挤压膨化工艺对小米质量性状影响分析

任传英，姚鑫淼，卢淑雯，王乐凯，李家磊，赵 蕊，张英蕾，谢学军

(黑龙江省农业科学院食品加工研究所，哈尔滨 150086)

小米是世界上最古老的栽培农作物之一，主产区在中国，占全世界产量的80%，种植面积约140 万hm2，年产量450 万t 左右［1］。小米营养丰富，是良好的食品营养源，以小米加工的食品也具有较高的营养价值。小米中的碳水化合物含量低于大米、小麦和玉米，淀粉颗粒直径大于0.125μm［2］;小米脂肪中主要有亚油酸、油酸、棕榈酸以及少量的硬脂酸和亚麻酸，其中亚油酸与α-亚麻酸的比例为6.5∶1，符合WHO 推荐标准［(5∶1)～ (10∶1)］［3，4］;小米多酚类物质含量约为0.3%～3%，有很强的抗氧化活性，具有降血糖、降胆固醇及预防溃疡等生理功效［5，6］。随着人民生活水平的提高和生活节奏的加快，营养丰富的谷物方便食品越来越受到人们青睐［7，8］。谷物杂粮挤压膨化后，其蛋白质、淀粉等大分子物质部分降解更有利于吸收。本研究采用design-expert 中心组合试验研究挤压膨化工艺对产品各质量性状的影响，并分析各质量性状间的相关性，对小米挤压膨化产品的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小米，市售;EV25 型双螺杆挤压机，法国克莱斯特罗;RVA-Super 3 粘度仪，Newport;JXFM110 锤式旋风磨，上海嘉定粮油;QT-1 旋涡混合器，上海琪特分析仪器有限公司;3-18K 离心机，SIGMA 公司;XS204 分析天平(0.0001g)，梅特勒-托利;恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器厂;游标卡尺(0.02mm)，哈尔滨量具刃具集团有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 采用design-expert 中心组合试验进行四因素五水平二次回归旋转试验，试验因素水平见表1。

表1 试验因素水平

1.2.2 水分测定 按参考文献［9］进行。

1.2.3 产品性状测定 膨化率、吸水性指数和水溶性指数的测定按参考文献［10］进行;黏度:吸取25mL 蒸馏水，加入3g 左右预处理样品，保证每个测试样品的水分含量为12% (考虑样品水分含量)，搅拌15s 以分散样品。测定过程中，搅拌桨转速保持160 r/min，起始温度50℃，保持2 min，然后在5 min 内升至90℃，并保持3 min，再在5.5 min 内降至50℃，并保持5 min，记录最终粘度，测试总时间20 min。

1.2.4 数据分析 采用Design-Expert 6.0.10 统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 小米挤压膨化工艺试验设计及结果

小米挤压膨化工艺试验设计及结果详见表2。

2.2 各因素对挤压产品膨化率影响状况分析

由图1 可以看出，在其他因素为中间水平时，小米挤压产品的膨化率随着喂料速度的增加呈先增加后降低趋势;当膨化温度在120～160℃时，随着温度的升高而增加;随着螺杆转速的增加呈快速升高趋势;随着物料水分含量的增加呈缓慢下降趋势。

表2 试验设计及结果

(续)

图1 各因素对小米挤压膨化率影响

2.3 各因素对挤压产品水溶性指数影响状况分析

方差分析结果表明，此模型的F 值为18.86，P＜0.000 1，模型显著。因素C (螺杆转速)显著影响挤压产品的水溶性指数，因素D (水分含量)极显著影响挤压产品的水溶性指数。

回归分析得到二次回归方程:水溶性指数=+20.51－0.55*A－0.96*B +1.29*C－3.45*D +0.74*A2－1.02*B2+0.63*C2－0.17*D2－0.47*A*B－0.57*A*C+0.031*A*D+0.90*B*C－0.56*B*D－0.32*C*D 失拟性P 值为0.247 4，不显著，表明回归方程拟合性良好(表3)。

表3 回归模型的方差分析结果

由图2 可以看出，在其他因素为中间水平时，小米挤压产品的水溶性指数随着膨化温度的升高呈先增加后降低趋势，随着喂料速度的增加先缓慢降低然后增加趋势，随着螺杆转速的增加呈直线上升趋势，随着物料水分含量的增加呈缓慢下降趋势。

2.4 各因素对挤压产品吸水性指数影响状况分析

方差分析结果表明，此模型的F 值为6.52，P＜0.001，模型显著。因素B 和(膨化温度)与因素D (水分含量)极显著(P＜0.001)影响挤压产品的吸水性指数，因素C (螺杆转速)显著(P＜0.05)影响挤压产品的吸水性指数。回归分析得到二次回归方程:吸水性指数=+561.63－1.15*A +36.15*B－12.84*C +33.98*D－5.20*A2+2.76*B2+5.07*C2+6.96*D2+5.64*A*B+1.30*A*C－12.46*A*D－0.35*B*C +4.91*B*D－5.55*C*D 失拟性P 值为0.253 7，不显著，表明回归方程拟合性良好。

由图3 可以看出，在其他因素为中间水平时，小米挤压产品的吸水性指数随着膨化温度的升高呈增加趋势，随着喂料速度的增加无明显变化，随着螺杆转速的增加也无明显变化，随着物料水分含量的增加呈增加趋势。

图2 各因素对小米挤压水溶性指数影响

图3 各因素对小米挤压吸水性指数影响

表4 回归模型的方差分析结果

2.5 各因素对挤压产品粘度影响状况分析

由图4 可以看出，在其他因素为中间水平时，小米挤压产品的粘度随着膨化温度的升高呈先降低后升高趋势，随着喂料速度的增加无明显变化，随着螺杆转速的增加呈先降低后缓慢增加趋势，随着物料水分含量的增加呈增加趋势。

2.6 质量性状相关性分析

由表5 可以看出，吸水性指数、水溶性指数、粘度和膨化率之间的相关性显著，因此，在产品开发应用方面需要综合考虑各质量性状之间的关系，根据需要选择工艺参数。

表5 各质量性状间的相关性分析

3 结论

(1)在挤压膨化过程中，物料水分含量和膨化温度显著影响产品的各质量性状，而螺杆转速和喂料速度在一定范围内影响不显著。

(2)小米挤压产品的吸水性指数、水溶性指数、粘度和膨化率之间的相关性显著。

图4 各因素对小米挤压粘度影响

［1］王海滨，夏建新.小米的营养成分及产品研究开发进展［J］.粮食科技与经济，2010，35(4):36-38.

［2］SinghP，et a1.Physico-chemical characteristics of wheat flour and millet flour blends ［J］.Journal of Food Science and Technology，2005，42(4):340-343.

［3］IbrahimaO，et a1.Study of the variability of lipids in some millet cultivars from Tunisia and Mauritania ［J］.Rivista Italiana delle Sostanze Grasse，2004，81(2):112-116.

［4］Fernandez D R，Vandeqa D J，Millson M，et a1.Fatty acid，amino acid and trace mineral composition of Eleusine coracana (pwana)seeds from northern Nigeria ［J］.Plants Foods for Human Nutrition，2003，58(3):258-259.

［5］Hegde P S，Chandra T S.ESR spectroscopic study revealshigher free radical quenching potential in kodo millet (Paspalum scrobiculatum)compared to other millets ［J］.Food Chemistry，2005，92(1):177-182.

［6］Chethan S，Malleshi N G.Finger millet polyphenols:Charaeterization and their nutraceutical potential ［J］.American Journal of Food Technology，2007，2(7):618-629.

［7］卢健鸣，等.小米挤压膨化加工营养方便粥的工艺研究［J］.农业工程学报，2002，18(3):123-126.

［8］张超，张晖，李冀新.小米的营养以及应用研究进展［J］.中国粮油学报，2007，22(1):51-55.

［9］中华人民共和国国家标准粮食、油料检验水分测定法.GB/T 5497-1985［S］

［10］宁更哲，等.燕麦全粉挤压膨化产品质量评价的性状分析［J］.中国农业科学，2010，43(5):1017-1022.