麥麩擠壓改性工藝的優化

張明，董海洲，劉傳富，校靜婕

(山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安，271018)

麥麩擠壓改性工藝的優化

張明，董海洲，劉傳富，校靜婕

(山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安，271018)

以小麥麩皮為原料，采用擠壓膨化技術，在單因素試驗的基礎上，根據Box-benhnken中心組合方法進行三因素三水平的試驗設計。以可溶性膳食纖維含量為響應值，進行響應面分析(RSM)。結果表明:麥麩擠壓改性的最佳工藝條件為:物料含水率23%、膨化溫度133℃、轉速225 r/min，在此條件下，麥麩擠壓改性的理論值為15.66%，檢驗實測值為15.42%，與理論值相對誤差為1.40%。

麥麩，擠壓改性，響應面分析法

小麥麩皮是制粉中的主要副產品，我國麥麩資源豐富，年產量約2 000萬t以上［1］。麩皮中含有豐富的膳食纖維、植物蛋白等營養物質［2］。但由于天然來源的膳食纖維中大多數為不溶性膳食纖維(IDF)，而可溶性膳食纖維(SDF)的含量較低，易造成小麥麩皮口感粗糙，可食用性較差，如直接添加到食品中會嚴重影響產品質量。因此，對麥麩進行改性，提高麥麩的可食性仍是目前研究的熱點。

擠壓加工技術作為一門高新技術，在膳食纖維改性中，能夠促使大分子物質發生有益的變化，提高SDF 含量［3］，改善其口感［4］。本研究采用擠壓膨化的方法，在單因素試驗的基礎上，利用Box-benhnken中心組合試驗和響應面分析的方法，確定麥麩的擠壓改性工藝條件。

1 材料與方法

1.1 主要材料

小麥麩皮，從泰安市糧油批發市場購得。

1.2 主要設備

DS56-X型雙螺桿膨化機，濟南高新開發區賽信機械有限公司;JFSD-70粉碎磨，上海嘉定糧油檢測儀器廠;DZKW電子恒溫水浴鍋，北京光明醫療儀器廠;102－2型電熱鼓風干燥箱，上海錦屏儀器儀表有限公司;JJ300電子天平(±0.01g)，美國雙杰兄弟(集團)有限公司常熟雙杰測試儀器廠。

1.3 工藝流程

麥麩→干燥→粉碎→調粉→擠壓→粉碎→品質分析

1.4 試驗內容

1.4.1 單因素試驗

本試驗在同一喂料速度前提下，研究不同物料含水量(10%、15%、20%、25%和30%)膨化溫度(100、110、120、130和140℃)及轉速(100、150、200、250 和300 r/min)對麥麩可溶性膳食纖維含量的影響。SDF含量(干基)為考核指標。

1.4.2 響應面法優化試驗

在單因素試驗的基礎上，以物料含水量、膨化溫度、轉速進行響應面Box-Benhken中心組合設計，以SDF含量(干基)為響應值，進行擠壓工藝條件的優化。

1.5 測定方法

蛋白質的測定:凱氏定氮法(GB/T5009.5－2003);淀粉的測定:前處理同酶解法(GB/T5009.9－2003)，測定用DNS比色法;脂肪的測定:索氏抽提法(GB/T5009.6－2003);總膳食纖維(TDF)、水溶性膳食纖維(SDF)與水不溶性膳食纖維(IDF)的測定:AACC32－07法;水分的測定:直接干燥法(GB/T5009.3－2003);灰分的測定:直接灰化法(GB/T5009.4－2003)。

2 結果與分析

2.1 麥麩主要成分分析

麥麩進行篩選、烘干，對其主要成分分析，結果如表1所示。

表1 麥麩的主要成分

從表1可以看出，麥麩中主要成分是膳食纖維，其次是淀粉和蛋白質，SDF含量較低(1.95%)，占總膳食纖維含量的4.22%。

2.2 麥麩擠壓改性工藝條件的單因素試驗

2.2.1 物料含水量對麥麩可溶性膳食纖維含量的影響

準確稱取5份麥麩，每份5.00kg，分別置于調粉機中攪拌，調節物料濕度。在膨化溫度120℃、螺桿轉速200 r/min條件下擠壓膨化，物料含水量對麥麩SDF的影響結果如圖1所示。

圖1 含水量對麥麩中SDF含量的影響

從圖1可以看出，物料含水量對麥麩SDF含量有一定的影響，在物料含水量10%～25%內，隨著物料含水量的增加，麥麩SDF含量不斷提高;但物料含水量超過25%，SDF含量反而有所降低。因此，在本試驗條件下最佳的物料含水量為25%。

2.2.2 膨化溫度對麥麩可溶性膳食纖維含量的影響

準確稱取5份麥麩，每份5.00 kg，分別置于調粉機中攪拌，調節物料濕度，使物料的含水量為25%。固定螺桿轉速200 r/min，膨化溫度對麥麩SDF的影響結果如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著膨化溫度的升高，麥麩SDF含量在膨化溫度 130℃時，達到最大值(10.34%)，膨化溫度超過130℃，麥麩SDF含量反而下降。因此，在本試驗條件下最適宜的膨化溫度為130℃。

2.2.3 轉速對麥麩可溶性膳食纖維含量的影響

準確稱取5份麥麩，每份5.00kg，分別置于調粉機中攪拌，調節物料濕度，使物料的含水量為25%。固定膨化溫度130℃，轉速對麥麩SDF的影響結果如表3所示。

圖3 轉速對麥麩中SDF含量的影響

從圖3可以看出，隨著轉速的提高，麥麩SDF含量迅速增加，在轉速250 r/min時達到最高，之后再提高轉速SDF含量反而降低。因此，在本試驗條件下最適宜的轉速為250 r/min。

2.3 響應面法優化麥麩擠壓工藝

2.3.1 響應面試驗設計與結果

在單因素試驗的基礎上，采用Box-Benhken中心組合進行三因素三水平的試驗設計。試驗設計見表2，結果見表3。

表2 響應面試驗設計表

試驗號1～12是析因分析，試驗號13～15是中心試驗。15個試驗點為析因點和0點，其中析因點為自變量取值在X1、X2、X3所構成的三維定頂點;0點為區域的中心點，0點試驗重復3次，用以估計試驗誤差。運用SAS REREG程序對這15個試驗點的響應值進行回歸分析，建立響應面回歸模型，得到回歸方程為:

表3 響應面試驗設計方案及結果

表4 回歸方程的方差分析

由表4可知，方程的F值為118.461，Pr＞F0.01(9，5)=0.000 1，表明方程描述各因子與響應值之間的關系時，因變量與全體自變量之間的線性關系是高度顯著的。由表4該模型的方差分析表可見，模型具有高度的顯著性(P＜0.01)，失擬項(P＞0.10)不顯著以及R2=0.995 3，可知回歸方程擬合度和可信度較高，試驗誤差較小，因而可以用此模型對擠壓工藝結果進行分析。

2.3.2 麥麩擠壓工藝的優化

根據回歸方程，作相應曲面圖，考察所擬合的響應曲面形狀，分析物料含水量、膨化溫度、轉速對SDF含量的影響。其響應曲面如圖4～圖6所示。

圖4 物料含水量、膨化溫度及其相互作用的影響

圖5 物料含水量、轉速及其相互作用的影響

表5 典型分析表

表6 特征值的典型分析表

圖6 膨化溫度、轉速及其相互作用的影響

從表6可以看出，特征值都小于0，因而整個模型存在最大值。通過圖4～圖6以及表5可知，當分析物料含水量、膨化溫度、轉速的編碼值分別為－0.428 37，0.311 98，－0.554 42時，可以得到最大SDF含量，其含量為15.659 13%。通過換算可知，物料含水量為 22.86%、膨化溫度 133.12℃、轉速222.28 r/min?？紤]到實際生產，將優化參數修正物料含水量為23%，膨化溫度133℃，轉速225 r/min。并以此擠壓改性條件做3次平行試驗，驗證試驗結果，測得SDF含量為(15.42±0.55)%，與理論預測值基本一致，表明響應面分析方法可靠，具有實用價值。

3 結論

以小麥麩皮為原料，在單因素試驗的基礎上，通過響應面分析方法對擠壓改性工藝條件進行了優化，得到了最佳工藝條件:物料含水率23%、膨化溫度133℃、轉速225 r∕min、響應面極值為15.66%，通過驗證試驗，SDT含量為15.42%，與理論結果相對誤差為1.40%，對麥麩的擠壓改性具有一定的參考價值。

［1］陳忠寶，丁寶涎，劉璘，等.響應面法分析工藝參數對麥麩擠壓膨化產品吸水特性的影響［J］.浙江工業大學學報，2009，37(2):161－165.

［2］朱小喬，劉通風.小麥麩的功能組分及其在食品中的開發應用［J］.糧油食品科技，2008，8(6):18－23.

［3］董海洲，劉傳富，喬聚林，等.豆渣膳食纖維擠壓改性工藝條件的研究［J］.中國糧油學報，2008，23(6):81－84.

［4］楊濤，辛建美，徐青，等.熱塑擠壓技術對食品營養成分影響的研究進展［J］.食品科學，2010，31(7):312－316.

Optimization of Extrusion Technology of Wheat Bran by Response Surface Methodology

Zhang Ming，Dong Hai-zhou，Liu Chuan-fu，Xiao Jing-jie
(College of Food Science and Engineering，Shangdong Agricultural University，Taian 271018，China)

In the study，normal design of three factors and three levels was adopted according to the Boxbenhnken central composite design method，using wheat bran as raw materials and extrusion technology.The content of soluble dietary fiber was used as the response value to study the Response Surface Methodology(RSM).The results showed that the optimum conditions for the extrusion modification were as follows:water ratio of raw material 23%，puffed temperature 133℃，rotation speed 225 r/min.Under the above conditions，the theoretical result of extrusion modification was 15.66%and the actual one was 15.42%.The relative error between them was 1.40%.

wheat bran，extrusion，response surface methodology

碩士研究生(董海洲教授為通訊作者)。

2010－07－07，改回日期:2010－09－07