谷蔬膨化產(chǎn)品加工工藝優(yōu)化

黃宗寶，方小玉，蔡英瑜*

福建盼盼食品集團(tuán)（泉州 362000）

擠壓膨化是一種集物料攪拌混勻、加熱、擠壓、殺菌、成型等加工工藝于一體的加工技術(shù)[1]。擠壓過程中物料處于高溫、高壓、高剪切力環(huán)境中，這使物料的理化性質(zhì)發(fā)生不同程度的變化[2]，如淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性等[3]，因此膨化食品具有蛋白質(zhì)消化率較高、易消化、口感好等優(yōu)點(diǎn)。隨著新型食品的興起，膨化食品作為國內(nèi)休閑類食品的第三大產(chǎn)品也發(fā)展迅速。數(shù)據(jù)顯示，2018年中國膨化食品市場零售額達(dá)411億元，同比增長7.6%[4]。但膨化食品也存在一些問題：如油炸過程中產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，色澤較單一等。此次試驗對非油炸谷蔬膨化產(chǎn)品的色澤及感官評分進(jìn)行優(yōu)化，為豐富膨化產(chǎn)品色澤、提高產(chǎn)品質(zhì)量提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與設(shè)備

1.1.1 主要材料與試劑

玉米淀粉 ；紫薯粉；紫山藥粉；紫甘藍(lán)粉；麥苗粉、綠豌豆粉；西蘭花粉；南瓜粉；胡蘿卜粉；馬鈴薯淀粉；食用油（市售）。

1.1.2 主要設(shè)備與設(shè)備

SLG65-C型雙螺桿擠壓膨化機(jī)、QD-Ⅱ型切斷機(jī)、WHX-Ⅳ型烘干機(jī)、BT-Ⅲ型四頭八角桶調(diào)味線（山東濟(jì)南大億膨化食品機(jī)械有限公司）；ADCI系列全自動色差儀（北京辰泰克儀器技術(shù)有限公司）。

1.2 生產(chǎn)工藝流程

粉料混合→擠壓膨化→物料成型→調(diào)味→烘焙（最終含水量1.5%～1.8%）→包裝→成品

1.3 紫色膨化產(chǎn)品加工工藝研究

1.3.1 基本原料配比

玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、油、水配比20，13，0.5和2.2 kg；固定膨化溫度Ⅰ區(qū)175 ℃、Ⅱ區(qū)150 ℃、Ⅲ區(qū)60 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速900 r/min、喂料速度1 kg/min、粉料含水量18%～20%。

1.3.2 不同添加量的紫薯粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

在基本原料配比的基礎(chǔ)上固定紫山藥粉（2 kg）、紫甘藍(lán)粉（1 kg），研究不同添加量（1.5，2，2.5，3和3.5 kg）的紫薯粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.3.3 不同添加量的紫山藥粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按基本原料配比并固定紫薯粉（2.5 kg）、紫甘藍(lán)粉（1 kg），研究不同添加量（1.5，2，2.5，3和3.5 kg）的紫山藥粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.3.4 不同添加量的紫甘藍(lán)粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按基本原料配比并固定紫薯粉（2.5 kg）、紫山藥粉（2 kg），研究不同添加量（0，0.5，1，1.5和2 kg）的紫甘藍(lán)粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.4 綠色膨化產(chǎn)品加工工藝研究

1.4.1 基本原料配比

玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、油、水配比20，13，0.5和2 kg；膨化溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度和粉料含水量與1.3.1一致。

1.4.2 不同添加量的麥苗粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定綠豌豆粉（0.6 kg）、西蘭花粉（1 kg），研究不同添加量（0，0.5，1，1.5和2 kg）的麥苗粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.4.3 不同添加量的綠豌豆粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定麥苗粉（1 kg）、西蘭花粉（1 kg），研究不同添加量（0.2，0.4，0.6，0.8和1 kg）的綠豌豆粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.4.4 不同添加量的西蘭花粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定麥苗粉（1 kg）、綠豌豆粉（0.6 kg），研究不同添加量（0，0.5，1，1.5和2 kg）的西蘭花粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.5 黃色膨化產(chǎn)品加工工藝研究

1.5.1 基本原料配比

原料配比與1.4.1一致。

1.5.2 不同添加量的南瓜粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定胡蘿卜粉（1.5 kg），研究不同添加量的南瓜粉（1.5，2，2.5，3和3.5 kg）對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.5.3 不同添加量的胡蘿卜粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定南瓜粉（2.5 kg），研究不同添加量（0.5，1，1.5，2和2.5 kg）的胡蘿卜粉對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響。

1.6 色澤測定

應(yīng)用全自動色差儀對產(chǎn)品色澤進(jìn)行測量，每個單因素產(chǎn)品隨機(jī)選擇3個且每個產(chǎn)品測量其4個面，結(jié)果取其平均值。L*代表產(chǎn)品亮度（0～100表示從黑到白）、a*代表產(chǎn)品的紅綠色（正值表示紅色，負(fù)值表示綠色）、b*代表產(chǎn)品黃藍(lán)色（正值表示黃色，負(fù)值表示藍(lán)色）。

1.7 感官指標(biāo)

選擇10名專業(yè)人士對產(chǎn)品進(jìn)行感官評分，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 膨化食品感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.8 工藝優(yōu)化試驗

1.8.1 紫色產(chǎn)品響應(yīng)面優(yōu)化工藝

紫色產(chǎn)品響應(yīng)面因素水平見表2。由單因素試驗結(jié)果得到：紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍(lán)粉的添加量分別為2.5，2和1 kg時紫色產(chǎn)品色澤最好且感官評分較好，故選擇上述條件作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗的0水平。

表2 紫色產(chǎn)品響應(yīng)面因素水平表 單位：kg

1.8.2 綠色產(chǎn)品響應(yīng)面優(yōu)化工藝

綠色產(chǎn)品響應(yīng)面因素水平見表3。由單因素試驗結(jié)果得到：麥苗粉、綠豌豆粉和西蘭花粉的添加量分別為1，0.6和1 kg時，綠色產(chǎn)品色澤最好且感官評分較好，故選擇上述條件作為響應(yīng)面優(yōu)化試驗的0水平。

表3 綠色產(chǎn)品響應(yīng)面因素水平表 單位：kg

1.8.3 黃色產(chǎn)品正交試驗工藝優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用正交試驗對黃色產(chǎn)品進(jìn)行工藝優(yōu)化，研究各單因素各水平對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 因素水平表 單位：kg

2 結(jié)果與分析

2.1 紫色產(chǎn)品單因素結(jié)果與分析

2.1.1 紫薯粉添加量對紫色產(chǎn)品色澤及感官評分的影響從圖1可以看出，隨著紫薯粉添加量的增大，產(chǎn)品色差值ΔE先減小后增大，感官評分則先增大后減小，這主要是因為當(dāng)紫薯粉添加不足時產(chǎn)品香氣不明顯且膨松度較大、形態(tài)不完整，紫薯粉添加過高時，因紫薯粉中膳食纖維含量較高且面筋蛋白含量較少[5]，導(dǎo)致產(chǎn)品組織較緊密，膨松度不足，感官評分降低。紫薯粉添加量在2.5 kg時，ΔE最小，感官評分最高。

圖1 紫薯粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.1.2 紫山藥粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖2可知，產(chǎn)品色差ΔE隨著紫山藥粉添加量的增加呈先增后減再增的現(xiàn)象，感官評分則先增后減，這是因為當(dāng)紫山藥粉添加量不足時，產(chǎn)品色澤不明顯，但添加量過多時，因紫山藥粉的黏性較大[6]，導(dǎo)致產(chǎn)品硬度增大，口感不佳，感官評分降低。當(dāng)紫山藥粉添加量為2 kg時，產(chǎn)品感官評分最高且色差值ΔE較小。

圖2 紫山藥粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.1.3 紫甘藍(lán)粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖3可以看出，隨著紫甘藍(lán)粉添加量的增加，產(chǎn)品色差ΔE呈現(xiàn)先減后增的現(xiàn)象，產(chǎn)品感官評分則先增大后減小。這主要是因為紫甘藍(lán)粉存在一定的刺激性氣味，添加過多時，刺激性氣味逐漸明顯，導(dǎo)致感官評分降低，但感官評分總體差異不大。紫甘藍(lán)粉添加量在1.5 kg時，產(chǎn)品色澤ΔE最小，產(chǎn)品感官評分則在紫甘藍(lán)粉添加量為1 kg時評分最高。

圖3 紫甘藍(lán)粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.2 綠色產(chǎn)品單因素結(jié)果與分析

2.2.1 麥苗粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖4可知，綠色產(chǎn)品的色澤a*隨著麥苗粉添加量的增加而減小，感官評分先增后減，這主要是因為當(dāng)麥苗粉添加不足時，葉綠素含量不足，產(chǎn)品色澤不明顯，添加過多時，產(chǎn)品色澤變?yōu)槟G色，且產(chǎn)品具有輕微的澀味，感官評分降低，這一結(jié)果與盧偉等[7]研究的“大麥苗粉曲奇餅干配方優(yōu)化及其質(zhì)量檢測”結(jié)果一致，當(dāng)麥苗粉添加量為1 kg時，產(chǎn)品感官評分最高且色澤較好。

圖4 麥苗粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.2.2 綠豌豆粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖5可知，綠色產(chǎn)品的a*值隨著綠豌豆粉添加量的增加而減小，但總體差異不大，感官評分隨著綠豌豆粉添加量的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢，當(dāng)綠豌豆粉添加量在0.6 kg時，產(chǎn)品感官評分最好。

圖5 綠豌豆粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.2.3 西蘭花粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖6可知，產(chǎn)品色澤a*隨著西蘭花粉添加量的增加而減小，但色澤總體差異不大，感官評分隨著西蘭花粉添加量的增加呈先增后減的趨勢，當(dāng)西蘭花粉添加量為1 kg時，產(chǎn)品感官評分最高。

圖6 西蘭花粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.3 黃色產(chǎn)品單因素結(jié)果與分析

2.3.1 南瓜粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖7可以看出，產(chǎn)品色澤b*隨著南瓜粉添加量的增加而增大，感官評分則先增后減，當(dāng)南瓜粉添加不足時，產(chǎn)品色澤淡黃，添加過多時，產(chǎn)品色澤過深且產(chǎn)品偏硬，因此感官評分降低。

圖7 南瓜粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.3.2 胡蘿卜粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

從圖8可以看出，產(chǎn)品色澤b*隨著胡蘿卜粉添加量的增加而增大，感官評分則先增大后減小，這可能是因為胡蘿卜粉添加量過多時，胡蘿卜的刺激性氣味較明顯，所以感官評分降低，這一結(jié)果與張海容等[8]研究的“胡蘿卜粉蘇打餅干配方研究”結(jié)果一致。當(dāng)胡蘿卜粉添加量為1.5 kg時，產(chǎn)品感官評分最高且色澤較好。

圖8 胡蘿卜粉添加量對產(chǎn)品色澤及感官評分的影響

2.4 工藝優(yōu)化結(jié)果

2.4.1 紫色產(chǎn)品響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

紫色產(chǎn)品色澤及感官評分的響應(yīng)面設(shè)計結(jié)果見表5。從表6和表7可知，產(chǎn)品色差值及感官評分的模型均為極顯著。紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍(lán)粉、紫薯粉和紫山藥粉交互項及紫薯粉和紫甘藍(lán)粉交互項對產(chǎn)品色差值影響顯著或非常顯著。紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍(lán)粉、紫薯粉和紫山藥粉交互項對產(chǎn)品感官評分影響顯著或非常顯著。

表5 紫色產(chǎn)品色澤及感官評分的響應(yīng)面設(shè)計結(jié)果

表6 產(chǎn)品色差回歸方程顯著性及方差分析

表7 產(chǎn)品感官評分回歸方程顯著性及方差分析

2.4.2 綠色產(chǎn)品響應(yīng)面優(yōu)化工藝結(jié)果

綠色產(chǎn)品色澤及感官評分的響應(yīng)面設(shè)計結(jié)果見表8。從表9和表10可知，模型均為極顯著，麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉及麥苗粉和綠豌豆粉交互項對產(chǎn)品色澤影響顯著或極顯著，西蘭花粉、麥苗粉和綠豌豆粉交互項及麥苗粉和西蘭花粉交互項對產(chǎn)品感官評分影響顯著或極顯著。

表8 綠色產(chǎn)品色澤及感官評分的響應(yīng)面設(shè)計結(jié)果

表9 色差回歸方程顯著性及方差分析

表10 感官評分回歸方程顯著性及方差分析

2.4.3 黃色產(chǎn)品正交優(yōu)化試驗結(jié)果

從表11中的極差R可以看出，南瓜粉是影響產(chǎn)品色澤的主要因素，其次是胡蘿卜粉，從試驗結(jié)果還可以看出，產(chǎn)品色澤較優(yōu)的組合為A4B5，而后依次是A5B4、A3B3、A2B2、A1B1。南瓜粉和胡蘿卜粉對產(chǎn)品感官評分的影響一樣，從正交試驗結(jié)果還可以得到，產(chǎn)品感官評分最優(yōu)的組合是A3B3，其次依次是A2B4、A4B2、A1B5、A5B1。綜合考慮，最終選擇A3B3為優(yōu)化結(jié)果，重復(fù)試驗結(jié)果得到的b*為2.43，感官評分為80分。

表11 產(chǎn)品色差及感官評分正交試驗結(jié)果與極差分析

2.5 因素交互作用分析

從圖9可知，AB、AC曲面陡峭且等高圖呈橢圓狀，表明AB、AC的交互作用對響應(yīng)值影響較大，BC交互項曲面較平緩，所以BC交互項對響應(yīng)值的影響較小。從曲面圖坡度趨勢可以看出，隨著紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍(lán)粉添加量的增加，產(chǎn)品色差ΔE先減小后增大且變化程度較大，這表明紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍(lán)粉均對產(chǎn)品色差值ΔE有較大影響，這些結(jié)果與方差分析結(jié)果保持一致。

圖9 紫色產(chǎn)品色澤響應(yīng)面圖

從圖10可知，產(chǎn)品感官評分隨紫薯粉、紫甘藍(lán)粉添加量的增加呈先增后減的趨勢，從AB、AC曲面圖的陡峭度可知，紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍(lán)粉的添加量均對產(chǎn)品感官評分有較大影響。曲面圖AB曲面陡峭，等高圖呈橢圓，說明交互項AB對響應(yīng)值影響大，曲面AC、BC較平緩，等高圖偏圓，說明AC、BC交互項對響應(yīng)值影響小，這些結(jié)果與方差分析結(jié)果一致。

圖10 紫色產(chǎn)品感官評分響應(yīng)面圖

通過擬合得到的回歸方程對加工工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，ΔE及感官評分達(dá)到目標(biāo)優(yōu)化值所對應(yīng)的條件為紫薯粉添加量（A）2.57 kg、紫山藥粉（B）2.03 kg、紫甘藍(lán)粉（C）1.02 kg，此時ΔE=0.53，感官評分為80.76分。按照試驗優(yōu)化給出的條件進(jìn)行試驗驗證，得到產(chǎn)品的色差ΔE=0.61，感官評分達(dá)到81分，與模型預(yù)測的基本一致，說明模型擬合效果較好。

2.6 綠色產(chǎn)品因素交互作用分析

從圖11可以看出，隨著麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉添加量的增加產(chǎn)品綠色程度加深，從AB、AC曲面圖可以看出，隨著麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉添加量的增加，產(chǎn)品色澤變化程度大，這表明麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉均對產(chǎn)品色差a*值有較大影響。這些結(jié)果與方差分析結(jié)果保持一致（方差分析：麥苗粉、綠豌豆粉對產(chǎn)品色澤a*值影響極顯著，西蘭花粉對其影響顯著）。

圖11 綠色產(chǎn)品色澤響應(yīng)面圖

從圖12可知，AB、AC曲面陡峭，等高圖呈橢圓，這說明AB、AC交互項對響應(yīng)值影響較大，從曲面圖AB、AC、BC中可以看出，隨著麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉添加量的增大，產(chǎn)品感官評分先增大后減小，且麥苗粉添加量增大，產(chǎn)品感官評分增大明顯，這表明麥苗粉添加量是影響產(chǎn)品感官評分的主要因素。

圖12 綠色產(chǎn)品感官評分響應(yīng)面圖

通過擬合得到的回歸方程對加工工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過響應(yīng)面優(yōu)化得到，產(chǎn)品色差a*及感官評分達(dá)到目標(biāo)優(yōu)化值所對應(yīng)的條件為麥苗粉（A）1.22 kg，綠豌豆粉（B）0.62 kg、西蘭花粉（C）0.88 kg，此時a*=-3.77，感官評分為81.97分。按照試驗優(yōu)化給出的條件進(jìn)行試驗驗證，得到產(chǎn)品的色差a*=-3.58，感官評分達(dá)到82分，與模型預(yù)測的基本一致，說明模型擬合效果較好。

3 結(jié)論

紫薯粉、麥苗粉、南瓜粉分別是影響紫色、綠色和黃色產(chǎn)品色澤及感官評分的主要因素。紫色產(chǎn)品通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗得到最佳工藝參數(shù)：紫薯粉、紫山藥粉和紫甘藍(lán)粉添加量分別為2.57，2.03和1.02 kg。綠色產(chǎn)品通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗得到最佳工藝參數(shù)：麥苗粉、綠豌豆粉和西蘭花粉添加量分別是1.22，0.62和0.88 kg。正交優(yōu)化試驗得到黃色產(chǎn)品最佳工藝參數(shù)：南瓜粉和胡蘿卜粉添加量為2.5和1.5 kg。通過這些工藝參數(shù)得到的產(chǎn)品色澤較好且產(chǎn)品感官評分高。