干法擠壓工藝對復配苦蕎粉品質調控作用

祖園，侯雙迪，劉宇昊，王春雨，喬麗萍，劉霞

天津科技大學食品科學與工程學院（天津 300457）

近年來，我國整體飲食水平已經從滿足溫飽轉變到健康飲食、均衡營養的新理念、新高度上，然而目前關于糧食作物的精深加工研究還處于基礎階段，一味地求精、求細也造成了原料中大量維生素及微量元素的損失，仍需繼續深入研究[1-2]。同時人們對美味“高山流水”般的追求，人們吃精不吃粗、營養攝入單一造成的膳食營養和結構失衡引發的糖尿病、高血壓等慢性病日益嚴重[3-5]。有研究表明，擠壓膨化生產的營養強化復合粉營養分布均勻，加工過程營養損失小，穩定性也較好[6-7]。因此，利用擠壓膨化技術開發色香味和營養配方均衡搭配、口感細膩、符合人們飲食習慣的新型產品勢在必行。

苦蕎是我國特有的一種植物，在醫學和食品方面都有很大用途。從醫學上講，其中含有大量膳食纖維、類黃酮物質、微量元素等，具有降低血壓、血糖、血脂和改善內循環等作用[8]。研究發現，攝入含有黃酮等活性因子的苦蕎茶、苦蕎醋等以苦蕎為原料加工的食品，可以預防心血管等慢性疾病[9-10]。目前，市場上以苦蕎為原料的產品有很多，但是產品形式比較單一，適口性差，主要有苦蕎面條、苦蕎面包、苦蕎餅干等產品[11-12]。有研究指出，造成全球范圍內上千萬人死亡的主要原因是高鹽、低雜糧和低水果的飲食結構[13-15]，因此，亟待開發符合人們飲食習慣的營養新產品。試驗以苦蕎粉為主要原料，復配一定比例紅豆粉，通過擠壓膨化、烘干粉碎等工藝研制出一種復配苦蕎粉，產品口感順滑，具有苦蕎和谷物特有風味。試驗為以苦蕎為原料研制新型膨化主副食產品提供了技術支撐，可作為研發苦蕎類產品的調配基料進行推廣。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎粉，由天津港保稅區愛信食品有限公司提供；紅豆粉，購自濟南市天橋區旋旋五谷食品行。

1.2 儀器與試劑

YL90L-4拌面機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）；DS32-Ⅶ實驗雙螺桿主機（濟南賽信機械有限公司）；JM-A20002電子天平（上海衡平儀器儀表廠）；J106多功能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；DK-98-IIA電熱恒溫水浴鍋（天津泰斯特儀器有限公司）；DGG型電熱鼓風干燥箱（天津市天宇實驗儀器有限公司）；601-02-150*0.02游標卡尺（上海鐵鋒精密工具有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

苦蕎粉、紅豆粉→按比例復配→調節水分含量→擠壓膨化→粉碎過篩→調配口味→檢測指標

1.3.2 試驗設計

固定擠壓膨化混合粉中粉體總量26份（30 g/份），將一定量的紅豆粉和苦蕎粉混合制備擠壓膨化粉。固定機筒膨化溫度145 ℃、水分質量分數35%，研究苦蕎添加量復配苦蕎粉品質特性的影響。苦蕎添加量梯度設定為10，14，18，22和26份（30 g/份）；固定苦蕎粉添加量18份（30 g/份）、機筒膨化溫度145 ℃，研究水分質量分數對復配苦蕎粉品質特性的影響，水分質量分數梯度設定為29%，32%，35%，38%和41%；固定水分質量分數35%、苦蕎粉添加量18份（30 g/份），研究機筒膨化溫度對復配苦蕎粉品質特性的影響，機筒膨化溫度梯度設定為130，135，140，145，150和155 ℃。

1.3.3 復配苦蕎粉指標測定

1.3.3.1 膨化率的測定

膨化率是指穩定條件下的擠出物的平均橫截面積與模頭孔徑的橫截面積的比值。參考莊海寧等[16]的方法，采用游標卡尺測定穩定狀態下擠出物的直徑，測量10次取平均值。

1.3.3.2 過篩率的測定

稱取經粉碎機粉碎的細粉（過0.180 mm孔徑篩）和粉渣的質量，過篩率按式（2）計算。

1.3.3.3 營養成分的測定

碳水化合物的測定依據的是GBZ 21922—2008《食品營養成分基本術語》，即碳水化合物=100-蛋白質-脂肪-水分-灰分-膳食纖維。

表1 營養成分測定方法

1.3.3.4 復配苦蕎粉感官評價

經擠壓膨化的苦蕎粉過0.097 mm孔徑篩，采用65～75 ℃的溫水按照粉水比1∶7（g/mL）的比例沖調復配苦蕎粉，沖泡好的苦蕎粉轉移到透明塑料杯中進行品嘗，感官評價前保持室溫[17]。感官評價參考GB/T 16291和GB/T 14159，具體標準見表2[18-21]。

表2 感官評價標準

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 苦蕎質量對復配苦蕎粉品質的影響

苦蕎粉的多少直接影響復配苦蕎粉的橫向膨脹率、過篩率和沖調時的感官品質，結果如圖1～圖3所示。隨著苦蕎粉添加量的增多，膨化物料擠出時的膨大率在不斷降低；復配苦蕎粉的過篩率和感官評分均呈先增高后降低的趨勢，當苦蕎粉添加量為540 g（18份）時分別達到最大峰值（72%和79分）。當苦蕎粉添加量為540 g（18份）時，復配苦蕎粉中膳食纖維、淀粉等大分子結合程度最好，分子的空間結構韌性、粉質細化程度最好。機筒壓力和剪切力的作用促進了粉渣中一些大分子物質質構的改變，大分子降解、分子間化學鍵斷裂，并在擠出瞬間，由于極大的壓力差，大分子的膳食纖維組分的部分連接鍵斷裂，沒有了連接鍵的支撐物料徑向膨脹率降低；另外，雙螺桿擠壓作用一定程度上阻礙了顆粒間引力引起的顆粒二次結團，促進復配苦蕎粉粉質細化，過篩物料量增多，篩粉細膩，改善了復配苦蕎粉的口感、風味等感官特性[22]。

圖1 苦蕎添加量對復配苦蕎粉膨化率的影響

圖2 苦蕎添加量對復配苦蕎粉過篩率的影響

圖3 苦蕎添加量對復配苦蕎粉感官品質的影響

2.1.2 水分質量分數對復配苦蕎粉品質的影響

水分對復配苦蕎粉膨化率、篩孔透過率以及感官品質有較大程度的影響，具體見圖4～圖6。當物料水分在29%～35%范圍內時，隨物料水分的增大，擠出物的徑向膨脹率均處于較高水平（≥227）且差異較小，通過篩孔細粉的質量、苦蕎粉口感、風味均呈先增大后減小的趨勢；當物料水分質量分數為35%時，復配苦蕎粉篩過率和感官評分達最大峰值（87%和87分）。低水分物料的徑向膨脹率較高，可能是因為物料含較低水分時，混合粉體中未糊化的淀粉分子活動出現一定程度的加劇，結晶部分轉變成具有黏彈性的熔融體，水分起到潤滑作用，縮短了在機筒內停留的時間，機筒內的高溫、高剪切力環境導致含水物料擠出瞬間水分瞬速汽化，形成的氣腔加大了擠出物的膨化程度；但物料水分過多，較多水分降低了機筒內溫度，導致機筒內蒸汽壓下降，減弱了物料在模頭出口處水分的汽化程度，而且物料水分質量分數的升高導致物料黏度增大，物料膨化度則出現下降現象。有研究人員[23-25]曾提出對于高水分產品，控制膨脹率的主導因素是擠出物黏度。物料過篩率及感官品質改變的原因可能是隨著粉體水分增大，物料黏性增大，這不利于物料的粉碎，更會增大粉碎細粉透過篩孔的阻力，因此，水分質量分數較低的物料有利于粉碎效果和篩孔透過率。另外，由于一定量的水分可起到潤滑作用，物料吸水，粉質更細膩；但水分過多，物料在機筒內停留時間減少，致使物料承受的剪切作用弱，因而水溶性物質減少，影響了口感醇厚度和風味。

圖4 水分質量分數對復配苦蕎粉徑向膨脹率的影響

圖5 水分質量分數對復配苦蕎粉過篩率的影響

圖6 水分質量分數對復配苦蕎粉感官評價的影響

2.1.3 機筒膨化溫度對復配苦蕎粉品質的影響

復配苦蕎粉膨化率、膨化粉過篩率以及感官品質受機筒膨化溫度影響較大，結果如圖7～圖9所示。隨著溫度的不斷升高，擠出物的直徑、篩粉透過率及苦蕎粉感官品質總體上均呈先上升后下降的趨勢，當機筒膨化溫度達145 ℃時，膨化率和苦蕎粉的感官評分達最大值（229%和81分）。適當地升高膨化溫度對濕物料進行加熱、加壓，粉體內能增大，淀粉糊化、蛋白質變性，擠出物接觸空氣瞬間由于壓力突然的變化而發生膨脹，物料組構舒展、水分蒸發、黏度降低，導致物料分子膨大、粉質變細膩。然而溫度太高（＞145 ℃），機筒內部較高熱量一時無法釋放，繼而傳遞給物料，同時機筒內部壓強急劇增大，在出料口接觸常壓環境，壓力差太大會致使物料膨化劇烈，且膨化不均，甚至會使其表面出現較大氣泡，水汽蒸發后，又迅速塌陷、回縮，導致膨化度達不到預期效果[26]。產品感官評分下降，原因可能為溫度的升高使物料獲得的內能增大，機筒內熔融體在模頭出口噴爆瞬間發生“閃蒸”現象，造成了物料水分的損失和營養成分的破壞，從而影響了產品口感。

圖7 機筒膨化溫度對復配苦蕎粉膨化率的影響

圖8 機筒膨化溫度對復配苦蕎粉過篩率的影響

圖9 機筒膨化溫度對復配苦蕎粉感官品質的影響

2.2 復配苦蕎粉響應曲面試驗結果分析

2.2.1 Design-Expert 8.0.6試驗設計及結果分析

根據復配苦蕎粉擠壓的單因素試驗結果，使用Design-Expert 8.0.6對試驗結果進行處理，使用三因素三水平的響應面設計，以苦蕎添加量（將苦蕎粉占比換算成百分比）、膨化溫度、水分含量為自變量，以表2評價產品品質的感官分數為響應值進行試驗，響應面試驗方案及結果見表3和表4。

表3 試驗因素與水平

表4 響應曲面試驗設計與結果

2.2.2 回歸模型建立及響應面分析

根據所得數據，Design-Expert軟件擬合感官評分的回歸方程為：

感官評分=83.40+1.13A+0.50B+0.63C-1.00AB+3.75AC-1.00BC-4.83A2-3.58B2-11.32C2

由表5可知，回歸模型p值小于0.02，達到顯著水平，其中失擬誤差F=0.1606＞0.05，不顯著，方程對試驗的擬合度較好，模型和試驗較為接近，可用于以苦蕎粉為基料加工產品的感官評分的理論推測和分析。由F檢驗得出，二次項中A2和C2的偏回歸系數達到顯著水平，其他項均未達到顯著水平。從感官評分的回歸方程能夠得出苦蕎含量、膨化溫度、水分含量對感官評分影響的先后順序：苦蕎添加量＞水分質量分數＞膨化溫度。三個因素對感官評分的響應值的影響如圖10～圖12所示。

表5 感官評分回歸模型方差分析表

由圖10可知，當苦蕎添加量一定時，水分質量分數和膨化溫度的升高會使感官評分呈先上升后下降的趨勢，可見適當加水和升溫可以有效改善粉體沖調時的感官特性。由圖10等高線圖可容易看出，水分質量分數和膨化溫度對復配苦蕎粉的感官品質交互作用較強。從圖11可以看出，當擠壓機筒內膨化溫度一定時，感官評分隨著水分質量分數、苦蕎添加量的變化均為先上升后下降，而且兩組因素交互作用較顯著。由圖12可知，當水分質量分數一定時，膨化溫度在145 ℃時，其對感官評分的變化影響較大，膨化溫度的上升會導致感官評分的增加，還容易得出膨化溫度和苦蕎添加量兩因素間交互作用對感官評分影響較小的結論。

圖10 水分質量分數與膨化溫度對感官評分的影響

圖11 水分質量分數與苦蕎添加量對感官評分的影響

圖12 膨化溫度與苦蕎添加量對感官評分的影響

由回歸模型和響應面分析確定最佳加工條件：苦蕎添加量70%，膨化溫度145 ℃，水分質量分數35%，感官評分的預估值為87分。采取此條件進行3次重復試驗，最終代餐粉感官評分均值達86分，與預估評分相差較小，故使用模型與實際有較好的擬合性，結果能夠充分證明此次優化合理性。

2.3 復配苦蕎粉營養成分及沖調性分析

由表6可知，復配苦蕎粉經干法擠壓膨化處理后食品營養均衡，克服了市面上膨化食品碳水化合物含量普遍較高、營養成分單一的缺點；產品中還含有鐵等微量元素，有益于人體健康。試驗以市面上某品牌高纖粉和紫薯代餐粉為代表，與該款苦蕎復配粉進行對比，經潤濕下沉性試驗得出表7數據，以探究苦蕎復配粉的沖調特性。由表7可知，復配苦蕎粉全部潤濕下沉的時間分別為139 s和18 s，復配后的苦蕎粉潤濕下沉性較快，溶解性較好，復配粉的品質特性有所改善，但還需要改進。

表6 營養成分表（以干重記）

表7 苦蕎復配代餐粉沖調特性[27]

3 結論

經過對苦蕎添加量、物料水分質量及膨化溫度3個因素進行單因素及響應面優化試驗，根據專業人員感官評分法對指標進行加權，結果發現水分質量分數和膨化溫度、水分質量分數和苦蕎添加量兩兩因素對復配苦蕎粉感官品質的調控具有較強交互性，苦蕎添加量對復配苦蕎粉感官品質的影響最為顯著。最佳配方與工藝參數為苦蕎粉70%（將苦蕎粉占比換算成百分比）、紅豆粉30%、物料水分35%、擠壓膨化溫度145 ℃。按照此配方與工藝制得的復配苦蕎粉沖調性較好、口感細膩，感官品質達最高（86分），代餐粉蛋白質、膳食纖維含量較高，且富含鐵等微量元素。復配苦蕎粉經擠壓膨化處理后食品營養均衡，可作為新型膨化副食的調配和加工基料進行推廣。