Topsis与Z-分评价法对挤压米糠工艺优化研究

王前霞，丁筑红，王雪雅，肖蓓，李文馨

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州贵阳550025）

Topsis与Z-分评价法对挤压米糠工艺优化研究

王前霞，丁筑红*，王雪雅，肖蓓，李文馨

（贵州大学酿酒与食品工程学院，贵州省农畜产品贮藏与加工重点实验室，贵州贵阳550025）

运用Topsis、Z-分综合评价分析方法，对挤压处理米糠原料品质进行综合评价并优化挤压技术条件。结果表明：挤压温度、原料湿度及挤压转速对米糠脂肪品质有极显著性影响（P＜0.05），挤压条件对米糠综合品质影响大小顺序依次为物料水分＞挤压温度＞挤压转速，米糠最佳挤压条件为挤压温度160℃、物料水分22%、挤压转速700 r/min。与对照组相比，挤压处理后其脂肪酸值、过氧化值、脂肪酶活力度及菌落总数下降了89.1%、60.9%、95.2%及88.3%，粗蛋白、γ-谷维素、VE分别提高了3.8%、18.9%、17.1%。挤压处理后米糠脂肪稳定性及卫生安全性增强，同时有效的保存了米糠中营养成分，提高米糠利用价值。

米糠；Topsis法；Z-分评价法；挤压条件；品质稳定性

我国是稻谷生产大国，居世界首位。米糠是稻谷碾米过程中的主要副产物，是一种量大面广的可再生资源，每年可产米糠约1 000万t[1]。米糠含有丰富的营养物质，富有蛋白质、脂肪、糖类、维生素、膳食纤维和矿物质等营养成分，还含有生育三烯酚、脂多糖、α-硫辛酸、γ-谷维醇、角鲨烯等多种天然抗氧化剂和生物活性物质[2]，集中了稻谷64%的营养成分。对人体健康和现代文明病的预防和治疗具有重要意义。

碾米后新鲜米糠中含有活性较高的过氧化物酶[3]、脂肪氧化酶等[4]，能将鲜米糠所含的油脂迅速分解成游离脂肪酸，导致米糠品质降低，其不稳定性给米糠贮存，运输带来很大困难，也影响其后续产品开发利用。挤压技术是一种节能保鲜、提高原料利用率及生产效率的新型加工技术，在米糠品质稳定方面达到饮用得到应用，能有效抑制米糠脂肪酶活性[5-7]，目前其研究主要集中在挤压条件对脂肪酶活性、淀粉组分、蛋白质分子、膳食纤维活性等原料组分的影响[9-11]，而针对挤压条件对米糠多指标进行综合评价研究报道较少。本研究运用TOPSIS、Z-分综合评价的多指标综合评价法，通过不同挤压温度、物料湿度、挤压转速、对挤压米糠理化指标、营养功能指标、微生物多指标进行综合分析，进一步全面探讨挤压工艺条件与钝化酶活性、杀菌效果、天然抗氧化成分保护及营养成分稳定的关系，优化工艺参数条件按，探明挤压工艺对酸败控制、活性物质保护、杀菌等的综合防控作用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙醚、石油醚、无水乙醇，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DS32-Ⅱ型双螺杆挤压机：济南赛信机械有限公司；FA2004电子分析天平（感量0.0001）：上海良平仪器仪表有限公司；高效液相色谱仪6890N：美国Agilent公司；RE-5298型旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；YLN-50A自动菌落计数器：北京誉朗诺科技有限公司；3000W电热鼓风干燥箱：上海试验仪器总厂；数显恒温水浴锅：上海香仪器有限公司；索氏提取器：杭州旷维试验室设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 挤压处理单因素试验

米糠水分保持在13%，挤压机转速为6 00 r/min，喂料20 g/min；分别设置挤压温度为80、120、160、200℃，测定各组理化指标。

初检出相关文献385篇，按纳入与排除标准阅读文题和摘要排除326篇后，进一步阅读47篇全文，最终纳入12篇［6‐17］，均为中文文献，包括2 122例患者，其中试验组1 060例，对照组1 062例。纳入研究基本特征见表1。

挤压温度为160℃，挤压机转速为600 r/min，喂料20 g/min；分别调整原料米糠水分为10%、14%、18%、22%、26%，测定各组理化指标。

米糠水分保持在13%，挤压温度为160℃，喂料20 g/min；分别设置挤压转速为100、300、500、700、900 r/min，测定各组理化指标。

1.3.2 挤压处理正交试验

通过单因素试验选出挤压温度、物料水分、挤压转速进行三因素三水平正交试验，对经过正交试验处理的米糠进行理化指标、微生物指标及功能营养指标的测定。

1.3.3 分析方法

1.3.3.1 指标分析方法

粗脂肪的测定：参照GB/T 5512-2008《粮食中粗脂肪含量测定方法》；脂肪酶活力度的测定：参照GB/T 5523-2008《粮食、油料的脂肪酶活动度的测定方法》；菌落总数的测定：参照GB 4789.2-2010《食品微生物学检验菌落总数测定方法》；脂肪酸值的测定：参照GB/ T 15684-1995《谷物制品脂肪酸值测定法方法》；过氧化值的测定：参照GB/T 5538-1995《油脂过氧化值测定方法》；粗蛋白质的测定：参照GB 5009.5-2010《食品中蛋白质的测定方法》；维生素E的测定：参照GB/T 5009.82-2003《食品中维生素A和维生素E的测定方法》；γ-谷维素的测定：参照龚院生等方法[12]。

1.3.3.2 评价方法

TOPSIS综合评价法[13-14]计算方法：

式中：Rij为加权的规范化矩阵；X+为指标的理想解；X-为指标的负理想解；Di+为该组别与理想解的距离；Di-为该组别与负理想解的距离；Ci为该组别对理想解的相对接近度。通过检测评价对象与最优解、最劣解的距离来进行排序，若评价对象最靠近最优解同时又最远离最劣解，则为最好；否则为最差。其中最优解的各指标值都达到各评价指标的最优值。最劣解的各指标值都达到各评价指标的最差值。

Z-分综合评价法（Z-score）[15-18]计算：

式中：Xi为某指标值；X¯i为该指标的平均值；Si为该指标标准差；∑Zi是相加总和；“高优”表示计算指标中数值越大效果越好的指标值；“低优”表示指标中数值越小效果越好的指标值。如果∑Zi值越大，则评价结果越优，反之则评价结果越差。

1.4 数据处理

试验结果用Excel软件对试验数据进行制图；用统计分析软件SPSS13.0、DPS数据处理系统对试验数据进行分析，方差分析采用双向分组完全随机分析。

2 结果与分析

2.1 挤压处理单因素试验结果分析

2.1.1 挤压温度对米糠品质影响分析挤压温度对米糠品质影响见表1。

表1 挤压温度对米糠品质影响表Table1 Effects of extrusion temperature on quality of rice bran

由表1可以看出，挤压温度对米糠粗脂肪含量有影响，挤压后其粗脂肪含量降低（P＜0.05），挤压温度为200℃的处理组粗脂肪含量下降幅度最大，相对对照组降低了15.9%，温度越高，米糠脂肪损失越多，Rao[3]等研究也发现物料经挤压后脂肪的不稳定且随挤压温度的升高而加强。同时，挤压处理有效降低米糠脂肪酶活力度（P＜0.05），当挤压温度达到160℃以上脂肪酶活力度将降至12.2mg/g以下，相对对照组降低近75.4%。挤压温度为160℃的处理组过氧化值下降幅度最大，降至0.000 22 g/100 g；高温挤压消除引起米糠氧化酸败因子，同时破坏米糠中天然的抗氧化物质如VE，当挤压温度达到200℃时，过氧化值升高。按TOPSIS法的基本原理，各组别的主要指标量化为可以比较的规范化标准值，借助多目标决策问题的“理想解”和“负理想解”进行排序，比较各指标间的差异，按照Ci大小排序，最大即为最优组别，运用DPS数据处理系统计算，得出最优处理结果如表2所示，即挤压温度为160℃的处理组效果最优。

表2 TOPSIS法评价挤压温度排名表Table2 The result of TOPSIS method for evaluation of extrusion temperature

2.1.2 米糠水分含量对挤压后米糠品质影响分析

表3可以看出，原料米糠水分含量不同，挤压后对粗脂肪影响不同（P＜0.05），湿度为10%的处理组挤压处理后粗脂肪含量降幅最大，相对对照组降低29.9%，当物料水分含量达到22%时，米糠粗脂肪降幅最小，相对对照组仅降低1.7%，随着水分增加，挤压后原料米糠粗脂肪的降幅逐渐减少，粗脂肪稳定性增强；当原料水分达到26%时，其粗脂肪含量下降，因此适当的调整物料水分含量，能有效减少米糠中粗脂肪含量的减少。各处理组挤压后脂肪酶活力度与对照组相比都大幅降低，其中湿度为10%的处理组降幅最大，为90.5%。水分含量为22%的米糠挤压后脂肪酸值相比对照组下降了62.6%，较低湿度处理组下降幅度大，表明相对高湿度的处理组对降低米糠脂肪酸值的效果更好；随着物料湿度的升高，脂肪酸值下降越多（P＜0.05），由于水是良好的传热介质，使得挤压过程中温度分布更均匀，同时水分高的酶抗热性低，从而使酶失活；但当原料米糠湿度达到26%后，其脂肪酸值相对湿度为22%的处理组高。因此，适宜的原料米糠的水分对降低脂肪酸值有明显的作用。处理组米糠过氧化值与对照组相比均下降（P＜0.05），物料湿度为10%、14%的处理组过氧化值下降幅度最大，表明低水分挤压较高水分挤压效果好，可能由于湿法挤压的水分含量较高，脂肪水解氧化程度加快，导致过氧化值较低水分挤压的高。采用TOPSIS综合评分法如表4，运用DPS数据处理系统计算，得出最优处理，通过公式Ci=Di-/（Di-+Di+）计算出结果，米糠水分调整为22%的处理组效果最优。

表3 物料水分对米糠品质影响表Table3 Effects of material moisture on quality of rice bran

表4 OPSIS法评价物料水分排名表Table4 The result of TOPSIS method for evaluation of material moisture

2.1.3 挤压转速对米糠品质影响分析

挤压转速对米糠品质影响分析见表5。

从表5看出，随着挤压转速的增加，粗脂肪下降幅度增大（P＜0.05），各处理组挤压后脂肪酶活力度与对照组相比都大幅降低（P＜0.05），且随着转速提高，下降幅度增大，其中挤压转速为700 r/min处理组的脂肪酶下降幅度最大，相对对照组降低80.63%，挤压处理后各处理组脂肪酸值均有所下降（P＜0.05），转速为700 r/min的米糠挤压后脂肪酸值比对照组下降了46.9%。但转速为900 r/min处理组脂肪酶活力度、脂肪酸值较700 r/min处理组高，可能由于挤压时间短，脂肪酶活力度相对700 r/min处理组高，也导致其脂肪酸值比700 r/min处理组稍高；处理组挤压后过氧化值随挤压转速提高而成下降趋势（P＜0.05）。采用TOPSIS综合评分法如表6，运用DPS数据处理系统计算，得出最优处理，通过公式计算出结果，挤压转速为700 r/min的处理组效果最优。

表5 挤压转速对米糠品质影响表Table5 Effects of extrusion speed on quality of rice bran r/min

表6 TOPSIS法评价挤压转速排名表Table6 The result of TOPSIS method for evaluation of extrusion speed

2.2 米糠挤压处理正交试验结果分析

根据单因素试验结果，采用正交试验方法进行设计，如表7。

表7 正交试验因素水平表Table7 Orthogonal experimental factors and level table

如表8、表9所示，对挤压工艺的正交试验的样品进行了多指标分析，并采取Z-分综合评价法综合多个指标，分别计算各指标的平均值及标准差，通过Z-分转化计算，能将各指标标准化，其中“高优”表示计算指标中数值越大表明效果越好的指标值，“低优”表示指标中数值越小效果越好的指标值，在计算总和∑Zi时，对“高优”的Zi予以“加上”，对“低优”指标的则应“减去”，得到∑Zi值越大越优的结果，即得到试验的最优处理。通过Z-分综合评价法的公式得到表9中zscore列，进行正交试验极差及方差分析。正交试验结果如表8所示，根据综合评分显示的极差大小，各因素的影响程度为C＞B＞A，即物料水分＞挤压转速＞挤压温度。试验结果的方差分析，各因素均对试验结果有极显著影响（P＜0.01），综合方差分析及极差分析得到原料米糠最佳的挤压工艺为A2B2C2，即挤压温度为160℃、物料水分为22%、挤压转速为700 r/min。

表8 挤压工艺正交试验结果Table8 The result of crossed test of extrusion process

表9 挤压工艺正交试验指标测定结果Table9 The determine data of crossed test of extrusion process

最优挤压处理组样品及未处理原料对照组经40℃、10 d贮藏后结果分析见表10。

可见各品质指标均能取得较好的稳定效果，其中脂肪酸值、过氧化值、脂肪酶活力度及菌落总数相对于原料对照组均有所下降，分别减少了89.1%、60.9%、95.2%、及88.3%；挤压后米糠粗蛋白、γ-谷维素、VE保存率分别提高3.8%、18.9%、17.1%。综合结果表明，经过挤压处理米糠的品质得到有效稳定，米糠中营养功能成分得到有效的保存。

表10 米糠最优挤压条件试验结果Table10 The result of optimum extrusion process

3 结论

通过TOPSIS与Z-分评价法对米糠不同挤压条件下品质指标综合评价分析可见，不同挤压温度、原料水分含量、挤压转速对米糠品质指标均有所影响，且各因素之间相互联系、相互制约，共同影响米糠品质稳定性。各单因素对脂肪品质影响的总体变化规律为高温、高转速及适当的物料含水率能有效降低米糠脂肪酶活力度、脂肪酸值和过氧化值，保持米糠中粗脂肪的稳定性。挤压条件对米糠综合品质影响大小顺序依次为物料水分＞挤压转速＞挤压温度，TOPSIS与Z-分评价法表明，米糠最佳挤压工艺为挤压温度160℃、物料水分22%、挤压转速700 r/min、喂料速度30 g/min，各处理组具有显著性差异（P＜0.05）。挤压后脂肪酸值、过氧化值、脂肪酶活力度及菌落总数相对于对照组均有所下降，损失率分别为89.1%、32.2%、95.2%、及67.5%，粗蛋白、γ-谷维素、VE保存率分别达到96.2%、81.1%、60.7%。挤压处理在抑制米糠氧化酸败同时，有效提高营养成分稳定性、减少微生物总量，保持米糠原有品质，为资源后续的功能开发和系列产品加工提供了良好的原料保障。

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Technology Optimization for the Extrusion Rice Bran with Topsis and Z-points Evaluation Method

WANG Qian-xia，DING Zhu-hong*，WANG Xue-ya，XIAO Bei，LI Wen-xin
（School of Liquor and Food Engineering，Guizhou University，Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Store&Processing of Guizhou Province，Guiyang550025，Guizhou，China）

Using Topsis and Z-points comprehensive evaluation analysis method，this paper analyzes the qualities of rice bran by extrusion processing and study the optimize technology conditions of the extrusion process.The results showed that the extrusion temperature，extrusion speed and raw material humidity have significantly influence to the rice bran fat quality（P＜0.05），The effect of difference extrusion conditions showed the decreasing order：material moisture＞extrusion temperature＞extrusion speed.The best extrusion conditions is extrusion temperature 160℃，material moisture 22%，extrusion speed of 700 r/min.Compared with the glucose group，the fatty acid value，peroxide value，lipase activity and bacterial count decresed 89.1%，60.9%，95.2%and 88.3%，and the crude protein，γ-oryzanol，vitamin E compared increased 3.8%，18.9%，17.1%. Extrusion processing improved the fat stability，nutrition and health safety of rice bran，and effective improve its use value.

rice bran；Topsis method；Z-points evaluation method；extrusion conditions；quality stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.013

2012-11-23

贵阳市重大科技专项计划项目（[2010]筑科农合同字第8-1号）

王前霞（1990—），女（汉），学士，研究方向：食品科学与工程。

*通信作者