Topsis與Z-分評價法對擠壓米糠工藝優化研究

王前霞，丁筑紅，王雪雅，肖蓓，李文馨

（貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州省農畜產品貯藏與加工重點實驗室，貴州貴陽550025）

Topsis與Z-分評價法對擠壓米糠工藝優化研究

王前霞，丁筑紅*，王雪雅，肖蓓，李文馨

（貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州省農畜產品貯藏與加工重點實驗室，貴州貴陽550025）

運用Topsis、Z-分綜合評價分析方法，對擠壓處理米糠原料品質進行綜合評價并優化擠壓技術條件。結果表明：擠壓溫度、原料濕度及擠壓轉速對米糠脂肪品質有極顯著性影響（P＜0.05），擠壓條件對米糠綜合品質影響大小順序依次為物料水分＞擠壓溫度＞擠壓轉速，米糠最佳擠壓條件為擠壓溫度160℃、物料水分22%、擠壓轉速700 r/min。與對照組相比，擠壓處理后其脂肪酸值、過氧化值、脂肪酶活力度及菌落總數下降了89.1%、60.9%、95.2%及88.3%，粗蛋白、γ-谷維素、VE分別提高了3.8%、18.9%、17.1%。擠壓處理后米糠脂肪穩定性及衛生安全性增強，同時有效的保存了米糠中營養成分，提高米糠利用價值。

米糠；Topsis法；Z-分評價法；擠壓條件；品質穩定性

我國是稻谷生產大國，居世界首位。米糠是稻谷碾米過程中的主要副產物，是一種量大面廣的可再生資源，每年可產米糠約1 000萬t[1]。米糠含有豐富的營養物質，富有蛋白質、脂肪、糖類、維生素、膳食纖維和礦物質等營養成分，還含有生育三烯酚、脂多糖、α-硫辛酸、γ-谷維醇、角鯊烯等多種天然抗氧化劑和生物活性物質[2]，集中了稻谷64%的營養成分。對人體健康和現代文明病的預防和治療具有重要意義。

碾米后新鮮米糠中含有活性較高的過氧化物酶[3]、脂肪氧化酶等[4]，能將鮮米糠所含的油脂迅速分解成游離脂肪酸，導致米糠品質降低，其不穩定性給米糠貯存，運輸帶來很大困難，也影響其后續產品開發利用。擠壓技術是一種節能保鮮、提高原料利用率及生產效率的新型加工技術，在米糠品質穩定方面達到飲用得到應用，能有效抑制米糠脂肪酶活性[5-7]，目前其研究主要集中在擠壓條件對脂肪酶活性、淀粉組分、蛋白質分子、膳食纖維活性等原料組分的影響[9-11]，而針對擠壓條件對米糠多指標進行綜合評價研究報道較少。本研究運用TOPSIS、Z-分綜合評價的多指標綜合評價法，通過不同擠壓溫度、物料濕度、擠壓轉速、對擠壓米糠理化指標、營養功能指標、微生物多指標進行綜合分析，進一步全面探討擠壓工藝條件與鈍化酶活性、殺菌效果、天然抗氧化成分保護及營養成分穩定的關系，優化工藝參數條件按，探明擠壓工藝對酸敗控制、活性物質保護、殺菌等的綜合防控作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乙醚、石油醚、無水乙醇，均為分析純。

1.2 儀器與設備

DS32-Ⅱ型雙螺桿擠壓機：濟南賽信機械有限公司；FA2004電子分析天平（感量0.0001）：上海良平儀器儀表有限公司；高效液相色譜儀6890N：美國Agilent公司；RE-5298型旋轉蒸發器：上海亞榮生化儀器廠；YLN-50A自動菌落計數器：北京譽朗諾科技有限公司；3000W電熱鼓風干燥箱：上海試驗儀器總廠；數顯恒溫水浴鍋：上海香儀器有限公司；索氏提取器：杭州曠維試驗室設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 擠壓處理單因素試驗

米糠水分保持在13%，擠壓機轉速為6 00 r/min，喂料20 g/min；分別設置擠壓溫度為80、120、160、200℃，測定各組理化指標。

初檢出相關文獻385篇，按納入與排除標準閱讀文題和摘要排除326篇后，進一步閱讀47篇全文，最終納入12篇［6‐17］，均為中文文獻，包括2 122例患者，其中試驗組1 060例，對照組1 062例。納入研究基本特征見表1。

擠壓溫度為160℃，擠壓機轉速為600 r/min，喂料20 g/min；分別調整原料米糠水分為10%、14%、18%、22%、26%，測定各組理化指標。

米糠水分保持在13%，擠壓溫度為160℃，喂料20 g/min；分別設置擠壓轉速為100、300、500、700、900 r/min，測定各組理化指標。

1.3.2 擠壓處理正交試驗

通過單因素試驗選出擠壓溫度、物料水分、擠壓轉速進行三因素三水平正交試驗，對經過正交試驗處理的米糠進行理化指標、微生物指標及功能營養指標的測定。

1.3.3 分析方法

1.3.3.1 指標分析方法

粗脂肪的測定：參照GB/T 5512-2008《糧食中粗脂肪含量測定方法》；脂肪酶活力度的測定：參照GB/T 5523-2008《糧食、油料的脂肪酶活動度的測定方法》；菌落總數的測定：參照GB 4789.2-2010《食品微生物學檢驗菌落總數測定方法》；脂肪酸值的測定：參照GB/ T 15684-1995《谷物制品脂肪酸值測定法方法》；過氧化值的測定：參照GB/T 5538-1995《油脂過氧化值測定方法》；粗蛋白質的測定：參照GB 5009.5-2010《食品中蛋白質的測定方法》；維生素E的測定：參照GB/T 5009.82-2003《食品中維生素A和維生素E的測定方法》；γ-谷維素的測定：參照龔院生等方法[12]。

1.3.3.2 評價方法

TOPSIS綜合評價法[13-14]計算方法：

式中：Rij為加權的規范化矩陣；X+為指標的理想解；X-為指標的負理想解；Di+為該組別與理想解的距離；Di-為該組別與負理想解的距離；Ci為該組別對理想解的相對接近度。通過檢測評價對象與最優解、最劣解的距離來進行排序，若評價對象最靠近最優解同時又最遠離最劣解，則為最好；否則為最差。其中最優解的各指標值都達到各評價指標的最優值。最劣解的各指標值都達到各評價指標的最差值。

Z-分綜合評價法（Z-score）[15-18]計算：

式中：Xi為某指標值；Xˉi為該指標的平均值；Si為該指標標準差；∑Zi是相加總和；“高優”表示計算指標中數值越大效果越好的指標值；“低優”表示指標中數值越小效果越好的指標值。如果∑Zi值越大，則評價結果越優，反之則評價結果越差。

1.4 數據處理

試驗結果用Excel軟件對試驗數據進行制圖；用統計分析軟件SPSS13.0、DPS數據處理系統對試驗數據進行分析，方差分析采用雙向分組完全隨機分析。

2 結果與分析

2.1 擠壓處理單因素試驗結果分析

2.1.1 擠壓溫度對米糠品質影響分析擠壓溫度對米糠品質影響見表1。

表1 擠壓溫度對米糠品質影響表Table1 Effects of extrusion temperature on quality of rice bran

由表1可以看出，擠壓溫度對米糠粗脂肪含量有影響，擠壓后其粗脂肪含量降低（P＜0.05），擠壓溫度為200℃的處理組粗脂肪含量下降幅度最大，相對對照組降低了15.9%，溫度越高，米糠脂肪損失越多，Rao[3]等研究也發現物料經擠壓后脂肪的不穩定且隨擠壓溫度的升高而加強。同時，擠壓處理有效降低米糠脂肪酶活力度（P＜0.05），當擠壓溫度達到160℃以上脂肪酶活力度將降至12.2mg/g以下，相對對照組降低近75.4%。擠壓溫度為160℃的處理組過氧化值下降幅度最大，降至0.000 22 g/100 g；高溫擠壓消除引起米糠氧化酸敗因子，同時破壞米糠中天然的抗氧化物質如VE，當擠壓溫度達到200℃時，過氧化值升高。按TOPSIS法的基本原理，各組別的主要指標量化為可以比較的規范化標準值，借助多目標決策問題的“理想解”和“負理想解”進行排序，比較各指標間的差異，按照Ci大小排序，最大即為最優組別，運用DPS數據處理系統計算，得出最優處理結果如表2所示，即擠壓溫度為160℃的處理組效果最優。

表2 TOPSIS法評價擠壓溫度排名表Table2 The result of TOPSIS method for evaluation of extrusion temperature

2.1.2 米糠水分含量對擠壓后米糠品質影響分析

表3可以看出，原料米糠水分含量不同，擠壓后對粗脂肪影響不同（P＜0.05），濕度為10%的處理組擠壓處理后粗脂肪含量降幅最大，相對對照組降低29.9%，當物料水分含量達到22%時，米糠粗脂肪降幅最小，相對對照組僅降低1.7%，隨著水分增加，擠壓后原料米糠粗脂肪的降幅逐漸減少，粗脂肪穩定性增強；當原料水分達到26%時，其粗脂肪含量下降，因此適當的調整物料水分含量，能有效減少米糠中粗脂肪含量的減少。各處理組擠壓后脂肪酶活力度與對照組相比都大幅降低，其中濕度為10%的處理組降幅最大，為90.5%。水分含量為22%的米糠擠壓后脂肪酸值相比對照組下降了62.6%，較低濕度處理組下降幅度大，表明相對高濕度的處理組對降低米糠脂肪酸值的效果更好；隨著物料濕度的升高，脂肪酸值下降越多（P＜0.05），由于水是良好的傳熱介質，使得擠壓過程中溫度分布更均勻，同時水分高的酶抗熱性低，從而使酶失活；但當原料米糠濕度達到26%后，其脂肪酸值相對濕度為22%的處理組高。因此，適宜的原料米糠的水分對降低脂肪酸值有明顯的作用。處理組米糠過氧化值與對照組相比均下降（P＜0.05），物料濕度為10%、14%的處理組過氧化值下降幅度最大，表明低水分擠壓較高水分擠壓效果好，可能由于濕法擠壓的水分含量較高，脂肪水解氧化程度加快，導致過氧化值較低水分擠壓的高。采用TOPSIS綜合評分法如表4，運用DPS數據處理系統計算，得出最優處理，通過公式Ci=Di-/（Di-+Di+）計算出結果，米糠水分調整為22%的處理組效果最優。

表3 物料水分對米糠品質影響表Table3 Effects of material moisture on quality of rice bran

表4 OPSIS法評價物料水分排名表Table4 The result of TOPSIS method for evaluation of material moisture

2.1.3 擠壓轉速對米糠品質影響分析

擠壓轉速對米糠品質影響分析見表5。

從表5看出，隨著擠壓轉速的增加，粗脂肪下降幅度增大（P＜0.05），各處理組擠壓后脂肪酶活力度與對照組相比都大幅降低（P＜0.05），且隨著轉速提高，下降幅度增大，其中擠壓轉速為700 r/min處理組的脂肪酶下降幅度最大，相對對照組降低80.63%，擠壓處理后各處理組脂肪酸值均有所下降（P＜0.05），轉速為700 r/min的米糠擠壓后脂肪酸值比對照組下降了46.9%。但轉速為900 r/min處理組脂肪酶活力度、脂肪酸值較700 r/min處理組高，可能由于擠壓時間短，脂肪酶活力度相對700 r/min處理組高，也導致其脂肪酸值比700 r/min處理組稍高；處理組擠壓后過氧化值隨擠壓轉速提高而成下降趨勢（P＜0.05）。采用TOPSIS綜合評分法如表6，運用DPS數據處理系統計算，得出最優處理，通過公式計算出結果，擠壓轉速為700 r/min的處理組效果最優。

表5 擠壓轉速對米糠品質影響表Table5 Effects of extrusion speed on quality of rice bran r/min

表6 TOPSIS法評價擠壓轉速排名表Table6 The result of TOPSIS method for evaluation of extrusion speed

2.2 米糠擠壓處理正交試驗結果分析

根據單因素試驗結果，采用正交試驗方法進行設計，如表7。

表7 正交試驗因素水平表Table7 Orthogonal experimental factors and level table

如表8、表9所示，對擠壓工藝的正交試驗的樣品進行了多指標分析，并采取Z-分綜合評價法綜合多個指標，分別計算各指標的平均值及標準差，通過Z-分轉化計算，能將各指標標準化，其中“高優”表示計算指標中數值越大表明效果越好的指標值，“低優”表示指標中數值越小效果越好的指標值，在計算總和∑Zi時，對“高優”的Zi予以“加上”，對“低優”指標的則應“減去”，得到∑Zi值越大越優的結果，即得到試驗的最優處理。通過Z-分綜合評價法的公式得到表9中zscore列，進行正交試驗極差及方差分析。正交試驗結果如表8所示，根據綜合評分顯示的極差大小，各因素的影響程度為C＞B＞A，即物料水分＞擠壓轉速＞擠壓溫度。試驗結果的方差分析，各因素均對試驗結果有極顯著影響（P＜0.01），綜合方差分析及極差分析得到原料米糠最佳的擠壓工藝為A2B2C2，即擠壓溫度為160℃、物料水分為22%、擠壓轉速為700 r/min。

表8 擠壓工藝正交試驗結果Table8 The result of crossed test of extrusion process

表9 擠壓工藝正交試驗指標測定結果Table9 The determine data of crossed test of extrusion process

最優擠壓處理組樣品及未處理原料對照組經40℃、10 d貯藏后結果分析見表10。

可見各品質指標均能取得較好的穩定效果，其中脂肪酸值、過氧化值、脂肪酶活力度及菌落總數相對于原料對照組均有所下降，分別減少了89.1%、60.9%、95.2%、及88.3%；擠壓后米糠粗蛋白、γ-谷維素、VE保存率分別提高3.8%、18.9%、17.1%。綜合結果表明，經過擠壓處理米糠的品質得到有效穩定，米糠中營養功能成分得到有效的保存。

表10 米糠最優擠壓條件試驗結果Table10 The result of optimum extrusion process

3 結論

通過TOPSIS與Z-分評價法對米糠不同擠壓條件下品質指標綜合評價分析可見，不同擠壓溫度、原料水分含量、擠壓轉速對米糠品質指標均有所影響，且各因素之間相互聯系、相互制約，共同影響米糠品質穩定性。各單因素對脂肪品質影響的總體變化規律為高溫、高轉速及適當的物料含水率能有效降低米糠脂肪酶活力度、脂肪酸值和過氧化值，保持米糠中粗脂肪的穩定性。擠壓條件對米糠綜合品質影響大小順序依次為物料水分＞擠壓轉速＞擠壓溫度，TOPSIS與Z-分評價法表明，米糠最佳擠壓工藝為擠壓溫度160℃、物料水分22%、擠壓轉速700 r/min、喂料速度30 g/min，各處理組具有顯著性差異（P＜0.05）。擠壓后脂肪酸值、過氧化值、脂肪酶活力度及菌落總數相對于對照組均有所下降，損失率分別為89.1%、32.2%、95.2%、及67.5%，粗蛋白、γ-谷維素、VE保存率分別達到96.2%、81.1%、60.7%。擠壓處理在抑制米糠氧化酸敗同時，有效提高營養成分穩定性、減少微生物總量，保持米糠原有品質，為資源后續的功能開發和系列產品加工提供了良好的原料保障。

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Technology Optimization for the Extrusion Rice Bran with Topsis and Z-points Evaluation Method

WANG Qian-xia，DING Zhu-hong*，WANG Xue-ya，XIAO Bei，LI Wen-xin
（School of Liquor and Food Engineering，Guizhou University，Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Store&Processing of Guizhou Province，Guiyang550025，Guizhou，China）

Using Topsis and Z-points comprehensive evaluation analysis method，this paper analyzes the qualities of rice bran by extrusion processing and study the optimize technology conditions of the extrusion process.The results showed that the extrusion temperature，extrusion speed and raw material humidity have significantly influence to the rice bran fat quality（P＜0.05），The effect of difference extrusion conditions showed the decreasing order：material moisture＞extrusion temperature＞extrusion speed.The best extrusion conditions is extrusion temperature 160℃，material moisture 22%，extrusion speed of 700 r/min.Compared with the glucose group，the fatty acid value，peroxide value，lipase activity and bacterial count decresed 89.1%，60.9%，95.2%and 88.3%，and the crude protein，γ-oryzanol，vitamin E compared increased 3.8%，18.9%，17.1%. Extrusion processing improved the fat stability，nutrition and health safety of rice bran，and effective improve its use value.

rice bran；Topsis method；Z-points evaluation method；extrusion conditions；quality stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.013

2012-11-23

貴陽市重大科技專項計劃項目（[2010]筑科農合同字第8-1號）

王前霞（1990—），女（漢），學士，研究方向：食品科學與工程。

*通信作者