擠壓膨化對鷹嘴豆- 玉米黃粉混合物理化性質(zhì)的影響

范廣琦 ，曹家寶 ，王俊彤 ，2， 鄭喜群 ，3

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.糧食副產(chǎn)物加工與利用教育部工程研究中心，黑龍江 大慶 163319）

玉米作為我國主要的糧食作物，其營養(yǎng)價值豐富，可利用度極高，因玉米中淀粉含量較高，主要用于淀粉加工行業(yè)。玉米濕磨法加工淀粉過程中主要副產(chǎn)物為玉米黃粉，其主要成分為淀粉（33%） 和蛋白質(zhì)（62%～71%）[1]。玉米黃粉主要用于加工飼料行業(yè)，因水溶性、口感及食品功能特性較差并且缺乏適當(dāng)?shù)募庸すに嚕瑢?dǎo)致其在食品中的應(yīng)用受到局限，然而，在擠出的過程中玉米黃粉中的淀粉糊化充分，擠出的膨化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)較為酥脆而且易于消化[2]。對比其他谷物蛋白，其亮氨酸、異亮氨酸的含量更高，具有抗氧化等功能特性，其高密度的疏水性蛋白致使其蛋白質(zhì)利用率低[3]。然而擠出技術(shù)的高剪切力、高溫、高壓等特點可改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，以達(dá)到增加可溶性蛋白質(zhì)的含量，同時處理后的還原糖、可溶性纖維素含量也會增加，營養(yǎng)物質(zhì)的保存率和利用率得到提高，可大幅度提高玉米副產(chǎn)物的食用品質(zhì)及利用率。

鷹嘴豆，為豆科鷹嘴豆屬的草本植物，在國外鷹嘴豆主要種植在一些常年干旱地區(qū)，如印度、墨西哥等國，在國內(nèi)鷹嘴豆主要被種植在西部地區(qū)，如新疆、青海、甘肅等地區(qū)，鷹嘴豆是一種經(jīng)濟(jì)作物，同時營養(yǎng)成分非常豐富，不僅淀粉的含量較高，而且不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)等對人體將康有益的營養(yǎng)成分含量豐富，其纖維素和維生素的含量也非常高，鷹嘴豆還具有強(qiáng)化營養(yǎng)的功效，以及獨有的香味可以和其他種類的食品搭配制作成營養(yǎng)豐富的強(qiáng)化食品[4]。鷹嘴豆不僅可以被直接作為食品簡單加工后食用，還可以加工成各種產(chǎn)品，然而，鷹嘴豆在普通的加工制作過程中由于其獨特的性質(zhì)需要長時間的高溫烹飪，嚴(yán)重降低了鷹嘴豆?fàn)I養(yǎng)品質(zhì)，同時也降低了鷹嘴豆的各項感官指標(biāo)，未對植酸鹽、蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行有效的消除、多酚化合物未被有效的利用，導(dǎo)致產(chǎn)品的最終品質(zhì)受到了嚴(yán)重影響。

擠壓膨化技術(shù)是一種利用溫度、壓力和剪切力的組合，將原料中的淀粉和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有獨特理化性質(zhì)的高膨脹度、低密度的產(chǎn)品，同時擠出技術(shù)也被稱為是一種高溫短時殺菌工藝（HTST）[5]。在國外擠壓膨化技術(shù)很早就被應(yīng)用于開發(fā)各種休閑食品，以及嬰兒斷奶食品，近年來擠壓膨化技術(shù)在國內(nèi)食品領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛，主要涉及休閑食品、營養(yǎng)代餐和雜糧麥片等領(lǐng)域，使用優(yōu)勢包括可以通過滅活胰蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子，促進(jìn)玉米-鷹嘴豆混合粉中淀粉的糊化、蛋白質(zhì)的變性提高消化率。此外，在膨化過程中高溫確保了產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量，由于加熱時間短，擠壓過程中食品營養(yǎng)物質(zhì)的損失被最小化[6-7]。因此，采用擠壓膨化技術(shù)不但可以解決以上問題，還能提高蛋白質(zhì)品質(zhì)，提高消化率，國內(nèi)外研究主要集中在對鷹嘴豆活性物質(zhì)的提取，以及一些功能性成分的驗證，而對鷹嘴豆直接加工利用的報道卻很少。

將鷹嘴豆- 玉米黃粉混合物作為原料，運用擠壓膨化技術(shù)制備出膨化產(chǎn)物，加工過程簡單，原料利用率高的同時極大地提高了混合膨化食品的營養(yǎng)價值，為以玉米黃粉、鷹嘴豆為原料生產(chǎn)高營養(yǎng)價值的膨化食品的開發(fā)提供了依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鷹嘴豆，大慶市禾鑫農(nóng)產(chǎn)品有限公司提供；玉米黃粉，大慶市寶琦農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

MB25 型水分分析儀，奧豪斯儀器（常州） 有限公司產(chǎn)品；K-360 型凱氏定氮儀，瑞士步琦有限公司產(chǎn)品；SLG35-A 型雙螺桿膨化機(jī)，濟(jì)南大億膨化機(jī)械有限公司產(chǎn)品產(chǎn)品；Perten3100 型旋風(fēng)磨，波通瑞華科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品產(chǎn)品；CP512 型電子天平，奧豪斯儀器（常州） 有限公司產(chǎn)品；DGG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

將玉米黃粉、鷹嘴豆在55 ℃下恒溫干燥12 h 后，分別進(jìn)行粉碎，將玉米黃粉，鷹嘴豆粉過80 目篩，之后玉米黃粉與鷹嘴豆粉分別按質(zhì)量比1∶0，9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5 的比例在實驗室小型混料裝置中混勻。

1.3.2 擠壓工藝參數(shù)設(shè)定

擠壓膨化裝置開機(jī)預(yù)熱5 min，擠壓膨化機(jī)的進(jìn)料量為18～23 kg/h，根據(jù)試驗需要分別調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)速為180，230，280 r/min（根據(jù)之前預(yù)試驗擠出物在180～280 r/min 下擠出物品質(zhì)最佳），通過預(yù)試驗得到的最佳擠壓溫度進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，擠壓膨化機(jī)器機(jī)筒溫度內(nèi)第一溫區(qū)、第二溫區(qū)、第三溫區(qū)、第四溫區(qū)、第五溫區(qū)溫度分別設(shè)置為60，100，130，160，180 ℃，將切割刀的轉(zhuǎn)速調(diào)整為400 r/min，擠出物被割機(jī)切割成均勻的長條狀，長度為4 cm，將其在100 ℃條件下干燥10 min 并保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 塊密度（PD）

PD 是用來判斷擠出物品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，可以判斷擠出物中氣體所占擠出物總體積的大小、氣腔壁厚度，以及氣腔排列的密集程度[8]。通過計算完整擠出物的體積與其質(zhì)量得到結(jié)果，取4 cm 長的擠出物，用游標(biāo)卡尺測量其直徑d，并稱其質(zhì)量m，PD 的計算公式為：

式中：m——膨化樣品質(zhì)量，g；

d——半徑，cm；

L——長度，cm。

1.3.4 吸水性指數(shù)（WAI） 和水溶性指數(shù)（WSI）

吸水性指數(shù)（WAI） 代表擠出物中淀粉在過量水膨脹后的保水能力，以及擠出物中淀粉在水溶液中的完整性[9]。同時，吸水性指數(shù)也可以直觀反映出機(jī)筒內(nèi)物料性質(zhì)的改變，水溶性指數(shù)（WSI） 可以衡量淀粉大分子降解成為可溶性多糖的程度與淀粉的降解程度[10]。水溶性指數(shù)升高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值也相應(yīng)提高，將干燥后的樣品磨粉后過80 目篩，取2.5 g粉溶于30 mL 蒸餾水中，并于30 ℃下水浴攪拌30 min，然后將所得物至于離心機(jī)中，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min 離心10 min，取上層清液至于鋁盒內(nèi)烘干得恒重，計算出上清液中水溶物的總質(zhì)量后，同時計算出離心后膠體的總質(zhì)量，WAI 和WSI 的計算公式為[11]：

式中：m1——粉的質(zhì)量，g；

m2——膠體質(zhì)量，g；

m3——水溶物質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 塊密度（PD）

螺桿轉(zhuǎn)速和鷹嘴豆添加量對塊密度（PD） 的影響見圖1。

圖1 螺桿轉(zhuǎn)速和鷹嘴豆添加量對塊密度（PD） 的影響

PD 是指擠出物質(zhì)量和體積之比，可以反映擠壓膨化產(chǎn)物的硬度及膨化度。隨著鷹嘴豆添加量的升高，擠出物的PD 曲線總體呈上升趨勢，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是當(dāng)鷹嘴豆添加量升高玉米含量降低時，擠壓膨化機(jī)機(jī)筒內(nèi)混合物中淀粉的含量會隨之而減少，當(dāng)機(jī)筒內(nèi)混合物總淀粉添加量降低時，改變了混合物淀粉基材料中淀粉的支鏈網(wǎng)絡(luò)，降低了機(jī)筒內(nèi)熔融態(tài)物料的彈性特性，降低了機(jī)筒內(nèi)的剪切力，從而導(dǎo)致擠出物所需SME 的降低，以及擠出物ER的減少和PD 增加[12]，并且隨著鷹嘴豆添加量升高的同時蛋白質(zhì)以及脂肪含量也隨之升高，然而過高的脂肪和蛋白質(zhì)之間的交互作用又會抑制支鏈淀粉自由膨脹，同時也是ER 下降、PD 上升的原因。

2.2 吸水性指數(shù)（WAI）

螺桿轉(zhuǎn)速和鷹嘴豆添加量對吸水性指數(shù)（WAI）的影響見圖2。

圖2 螺桿轉(zhuǎn)速和鷹嘴豆添加量對吸水性指數(shù)（WAI） 的影響

WAI 吸水性指數(shù)是指擠出物中淀粉在過量水膨脹后的保水性，WAI 可以反映出完整及完全糊化的淀粉分子含量，可以體現(xiàn)出淀粉在水溶液中的完整性[13]。在不同螺桿轉(zhuǎn)速的條件下，隨著鷹嘴豆添加量的升高，WAI 總體呈下降的趨勢，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于鷹嘴豆的淀粉含量較少，導(dǎo)致機(jī)筒內(nèi)混合粉的總淀粉含量隨著鷹嘴豆添加量的升高而降低。當(dāng)鷹嘴豆添加量取一固定值時，縱觀3 條曲線可以發(fā)現(xiàn)，隨著擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速的減小，擠出物的WAI值不斷減小，可以說明隨著轉(zhuǎn)速的升高，擠出的單位機(jī)械消耗能輸出增多，機(jī)筒內(nèi)的混合體系中糊化淀粉的含量升高淀粉糊化充分。

2.3 水溶性指數(shù)（WSI）

螺桿轉(zhuǎn)速和鷹嘴豆添加量對水溶性指數(shù)（WSI）的影響見圖3。

圖3 螺桿轉(zhuǎn)速和鷹嘴豆添加量對水溶性指數(shù)（WSI） 的影響

WSI 可以衡量淀粉大分子降解成為可溶性多糖的程度與淀粉的降解程度，可以用來測定擠出物中的淀粉聚合物可溶性多糖的釋放量[13-20]。隨著鷹嘴豆添加量的升高，WSI 總體呈上升趨勢，對比發(fā)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)速越高WSI 越大，可以用來說明隨著螺桿轉(zhuǎn)速的升高淀粉降解的徹底，淀粉降解時所需的單位機(jī)械消耗能也會增高，與Suksomboon A 等人[21]的研究中，以大米、玉米和小米為原料的擠出物，飼料濕度、螺桿轉(zhuǎn)速和桶溫對WSI 的影響結(jié)果相似。隨著玉米黃粉含量的減低淀粉含量下降，但機(jī)筒內(nèi)其混合物中的蛋白質(zhì)、膳食纖維等在高溫、高剪切力的作用下分子鏈會發(fā)生部分?jǐn)嗔眩肿恿孔冃。瑢?dǎo)致擠出物中蛋白質(zhì)的親水性增加，部分不溶性纖維素變?yōu)榭扇苄岳w維素，總體的可溶物升高，最終導(dǎo)致整體WSI 上升。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明，在擠壓工藝條件不變的情況下，鷹嘴豆含量、螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓膨化樣品的理化性質(zhì)有顯著影響。隨著鷹嘴豆含量的升高PD 進(jìn)而呈現(xiàn)出上升的趨勢，當(dāng)鷹嘴豆含量超過20%時，螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)整為180 r/min 的條件下，膨化樣品PD 的增長值明顯比其他轉(zhuǎn)速值高。當(dāng)鷹嘴豆含量增加及螺桿轉(zhuǎn)速降低時，將會導(dǎo)致WAI 下降的趨勢明顯，WSI 的值隨鷹嘴豆含量升高時WSI 的值略微上升，轉(zhuǎn)速越高時WSI 越大。