麦麸挤压改性工艺的优化

张明，董海洲，刘传富，校静婕

(山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安，271018)

麦麸挤压改性工艺的优化

张明，董海洲，刘传富，校静婕

(山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安，271018)

以小麦麸皮为原料，采用挤压膨化技术，在单因素试验的基础上，根据Box-benhnken中心组合方法进行三因素三水平的试验设计。以可溶性膳食纤维含量为响应值，进行响应面分析(RSM)。结果表明:麦麸挤压改性的最佳工艺条件为:物料含水率23%、膨化温度133℃、转速225 r/min，在此条件下，麦麸挤压改性的理论值为15.66%，检验实测值为15.42%，与理论值相对误差为1.40%。

麦麸，挤压改性，响应面分析法

小麦麸皮是制粉中的主要副产品，我国麦麸资源丰富，年产量约2 000万t以上［1］。麸皮中含有丰富的膳食纤维、植物蛋白等营养物质［2］。但由于天然来源的膳食纤维中大多数为不溶性膳食纤维(IDF)，而可溶性膳食纤维(SDF)的含量较低，易造成小麦麸皮口感粗糙，可食用性较差，如直接添加到食品中会严重影响产品质量。因此，对麦麸进行改性，提高麦麸的可食性仍是目前研究的热点。

挤压加工技术作为一门高新技术，在膳食纤维改性中，能够促使大分子物质发生有益的变化，提高SDF 含量［3］，改善其口感［4］。本研究采用挤压膨化的方法，在单因素试验的基础上，利用Box-benhnken中心组合试验和响应面分析的方法，确定麦麸的挤压改性工艺条件。

1 材料与方法

1.1 主要材料

小麦麸皮，从泰安市粮油批发市场购得。

1.2 主要设备

DS56-X型双螺杆膨化机，济南高新开发区赛信机械有限公司;JFSD-70粉碎磨，上海嘉定粮油检测仪器厂;DZKW电子恒温水浴锅，北京光明医疗仪器厂;102－2型电热鼓风干燥箱，上海锦屏仪器仪表有限公司;JJ300电子天平(±0.01g)，美国双杰兄弟(集团)有限公司常熟双杰测试仪器厂。

1.3 工艺流程

麦麸→干燥→粉碎→调粉→挤压→粉碎→品质分析

1.4 试验内容

1.4.1 单因素试验

本试验在同一喂料速度前提下，研究不同物料含水量(10%、15%、20%、25%和30%)膨化温度(100、110、120、130和140℃)及转速(100、150、200、250 和300 r/min)对麦麸可溶性膳食纤维含量的影响。SDF含量(干基)为考核指标。

1.4.2 响应面法优化试验

在单因素试验的基础上，以物料含水量、膨化温度、转速进行响应面Box-Benhken中心组合设计，以SDF含量(干基)为响应值，进行挤压工艺条件的优化。

1.5 测定方法

蛋白质的测定:凯氏定氮法(GB/T5009.5－2003);淀粉的测定:前处理同酶解法(GB/T5009.9－2003)，测定用DNS比色法;脂肪的测定:索氏抽提法(GB/T5009.6－2003);总膳食纤维(TDF)、水溶性膳食纤维(SDF)与水不溶性膳食纤维(IDF)的测定:AACC32－07法;水分的测定:直接干燥法(GB/T5009.3－2003);灰分的测定:直接灰化法(GB/T5009.4－2003)。

2 结果与分析

2.1 麦麸主要成分分析

麦麸进行筛选、烘干，对其主要成分分析，结果如表1所示。

表1 麦麸的主要成分

从表1可以看出，麦麸中主要成分是膳食纤维，其次是淀粉和蛋白质，SDF含量较低(1.95%)，占总膳食纤维含量的4.22%。

2.2 麦麸挤压改性工艺条件的单因素试验

2.2.1 物料含水量对麦麸可溶性膳食纤维含量的影响

准确称取5份麦麸，每份5.00kg，分别置于调粉机中搅拌，调节物料湿度。在膨化温度120℃、螺杆转速200 r/min条件下挤压膨化，物料含水量对麦麸SDF的影响结果如图1所示。

图1 含水量对麦麸中SDF含量的影响

从图1可以看出，物料含水量对麦麸SDF含量有一定的影响，在物料含水量10%～25%内，随着物料含水量的增加，麦麸SDF含量不断提高;但物料含水量超过25%，SDF含量反而有所降低。因此，在本试验条件下最佳的物料含水量为25%。

2.2.2 膨化温度对麦麸可溶性膳食纤维含量的影响

准确称取5份麦麸，每份5.00 kg，分别置于调粉机中搅拌，调节物料湿度，使物料的含水量为25%。固定螺杆转速200 r/min，膨化温度对麦麸SDF的影响结果如图2所示。

从图2可以看出，随着膨化温度的升高，麦麸SDF含量在膨化温度 130℃时，达到最大值(10.34%)，膨化温度超过130℃，麦麸SDF含量反而下降。因此，在本试验条件下最适宜的膨化温度为130℃。

2.2.3 转速对麦麸可溶性膳食纤维含量的影响

准确称取5份麦麸，每份5.00kg，分别置于调粉机中搅拌，调节物料湿度，使物料的含水量为25%。固定膨化温度130℃，转速对麦麸SDF的影响结果如表3所示。

图3 转速对麦麸中SDF含量的影响

从图3可以看出，随着转速的提高，麦麸SDF含量迅速增加，在转速250 r/min时达到最高，之后再提高转速SDF含量反而降低。因此，在本试验条件下最适宜的转速为250 r/min。

2.3 响应面法优化麦麸挤压工艺

2.3.1 响应面试验设计与结果

在单因素试验的基础上，采用Box-Benhken中心组合进行三因素三水平的试验设计。试验设计见表2，结果见表3。

表2 响应面试验设计表

试验号1～12是析因分析，试验号13～15是中心试验。15个试验点为析因点和0点，其中析因点为自变量取值在X1、X2、X3所构成的三维定顶点;0点为区域的中心点，0点试验重复3次，用以估计试验误差。运用SAS REREG程序对这15个试验点的响应值进行回归分析，建立响应面回归模型，得到回归方程为:

表3 响应面试验设计方案及结果

表4 回归方程的方差分析

由表4可知，方程的F值为118.461，Pr＞F0.01(9，5)=0.000 1，表明方程描述各因子与响应值之间的关系时，因变量与全体自变量之间的线性关系是高度显著的。由表4该模型的方差分析表可见，模型具有高度的显著性(P＜0.01)，失拟项(P＞0.10)不显著以及R2=0.995 3，可知回归方程拟合度和可信度较高，试验误差较小，因而可以用此模型对挤压工艺结果进行分析。

2.3.2 麦麸挤压工艺的优化

根据回归方程，作相应曲面图，考察所拟合的响应曲面形状，分析物料含水量、膨化温度、转速对SDF含量的影响。其响应曲面如图4～图6所示。

图4 物料含水量、膨化温度及其相互作用的影响

图5 物料含水量、转速及其相互作用的影响

表5 典型分析表

表6 特征值的典型分析表

图6 膨化温度、转速及其相互作用的影响

从表6可以看出，特征值都小于0，因而整个模型存在最大值。通过图4～图6以及表5可知，当分析物料含水量、膨化温度、转速的编码值分别为－0.428 37，0.311 98，－0.554 42时，可以得到最大SDF含量，其含量为15.659 13%。通过换算可知，物料含水量为 22.86%、膨化温度 133.12℃、转速222.28 r/min。考虑到实际生产，将优化参数修正物料含水量为23%，膨化温度133℃，转速225 r/min。并以此挤压改性条件做3次平行试验，验证试验结果，测得SDF含量为(15.42±0.55)%，与理论预测值基本一致，表明响应面分析方法可靠，具有实用价值。

3 结论

以小麦麸皮为原料，在单因素试验的基础上，通过响应面分析方法对挤压改性工艺条件进行了优化，得到了最佳工艺条件:物料含水率23%、膨化温度133℃、转速225 r∕min、响应面极值为15.66%，通过验证试验，SDT含量为15.42%，与理论结果相对误差为1.40%，对麦麸的挤压改性具有一定的参考价值。

［1］陈忠宝，丁宝涎，刘璘，等.响应面法分析工艺参数对麦麸挤压膨化产品吸水特性的影响［J］.浙江工业大学学报，2009，37(2):161－165.

［2］朱小乔，刘通风.小麦麸的功能组分及其在食品中的开发应用［J］.粮油食品科技，2008，8(6):18－23.

［3］董海洲，刘传富，乔聚林，等.豆渣膳食纤维挤压改性工艺条件的研究［J］.中国粮油学报，2008，23(6):81－84.

［4］杨涛，辛建美，徐青，等.热塑挤压技术对食品营养成分影响的研究进展［J］.食品科学，2010，31(7):312－316.

Optimization of Extrusion Technology of Wheat Bran by Response Surface Methodology

Zhang Ming，Dong Hai-zhou，Liu Chuan-fu，Xiao Jing-jie
(College of Food Science and Engineering，Shangdong Agricultural University，Taian 271018，China)

In the study，normal design of three factors and three levels was adopted according to the Boxbenhnken central composite design method，using wheat bran as raw materials and extrusion technology.The content of soluble dietary fiber was used as the response value to study the Response Surface Methodology(RSM).The results showed that the optimum conditions for the extrusion modification were as follows:water ratio of raw material 23%，puffed temperature 133℃，rotation speed 225 r/min.Under the above conditions，the theoretical result of extrusion modification was 15.66%and the actual one was 15.42%.The relative error between them was 1.40%.

wheat bran，extrusion，response surface methodology

硕士研究生(董海洲教授为通讯作者)。

2010－07－07，改回日期:2010－09－07