香芋豬肉膨化食品的雙螺桿擠壓工藝研究

商飛飛，韋選關，黃婷，謝婷婷，程偉，譚輝，唐碧蓮，謝玉花，段振華

(賀州學院 食品科學與工程技術(shù)研究院，廣西果蔬保鮮和深加工研究人才小高地，廣西 賀州，542899)

香芋是天南星科莖塊類多年生作物，是南方地區(qū)重要的水生蔬菜和能量供給作物[1]。香芋含有較多的粗蛋白、淀粉、聚糖(黏液質(zhì))、粗纖維等營養(yǎng)成分，色、香、味俱佳，曾被譽為“蔬菜之王”[2-4]。由于蒸煮后香芋的香韻很難和其他調(diào)味物質(zhì)相協(xié)調(diào)，因此香芋加工產(chǎn)品種類較少，但是香芋香味能和豬肉香味融為一體。

雙螺桿擠壓膨化技術(shù)研究時間較長、技術(shù)比較成熟，開發(fā)的產(chǎn)品中也較多，但是結(jié)合肉類制作膨化食品的研究就相對較少，僅有王文賢等[5-6]、劉學文等[7]、杜慶飛等[8]、 CHA等[9]、GUJRAL等[10]等分別以雞肉-大米、雞肉-淀粉、豬肉-玉米粉為原料，通過對雙螺桿擠壓工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，研制了幾例膨化食品，但是以香芋為原料開發(fā)膨化食品還沒有尚未見報道[11]。本文利用香芋能夠和豬肉相協(xié)調(diào)的特性，針對目前香芋系列加工產(chǎn)品種類較少的現(xiàn)狀，利用雙螺桿膨化技術(shù)開發(fā)一款咸味型香芋豬肉膨化食品，豐富香芋產(chǎn)品種類，同時也為雙螺桿技術(shù)的進一步用于提供了技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 原料

豬肉：用純瘦肉，絞碎，烘至半干，待用；

香芋粉：為香芋全粉，是將香芋經(jīng)削皮、切片、熱風干燥、粉碎制得，由賀州學院食品研究院提供；

大米粉、食鹽、白糖、花椒粉、八角粉、胡椒粉：賀州泰興購物超市采購。

1.2 儀器設備

DS32-1雙螺桿擠壓機，濟南賽信機械有限公司；紫外可見分光光度計(型號UV1901PC)，上海奧析科學儀器有限公司；物性測定儀(型號TA.XTPLUS)，英國Stable micro；水分測定儀(型號MB23)，奧豪斯儀器有限公司。

1.3 工藝流程及要點

1.3.1 工藝流程

處理的原料肉、香芋粉、大米粉、配料→混合→調(diào)節(jié)水分→擠壓成型→成品→包裝。

1.3.2 原料肉處理

新鮮瘦豬肉→清水洗凈→去血1 h→冷凍保藏→取出并切成顆粒狀→組織搗碎機搗成泥狀。

1.3.3 香芋烘干及制粉

香芋挑選→清水洗凈→去皮→切片(2～2.5 mm) →烘干→制粉。

烘干條件：于60 ℃烘干5 h。

制粉：于組織粉碎機粉碎至一定細度(98%過80目)。

1.3.4 混合、調(diào)節(jié)水分

將搗碎后的瘦豬肉糊按比例與香芋粉、大米粉、配料混合均勻(其中：豬肉與大米粉、香芋粉質(zhì)量比為1∶3∶6； 鹽、糖、花椒粉、八角粉、胡椒粉質(zhì)量比為3∶2∶0.2∶0.2∶0.1)； 用快速水分測定儀測定含水量、通過補充水分調(diào)節(jié)至擠壓所需的濕度要求。

1.3.5 擠壓成型單因素試驗

擠壓是整個流程的關鍵，直接影響到產(chǎn)品的成型和口感。固定物料組成比例并將進料速率設定為8～10 Hz， 選取機筒溫度(110、130、150、170、190 ℃)、螺桿轉(zhuǎn)速(30、35、40、45、50 Hz)和物料濕度(12%、15%、18%、21%、24%)進行單因素試驗，研究單個因素的變化對擠壓膨化效果的影響。

1.3.6 正交實驗

通過單因素試驗確定機筒溫度、物料濕度、螺桿轉(zhuǎn)速，制因素水平表(表1)。選用L9(33)正交表，以糊化度、斷裂力、水分含量、膨化度、感官評價為指標進行正交試驗，根據(jù)正交試驗結(jié)果選出最佳的擠壓條件，確定優(yōu)方案。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal test

1.4 試驗方法

1.4.1 糊化度的測定

糊化是指未經(jīng)糊化的淀粉分子由β型結(jié)構(gòu)，通過蒸煮或擠壓轉(zhuǎn)化為α型結(jié)構(gòu)的過程。是衡量食品是否熟化的因素，糊化度高說明淀粉的熟化越好，適當?shù)卦黾游锪纤趾亢蜋C筒溫度可提高糊化度。測定方法有雙折射法、膨脹法、酶水解法、紫外吸光光度計法等。本實驗采用紫外吸光光度法測定糊化度[12]。

1.4.2 斷裂力的測定

用物性測定儀快速測定斷裂力。測試條件：探頭P/26，測前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度10 mm/s，觸發(fā)值5 g。

1.4.3 水分含量的測定

用水分測定儀測定。

1.4.4 膨化度的測定

膨化度按式(1)計算。

(1)

1.4.5 感官評價

通過對其形態(tài)特征、色澤、組織結(jié)構(gòu)、口感、氣味進行有效合理的評價。

1.6 數(shù)據(jù)分析

試驗重復3次，數(shù)據(jù)分析采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 機筒溫度對斷裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影響

稱取5份濕度為18%的物料，設置螺桿轉(zhuǎn)速為150 ℃，在不同機筒溫度條件下進行擠壓膨化，結(jié)果見表2。

表2 機筒溫度對斷裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影響Table 2 Effects of cooking temperature on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

注：同行肩標字母相異者表示兩者差異顯著(P<0.05)，肩標字母相同者表示兩者差異不顯著(P>0.05),下表同。

機筒充足的熱量是保證淀粉糊化的必要條件，當機筒溫度較低時，機筒提供的熱量就減少，導致糊化度較低；當溫度過高時會產(chǎn)生美拉德反應，導致淀粉焦炭化，造成糊化度降低。本研究結(jié)果表明，隨著溫度的增加，物料吸收到的熱量增加，糊化度也隨之不斷增加，當溫度達到150 ℃時達到最大；另外，膨化度達到12.35倍，較190 ℃時的12.37倍差異不顯著；斷裂力也處于較低水平。綜合比較，最佳的膨化機筒溫度為150 ℃。

2.1.2 螺桿轉(zhuǎn)速對斷裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影響

稱取5份濕度為18%的物料，設置機筒溫度為150 ℃，在按不同螺桿轉(zhuǎn)速進行擠壓膨化，結(jié)果見表3。

轉(zhuǎn)速在35～45 Hz時，物料在強烈的擠壓作用下淀粉糊化狀態(tài)是比較理想的，此時的酥脆性好，斷裂力小。當螺桿轉(zhuǎn)速超過50 Hz時，物料在機筒內(nèi)停留的時間減小，物料未能充分混合，受熱時間短，擠出物還伴有少許生淀粉，糊化得不夠徹底，導致糊化度偏低，糊化度未達到80%～90%。

表3 螺桿轉(zhuǎn)速對斷裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影響Table 3 Effects of screw speed on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

2.1.3 物料濕度對斷裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影響

設置機筒溫度為150 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速40 Hz，將物料配制成不同濕度，分別進行擠壓膨化試驗，結(jié)果見表4。

表4 物料濕度對斷裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影響Table 4 Effects of material humidity on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

物料濕度提供了淀粉糊化所需要的水分含量，能夠促進淀粉糊化。由表4可知，物料濕度對糊化度的影響顯著，一般隨著物料濕度的增加，糊化度升高，但當物料濕度超過一定值時，物料濕度太高，其剪切力、摩擦作用力會減弱，導致糊化度降低，本研究中物料濕度為18%，糊化度最高，為85.98%，膨化度也最大為12.35倍，斷裂力和水分在實驗中位于中間水平；當物料濕度達到24%時，擠出呈流體狀，產(chǎn)氣泡但迅速干癟，擠壓不成形，膨化度低僅有1.00倍。

2.2 正交試驗

表5 正交實驗結(jié)果Table 5 Orthogonal experimental results

由表5可知，各因素對斷裂力的影響為B>C>A；對膨化度的影響為B>A>C；對擠壓物的水分含量的影響為B>C>A；對糊化度的影響為A>C>B。斷裂力和水分含量優(yōu)化組合相同，這2個指標和其他指標的優(yōu)化組合是不同的，但是通過綜合平衡法可以得到綜合的優(yōu)化組合。平衡過程如下：(1)因素A：對于斷裂力A2好，對于膨化度A2好，對于水分含量A3好，對于糊化度A2好，而水分含量A3處于末位的次要因素，其他優(yōu)化組合A因素均為A2，所以選A2；(2)因素B：對于斷裂力B1好，對于膨化度B3好，對于水分含量B3好，對于糊化度B1好，且糊化度和水分含量B3均為主要因素，雖然對于斷裂力B1同樣為主要因素，但糊化度B1為末位的次要因素，根據(jù)綜合平衡法，選B3；(3)因素C：對于斷裂力C1好，對于膨化度C1好，對于水分含量C3好，對于糊化度C2好，根據(jù)平衡法，斷裂力和膨化度C1均在優(yōu)化組合，所以選C1。

綜合上述分析及感官評價，優(yōu)化組合為A2B3C1，即機筒溫度為150 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為45 Hz，物料濕度為15%。

2.3 驗證試驗

按最佳工藝條件機筒溫度為150 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為45 Hz，物料濕度為15%進行試驗，測得斷裂力為20.71 N， 膨化度為14.43，水分含量為8.21%，糊化度為86.95%。水分含量低于正交表中最小值1%，達到了較安全的范圍，糊化度、膨化度均比正交表的最大值分別高出0.26%、0.95%，斷裂力也正交表的最小值少0.87 N，證明上述結(jié)論是可靠的。

3 結(jié)論

本文以香芋、豬肉、大米粉為原料，探索了雙螺桿擠壓膨化的工藝參數(shù)，并進行優(yōu)化，結(jié)果表明，機筒溫度為150 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為45 Hz，物料濕度為15%，該產(chǎn)品膨化效果最佳。