杏仁早餐的浸泡與脆性變化

馬曉燕，李三省，趙小忠，崔思涵，王 亮，*

(1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046; 2.昌吉市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，新疆昌吉 831100)

杏仁早餐的浸泡與脆性變化

馬曉燕1，李三省2，趙小忠1，崔思涵1，王 亮1，*

(1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046; 2.昌吉市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，新疆昌吉 831100)

以自制的杏仁早餐為研究對(duì)象，應(yīng)用Peleg模型來(lái)描述杏仁早餐的吸水過(guò)程;Peleg模型對(duì)杏仁早餐浸泡時(shí)脆性變化也具有適用性。計(jì)算了不同溫度下的Peleg方程常數(shù)K1、K2，確定了杏仁早餐的吸水動(dòng)力學(xué)方程。

杏仁早餐，Peleg模型，含水量，脆性

以新疆杏仁榨油后產(chǎn)生的杏仁粕為主要原料，制備成類似于在歐美國(guó)家中的生活主食之一的谷物早餐類的食品。杏仁早餐在食用時(shí)先要在冷牛奶中浸泡，在浸泡過(guò)程中，如果產(chǎn)品吸水很快，則降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。目前國(guó)際上普遍選用Peleg模型描述吸水過(guò)程，Peleg提出了一個(gè)由水分含量與時(shí)間雙參數(shù)組成的吸水模型，并且通過(guò)奶粉和大米對(duì)水蒸氣的吸收，以及大米在水中浸泡時(shí)的水分的吸收來(lái)驗(yàn)證了模型的精確性［1］。Maharaj和Sankat應(yīng)用Peleg模型來(lái)研究菜葉的吸水過(guò)程［2］;Peleg模型充分描述了巴拉種子的吸水特征［3］;Sopade和 Kaimur應(yīng)用Peleg模型來(lái)描述西米淀粉的干燥過(guò)程［4］;Palou，Lopez－Malo，Argaiz和Welti應(yīng)用Peleg模型同時(shí)研究番木瓜的脫水和蔗糖的吸收［5］。Peleg模型同樣被用于很多淀粉類或油脂類堅(jiān)果的吸收或干燥過(guò)程［6－10］。Peleg模型是描述產(chǎn)品吸水過(guò)程的，脆性的變化又是發(fā)生在浸泡吸水的過(guò)程之中，以脆性代替水分含量，Peleg模型就可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐源嘈耘c浸泡時(shí)間為雙參數(shù)的模型。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杏仁早餐 以杏仁粕、小麥、燕麥、玉米粉、大豆色拉油為原料，按照蛋白質(zhì)含量為7.3%，脂肪含量為8%的比例將原料進(jìn)行混合，擠壓機(jī)Ⅰ區(qū)溫度為40℃，擠壓機(jī)Ⅱ區(qū)溫度為150℃，擠壓機(jī)Ⅲ區(qū)溫度為125℃，螺桿的螺旋速度為 336 r/m in，水分含量為23%，50℃2h烘干至水分含量為6%～7%所得產(chǎn)品。

FA1104型電子天平 上海天平儀器廠; TA－XT2i物性測(cè)定儀 英國(guó)Stable Micro System公司;DS32－Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機(jī) 濟(jì)南聚賢機(jī)械設(shè)備有限公司;101－3AS型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京市光明醫(yī)療儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 杏仁早餐的浸泡

1.2.1.1 樣品水分含量的測(cè)定 初始的杏仁早餐的水分含量為 7%，選取溫度范圍為 30～90℃，將200m L去離子水注入250m L燒杯中，放置于恒溫水浴中。在每一次實(shí)驗(yàn)中，隨機(jī)挑選5～8片杏仁早餐放入燒杯中，在浸泡過(guò)程中，定時(shí)的取出杏仁早餐，用薄紙將杏仁早餐擦干，并放在電子天平上稱重，然后將杏仁早餐再次放入燒杯中繼續(xù)計(jì)時(shí)。每次實(shí)驗(yàn)至少做兩遍［11］。

1.2.1.2 數(shù)據(jù)分析 Peleg模型，如式(1)所示。

式中:M為在t時(shí)刻物料的水分含量(%);M0為物料初始的水分含量(%);t為時(shí)間;K1為Peleg速率常數(shù)(hg－1);K2為Peleg容量常數(shù)(g－1)。方程中的“+”代表吸水過(guò)程;“－”代表干燥過(guò)程。吸水速率(R)可以通過(guò)對(duì)Peleg方程求一次導(dǎo)數(shù)獲得，如式(2)所示。

Peleg方程中的速率常數(shù)K1與物料初始的吸水速率(R0)有關(guān)，即為在t=t0時(shí)的R，如式(3)所示。

Peleg方程中的容量常數(shù)K2與物料最大(或最小)的水分含量有關(guān)，當(dāng)t趨向于∞時(shí)，式(1)給出了平衡水分含量Me與K2的關(guān)系，如式(4)所示。

根據(jù)杏仁早餐初始的水分含量和定時(shí)測(cè)得的杏仁早餐吸收的水分的增長(zhǎng)計(jì)算不同時(shí)刻杏仁早餐的水分含量。將Peleg模型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性形式，即式(5)，用t/(M－M0)和浸泡時(shí)間t進(jìn)行回歸分析。

1.2.2 杏仁早餐浸泡過(guò)程中脆性變化

1.2.2.1 樣品脆性的測(cè)定 采用TA－XT2i物性測(cè)定儀，距離20mm，前進(jìn)速度為5mm/s，破碎速度為5mm/s，后進(jìn)速度為10mm/s，破碎峰值即為脆性［5］。選取溫度范圍為30～90℃，將200m L去離子水注入250m L燒杯中，放置于恒溫水浴中。在每一次實(shí)驗(yàn)中，隨機(jī)挑選20g杏仁早餐放入燒杯中，在浸泡過(guò)程中，定時(shí)的取出測(cè)定其脆性，每次實(shí)驗(yàn)至少做兩遍。

1.2.2.2 數(shù)據(jù)分析 Peleg模型的形式就要從公式(5)轉(zhuǎn)變?yōu)槭?6)的形式:

式中:C0:杏仁早餐浸泡前的脆性(g);C:杏仁早餐浸泡時(shí)的脆性(g)。

2 結(jié)果與討論

2.1 杏仁早餐浸泡過(guò)程中Peleg吸水模型的建立

2.1.1 杏仁早餐浸泡時(shí)水分的變化 由圖1可以看出，隨著浸泡時(shí)間的增長(zhǎng)杏仁早餐的水分含量逐漸增加，尤其在浸泡的初期階段，水分含量的上升最為明顯，在浸泡的最后階段，吸水量接近平衡;在相同的浸泡時(shí)間間隔內(nèi)，隨著溫度的升高，杏仁早餐的吸水量會(huì)逐漸增大，即溫度越高，相同浸泡時(shí)間吸收的水分越多。

圖1 杏仁早餐浸泡時(shí)的水分吸收曲線Fig.1 Water absorption curve during soaking of almond breakfast

2.1.2 對(duì)于Peleg模型速率常數(shù)K1的預(yù)測(cè) 由式(5)，以t/(M－M0)對(duì)t作圖，如圖2所示，直線的截距即為K1，斜率為K2，求出不同溫度下的K1與K2，結(jié)果如表1所示。

速率常數(shù)K1是一個(gè)與質(zhì)量轉(zhuǎn)換率有關(guān)的常數(shù)，也就是說(shuō)，K1越低，初始的水分吸收速率越高。

隨著溫度的升高，速率常數(shù)K1反而降低，這預(yù)示著初始水分吸收相應(yīng)的加快。線性阿累尼烏斯方程，即式(7)可以解釋溫度對(duì)K1的影響。CK為常數(shù)(hg－1)，Ea為活化能(kJ·mol－1)，Rg為氣體常量(8.314kJ·mol－1·K－1)，T為絕對(duì)溫度(K)。

圖2 杏仁早餐浸泡吸水過(guò)程中Peleg模型的應(yīng)用Fig.2 Application of the Pelegmodel to water absorption during soaking of almond breakfast

表1 不同溫度下Peleg模型中的K1與K2Table 1 K1 and K2 of the Pelegmodel at different temperatures

由圖3可以看出，阿累尼烏斯方程在40～60℃范圍內(nèi)變化平緩，而這個(gè)溫度范圍正是淀粉的糊化溫度范圍，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，阿累尼烏斯曲線所表示出的杏仁早餐中水的擴(kuò)散系數(shù)和水－淀粉相互反應(yīng)呈現(xiàn)出了不連續(xù)的變化，阿累尼烏斯曲線也表明了杏仁早餐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化［12］。

圖3 杏仁早餐浸泡過(guò)程中Peleg速率常數(shù)K1的阿累尼烏斯方程Fig.3 Arrhenius plot for the Peleg rate constant K1 during soaking of almond breakfast

由表2可以看出，活化能Ea在低于40℃和高于60℃時(shí)分別為27.763kJ·mol－1和20.319kJ·mol－1，而在40～60℃之間，活化能Ea為5.231k J·mol－1。在淀粉糊化溫度范圍內(nèi)低的活化能代表了水分在已經(jīng)糊化的淀粉中的移動(dòng)比未糊化的淀粉中更快。

表3 不同溫度下Peleg模型中的K1與K2Table 3 K1 and K2 of the Pelegmodel at different temperatures

表2 不同溫度下阿累尼烏斯方程的參數(shù)Table 2 Parameters of Arrhenius equation at different temperatures

2.2 杏仁早餐浸泡過(guò)程中脆性變化Peleg模型的建立

2.2.1 杏仁早餐浸泡時(shí)脆性的變化 由圖4可以看出，隨著浸泡時(shí)間的增加，杏仁早餐的脆性逐漸降低，尤其在浸泡的初期階段，脆性的降低最為明顯;在相同的浸泡時(shí)間間隔內(nèi)，隨著溫度的升高，杏仁早餐的脆性逐漸降低，即溫度越高，相同浸泡時(shí)間脆性就越小。在圖4中，90℃與80℃溫度下，脆性變化除了在5～15mim的時(shí)間間隔內(nèi)變化略有區(qū)別外，在其它時(shí)間的變化都相似，而且在超過(guò)80℃后，產(chǎn)品受熱程度加劇，所引起的變化會(huì)偏離規(guī)律，所以以下分析都以30～80℃為分析范圍。

圖4 杏仁早餐浸泡時(shí)的脆性變化曲線Fig.4 Crispness curve during soaking of almond breakfast

2.2.2 對(duì)于Peleg模型速率常數(shù)K1的預(yù)測(cè) 由式(6)，以t/(C0－C)對(duì)t作圖，如圖5所示，直線的截距即為K1，斜率為K2，求出不同溫度下的K1與K2，結(jié)果如表3所示。

速率常數(shù)K1是一個(gè)與質(zhì)量轉(zhuǎn)換率有關(guān)的常數(shù)，也就是說(shuō)，K1越低，初始的脆性降低的速度越高。由表3可以看出，K1隨著溫度的升高而降低，說(shuō)明脆性降低的速度隨著溫度的升高而升高。

由上述分析可知，Peleg模型確實(shí)可以應(yīng)用于杏仁早餐浸泡時(shí)脆性的變化，不同溫度下K1回歸的R2都大于0.98。

圖5 杏仁早餐浸泡吸水過(guò)程中脆性變化Peleg模型的應(yīng)用Fig.5 Application of the Pelegmodel to the change of crispness during soaking of almond breakfast

3 結(jié)論

不同溫度下，Peleg模型的變形公式t/(M－M0)與時(shí)間擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸方程R2都大于0.99?？傻玫蕉鄠€(gè)不同K1，K2的Peleg模型用于描述杏仁早餐浸泡時(shí)的水分吸收。同樣Peleg模型變形公式擬合不同溫度下杏仁早餐脆性變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，回歸方程R2都大于0.98。可得到多個(gè)不同 K1，K2的Peleg模型描述杏仁早餐浸泡時(shí)脆性的變化。實(shí)驗(yàn)條件下參數(shù)K1隨溫度的上升而逐步減小，表明此過(guò)程中吸水速率加快。參數(shù)K2受溫度影響不大。

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The soaking and crispness changes of almond breakfast

M A Xiao－yan1，LISan－sheng2，ZHAO Xiao－zhong1，CUISi－h(huán)an1，WANG Liang1，*
(1.College of Life Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi830046，China; 2.ChangjiQuality and Technical Supervision，Changji831100，China)

Using homemade almond b reakfast as research ob jects，Peleg model was used to describe the absorp tion p rocess of alm ond b reakfast.Peleg’s equation was app licab le for c rispness changes during soaking of alm ond b reakfast.Furthermore，the soaking constant K1，K2at d ifferent tem perature was calculated，the new water absorp tion equation of almond breakfastwas described.

almond b reakfast;Peleg m odel;water content;c rispness

TS255.6

A

1002－0306(2012)12－0191－04

2011－10－12 *通訊聯(lián)系人

馬曉燕(1986－)，女，在讀碩士研究生，研究方向:食品工程。

烏魯木齊市科技創(chuàng)新種子資金(K111410003)。