藜麥紫薯擠壓膨化食品加工工藝優化及品質分析

張文剛

（青海大學農林科學院，青海省青藏高原農產品加工重點實驗室，青藏高原種質資源研究與利用實驗室，青海 西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.） 作為一種藜科藜屬的雙子葉“假谷物”，富含蛋白質、氨基酸、膳食纖維、維生素、多酚、礦物質等功效成分，具有極高的食用價值，是FAO 確認的唯一單體可滿足人體基本營養需要的“全營養”食品[1]。長期食用藜麥有助于預防和改善多種代謝疾病，如肥胖、糖尿病、高血脂、抗氧化和抗癌等[2]。鑒于藜麥的突出優勢，其已被用于加工主食、焙烤制品、發酵飲品、麥片、營養代餐粉、谷物棒等各類產品，在現代健康食品開發中前景廣闊[3-4]。

擠壓膨化是一種集高溫、高壓和高剪切作用為一體的食品加工技術，在膨化休閑產品加工中應用廣泛[5]。通過擠壓膨化，物料會發生蛋白質變性、淀粉糊化、可溶性膳食纖維溶出、抗營養因子減少、體積膨化等一系列變化，消化利用率和保藏性提升，深受市場消費者青睞[6]。目前，藜麥擠壓膨化理論及產品開發研究處于起步階段，以藜麥為原料開發擠壓膨化休閑食品對豐富市場健康產品類型十分必要。然而，受物料特性影響，單一藜麥相比玉米、蕎麥、小麥、青稞等不易擠壓加工，產品感官品質欠佳，而通過物料復配則是解決該問題的有效方式之一[7-9]。

紫薯（Ipomoea batatas L.） 屬于旋花科番薯屬草本植物，肉質呈淡紫色或較深的紫色，在我國山東、湖南、江西、廣西等地有廣泛種植[10]。紫薯富含蛋白質、淀粉、氨基酸、花青素、維生素、礦物質等，具有抗癌、抗腫瘤、增強免疫力、預防心血管疾病等生理功效，膳食攝入紫薯有助于均衡營養及促進人體健康[11]。目前，紫薯在谷物擠壓膨化制品加工中已有應用[12]，將其與藜麥結合進行復配擠壓加工，不僅可以發揮兩者的營養功能優勢，還可以賦予產品優良的感官品質。以藜麥和紫薯為原料，制作復合擠壓膨化食品，通過單因素試驗和正交試驗優化得到最佳工藝，并對產品的營養組成和抗氧化活性進行評價，以期為藜麥和紫薯資源的加工利用提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青白藜1 號，青海大學農林科學院作物所提供；紫薯粉，市售；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、三吡啶三吖嗪（TPTZ）、水溶性維E（Trolox）、2,2'-聯氮-雙-（3 -乙基苯并噻唑啉- 6 -磺酸） 二銨鹽（ABTS），美國Sigma 公司提供。

FW200 型高速中藥粉碎機，天津華鑫儀器廠產品；AL204 萬分之一分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司產品；KETSE 20/40 型雙螺桿擠壓膨化機，德國布拉本德產品；DL-5M 型低速冷凍離心機，湖南長沙湘儀離心機儀器有限公司產品；N4S 型紫外可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

藜麥粉、紫薯粉→混合→調節水分→擠壓成型→成品。

1.2.2 單因素試驗

以膨化率和感官評分為指標，探討水分含量（8%，12%，16%，20%，24%，28%）、藜麥與紫薯質 量 比（1 ∶2，1 ∶1，2 ∶1，3 ∶1）、擠 壓 溫 度（140，150，160，170，180 ℃） 及螺桿轉速（130，140，150，160，170，180 r/min） 4 個因素對藜麥紫薯復合擠壓膨化物的影響。各因素固定條件為藜麥與紫薯質量比2∶1，水分含量8%，擠壓溫度160 ℃，螺桿轉速160 r/min。

1.2.3 正交試驗

在單因素試驗基礎上，綜合考慮藜麥紫薯質量比、水分含量、擠壓溫度和螺桿轉速4 個因素的較優水平，設計L9（34）正交試驗，確定藜麥紫薯擠壓膨化產品加工最優條件。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

1.2.4 指標測定

（1） 膨化率。參考方勇等人[13]的方法測定。每一個樣品用數顯游標卡尺隨機測定直徑15 次，去除最小值和最大值后取平均值，膨化率表示為膨化物直徑與模口直徑之比。

（2） 水溶性指數。參考Yagci S 等人[14]的方法稍加修改后測定。取2.0 g 粉碎后的膨化物于離心管中，加入20 mL 蒸餾水，振蕩分散3 min，將懸浮液于30 ℃水浴中保持30 min，期間每隔10 min 振蕩1 次，然后以轉速4 000 r/min 離心20 min。將上清液倒入質量已知的蒸發皿中，于105 ℃烘干至恒質量，得到上清液中水溶物的質量。水溶性指數按公式（1） 計算。

式中：m1——水溶物的質量，g；m2——膨化物的質量（2.0 g）。

（2） 感官評價。由10 名經過專業培訓的人員組成評價小組，對不同條件下的藜麥紫薯擠壓膨化產品進行品評打分。所有的樣品均采用3 位隨機數進行編碼。

感官評價標準表2。

表2 感官評價標準

（3） 營養成分。按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》方法測定蛋白質含量；按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》方法測定脂肪含量；按照GB/T 5009.88—2003《食品中不溶性膳食纖維的測定》方法測定粗纖維含量；按照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》方法測定灰分含量。

（4） 抗氧化活性。參考楊希娟等人[15]的方法。采用80%丙酮在超聲輔助下提取膨化物多酚并測定提取液的DPPH·清除率、ABTS·+清除率和FRAP 還原力，根據標準曲線定量，結果以水溶性維E 當量表示（μmol/100 g DW）。

1.2.5 數據處理

采用Origin 2019 和Excel 等進行數據統計分析及繪圖。試驗重復3 次。顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

擠壓單因素試驗結果見圖1。

圖1 擠壓單因素試驗結果

由圖1（a） 可知，膨化率和水溶性指數隨著復合粉中藜麥粉比例的增加先降低，當藜麥紫薯質量比為3∶1 時兩者略有升高。感官評分整體先增大后減小，當質量比（藜麥∶紫薯） 為1∶1 時感官評分最高達88.86 分。適當添加紫薯可以豐富香氣并改善藜麥擠壓特性，但添加過少對其綜合品質提升較小，添加過量時則會加深膨化物色澤并掩蓋藜麥風味，造成不利影響[12]。因此，綜合考慮產品感官品質和膨化特性，選擇藜麥紫薯質量比1∶1，2∶1，3∶1 為較優水平。

由圖1（b） 可知，隨著物料水分含量的增大，膨化率呈逐漸下降趨勢，表明低水分條件下較有利于物料膨化，與張婷等人[16]報道較一致。水溶性指數先升高后降低再升高，水分含量高于20%后水溶性指數的增加可能是物料調質水分分布不夠均勻造成。感官評分先增大后不斷減小，當水分含量為12%時，感官評分最高為84.21 分。水分含量過高時，物料在腔體內的摩擦力減小，剪切力不夠，擠壓效果通常不佳[17]。因此，綜合選擇水分含量8%，12%，16%為較優水平。?

由圖1（c） 可知，隨著擠壓溫度的升高，膨化率先緩慢升高后略有下降，當擠壓溫度為160 ℃時膨化率最大為3.72，水溶性指數則先升高后趨于平緩。感官評分整體先快速增大，當溫度為150 ℃時最高為83.86 分，繼續升高溫度后感官評分出現降低，與向莉等的報道類似[18]。擠壓溫度較低時，物料達不到過熱狀態，膨化效果較差，溫度過高時物料易出現過度膨化和焦煳現象，造成品質降低[18-19]。因此，綜合選擇擠壓溫度150，160，170 ℃為較優水平。

圖1（d） 顯示，當螺桿轉速在130~170 r/min時，膨化率和水溶性指數變化較小，當螺桿轉速超過170 r/min 時膨化率顯著下降（p<0.05）。感官評分隨著螺桿轉速的增大先增大后減小，當螺桿轉速為150 r/min 時感官評分最高為87.86 分。研究表明，螺桿轉速過慢會導致剪切力不夠，物料膨化程度受到影響，同時物料蛋白質、膳食纖維等不能充分降解，不易消化吸收；螺桿轉速過快時，物料在擠壓機腔體內受熱時間短，淀粉糊化不完全，影響感官品質[16，20]。因此，綜合選擇螺桿轉速150，160，170 r/min為較優水平。

2.2 正交試驗結果

正交試驗結果見表3。

表3 正交試驗結果

由表3 可知，以膨化率為指標，正交試驗極差（R） 為A>B>D>C，最優工藝為A3B1C1D1，即擠壓溫度170 ℃，藜麥紫薯質量比1∶1，螺桿轉速150 r/min，水分含量8%。以水溶性指數為指標，正交試驗極差（R） 為D>C>A>B，最優工藝為A2B3C3D3，即擠壓溫度160 ℃，藜麥紫薯質量比3∶1，螺桿轉速170 r/min，水分含量16%。以感官評分為指標，正交試驗極差（R） 為A>C>B=D，最優工藝為A3B3C3D3，即擠壓溫度170 ℃，藜麥紫薯質量比3∶1，螺桿轉速170 r/min，水分含量16%。

驗證試驗結果見表4。

表4 驗證試驗結果

由表4 可知，組合1（A3B1C1D3） 膨化率最高（4.53），組合2（A2B3C3D3） 水溶性指數（0.22%） 和感官評分（89.28 分） 均為最高，組合3（A3B3C3D3）膨化率和水溶性指數最低而感官評分處于中間水平。以產品感官品質為主要考慮因素，兼顧膨化特性，綜合選擇組合2 為藜麥紫薯擠壓膨化食品最優加工工藝參數，此條件下加工產品的色澤均勻，呈現淡紫色，形狀規則，一咬即斷，口感干脆，有較濃的藜麥和紫薯特征香味。

2.3 產品品質分析

藜麥紫薯復合擠壓膨化產品的主要營養成分及抗氧化活性見表5。

表5 藜麥紫薯復合擠壓膨化產品的主要營養成分及抗氧化活性

由表5 可知，藜麥紫薯擠壓膨化產品粗蛋白、粗纖維、粗脂肪和灰分含量低于單一擠壓膨化藜麥，可能是受市售紫薯粉本身營養組成的影響。藜麥紫薯擠壓膨化產品與單一擠壓膨化藜麥相比，其ABTS·+清除活性有所降低，但DPPH·清除活性和FRAP 鐵還原力則顯著增大（p<0.05），總體來看，紫薯添加有助于提升產品的抗氧化活性。研究顯示，紫薯含有豐富的多酚、黃酮和花青素等天然抗氧化成分，作為一種優質輔料可以改善食品的功能品質[21]。

3 結論

在單因素試驗基礎上，對藜麥紫薯擠壓膨化食品加工工藝進行優化并分析了產品品質。結合膨化率和感官評分確定藜麥紫薯復合擠壓膨化最優工藝條件為藜麥紫薯質量配比3∶1，擠壓溫度160 ℃，螺桿轉速170 r/min，水分含量16%，該條件下產品呈均勻淡紫色，形狀規則，口感干脆，有較濃的藜麥和紫薯特征香味。相比單一擠壓膨化藜麥，藜麥紫薯復合擠壓膨化產品粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和灰分含量降低，但總體抗氧化活性有所提升。添加紫薯是一種改善藜麥擠壓特性與功能品質的有效方式。