青稞粉擠壓膨化工藝優(yōu)化、品質(zhì)研究及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

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(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

青稞（Hordeum vulgare）是一種禾谷類(lèi)作物，在我國(guó)主要分布在西藏、青海、甘肅、新疆、寧夏、四川等地區(qū)。青稞具有高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素、低脂肪、低糖等特點(diǎn)[1]，還含有β-葡聚糖、γ-氨基丁酸、酚類(lèi)、麥綠素等功能性成分，國(guó)內(nèi)外已做了大量研究報(bào)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(shù)，常用于谷物粉的加工。已有較多文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)青稞粉與不同谷物粉配比、加水量、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度等工藝參數(shù)的研究[5]，但是缺少對(duì)膨化度與質(zhì)構(gòu)特性共同作為評(píng)價(jià)指標(biāo)并分析相關(guān)性的研究。

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，目前市面上有青稞餅干、青稞面條、青稞面包等產(chǎn)品，但基本通過(guò)與其他谷物粉復(fù)配來(lái)改善青稞粉的加工品質(zhì)[6-7]，以純青稞粉研發(fā)產(chǎn)品的很少。青稞是藏區(qū)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(wèi)生條件差，因此極需將傳統(tǒng)糌粑制作工藝進(jìn)行改良。

本試驗(yàn)以西藏地區(qū)純青稞粉為原料，優(yōu)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(zhì)構(gòu)特性的變化，開(kāi)發(fā)一款食用方便、改善口感的青稞產(chǎn)品，為青稞食品的加工利用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

青稞籽：西藏自治區(qū)林芝地區(qū)工布江達(dá)縣。

1.2 儀器與設(shè)備

DS32-ⅡA 型實(shí)驗(yàn)雙螺桿擠壓膨化機(jī)：濟(jì)南賽信機(jī)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(cè)試儀：Isenso Intelligent 公司；TG16G 型離心機(jī)：常州金壇良友儀器有限公司；GZX-9030MBE 型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；HH-6 型恒溫水浴鍋：金壇市開(kāi)發(fā)區(qū)吉特實(shí)驗(yàn)儀器廠；LDP-750A 型高速多功能搖擺粉碎機(jī)：浙江永康市紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司。

1.3 試驗(yàn)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(jī)粉碎，過(guò)80 目篩，得青稞粉。

1.3.2 青稞粉擠壓膨化單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)青稞粉膨化度和質(zhì)構(gòu)特性的影響

物料水分16%，機(jī)筒溫度：I 區(qū)90 ℃，Ⅱ區(qū)120 ℃，Ⅲ區(qū)140 ℃，喂料速度：10 Hz，螺桿轉(zhuǎn)速分別為：15、20、25、30 Hz，擠出物測(cè)定膨化度和質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.2.2 喂料速度對(duì)青稞粉膨化度和質(zhì)構(gòu)特性的影響

物料水分16%，機(jī)筒溫度：I 區(qū)90 ℃，Ⅱ區(qū)120 ℃，Ⅲ區(qū) 140 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速：20 Hz，喂料速度分別為：8、10、12、14 Hz，擠出物測(cè)定膨化度和質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.2.3 Ⅲ區(qū)溫度對(duì)青稞粉膨化度和質(zhì)構(gòu)特性的影響

物料水分16%，螺桿轉(zhuǎn)速：20 Hz，喂料速度分別為：10 Hz，機(jī)筒溫度：I 區(qū) 90 ℃，Ⅱ區(qū) 100 ℃，Ⅲ區(qū)分別為110、120、130、140℃，擠出物測(cè)定膨化度和質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.3 膨化度的測(cè)定

用游標(biāo)卡尺測(cè)量擠壓膨化后產(chǎn)品直徑，每個(gè)樣品隨機(jī)測(cè)定5 次，求其平均值作為產(chǎn)品的平均直徑d1，再除以?？字睆絛2，即得擠壓膨化產(chǎn)品的膨化度。

C=（d1/d2）

1.3.4 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

將擠壓膨化后的擠出物切成5 cm 長(zhǎng)的小段，采用物性測(cè)試儀質(zhì)地分析（texture profile analysis，TPA）模式測(cè)定質(zhì)構(gòu)特性，探頭：TA/2N；下降速度：1.5 mm/s；測(cè)試速度：1.5 mm/s；返回速度：1.5 mm/s；測(cè)試距離 20.0 mm；觸及壓力：10 g，間隔時(shí)間3 s。

1.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化青稞粉擠壓膨化工藝參數(shù)

設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，以膨化度為指標(biāo)，優(yōu)化擠壓膨化工藝參數(shù)。正交試驗(yàn)的因素水平見(jiàn)表1。得到的結(jié)果借助正交設(shè)計(jì)助手3.1 分析數(shù)據(jù)，以p＜0.05 分析顯著性。

表1 正交試驗(yàn)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(zhì)的測(cè)定

選擇正交試驗(yàn)中最優(yōu)方案得到的樣品，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后過(guò)80 目篩，得青稞膨化粉。

1.3.6.1 溶解度的測(cè)定

稱(chēng)取樣品2 g，質(zhì)量為m，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fā)干燥至恒重，計(jì)算得溶解物質(zhì)量，記為m1。

溶解度/%=m1/m×100

1.3.6.2 吸水性的測(cè)

準(zhǔn)確稱(chēng)取1.5 g 樣品，質(zhì)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(zhì)量為m1，攪動(dòng)30 min，然后3 000 r/min 離心15 min。上清液轉(zhuǎn)入恒重的鋁盒中，稱(chēng)量留下膠體的離心管重量，質(zhì)量設(shè)為m2計(jì)算吸水性：

吸水性/%=（m2-m1）/m×100

1.3.6.3 水溶性的測(cè)定

將上述測(cè)定吸水性指數(shù)的上清液轉(zhuǎn)移至鋁盒，鋁盒質(zhì)量為m3，在120 ℃下的烘箱中蒸發(fā)干，至恒重，干物質(zhì)及鋁盒質(zhì)量為m4。水溶性指數(shù)按下式計(jì)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(zhì)量，g。

1.3.6.4 堆積密度測(cè)量

將樣品輕輕倒入10 mL 量筒，用量筒底部敲擊試驗(yàn)臺(tái)，直至樣品沒(méi)有進(jìn)一步縮減，繼續(xù)加入樣品，反復(fù)此操作直至10 mL 標(biāo)記位置。堆積密度即為單位體積的樣品質(zhì)量。

1.3.6.5 沉降性的測(cè)定

將40 g 樣品加水?dāng)嚢? min，定容至100 mL，攪拌均勻后將混合液轉(zhuǎn)移至具塞帶刻度試管中，令其靜置沉降30 min，測(cè)定沉淀出來(lái)的固體體積。

1.3.7 青稞膨化粉凝膠質(zhì)構(gòu)的測(cè)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(cè)試儀TPA 模式測(cè)定凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，探頭：TA/5，下降速度：1.0 mm/s；測(cè)試速度：1.0 mm/s；返回速度：1.0 mm/s；變形程度 50%；測(cè)試距離75 mm；觸及壓力：10 g；間隔時(shí)間 3 s。

1.3.8 青稞糌粑餅的開(kāi)發(fā)

以青稞膨化粉為主要原料開(kāi)發(fā)糌粑餅，基礎(chǔ)配方為：青稞膨化粉500 g，奶油400 g、奶酪粉100 g、細(xì)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(duì)照品以未經(jīng)擠壓膨化的青稞粉代替青稞膨化粉。選擇色澤、外觀形態(tài)、氣味、口感、滋味共5 個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，邀請(qǐng)10 名評(píng)價(jià)員，按照感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樣品和對(duì)照品進(jìn)行品嘗并評(píng)分。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standardsa

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞粉擠壓膨化單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 不同螺桿速度對(duì)膨化度和質(zhì)構(gòu)特性的影響

螺桿速度對(duì)膨化度的影響見(jiàn)圖1。螺桿速度對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的影響見(jiàn)圖2。

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

圖2 螺桿速度對(duì)質(zhì)構(gòu)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(shí)，膨化度分別為4.215 和4.222，在30 Hz 時(shí)膨化度急劇下降。質(zhì)構(gòu)特性如圖所示，隨著螺桿速度提升時(shí)，硬度和脆性呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，在20 Hz 時(shí)達(dá)到峰值，咀嚼性在25 Hz 時(shí)達(dá)到峰值，與研究報(bào)道[8]擠壓鷹嘴豆粉的結(jié)果相近。螺桿轉(zhuǎn)速與物料在擠出機(jī)內(nèi)的受到的剪切力和滯留時(shí)間有關(guān)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，物料受到螺桿的剪切作用及物料與內(nèi)筒壁之間的摩擦作用增大，加速淀粉顆粒的分解和糊化，產(chǎn)品的膨化度升高，同時(shí)硬度和脆性升高；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)大時(shí)，物料的滯留時(shí)間顯著減少，物料還未有充分的時(shí)間去吸收機(jī)器腔體的熱量，沒(méi)有充分糊化就被擠出，膨化度下降，質(zhì)構(gòu)特性也降低。在螺桿速度增大的情況下，膨化度與質(zhì)構(gòu)特性的變化趨勢(shì)基本一致。從感官來(lái)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(méi)有青稞麥香氣。結(jié)合以上三方面的結(jié)果，選擇螺桿速度為15、20 Hz 和25 Hz 進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.2 不同喂料速度對(duì)膨化度和質(zhì)構(gòu)特性的影響

喂料速度對(duì)膨化度的影響見(jiàn)圖3。喂料速度對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的影響見(jiàn)圖4。

從圖3和圖4可知，隨著喂料速度的升高，膨化度呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，在10 Hz 和12 Hz 時(shí)分別為3.995 和3.929。質(zhì)構(gòu)特性如圖4所示，隨著喂料速度的升高，硬度持續(xù)升高，脆性和咀嚼性在14 Hz 時(shí)最高。在螺桿速度不變的前提下，喂料速度較低時(shí)，機(jī)器腔體內(nèi)的物料不足，隨著喂料速度的增大，單位時(shí)間的喂料量增多，機(jī)器腔體內(nèi)的物料逐漸增加，剪切力和摩擦作用顯著增強(qiáng)，因此膨化度增大，當(dāng)喂料速度增加到一定程度時(shí)，機(jī)器腔體內(nèi)的物料飽和，導(dǎo)致物料在機(jī)腔內(nèi)的壓力增加，物料過(guò)多受熱不均，膨化度降低，但是質(zhì)構(gòu)特性中的脆性和咀嚼性增加，與文獻(xiàn)報(bào)道[9]小麥粉擠壓的硬度和咀嚼性趨勢(shì)一致。從感官來(lái)看，喂料速度8 Hz 時(shí)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(jié)合以上三方面的結(jié)果，選擇喂料速度為 10、12 Hz 和 14 Hz 進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.3 不同Ⅲ區(qū)溫度對(duì)膨化度和質(zhì)構(gòu)特性的影響

Ⅲ區(qū)溫度對(duì)膨化度的影響見(jiàn)圖5。

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

圖4 喂料速度對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.4 Impact of feed speeds on texture properties

圖5 Ⅲ區(qū)溫度對(duì)膨化度的影響Fig.5 Impact of zoneⅢtemperatures on puffing degrees

Ⅲ區(qū)溫度對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的影響見(jiàn)圖6。

圖6 Ⅲ區(qū)溫度對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.6 Impact of zoneⅢon texture properties

從圖5和圖6可知，隨著Ⅲ區(qū)溫度增加，膨化度呈上升趨勢(shì)，在130 ℃和140 ℃時(shí)分別達(dá)到3.503 和3.522。質(zhì)構(gòu)特性如圖6所示，在130 ℃時(shí)，硬度、脆性、咀嚼性都達(dá)到了峰值。在擠壓過(guò)程中，在其他條件不變的前提下，機(jī)筒溫度越高，物料吸收的熱量越多，淀粉的溶融程度也會(huì)越大，物料膨化度升高，硬度、脆性、咀嚼性也升高，但是當(dāng)溫度達(dá)到140 ℃時(shí)，物料黏度不足以束縛水汽，氣泡漲破，質(zhì)構(gòu)特性下降，該趨勢(shì)與文獻(xiàn)報(bào)道[10]豆粕經(jīng)擠壓后咀嚼性和組織化度的下降趨勢(shì)一致。從感官來(lái)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(yàn)操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ⅲ區(qū)溫度達(dá)到150 ℃，擠出物有輕微的焦糊味，故不選用150 ℃。結(jié)合以上三方面的結(jié)果，選擇Ⅲ區(qū)溫度為120、130 ℃和140 ℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal experimental results

正交試驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表4。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)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?yàn)椋篊>A>B，即Ⅲ區(qū)溫度>螺桿轉(zhuǎn)速>喂料速度。從表4方差分析結(jié)果可知，C（Ⅲ區(qū)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(shù)為A2B2C3，即螺桿速度為20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ區(qū)加熱溫度為140 ℃。其中5 號(hào)試驗(yàn)正是A2B2C3組合，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可知，該組合膨化度最高。該結(jié)果與陳峰青等[11]研究結(jié)果接近。

2.3 擠壓膨化對(duì)青稞粉理化指標(biāo)的影響

在最佳工藝條件下擠壓膨化后，對(duì)擠壓膨化前后青稞粉理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表5所示。

表5 擠壓膨化對(duì)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(jīng)過(guò)擠壓膨化處理，在機(jī)體內(nèi)經(jīng)高溫、高壓、高剪切等作用后，蛋白質(zhì)變性降解，淀粉糊化，擠壓產(chǎn)品具有疏松、多孔的結(jié)構(gòu)，因此溶解度、吸水性和水溶性增加，該結(jié)果與文獻(xiàn)[12-14]的研究結(jié)果一致，但與李次力等[15]的結(jié)果不完全一致，李次力等試驗(yàn)得出經(jīng)擠壓膨化的亞麻籽粕水溶性指數(shù)升高，吸水性指數(shù)下降，分析認(rèn)為纖維的斷裂產(chǎn)生松散無(wú)序的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致吸水性指數(shù)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(zhì)和淀粉降解后，由大分子變成小分子，更易致密堆積，同時(shí)小分子數(shù)量增加，在吸水后占據(jù)更大位置，該結(jié)果與郝春明等[16]、鄭俊[17]的結(jié)果一致。

2.4 擠壓膨化對(duì)青稞粉凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

在螺桿速度為20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ區(qū)加熱溫度為140 ℃的工藝條件下擠壓膨化后，對(duì)擠壓膨化前后青稞粉理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表6所示。

表6 擠壓膨化對(duì)青稞粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 6 Effect of extrusion on the texture properties of barley gel

由于青稞蛋白質(zhì)并不能形成面筋網(wǎng)絡(luò)，因此青稞粉凝膠的質(zhì)構(gòu)主要靠糊化后的淀粉凝膠來(lái)維持。經(jīng)擠壓膨化后，青稞粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性指數(shù)大部分降低，因?yàn)槭艿綌D壓后青稞淀粉發(fā)生破裂，硬度下降，易剪切稀化[18]。膠黏性下降，恢復(fù)到原來(lái)分離狀態(tài)所需要的力減少。兩種凝膠的彈性和回復(fù)性幾乎沒(méi)有變化，該結(jié)果與文獻(xiàn)毋修遠(yuǎn)等[19]報(bào)道的不完全一致，其研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)膨化粉的回復(fù)性指數(shù)比青稞粉升高，可能由于處理后的粉質(zhì)變的疏松，使回復(fù)性更好。而沈伊亮等[20]研究發(fā)現(xiàn)主要靠糊化的淀粉來(lái)維持的凝膠網(wǎng)絡(luò)，回復(fù)性、彈性都差異不大。

2.5 青稞糌粑餅的評(píng)分結(jié)果

統(tǒng)計(jì)10 名評(píng)價(jià)員的分值，結(jié)果如表7所示。

表7 感官評(píng)分結(jié)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(píng)分較低，氣味和口感，樣品比對(duì)照品評(píng)分高，差異顯著，而外觀和滋味，兩者區(qū)別不大。因此，樣品的總分比對(duì)照品高，差異顯著。本次研發(fā)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(jié)論

通過(guò)對(duì)不同螺桿速度、喂料速度、Ⅲ區(qū)溫度的單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)分析，最佳工藝參數(shù)為螺桿速度為20 Hz，喂料速度12 Hz，Ⅲ區(qū)加熱溫度為140 ℃。青稞粉經(jīng)擠壓膨化后，由于蛋白質(zhì)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(biāo)均增加，提升了溶解性能；因?yàn)槭艿綌D壓后青稞淀粉發(fā)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(yàn)開(kāi)發(fā)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(jù)。