藜麥紫薯擠壓膨化食品加工工藝優(yōu)化及品質(zhì)分析

張文剛

（青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青藏高原種質(zhì)資源研究與利用實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016）

藜麥（Chenopodium quinoa Willd.） 作為一種藜科藜屬的雙子葉“假谷物”，富含蛋白質(zhì)、氨基酸、膳食纖維、維生素、多酚、礦物質(zhì)等功效成分，具有極高的食用價(jià)值，是FAO 確認(rèn)的唯一單體可滿足人體基本營養(yǎng)需要的“全營養(yǎng)”食品[1]。長期食用藜麥有助于預(yù)防和改善多種代謝疾病，如肥胖、糖尿病、高血脂、抗氧化和抗癌等[2]。鑒于藜麥的突出優(yōu)勢(shì)，其已被用于加工主食、焙烤制品、發(fā)酵飲品、麥片、營養(yǎng)代餐粉、谷物棒等各類產(chǎn)品，在現(xiàn)代健康食品開發(fā)中前景廣闊[3-4]。

擠壓膨化是一種集高溫、高壓和高剪切作用為一體的食品加工技術(shù)，在膨化休閑產(chǎn)品加工中應(yīng)用廣泛[5]。通過擠壓膨化，物料會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)變性、淀粉糊化、可溶性膳食纖維溶出、抗?fàn)I養(yǎng)因子減少、體積膨化等一系列變化，消化利用率和保藏性提升，深受市場消費(fèi)者青睞[6]。目前，藜麥擠壓膨化理論及產(chǎn)品開發(fā)研究處于起步階段，以藜麥為原料開發(fā)擠壓膨化休閑食品對(duì)豐富市場健康產(chǎn)品類型十分必要。然而，受物料特性影響，單一藜麥相比玉米、蕎麥、小麥、青稞等不易擠壓加工，產(chǎn)品感官品質(zhì)欠佳，而通過物料復(fù)配則是解決該問題的有效方式之一[7-9]。

紫薯（Ipomoea batatas L.） 屬于旋花科番薯屬草本植物，肉質(zhì)呈淡紫色或較深的紫色，在我國山東、湖南、江西、廣西等地有廣泛種植[10]。紫薯富含蛋白質(zhì)、淀粉、氨基酸、花青素、維生素、礦物質(zhì)等，具有抗癌、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、預(yù)防心血管疾病等生理功效，膳食攝入紫薯有助于均衡營養(yǎng)及促進(jìn)人體健康[11]。目前，紫薯在谷物擠壓膨化制品加工中已有應(yīng)用[12]，將其與藜麥結(jié)合進(jìn)行復(fù)配擠壓加工，不僅可以發(fā)揮兩者的營養(yǎng)功能優(yōu)勢(shì)，還可以賦予產(chǎn)品優(yōu)良的感官品質(zhì)。以藜麥和紫薯為原料，制作復(fù)合擠壓膨化食品，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化得到最佳工藝，并對(duì)產(chǎn)品的營養(yǎng)組成和抗氧化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為藜麥和紫薯資源的加工利用提供一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青白藜1 號(hào)，青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院作物所提供；紫薯粉，市售；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、三吡啶三吖嗪（TPTZ）、水溶性維E（Trolox）、2,2'-聯(lián)氮-雙-（3 -乙基苯并噻唑啉- 6 -磺酸） 二銨鹽（ABTS），美國Sigma 公司提供。

FW200 型高速中藥粉碎機(jī)，天津華鑫儀器廠產(chǎn)品；AL204 萬分之一分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；KETSE 20/40 型雙螺桿擠壓膨化機(jī)，德國布拉本德產(chǎn)品；DL-5M 型低速冷凍離心機(jī)，湖南長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司產(chǎn)品；N4S 型紫外可見分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

藜麥粉、紫薯粉→混合→調(diào)節(jié)水分→擠壓成型→成品。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

以膨化率和感官評(píng)分為指標(biāo)，探討水分含量（8%，12%，16%，20%，24%，28%）、藜麥與紫薯質(zhì) 量 比（1 ∶2，1 ∶1，2 ∶1，3 ∶1）、擠 壓 溫 度（140，150，160，170，180 ℃） 及螺桿轉(zhuǎn)速（130，140，150，160，170，180 r/min） 4 個(gè)因素對(duì)藜麥紫薯復(fù)合擠壓膨化物的影響。各因素固定條件為藜麥與紫薯質(zhì)量比2∶1，水分含量8%，擠壓溫度160 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速160 r/min。

1.2.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮藜麥紫薯質(zhì)量比、水分含量、擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速4 個(gè)因素的較優(yōu)水平，設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，確定藜麥紫薯擠壓膨化產(chǎn)品加工最優(yōu)條件。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.2.4 指標(biāo)測(cè)定

（1） 膨化率。參考方勇等人[13]的方法測(cè)定。每一個(gè)樣品用數(shù)顯游標(biāo)卡尺隨機(jī)測(cè)定直徑15 次，去除最小值和最大值后取平均值，膨化率表示為膨化物直徑與模口直徑之比。

（2） 水溶性指數(shù)。參考Yagci S 等人[14]的方法稍加修改后測(cè)定。取2.0 g 粉碎后的膨化物于離心管中，加入20 mL 蒸餾水，振蕩分散3 min，將懸浮液于30 ℃水浴中保持30 min，期間每隔10 min 振蕩1 次，然后以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心20 min。將上清液倒入質(zhì)量已知的蒸發(fā)皿中，于105 ℃烘干至恒質(zhì)量，得到上清液中水溶物的質(zhì)量。水溶性指數(shù)按公式（1） 計(jì)算。

式中：m1——水溶物的質(zhì)量，g；m2——膨化物的質(zhì)量（2.0 g）。

（2） 感官評(píng)價(jià)。由10 名經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的人員組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)不同條件下的藜麥紫薯擠壓膨化產(chǎn)品進(jìn)行品評(píng)打分。所有的樣品均采用3 位隨機(jī)數(shù)進(jìn)行編碼。

感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表2。

表2 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（3） 營養(yǎng)成分。按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》方法測(cè)定蛋白質(zhì)含量；按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》方法測(cè)定脂肪含量；按照GB/T 5009.88—2003《食品中不溶性膳食纖維的測(cè)定》方法測(cè)定粗纖維含量；按照GB 5009.4—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》方法測(cè)定灰分含量。

（4） 抗氧化活性。參考楊希娟等人[15]的方法。采用80%丙酮在超聲輔助下提取膨化物多酚并測(cè)定提取液的DPPH·清除率、ABTS·+清除率和FRAP 還原力，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量，結(jié)果以水溶性維E 當(dāng)量表示（μmol/100 g DW）。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2019 和Excel 等進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及繪圖。試驗(yàn)重復(fù)3 次。顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

擠壓單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 擠壓單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1（a） 可知，膨化率和水溶性指數(shù)隨著復(fù)合粉中藜麥粉比例的增加先降低，當(dāng)藜麥紫薯質(zhì)量比為3∶1 時(shí)兩者略有升高。感官評(píng)分整體先增大后減小，當(dāng)質(zhì)量比（藜麥∶紫薯） 為1∶1 時(shí)感官評(píng)分最高達(dá)88.86 分。適當(dāng)添加紫薯可以豐富香氣并改善藜麥擠壓特性，但添加過少對(duì)其綜合品質(zhì)提升較小，添加過量時(shí)則會(huì)加深膨化物色澤并掩蓋藜麥風(fēng)味，造成不利影響[12]。因此，綜合考慮產(chǎn)品感官品質(zhì)和膨化特性，選擇藜麥紫薯質(zhì)量比1∶1，2∶1，3∶1 為較優(yōu)水平。

由圖1（b） 可知，隨著物料水分含量的增大，膨化率呈逐漸下降趨勢(shì)，表明低水分條件下較有利于物料膨化，與張婷等人[16]報(bào)道較一致。水溶性指數(shù)先升高后降低再升高，水分含量高于20%后水溶性指數(shù)的增加可能是物料調(diào)質(zhì)水分分布不夠均勻造成。感官評(píng)分先增大后不斷減小，當(dāng)水分含量為12%時(shí)，感官評(píng)分最高為84.21 分。水分含量過高時(shí)，物料在腔體內(nèi)的摩擦力減小，剪切力不夠，擠壓效果通常不佳[17]。因此，綜合選擇水分含量8%，12%，16%為較優(yōu)水平。?

由圖1（c） 可知，隨著擠壓溫度的升高，膨化率先緩慢升高后略有下降，當(dāng)擠壓溫度為160 ℃時(shí)膨化率最大為3.72，水溶性指數(shù)則先升高后趨于平緩。感官評(píng)分整體先快速增大，當(dāng)溫度為150 ℃時(shí)最高為83.86 分，繼續(xù)升高溫度后感官評(píng)分出現(xiàn)降低，與向莉等的報(bào)道類似[18]。擠壓溫度較低時(shí)，物料達(dá)不到過熱狀態(tài)，膨化效果較差，溫度過高時(shí)物料易出現(xiàn)過度膨化和焦煳現(xiàn)象，造成品質(zhì)降低[18-19]。因此，綜合選擇擠壓溫度150，160，170 ℃為較優(yōu)水平。

圖1（d） 顯示，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速在130~170 r/min時(shí)，膨化率和水溶性指數(shù)變化較小，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速超過170 r/min 時(shí)膨化率顯著下降（p<0.05）。感官評(píng)分隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大先增大后減小，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為150 r/min 時(shí)感官評(píng)分最高為87.86 分。研究表明，螺桿轉(zhuǎn)速過慢會(huì)導(dǎo)致剪切力不夠，物料膨化程度受到影響，同時(shí)物料蛋白質(zhì)、膳食纖維等不能充分降解，不易消化吸收；螺桿轉(zhuǎn)速過快時(shí)，物料在擠壓機(jī)腔體內(nèi)受熱時(shí)間短，淀粉糊化不完全，影響感官品質(zhì)[16，20]。因此，綜合選擇螺桿轉(zhuǎn)速150，160，170 r/min為較優(yōu)水平。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可知，以膨化率為指標(biāo)，正交試驗(yàn)極差（R） 為A>B>D>C，最優(yōu)工藝為A3B1C1D1，即擠壓溫度170 ℃，藜麥紫薯質(zhì)量比1∶1，螺桿轉(zhuǎn)速150 r/min，水分含量8%。以水溶性指數(shù)為指標(biāo)，正交試驗(yàn)極差（R） 為D>C>A>B，最優(yōu)工藝為A2B3C3D3，即擠壓溫度160 ℃，藜麥紫薯質(zhì)量比3∶1，螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min，水分含量16%。以感官評(píng)分為指標(biāo)，正交試驗(yàn)極差（R） 為A>C>B=D，最優(yōu)工藝為A3B3C3D3，即擠壓溫度170 ℃，藜麥紫薯質(zhì)量比3∶1，螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min，水分含量16%。

驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由表4 可知，組合1（A3B1C1D3） 膨化率最高（4.53），組合2（A2B3C3D3） 水溶性指數(shù)（0.22%） 和感官評(píng)分（89.28 分） 均為最高，組合3（A3B3C3D3）膨化率和水溶性指數(shù)最低而感官評(píng)分處于中間水平。以產(chǎn)品感官品質(zhì)為主要考慮因素，兼顧膨化特性，綜合選擇組合2 為藜麥紫薯擠壓膨化食品最優(yōu)加工工藝參數(shù)，此條件下加工產(chǎn)品的色澤均勻，呈現(xiàn)淡紫色，形狀規(guī)則，一咬即斷，口感干脆，有較濃的藜麥和紫薯特征香味。

2.3 產(chǎn)品品質(zhì)分析

藜麥紫薯復(fù)合擠壓膨化產(chǎn)品的主要營養(yǎng)成分及抗氧化活性見表5。

表5 藜麥紫薯復(fù)合擠壓膨化產(chǎn)品的主要營養(yǎng)成分及抗氧化活性

由表5 可知，藜麥紫薯擠壓膨化產(chǎn)品粗蛋白、粗纖維、粗脂肪和灰分含量低于單一擠壓膨化藜麥，可能是受市售紫薯粉本身營養(yǎng)組成的影響。藜麥紫薯擠壓膨化產(chǎn)品與單一擠壓膨化藜麥相比，其ABTS·+清除活性有所降低，但DPPH·清除活性和FRAP 鐵還原力則顯著增大（p<0.05），總體來看，紫薯添加有助于提升產(chǎn)品的抗氧化活性。研究顯示，紫薯含有豐富的多酚、黃酮和花青素等天然抗氧化成分，作為一種優(yōu)質(zhì)輔料可以改善食品的功能品質(zhì)[21]。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)藜麥紫薯擠壓膨化食品加工工藝進(jìn)行優(yōu)化并分析了產(chǎn)品品質(zhì)。結(jié)合膨化率和感官評(píng)分確定藜麥紫薯復(fù)合擠壓膨化最優(yōu)工藝條件為藜麥紫薯質(zhì)量配比3∶1，擠壓溫度160 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min，水分含量16%，該條件下產(chǎn)品呈均勻淡紫色，形狀規(guī)則，口感干脆，有較濃的藜麥和紫薯特征香味。相比單一擠壓膨化藜麥，藜麥紫薯復(fù)合擠壓膨化產(chǎn)品粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和灰分含量降低，但總體抗氧化活性有所提升。添加紫薯是一種改善藜麥擠壓特性與功能品質(zhì)的有效方式。