馬鈴薯米線擠壓工藝的研究

郭靜璇， 李 柱， 王 莉， 王 韌， 沈存寬， 羅小虎， 李亞男， 陳正行*

（1．江南大學 食品學院/糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇 無錫 214122；2.帝斯曼（江蘇）生物技術有限公司，江蘇 無錫 214253）

馬鈴薯營養價值高，富含淀粉、蛋白質及多種營養物質，如維生素、礦物質等，素有“第二面包”之稱[1]。馬鈴薯中蛋白質接近于動物蛋白，含有18種氨基酸，其中谷物糧食中缺乏的色氨酸和賴氨酸含量較高，能補充谷物糧食的欠缺[2-3]。在歐美發達國家，馬鈴薯多以主食形式消費，馬鈴薯制品加工率高達76%；而在我國，受飲食習慣的影響，馬鈴薯主要作為蔬菜鮮食。現階段，隨著我國馬鈴薯主糧化戰略的啟動，越來越多的馬鈴薯將會作為主糧消費，馬鈴薯面條、饅頭等傳統主食的出現能逐步轉變我國膳食結構。

米線是我國南方地區的傳統主食之一，是以大米或淀粉為主要原料的面條化食品[4]。米線韌性好、口感爽滑、食用方便，比較符合我國的飲食習慣，深受消費者喜愛。米線生產比面條復雜，主要依靠淀粉糊化后又凝膠化所形成的凝膠網絡結構[5]。而馬鈴薯淀粉含量高，淀粉顆粒大，含有天然磷酸基團，具有優良的糊化特性，能形成品質優良的淀粉凝膠，是制作米線的優質原料[3]。但目前，以馬鈴薯為主要原料制作米線的研究還較少，市場上也幾乎沒有馬鈴薯米線產品。這主要是由于馬鈴薯全粉或淀粉極易吸水膨脹，會增加米線擠壓制作的加工難度，制備出的米線硬度和韌性過大，使米線品質降低。此外，馬鈴薯全粉在水中的溶解度也遠遠大于大米粉，以馬鈴薯為原料制作的米線煮制時易渾湯、易斷條。而秈米作為市售米線的主要原料，具有直鏈淀粉含量高、凝膠強度大等優點，但秈米米線持水能力相對較差，且彈性不足、難以熟化、加工工藝復雜。在馬鈴薯米線中添加適量秈米可以適當抑制馬鈴薯原料的吸水膨脹與溶解，提高馬鈴薯米線的品質，得到彈性較好、復水迅速且工藝簡便的米線。前期研究中綜合評價了馬鈴薯米線的食用品質及原料特性，發現馬鈴薯全粉與秈米粉以質量比6∶4制成的米線品質較好，適合于產業化生產。因此，作者以馬鈴薯全粉為主要原料，以原料水分質量分數、螺桿轉速、擠壓糊化溫度和擠壓蒸煮溫度為試驗因素，采用雙螺桿擠壓工藝生產馬鈴薯米線，優化工藝參數，探索馬鈴薯加工米線產品的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯粉：興化統全食品有限公司產品；中嘉早稻17：中國水稻研究所提供。

1.2 儀器及設備

Polylab型雙螺桿擠壓機：螺桿長徑比＞20∶1，美國賽默飛世爾科技公司；TA-XT.Plus物性分析儀：英國SMS公司產品；電子天平：中國梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司產品；電熱恒溫鼓風干燥箱：中國上海三發科學儀器有限公司產品。

1.3 試驗方法

將馬鈴薯粉與磨粉后的中嘉早稻17分別過80目篩，按馬鈴薯粉∶米粉質量比6∶4的比例混合，攪拌均勻，裝入密封袋封口備用。

1.3.1 馬鈴薯米線的擠壓工藝 工藝流程：復配粉→調節水分→過30目篩→平衡水分→擠壓糊化→成型→老化→干燥→包裝

操作時，調節水分是在復配粉中添加定量蒸餾水并均勻攪拌，攪拌速度160 r/min，攪拌時間為15min。平衡水分需要將調濕后的復配粉裝入封口袋后置于4℃下平衡水分12 h，并在擠壓前放置在室溫下回溫1 h。擠壓糊化和成型是在一定的擠壓條件下于雙螺桿擠壓機內完成，成型模頭磨口直徑為2.2 mm。老化條件為：老化溫度25℃，老化時間4h；干燥條件為：干燥溫度40℃，干燥時間12 h。

1.3.2 馬鈴薯米線擠壓工藝單因素條件的選定雙螺桿擠壓機可調節的參數主要為螺桿轉速和4個腔體擠壓溫度。預實驗選定擠壓機一區、二區溫度分別為70℃和90℃，而原料水分含量、擠壓機三區溫度（糊化溫度）、四區溫度（成型溫度）和螺桿轉速的范圍為：

原料水分質量分數：34%、36%、38%、40%、42%； 擠壓機糊化溫度：90、95、100、105、110 ℃；擠壓機成型溫度：80、85、90、95、100 ℃；螺桿轉速：70、80、90、100、110 r/min。

1.3.3 馬鈴薯米線擠壓工藝的優化 在單因素試驗的基礎上，以原料水分質量分數（A）、螺桿轉速（B）、擠壓糊化溫度（C）和擠壓成型溫度（D）為影響因素，以蒸煮品質、質構特性和感官評價為指標，選用L9（34）正交試驗方法，以確定最佳工藝條件。

1.3.4 馬鈴薯米線的蒸煮品質測定 蒸煮損失：稱取長度約為5 cm的馬鈴薯米線5 g，記錄干質量為m0（預先在105℃下測定水分質量分數）。將馬鈴薯米線加入200 mL煮沸的蒸餾水中，保持微沸蒸煮2.75 min后挑出，置于濾勺上用50 mL蒸餾水淋洗30 s，并瀝水5 min。將瀝干的馬鈴薯米線倒入鋁盒，置于105℃干燥箱中干燥至恒重（mL），記錄干質量為m1，按照以下公式計算蒸煮損失率：

表1 L9（34）正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels table of L9（34） orthogonal test

斷條率：取直徑均勻、長度約為25 cm的馬鈴薯米線30根，加入600 mL沸騰的蒸餾水，保持微沸蒸煮2.75 min后挑出，用蒸餾水淋洗并瀝干，記錄斷條數（n）。馬鈴薯米線的斷條率即為：

1.3.5 馬鈴薯米線的質構特性測定 馬鈴薯米線的質構特性采用TA-XT.Plus物性測試儀進行測定。將馬鈴薯米線加入600 mL沸騰的蒸餾水中，保持微沸蒸煮2.75 min后挑出，在500 mL蒸餾水中冷卻30 s，瀝干。每次取3根馬鈴薯米線進行全質構（TPA），每個樣品平行6次取平均值。測試條件如下：TPA：測試探頭為P/35，壓縮比為50%，感應力為5 g，測前、測中、側后探頭速度均為1 mm/s[6]。

1.3.6 馬鈴薯米線的感官評價 馬鈴薯米線的感官評價由經過培訓的15人組成品評小組對蒸煮過后的樣品進行品嘗評分。感官評價主要針對蒸煮過后馬鈴薯米線的外觀形態、色澤、風味和口感4個方面進行評分，4個方面分數總和為感官評價總分。具體評價標準見表2。

1.4 數據分析

數據統計與分析采用SPSS 20.0和Excel軟件。正交實驗中馬鈴薯米線質構特性采用主成分分析法，蒸煮品質采用無量綱化處理。

2 結果與分析

2.1 不同加工條件對馬鈴薯米線品質的影響

2.1.1 原料水質量分數對馬鈴薯米線品質的影響由圖1可知，當原料水質量分數在34%～40%之間時，馬鈴薯米線的蒸煮損失率呈現下降趨勢，當原料水質量分數為40%時，蒸煮損失率達到最小，隨后增加；馬鈴薯米線的斷條率隨著原料水質量分數由34%增加至38%時明顯減小，當原料水分質量分數大于38%時，斷條率無明顯變化。

圖2所示可得，原料水質量分數由34%增加至36%時，馬鈴薯米線的硬度、彈性和咀嚼性均呈下降趨勢。當原料水質量分數增加至38%時，馬鈴薯米線的硬度和咀嚼性急劇升高，隨后保持相對恒定，且水質量分數為38%時硬度達到最大值（1 665.320 g），水質量分數為40%時咀嚼性達到最大值（1 314.887 g）。而當原料水質量分數在36%～40%時，馬鈴薯米線的彈性呈現逐漸增加的趨勢，并在水質量分數為40%時達到最大（0.974），隨后降低。

在相同加工條件下，原料中水質量分數過低時，馬鈴薯米線不能完全且均勻地糊化，容易干裂，煮后易糊湯、易斷條[7]。隨著原料水質量分數的增加，馬鈴薯米線糊化更加徹底均勻，使米線的結構更加致密，煮后光滑而又嚼勁。當原料中水質量分數過高時（42%以上），原料與螺桿之間的摩擦減小，產生的熱量也越少，糊化度反而下降[8]。此外，由于水的潤滑作用，螺桿轉動時所受阻力減小，擠壓加工難度增加，馬鈴薯米線的強度、韌性均會降低，并且容易造成并條現象[9-10]。綜合馬鈴薯米線的蒸煮品質和質構品質，原料水質量分數為38%～40%時，各項指標達到最佳。

2.1.2 擠壓糊化溫度對馬鈴薯米線品質的影響圖3表明，隨著擠壓糊化溫度由90℃升高至100℃，馬鈴薯米線的蒸煮損失迅速減少，當擠壓糊化溫度在100～110℃之間時，蒸煮損失保持相對穩定，并在105℃時達到最小值（19.38%）。與此同時，馬鈴薯米線的斷條率也隨著擠壓糊化溫度升高至105℃而急劇下降，同樣在105℃時達到最小值（1.11%），隨后增加。

圖1 原料水質量分數對馬鈴薯米線蒸煮品質的影響Fig.1 Effect of moisture content on cooking qualities of potato noodles

圖2 原料水質量分數對馬鈴薯米線硬度、彈性、咀嚼性的影響Fig.2 Effect of moisture content on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

圖4展示了擠壓糊化溫度對馬鈴薯米線質構硬度、彈性和咀嚼性的影響。當擠壓糊化溫度在90～100℃時，馬鈴薯米線的硬度和咀嚼性逐漸增加，當溫度升至105℃時，硬度（1 838.852 g）和咀嚼性（1 465.326 g）均迅速達到最大值，隨后降低。馬鈴薯米線的彈性隨著擠壓糊化溫度的升高而增大，在105℃的擠壓糊化溫度下能得到最大的彈性（0.977），但當溫度高于105℃時，彈性反而下降。

圖3 擠壓糊化溫度對馬鈴薯米線蒸煮品質的影響Fig.3 Effect of pasting temperature on cooking qualities of potato noodles

圖4 擠壓糊化溫度對馬鈴薯米線硬度、彈性、咀嚼性的影響Fig.4 Effectofpasting temperature on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

對于馬鈴薯米線的擠壓工藝，糊化溫度能夠影響淀粉的糊化和蛋白質的變性[11]。擠壓糊化溫度較低時，原料中淀粉糊化不充分，所形成的馬鈴薯米線凝膠品質較差。擠壓糊化溫度越高，原料淀粉的糊化越充分，馬鈴薯米線內部結構越致密，能形成良好的米線凝膠[11-12]。但同時，擠壓糊化溫度過高，容易引起原料粉變質，造成斷條率的增加、硬度和咀嚼性的下降，不利于產品質量的保持與提高。故考慮選定擠壓糊化溫度為105℃左右。

2.1.3 擠壓成型溫度對馬鈴薯米線品質的影響選擇水分質量分數為38%的復配粉原料，擠壓糊化溫度105℃，其他條件不變，改變擠壓成型溫度。結果如圖5所示，擠壓成型溫度在80～90℃之間時，馬鈴薯米線的蒸煮損失逐漸降低；成型溫度高于90℃時，蒸煮損失逐漸增加。馬鈴薯米線的斷條率隨溫度升高而略微降低，當溫度超過90℃后斷條率反而增加，尤其當溫度由95℃升至100℃時，斷條率由14.44%迅速增加至27.78%。

圖5 擠壓成型溫度對馬鈴薯米線蒸煮品質的影響Fig.5 Effectofextrusion temperatureon cooking qualities of potato noodles

圖6 擠壓成型溫度對馬鈴薯米線硬度、彈性、咀嚼性的影響Fig.6 Effect of extrusion temperature on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

馬鈴薯米線的質構特性變化結果見圖6。馬鈴薯米線的硬度和咀嚼性具有相同的變化趨勢，當擠壓成型溫度在80～95℃之間時，硬度和咀嚼性明顯具有上升趨勢；在95℃下擠壓出的馬鈴薯米線硬度（1 995.342 g）和咀嚼性（1 558.449 g）最大；溫度進一步升高，反而具有明顯下降的趨勢。擠壓成型溫度在80～95℃之間時，馬鈴薯米線的彈性呈緩慢上升趨勢，在95℃之后無明顯變化趨勢。

雙螺桿擠壓機擠壓過程中，一區、二區主要用于輸送物料，三區用于加熱糊化物料，而四區則在進一步促進物料的糊化的基礎上，通過提高腔體內部壓力降物料擠壓成型。因此，對于馬鈴薯米線的擠壓過程，控制擠壓成型溫度是包裝產品質量的關鍵[13]。當擠壓成型溫度較低時，原料糊化不充分且黏度大，擠壓出的米線結果較為松散。擠壓成型溫度的升高，有利于原料的進一步糊化，使馬鈴薯米線內部結構更加均勻致密。然而當擠壓成型溫度過高時，可能會較大程度地改變原料組分性質，并且由于較高的糊化程度使得原料黏度下降，使腔體內部壓力降低，不利于馬鈴薯米線凝膠的成型[14-15]。因此，選定擠壓成型溫度為90～95℃。

2.1.4 螺桿轉速對馬鈴薯米線品質的影響 選擇水分質量分數為38%的復配粉原料，擠壓糊化溫度105℃，擠壓成型溫度95℃，其他條件不變，改變螺桿轉速。結果如圖7所示，當螺桿轉速在70～90 r/min之間時，馬鈴薯米線的蒸煮損失逐漸降低；當螺桿轉速在90～100 r/min時，蒸煮損失相對較低且無明顯變化趨勢。當螺桿轉速由70 r/min升高至100r/min時，馬鈴薯米線的斷條率顯著性下降，并在100 r/min時達到最低值（5.56%）；當螺桿轉速達到110 r/min，斷條率反而降低。

圖7 螺桿轉速對馬鈴薯米線蒸煮品質的影響Fig.7 Effect of screw speed on cooking qualities of potato noodles

圖8 螺桿轉速對馬鈴薯米線硬度、彈性、咀嚼性的影響Fig.8 Effect of screw speed on hardness，elasticity and chewiness of potato noodles

由圖8可知，馬鈴薯米線的硬度和咀嚼性的變化趨勢相同。當螺桿轉速在70～90 r/min之間時，馬鈴薯米線的硬度和咀嚼性上升趨勢明顯；螺桿轉速在大于90 r/min之后，硬度和咀嚼性下降趨勢明顯。當螺桿轉速由70 r/min升高至100 r/min時，馬鈴薯米線的彈性逐漸緩慢地增加；當螺桿轉速達到110 r/min時，彈性反而有所下降。

螺桿轉速是擠壓工藝中重要的參數之一。螺桿轉速的高低，直接影響物料在擠壓過程中的剪切程度、在擠壓機內停留時間的長短以及模口成型壓力[15]。在低螺桿轉速下，雖然物料在擠壓機內停留時間較長，有利于淀粉糊化，但受到的剪切作用力較弱[16]。隨著螺桿轉速的增加，擠壓機內部摩擦力增強，原料受到的剪切作用力增大，擠壓出的米線結構較為致密。但當螺桿轉速過高時，馬鈴薯米線受到的剪切作用過大，分子間作用力受到破壞，部分物質發生局部降解，并且物料在擠壓機內停留時間過短而無法充分糊化，最終會導致馬鈴薯米線的品質變差[17-18]。綜合分析，選定螺桿轉速為90～100 r/min。

2.2 馬鈴薯米線擠壓工藝正交試驗

根據單因素試驗的結果，選取合適的因素水平進行L9（34）正交試驗，以確定馬鈴薯米線的最佳擠壓工藝。考慮到評價指標的多樣性，正交試驗中馬鈴薯米線的蒸煮品質采用無量綱化處理，質構特性采用主成分分析法[19]，對正交試驗結果采用綜合評價法[20]。如表3和4所示，分別為經過分析處理后的蒸煮品質、質構特性結果。表5為馬鈴薯米線的感官評價結果。

表3 馬鈴薯米線蒸煮品質正交試驗結果分析表（無量綱化）Table 3 Result of cooking qualities of potato noodles on orthogonal test（nondimensionalization）

綜合評分法設總權值為1，正交試驗中各項指標權值分別為馬鈴薯米線蒸煮品質0.3，馬鈴薯米線質構特性0.3，馬鈴薯米線感官評價0.4。

式中：Z為各指標的感官評分。

經計算，得到馬鈴薯米線擠壓工藝正交試驗結果，如表6所示。

表4 馬鈴薯米線質構特性正交試驗結果分析表 （主成分分析法）Table 4 Result of texture properties of potato noodles on orthogonal test（PCA）

表5 馬鈴薯米線感官評價正交試驗結果Table 5 Result of sensory evaluation of potato noodles on orthogonal test

圖9所示為正交試驗結果中因素與指標的關系。原料水分質量分數的增加會使馬鈴薯米線品質下降，擠壓時腔體壓力的減小使加工成型困難，即使成型其蒸煮損失也較大。當水分質量分數在38%時，馬鈴薯米線品質綜合評分較好。螺桿轉速升高至95 r/min后，馬鈴薯米線的品質較好并保持相對穩定。擠壓糊化溫度和擠壓成型溫度在一定的范圍內，對馬鈴薯米線品質呈正向增加影響，溫度越高品質越好，但擠壓糊化溫度超過105℃、擠壓成型溫度超過92.5℃時米線品質變差。

表6 L9（34）正交試驗結果Table 6 Result of L9（34） orthogonal test

圖9 正交試驗中因素與指標關系Fig.9 Relationship between factors and indicators on orthogonal test

由表 6極差分析可以看出，RA＞RD＞RC＞RB，原料水分質量分數對馬鈴薯米線品質的影響最大，其次是擠壓成型溫度，而擠壓糊化溫度和螺桿轉速對馬鈴薯米線品質的影響相對較小。由正交試驗結果可得，擠壓工藝各因素各水平最佳的搭配組合為A1B3C2D2。即馬鈴薯米線擠壓工藝的最佳條件為：原料水分質量分數38%，擠壓機螺桿轉速100 r/min，擠壓糊化溫度（三區）105℃，擠壓成型溫度（四區）92.5℃。驗證試驗得出，采用最佳工藝條件制得的馬鈴薯米線綜合評分11.889，感官評價得分和蒸煮品質有所提高。

3 結 語

以馬鈴薯全粉與秈米質量比6∶4比例的復配粉為原料，采用雙螺桿擠壓和一次老化的工藝加工馬鈴薯米線。擠壓工藝的各個參數對馬鈴薯米線品質影響的主次順序為：原料水分質量分數＞擠壓成型溫度（四區）＞擠壓糊化溫度（三區）＞螺桿轉速，其中水分質量分數和擠壓成型溫度對米線的品質影響遠遠大于后兩者。在原料水質量分數為38%、螺桿轉速為100 r/min、擠壓糊化溫度為105℃、擠壓成型溫度為92.5℃的擠壓工藝參數下加工出的馬鈴薯米線品質最佳，綜合評分為11.889，煮食后米線不易斷條、面湯澄清不渾濁、口感爽滑有筋道。因此，馬鈴薯米線擠壓工藝的最優條件即為：水分質量分數38%，螺桿轉速100 r/min，擠壓糊化溫度105℃，擠壓成型溫度92.5℃。

[1]ZHEN Jie，HU Aijun.A study on application of whole potato flour to bread[J].Cereal&Feed Industry，2005，11：18-20.（in Chinese）

[2]SUN Ping，ZHOU Qingzhen，YANG Mingming，et al.Developmentofpotato granulescookie[J].Food Science and Technology，2010，9：201-204.（in Chinese）

[3]WANG Chunxiang.Development of potato noodles[J].The Processing of Agricultural Products，2004（6）：30-31.（in Chinese）

[4]WANG Xiali，SHEN Na，LI Yiwei，et al.Study on processing technology and anti-retrogradation of instant wet rice noodles[J].Food&Machinery，2012，28（4）：197-200.（in Chinese）

[5]HAN Wengfeng，QIU Po，ZHANG Lin，et al.A study on effect of processing technology on quality of rice gel[J].Grain Processing，2009，34（1）：23-24.（in Chinese）

[6]HAN H M，CHO J H，KOH B K.Processing properties of Korean rice varieties in relation to rice noodle quality[J].Food Science&Biotechnology，2011，20（5）：1277-1282.

[7]CHINNASWAMY R，M.A H P D.Expansion，color and shear strength properties of com starches extrusion-cooked with urea and salts[J].Starch-St?rke，1988，40（5）：186-190.

[8]CAO Jing，ZHAO Jianwei，TIAN Yaoqi，et al.Effects of extrusion process on the quality of fresh instant rice[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2014，33（4）：381-386.（in Chinese）

[9]LI Ying.Study and development of japonica rice noodles[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2010，24（12）：10-14.（in Chinese）

[10]ZHAO Lin，HUANG Runting，CAI Lufeng，et al.Optimization of process parameters for double screw extruded buckwheat tea[J].Food Science，2015，36（4）：74-79.（in Chinese）

[11]DING Wengping，DING Xiaolin.Effects of temperature on gelation and retrogradation of rice starch[J].Cereal&Feed Industry，2002，12：39-42.（in Chinese）

[12]WEI Yiming，ZHANG Mingjing，WANG Feng，et al.Processing parameters of buckwheat and corn spaghettis[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2005，19（6）：39-42.（in Chinese）

[13]魏益民.食品擠壓理論與技術[M].北京：中國輕工業出版社，2009.

[14]REDL A，MOREL M H，BONICEL J.Extrusion of wheat gluten plasticized with glycerol：influence of process conditions on flow behavior，rheological properties，and molecular size distribution[J].Cereal Chemistry，1999，76（3）：361-70.

[15]ZHANG Kangyi，KANG Zhimin，WAN Jingrui，et al.Effect of twin-screw extrusion operation parameters on physio-chemical quality in rice noodle production[J].Academic Periodical of Farm Products Processing，2013，1：82-86.（in Chinese）

[16]CHUANG C C，YEH A I.Effect of screw profile on residence time distribution and starch gelatinization of rice flour during single screw extrusion cooking[J].Journal of Food Engineering，2004，63（1）：21-31.

[17]NING Gengzhe，ZHANG Bo，WEI Yimin，et al.Study on extrusion parameters of oat flour[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2010，25（12）：28-31.（in Chinese）

[18]GUHA M，ALI S Z，BHATTACHARYA S.Twin-screw extrusion of rice flour without a die：Effect of barrel temperature and screw speed on extrusion and extrudate characteristics[J].Journal of Food Engineering，1997，32（3）：251-267.

[19]WANG Zhenbin，SHAO Shuping，ZHAO Shuai，et al.Application of principal component analysis in comprehensive assessment of ultrasound treatment on vinegar[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2015，6：627-633.（in Chinese）

[20]CHEN Zhi，CHEN Jiayi，JIA Wei，et al.Study on extraction technology of Zhishi Shaoyao power by multi-index comprehensive scoring method[J].Chin J Pharm Anal，2013，33（2）：193-196.（in Chinese）