重比較來確定最佳工藝參數為A1B3C1，即加水量4%，Ⅳ區模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6。

3.3 擠壓膨化工藝參數對硬度和脆度的影響

以膨化度為指標進行L9（33）正交試驗，分析結果如表6所示。

表6 以質構為指標的L9（33）正交試驗及結果Table 6 Orthogonal experiment and result of L9（33）with texture analysis as index

續表6 以質構為指標的L9（33）正交試驗及結果Continue table 6 Orthogonal experiment and result of L9（33）with texture analysis as index

由表6的極差分析結果可得，在對質構硬度影響中RB＞RC＞RA，三因素對硬度影響大小依次為：Ⅳ區模口溫度（B）＞燕麥淀粉物料比（C）＞加水量（A）。在脆度中RB＞RC＞RA，三因素對脆度影響大小依次為：Ⅳ區模口溫度（B）＞燕麥淀粉物料比（C）＞加水量（A）。

運用spss進行單因素一般線性模型主體間效應檢驗如表7～表8所示。

表7 以硬度為因變量的主體間效應檢驗Table 7 Hardness dependent variable with expansion as a dependent variable

表8 以脆度為因變量的主體間效應檢驗Table 8 Fracturability as a dependent variable with expansion as a dependent variable

加水量和燕麥淀粉物料比對硬度有極顯著影響，p＜0.01；IV 區溫度對硬度有顯著影響，0.01＜p＜0.05；誤差較小，進行各因素水平間Duncan式多重比較來確定最佳工藝參數為A3B3C1，即加水量8%，Ⅳ區模口溫度180℃，燕麥淀粉物料比4∶6。

加水量和燕麥與淀粉物料比對脆度有極顯著影響，p＜0.01；IV 區溫度對硬度有顯著影響，0.01＜p＜0.05；誤差較小，進行各因素水平間Duncan式多重比較來確定最佳工藝參數為A3B3C1，即加水量8%，Ⅳ區模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6。

3.4 擠壓膨化工藝參數對吸水性指數和水溶性指數的影響

以吸水性指數和水溶性指數為指標進行L9（33）正交試驗，分析結果如表9所示。

表9 以吸水性和水溶性指數為指標的L9（33）正交試驗及結果Table 9 Orthogonal experiment and result of L9（33）with index of water absorption and water solubility index as index

由表9的極差分析結果可得，在吸水性指數中RC＞RA＞RB，三因素對吸水性指數影響大小依次為：燕麥與淀粉物料比（C）＞加水量（A）＞Ⅳ區模口溫度（B）。在脆水溶性指數中RA＞RC＞RB，三因素對燕麥擠壓膨化工藝中水溶性指數影響大小依次為：加水量（A）＞燕麥與淀粉物料比（C）＞Ⅳ區模口溫度（B）。

通過方差分析檢驗，采用均值比較法，通過吸水性指數確定最佳工藝參數為：加水量4%，Ⅳ區模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6；通過水溶性指數確定最佳工藝為：加水量4%，Ⅳ區模口溫度170℃，燕麥淀粉物料比4∶6。

3.5 擠壓膨化工藝參數的綜合評價

以綜合評價得分為指標進行L9（33）正交試驗，分析結果如表10所示。

表10 擠壓膨化工藝的綜合評價及結果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process

表10 擠壓膨化工藝的綜合評價及結果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process

表10的極差分析結果可得，在綜合評價中RC＞RB＞RA，三因素的綜合評價結果依次為：燕麥與淀粉物料比（C）＞Ⅳ區模口溫度（B）＞加水量（A）。

通過方差分析檢驗，采用均值比較法，通過綜合評價確定最佳工藝參數為：加水量4%，Ⅳ區模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6；通過此最佳工藝參數生產裸燕麥粉與玉米淀粉混合膨化產品，其膨化度、質構特性、吸水性指數和水溶性指數均優于其它組，且氣味、表現和口感較好，改善了單一裸燕麥粉的膨化特性。

4 結論與討論

擠壓膨化產品的脆性與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關[15]。而燕麥中直鏈淀粉含量較低[6-8]，且燕麥中脂肪含量在谷物中相對較高，與淀粉結合程度較高，難分離，單一以裸燕麥粉為原料擠壓膨化加工后，其產品的膨化程度較低，色澤暗淡，如果粉碎后作為沖調食品用的原料其沖調性、吸水性也較差。試驗增加了直鏈淀粉含量高的玉米淀粉與燕麥混合擠壓膨化，明顯改善了產品的膨化特性，產品從感官和其他指標的綜合分析來看，無論是生產和膨化休閑食品，還是作為沖調食品的配料都有較高的質量水平。

目前擠壓膨化設備分單螺桿和雙螺桿兩種類型，且加熱分區一般為Ⅲ區、Ⅳ區和Ⅴ區之分。寧更哲[13]等人運用DSE-25型Ⅴ區雙螺桿擠壓膨化燕麥粉試驗中，原料含水率為9.70%，物料含水率在18%～20%，擠壓溫度為160℃時效果較好。而本試驗中原料含水率在8.8%，物料含水率為16.8%，擠壓溫度為180℃，效果更好，其原因可能為Ⅳ區設備加熱過程短，形成熔融體時需要更高的溫度，這樣即使適當降低水分含量，也可以在更高的溫度下通過壓力的突然降低，高溫水蒸氣的釋放也可以形成較好的膨化效果。

采用DSE-30型雙螺桿擠壓膨化機，以IV區模口溫度，燕麥與淀粉物料比和加水量為因素進行正交試驗，通過膨化度、質構硬度、質構脆度、吸水性指數、水溶性指數和感官評價等指標變化，通過極差分析與方差分析，確定膨化產品適宜的工藝參數為物料加水量4%，Ⅳ區模口溫度180℃，燕麥淀粉物料比4∶6，可以生產物性、色澤和風味良好的燕麥膨化食品或配料。

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