挤压工艺参数对速煮重组米食用品质的影响.DOC

1、挤压 工艺参数对速煮重组米食用品质的影响 左秀凤 1， 梁会会 2， 周豫飞 2 安红周 *2 （ 河南医学高等专科学校 1，郑州， 451191;河南工业大学粮油食品学院 2，郑州 450052） 摘要 :目的： 以感官评分值为目标参数，考察进料水分、主机转速、主机温度、喂料速度等挤压工艺参数对重组米品质的影响趋势，确定各个因素的最佳响应值。 方法： 在单因素基础上，选取进料水分、主机转速及主机温度 3个因素进行 Box-Benhnken中心组合设计，利用响应面分析法对试验进行优化，以感官评分为主要参考目标进行分析。 结论： 得到最佳挤压工艺 条件为进料水分 26%、主机III区温度 107

2、、主机转速 14HZ、喂料速度 10HZ，速煮重组米的感官评分值为78分，重组米在外形上非常接近天然大米。 关键词： 速煮重组米 挤压技术 食用品质 籼稻在黄河以南、长江以北大面积种植，产量高，谷粒易脱落。因籼米粒型长而窄，加工过程中会产生较多的碎米。籼稻米含有较多的 直链淀粉 ，经蒸煮后的籼米饭干且松散、粘性较差，在色泽、亮度、粒形及食用品质方面都不如粳米。需要通过技术改进籼稻产品，改善其食味品质。 挤压技术 是 通过水分、热量、机械剪切、压力等综合作用，使物料 从 高温高压状态突然释放到常温常压状态， 促使 物料内部结构和性质发生变化的过程 1。大米 淀粉 在低水分、高温、高压、高剪切力的

3、作用下， 进行 淀粉糊化、部分降解 ， 增加水溶性碳水化合物含量等 使 物料各组分发生复杂的理化变化 2。 本文主要 以信阳杂交稻籼碎米为原料生产 速煮重组米 ， 选取 螺杆 挤压 技术，考察 进料水分、机筒温度、螺杆转速、喂料速度对速煮重组米食用品质的影响。先 进行挤压工艺单因素 分析 ， 再 进行响应面试验 ， 最后 利用 Design Expert 软件建立数学模型，找到加工速煮 重组米的挤压重组最佳操作工艺 ，力求提高籼米碎米的加工水平，为重组米的生产和加工提供理论支持 。 1 材料与方法 1.1 实验材料与试剂 原料：信阳杂交碎米（市售） 。 试剂：浓硫酸、重蒸苯酚、盐酸、碘、碘化钾

4、、硫代硫酸钠、 NaOH、葡萄糖 等均为分析纯；糖化酶 （ 北京奥博星生物技术有限责任公司 ） 。 基金项目 ： 国家 重点 研发 计 划 课 题 （ 2017YFD0401101） ；国家 粮 食 局粮油 食品工程技术研究中 心开 发 课 题 （ 24400041） 第一作者：左秀凤 (1971-)，女，河南省新乡人，硕士研究生，副教授，主要从事食品营养与 生物化学教学研究。 * 通信作者：安红周（ 1966-），男，博士，教授，主要从事谷物食品加工与产品开发。 Email： 1.2 实验仪器与设备 DS32 型双螺杆挤压机 （ 济南赛信膨化机械有限公司 ）； CT-C 型热风循环风箱 （

5、 南京索特干燥设备厂 ）； 101A-3E 型电热鼓风干燥箱 （ 上海实验仪器厂有限公司 ）； WFG2000 型可见分光光度计 （ 尤尼科（上海）仪器分析有限公司 ）；FW80 型高速万能粉碎机 （ 北 京市永光明医疗仪器厂 ）； Neofuge23R 台式高速冷冻离心机 （ 上海力申仪器有限公司 ）； Mini 色差计 （ 日本佐竹公司 ）； B5A型多功能搅拌机 （ 广州威万事实业有限公司 ）。 1.3 实验方法 1.3.1 速煮重组米的生产工艺 原料粉碎调节水分（搅拌）挤压重组切割造粒热风干燥成品（水分含量 14%左右）。 1.3.2 产品品质特性分析 （ 1） 葡萄糖标准 曲线的制作

6、： 将分析纯葡萄糖在 80 下烘至恒重，精确称取 1.000 克 ， 加少量水溶解，转入 100ml容量瓶中，加入 0.5ml 浓硫酸，用蒸馏水定容至刻度 ，配制成 质量分数为 10g/L 的葡萄糖标准液； 精确吸取 10g/L 葡萄糖标准液 1ml 配制成 100mg/L 的葡萄糖标准液 ； 分别吸取 0、 0.2、 0.4、 0.6、 0.8、1.0ml 的 100mg/L 的葡萄糖标准液，各以蒸馏水补至 2.0ml，然后加入 9%苯酚1.0ml 及浓硫酸 5.0ml，摇匀冷却，室温放置 30min。在 490nm 波长下， 以 蒸馏水作 空白 对照，读取各管的吸光度 。 以葡萄糖浓度为横

7、坐标， 吸光度为纵坐标 做标准曲线。 （ 2）糊化度测定：糖化酶法 3 （ 3） 水溶性碳水化合物测定：先将 2g 样品 (60 目 )与 100ml 蒸馏水混合， 经均质后离心 (3000g， 10min)， 用硫酸 -苯酚法在 490nm波长下 ， 测上清液吸光值 ，查 葡萄糖标准 曲线 4。 （ 4）色差测定： 用 Mini 色差仪 测定，先 将镜头口对 准校正白板测定出 L 标准 、 a 标准 、 b 标准 ； 再 把样品置于 被测部位，按下录入工作键得到 L、 a、 b 值。 色差公式： L=L 样品 L 标准 (明度差异 ) 公式（ 1） a=a 样品 a 标准 (红 /绿差异 )

8、 公式（ 2） b=b 样品 b 标准 (黄 /蓝差异 ) 公式 （ 3） E=( L)2+( a)2+( b)21/2 公式（ 4） L 值 大 ： 表示偏白 ； L 值 小 ： 表示偏黑 。 a 大 ： 表示偏红 ； a 小表示偏绿 。 b 大 ： 表示偏黄 ； b 小 ： 表示偏蓝 。 （ 5） 速煮重组米 感官评价： GB/T15682-1995。 1.3.3 试验设计 挤压膨化 是 淀粉在低水分状态下 进行 糊化 的 过程 。 物料在挤压机螺旋的推动力下被搅拌混合、压缩 ，受到强 摩擦及高剪切力作用 ，运动加剧的水分子强烈渗透进入物料后发生位移重排，当物料“走到”挤压机模孔时水分瞬间

9、卸压爆破，促使淀粉破裂 发生不可逆的膨胀而 糊化 4。因此重组米的 糊化程度与挤压膨化过程中的工艺参数如物料含水量、机筒温度和螺杆转速有着十分密切的关系 5。在加工温度为 区 60 、 区 80 ，模孔为 4 个米形孔（孔长 0.5cm、宽 0.23cm）的固定条件下，对进料水分、 III 区温度、主机转速、喂料速度四个因素进行单因素实验，挤压单因素试验方案见表 1。 表 1 单因素挤压试验 因素 1 2 3 4 5 进料水分 /% 20 24 28 32 36 区温度 100 ；主机转速 10HZ；喂料速度 8HZ 区温度 / 90 100 110 120 130 进料水分 20%；主机转速

10、 10HZ；喂料速度 8HZ 主机转速 /HZ 10 14 18 22 26 进料水分 20%； 区温度 100 ；喂料速度 8HZ 喂料速度 /HZ 5 8 11 14 17 进料水分 20%； 区温度 100 ；主机转速 10HZ 2 结果与讨论 2.1 葡萄糖标准曲线 用 分析纯葡萄糖 作标准曲线（如 图 1） ， 其 回归方程为 ： y =7.91x-0.01 (x 为葡萄糖浓度 ， R2=0.998) 00. 20. 40. 60. 810 0. 02 0. 04 0. 06 0. 08 0. 1 0. 12葡萄糖浓度 / m g吸光度图 1 葡萄糖 标准曲线 2.2 挤压工艺参数对

11、速煮重组米品质的影响 2.2.1 挤压工艺参数对速煮重煮米糊化度的影响 单因素对 重组米 糊化度的影响 结果见 图 1。 水平 图 1 进料水分、 III 区温度、主机转速、喂料速度对重组米糊化度的影响 由图 1看到，碎籼米原料经挤压机挤出重组米的糊化度随着进料水分、喂料速度的增加而减少。分析认为 重组米所需的能量全部来自挤压机的机械能和外部施加的热能 ，当进料 水分增加 时，水的比热高、蒸发热大，需要消耗很多能量 将水分转化为蒸汽，这 就 势必减少了大米糊化的能量 ；并且 增加进料水分 时，会减少物料与螺杆、机筒之间的摩擦，使物料在机筒内的停留时间降低，从而降低了推进熔融体所需要的机械能，故

12、增加进料水分会快速降低 重组米 的糊化度 6。在螺杆转速不变的情况下，喂料速度增大使糊化度在一定程度上呈下降趋势，但影响比较小。分析认为：当螺杆转速恒定时，单位时间内进料量增加，物料间的摩擦对机筒压力影响不大，但单位物料得到的能量降低，导致糊化度下降。重组米的糊化度随着 III区温度升高 、主机转速增加而增加。因为 当 机筒 温度增加 时 ，提高 了物料 的能量 ，促进了淀粉糊化，所以 重组米的糊化度 增加 7。 在高螺杆转速下（ 22HZ），挤出物糊化度上升趋势逐渐平缓，最终糊化度可达到 89%。 可能是随着螺杆转速增加，物料停留时间缩短了，外部输入的热量能够一定量的提高淀粉的糊化度 。这和

13、 Guha等研究 的结果一致， 随着螺杆转速的升高，大米淀粉糊化度增大 8。 2.2.2 挤压工艺参数对速煮重煮米 水溶性碳水化合物的 影响 水溶性碳水化合物 (WSC)是指除醇溶性碳水化合 物之外，能溶于水的那部分碳水化合物，包括可溶性淀粉、糊精和低聚糖等 9。 WSC可被人体完全消化吸收，是最易利用的能量来源。 挤压工艺参数 对速煮重煮米 水溶性碳水化合物的 影响结果 如图 2。 图 2 进料水分、 III区温度、主机转速、喂料速度对重组米水溶性碳水化合物的影响 从 图 2看到 ， 随着 进料水分 增加或 喂料速度升高，重组米 的 WSC含量降低 ，这与 Abdel-Aal等人报道的“进料

14、水分含量提高会降低产品的水溶性成分”的结论相一致 10。 随着主机转速 增大或 III区温度增加 ， 重组米 的 WSC含量 也增加，主机转速与主机温度 的提高 对重组米 的 WSC含量 有利。 这是因为 在挤压过程中，主机转速 增大或 III区温度增加 能促进 淀粉降解，降解程度越高得到 的小分子糖、糊精越多，可溶性成分含量就越多 11。 2.2.3 挤压工艺参数对速煮重煮米色差与感官评分的影响 本实验所使用 籼米碎米 的 L为 -5.2， a为 -0.3， b为 4.8， E为 7.08。经过挤压 ， 产品 的 色泽与感官 评分 发生 了 变化。 挤压工艺对重组米色差的影响结果见 表 2。

15、 表 2 挤压工艺对色差与感官评分的影响 样品 L a b E 感官评分 /分 进料水分 /% 20 -7.1 -0.3 4.1 8.20 70 24 -7.2 -0.1 4.2 8.34 73 28 -7.2 -0.1 3.9 8.19 77 32 -7.1 -0.2 3.3 7.83 75 36 -6.4 -0.2 2.9 7.03 60 主机 区温度 / 90 -7.3 -0.3 4.2 8.43 68 100 -7.1 -0.3 4.1 8.20 70 110 -6.9 -0.3 4.1 8.03 75 120 -6.6 -0.4 4 7.73 65 130 -7.5 -0.3 4.1

16、 8.55 60 主机转速 /HZ 10 -7.1 -0.3 4.1 8.20 70 14 -7.8 0.0 4.3 8.91 79 18 -8.8 0.1 5.3 10.27 77 22 -8.6 0.1 5.5 10.21 75 26 -8.7 0.0 5.5 10.29 69 喂料速度 /HZ 5 -6.5 -0.2 3.5 7.39 72 8 -7.1 -0.3 4.1 8.20 70 11 -7.4 -0.2 3.9 8.37 70 14 -7.4 -0.2 3.8 8.32 70 17 -7.4 0.0 3.8 8.32 69 从表 2可以看出， 挤压后的 产 品较原料 的 白度下

17、降 、 颜色偏黄 、 总色差升高 。主机 III区温度与喂料速度对色差影响不太显著 ， 对色差影响最大的工艺是进料水分与主机转速 。 当进料水分增加时， 能一定程度上抑制褐变反应 ， 使产 品 E下降 。 在进料水分为 28%时， 重组米的 色泽较浅、米粒成型好 ， 并保持米饭清香 ，感官评分最高 。 当 进料水分 超过 28%时，米粒外观泛白，不透明 ，感官得分降低 。经过挤压 ，有部分淀粉分解成葡萄糖，淀粉与葡萄糖、赖氨酸混合物后，经高温作用 会发生美拉德反应 12。 当 主机转速变大 时， 促使 产 品 E升高 ，颜色加深；主机 转速为 14HZ时， 米粒成型好， 不毛糙，外观透亮， 口

18、感较好 ， 感官评分高；主机转速过高，米粒颜色较深，口感较硬 。主机 温度过低将导致米粒表面 泛白，不够透明 ； 主机温度太高 时 ，米粒带有毛边 ， 成型 效果 较差 ，且 容易 粘连；当 主机 III区温度为 110 时 ，米粒外观最好 ， 感官评分最高。喂料速度对 重组米 感官评分 的 影响 最不 显著， 但试验中 喂料速度太高 时 ，易导致机器堵料，转速 降低 ，甚至会出现 喂料系统停止运作。 因此 挤压产品的颜色、感官评价 与物料水分、挤压温度、葡萄糖含量有关 13。 2.2.4 挤压工艺与速煮重煮米品质指标之间的相关性分析 对挤压工艺参数与样品品质指标进行相关性分析，结果如表 3。

19、 表 3 挤压 工艺与重组米品质指标之间的相关性分析 项目 进料水分 区温度 主机转速 喂料速度 糊化度 -0.984* 0.960* 0.988* -0.948* WSC -0.951* 0.957* 0.980* -0.969* E -0.850* -0.109 0.897* 0.756* 感官评分 -0.427 -0.593 -0.218 -0.866* 注： n=5， n0.05=0.755， n0.01=0.875。 *为 =0.05显著相关； *为 =0.01极显著相关。 表 3显示： 进料 水分、喂料速度都与糊化度、 WSC呈极显著负相关 ，即 进料水分越大或者喂料速度越大，糊化

20、度和 WSC都将降低 。 III区温度、主机转速都与糊化度、 WSC呈极显著正相关，即 III区温度或者主机转速升高都会提高 产 品的糊化度 和 WSC。进料水分增加将降低样品的总色差，而主机转速与喂料速度升高则不利于样品的色泽。喂料速度与感官评分呈显著负相关 ，相关系数为-0.886。 2.3 响应面试验结果 由于喂 料速度 对 产品 品质影响不大，且其选择要 与 主机转速相契合，所以响应面试验设计中不再考虑喂料速度这个因素。根据 Box-Behnken的中心组合实验设计原理，综合单因素 试 验结果，选取对 重组米 品质影响较大的进料水分、主机III区温度、主机转速 进行三因素三水平（见表

21、4）的响应面分析，考察挤压工艺对 速煮重煮米 糊化度、 WSC、色差和感官评分值等 品质的影响 ，优化试验条件，确定最佳工艺条件 。试验因素结果见表 5。 表 4 挤压工 艺因素水平表 因素 水平 -1 0 1 A:进料水分 /% 20 24 28 B:主机 区温度 / 90 100 110 C:主机转速 /HZ 10 14 18 表 5 挤压工艺响应面 试 验结果 试验号 物料水分 主机温度 主机转速 糊化度 % WSC/% 色差 感官评分值 /分 1 1 0 1 68.57 4.11 9.90 67 2 0 -1 1 63.46 1.92 8.60 68 3 -1 1 0 84.81 6.

22、23 9.80 77 4 -1 0 1 85.90 6.27 9.64 73 5 0 1 -1 75.95 5.38 10.13 68 6 0 0 0 68.35 4.13 8.92 75 7 1 1 0 81.17 6.04 9.06 71 8 1 -1 0 68.35 4.02 10.16 64 9 0 0 0 68.35 3.93 8.92 75 10 0 1 1 86.54 6.56 10.49 77 11 0 0 0 68.35 3.23 8.92 75 12 0 0 0 68.35 3.23 8.92 75 13 0 0 0 68.35 3.23 8.92 75 14 -1 0 -

23、1 74.68 4.79 9.04 75 15 0 -1 -1 67.95 2.33 7.97 70 16 1 0 -1 71.79 4.19 9.71 72 17 -1 -1 0 78.85 5.68 9.96 68 利用 DX6Trial 对表 5 中的感官评分值 （ 响应值 ） 进行方差分析，分析结果如表 6 所示。 表 6 速煮重煮米食品感官评价的方差分析 方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 229.72 9 25.52 4.61 0.0282 * A 50.00 1 50.00 9.03 0.0198 * B 78.12 1 78.12 14.11 0.0071

24、 * C 0.12 1 0.12 0.023 0.8848 A2 18.84 1 18.84 3.04 0.1246 B2 31.84 1 31.84 5.75 0.0476 * C2 6.58 1 6.58 1.19 0.3117 AB 2.25 1 2.25 0.41 0.5441 AC 2.25 1 2.25 0.41 0.5441 BC 36.00 1 36.00 6.50 0.0381 * 注： *为显著（ P 0.05）， *为高度显著（ P 0.01）， C.V.% 3.26， Adeq Precision 6.788。 根据表 5 得知，在同一挤压温度条件下，重组米的感官评价随

25、着物料水分变化而呈现先增后减的趋势，适当提高进料水分与挤压温度，可得到较高的感官评分值。在同一进料水分条件下，感官评分值随 III 区温度升高而升高。当主机转速较高时，感官评分值随着 III 区温度呈现出先增后减得趋势。当 III 区温度较低时，感官评分值随着主机转速增加而呈现递减的趋势；当 III 区温度较高时，感官评分值随着主机转速的增加而增加。 从表 6 中看出， A、 B、 B2、 BC 对试验结果的影响是显著的；在所选取的各因素水平范围内，按照对结果的影响排序，主机温度 进料水分 主机转速。 主机转速为 14HZ 时，主机 III 区温度和进料水分对感官评分值的交互作用不显著。当主机

26、 III 区温度位于中心点时，进料水分、主机转速对食品感官评分值的影响不显著。当进料水分位于中心水平时，主机 III 区温度和主机转速这两个因素的交互作用显著。 对表 5 中进料水 分、主机温度、主机转速 3 个因素 与 感官评分值 之间 进行多元回归拟合 ， 得到的二次多项回归方程为： 感官评分 = + 75.00 - 2.50 A + 3.12 B + 0.12 C - 2.00 A2 - 2.75 B2 - 1.25 C2 - 0.75 A B - 0.75 A C + 3.00 B C 公式 （ 5） 式中： A表示进料水分 /%； B表示主机温度 / ； C表示主机转速 /HZ。 通

27、常情况下 ， 变 异 系数 C.V.低 时 代表 试 验的可信度和 精确度高 。 精密度 Adeq Precision是有效信号与噪声的比值，大于 4.0视为合理 14。 2.4 挤 压 最佳工艺条件的确定 按照响应面 分析 中预测的最佳工艺条件中选择四组进行验证试验， 结果见 表7。 表 7 验证试验感官评分结果 编号 进料水分 /% 区温度 / 主机转速 /HZ 感官评分值 /分 1 27.67 91.93 17.08 75 2 24.02 98.85 12.20 77 3 20.07 104.04 11.21 74 4 26.41 106.78 14.13 78 表 7 得出， 4 号操

28、作工艺条件 下样品 的感官评分值 最高， 为 78 分 。 经过修正后 的 最优 挤压重组 条件：进料水分 26%，主机 III 区温度为 107 ，主机转速为 14HZ。 3 结论 用籼稻碎米经挤压生产速煮重组米的过程中，使籼米中的淀粉得到部分降解，增加了重组米的水溶性碳水化合物含量；也促进了美拉德反应，降低了产品色差。增加进料水分会降低产品的糊化度、 WSC 的含量和色差；升高主机 III区 温度对重组米糊化度、 WSC 增加及米粒颜色影响不显著；主机转速能提高重组米糊化度和 WSC，同时也促进了美拉德反应，导致米粒颜色由白色逐渐加深变成深褐色； 喂料速度提高会降低糊化度与 WSC，但对米

29、粒颜色影响不大。通过 响应面对试验数据进行分析， 经验证后 得到最佳 挤压 工艺条件 为：进料水分26%、主机 III 区温度 107 ，主机转速 14HZ、喂料速度 10HZ，速煮重组米 的外形非常接近天然， 感官评分值为 78 分。 参考文献 1 张欣 ， 徐慧 .挤压技术在谷 类食品加工中的应用 J.河北农业科学 ， 2008（ 12）：90-91 Zhang Xin,Xu Hui.Application of Extrusion Technology on Grain ProcessingJ.Journal of Hebei Agricultural Scienses， 2008（ 1

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