響應面法優化大米、高粱、大豆、芝麻混合膨化食品的加工工藝

梁燕

膨化大米零食是美味且價格便宜的谷物食品，但其營養價值相對較差。高粱富含膳食纖維和低淀粉消化率的碳水化合物，大豆粉富含蛋白質，芝麻粉富含必需氨基酸、必需脂肪酸等。為了制作美味且營養質量良好的膨化零食，本研究利用正交試驗，通過在膨化大米零食中加入高粱粉、大豆粉和芝麻粉生產混合膨化零食。以膨化率以及感官評分為評價指標，篩選最佳配比。結果表明：高粱粉15%、大豆粉20%、芝麻分8%為最佳工藝配比。這三種物質的添加可以用來改變大米膨化零食的營養質量。

休閑食品是美味又實惠的產品，種類繁多，因其便利性、廣泛的可用性、外觀、味道和特殊的質地，深受各年齡段消費者的喜愛。因此，膨化零食在全球消費者偏好較高的加工食品中也具有新興的商業價值。與傳統技術相比，擠壓技術是一種更干凈、更有工作效率的技術。該工藝已用于生產多種食品，包括休閑食品、早餐谷物和其他即食食品。許多擠壓膨化食品是由谷物制成的，如玉米、大米和小麥，但是谷類膨化零食中的高脂肪、高熱量以及低纖維和蛋白質含量都會對人體帶來負面影響和嚴重的健康問題。例如，碳水化合物攝入過多，會增加心血管疾病、糖尿病等慢性疾病的患病率，碳水化合物質量的重要性已引起了消費者的廣泛關注。鑒于消費者對健康膨化休閑食品的需求，可以通過增強膨化產品中的蛋白質、膳食纖維等成分生產營養豐富的產品。

1. 材料與方法

1.1 材料與設備

大米、高粱粉、脫脂大豆粉、芝麻（線上商城https：//www.tmall.com）;電動粉碎機（尚烤佳 800A，濟南尚客戶外用品有限公司）;質構儀[Brookfield CT 3，阿美特克商貿（上海）有限公司];螺桿擠出機（濟南晨陽科技有限公司）;烘箱（CX-8074，昆山市創新科技檢測儀器有限公司）;游標卡尺（得力集團有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 高粱、大米、大豆混合膨化食品的制備

將大米、芝麻清洗干凈，瀝干水分，晾干，用粉碎機將其粉碎，過100目篩備用。將粉碎好的大米、芝麻粉、高粱粉、大豆粉按照相應配比稱量完成后混合均勻。膨化食品的制作參考Hashempour-Baltork， Torbati， Azadmard-Damirchi， et al. ，并稍作修改。具體而言，采用雙螺桿擠出機對混合粉進行擠出蒸煮。擠出機機筒長徑比為20：1，螺桿直徑為30mm。模具直徑為3mm，刀具速度為20rpm。進料段、混合段和出口段的溫度分別調整為50℃、100℃、140℃。達到穩定條件后，將擠出物收集到干燥盤中，并在50℃的空氣對流烘箱中干燥30min，此時水分含量為6.53%±0.37%。

1.2.2 高粱粉、大豆粉、芝麻粉的單因素實驗設計

（1）大豆粉的添加量為10%，芝麻粉的添加量為8%，高粱粉的添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%，確定高粱粉的最佳添加量。

（2）高粱粉的添加量為20%，芝麻粉的添加量為8%，大豆粉的添加量分別為5%、10%、15%、20%、25%，確定大豆粉的最佳添加量。

（3）高粱粉的添加量為20%，大豆粉的添加量為10%，芝麻粉的添加量分別為4%、8%、12%、16%、20%，確定芝麻粉的最佳添加量。

1.2.3 正交優化實驗設計

選取高粱粉（A）、大豆粉（B）、芝麻粉（C）進行L9（33）正交試驗設計。具體的設計水平如表1所示。

1.2.4 膨化率的測定

根據高瑜璇、張雨和金鐵描述的程序確定膨化食品的膨脹比（ER），ER定義為擠出物的徑與模孔直徑的比值，如公式（1）所示。

1.2.5 數據處理

使用SPSS統計軟件對數據進行分析。所有實驗一式三份，實驗結果表示為平均值±標準差。采用Duncan進行事后多重檢驗分析，不同處理之間在0.05水平上確定顯著性差異（P<0.05）。

2. 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 高粱粉添加量對膨化制品膨化率的影響

高粱粉對混合膨化制品膨化率的影響如圖1所示。隨著高粱粉添加量的增加，混合膨化制品的膨化率由1.93顯著增加到2.13（P<0.05），隨后顯著降低到1.81%（P<0.05）。這與Mahajan and Gupta的研究結果相似。綜上所述，高粱粉添加量為20%時，混合膨化制品的膨化率最大，而膨化率越大，產品的膨化效果越好。因此，選擇15%、20%、25%的高粱粉添加量作為正交試驗中相應的分析水平。

圖1 高粱粉添加量對制品膨化率

的影響

2.1.2 大豆粉添加量對膨化制品膨化率的影響

大豆粉對混合膨化制品膨化率的影響如圖2所示。隨著大豆粉添加量由5%增加到20%，混合膨化制品的膨化率由2.01顯著增加到1.23（P<0.05），添加量由20%增加到25%，膨化率顯著降低到2.11%（P<0.05）。綜上所述，大豆粉添加量為20%時，混合膨化制品的膨化率最大。因此，正交試驗分析中，選擇15%、20%、25%的大豆粉添加量作為相應的分析水平。

2.1.3 芝麻粉添加量對膨化制品膨化率的影響

芝麻粉對混合膨化制品膨化率的影響如圖3所示。隨著芝麻粉添加量的增加，混合膨化制品的膨化率先增加后降低。當添加量為20%時，膨化率最低，與其他組具有顯著性差異（P<0.05）。添加量為4%和16%時，不具有顯著性差異。當芝麻粉的添加量為8%時，膨化制品的膨化率最大，且與其他實驗組具有顯著性差異（P<0.05）。說明芝麻粉對膨化制品的膨化程度與其添加量密切相關。當芝麻粉添加量為8%時，混合膨化制品的膨化率最大。因此，正交試驗分析中，選擇芝麻粉的添加量4%、8%、12%作為相應水平。

圖3 芝麻粉添加量對制品膨化率

的影響

2.2 正交試驗結果分析

本研究中混合膨化制品制作中的難點在于如何平衡高粱粉、大豆粉以及芝麻粉添加量，以獲得較高的膨化率。為此，本實驗采用了正交試驗方法。本實驗選取的L9 （33）正交表。各實驗因素對膨化制品膨化率的影響如表3所示。根據正交試驗理論，極差較大的因素比其他因素更重要。同樣，均值較大的級別也優于其他級別。因此，各添加物對膨化制品膨化率的影響順序為B、A、C。最佳的實驗組合是A1B2C2，即高粱粉的添加量為15%，大豆粉為20%，芝麻粉為8%。

結論

通過單因素實驗結果，確定了高粱粉的添加量為20%，大豆粉的添加量為20%，芝麻粉的添加量為8%。添加高粱粉、大豆粉、芝麻粉進行了3因素3水平正交試驗。結果表明，混合膨化制品最佳的添加量組合為高粱粉15%，大豆粉20%，芝麻粉8%。利用此組合制作的膨化制品具有較高的膨化率，產品的品質最優。