蓮子雙螺桿擠壓膨化工藝的研究

陳學玲， 關 健， 梅 新， 何建軍

(湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所/湖北省農業科技創新中心農產品加工分中心，湖北武漢 430064)

蓮子雙螺桿擠壓膨化工藝的研究

陳學玲， 關 健， 梅 新， 何建軍

(湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所/湖北省農業科技創新中心農產品加工分中心，湖北武漢 430064)

以蓮子為原料，采用雙螺桿擠壓膨化技術開發蓮子膨化食品．研究了原料顆粒大小、原料含水量、進料速度、擠壓膨化溫度及螺桿轉速等因素對蓮子膨化的影響．結果表明:當蓮子目數大于或等于40目時，蓮子膨化較優工藝為:進料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化溫度155～165℃，螺桿轉速135～145 r/min．

蓮子;膨化;工藝

蓮子，又名蓮實、蓮米、水芝丹，是睡蓮科植物蓮屬(Nympheaceae Nelumbo Adans)的種子，原產我國，是我國水生蔬菜栽培中的特種經濟植物，主要分布在湖北、湖南、江西、福建、江蘇、浙江、安徽等平原水域地區．

蓮子作為我國特產資源，絕大多數僅以干蓮形態銷售，而干蓮的生產系采用熱風干燥或自然干燥而成，這種加工方式對植物體內重要活性成分破壞極為嚴重．本研究采用擠壓膨化技術，開發一種新型蓮子膨化產品，研究擠壓膨化工藝，為生產提供理論依據．

1 材料與方法

1.1 材料

市售干蓮子．

1.2 儀器設備

DS32－Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機，山東賽信膨化機械有限公司;FW－100型粉碎機，鄭州市滎陽華盛儀器廠;752型分光光度計，上海光譜儀器有限公司．

1.3 試驗方法

1.3.1 蓮子粉碎試驗

在粉碎干蓮子試驗中，考慮原料顆粒大小對膨化的影響，對粉碎后的蓮子粉進行篩選分級，對20，40，60，80，120目原料分別進行擠壓膨化試驗．

1.3.2 蓮子膨化試驗

膨化試驗中，進料速度、原料含水量、溫度、螺桿轉速是影響膨化效果的關鍵因素．前期研究發現，蓮子的膨化率介于1.50～2.00時，膨化產品結構均勻疏松，且膨化率越高，膨化效果越好．在前期研究基礎上，選擇適宜的因素水平，設計單因素試驗，各因素水平見表1．

表1 因素水平表Tab．1 Factors and levels

1.3.3 產品膨化率

用游標卡尺測定樣品直徑，每個樣品隨機測定10次，求其平均值作為產品的平均直徑D1，除以?？谥睆?D2(6 mm)，其商 D1/D2為膨化率［1］．

2 結果與分析

2.1 原料粒度對膨化的影響

研究發現，原料顆粒目數小于或等于20目難以實現膨化;40目以上的原料可以實現擠壓膨化;當目數小于或等于80目時，不同粒度對膨化沒有顯著影響．故原料膨化前需進行粉碎處理，過篩分選，原料目數大于或等于40目即可．

2.2 蓮子膨化工藝

膨化率是衡量物料經擠壓膨化后膨化質量的重要指標，膨化率低，產品密度高，不松脆;膨化率過高，產品內部形成大小不一的蜂窩狀氣泡，組織結構不均勻，且無咀嚼感．以膨化率為指標，考察進料速度、含水量、溫度及螺桿轉速4個因素影響產品膨化效果．

2.2.1 進料速度對膨化的影響

進料速度對蓮子膨化率的影響如圖1，進料速度為18 r/min時，產品膨化率較高，速度減小或增加后膨化率呈下降趨勢．在螺桿轉速不變的情況下，進料速度于16～18 r/min時，增大會使機筒內物料的填充程度得到提高，物料所受剪切和摩擦作用加強，有利于淀粉顆粒的破壞，提高膨化程度．另外，進料速度增大時，?？谔幮纬傻膲毫υ黾樱c?？谕獯髿鈮褐g的壓差增大，物料從?？谔帞D出時膨化程度增大．但是，進料速度在20～24 r/min時，進一步增大進料速度會使物料在機筒內攪拌不均勻，造成物料從機筒處吸收熱量的不均，以至于淀粉糊化和熔融程度不相同，在擠出物中存在“硬質團”，影響膨化率和口感［2］．

圖1 進料速度對膨化率的影響Fig．1 Influence of feeding speed on extrusion rate

2.2.2 原料含水量對膨化的影響

原料含水量等于或低于13%時，膨化率為1.00，膨化產品的直徑與雙螺桿擠壓膨化機的?？谥睆较嗤?，未實現膨化;含水量在14% ～17%，蓮子膨化率隨含水量增大呈降低趨勢，見圖2．

圖2 原料含水量對膨化率的影響Fig．2 Influence of moisture content on extrusion rate

原料含水量是影響擠壓膨化效果的關鍵因素．含水量低時，膨化產品往往呈現焦黃而味苦，嚴重時引起機筒內物料碳化并堵塞?？?，導致膨化率較低．原料含水量過高時，一方面由于水分的潤滑作用增強，物料在機筒內所受剪切力、摩擦作用減弱，物料擠出阻力減少，使?？谔帀毫档停硪环矫嬗捎谒肿幽？谔帤饣?，使得機筒及?？谔帨囟冉档停虼耍y以在模口處建立起高溫高壓狀態，進而影響擠壓膨化效果．物料含水量適中，膨化率較大，且膨化產品結構均勻疏松．

2.2.3 膨化溫度對膨化的影響

膨化溫度介于140～150℃時，蓮子膨化率較低;隨著膨化溫度升高，膨化率逐漸增大;170～180℃時，蓮子膨化率呈小幅下降趨勢，見圖3．

圖3 膨化溫度對膨化率的影響Fig．3 Influence of extruded-cooking temperature on extrusion rate

在擠壓過程中，物料所吸收的熱量主要來源于機筒壁傳遞的熱量和受剪切、摩擦作用產生的熱量，前者所起的作用更大．膨化溫度通常即指機筒溫度．機筒溫度高時，物料在有限的停留時間內吸收的熱量多，有利于原料的膨化，但是溫度過高會使物料中發生美拉德反應，降低了膨化率，影響營養物質的吸收［3－4］．

2.2.4 螺桿轉速對膨化的影響

螺桿轉速較低時，物料所承受的剪切作用低，隨著螺桿轉速的增加，物料與螺桿以及機筒之間的摩擦和剪切作用增強，物料在強烈的摩擦和剪切作用下，加速了淀粉顆粒的分解和糊化．但是螺桿轉速過大，物料在機筒內停留時間過短，物料來不及從機筒壁吸收足夠的熱量，降低了物料的膨化率，所以螺桿轉速過高、過低都將使膨化率降低［3－4］．雙螺桿膨化機的螺桿轉速對蓮子膨化率的影響，見圖4．螺桿轉速控制在140 r/min左右，蓮子膨化率較高;低于或高于此轉速，蓮子膨化率均呈下降趨勢．

圖4 螺桿轉速對膨化率的影響Fig．4 Influence of screw speed on extrusion rate

綜合考慮成本、操作方便等各因素，合理地確定因素水平，得到蓮子膨化較優工藝為:進料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化溫度155～165℃，螺桿轉速135～145 r/min．

3 結論

1)膨化前蓮子需進行粉碎處理，原料目數大于或等于40目即可．

2)進料速度、原料含水量、膨化溫度和螺桿轉速是影響膨化效果的重要因素．進料速度18 r/min，原料含水量15%，膨化溫度160℃，螺桿轉速140 r/min，蓮子膨化率均達到最大值．各因素水平過高或過低均使蓮子膨化率降低．

3)通過試驗合理地確定因素水平，可得到良好的擠壓膨化效果．本研究得出的蓮子膨化較優工藝為:進料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化溫度155～165℃，螺桿轉速135～145 r/min．

［1］蔣長興，魏益民，張波．小米擠壓膨化加工工藝參數研究［J］．糧食與飼料工業，2005(5):20-22．

［2］徐克非，李德溥．雙螺桿擠壓機操作參數對加工質量影響的研究［J］．包裝工程，2006，27(4):77-79．

［3］楊綺云，李德溥，徐克非．操作參數對雙螺桿擠壓機擠壓效果影響的研究［J］．食品科學，2011，22(2):14-17．

［4］王文賢，劉學文，謝永洪，等．雞肉-大米膨化食品雙螺桿擠壓工藝參數的優化研究［J］．農業工程學報，2001，20(6):223-226．

(責任編輯:檀彩蓮)

Study on Extrusion Conditions of Lotus Seeds by Twin Screw Extruder

CHEN Xue-ling， GUAN Jian， MEI Xin， HE Jian-jun
(Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Agricultural Products Processing Subordinate Center，Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center，Wuhan 430064，China)

Twin screw extruder was used to prepare extrusion-puffed food from Lotus seeds．The effects of material particle size and moisture content，feeding speed，extruded-cooking temperature and screw speed were studied．Through the single factor analysis，the optimal parameters of extrusion were obtained as the following:feeding speed 17～19 r/min，moisture content 14% ～16%，extruded-cooking temperature 155～165℃，screw speed 135～145 r/min，and material particle size more than or equal to 40 mesh．

lotus seeds;extrusion;processing conditions

TS210.4

A

1671-1513(2012)03-0073-03

2012-01-09

湖北省農業科技創新中心資助項目(2011-620-001-03);湖北省研究與開發計劃項目(2010BBB016)．

陳學玲，女，助理研究員，碩士，主要從事果蔬加工與貯藏方面的研究;

何建軍，男，副研究員，主要從事農產品加工與貯藏方面的研究．通訊作者．