裸燕麥與玉米淀粉混合擠壓膨化技術(shù)研究

薛朕鈺，劉金福，2，*，薛淼，劉斌

（1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津300384；2.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津300384；3.天津市鴻祿食品有限公司，天津301713）

裸燕麥（naked oats），是一種具有很好的保健功效的糧食作物，在高血壓、糖尿病、冠心病、肥胖癥等慢性疾病的預(yù)防和人體亞健康狀態(tài)的改善等方面具有一定的作用[1-2]。

擠壓膨化技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的集合的加工體系，是將混合攪拌、破碎、高溫高壓、滅菌和膨化成型融為一體的高新技術(shù)，可以對(duì)富含淀粉、蛋白質(zhì)的多種原料進(jìn)行加工改變其物性、化學(xué)結(jié)構(gòu)或進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)重組。國(guó)內(nèi)外對(duì)擠壓膨化技術(shù)的研究頗多[3]，一般是通過(guò)擠出物的膨化率、糊化度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、硬度及容重等理化特性指標(biāo)的變化來(lái)評(píng)價(jià)加工物料的變化[4]。研究發(fā)現(xiàn)，影響擠壓膨化品質(zhì)的首要因素是原料中的直鏈淀粉含量，其次是水分含量和粗纖維含量[5]。燕麥淀粉形狀不規(guī)則，多為面體，易聚集，光滑無(wú)孔洞，且其直鏈淀粉含量在10.6%～24.5%[6-8]；而玉米淀粉直鏈淀粉含量高，形狀不規(guī)則與燕麥淀粉相似，溶解度較低[9]。本文通過(guò)添加玉米淀粉來(lái)改善裸燕麥擠壓膨化特性，研究適宜的原料配比和加工技術(shù)條件，考察其膨化度、脆度、吸水性以及水溶性等指標(biāo)的變化，為膨化食品和作為沖調(diào)類食品的配料的生產(chǎn)提供參考。

1 材料與儀器

裸燕麥：產(chǎn)地為內(nèi)蒙古呼和浩特市，張家口康希燕麥?zhǔn)称酚邢薰境銎罚痪朴衩椎矸郏禾旖蛑杏⒈＝∈称酚邢薰旧a(chǎn)，直鏈淀粉含量約為70%。

KRT-34研磨式粉碎機(jī)：北京錕捷玉誠(chéng)機(jī)械設(shè)備有限公司；DSE-30雙螺桿擠壓膨化機(jī)：濟(jì)南鼎潤(rùn)機(jī)械設(shè)備有限公司；TA.XT.Plus物質(zhì)測(cè)試儀（質(zhì)構(gòu)儀）：英國(guó)Stable Micro System公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 正交試驗(yàn)因素選擇

參考有關(guān)文獻(xiàn)[10-11]及預(yù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)定雙螺桿擠壓膨化機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為25 Hz，喂料速度40 g/min，選用直徑為5.0 mm的模口進(jìn)行測(cè)試，擠壓過(guò)程順暢。當(dāng)IV區(qū)模口溫度設(shè)定為180℃時(shí)，燕麥擠出物顏色明顯發(fā)黑并帶有焦糊味道易堵塞；物料加水量超過(guò)8%時(shí)，擠出物流暢且顏色呈棕色，冷卻至室溫后硬度過(guò)大，膨化度較差，而低于4%時(shí)物料擠出呈噴射狀分散。為增加裸燕麥膨化特性，添加適量精制玉米淀粉，發(fā)現(xiàn)其膨化度有所改善，口感及脆度較好，添加精制淀粉超過(guò)60%時(shí)，物料擠出呈噴射狀分散，低于40%時(shí)產(chǎn)品較細(xì)且膨化度明顯降低，口感較差。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)的方法，以IV區(qū)模口溫度（160、170、180℃）、燕麥淀粉物料比（4 ∶6、5∶5、6∶4）、物料加水量（4%、6%、8%）3個(gè)工藝參數(shù)水平建立L9（33）正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ停囼?yàn)設(shè)計(jì)因素水平如表1所示。

表1 因素水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experiment design of factor level

2.3 膨化度的測(cè)定

將樣品截取為2 cm的小段，用游標(biāo)卡尺測(cè)定產(chǎn)品中央直徑，按下式計(jì)算膨化率（模口直徑5.0 mm）。重復(fù)15次。

2.4 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

截取長(zhǎng)度約為2 cm具有代表性的產(chǎn)品水平放在承載平臺(tái)上，采用TA.XT.Plus物質(zhì)測(cè)試儀，P/35型模頭，壓縮模式（Texture Profile Analysis），測(cè)試前速度2.0 mm/s，測(cè)試速度 1.0 mm/s，測(cè)試后速度 2.0 mm/s，下壓程度50%[12]。重復(fù)10次。

2.5 吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的測(cè)定

將樣品粉碎，稱2.5 g（W0），放入已知質(zhì)量的離心管中（W1），加入30 mL蒸餾水，震蕩，直至膨化物被完全分散。30℃水浴震蕩30 min后，4 000 r/min離心20 min，將上清液倒入已知質(zhì)量（W2）鋁盒中，105℃烘至恒重（W3），稱取沉淀物和離心管的總重量（W4）。重復(fù)3次。

2.6 感官評(píng)價(jià)

選取10名食品專業(yè)的人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)（年齡20歲～60歲）。本評(píng)價(jià)采用5分制，感官評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等[13]如表2所示。

表2 燕麥擠壓膨化產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation index and scoring standard of oat extrusion products

2.7 綜合評(píng)價(jià)

采用線性插值法，將膨化率、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、質(zhì)構(gòu)的測(cè)定和感官評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為5分制，將產(chǎn)品測(cè)定的數(shù)據(jù)最大值Xmax記為5.0分，最小值Xmin記為1.0分，其它數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的分值為：S（X）=4×（X-Xmin）÷（Xmax-Xmin）+1.0，綜合評(píng)分為各指標(biāo)加權(quán)得分之和。

綜合評(píng)分=膨化率得分×權(quán)重（0.2）+吸水性指數(shù)×權(quán)重（0.15）+水溶性指數(shù)×權(quán)重（0.15）+質(zhì)構(gòu)的測(cè)定×權(quán)重（0.3）+感官評(píng)價(jià)得分×權(quán)重（0.2）

2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行膨化產(chǎn)品工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 原料成分分析

首先對(duì)裸燕麥和精制玉米淀粉原料的主要成分進(jìn)行分析，如表3所示。

表3 原料成分分析Table 3 Analysis of raw material composition

通過(guò)原料成分分析，裸燕麥粉中蛋白質(zhì)含量較高，是精制玉米淀粉的35倍；蛋白質(zhì)含量較高影響裸燕麥粉膨化特性，添加50%玉米淀粉可提高產(chǎn)品的感官評(píng)分[14]。

3.2 擠壓膨化工藝參數(shù)對(duì)膨化度的影響

以膨化度為指標(biāo)進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)，分析結(jié)果如表4所示。

表4 以膨化度為指標(biāo)的L9（33）正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 4 Orthogonal experiment and result of L9（33）with expansion degree as index

續(xù)表4 以膨化度為指標(biāo)的L9（33）正交試驗(yàn)及結(jié)果Continue table 4 Orthogonal experiment and result of L9（33）with expansion degree as index

由表 4 的極差分析結(jié)果可知，RC＞RB＞RA，三因素對(duì)膨化度影響大小依次為：燕麥淀粉物料比（C）＞Ⅳ區(qū)模口溫度（B）＞加水量（A）。三因素中，燕麥與淀粉物料比對(duì)擠壓膨化工藝的影響較為顯著。

運(yùn)用spss進(jìn)行單因素一般線性模型主體間效應(yīng)檢驗(yàn)如表5所示。

表5 以膨化度為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 5 Intersubjective effect test with expansion as a dependent variable

3個(gè)因素對(duì)膨化度的影響都極顯著，p＜0.01，誤差較小，故進(jìn)行各因素水平間Duncan式多重比較來(lái)確定最佳工藝參數(shù)為A1B3C1，即加水量4%，Ⅳ區(qū)模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6。

3.3 擠壓膨化工藝參數(shù)對(duì)硬度和脆度的影響

以膨化度為指標(biāo)進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)，分析結(jié)果如表6所示。

表6 以質(zhì)構(gòu)為指標(biāo)的L9（33）正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 6 Orthogonal experiment and result of L9（33）with texture analysis as index

續(xù)表6 以質(zhì)構(gòu)為指標(biāo)的L9（33）正交試驗(yàn)及結(jié)果Continue table 6 Orthogonal experiment and result of L9（33）with texture analysis as index

由表6的極差分析結(jié)果可得，在對(duì)質(zhì)構(gòu)硬度影響中RB＞RC＞RA，三因素對(duì)硬度影響大小依次為：Ⅳ區(qū)模口溫度（B）＞燕麥淀粉物料比（C）＞加水量（A）。在脆度中RB＞RC＞RA，三因素對(duì)脆度影響大小依次為：Ⅳ區(qū)模口溫度（B）＞燕麥淀粉物料比（C）＞加水量（A）。

運(yùn)用spss進(jìn)行單因素一般線性模型主體間效應(yīng)檢驗(yàn)如表7～表8所示。

表7 以硬度為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 7 Hardness dependent variable with expansion as a dependent variable

表8 以脆度為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 8 Fracturability as a dependent variable with expansion as a dependent variable

加水量和燕麥淀粉物料比對(duì)硬度有極顯著影響，p＜0.01；IV 區(qū)溫度對(duì)硬度有顯著影響，0.01＜p＜0.05；誤差較小，進(jìn)行各因素水平間Duncan式多重比較來(lái)確定最佳工藝參數(shù)為A3B3C1，即加水量8%，Ⅳ區(qū)模口溫度180℃，燕麥淀粉物料比4∶6。

加水量和燕麥與淀粉物料比對(duì)脆度有極顯著影響，p＜0.01；IV 區(qū)溫度對(duì)硬度有顯著影響，0.01＜p＜0.05；誤差較小，進(jìn)行各因素水平間Duncan式多重比較來(lái)確定最佳工藝參數(shù)為A3B3C1，即加水量8%，Ⅳ區(qū)模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6。

3.4 擠壓膨化工藝參數(shù)對(duì)吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)的影響

以吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)，分析結(jié)果如表9所示。

表9 以吸水性和水溶性指數(shù)為指標(biāo)的L9（33）正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 9 Orthogonal experiment and result of L9（33）with index of water absorption and water solubility index as index

由表9的極差分析結(jié)果可得，在吸水性指數(shù)中RC＞RA＞RB，三因素對(duì)吸水性指數(shù)影響大小依次為：燕麥與淀粉物料比（C）＞加水量（A）＞Ⅳ區(qū)模口溫度（B）。在脆水溶性指數(shù)中RA＞RC＞RB，三因素對(duì)燕麥擠壓膨化工藝中水溶性指數(shù)影響大小依次為：加水量（A）＞燕麥與淀粉物料比（C）＞Ⅳ區(qū)模口溫度（B）。

通過(guò)方差分析檢驗(yàn)，采用均值比較法，通過(guò)吸水性指數(shù)確定最佳工藝參數(shù)為：加水量4%，Ⅳ區(qū)模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6；通過(guò)水溶性指數(shù)確定最佳工藝為：加水量4%，Ⅳ區(qū)模口溫度170℃，燕麥淀粉物料比4∶6。

3.5 擠壓膨化工藝參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)

以綜合評(píng)價(jià)得分為指標(biāo)進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)，分析結(jié)果如表10所示。

表10 擠壓膨化工藝的綜合評(píng)價(jià)及結(jié)果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process

表10 擠壓膨化工藝的綜合評(píng)價(jià)及結(jié)果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process

表10的極差分析結(jié)果可得，在綜合評(píng)價(jià)中RC＞RB＞RA，三因素的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果依次為：燕麥與淀粉物料比（C）＞Ⅳ區(qū)模口溫度（B）＞加水量（A）。

通過(guò)方差分析檢驗(yàn)，采用均值比較法，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)確定最佳工藝參數(shù)為：加水量4%，Ⅳ區(qū)模口溫度180℃，燕麥與淀粉物料比4∶6；通過(guò)此最佳工藝參數(shù)生產(chǎn)裸燕麥粉與玉米淀粉混合膨化產(chǎn)品，其膨化度、質(zhì)構(gòu)特性、吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均優(yōu)于其它組，且氣味、表現(xiàn)和口感較好，改善了單一裸燕麥粉的膨化特性。

4 結(jié)論與討論

擠壓膨化產(chǎn)品的脆性與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)[15]。而燕麥中直鏈淀粉含量較低[6-8]，且燕麥中脂肪含量在谷物中相對(duì)較高，與淀粉結(jié)合程度較高，難分離，單一以裸燕麥粉為原料擠壓膨化加工后，其產(chǎn)品的膨化程度較低，色澤暗淡，如果粉碎后作為沖調(diào)食品用的原料其沖調(diào)性、吸水性也較差。試驗(yàn)增加了直鏈淀粉含量高的玉米淀粉與燕麥混合擠壓膨化，明顯改善了產(chǎn)品的膨化特性，產(chǎn)品從感官和其他指標(biāo)的綜合分析來(lái)看，無(wú)論是生產(chǎn)和膨化休閑食品，還是作為沖調(diào)食品的配料都有較高的質(zhì)量水平。

目前擠壓膨化設(shè)備分單螺桿和雙螺桿兩種類型，且加熱分區(qū)一般為Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)之分。寧更哲[13]等人運(yùn)用DSE-25型Ⅴ區(qū)雙螺桿擠壓膨化燕麥粉試驗(yàn)中，原料含水率為9.70%，物料含水率在18%～20%，擠壓溫度為160℃時(shí)效果較好。而本試驗(yàn)中原料含水率在8.8%，物料含水率為16.8%，擠壓溫度為180℃，效果更好，其原因可能為Ⅳ區(qū)設(shè)備加熱過(guò)程短，形成熔融體時(shí)需要更高的溫度，這樣即使適當(dāng)降低水分含量，也可以在更高的溫度下通過(guò)壓力的突然降低，高溫水蒸氣的釋放也可以形成較好的膨化效果。

采用DSE-30型雙螺桿擠壓膨化機(jī)，以IV區(qū)模口溫度，燕麥與淀粉物料比和加水量為因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過(guò)膨化度、質(zhì)構(gòu)硬度、質(zhì)構(gòu)脆度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)和感官評(píng)價(jià)等指標(biāo)變化，通過(guò)極差分析與方差分析，確定膨化產(chǎn)品適宜的工藝參數(shù)為物料加水量4%，Ⅳ區(qū)模口溫度180℃，燕麥淀粉物料比4∶6，可以生產(chǎn)物性、色澤和風(fēng)味良好的燕麥膨化食品或配料。

[1]劉迎春,周青平.燕麥研究最新進(jìn)展[J].青海科技,2011(6):20-23

[2]Butt M S,Tahir N M,Khan M K I,et al.Oat:unique among the cereals[J].European Journal of Nutrition,2008,47(2):68-79

[3]楊濤,辛建關(guān),徐青,等.雙螺桿擠壓技術(shù)在食品工業(yè)中的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào),2009,28(6):733-740

[4]王麗娟,楊雪飛,黃毅,等.擠壓工藝參數(shù)對(duì)膨化雜糧粉感官品質(zhì)的影響[J].食品科學(xué),2013,34(12):67-70

[5]凌彬,邢明,鐘娟等.原料組分對(duì)擠壓膨化米果品質(zhì)的影響[J].糧食與飼料工業(yè),2011(5):49-53

[6]張曉斌.燕麥蛋白和淀粉的提取純化工藝研究[J].糧油食品科技,2011,19(5):12-14

[7]劉剛,劉英,陳季旺,等.燕麥淀粉理化性質(zhì)的研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2008,23(3):86-89

[8]HOOVER R,SMITH C,ZHOU Y,et al.Physicochemical properties of Canadian oat starches[J].Carbohydrate Polymers,2003,52(3):253-261

[9]李志偉,鐘雨越,吳權(quán)明,等.高直鏈玉米淀粉的理化特性研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào),2014,42(7):53-60

[10]Chinnaswamy R,HannaM A(Lincoln,USA).Optimum extrusioncooking conditions for maximum expansion properties of cornstarch[J].Journal of Food Science,1988,66(1):834-836

[11]OsmanM G,Sahai D,Jackson DS.Oil absorption chatacteristics of a multigarain extrudate during frying:effect of extrusion temperature and screw speed[J].Cereal Chemistry,2000,77(2):101-104

[12]Stojceska V,Ainsworth P,Plunkett A.The effect of extrusion cooking using different water feed rates on the quality of ready-toeat snakes made from food by-products[J].Food Chemistry,2009,114:226-232

[13]寧更哲,張波,魏益民,等.燕麥粉擠壓膨化工藝參數(shù)研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào),2010,25(12):28-31

[14]張哲學(xué),胡新中,李小平,等.燕麥籽粒擠壓工藝的優(yōu)化[J].麥類作物學(xué)報(bào),2015,35(10):1450-1455

[15]杜江美.雙螺桿擠壓制備谷物早餐的研究[D].無(wú)錫:江南大學(xué),2012:1-43