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        蓮子雙螺桿擠壓膨化工藝的研究

        2012-12-07 07:21:42陳學(xué)玲何建軍
        關(guān)鍵詞:機(jī)筒雙螺桿蓮子

        陳學(xué)玲, 關(guān) 健, 梅 新, 何建軍

        (湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工分中心,湖北武漢 430064)

        蓮子雙螺桿擠壓膨化工藝的研究

        陳學(xué)玲, 關(guān) 健, 梅 新, 何建軍

        (湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所/湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工分中心,湖北武漢 430064)

        以蓮子為原料,采用雙螺桿擠壓膨化技術(shù)開發(fā)蓮子膨化食品.研究了原料顆粒大小、原料含水量、進(jìn)料速度、擠壓膨化溫度及螺桿轉(zhuǎn)速等因素對(duì)蓮子膨化的影響.結(jié)果表明:當(dāng)蓮子目數(shù)大于或等于40目時(shí),蓮子膨化較優(yōu)工藝為:進(jìn)料速度17~19 r/min,原料含水量14% ~16%,膨化溫度155~165℃,螺桿轉(zhuǎn)速135~145 r/min.

        蓮子;膨化;工藝

        蓮子,又名蓮實(shí)、蓮米、水芝丹,是睡蓮科植物蓮屬(Nympheaceae Nelumbo Adans)的種子,原產(chǎn)我國,是我國水生蔬菜栽培中的特種經(jīng)濟(jì)植物,主要分布在湖北、湖南、江西、福建、江蘇、浙江、安徽等平原水域地區(qū).

        蓮子作為我國特產(chǎn)資源,絕大多數(shù)僅以干蓮形態(tài)銷售,而干蓮的生產(chǎn)系采用熱風(fēng)干燥或自然干燥而成,這種加工方式對(duì)植物體內(nèi)重要活性成分破壞極為嚴(yán)重.本研究采用擠壓膨化技術(shù),開發(fā)一種新型蓮子膨化產(chǎn)品,研究擠壓膨化工藝,為生產(chǎn)提供理論依據(jù).

        1 材料與方法

        1.1 材料

        市售干蓮子.

        1.2 儀器設(shè)備

        DS32-Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機(jī),山東賽信膨化機(jī)械有限公司;FW-100型粉碎機(jī),鄭州市滎陽華盛儀器廠;752型分光光度計(jì),上海光譜儀器有限公司.

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 蓮子粉碎試驗(yàn)

        在粉碎干蓮子試驗(yàn)中,考慮原料顆粒大小對(duì)膨化的影響,對(duì)粉碎后的蓮子粉進(jìn)行篩選分級(jí),對(duì)20,40,60,80,120目原料分別進(jìn)行擠壓膨化試驗(yàn).

        1.3.2 蓮子膨化試驗(yàn)

        膨化試驗(yàn)中,進(jìn)料速度、原料含水量、溫度、螺桿轉(zhuǎn)速是影響膨化效果的關(guān)鍵因素.前期研究發(fā)現(xiàn),蓮子的膨化率介于1.50~2.00時(shí),膨化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均勻疏松,且膨化率越高,膨化效果越好.在前期研究基礎(chǔ)上,選擇適宜的因素水平,設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn),各因素水平見表1.

        表1 因素水平表Tab.1 Factors and levels

        1.3.3 產(chǎn)品膨化率

        用游標(biāo)卡尺測定樣品直徑,每個(gè)樣品隨機(jī)測定10次,求其平均值作為產(chǎn)品的平均直徑D1,除以??谥睆?D2(6 mm),其商 D1/D2為膨化率[1].

        2 結(jié)果與分析

        2.1 原料粒度對(duì)膨化的影響

        研究發(fā)現(xiàn),原料顆粒目數(shù)小于或等于20目難以實(shí)現(xiàn)膨化;40目以上的原料可以實(shí)現(xiàn)擠壓膨化;當(dāng)目數(shù)小于或等于80目時(shí),不同粒度對(duì)膨化沒有顯著影響.故原料膨化前需進(jìn)行粉碎處理,過篩分選,原料目數(shù)大于或等于40目即可.

        2.2 蓮子膨化工藝

        膨化率是衡量物料經(jīng)擠壓膨化后膨化質(zhì)量的重要指標(biāo),膨化率低,產(chǎn)品密度高,不松脆;膨化率過高,產(chǎn)品內(nèi)部形成大小不一的蜂窩狀氣泡,組織結(jié)構(gòu)不均勻,且無咀嚼感.以膨化率為指標(biāo),考察進(jìn)料速度、含水量、溫度及螺桿轉(zhuǎn)速4個(gè)因素影響產(chǎn)品膨化效果.

        2.2.1 進(jìn)料速度對(duì)膨化的影響

        進(jìn)料速度對(duì)蓮子膨化率的影響如圖1,進(jìn)料速度為18 r/min時(shí),產(chǎn)品膨化率較高,速度減小或增加后膨化率呈下降趨勢.在螺桿轉(zhuǎn)速不變的情況下,進(jìn)料速度于16~18 r/min時(shí),增大會(huì)使機(jī)筒內(nèi)物料的填充程度得到提高,物料所受剪切和摩擦作用加強(qiáng),有利于淀粉顆粒的破壞,提高膨化程度.另外,進(jìn)料速度增大時(shí),??谔幮纬傻膲毫υ黾?,與模口外大氣壓之間的壓差增大,物料從模口處擠出時(shí)膨化程度增大.但是,進(jìn)料速度在20~24 r/min時(shí),進(jìn)一步增大進(jìn)料速度會(huì)使物料在機(jī)筒內(nèi)攪拌不均勻,造成物料從機(jī)筒處吸收熱量的不均,以至于淀粉糊化和熔融程度不相同,在擠出物中存在“硬質(zhì)團(tuán)”,影響膨化率和口感[2].

        圖1 進(jìn)料速度對(duì)膨化率的影響Fig.1 Influence of feeding speed on extrusion rate

        2.2.2 原料含水量對(duì)膨化的影響

        原料含水量等于或低于13%時(shí),膨化率為1.00,膨化產(chǎn)品的直徑與雙螺桿擠壓膨化機(jī)的??谥睆较嗤磳?shí)現(xiàn)膨化;含水量在14% ~17%,蓮子膨化率隨含水量增大呈降低趨勢,見圖2.

        圖2 原料含水量對(duì)膨化率的影響Fig.2 Influence of moisture content on extrusion rate

        原料含水量是影響擠壓膨化效果的關(guān)鍵因素.含水量低時(shí),膨化產(chǎn)品往往呈現(xiàn)焦黃而味苦,嚴(yán)重時(shí)引起機(jī)筒內(nèi)物料碳化并堵塞???,導(dǎo)致膨化率較低.原料含水量過高時(shí),一方面由于水分的潤滑作用增強(qiáng),物料在機(jī)筒內(nèi)所受剪切力、摩擦作用減弱,物料擠出阻力減少,使??谔帀毫档停硪环矫嬗捎谒肿幽?谔帤饣?,使得機(jī)筒及模口處溫度降低.因此,難以在模口處建立起高溫高壓狀態(tài),進(jìn)而影響擠壓膨化效果.物料含水量適中,膨化率較大,且膨化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均勻疏松.

        2.2.3 膨化溫度對(duì)膨化的影響

        膨化溫度介于140~150℃時(shí),蓮子膨化率較低;隨著膨化溫度升高,膨化率逐漸增大;170~180℃時(shí),蓮子膨化率呈小幅下降趨勢,見圖3.

        圖3 膨化溫度對(duì)膨化率的影響Fig.3 Influence of extruded-cooking temperature on extrusion rate

        在擠壓過程中,物料所吸收的熱量主要來源于機(jī)筒壁傳遞的熱量和受剪切、摩擦作用產(chǎn)生的熱量,前者所起的作用更大.膨化溫度通常即指機(jī)筒溫度.機(jī)筒溫度高時(shí),物料在有限的停留時(shí)間內(nèi)吸收的熱量多,有利于原料的膨化,但是溫度過高會(huì)使物料中發(fā)生美拉德反應(yīng),降低了膨化率,影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[3-4].

        2.2.4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)膨化的影響

        螺桿轉(zhuǎn)速較低時(shí),物料所承受的剪切作用低,隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加,物料與螺桿以及機(jī)筒之間的摩擦和剪切作用增強(qiáng),物料在強(qiáng)烈的摩擦和剪切作用下,加速了淀粉顆粒的分解和糊化.但是螺桿轉(zhuǎn)速過大,物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間過短,物料來不及從機(jī)筒壁吸收足夠的熱量,降低了物料的膨化率,所以螺桿轉(zhuǎn)速過高、過低都將使膨化率降低[3-4].雙螺桿膨化機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)蓮子膨化率的影響,見圖4.螺桿轉(zhuǎn)速控制在140 r/min左右,蓮子膨化率較高;低于或高于此轉(zhuǎn)速,蓮子膨化率均呈下降趨勢.

        圖4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)膨化率的影響Fig.4 Influence of screw speed on extrusion rate

        綜合考慮成本、操作方便等各因素,合理地確定因素水平,得到蓮子膨化較優(yōu)工藝為:進(jìn)料速度17~19 r/min,原料含水量14% ~16%,膨化溫度155~165℃,螺桿轉(zhuǎn)速135~145 r/min.

        3 結(jié)論

        1)膨化前蓮子需進(jìn)行粉碎處理,原料目數(shù)大于或等于40目即可.

        2)進(jìn)料速度、原料含水量、膨化溫度和螺桿轉(zhuǎn)速是影響膨化效果的重要因素.進(jìn)料速度18 r/min,原料含水量15%,膨化溫度160℃,螺桿轉(zhuǎn)速140 r/min,蓮子膨化率均達(dá)到最大值.各因素水平過高或過低均使蓮子膨化率降低.

        3)通過試驗(yàn)合理地確定因素水平,可得到良好的擠壓膨化效果.本研究得出的蓮子膨化較優(yōu)工藝為:進(jìn)料速度17~19 r/min,原料含水量14% ~16%,膨化溫度155~165℃,螺桿轉(zhuǎn)速135~145 r/min.

        [1]蔣長興,魏益民,張波.小米擠壓膨化加工工藝參數(shù)研究[J].糧食與飼料工業(yè),2005(5):20-22.

        [2]徐克非,李德溥.雙螺桿擠壓機(jī)操作參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量影響的研究[J].包裝工程,2006,27(4):77-79.

        [3]楊綺云,李德溥,徐克非.操作參數(shù)對(duì)雙螺桿擠壓機(jī)擠壓效果影響的研究[J].食品科學(xué),2011,22(2):14-17.

        [4]王文賢,劉學(xué)文,謝永洪,等.雞肉-大米膨化食品雙螺桿擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)化研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2001,20(6):223-226.

        (責(zé)任編輯:檀彩蓮)

        Study on Extrusion Conditions of Lotus Seeds by Twin Screw Extruder

        CHEN Xue-ling, GUAN Jian, MEI Xin, HE Jian-jun
        (Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology,Hubei Academy of Agricultural Sciences/Agricultural Products Processing Subordinate Center,Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center,Wuhan 430064,China)

        Twin screw extruder was used to prepare extrusion-puffed food from Lotus seeds.The effects of material particle size and moisture content,feeding speed,extruded-cooking temperature and screw speed were studied.Through the single factor analysis,the optimal parameters of extrusion were obtained as the following:feeding speed 17~19 r/min,moisture content 14% ~16%,extruded-cooking temperature 155~165℃,screw speed 135~145 r/min,and material particle size more than or equal to 40 mesh.

        lotus seeds;extrusion;processing conditions

        TS210.4

        A

        1671-1513(2012)03-0073-03

        2012-01-09

        湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心資助項(xiàng)目(2011-620-001-03);湖北省研究與開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2010BBB016).

        陳學(xué)玲,女,助理研究員,碩士,主要從事果蔬加工與貯藏方面的研究;

        何建軍,男,副研究員,主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏方面的研究.通訊作者.

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