薛朕鈺,劉金福,2,*,薛淼,劉斌
(1.天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院,天津300384;2.天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心,天津300384;3.天津市鴻祿食品有限公司,天津301713)
裸燕麥(naked oats),是一種具有很好的保健功效的糧食作物,在高血壓、糖尿病、冠心病、肥胖癥等慢性疾病的預(yù)防和人體亞健康狀態(tài)的改善等方面具有一定的作用[1-2]。
擠壓膨化技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的集合的加工體系,是將混合攪拌、破碎、高溫高壓、滅菌和膨化成型融為一體的高新技術(shù),可以對富含淀粉、蛋白質(zhì)的多種原料進(jìn)行加工改變其物性、化學(xué)結(jié)構(gòu)或進(jìn)行營養(yǎng)重組。國內(nèi)外對擠壓膨化技術(shù)的研究頗多[3],一般是通過擠出物的膨化率、糊化度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、硬度及容重等理化特性指標(biāo)的變化來評價(jià)加工物料的變化[4]。研究發(fā)現(xiàn),影響擠壓膨化品質(zhì)的首要因素是原料中的直鏈淀粉含量,其次是水分含量和粗纖維含量[5]。燕麥淀粉形狀不規(guī)則,多為面體,易聚集,光滑無孔洞,且其直鏈淀粉含量在10.6%~24.5%[6-8];而玉米淀粉直鏈淀粉含量高,形狀不規(guī)則與燕麥淀粉相似,溶解度較低[9]。本文通過添加玉米淀粉來改善裸燕麥擠壓膨化特性,研究適宜的原料配比和加工技術(shù)條件,考察其膨化度、脆度、吸水性以及水溶性等指標(biāo)的變化,為膨化食品和作為沖調(diào)類食品的配料的生產(chǎn)提供參考。
裸燕麥:產(chǎn)地為內(nèi)蒙古呼和浩特市,張家口康希燕麥?zhǔn)称酚邢薰境銎?;精制玉米淀粉:天津中英保健食品有限公司生產(chǎn),直鏈淀粉含量約為70%。
KRT-34研磨式粉碎機(jī):北京錕捷玉誠機(jī)械設(shè)備有限公司;DSE-30雙螺桿擠壓膨化機(jī):濟(jì)南鼎潤機(jī)械設(shè)備有限公司;TA.XT.Plus物質(zhì)測試儀(質(zhì)構(gòu)儀):英國Stable Micro System公司。
參考有關(guān)文獻(xiàn)[10-11]及預(yù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)定雙螺桿擠壓膨化機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)定為25 Hz,喂料速度40 g/min,選用直徑為5.0 mm的??谶M(jìn)行測試,擠壓過程順暢。當(dāng)IV區(qū)模口溫度設(shè)定為180℃時(shí),燕麥擠出物顏色明顯發(fā)黑并帶有焦糊味道易堵塞;物料加水量超過8%時(shí),擠出物流暢且顏色呈棕色,冷卻至室溫后硬度過大,膨化度較差,而低于4%時(shí)物料擠出呈噴射狀分散。為增加裸燕麥膨化特性,添加適量精制玉米淀粉,發(fā)現(xiàn)其膨化度有所改善,口感及脆度較好,添加精制淀粉超過60%時(shí),物料擠出呈噴射狀分散,低于40%時(shí)產(chǎn)品較細(xì)且膨化度明顯降低,口感較差。
本試驗(yàn)采用正交試驗(yàn)的方法,以IV區(qū)模口溫度(160、170、180℃)、燕麥淀粉物料比(4 ∶6、5∶5、6∶4)、物料加水量(4%、6%、8%)3個(gè)工藝參數(shù)水平建立L9(33)正交試驗(yàn)?zāi)P?,試?yàn)設(shè)計(jì)因素水平如表1所示。
表1 因素水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experiment design of factor level
將樣品截取為2 cm的小段,用游標(biāo)卡尺測定產(chǎn)品中央直徑,按下式計(jì)算膨化率(??谥睆?.0 mm)。重復(fù)15次。
截取長度約為2 cm具有代表性的產(chǎn)品水平放在承載平臺上,采用TA.XT.Plus物質(zhì)測試儀,P/35型模頭,壓縮模式(Texture Profile Analysis),測試前速度2.0 mm/s,測試速度 1.0 mm/s,測試后速度 2.0 mm/s,下壓程度50%[12]。重復(fù)10次。
將樣品粉碎,稱2.5 g(W0),放入已知質(zhì)量的離心管中(W1),加入30 mL蒸餾水,震蕩,直至膨化物被完全分散。30℃水浴震蕩30 min后,4 000 r/min離心20 min,將上清液倒入已知質(zhì)量(W2)鋁盒中,105℃烘至恒重(W3),稱取沉淀物和離心管的總重量(W4)。重復(fù)3次。
選取10名食品專業(yè)的人員進(jìn)行感官評價(jià)(年齡20歲~60歲)。本評價(jià)采用5分制,感官評價(jià)指標(biāo)、評分標(biāo)準(zhǔn)等[13]如表2所示。
表2 燕麥擠壓膨化產(chǎn)品感官評價(jià)指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation index and scoring standard of oat extrusion products
采用線性插值法,將膨化率、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)、質(zhì)構(gòu)的測定和感官評價(jià)轉(zhuǎn)化為5分制,將產(chǎn)品測定的數(shù)據(jù)最大值Xmax記為5.0分,最小值Xmin記為1.0分,其它數(shù)據(jù)對應(yīng)的分值為:S(X)=4×(X-Xmin)÷(Xmax-Xmin)+1.0,綜合評分為各指標(biāo)加權(quán)得分之和。
綜合評分=膨化率得分×權(quán)重(0.2)+吸水性指數(shù)×權(quán)重(0.15)+水溶性指數(shù)×權(quán)重(0.15)+質(zhì)構(gòu)的測定×權(quán)重(0.3)+感官評價(jià)得分×權(quán)重(0.2)
采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行膨化產(chǎn)品工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)處理。
首先對裸燕麥和精制玉米淀粉原料的主要成分進(jìn)行分析,如表3所示。
表3 原料成分分析Table 3 Analysis of raw material composition
通過原料成分分析,裸燕麥粉中蛋白質(zhì)含量較高,是精制玉米淀粉的35倍;蛋白質(zhì)含量較高影響裸燕麥粉膨化特性,添加50%玉米淀粉可提高產(chǎn)品的感官評分[14]。
以膨化度為指標(biāo)進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),分析結(jié)果如表4所示。
表4 以膨化度為指標(biāo)的L9(33)正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 4 Orthogonal experiment and result of L9(33)with expansion degree as index
續(xù)表4 以膨化度為指標(biāo)的L9(33)正交試驗(yàn)及結(jié)果Continue table 4 Orthogonal experiment and result of L9(33)with expansion degree as index
由表 4 的極差分析結(jié)果可知,RC>RB>RA,三因素對膨化度影響大小依次為:燕麥淀粉物料比(C)>Ⅳ區(qū)??跍囟龋˙)>加水量(A)。三因素中,燕麥與淀粉物料比對擠壓膨化工藝的影響較為顯著。
運(yùn)用spss進(jìn)行單因素一般線性模型主體間效應(yīng)檢驗(yàn)如表5所示。
表5 以膨化度為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 5 Intersubjective effect test with expansion as a dependent variable
3個(gè)因素對膨化度的影響都極顯著,p<0.01,誤差較小,故進(jìn)行各因素水平間Duncan式多重比較來確定最佳工藝參數(shù)為A1B3C1,即加水量4%,Ⅳ區(qū)??跍囟?80℃,燕麥與淀粉物料比4∶6。
以膨化度為指標(biāo)進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),分析結(jié)果如表6所示。
表6 以質(zhì)構(gòu)為指標(biāo)的L9(33)正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 6 Orthogonal experiment and result of L9(33)with texture analysis as index
續(xù)表6 以質(zhì)構(gòu)為指標(biāo)的L9(33)正交試驗(yàn)及結(jié)果Continue table 6 Orthogonal experiment and result of L9(33)with texture analysis as index
由表6的極差分析結(jié)果可得,在對質(zhì)構(gòu)硬度影響中RB>RC>RA,三因素對硬度影響大小依次為:Ⅳ區(qū)??跍囟龋˙)>燕麥淀粉物料比(C)>加水量(A)。在脆度中RB>RC>RA,三因素對脆度影響大小依次為:Ⅳ區(qū)模口溫度(B)>燕麥淀粉物料比(C)>加水量(A)。
運(yùn)用spss進(jìn)行單因素一般線性模型主體間效應(yīng)檢驗(yàn)如表7~表8所示。
表7 以硬度為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 7 Hardness dependent variable with expansion as a dependent variable
表8 以脆度為因變量的主體間效應(yīng)檢驗(yàn)Table 8 Fracturability as a dependent variable with expansion as a dependent variable
加水量和燕麥淀粉物料比對硬度有極顯著影響,p<0.01;IV 區(qū)溫度對硬度有顯著影響,0.01<p<0.05;誤差較小,進(jìn)行各因素水平間Duncan式多重比較來確定最佳工藝參數(shù)為A3B3C1,即加水量8%,Ⅳ區(qū)模口溫度180℃,燕麥淀粉物料比4∶6。
加水量和燕麥與淀粉物料比對脆度有極顯著影響,p<0.01;IV 區(qū)溫度對硬度有顯著影響,0.01<p<0.05;誤差較小,進(jìn)行各因素水平間Duncan式多重比較來確定最佳工藝參數(shù)為A3B3C1,即加水量8%,Ⅳ區(qū)??跍囟?80℃,燕麥與淀粉物料比4∶6。
以吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),分析結(jié)果如表9所示。
表9 以吸水性和水溶性指數(shù)為指標(biāo)的L9(33)正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 9 Orthogonal experiment and result of L9(33)with index of water absorption and water solubility index as index
由表9的極差分析結(jié)果可得,在吸水性指數(shù)中RC>RA>RB,三因素對吸水性指數(shù)影響大小依次為:燕麥與淀粉物料比(C)>加水量(A)>Ⅳ區(qū)??跍囟龋˙)。在脆水溶性指數(shù)中RA>RC>RB,三因素對燕麥擠壓膨化工藝中水溶性指數(shù)影響大小依次為:加水量(A)>燕麥與淀粉物料比(C)>Ⅳ區(qū)模口溫度(B)。
通過方差分析檢驗(yàn),采用均值比較法,通過吸水性指數(shù)確定最佳工藝參數(shù)為:加水量4%,Ⅳ區(qū)??跍囟?80℃,燕麥與淀粉物料比4∶6;通過水溶性指數(shù)確定最佳工藝為:加水量4%,Ⅳ區(qū)模口溫度170℃,燕麥淀粉物料比4∶6。
以綜合評價(jià)得分為指標(biāo)進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn),分析結(jié)果如表10所示。
表10 擠壓膨化工藝的綜合評價(jià)及結(jié)果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process
表10 擠壓膨化工藝的綜合評價(jià)及結(jié)果Table 10 Comprehensive evaluation and result of extrusion process
表10的極差分析結(jié)果可得,在綜合評價(jià)中RC>RB>RA,三因素的綜合評價(jià)結(jié)果依次為:燕麥與淀粉物料比(C)>Ⅳ區(qū)??跍囟龋˙)>加水量(A)。
通過方差分析檢驗(yàn),采用均值比較法,通過綜合評價(jià)確定最佳工藝參數(shù)為:加水量4%,Ⅳ區(qū)??跍囟?80℃,燕麥與淀粉物料比4∶6;通過此最佳工藝參數(shù)生產(chǎn)裸燕麥粉與玉米淀粉混合膨化產(chǎn)品,其膨化度、質(zhì)構(gòu)特性、吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均優(yōu)于其它組,且氣味、表現(xiàn)和口感較好,改善了單一裸燕麥粉的膨化特性。
擠壓膨化產(chǎn)品的脆性與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)[15]。而燕麥中直鏈淀粉含量較低[6-8],且燕麥中脂肪含量在谷物中相對較高,與淀粉結(jié)合程度較高,難分離,單一以裸燕麥粉為原料擠壓膨化加工后,其產(chǎn)品的膨化程度較低,色澤暗淡,如果粉碎后作為沖調(diào)食品用的原料其沖調(diào)性、吸水性也較差。試驗(yàn)增加了直鏈淀粉含量高的玉米淀粉與燕麥混合擠壓膨化,明顯改善了產(chǎn)品的膨化特性,產(chǎn)品從感官和其他指標(biāo)的綜合分析來看,無論是生產(chǎn)和膨化休閑食品,還是作為沖調(diào)食品的配料都有較高的質(zhì)量水平。
目前擠壓膨化設(shè)備分單螺桿和雙螺桿兩種類型,且加熱分區(qū)一般為Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)和Ⅴ區(qū)之分。寧更哲[13]等人運(yùn)用DSE-25型Ⅴ區(qū)雙螺桿擠壓膨化燕麥粉試驗(yàn)中,原料含水率為9.70%,物料含水率在18%~20%,擠壓溫度為160℃時(shí)效果較好。而本試驗(yàn)中原料含水率在8.8%,物料含水率為16.8%,擠壓溫度為180℃,效果更好,其原因可能為Ⅳ區(qū)設(shè)備加熱過程短,形成熔融體時(shí)需要更高的溫度,這樣即使適當(dāng)降低水分含量,也可以在更高的溫度下通過壓力的突然降低,高溫水蒸氣的釋放也可以形成較好的膨化效果。
采用DSE-30型雙螺桿擠壓膨化機(jī),以IV區(qū)??跍囟?,燕麥與淀粉物料比和加水量為因素進(jìn)行正交試驗(yàn),通過膨化度、質(zhì)構(gòu)硬度、質(zhì)構(gòu)脆度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)和感官評價(jià)等指標(biāo)變化,通過極差分析與方差分析,確定膨化產(chǎn)品適宜的工藝參數(shù)為物料加水量4%,Ⅳ區(qū)模口溫度180℃,燕麥淀粉物料比4∶6,可以生產(chǎn)物性、色澤和風(fēng)味良好的燕麥膨化食品或配料。
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