青稞粉擠壓膨化工藝優化、品質研究及產品開發

劉靄莎，白永亮，，李敏，陳曉華，王群娣，張延杰，

（1.咀香園健康食品（中山）有限公司，廣東 中山 528400；2.佛山科學技術學院，廣東 佛山 528000）

青稞（Hordeum vulgare）是一種禾谷類作物，在我國主要分布在西藏、青海、甘肅、新疆、寧夏、四川等地區。青稞具有高蛋白質、高纖維、高維生素、低脂肪、低糖等特點[1]，還含有β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、酚類、麥綠素等功能性成分，國內外已做了大量研究報道[2-4]。擠壓膨化是集物料混合、剪切破碎、加熱熟化及壓力膨化成型于一體的食品加工技術，常用于谷物粉的加工。已有較多文獻報道對青稞粉與不同谷物粉配比、加水量、擠壓溫度、螺桿轉速、喂料速度等工藝參數的研究[5]，但是缺少對膨化度與質構特性共同作為評價指標并分析相關性的研究。

產品開發方面，目前市面上有青稞餅干、青稞面條、青稞面包等產品，但基本通過與其他谷物粉復配來改善青稞粉的加工品質[6-7]，以純青稞粉研發產品的很少。青稞是藏區人民的主食，其主要以純青稞制作糌粑的方式食用，口感粗糙、不易消化、衛生條件差，因此極需將傳統糌粑制作工藝進行改良。

本試驗以西藏地區純青稞粉為原料，優化擠壓膨化工藝條件，并研究青稞粉在擠壓膨化前后理化特性、質構特性的變化，開發一款食用方便、改善口感的青稞產品，為青稞食品的加工利用提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

青稞籽：西藏自治區林芝地區工布江達縣。

1.2 儀器與設備

DS32-ⅡA 型實驗雙螺桿擠壓膨化機：濟南賽信機械有限公司；SPS402F 型電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TA.new plus 型物性測試儀：Isenso Intelligent 公司；TG16G 型離心機：常州金壇良友儀器有限公司；GZX-9030MBE 型電熱鼓風干燥箱：上海博迅實業有限公司；HH-6 型恒溫水浴鍋：金壇市開發區吉特實驗儀器廠；LDP-750A 型高速多功能搖擺粉碎機：浙江永康市紅太陽機電有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 制備青稞粉

將青稞籽用高速多功能搖擺粉碎機粉碎，過80 目篩，得青稞粉。

1.3.2 青稞粉擠壓膨化單因素試驗

1.3.2.1 螺桿轉速對青稞粉膨化度和質構特性的影響

物料水分16%，機筒溫度：I 區90 ℃，Ⅱ區120 ℃，Ⅲ區140 ℃，喂料速度：10 Hz，螺桿轉速分別為：15、20、25、30 Hz，擠出物測定膨化度和質構特性。

1.3.2.2 喂料速度對青稞粉膨化度和質構特性的影響

物料水分16%，機筒溫度：I 區90 ℃，Ⅱ區120 ℃，Ⅲ區 140 ℃，螺桿轉速：20 Hz，喂料速度分別為：8、10、12、14 Hz，擠出物測定膨化度和質構特性。

1.3.2.3 Ⅲ區溫度對青稞粉膨化度和質構特性的影響

物料水分16%，螺桿轉速：20 Hz，喂料速度分別為：10 Hz，機筒溫度：I 區 90 ℃，Ⅱ區 100 ℃，Ⅲ區分別為110、120、130、140℃，擠出物測定膨化度和質構特性。

1.3.3 膨化度的測定

用游標卡尺測量擠壓膨化后產品直徑，每個樣品隨機測定5 次，求其平均值作為產品的平均直徑d1，再除以模孔直徑d2，即得擠壓膨化產品的膨化度。

C=（d1/d2）

1.3.4 質構的測定

將擠壓膨化后的擠出物切成5 cm 長的小段，采用物性測試儀質地分析（texture profile analysis，TPA）模式測定質構特性，探頭：TA/2N；下降速度：1.5 mm/s；測試速度：1.5 mm/s；返回速度：1.5 mm/s；測試距離 20.0 mm；觸及壓力：10 g，間隔時間3 s。

1.3.5 正交試驗設計優化青稞粉擠壓膨化工藝參數

設計三因素三水平正交試驗，以膨化度為指標，優化擠壓膨化工藝參數。正交試驗的因素水平見表1。得到的結果借助正交設計助手3.1 分析數據，以p＜0.05 分析顯著性。

表1 正交試驗的因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.3.6 青稞膨化粉理化性質的測定

選擇正交試驗中最優方案得到的樣品，經粉碎機粉碎后過80 目篩，得青稞膨化粉。

1.3.6.1 溶解度的測定

稱取樣品2 g，質量為m，配制質量分數為2 %的樣品懸浮液，取50 mL 在一定溫度下攪拌30 min，置于離心管中以3 000 r/min 離心20 min，將上清液置于90 ℃水浴中，蒸發干燥至恒重，計算得溶解物質量，記為m1。

溶解度/%=m1/m×100

1.3.6.2 吸水性的測

準確稱取1.5 g 樣品，質量為m，與30 mL 蒸餾水一起放入恒重的50 mL 離心管中，離心管質量為m1，攪動30 min，然后3 000 r/min 離心15 min。上清液轉入恒重的鋁盒中，稱量留下膠體的離心管重量，質量設為m2計算吸水性：

吸水性/%=（m2-m1）/m×100

1.3.6.3 水溶性的測定

將上述測定吸水性指數的上清液轉移至鋁盒，鋁盒質量為m3，在120 ℃下的烘箱中蒸發干，至恒重，干物質及鋁盒質量為m4。水溶性指數按下式計算：

水溶性/%=（m4-m3）/m×100

式中：m 為1.3.6.2 中青稞膨化粉樣品的質量，g。

1.3.6.4 堆積密度測量

將樣品輕輕倒入10 mL 量筒，用量筒底部敲擊試驗臺，直至樣品沒有進一步縮減，繼續加入樣品，反復此操作直至10 mL 標記位置。堆積密度即為單位體積的樣品質量。

1.3.6.5 沉降性的測定

將40 g 樣品加水攪拌5 min，定容至100 mL，攪拌均勻后將混合液轉移至具塞帶刻度試管中，令其靜置沉降30 min，測定沉淀出來的固體體積。

1.3.7 青稞膨化粉凝膠質構的測定

將處理前后青稞粉配置30%的粉糊，在沸水浴中糊化30 min，然后取約80 mL 倒入燒杯中，在4 ℃冰箱中放置24 h，采用物性測試儀TPA 模式測定凝膠的質構特性，探頭：TA/5，下降速度：1.0 mm/s；測試速度：1.0 mm/s；返回速度：1.0 mm/s；變形程度 50%；測試距離75 mm；觸及壓力：10 g；間隔時間 3 s。

1.3.8 青稞糌粑餅的開發

以青稞膨化粉為主要原料開發糌粑餅，基礎配方為：青稞膨化粉500 g，奶油400 g、奶酪粉100 g、細白糖300 g，混勻后用模具成型，制作成約0.5 cm 厚的圓形粉餅，置于烤箱中以160 ℃烘烤15 min，即成樣品。對照品以未經擠壓膨化的青稞粉代替青稞膨化粉。選擇色澤、外觀形態、氣味、口感、滋味共5 個指標作為評價指標，邀請10 名評價員，按照感官評定標準，對樣品和對照品進行品嘗并評分。感官評定標準見表2。

表2 感官評定標準Table 2 Sensory evaluation standardsa

2 結果與分析

2.1 青稞粉擠壓膨化單因素試驗結果

2.1.1 不同螺桿速度對膨化度和質構特性的影響

螺桿速度對膨化度的影響見圖1。螺桿速度對質構特性的影響見圖2。

圖1 螺桿速度對膨化度的影響Fig.1 Impact of screw speeds on puffing degrees

圖2 螺桿速度對質構特性的影響Fig.2 Impact of screw speeds on texture properties

從圖1、圖2可知，在螺桿速度為15 Hz 和25 Hz時，膨化度分別為4.215 和4.222，在30 Hz 時膨化度急劇下降。質構特性如圖所示，隨著螺桿速度提升時，硬度和脆性呈現先升高再降低的趨勢，在20 Hz 時達到峰值，咀嚼性在25 Hz 時達到峰值，與研究報道[8]擠壓鷹嘴豆粉的結果相近。螺桿轉速與物料在擠出機內的受到的剪切力和滯留時間有關，隨著螺桿轉速的增加，物料受到螺桿的剪切作用及物料與內筒壁之間的摩擦作用增大，加速淀粉顆粒的分解和糊化，產品的膨化度升高，同時硬度和脆性升高；當螺桿轉速過大時，物料的滯留時間顯著減少，物料還未有充分的時間去吸收機器腔體的熱量，沒有充分糊化就被擠出，膨化度下降，質構特性也降低。在螺桿速度增大的情況下，膨化度與質構特性的變化趨勢基本一致。從感官來看，20 Hz 和25 Hz 的樣品有濃郁的青稞麥香氣，15 Hz 有輕微的青稞麥香氣，30 Hz 沒有青稞麥香氣。結合以上三方面的結果，選擇螺桿速度為15、20 Hz 和25 Hz 進行正交試驗。

2.1.2 不同喂料速度對膨化度和質構特性的影響

喂料速度對膨化度的影響見圖3。喂料速度對質構特性的影響見圖4。

從圖3和圖4可知，隨著喂料速度的升高，膨化度呈現先升高再降低的趨勢，在10 Hz 和12 Hz 時分別為3.995 和3.929。質構特性如圖4所示，隨著喂料速度的升高，硬度持續升高，脆性和咀嚼性在14 Hz 時最高。在螺桿速度不變的前提下，喂料速度較低時，機器腔體內的物料不足，隨著喂料速度的增大，單位時間的喂料量增多，機器腔體內的物料逐漸增加，剪切力和摩擦作用顯著增強，因此膨化度增大，當喂料速度增加到一定程度時，機器腔體內的物料飽和，導致物料在機腔內的壓力增加，物料過多受熱不均，膨化度降低，但是質構特性中的脆性和咀嚼性增加，與文獻報道[9]小麥粉擠壓的硬度和咀嚼性趨勢一致。從感官來看，喂料速度8 Hz 時的樣品有青稞原粉的味道，12Hz和14 Hz 的樣品有輕微的青稞麥香氣、10 Hz 有濃郁的青稞麥香氣。結合以上三方面的結果，選擇喂料速度為 10、12 Hz 和 14 Hz 進行正交試驗。

2.1.3 不同Ⅲ區溫度對膨化度和質構特性的影響

Ⅲ區溫度對膨化度的影響見圖5。

圖3 喂料速度對膨化度的影響Fig.3 Impact of feed speeds on puffing degrees

圖4 喂料速度對質構特性的影響Fig.4 Impact of feed speeds on texture properties

圖5 Ⅲ區溫度對膨化度的影響Fig.5 Impact of zoneⅢtemperatures on puffing degrees

Ⅲ區溫度對質構特性的影響見圖6。

圖6 Ⅲ區溫度對質構特性的影響Fig.6 Impact of zoneⅢon texture properties

從圖5和圖6可知，隨著Ⅲ區溫度增加，膨化度呈上升趨勢，在130 ℃和140 ℃時分別達到3.503 和3.522。質構特性如圖6所示，在130 ℃時，硬度、脆性、咀嚼性都達到了峰值。在擠壓過程中，在其他條件不變的前提下，機筒溫度越高，物料吸收的熱量越多，淀粉的溶融程度也會越大，物料膨化度升高，硬度、脆性、咀嚼性也升高，但是當溫度達到140 ℃時，物料黏度不足以束縛水汽，氣泡漲破，質構特性下降，該趨勢與文獻報道[10]豆粕經擠壓后咀嚼性和組織化度的下降趨勢一致。從感官來看，110 ℃的樣品只有青稞原粉的味道，120 ℃有些許青稞麥香氣，130 ℃和 140 ℃的樣品的青稞麥香氣較濃。試驗操作過程中發現，當Ⅲ區溫度達到150 ℃，擠出物有輕微的焦糊味，故不選用150 ℃。結合以上三方面的結果，選擇Ⅲ區溫度為120、130 ℃和140 ℃進行正交試驗。

2.2 正交試驗結果及分析

正交試驗結果見表3。

表3 正交試驗結果Table 3 Orthogonal experimental results

正交試驗結果分析見表4。

表4 正交試驗結果分析Table 4 Analysis of orthogonal experimental

由表3可知，影響擠壓膨化效果的因素排序為：C>A>B，即Ⅲ區溫度>螺桿轉速>喂料速度。從表4方差分析結果可知，C（Ⅲ區溫度）因素的影響顯著，其余不顯著。從k1、k2、k3可看出，理論最佳工藝參數為A2B2C3，即螺桿速度為20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ區加熱溫度為140 ℃。其中5 號試驗正是A2B2C3組合，對比試驗結果可知，該組合膨化度最高。該結果與陳峰青等[11]研究結果接近。

2.3 擠壓膨化對青稞粉理化指標的影響

在最佳工藝條件下擠壓膨化后，對擠壓膨化前后青稞粉理化指標進行測定，測定結果如表5所示。

表5 擠壓膨化對溶解度、吸水性、水溶性、堆積密度、沉降性的影響Table 5 Effect of extrusion on solubility，water absorption，water solubility，deposition density and settlement

由表5可以看出，青稞膨化粉的溶解性、吸水性和水溶性都大于青稞粉。這是由于青稞粉經過擠壓膨化處理，在機體內經高溫、高壓、高剪切等作用后，蛋白質變性降解，淀粉糊化，擠壓產品具有疏松、多孔的結構，因此溶解度、吸水性和水溶性增加，該結果與文獻[12-14]的研究結果一致，但與李次力等[15]的結果不完全一致，李次力等試驗得出經擠壓膨化的亞麻籽粕水溶性指數升高，吸水性指數下降，分析認為纖維的斷裂產生松散無序的結構導致吸水性指數下降。青稞膨化粉的堆積密度和沉降性都比青稞粉增大，這是由于蛋白質和淀粉降解后，由大分子變成小分子，更易致密堆積，同時小分子數量增加，在吸水后占據更大位置，該結果與郝春明等[16]、鄭俊[17]的結果一致。

2.4 擠壓膨化對青稞粉凝膠質構的影響

在螺桿速度為20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ區加熱溫度為140 ℃的工藝條件下擠壓膨化后，對擠壓膨化前后青稞粉理化指標進行測定，測定結果如表6所示。

表6 擠壓膨化對青稞粉凝膠質構特性的影響Table 6 Effect of extrusion on the texture properties of barley gel

由于青稞蛋白質并不能形成面筋網絡，因此青稞粉凝膠的質構主要靠糊化后的淀粉凝膠來維持。經擠壓膨化后，青稞粉凝膠的質構特性指數大部分降低，因為受到擠壓后青稞淀粉發生破裂，硬度下降，易剪切稀化[18]。膠黏性下降，恢復到原來分離狀態所需要的力減少。兩種凝膠的彈性和回復性幾乎沒有變化，該結果與文獻毋修遠等[19]報道的不完全一致，其研究結果發現膨化粉的回復性指數比青稞粉升高，可能由于處理后的粉質變的疏松，使回復性更好。而沈伊亮等[20]研究發現主要靠糊化的淀粉來維持的凝膠網絡，回復性、彈性都差異不大。

2.5 青稞糌粑餅的評分結果

統計10 名評價員的分值，結果如表7所示。

表7 感官評分結果Table 7 The results of sensory evaluation

由表7可知，在色澤方面，青稞膨化粉制作的樣品由于顏色較深，所以評分較低，氣味和口感，樣品比對照品評分高，差異顯著，而外觀和滋味，兩者區別不大。因此，樣品的總分比對照品高，差異顯著。本次研發的以青稞膨化粉為主要原料的糌粑餅，改善了青稞粉粗糙的口感，且香味突出。

3 結論

通過對不同螺桿速度、喂料速度、Ⅲ區溫度的單因素試驗及正交試驗分析，最佳工藝參數為螺桿速度為20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ區加熱溫度為140 ℃。青稞粉經擠壓膨化后，由于蛋白質和淀粉降解后，由大分子變成小分子，溶解度、吸水性、水溶性、堆積密度、沉降性等理化指標均增加，提升了溶解性能；因為受到擠壓后青稞淀粉發生破裂，青稞膨化粉凝膠的硬度、黏性、膠黏性及咀嚼性下降，有利于改善加工后口感。

本試驗開發了一種以青稞膨化粉為主要原料的糌粑餅，改善了青稞粉粗糙的口感，且香味突出，為青稞的精深加工提供了參考依據。