加工工艺对玉米方便速食粥食用品质的影响

刘 明, 孙志坚, 于国萍, 谭 斌, 汪丽萍, 田晓红,吴娜娜, 刘艳香

(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037;2.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

加工工艺对玉米方便速食粥食用品质的影响

刘 明1,2, 孙志坚1,2, 于国萍2, 谭 斌1,*, 汪丽萍1, 田晓红1,吴娜娜1, 刘艳香1

(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037;2.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

玉米方便速食粥是采用物理改性技术加工制成的方便主食品.为研究各加工工艺对速食粥食用品质的影响,以玉米粉为主要原料,采用挤压质构重组技术研究开发方便速食粥产品,并分析加工工艺对于玉米方便速食粥食用品质的影响.结果显示:各加工工艺参数对方便速食粥食用品质影响均显著,其中螺杆转速、喂料量对食用品质的影响呈先升高后降低的规律.食用品质随挤压温度的升高而降低,随水分质量分数的提高呈上升趋势.在螺杆转速220 r/min,切刀转速2 100 r/min,挤压温度110℃,喂料量18 kg/h,水分质量分数33%时,产品食用品质质量较高.测试物料熟化时间后也发现,基本规律与食用品质规律相似.

玉米;方便速食粥;挤压;食用品质

近年来国内外在玉米加工等方面研究很多[1],然而玉米在主食中的消费主要为玉米原粮、玉米面制品、玉米糊等,新产品较少、附加值低、消费者认同度低.挤压物理改性加工技术广泛应用于粮食特别是全谷物方便食品加工[2-5],是以挤压机为反应容器,在高温、高压、高剪切的环境完成物料的推送、挤压、摩擦、啮合、捏合、重组等各种反应,目前广泛应用于食品加工技术中,用于加工新产品及改性淀粉、蛋白、纤维等大分子组分,从而使物料获得新的性质和用途[6-7].方便速食粥(instant porridge,IP)是采用现代粮食加工物理改性技术加工制成的速食方便主食品,属于主食产业化产品.加强面向主食产业化需求发展模式,开发适合产业化的方便速食主食品,是我国当前主食产业化发展的重要课题.目前国内外学者和企业多采用冻干[8]或冻干配合热风干燥[9]等方法制作速食粥,王立东等[10]采用微波热风干燥等方式制作方便粥,黄华等[11]采用二次蒸煮工艺制作方便粥,近年来也有采用超高压技术制作方便粥[12],采用挤压方法研究速食粥的较少[13-19].这些方法成本较高,难以解决玉米粥的方便、速食、营养的要求.本研究拟采用挤压质构重组技术,并创新性采用二次膨化加工技术研发IP产品,并评价速食粥食用品质、熟化时间,以期为方便主食品的新产品、新方法应用奠定理论基础.本文将研究挤压工艺参数对速食粥食用品质的影响,二次膨化加工技术将在后续研究中予以讨论.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玉米粉产自河北三河,购于北京城北粮食市场,封口袋包装,4℃保存.各化学试剂均为分析纯.

DGG-9240B型电热恒温鼓风干燥箱,上海森信实验仪器有限公司;FW-135型中草药粉碎机,天津泰斯特公司;FMHE36-32型双螺杆挤压实验机、FMFC-400型流化床干燥机和FMDR-400型高温烤炉,长沙富马科食品工程技术有限公司.

1.2 实验方法

1.2.1 玉米方便速食粥加工工艺

玉米粉调节水分,经双螺杆挤压重组再造粒(挤压条件为:Ⅰ区60℃,域区90℃,调节Ⅲ区温度),干燥、高温二次膨化、冷却、包装,储存待测.

1.2.2 玉米方便速食粥质量评价

1.2.2.1 感官评价方法[9]

玉米方便速食粥感官评价方法见表1.

1.2.2.2 熟化时间的确定[20]

取粥粒20粒放在500 mL的沸水中,同时开始计时,保持水处于98～100℃微沸状态下煮制.从2 min 30 s开始每隔20 s取出一粒用透明玻璃片压开,观察面条中间白芯的变化,白芯刚消失的时间即为粥的最佳蒸煮时间.

表1 感官评价方法Tab.1 Method of sensory evaluation

1.3 数据处理

数据采用统计均数(平均数)±标准偏差来表示,用t检验进行显著性分析.实验数据采用SPSS软件作差异性分析.

2 结果与分析

2.1 加工操作参数对玉米方便速食粥感官品质的影响

螺杆转速对玉米速食方便粥感官品质及感官总分的影响见图1、表2.由图1、表2可知,在螺杆转速为220 r/min前,感官评价总分随着螺杆转速增加而增加,当转速超过220 r/min后,基本趋于稳定.其中气味和外观结构,在转速超过180～200 r/min 后,提高显著,而提高螺杆转速对于黏度、弹性、滋味和分层影响不大.螺杆转速是物料在挤压腔体内滞留时间的主要因素,也是提高机械能输入的重要手段.在其他条件不变的情况下,单纯提高螺杆转速能够减少在腔体的滞留时间,因此不会因为加热烤糊物料,因此不会产生不良气味.而螺杆转速对于黏度、弹性、滋味和分层的影响较小.

图1 螺杆转速对玉米速食方便粥感官品质的影响Fig.1 Effect of screw speed on sensory evaluation of corn instant porridge

表2 螺杆转速对玉米速食方便粥感官品质总分的影响Tab.2 Effect of screw speed on sensory evluation total score of corn instant porridge

切刀转速对玉米速食方便粥感官品质各参数及感官总分的影响见图2、表3.由图2、表3可知,在切刀转速为2 100 r/min前,感官评价总分随着切刀转速增加而增加,当转速超过2 100 r/min后,基本趋于稳定略有下降.其中色泽、气味和滋味,在切刀转速为1 800～2 100 r/min时,提高显著,而提高切刀转速对于硬度、黏度和弹性影响不大.切刀转速直接影响到速食粥的切片厚度.在其他条件不变的情况下,单纯提高切刀转速能够有效减少挤压粥米的厚度,较薄的粥米厚度在后区二次膨化过程中会迅速蒸发水分二次膨化,产品糊化度也会有所提升,然而过薄的米粒厚度又会导致后区膨化过度,影响到产品的口感和复水时间.

图2 切刀转速对玉米速食方便粥感官品质的影响Fig.2 Effect of cutting speed on sensory evaluation of corn instant porridge

表3 切刀转速对玉米速食方便粥感官品质总分的影响Tab.3 Effect of cutting speed on sensory evluation total score of corn instant porridge

Ⅲ区挤压温度对玉米速食方便粥感官品质及感官总分的影响结果见图3、表4.由图3、表4可见,感官评价总分随着Ⅲ区温度的增加而降低.由于我们在预实验中已经预研过,Ⅲ区温度作为挤压系统的最高温度,为保证最终产品的糊化度,应设置为超过100℃.由图3可知,提高Ⅲ区挤压温度对于色泽和气味影响不大,而提高Ⅲ区温度对于外观结构、黏性、弹性、硬度、滋味及分层等均有所降低.Ⅲ区温度直接影响到挤压产品的糊化度及产品形态,过低的温度,物料不能进入熔融状态,产品混合度较差,外观粗糙.而过高的Ⅲ区温度,产品降温不及时,易产生小气泡,直接影响产品的外观和食用品质.喂料量对玉米速食方便粥感官品质及感官总分的影响见图4、表5.由图4、表5可见,喂料量对于速食方便粥总体感官评分影响不显著.水分质量分数对玉米速食方便粥感官品质及感官总分的影响见图5、表6.由图5、表6可知,感官评价总分随着挤压物料水分质量分数的增加而显著提高.由于我们在预实验中已经预研过,水分质量分数在29% ～35%时产品效果较好,低于29%挤压物料模头温度显著提高,物料从模头中挤出后,出现微膨化现象,有部分气泡产生.而原料水分过高导致挤出物料水分含量过高,直接影响后步干燥和二次膨化的效果.从图5中可看到,提高水分质量分数对于气味、外观结构、黏性和滋味及分层影响显著.水分质量分数直接影响到挤压产品外观结构、滋味和分层,过高水分质量分数,物料不能进入熔融状态,产品混合度较差,而过低的水分质量分数导致挤压物料外观粗糙,易产生小气泡,直接影响产品外观和食用品质.

图3 Ⅲ区挤压温度对玉米速食方便粥感官品质的影响Fig.3 Effect of screw temperature inⅢ district on sensory evaluation of corn instant porridge

表4 Ⅲ区温度对玉米速食方便粥感官品质总分的影响Tab.4 Effect of screw temperature inⅢdistrict on sensory evluation total score of corn instant porridge

图4 喂料量对玉米速食方便粥感官品质的影响Fig.4 Effect of feed rate on sensory evaluation of corn instant porridge

表5 喂料量对玉米速食方便粥感官品质总分的影响Tab.5 Effect of feed rate on sensory evluation total score of corn instant porridge

图5 水分质量分数对玉米速食方便粥感官品质的影响Fig.5 Effect ofmoisture content on sensory evaluation of corn instant porridge

表6 水分质量分数对玉米速食方便粥感官品质总分的影响Tab.6 Effect ofmoisture content on sensory evluation total score of corn instant porridge

2.2 加工操作参数对玉米方便速食粥熟化时间的影响

图6 螺杆转速对玉米速食方便粥熟化时间的影响Fig.6 Effect of screw speeds on curing time time of corn instant porridge

方便速食粥的熟化时间表征挤压粥的糊化度和复水情况.图6为螺杆转速对于玉米速食方便粥熟化时间的影响,由图6可知,螺杆转速的变化对于速食方便粥的熟化时间影响显著,呈先下降后上升趋势,其中螺杆转速在220 r/min时获得最低的熟化时间155 s.物料的改性主要是由于热能和机械能输入两方面引起的.在前期,在热能输入不变的基础上,随着螺杆转速的不断升高,产品受到的机械能输入也不断提高,因此螺杆转速的提高对于物料改性的程度影响也较大.后期,在其他条件不变的情况下,随着螺杆转速的不断提高,挤压系统受到了一系列的影响,如螺杆转速的提高也对应着挤压系统产量的提高,而喂料量绝对值不变,相对于螺杆转速的速度有所降低.产量的提高,系统的加热速度也受到了影响.因此在螺杆转速超过220 r/min后,物料的熟化时间有所降低.图7为切刀转速对玉米速食方便粥感官品质熟化时间的影响,切刀转速直接影响到挤压粥二次膨化前的状态和粥片的薄厚.由图7可知,切刀转速为2100 r/min时,速食方便粥的熟化时间最低,这与感官品质在2 100 r/min时综合感官评分最高的结论相同.

图7 切刀转速对玉米速食方便粥熟化时间的影响Fig.7 Effectof slicer speeds on curing of corn instant porridge

图8 Ⅲ区挤压温度对玉米速食方便粥熟化时间的影响Fig.8 Effect of screw temperature inⅢdistrict on curing time of corn instant porridge

图8为Ⅲ区挤压温度对玉米速食方便粥熟化时间的影响.由图8可知,在温度低于125℃时,熟化时间随着温度的升高有所升高,而超过125℃后,熟化时间有所降低.Ⅲ区温度作为制作速食粥的系统中温度最高的一区,直接影响到挤压产品的糊化度及产品形态.根据感官分析,过高的Ⅲ区温度,产品的外观和食用品质较差.图9为喂料量对玉米速食方便粥感官品质的影响.由图9可知,随着喂料速度的提高,熟化时间呈上升趋势,在喂料速度为18 kg/h时,熟化时间有所降低.从大范围来看,喂料速度越快,挤压系统产量越高,其过多的物料将带走大量的热能和机械能,因此提高喂料对于产品的糊化程度是不利的,而过低的喂料量,使得物料不能充满整个挤压腔体,影响挤压的压力和产品的效果.图10是水分质量分数对玉米速食方便粥熟化时间的影响,由图10可知,随着原料水分质量分数的提高,挤压熟化时间呈现先下降后升高的趋势,其中水分质量分数在31%时熟化时间最低.原因主要是在挤压糊化的过程中,物料需要在热能和机械能的双重作用下,进入熔融的玻璃态状态,并在充分混合后降低温度重塑形态.过高的水分质量分数,物料需要吸收大量的热量蒸发水分进入玻璃态,在热能和机械能输入不变的情况下难以达到预定状态,从而影响产品的质量.而过低的水分质量分数导致挤压物料外观粗糙,易产生小气泡,也影响产品的品质.

图9 喂料量对玉米速食方便粥熟化时间的影响Fig.9 Effect of feed rate on curing time of corn instant porridge

图10 水分质量分数对玉米速食方便粥熟化时间的影响Fig.10 Effect ofwater content on curing time of corn instant porridge

3 结 论

1)挤压操作参数对于玉米方便速食粥的产品质量影响显著.其中螺杆转速、切刀转速对于方便粥感官品质影响均呈先上升后下降趋势,对于熟化时间的影响均呈先下降后上升趋势;方便粥的感官品质随着挤压温度的升高而降低,随着喂料量的升高呈先下降后升高趋势,随着物料水分质量分数的升高而升高,而熟化时间随着挤压温度的升高呈先升高后降低趋势,随着喂料量升高而升高,随着物料水分质量分数的升高呈先降低后升高趋势.

2)根据速食方便粥产品感官品质和冲调熟化时间比较,螺杆转速在220 r/min处产品各项指标最好,其中总的感官评分达到81分,而熟化时间仅需158 s即可食用;切刀转速在2 100 r/min挤出物薄厚适当,其最终产品感官评分高达88分,熟化时间仅为150 s;Ⅲ区温度为110℃时感官评分为90分,而熟化时间为171 s;喂料量为18 kg/h时评分为85 分,熟化时间为164 s;水分质量分数为33%时,产品的感官总分为90分.

3)在螺杆转速220 r/min、切刀转速2 100 r/min、Ⅲ区温度为110℃、喂料量为18 kg/h、水分质量分数为33%时制作玉米方便速食粥产品,产品的感官评分达到了90分,熟化时间为210 s.比预实验中综合评分72分,熟化时间204 s分别提高了25.00% 和26.47%.

4)本研究采用挤压加工工艺配合二次膨化加工技术制作玉米方便速食粥,并系统地研究了挤压参数对于玉米粥产品感官品质和熟化时间的影响,为进一步研究挤压及二次膨化工艺对于玉米速食粥产品质量的影响规律奠定了基础.由于本研究采用设备均为中试装备,因此产品的研发和理论研究的开展为下一步开发杂粮和全谷物方便化食品奠定了理论基础和实践经验.

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Effect of M anufacturing Technology on Edible Quality of Corn Instant Porridge

LIU Ming1,2, SUN Zhijian1,2, YU Guoping2, TAN Bin1,*, WANG Liping1,
TIAN Xiaohong1, WU Nana1, LIU Yanxiang1
(1.Academy of State Administration ofGrain,Beijing 100037,China;
2.Food College,Northerneast Agriculture University,Harbin 150030,China)

Corn instant porridge is a kind of instantmain foodmade by the physicalmodification processing.The corn instant porridge wasmade using the extrusion transnature technology and the effects of processing technology on the quality of corn instant porridgewere investigated.The results indicated that the processing parameters significantly affected the convenient instant porridge edible quality.The effects of the screw speed and feed rate on the quality were reduced after the first rise and the quality decreased with the increasing extrusion temperature.However,the quality increased with the increasing water content.The best quality was obtained under the condition of the screw speed 220 r/min,cutting speed 2 100 r/min,extrusion temperature 110℃,feeding rate of 18 kg/h,and water content of 33%.The basic rule was similar to the edible quality law after the testing ofmaterial curing time.

corn;instant porridge;extrusion;edible quality

叶红波)

TS213.3

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2014.03.006

2095-6002(2014)03-0032-06

刘 明,孙志坚,于国萍,等.加工工艺对玉米方便速食粥食用品质的影响.食品科学技术学报,2014,32(1): 32-37. LIU Ming,SUN Zhijian,YU Guoping,et al.Effect ofmanufacturing technology on edible quality of corn instant porridge. Journal of Food Science and Technology,2014,32(1):32-37.

2014-05-04

国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD34B05).

刘 明,男,助理研究员,博士研究生,研究方向为粮食加工物理改性研究;

*谭 斌,男,研究员,博士,主要从事粮食资源深度开发利用方面的研究.

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