徐朝陽,張連雪,王慧勇,劉雪源,徐朝奪
(1.青島酒店管理職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東青島266100;2.青島恒星科技學(xué)院,山東青島266100;3.云南農(nóng)業(yè)大學(xué),云南昆明650000)
近年來,谷物食品備受人們青睞,尤其是谷物復(fù)合后加工成的食品更是人們選擇的對象。由于進入現(xiàn)代文明社會,人們飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,生活富裕,吃得好、吃得精,營養(yǎng)過剩,活動量減少,從而產(chǎn)生的一些非傳染性的流行病。如糖尿病、高血壓、便秘和肥胖等諸多疾病給人們帶來健康的煩惱,而《中國居民膳食指南》特別強調(diào)了食用谷類對人體健康的重要性。擠壓膨化設(shè)備是現(xiàn)代食品加工業(yè)最常用的設(shè)備之一,因此,研究其工藝參數(shù)對膨化效果的影響至關(guān)重要。
小米、豆粕、大麥(配比 8∶1∶1):市售。
DSE-25型雙螺桿擠壓機:德國布拉班德公司;FA2004N型分析天平:上海精密科學(xué)儀器有限公司;DFY-500型高速萬能搖擺式粉碎機:溫嶺林大機械有限公司;游標卡尺:深圳精典儀器公司。
1.3.1 工藝流程
1.3.2 膨化特性測定方法
1.3.2.1 膨化度的測定[1-2]
1.3.2.2 糊化度的測定[3]
1.3.3 擠壓膨化工藝參數(shù)的探究
產(chǎn)品膨化過程中,加工溫度、物料水分含量、螺桿轉(zhuǎn)速和喂料速度是影響膨化特性的主要工藝參數(shù)。本文將針對這四個參數(shù)的變化對膨化特性的影響進行研究[4-9]。
1.3.3.1 不同物料水分含量對膨化度和糊化度的影響
根據(jù)預(yù)試驗,固定加工溫度為(一區(qū)至五區(qū))85℃-110℃-130℃-140℃-160℃,螺桿轉(zhuǎn)度為180 r/min,喂料速度為22 r/min,設(shè)計物料水分含量14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%共7個水平。以膨化度和糊化度為指標,確定最佳物料水分含量。
1.3.3.2 不同加工溫度對膨化度和糊化度的影響
固定物料含水量為18%,固定螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min,喂料速度為22 r/min,設(shè)計加工溫度共6個水平,見表1。以膨化度和糊化度為考察指標,確定最佳加工溫度。
表1 加工溫度Table 1 The processing temperature ℃
1.3.3.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速對膨化度和糊化度的影響
固定物料含水量18%,加工溫度160℃,喂料速度為 22 r/min,設(shè)計螺桿轉(zhuǎn)速 150、160、170、180、190、200 r/min。以膨化度和糊化度為考察指標,確定最佳螺桿轉(zhuǎn)速。
1.3.3.4 不同喂料速度對膨化度和糊化度的影響
固定物料水分18%,加工溫度為160℃,螺桿轉(zhuǎn)速 180 r/min。設(shè)計喂料速度為 16、18、20、22、24、26、28、30 r/min。以膨化度和糊化度為考察指標,確定最佳進料速度。
物料含水量對產(chǎn)品膨化度和糊化度的影響見圖1。
圖1 物料含水量對產(chǎn)品膨化度和糊化度的影響Fig.1 Effect of material moisture on the puffing degree and gelatinization degree of products
由圖1可知,隨著物料水分含量的提高,產(chǎn)品的膨化度和糊化度都呈現(xiàn)先升后降的趨勢,經(jīng)方差分析及顯著性檢驗物料含水量對產(chǎn)品的膨化度和糊化度有顯著影響。當(dāng)水分含量為18%時產(chǎn)品的膨化度最高,為3.18;水分含量為20%時產(chǎn)品的糊化度最高,為98.1%。當(dāng)物料含水量為18%時產(chǎn)品的膨化度與物料含水量為16%、20%時有顯著的差異(P<0.05)。當(dāng)物料水分含量為20%時產(chǎn)品的糊化度與物料含水量為18%、22%時差異不顯著(P>0.05)。隨著物料水分含量的變化膨化度和糊化度所呈現(xiàn)圖1趨勢變化的原因為,原料中的水分在擠壓腔內(nèi)經(jīng)高溫高壓處理后,從模口擠出的一瞬間水分快速汽化,形成了均勻的氣腔,當(dāng)水分含量增加時,淀粉和蛋白質(zhì)吸水量也隨之增加,蛋白質(zhì)變性以及淀粉糊化程度都提高,物料的黏度相應(yīng)增大,物料與擠壓螺旋構(gòu)件間摩擦力隨之增大,在機筒內(nèi)停留時間長,使機內(nèi)外壓力差增大,膨化度和糊化度升高。當(dāng)物料的含水量繼續(xù)增加時,水分含量過高,物料中的水分起到了潤滑劑的作用。使得物料在機筒內(nèi)所受剪切、摩擦作用減弱,阻力變小,停留時間變短,使??趬毫E降,不易形成高溫高壓狀態(tài),使膨化度和糊化度呈降低的趨勢。
加工溫度對產(chǎn)品膨化度和糊化度的影響見圖2。
圖2 加工溫度對產(chǎn)品膨化度和糊化度的影響Fig.2 Effect of processing temperature on the puffing degree and gelatinization degree of products
由圖2可知,膨化度隨加工溫度的升高而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,出現(xiàn)了最大值。經(jīng)方差分析及顯著性檢加工溫度對產(chǎn)品的膨化度和糊化度有顯著影響。當(dāng)加工溫度為160℃時,產(chǎn)品的膨化度為3.16。當(dāng)加工溫度為170℃時,產(chǎn)品的膨化度為3.23。當(dāng)加工溫度為160℃和170℃時,產(chǎn)品的膨化度差別不顯著(P<0.05),當(dāng)加工溫度為150℃和180℃時產(chǎn)品的膨化度有顯著差異(P>0.05);糊化度隨著加工溫度的升高而呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢,加工溫度為160℃和170℃時,加工溫度對產(chǎn)品的糊化度影響并不顯著(P>0.05),但當(dāng)加工溫度達到180℃時,加工溫度對產(chǎn)品的糊化度影響顯著(P<0.05)。當(dāng)加工溫度為180℃,產(chǎn)品的糊化度下降。隨著加工溫度的變化膨化度和糊化度所呈現(xiàn)圖2趨勢變化的原因為,溫度升高了,物料獲得的內(nèi)能隨之增大,使膨化度、糊化度逐漸增大;如果溫度過高,熔融體在??诔鰢姳查g發(fā)生“閃蒸”現(xiàn)象,發(fā)生的程度越高,水分含量就越小,物料在低水分條件下膨化度和糊化度自然比較低。
螺桿轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品膨化度及糊化度的影響見圖3。
圖3 螺桿轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品膨化度和糊化度的影響Fig.3 Effect of screw rotation speed on the puffing degree and gelatinization degree of products
由圖3可知,膨化度和糊化度隨螺桿轉(zhuǎn)速的升高而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,出現(xiàn)了最大值。經(jīng)方差分析及顯著性檢螺桿轉(zhuǎn)速對產(chǎn)品的膨化度和糊化度有顯著影響。當(dāng)加工溫度為180℃時,產(chǎn)品的膨化度和糊化度都出現(xiàn)了最大值。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)度為180 r/min時,產(chǎn)品的膨化度和糊化度與其他轉(zhuǎn)速相比均有顯著差異(P<0.05)。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的變化膨化度和糊化度所呈現(xiàn)圖3趨勢變化的原因為,當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速比較低時,物料所承受的剪切作用也越小,但隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加,物料所受的剪切力也會隨之增加,部分大分子的直鏈淀粉分解成小分子的淀粉,支鏈淀粉的部分側(cè)鏈小分子被游離出來,淀粉分子間的氫鍵作用被削弱,從而物料中的水分比較容易滲入而發(fā)生溶脹,產(chǎn)生更為疏松的組織,故產(chǎn)品膨化度增大。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速過大時,物料在機筒內(nèi)的停留時間隨之變小,物料從機筒壁吸收不到足夠的熱量,熔體混合不均勻,以至于出現(xiàn)未糊化的顆粒夾雜在產(chǎn)品中,因而產(chǎn)品膨化度降低。物料在擠壓過程中,當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較低時,螺桿的攪拌作用較弱,物料中的水分分散不均勻,糊化不完全;當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較高時,物料在機筒內(nèi)的停留時間相對較短,即加熱時間短,產(chǎn)品糊化不完全。因此,只有當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速適當(dāng)時,才能使產(chǎn)品具有較好的膨化度和糊化度。
喂料速度對產(chǎn)品膨化度及糊化度的影響見圖4。
圖4 喂料速度對產(chǎn)品膨化度和糊化度的影響Fig.4 Effect of charging speed on the puffing degree and gelatinization degree of products
由圖4可知,隨著喂料速度的增大,膨化度和糊化度呈現(xiàn)緩慢增大后趨于緩和的趨勢。經(jīng)方差分析及顯著性檢驗喂料速度對產(chǎn)品的膨化度和糊化度影響不大。當(dāng)喂料速度為24、26、28、30 r/min時,喂料速度對產(chǎn)品的膨化度影響不顯著(P>0.05),當(dāng)喂料速度為26、28、30 r/min時,喂料速度對產(chǎn)品的糊化度影響不顯著(P>0.05)。隨著喂料速度的變化膨化度和糊化度所呈現(xiàn)圖4趨勢變化的原因為,由于交互作用對進料速度和螺桿轉(zhuǎn)速的影響,當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速快、進料速度慢時,谷物混合粉在機腔內(nèi)停留的時間比較長,或螺桿轉(zhuǎn)速相對進料速度較慢時,產(chǎn)品的糊化度都不理想,只有螺桿轉(zhuǎn)速與進料速度相輔相成時才能達到較好的擠壓膨化效果。喂料速度可以改變雙螺桿剪切物料的強度,進而影響物料的黏度。一定范圍內(nèi)增加喂料速度,從而增加了剪切強度,隨之膨化度就會增加,而喂料速度過大還會造成??诙氯慌蚧蚺蚧容^低。
研究結(jié)果表明,擠壓膨化工藝參數(shù)的變化對谷物膨化特性有顯著影響。隨著物料水分含量的增加、加工溫度的升高、螺桿轉(zhuǎn)速及喂料速度的協(xié)同改變,膨化度和糊化度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,出現(xiàn)了拐點,這種變化規(guī)律為采用響應(yīng)曲面法進一步優(yōu)化擠壓膨化工藝參數(shù)提供了依據(jù)。
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