雜糧粉擠壓膨化工藝的優(yōu)化

張 艷，田海娟，張傳智

（吉林工商學(xué)院 糧食學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130507）

我國(guó)雜糧栽種歷史悠久、資源豐富、品種多樣，素有“雜糧王國(guó)”的美稱。雜糧營(yíng)養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)及多種功能因子，兼具藥食兩用的獨(dú)特功效，由于生長(zhǎng)地域和氣候的特殊要求，雜糧更成為遠(yuǎn)離污染的無(wú)公害天然綠色食品。隨著人們生活水平的日益提高，雜糧食品以其獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和綠色環(huán)保特點(diǎn)，俘獲了眾多食客。因此，雜糧食品具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景[1-2]。

擠壓膨化是指物料在高溫高壓及擠壓機(jī)螺桿的推動(dòng)作用下，被擠出模孔的瞬間，壓力瞬間降低，使得物料的性質(zhì)及組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過(guò)程[3]。擠壓膨化法技術(shù)成熟，功效顯著，可處理多種原料來(lái)源的膳食纖維，且經(jīng)擠壓膨脹后的可溶性膳食纖維的含量和質(zhì)量都有顯著提高。糊化度是衡量谷物食品熟化程度的指標(biāo)，也是反映擠壓效果的重要指標(biāo)[4]。本研究以燕麥、薏米、青稞、小米4 種雜糧為原料，制備一種速溶雜糧粉。在保證4 種雜糧特有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的前提下，通過(guò)雙螺桿擠壓改性4 種雜糧，改善原料制粉后的糊化性。經(jīng)過(guò)單因素、正交試驗(yàn)優(yōu)化雙螺桿擠壓膨化參數(shù)，得到最佳工藝參數(shù)，為擠壓膨化制備速溶雜糧粉提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

燕麥、薏米、青稞和小米（市售）。

雙螺旋擠壓機(jī)、三清超微粉碎機(jī)、粗粉碎機(jī)、電子精密天平、臺(tái)式高速離心機(jī)和數(shù)顯恒溫水浴鍋等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

速溶雜糧粉制作流程為原料選取→原料稱量→除雜→粗粉碎、過(guò)篩→混料→擠壓膨化→干燥→超微粉碎→復(fù)配→包裝[5]。

1.2.2 操作要點(diǎn)

（1）粗粉碎、過(guò)篩。對(duì)原料進(jìn)行粗粉碎，過(guò)80目篩。

（2）混料。預(yù)先進(jìn)行雜糧配方試驗(yàn)確定燕麥、薏米、青稞、小米的配比為6 ∶3 ∶3 ∶8，按比例混合為總重量為1 000 g 混料，備用。

（3）擠壓膨化。機(jī)筒提前預(yù)熱至所需條件，在整個(gè)擠壓膨化過(guò)程中要維持機(jī)器穩(wěn)定，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)壓力值。

（4）干燥。把原料放入干燥箱中，50 ℃烘干4 h，使物料水分含量維持在8%～9%。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

按確定配方稱取1 000 g 雜糧粉，在基礎(chǔ)條件（物料水分添加量15%、喂料速度為22 Hz、擠壓溫度160 ℃、螺桿速度為24 Hz）固定的情況下，分別研究物料水分添加量（13%、15%、17%、19%和21%）、喂料速度（20 Hz、23 Hz、26 Hz、29 Hz 和32 Hz）、擠壓溫度（130 ℃、145 ℃、160 ℃、175 ℃和190 ℃）和螺桿速度（16 Hz、19 Hz、22 Hz、25 Hz 和28 Hz）對(duì)混合雜糧粉糊化度的影響。

1.2.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳擠壓工藝條件，見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.2.5 糊化度測(cè)定

根據(jù)《預(yù)糊化淀粉》（GB/T 38573——2020）中的方法測(cè)定擠壓膨化后雜糧粉的糊化度。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 物料水分添加量對(duì)雜糧粉糊化度的影響

由圖1 可知，水分添加量在13%～17%時(shí)，雜糧粉糊化度隨水分添加量的增大而增大；原因是在此區(qū)間，水分對(duì)擠壓膨化效果起到促進(jìn)作用，雜糧粉糊化度趨于徹底。當(dāng)添加量為17%時(shí)，雜糧粉糊化度最大，可達(dá)84%。水分添加量在17%～21%時(shí)，雜糧粉糊化度隨水分添加量的增大而減小；原因是水分添加過(guò)多，物料在擠壓膨化時(shí)受到的剪切、摩擦作用減弱，多余水分發(fā)生汽化引起擠壓溫度下降，導(dǎo)致物料糊化效果受到不良影響。因此，選擇17%、19%、21%作為正交試驗(yàn)因素水平。

圖1 水分添加量對(duì)雜糧粉糊化度的影響

2.1.2 喂料速度對(duì)雜糧粉糊化度的影響

由圖2 可知，雜糧粉糊化度隨喂料速度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在喂料速度為26 Hz 時(shí)，雜糧粉糊化度最大，為64%。雜糧粉糊化度的變化與物料在機(jī)筒中的受熱、剪切、摩擦有關(guān)，當(dāng)喂料速度大于26 Hz，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入機(jī)筒進(jìn)行擠壓膨化的物料超過(guò)設(shè)定條件下擠壓機(jī)處理物料能力，在擠壓時(shí)物料吸收熱量不足，影響擠壓膨化效果，進(jìn)而降低了雜糧粉糊化度。因此，選擇喂料速度為23 Hz、26 Hz、29 Hz 作為正交試驗(yàn)因素水平。

圖2 喂料速度對(duì)雜糧粉糊化度的影響

2.1.3 擠壓溫度對(duì)雜糧粉糊化度的影響

由圖3 可知，在擠壓溫度為130 ～190 ℃時(shí)，雜糧粉糊化度隨擠壓溫度的升高呈現(xiàn)先增大后緩慢減小的趨勢(shì)。原因是前期隨著溫度的升高，物料所受的剪切力和摩擦力變大，機(jī)筒內(nèi)部壓力增大，令物料處于熔融狀態(tài)糊化。在擠壓溫度為160 ℃時(shí)，雜糧粉糊化度最大為74%。后期隨著擠壓溫度的升高，雜糧粉糊化度變化不明顯。綜上，擠壓溫度為145 ℃、160 ℃、175 ℃時(shí)，糊化度梯度明顯，且糊化效果較好，選為正交試驗(yàn)的3 個(gè)水平。

圖3 擠壓溫度對(duì)雜糧粉糊化度的影響

2.1.4 螺桿速度對(duì)雜糧粉糊化度的影響

由圖4 可知，螺桿速度在16 ～22 Hz 時(shí)，雜糧粉糊化度隨螺桿速度的增大而增大。螺桿速度低于22 Hz 時(shí)，物料所受的剪切力隨螺桿速度的增大而增大，物料承受的剪切力令物料分子水平距離增大，受熱更充分，因此雜糧粉的糊化度增大。螺桿速度為22 Hz 時(shí)，雜糧粉糊化度最大值為78%。螺桿速度在22 ～28 Hz 時(shí)，雜糧粉糊化度隨螺桿速度的增大而減小。綜上，螺桿速度為19 Hz、22 Hz、25 Hz時(shí)糊化相對(duì)較好，確定為正交試驗(yàn)的3 個(gè)水平。

圖4 螺桿速度對(duì)雜糧粉糊化度的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由表2 可知，影響糊化程度的因素依次為螺桿速度＞水分添加量＞擠壓溫度＞喂料速度，最佳工藝為A2B2C1D3，即水分添加量為19%、喂料速度為26 Hz、擠壓溫度為145 ℃、螺桿速度為25 Hz。此條件下雜糧粉的糊化度為89.73%，高于9 組試驗(yàn)中糊化度最高的8 號(hào)試驗(yàn)A3B2C1D3（85.84%），因此工藝可靠。

表2 糊化度正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本文研究了擠壓膨化工藝對(duì)雜糧粉糊化度的影響，確定螺桿速度對(duì)糊化度影響最大，其次是物料水分添加量和擠壓溫度，影響最小的為喂料速度。擠壓膨化最佳工藝條件為物料水分添加量19%、喂料速度26 Hz、擠壓溫度145 ℃、螺桿速度25 Hz，該條件下雜糧粉糊化度達(dá)到89.73%。