物料含水量和机筒温度对双螺杆挤压人参制品褐变效果的影响

李范洙，金 铁，张 先，柳基亨*，

(1.延边大学农学院，吉林 龙井 133400；2.韩国公州大学校产业科学大学，忠南 艺山 340-702)

物料含水量和机筒温度对双螺杆挤压人参制品褐变效果的影响

李范洙1，金 铁1，张 先1，柳基亨2,*，

(1.延边大学农学院，吉林 龙井 133400；2.韩国公州大学校产业科学大学，忠南 艺山 340-702)

以人参粉为原料，利用双螺杆挤压机制备挤压制品，研究物料含水量和机筒温度对褐变效果的影响。结果表明，随着机筒温度(100、120、140℃)的升高色度L值减少，a值增加；同样的温度条件下，物料含水量高L值增加，a值减少；b值在挤压温度120℃时呈最高。人参在挤压过程中随着褐变度的增加还原糖含量也增加，而淀粉含量减少。在挤压温度相同条件下，物料含水量低氨基态氮消耗量增加。从颜色变化看人参双螺杆挤压制品优于传统红参。

人参；挤压；红参化；褐变

传统红参是鲜人参通过高温、高压蒸制干燥而成。人参在红参化过程中最重要的特征就是美拉德反应引起的褐变[1-2]，颜色深浅与红参有效成分之间成比例[1]。传统的红参加工经过浸润、清洗、刷参、分选、精洗、蒸制、晾晒、高温烘干、打潮、下须、低温烘干、分级、包装等13道工序才能完成，工艺繁琐、耗时、费工，而且品质和卫生条件等方面不好控制。

双螺杆挤压(twin-screw extrusion)是搅拌、混合、剪切、加热、熔融、蒸煮等单元操作在短时间内迅速发生的单一工艺，与传统热处理相比效率高，经济实惠[3]。螺杆挤压通过改变螺杆组合、螺杆转速、模口直径、机筒温度等机械参数和物料含水量、喂料速度等操作参数可以生产多种多样的制品[4]。谷类、豆类等物料经双螺杆挤压发生褐色[5]，主要是由还原糖的醛基和氨基酸的氨基之间的美拉德反应所引起[6]。

本实验采用双螺杆挤压机挤出人参粉，测定在不同物料含水量和机筒温度条件下制品的理化特性，研究挤压条件对制品颜色的影响，以期为实际应用提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

人参(4年生)：购于吉林省敦化市威虎岭镇，单根质量100g以上。将新鲜的人参洗涤、控水，在60℃电热鼓风干燥箱中干燥24h，制备白参(含水量13%)。然后将其粉碎，过100目筛，得白参粉，用塑料袋真空包装，存放在低温冰箱备用。以传统方法制的红参粉作为对照。

1.2 仪器与设备

THK31T型同向双螺杆挤压机 韩国Inchon. Machinery 公司；XFB-200型实验用粉碎机 吉首市中诚制药机械厂；SP64型色差仪 美国X-Rite公司；UV-7504型紫外-可见光分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；TDL-40B型低速台式大容量离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.3 挤压条件及制品的制备方法

用无菌水将人参粉的含水量调节至20%和30%，然后利用双螺杆挤压机挤出。为了增加机筒内部的剪切力，选用了逆斜式螺杆，其排列方式如图1所示。根据预实验，设定螺杆转速为200r/min，模口直径3.0mm，喂料速度100.0g/min。

图1 用于红参制品加工的双螺杆结构Fig.1 Screw configuration for preparing red ginseng products

将双螺杆挤压机的机筒温度设置成100、120、140℃，获得人参挤压制品，在70℃干燥，直至含水量为10%，装入塑料袋密封，于冰箱中低温保存。

图2 不同的物料含水量和机筒温度条件下人参双螺杆挤压制品的外观Fig.2 Appearance of extruded white ginseng products prepared at different water contents and barrel temperatures

1.4 理化特性测定

1.4.1 各项理化指标的测定

色度测定：称取人参挤压制品100g，粉碎后过100目筛，分别称取样品2g，置于玻璃载玻片上，再用玻璃片盖上，平行向下将样品压平，施加的压力大约20～30N。用色差仪测定其Hunter色度值，每个样品重复测定5次，取平均值。

还原糖：还原糖按照文献[7]方法测定；淀粉含量：采用酸解法[8]测定；氨基态氮：利用甲醛滴定法进行测定[9]。

1.4.2 统计分析

采用SPSS 11.5 for windows 统计软件对实验结果进行处理，并以LSD法检验各处理组间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 物料含水量和机筒温度对人参挤压制品色度的影响

将白参粉含水量调节为20%和30%，机筒温度调节成100、120、140℃，制备人参挤压制品(图2)，并以白参粉和红参粉做对照，测定亨特色度，即亮度(L值)、红色度(a值)、黄色度(b值)，结果如表1所示。

表1 人参双螺杆挤压过程中水分含量和机筒温度对色度的影响Table 1 Effect of water content and barrel temperature on color of extruded ginseng products

由表1可看出，挤压制品的亮度随温度的增加而降低，物料含水量在20%和30%时L值变化范围分别在64.46～70.96和69.47～73.55。在相同温度条件下，物料含水量为30%的制品其亮度均显著高于20%(P＜0.05)。红色度随机筒温度的升高而增加，在20%和30%时a值变化范围分别在5.48～9.31和5.60～7.19之间。机筒温度在120℃和140℃时，人参挤压制品的红色度在物料含水量20%的均高于30%，且20%、140℃时的制品红色度最高，其a值为9.31。黄色度在机筒温度为120℃时最高，且在同一含水量、不同温度的b值差异显著(P＜0.05)。

鲜人参加工成红参直观的变化就是褐变，红色度和黄色度增加。人参经双螺杆挤压，其制品的a值和b值均显著大于白参粉和红参粉，说明双螺杆挤压是人参红参化过程中促进褐变的有效途径。

关于挤压(蒸煮)条件对色度变化的影响，Mok等[10]在大麦米挤压成型试验中发现挤压制品的亮度随挤压温度的升高而增加，与本实验结果相反。但Ryu等[11]在米粉挤压过程中发现，亮度随含水量的增加而变大，与本实验结果相似，可认为这些结果与原料特性相关。

2.2 物料含水量和机筒温度对美拉德反应的影响

研究人参双螺杆挤压过程中物料含水量和机筒温度对挤压制品美拉德反应的影响，测定制品的还原糖、淀粉、氨基态氮的含量，结果如表2所示。

表2 人参双螺杆挤压过程中水分含量和机筒温度对还原糖、淀粉、氨基态氮含量的影响Table 2 Effect of water content and barrel temperature on reducing sugar (RS), starch, and amino nitrogen (AN) of extruded ginseng products

从表2可知，人参粉经双螺杆挤压其制品的还原糖含量均比原料明显地减少，但物料含水量相同时还原糖含量随着机筒温度的升高而增加。从表1可知，随着温度的升高a值增加，意味着褐变度增加，因此还原糖含量应该要降低，但是出现相反的结果。据报道，小麦、马铃薯、玉米等植物的淀粉，在挤压过程中受高温高压、混合剪切等作用被降解[12]。本实验中淀粉含量随温度的升高而降低，所以认为还原糖的增加是原料中的部分淀粉降解而造成。

人参粉经双螺杆挤压，其制品的氨基态氮含量比原料人参减少，且差异显著(P＜0.05)。在机筒温度相同条件下，物料含水量20%时氨基态氮含量低于30%，即氨基态氮消耗量更大，这与表1中的红色度变化趋势基本一致。在挤压加工强化蛋白质饼干过程中，作为美拉德反应底物——赖氨酸(含ε-氨基)的消耗量，在加工温度210℃时物料含水量13%时大于18%[13]，这与本试验结果相似。

2.3 双螺杆挤压人参制品的色度与美拉德反应化合物变化量之间的相关性

研究人参双螺杆挤压制品的褐变程度和美拉德反应化合物之间的关系，对亨特色度和还原糖、淀粉、氨基态氮的变化量之间进行相关性分析，结果如表3所示。

表3 人参挤压制品的亨特色度与美拉德反应化合物变化量之间相关分析Table 3 Correlation between color and change in the content of reducing sugar (RS), starch, and amino nitrogen (AN) in extruded red ginseng products

由表3可看出，人参双螺杆挤压制品的a值与还原糖减少量呈负相关，与淀粉减少量呈正相关，但其相关性不显著。L值与还原糖和淀粉变化量的关系和a值相反。另外，还原糖和淀粉减少量之间呈极显著的负相关，系数为－0.9589。

3 结 论

人参在双螺杆挤压过程中发生明显的褐变。物料含水量和机筒温度对人参挤压制品的褐变有较大的影响，并含水量和机筒温度在20%、140℃时的红色度(a值)和黄色度(b值)相对高。单从颜色的变化判断，人参挤压制品优于传统红参。人参挤压制品的褐变程度和有效成分之间有何相关性，待进一步研究。

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Effects of Water Content and Temperature on Browning of Ginseng Products Prepared by Twin-screw Extrusion

LI Fan-zhu1，JIN Tie1，ZHANG Xian1，RYU Gi-hyung2,*
(1. Agricultural College of Yanbian University, Longjing 133400, China；
2. Department of Food Science and Technology, Kongju National University, Yesan 340-804, Korea)

In order to develop a new method for preparing red ginseng products, the effects of water content in raw materials and barrel temperature on browning of ginseng products prepared by twin-screw extrusion were investigated. The results indicated that theLvalue of extrusion powder decreased with increasing barrel temperature (100, 120 ℃ and 140 ℃). At the same barrel temperatures, theLvalue of extrusion power increased, but theavalue decreased with increasing water content in raw materials. Thebvalue reached its maximum at 120 ℃. Ginseng with higher browning during extrusion displayed higher reducing sugar content but lower starch content. Under the same extrusion conditions, lower water content resulted in an increase in amino nitrogen consumption. Extruded finseng products were better than traditional red ginseng form the viewpoint of color.

ginseng；extrusion；red ginseng；browning

TS201.1

A

1002-6630(2010)20-0170-03

2010-06-30

延边大学农学院与韩国公州大学产业科学大学合作研究项目(20070316)

李范洙(1965—)，男，副教授，博士，研究方向为人参加工工艺及应用。E-mail：fzli@ybu.edu.cn

*通信作者：柳基亨(1960—)，男，教授，博士，研究方向为食品双螺杆挤压技术。E-mail：ghryu@kongju.ac.kr