擠壓膨化工藝對小米質量性狀影響分析

任傳英，姚鑫淼，盧淑雯，王樂凱，李家磊，趙 蕊，張英蕾，謝學軍

(黑龍江省農業科學院食品加工研究所，哈爾濱 150086)

小米是世界上最古老的栽培農作物之一，主產區在中國，占全世界產量的80%，種植面積約140 萬hm2，年產量450 萬t 左右［1］。小米營養豐富，是良好的食品營養源，以小米加工的食品也具有較高的營養價值。小米中的碳水化合物含量低于大米、小麥和玉米，淀粉顆粒直徑大于0.125μm［2］;小米脂肪中主要有亞油酸、油酸、棕櫚酸以及少量的硬脂酸和亞麻酸，其中亞油酸與α-亞麻酸的比例為6.5∶1，符合WHO 推薦標準［(5∶1)～ (10∶1)］［3，4］;小米多酚類物質含量約為0.3%～3%，有很強的抗氧化活性，具有降血糖、降膽固醇及預防潰瘍等生理功效［5，6］。隨著人民生活水平的提高和生活節奏的加快，營養豐富的谷物方便食品越來越受到人們青睞［7，8］。谷物雜糧擠壓膨化后，其蛋白質、淀粉等大分子物質部分降解更有利于吸收。本研究采用design-expert 中心組合試驗研究擠壓膨化工藝對產品各質量性狀的影響，并分析各質量性狀間的相關性，對小米擠壓膨化產品的開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小米，市售;EV25 型雙螺桿擠壓機，法國克萊斯特羅;RVA-Super 3 粘度儀，Newport;JXFM110 錘式旋風磨，上海嘉定糧油;QT-1 旋渦混合器，上海琪特分析儀器有限公司;3-18K 離心機，SIGMA 公司;XS204 分析天平(0.0001g)，梅特勒-托利;恒溫水浴鍋，北京市永光明醫療儀器廠;游標卡尺(0.02mm)，哈爾濱量具刃具集團有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 采用design-expert 中心組合試驗進行四因素五水平二次回歸旋轉試驗，試驗因素水平見表1。

表1 試驗因素水平

1.2.2 水分測定 按參考文獻［9］進行。

1.2.3 產品性狀測定 膨化率、吸水性指數和水溶性指數的測定按參考文獻［10］進行;黏度:吸取25mL 蒸餾水，加入3g 左右預處理樣品，保證每個測試樣品的水分含量為12% (考慮樣品水分含量)，攪拌15s 以分散樣品。測定過程中，攪拌槳轉速保持160 r/min，起始溫度50℃，保持2 min，然后在5 min 內升至90℃，并保持3 min，再在5.5 min 內降至50℃，并保持5 min，記錄最終粘度，測試總時間20 min。

1.2.4 數據分析 采用Design-Expert 6.0.10 統計軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 小米擠壓膨化工藝試驗設計及結果

小米擠壓膨化工藝試驗設計及結果詳見表2。

2.2 各因素對擠壓產品膨化率影響狀況分析

由圖1 可以看出，在其他因素為中間水平時，小米擠壓產品的膨化率隨著喂料速度的增加呈先增加后降低趨勢;當膨化溫度在120～160℃時，隨著溫度的升高而增加;隨著螺桿轉速的增加呈快速升高趨勢;隨著物料水分含量的增加呈緩慢下降趨勢。

表2 試驗設計及結果

(續)

圖1 各因素對小米擠壓膨化率影響

2.3 各因素對擠壓產品水溶性指數影響狀況分析

方差分析結果表明，此模型的F 值為18.86，P＜0.000 1，模型顯著。因素C (螺桿轉速)顯著影響擠壓產品的水溶性指數，因素D (水分含量)極顯著影響擠壓產品的水溶性指數。

回歸分析得到二次回歸方程:水溶性指數=+20.51－0.55*A－0.96*B +1.29*C－3.45*D +0.74*A2－1.02*B2+0.63*C2－0.17*D2－0.47*A*B－0.57*A*C+0.031*A*D+0.90*B*C－0.56*B*D－0.32*C*D 失擬性P 值為0.247 4，不顯著，表明回歸方程擬合性良好(表3)。

表3 回歸模型的方差分析結果

由圖2 可以看出，在其他因素為中間水平時，小米擠壓產品的水溶性指數隨著膨化溫度的升高呈先增加后降低趨勢，隨著喂料速度的增加先緩慢降低然后增加趨勢，隨著螺桿轉速的增加呈直線上升趨勢，隨著物料水分含量的增加呈緩慢下降趨勢。

2.4 各因素對擠壓產品吸水性指數影響狀況分析

方差分析結果表明，此模型的F 值為6.52，P＜0.001，模型顯著。因素B 和(膨化溫度)與因素D (水分含量)極顯著(P＜0.001)影響擠壓產品的吸水性指數，因素C (螺桿轉速)顯著(P＜0.05)影響擠壓產品的吸水性指數。回歸分析得到二次回歸方程:吸水性指數=+561.63－1.15*A +36.15*B－12.84*C +33.98*D－5.20*A2+2.76*B2+5.07*C2+6.96*D2+5.64*A*B+1.30*A*C－12.46*A*D－0.35*B*C +4.91*B*D－5.55*C*D 失擬性P 值為0.253 7，不顯著，表明回歸方程擬合性良好。

由圖3 可以看出，在其他因素為中間水平時，小米擠壓產品的吸水性指數隨著膨化溫度的升高呈增加趨勢，隨著喂料速度的增加無明顯變化，隨著螺桿轉速的增加也無明顯變化，隨著物料水分含量的增加呈增加趨勢。

圖2 各因素對小米擠壓水溶性指數影響

圖3 各因素對小米擠壓吸水性指數影響

表4 回歸模型的方差分析結果

2.5 各因素對擠壓產品粘度影響狀況分析

由圖4 可以看出，在其他因素為中間水平時，小米擠壓產品的粘度隨著膨化溫度的升高呈先降低后升高趨勢，隨著喂料速度的增加無明顯變化，隨著螺桿轉速的增加呈先降低后緩慢增加趨勢，隨著物料水分含量的增加呈增加趨勢。

2.6 質量性狀相關性分析

由表5 可以看出，吸水性指數、水溶性指數、粘度和膨化率之間的相關性顯著，因此，在產品開發應用方面需要綜合考慮各質量性狀之間的關系，根據需要選擇工藝參數。

表5 各質量性狀間的相關性分析

3 結論

(1)在擠壓膨化過程中，物料水分含量和膨化溫度顯著影響產品的各質量性狀，而螺桿轉速和喂料速度在一定范圍內影響不顯著。

(2)小米擠壓產品的吸水性指數、水溶性指數、粘度和膨化率之間的相關性顯著。

圖4 各因素對小米擠壓粘度影響

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