以蛋白質(zhì)消化率為指標(biāo)的黑米擠壓膨化工藝優(yōu)化

任志秋，楊晨陽，許 穎

(黑龍江糧食職業(yè)學(xué)院，哈爾濱市南崗區(qū)和興路91號，150080）

以蛋白質(zhì)消化率為指標(biāo)的黑米擠壓膨化工藝優(yōu)化

任志秋，楊晨陽，許 穎

(黑龍江糧食職業(yè)學(xué)院，哈爾濱市南崗區(qū)和興路91號，150080）

本文是通過四因素五水平二次旋轉(zhuǎn)正交組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用響應(yīng)曲面分析方法來研究擠壓膨化黑米的過程中與擠壓膨化技術(shù)直接相關(guān)的膨化黑米含水百分?jǐn)?shù)、機(jī)器的?？字睆?、機(jī)器的螺桿轉(zhuǎn)速、機(jī)器套筒溫度等因素對黑米膨化后蛋白質(zhì)消化率的影響規(guī)律。通過分析可知最消化率出現(xiàn)在參數(shù)的取值范圍內(nèi)，通過嶺回歸尋優(yōu)得到擠壓膨化黑米釀造面醬的最佳擠壓膨化工藝參數(shù)范圍為：膜孔直徑6-9 mm；擠壓溫度83-86 ℃；螺桿轉(zhuǎn)速為178-180 r/min；含水量為20-24%，在最優(yōu)參數(shù)下的糊化度為96.43%。

擠壓膨化；黑米粉；響應(yīng)曲面分析；消化率

黑米粉在擠壓機(jī)腔體內(nèi)的高壓、高溫處理過程中，黑米中的各種成分會發(fā)生比較復(fù)雜的理化性質(zhì)變化[1]。在較高剪切力的作用下，淀粉分子內(nèi)及分子間的氫鍵等次級鍵會部分?jǐn)嗔?，進(jìn)而導(dǎo)致淀粉成分發(fā)生糊化及部分降解，黑米淀粉的分子量減小而水溶性增大[2]。蛋白質(zhì)出現(xiàn)變性，重組，組織化，蛋白質(zhì)的水溶性下降，蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價(jià)下降；部分變性的淀粉和蛋白質(zhì)與脂肪形成淀粉-蛋白質(zhì)-脂類復(fù)合物，因而導(dǎo)致黑米淀粉的溶解性下降、消化率降低，脂類氧化速率及水平降低，增加了擠壓物的貨架壽命[3,4]。

1. 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑米（山東夢思香食品有限公司）

單螺桿擠壓機(jī)（山東理工大學(xué)農(nóng)食品加工實(shí)驗(yàn)室提供）：

1.2 試驗(yàn)因素水平的確定

以擠壓膨化黑米的蛋白質(zhì)消化率為考察指標(biāo)，擠壓溫度、膜孔直徑、含水量、螺桿轉(zhuǎn)速四個試驗(yàn)因素作為研究對象，采用四因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)，因素水平編碼安排如表1所示。

表1 試驗(yàn)因素和水平

2. 結(jié)果與分析

2.1 回歸方程的建立及分析

以膨化黑米粉的消化率作為試驗(yàn)的主要考察指標(biāo)，擠壓溫度（0水平為70 ℃)、膜孔直徑(0水平為8 mm)、含水量(0水平為20%)、螺桿轉(zhuǎn)速(0水平為180 r/min)四個試驗(yàn)因素作為研究對象，采用四因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，利用SAS9.1軟件分析擠壓溫度，含水量，擠壓溫度，螺桿轉(zhuǎn)速對黑米膨糊化度的影響規(guī)律得到回歸方程：

回歸方程顯著性檢驗(yàn)可知（表2）：常數(shù)項(xiàng)（P<0.0001）極顯著，模型一次項(xiàng)都不顯著；二次項(xiàng)X2X2（Pr<0.01）極顯著，其他不顯著。此模型的決定系數(shù)R2為0.6121，相應(yīng)模型線性回歸不顯著、二次回歸（Pr<0.01）極顯著；總回歸（Pr<0.05）顯著；失擬項(xiàng)（Pr<0.0001）極顯著。因此模型能夠較好的模擬擠壓各因素對膨化黑米粉消化率的影響規(guī)律。

表2 消化率的方差分析表

2.2 響應(yīng)面分析

圖1 擠壓膨化黑米對蛋白質(zhì)消化率的二次回歸方程響應(yīng)面

當(dāng)擠壓機(jī)套筒溫度保持固定值時，擠出產(chǎn)品的消化率隨著黑米含水百分?jǐn)?shù)的增加表現(xiàn)出先升后降的明顯趨勢，含水百分?jǐn)?shù)保持在20%時擠出產(chǎn)品的消化率最高；當(dāng)黑米粉的含水百分?jǐn)?shù)保持定值時，隨擠壓機(jī)套筒溫度的逐漸升高，膨化黑米粉的消化率呈拋物線趨勢變化，在85 ℃時取得消化率的極大值（圖1a）。當(dāng)套筒溫度保持在一定值時，膨化黑米粉的消化率隨?？字睆降脑黾酉染徛?，在?？字睆綖? mm時最大，達(dá)到極值后快速下降（圖1b）；當(dāng)套筒溫度保持在一定值時，膨化黑米粉的消化率隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大先快速上升，在螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min時達(dá)到最大，然后慢慢下降；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速保持在一定值時，膨化黑米粉的消化率在85 ℃時達(dá)到最高（圖1c）。

當(dāng)含水百分?jǐn)?shù)固定在16 時，黑米粉膨化產(chǎn)物消化率在擠壓機(jī)的?？字睆綖?0 mm時，消化率達(dá)到最大值，當(dāng)含水百分?jǐn)?shù)固定在24時，黑米粉膨化所得產(chǎn)物消化率隨擠壓機(jī)?？字睆降脑龃蟪蕭佄锞€型，并且在?？字睆綖? mm時，消化率達(dá)到最大值（圖1d）；當(dāng)擠壓機(jī)?？字睆焦潭ㄔ? mm時，黑米粉膨化產(chǎn)物消化率與含水百分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，當(dāng)擠壓機(jī)?？字睆焦潭ㄔ?2 mm時，黑米粉膨化產(chǎn)物消化率與含水百分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)（圖1d）。由此，充分地說明了二因素的交互作用效果顯著。當(dāng)擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為定值時，消化率在擠壓機(jī)?？字睆綖? mm時有極大值；當(dāng)?？字睆綖槎ㄖ禃r，黑米粉膨化產(chǎn)物消化率隨擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速的升高有極大值，擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min時消化率為極值（圖1e）。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為定值時，黑米粉膨化產(chǎn)物消化率隨含水百分?jǐn)?shù)的增大先緩慢升高后降低，含水百分?jǐn)?shù)為20時，消化率有極值；當(dāng)含水百分?jǐn)?shù)固定不變時，黑米粉膨化產(chǎn)物的消化率在180 r/min時達(dá)到最大值（圖1f）。

表3 消化率的嶺回歸尋優(yōu)分析表

以面粉膨化物消化率為考察指標(biāo)，經(jīng)過嶺回歸選優(yōu)得到最佳工藝參數(shù)范圍）：X1-套筒溫度為83~86℃；X2-?？卓讖綖?~9mm；X3-含水率為20~24%；X4-螺桿轉(zhuǎn)速為178~180r/min（表3）。

3.結(jié)論

含水百分?jǐn)?shù)是對黑米粉膨化物淀粉糊化效果影響最為顯著的因素；膜孔直徑和擠壓溫度的交互作用較其他交互作用對黑米粉擠出物中淀粉糊化的影響更明顯。最佳擠壓膨化工藝參數(shù)為：膜孔直徑6-9 mm；擠壓溫度83-86 oC；螺桿轉(zhuǎn)速為178-180 r/min；含水量為20-24%，在最優(yōu)參數(shù)下的糊化度為96.43%。

參考文獻(xiàn)

[1] 張采. 擠壓膨化原理以及膨化對飼料中各種營養(yǎng)成分的影響[J]. 當(dāng)代畜牧， 2008(9):34-37.

[2] 戰(zhàn)汪濤. 黑米擠壓膨化工藝及膨化黑米粉應(yīng)用研究[D]. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2010.

[3] 張名位， 郭寶江， 池建偉，等. 黑米皮的營養(yǎng)與抗氧化評價(jià)及其加工處理的保質(zhì)效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)， 2004， 20(6):165-169.

[4] 劉玉環(huán)， 林向陽， 阮榕生，等. 擠壓膨化過程中食品營養(yǎng)成分的變化[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊， 2005(2):31-33.

Parameter Optimization of Extrusion Puffing for Black Rice Beverage Process

Ren Zhiqiu*， Xu Ying， Yang Chen
(Heilongjiang Grain Vocational College， Heilongjiang Grain Vocational College， Hexing Roda 91，Nangang，Ha Er Bin，150080)

A quadratic interactive design of four factors and fi ve levels was carried out in this paper， and response surface methodology was employed to analyze the effect of extrusion parameters， which directly related to the fl our paste fermentation， on the investigated indexes.Optimal extrusion parameters of extruded fl our used for fl our paste fermentation were as follow， fl our water content was 21%， hole diameter of machine was 8mm， screw speed was 180r/min and barrel temperature was 70℃.

Extrusion， Black rice fl our ， Technological parameter， Gelatinization degree