莲子双螺杆挤压膨化工艺的研究

陈学玲， 关 健， 梅 新， 何建军

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所/湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心，湖北武汉 430064)

莲子双螺杆挤压膨化工艺的研究

陈学玲， 关 健， 梅 新， 何建军

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所/湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心，湖北武汉 430064)

以莲子为原料，采用双螺杆挤压膨化技术开发莲子膨化食品．研究了原料颗粒大小、原料含水量、进料速度、挤压膨化温度及螺杆转速等因素对莲子膨化的影响．结果表明:当莲子目数大于或等于40目时，莲子膨化较优工艺为:进料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化温度155～165℃，螺杆转速135～145 r/min．

莲子;膨化;工艺

莲子，又名莲实、莲米、水芝丹，是睡莲科植物莲属(Nympheaceae Nelumbo Adans)的种子，原产我国，是我国水生蔬菜栽培中的特种经济植物，主要分布在湖北、湖南、江西、福建、江苏、浙江、安徽等平原水域地区．

莲子作为我国特产资源，绝大多数仅以干莲形态销售，而干莲的生产系采用热风干燥或自然干燥而成，这种加工方式对植物体内重要活性成分破坏极为严重．本研究采用挤压膨化技术，开发一种新型莲子膨化产品，研究挤压膨化工艺，为生产提供理论依据．

1 材料与方法

1.1 材料

市售干莲子．

1.2 仪器设备

DS32－Ⅱ型双螺杆挤压膨化机，山东赛信膨化机械有限公司;FW－100型粉碎机，郑州市荥阳华盛仪器厂;752型分光光度计，上海光谱仪器有限公司．

1.3 试验方法

1.3.1 莲子粉碎试验

在粉碎干莲子试验中，考虑原料颗粒大小对膨化的影响，对粉碎后的莲子粉进行筛选分级，对20，40，60，80，120目原料分别进行挤压膨化试验．

1.3.2 莲子膨化试验

膨化试验中，进料速度、原料含水量、温度、螺杆转速是影响膨化效果的关键因素．前期研究发现，莲子的膨化率介于1.50～2.00时，膨化产品结构均匀疏松，且膨化率越高，膨化效果越好．在前期研究基础上，选择适宜的因素水平，设计单因素试验，各因素水平见表1．

表1 因素水平表Tab．1 Factors and levels

1.3.3 产品膨化率

用游标卡尺测定样品直径，每个样品随机测定10次，求其平均值作为产品的平均直径D1，除以模口直径 D2(6 mm)，其商 D1/D2为膨化率［1］．

2 结果与分析

2.1 原料粒度对膨化的影响

研究发现，原料颗粒目数小于或等于20目难以实现膨化;40目以上的原料可以实现挤压膨化;当目数小于或等于80目时，不同粒度对膨化没有显著影响．故原料膨化前需进行粉碎处理，过筛分选，原料目数大于或等于40目即可．

2.2 莲子膨化工艺

膨化率是衡量物料经挤压膨化后膨化质量的重要指标，膨化率低，产品密度高，不松脆;膨化率过高，产品内部形成大小不一的蜂窝状气泡，组织结构不均匀，且无咀嚼感．以膨化率为指标，考察进料速度、含水量、温度及螺杆转速4个因素影响产品膨化效果．

2.2.1 进料速度对膨化的影响

进料速度对莲子膨化率的影响如图1，进料速度为18 r/min时，产品膨化率较高，速度减小或增加后膨化率呈下降趋势．在螺杆转速不变的情况下，进料速度于16～18 r/min时，增大会使机筒内物料的填充程度得到提高，物料所受剪切和摩擦作用加强，有利于淀粉颗粒的破坏，提高膨化程度．另外，进料速度增大时，模口处形成的压力增加，与模口外大气压之间的压差增大，物料从模口处挤出时膨化程度增大．但是，进料速度在20～24 r/min时，进一步增大进料速度会使物料在机筒内搅拌不均匀，造成物料从机筒处吸收热量的不均，以至于淀粉糊化和熔融程度不相同，在挤出物中存在“硬质团”，影响膨化率和口感［2］．

图1 进料速度对膨化率的影响Fig．1 Influence of feeding speed on extrusion rate

2.2.2 原料含水量对膨化的影响

原料含水量等于或低于13%时，膨化率为1.00，膨化产品的直径与双螺杆挤压膨化机的模口直径相同，未实现膨化;含水量在14% ～17%，莲子膨化率随含水量增大呈降低趋势，见图2．

图2 原料含水量对膨化率的影响Fig．2 Influence of moisture content on extrusion rate

原料含水量是影响挤压膨化效果的关键因素．含水量低时，膨化产品往往呈现焦黄而味苦，严重时引起机筒内物料碳化并堵塞模口，导致膨化率较低．原料含水量过高时，一方面由于水分的润滑作用增强，物料在机筒内所受剪切力、摩擦作用减弱，物料挤出阻力减少，使模口处压力降低，另一方面由于水分子模口处气化，使得机筒及模口处温度降低．因此，难以在模口处建立起高温高压状态，进而影响挤压膨化效果．物料含水量适中，膨化率较大，且膨化产品结构均匀疏松．

2.2.3 膨化温度对膨化的影响

膨化温度介于140～150℃时，莲子膨化率较低;随着膨化温度升高，膨化率逐渐增大;170～180℃时，莲子膨化率呈小幅下降趋势，见图3．

图3 膨化温度对膨化率的影响Fig．3 Influence of extruded-cooking temperature on extrusion rate

在挤压过程中，物料所吸收的热量主要来源于机筒壁传递的热量和受剪切、摩擦作用产生的热量，前者所起的作用更大．膨化温度通常即指机筒温度．机筒温度高时，物料在有限的停留时间内吸收的热量多，有利于原料的膨化，但是温度过高会使物料中发生美拉德反应，降低了膨化率，影响营养物质的吸收［3－4］．

2.2.4 螺杆转速对膨化的影响

螺杆转速较低时，物料所承受的剪切作用低，随着螺杆转速的增加，物料与螺杆以及机筒之间的摩擦和剪切作用增强，物料在强烈的摩擦和剪切作用下，加速了淀粉颗粒的分解和糊化．但是螺杆转速过大，物料在机筒内停留时间过短，物料来不及从机筒壁吸收足够的热量，降低了物料的膨化率，所以螺杆转速过高、过低都将使膨化率降低［3－4］．双螺杆膨化机的螺杆转速对莲子膨化率的影响，见图4．螺杆转速控制在140 r/min左右，莲子膨化率较高;低于或高于此转速，莲子膨化率均呈下降趋势．

图4 螺杆转速对膨化率的影响Fig．4 Influence of screw speed on extrusion rate

综合考虑成本、操作方便等各因素，合理地确定因素水平，得到莲子膨化较优工艺为:进料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化温度155～165℃，螺杆转速135～145 r/min．

3 结论

1)膨化前莲子需进行粉碎处理，原料目数大于或等于40目即可．

2)进料速度、原料含水量、膨化温度和螺杆转速是影响膨化效果的重要因素．进料速度18 r/min，原料含水量15%，膨化温度160℃，螺杆转速140 r/min，莲子膨化率均达到最大值．各因素水平过高或过低均使莲子膨化率降低．

3)通过试验合理地确定因素水平，可得到良好的挤压膨化效果．本研究得出的莲子膨化较优工艺为:进料速度17～19 r/min，原料含水量14% ～16%，膨化温度155～165℃，螺杆转速135～145 r/min．

［1］蒋长兴，魏益民，张波．小米挤压膨化加工工艺参数研究［J］．粮食与饲料工业，2005(5):20-22．

［2］徐克非，李德溥．双螺杆挤压机操作参数对加工质量影响的研究［J］．包装工程，2006，27(4):77-79．

［3］杨绮云，李德溥，徐克非．操作参数对双螺杆挤压机挤压效果影响的研究［J］．食品科学，2011，22(2):14-17．

［4］王文贤，刘学文，谢永洪，等．鸡肉-大米膨化食品双螺杆挤压工艺参数的优化研究［J］．农业工程学报，2001，20(6):223-226．

(责任编辑:檀彩莲)

Study on Extrusion Conditions of Lotus Seeds by Twin Screw Extruder

CHEN Xue-ling， GUAN Jian， MEI Xin， HE Jian-jun
(Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Agricultural Products Processing Subordinate Center，Hubei Agricultural Science and Technology Innovation Center，Wuhan 430064，China)

Twin screw extruder was used to prepare extrusion-puffed food from Lotus seeds．The effects of material particle size and moisture content，feeding speed，extruded-cooking temperature and screw speed were studied．Through the single factor analysis，the optimal parameters of extrusion were obtained as the following:feeding speed 17～19 r/min，moisture content 14% ～16%，extruded-cooking temperature 155～165℃，screw speed 135～145 r/min，and material particle size more than or equal to 40 mesh．

lotus seeds;extrusion;processing conditions

TS210.4

A

1671-1513(2012)03-0073-03

2012-01-09

湖北省农业科技创新中心资助项目(2011-620-001-03);湖北省研究与开发计划项目(2010BBB016)．

陈学玲，女，助理研究员，硕士，主要从事果蔬加工与贮藏方面的研究;

何建军，男，副研究员，主要从事农产品加工与贮藏方面的研究．通讯作者．