谷蔬膨化產品加工工藝優化

黃宗寶，方小玉，蔡英瑜*

福建盼盼食品集團（泉州 362000）

擠壓膨化是一種集物料攪拌混勻、加熱、擠壓、殺菌、成型等加工工藝于一體的加工技術[1]。擠壓過程中物料處于高溫、高壓、高剪切力環境中，這使物料的理化性質發生不同程度的變化[2]，如淀粉糊化、蛋白質變性等[3]，因此膨化食品具有蛋白質消化率較高、易消化、口感好等優點。隨著新型食品的興起，膨化食品作為國內休閑類食品的第三大產品也發展迅速。數據顯示，2018年中國膨化食品市場零售額達411億元，同比增長7.6%[4]。但膨化食品也存在一些問題：如油炸過程中產生一些有害物質，色澤較單一等。此次試驗對非油炸谷蔬膨化產品的色澤及感官評分進行優化，為豐富膨化產品色澤、提高產品質量提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料與設備

1.1.1 主要材料與試劑

玉米淀粉 ；紫薯粉；紫山藥粉；紫甘藍粉；麥苗粉、綠豌豆粉；西蘭花粉；南瓜粉；胡蘿卜粉；馬鈴薯淀粉；食用油（市售）。

1.1.2 主要設備與設備

SLG65-C型雙螺桿擠壓膨化機、QD-Ⅱ型切斷機、WHX-Ⅳ型烘干機、BT-Ⅲ型四頭八角桶調味線（山東濟南大億膨化食品機械有限公司）；ADCI系列全自動色差儀（北京辰泰克儀器技術有限公司）。

1.2 生產工藝流程

粉料混合→擠壓膨化→物料成型→調味→烘焙（最終含水量1.5%～1.8%）→包裝→成品

1.3 紫色膨化產品加工工藝研究

1.3.1 基本原料配比

玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、油、水配比20，13，0.5和2.2 kg；固定膨化溫度Ⅰ區175 ℃、Ⅱ區150 ℃、Ⅲ區60 ℃；螺桿轉速900 r/min、喂料速度1 kg/min、粉料含水量18%～20%。

1.3.2 不同添加量的紫薯粉對產品色澤及感官評分的影響

在基本原料配比的基礎上固定紫山藥粉（2 kg）、紫甘藍粉（1 kg），研究不同添加量（1.5，2，2.5，3和3.5 kg）的紫薯粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.3.3 不同添加量的紫山藥粉對產品色澤及感官評分的影響

按基本原料配比并固定紫薯粉（2.5 kg）、紫甘藍粉（1 kg），研究不同添加量（1.5，2，2.5，3和3.5 kg）的紫山藥粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.3.4 不同添加量的紫甘藍粉對產品色澤及感官評分的影響

按基本原料配比并固定紫薯粉（2.5 kg）、紫山藥粉（2 kg），研究不同添加量（0，0.5，1，1.5和2 kg）的紫甘藍粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.4 綠色膨化產品加工工藝研究

1.4.1 基本原料配比

玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、油、水配比20，13，0.5和2 kg；膨化溫度、螺桿轉速、喂料速度和粉料含水量與1.3.1一致。

1.4.2 不同添加量的麥苗粉對產品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定綠豌豆粉（0.6 kg）、西蘭花粉（1 kg），研究不同添加量（0，0.5，1，1.5和2 kg）的麥苗粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.4.3 不同添加量的綠豌豆粉對產品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定麥苗粉（1 kg）、西蘭花粉（1 kg），研究不同添加量（0.2，0.4，0.6，0.8和1 kg）的綠豌豆粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.4.4 不同添加量的西蘭花粉對產品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定麥苗粉（1 kg）、綠豌豆粉（0.6 kg），研究不同添加量（0，0.5，1，1.5和2 kg）的西蘭花粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.5 黃色膨化產品加工工藝研究

1.5.1 基本原料配比

原料配比與1.4.1一致。

1.5.2 不同添加量的南瓜粉對產品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定胡蘿卜粉（1.5 kg），研究不同添加量的南瓜粉（1.5，2，2.5，3和3.5 kg）對產品色澤及感官評分的影響。

1.5.3 不同添加量的胡蘿卜粉對產品色澤及感官評分的影響

按照基本原料配比并固定南瓜粉（2.5 kg），研究不同添加量（0.5，1，1.5，2和2.5 kg）的胡蘿卜粉對產品色澤及感官評分的影響。

1.6 色澤測定

應用全自動色差儀對產品色澤進行測量，每個單因素產品隨機選擇3個且每個產品測量其4個面，結果取其平均值。L*代表產品亮度（0～100表示從黑到白）、a*代表產品的紅綠色（正值表示紅色，負值表示綠色）、b*代表產品黃藍色（正值表示黃色，負值表示藍色）。

1.7 感官指標

選擇10名專業人士對產品進行感官評分，評分標準見表1。

表1 膨化食品感官評分標準

1.8 工藝優化試驗

1.8.1 紫色產品響應面優化工藝

紫色產品響應面因素水平見表2。由單因素試驗結果得到：紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍粉的添加量分別為2.5，2和1 kg時紫色產品色澤最好且感官評分較好，故選擇上述條件作為響應面優化試驗的0水平。

表2 紫色產品響應面因素水平表 單位：kg

1.8.2 綠色產品響應面優化工藝

綠色產品響應面因素水平見表3。由單因素試驗結果得到：麥苗粉、綠豌豆粉和西蘭花粉的添加量分別為1，0.6和1 kg時，綠色產品色澤最好且感官評分較好，故選擇上述條件作為響應面優化試驗的0水平。

表3 綠色產品響應面因素水平表 單位：kg

1.8.3 黃色產品正交試驗工藝優化

在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗對黃色產品進行工藝優化，研究各單因素各水平對產品色澤及感官評分的影響，具體數據見表4。

表4 因素水平表 單位：kg

2 結果與分析

2.1 紫色產品單因素結果與分析

2.1.1 紫薯粉添加量對紫色產品色澤及感官評分的影響從圖1可以看出，隨著紫薯粉添加量的增大，產品色差值ΔE先減小后增大，感官評分則先增大后減小，這主要是因為當紫薯粉添加不足時產品香氣不明顯且膨松度較大、形態不完整，紫薯粉添加過高時，因紫薯粉中膳食纖維含量較高且面筋蛋白含量較少[5]，導致產品組織較緊密，膨松度不足，感官評分降低。紫薯粉添加量在2.5 kg時，ΔE最小，感官評分最高。

圖1 紫薯粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.1.2 紫山藥粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖2可知，產品色差ΔE隨著紫山藥粉添加量的增加呈先增后減再增的現象，感官評分則先增后減，這是因為當紫山藥粉添加量不足時，產品色澤不明顯，但添加量過多時，因紫山藥粉的黏性較大[6]，導致產品硬度增大，口感不佳，感官評分降低。當紫山藥粉添加量為2 kg時，產品感官評分最高且色差值ΔE較小。

圖2 紫山藥粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.1.3 紫甘藍粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖3可以看出，隨著紫甘藍粉添加量的增加，產品色差ΔE呈現先減后增的現象，產品感官評分則先增大后減小。這主要是因為紫甘藍粉存在一定的刺激性氣味，添加過多時，刺激性氣味逐漸明顯，導致感官評分降低，但感官評分總體差異不大。紫甘藍粉添加量在1.5 kg時，產品色澤ΔE最小，產品感官評分則在紫甘藍粉添加量為1 kg時評分最高。

圖3 紫甘藍粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.2 綠色產品單因素結果與分析

2.2.1 麥苗粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖4可知，綠色產品的色澤a*隨著麥苗粉添加量的增加而減小，感官評分先增后減，這主要是因為當麥苗粉添加不足時，葉綠素含量不足，產品色澤不明顯，添加過多時，產品色澤變為墨綠色，且產品具有輕微的澀味，感官評分降低，這一結果與盧偉等[7]研究的“大麥苗粉曲奇餅干配方優化及其質量檢測”結果一致，當麥苗粉添加量為1 kg時，產品感官評分最高且色澤較好。

圖4 麥苗粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.2.2 綠豌豆粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖5可知，綠色產品的a*值隨著綠豌豆粉添加量的增加而減小，但總體差異不大，感官評分隨著綠豌豆粉添加量的增加呈現先增后減的趨勢，當綠豌豆粉添加量在0.6 kg時，產品感官評分最好。

圖5 綠豌豆粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.2.3 西蘭花粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖6可知，產品色澤a*隨著西蘭花粉添加量的增加而減小，但色澤總體差異不大，感官評分隨著西蘭花粉添加量的增加呈先增后減的趨勢，當西蘭花粉添加量為1 kg時，產品感官評分最高。

圖6 西蘭花粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.3 黃色產品單因素結果與分析

2.3.1 南瓜粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖7可以看出，產品色澤b*隨著南瓜粉添加量的增加而增大，感官評分則先增后減，當南瓜粉添加不足時，產品色澤淡黃，添加過多時，產品色澤過深且產品偏硬，因此感官評分降低。

圖7 南瓜粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.3.2 胡蘿卜粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

從圖8可以看出，產品色澤b*隨著胡蘿卜粉添加量的增加而增大，感官評分則先增大后減小，這可能是因為胡蘿卜粉添加量過多時，胡蘿卜的刺激性氣味較明顯，所以感官評分降低，這一結果與張海容等[8]研究的“胡蘿卜粉蘇打餅干配方研究”結果一致。當胡蘿卜粉添加量為1.5 kg時，產品感官評分最高且色澤較好。

圖8 胡蘿卜粉添加量對產品色澤及感官評分的影響

2.4 工藝優化結果

2.4.1 紫色產品響應面優化結果

紫色產品色澤及感官評分的響應面設計結果見表5。從表6和表7可知，產品色差值及感官評分的模型均為極顯著。紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍粉、紫薯粉和紫山藥粉交互項及紫薯粉和紫甘藍粉交互項對產品色差值影響顯著或非常顯著。紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍粉、紫薯粉和紫山藥粉交互項對產品感官評分影響顯著或非常顯著。

表5 紫色產品色澤及感官評分的響應面設計結果

表6 產品色差回歸方程顯著性及方差分析

表7 產品感官評分回歸方程顯著性及方差分析

2.4.2 綠色產品響應面優化工藝結果

綠色產品色澤及感官評分的響應面設計結果見表8。從表9和表10可知，模型均為極顯著，麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉及麥苗粉和綠豌豆粉交互項對產品色澤影響顯著或極顯著，西蘭花粉、麥苗粉和綠豌豆粉交互項及麥苗粉和西蘭花粉交互項對產品感官評分影響顯著或極顯著。

表8 綠色產品色澤及感官評分的響應面設計結果

表9 色差回歸方程顯著性及方差分析

表10 感官評分回歸方程顯著性及方差分析

2.4.3 黃色產品正交優化試驗結果

從表11中的極差R可以看出，南瓜粉是影響產品色澤的主要因素，其次是胡蘿卜粉，從試驗結果還可以看出，產品色澤較優的組合為A4B5，而后依次是A5B4、A3B3、A2B2、A1B1。南瓜粉和胡蘿卜粉對產品感官評分的影響一樣，從正交試驗結果還可以得到，產品感官評分最優的組合是A3B3，其次依次是A2B4、A4B2、A1B5、A5B1。綜合考慮，最終選擇A3B3為優化結果，重復試驗結果得到的b*為2.43，感官評分為80分。

表11 產品色差及感官評分正交試驗結果與極差分析

2.5 因素交互作用分析

從圖9可知，AB、AC曲面陡峭且等高圖呈橢圓狀，表明AB、AC的交互作用對響應值影響較大，BC交互項曲面較平緩，所以BC交互項對響應值的影響較小。從曲面圖坡度趨勢可以看出，隨著紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍粉添加量的增加，產品色差ΔE先減小后增大且變化程度較大，這表明紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍粉均對產品色差值ΔE有較大影響，這些結果與方差分析結果保持一致。

圖9 紫色產品色澤響應面圖

從圖10可知，產品感官評分隨紫薯粉、紫甘藍粉添加量的增加呈先增后減的趨勢，從AB、AC曲面圖的陡峭度可知，紫薯粉、紫山藥粉、紫甘藍粉的添加量均對產品感官評分有較大影響。曲面圖AB曲面陡峭，等高圖呈橢圓，說明交互項AB對響應值影響大，曲面AC、BC較平緩，等高圖偏圓，說明AC、BC交互項對響應值影響小，這些結果與方差分析結果一致。

圖10 紫色產品感官評分響應面圖

通過擬合得到的回歸方程對加工工藝參數進行優化，ΔE及感官評分達到目標優化值所對應的條件為紫薯粉添加量（A）2.57 kg、紫山藥粉（B）2.03 kg、紫甘藍粉（C）1.02 kg，此時ΔE=0.53，感官評分為80.76分。按照試驗優化給出的條件進行試驗驗證，得到產品的色差ΔE=0.61，感官評分達到81分，與模型預測的基本一致，說明模型擬合效果較好。

2.6 綠色產品因素交互作用分析

從圖11可以看出，隨著麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉添加量的增加產品綠色程度加深，從AB、AC曲面圖可以看出，隨著麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉添加量的增加，產品色澤變化程度大，這表明麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉均對產品色差a*值有較大影響。這些結果與方差分析結果保持一致（方差分析：麥苗粉、綠豌豆粉對產品色澤a*值影響極顯著，西蘭花粉對其影響顯著）。

圖11 綠色產品色澤響應面圖

從圖12可知，AB、AC曲面陡峭，等高圖呈橢圓，這說明AB、AC交互項對響應值影響較大，從曲面圖AB、AC、BC中可以看出，隨著麥苗粉、綠豌豆粉、西蘭花粉添加量的增大，產品感官評分先增大后減小，且麥苗粉添加量增大，產品感官評分增大明顯，這表明麥苗粉添加量是影響產品感官評分的主要因素。

圖12 綠色產品感官評分響應面圖

通過擬合得到的回歸方程對加工工藝參數進行優化，通過響應面優化得到，產品色差a*及感官評分達到目標優化值所對應的條件為麥苗粉（A）1.22 kg，綠豌豆粉（B）0.62 kg、西蘭花粉（C）0.88 kg，此時a*=-3.77，感官評分為81.97分。按照試驗優化給出的條件進行試驗驗證，得到產品的色差a*=-3.58，感官評分達到82分，與模型預測的基本一致，說明模型擬合效果較好。

3 結論

紫薯粉、麥苗粉、南瓜粉分別是影響紫色、綠色和黃色產品色澤及感官評分的主要因素。紫色產品通過響應面優化試驗得到最佳工藝參數：紫薯粉、紫山藥粉和紫甘藍粉添加量分別為2.57，2.03和1.02 kg。綠色產品通過響應面優化試驗得到最佳工藝參數：麥苗粉、綠豌豆粉和西蘭花粉添加量分別是1.22，0.62和0.88 kg。正交優化試驗得到黃色產品最佳工藝參數：南瓜粉和胡蘿卜粉添加量為2.5和1.5 kg。通過這些工藝參數得到的產品色澤較好且產品感官評分高。