挤压膨化参数对马铃薯全粉理化性质的影响

章丽琳 张 喻 张涵予

(1. 湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2. 食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128)

挤压膨化参数对马铃薯全粉理化性质的影响

章丽琳1,2张 喻1,2张涵予1,2

(1. 湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2. 食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128)

研究物料含水量、挤压温度、螺杆转速对马铃薯全粉水溶性、碘蓝值、糊化特性等理化性质的影响。结果表明：随物料含水量的增大，马铃薯全粉的水溶性、碘蓝值逐渐减小，吸水性、吸油性逐渐增大，膨胀性先增大后减小，在35%时最大，糊化温度先减小后增大，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、凝胶性逐渐增大，热稳定性在30%时最强；随挤压温度的增大，水溶性、碘蓝值逐渐增大，吸水性、吸油性逐渐减小，膨胀性先增大后减小，在170 ℃最大，糊化温度、热稳定性逐渐增大，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、凝胶性逐渐减小；随螺杆转速的增大，水溶性、碘蓝值逐渐增大，吸水性、吸油性逐渐减小，膨胀性先增大后减小，在360 r/min时最大，糊化温度逐渐减小，峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、凝胶性逐渐增大，热稳定性先减弱后增强，在280 r/min时最弱。

马铃薯全粉；挤压膨化；理化性质

马铃薯全粉是以新鲜马铃薯为原料，经多道工序制成的含水量较低的粉状物料[1]。马铃薯全粉复水后具有新鲜马铃薯特有的香气、风味、口感和营养价值[2]。中国马铃薯种植面积和总产量均居世界第一，但总体加工水平比较落后，深加工的发展潜力巨大[3]。

挤压膨化技术为物料经粉碎、混合后，在挤压腔内受摩擦作用不断向前输送，最终从特定的模具中挤出，得到具有特定形状及质构的产品[4]。挤压膨化过程中，物料发生淀粉糊化、蛋白质变性、膳食纤维降解、脂肪破裂等[5]。挤压膨化技术能够使物料颗粒膨松多孔，淀粉糊化度增大、抗老化性增强等，一些理化性质的变化有利于提高马铃薯全粉的加工性能[6]。传统的生产将马铃薯全粉直接添加至面条、粉丝等的加工中，但受马铃薯全粉理化性质的影响，所生产出的面条、粉丝等品质不优且马铃薯全粉的添加量受到限制。

本试验拟以市售马铃薯全粉为原料，研究挤压膨化过程中物料含水量、挤压温度、螺杆转速对马铃薯全粉理化性质的影响，以期通过挤压膨化处理，改善马铃薯全粉的加工性能，增大其在食品加工中的应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯全粉：甘肃正阳农业科技股份有限公司；

碘：分析纯，广州化学试剂分公司；

碘化钾：分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

菜籽油：食品级，益阳金浩油中王油脂有限公司。

1.2 仪器与设备

快速黏度分析仪：RVA-S/N2112681型，北京波通瑞华科学仪器有限公司；

粉碎机：BJ-500A型，德清熊火照明科技有限公司；

离心机：TD5A型，长沙英泰仪器有限公司；

双螺杆挤压膨化机：GTS75型，湖南富马科食品工程技术有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯全粉挤压膨化处理 在一定喂料速度下，机头模孔直径5 mm，挤压温度为160 ℃，螺杆转速为320 r/min的条件下，调制物料含水量为20%，25%，30%，35%，40%进行挤压膨化；在物料含水量为25%，螺杆转速为320 r/min，调节挤压温度为140，150，160，170，180 ℃进行挤压膨化；在物料含水量为25%，挤压温度为160 ℃，调节螺杆转速为240，280，320，360，400 r/min进行挤压膨化。挤出物在50 ℃ 的条件下烘干，并粉碎过80目筛以测定其理化性质。

1.3.2 水溶性与吸水性测定 称取样品2.00 g(m0)放入已恒重(m1) 的离心管中，加入100 mL蒸馏水，30 ℃水浴条件下搅拌30 min，冷却；充分离心，上清液倒入已恒重(m2)的锅盒中，105 ℃条件下烘干至恒重(m3)；称取离心管及沉淀物总质量(m4)，按式(1)、(2)计算水溶性及吸水性[7]。

(1)

(2)

式中：

S——水溶性，g/g；

J水——吸水性，%；

m0——样品重量，g；

m1——恒重后离心管质量，g；

m2——恒重后铝盒质量，g；

m3——恒重后铝盒与上清液总质量，g；

m4——离心管与沉淀物总质量，g。

1.3.3 膨胀性测定 称取样品2.00 g(m0) 置于刻度试管中，读取体积V1，用移液管吸取 50 mL蒸馏水加入试管中。30 ℃水浴条件下搅拌30 min后室温放置24 h，读取样品体积V2[8]。膨胀性按式(3)计算：

(3)

式中：

P——膨胀性，mL/g；

V1——样品体积，mL；

V2——吸水膨胀后样品体积，mL；

m0——样品重量，g。

1.3.4 吸油性测定 称取5.00 g样品于烧杯中，加入30 mL菜籽色拉油，在100 ℃的水浴中加热20 min，冷却静置至室温，移入离心管中，3 000 r/min离心25 min，量取上清液V(mL)体积[9]。吸油量按式(4)计算：

(4)

式中：

J油——吸油量，mL/g；

V——样品体积，mL。

1.3.5 碘蓝值测定 取50 mL容量瓶，65.5 ℃水浴并用蒸馏水定容；称样品0.25 g于烧杯中，倒入预热并定容的50 mL 蒸馏水中，65.5 ℃水浴加热搅拌5 min，静置1 min后过滤；滤液保持于65.5 ℃，吸取1 mL于50 mL显色管，加1 mL 0.02 mol/L碘标准溶液，蒸馏水定容至刻度；同时取1 mL 0.02 mol/L碘标准溶液于另一容量瓶，蒸馏水定容至50 mL作空白对照；以对照组调零，测定样品在波长650 nm下吸光度E[10]。碘蓝值按式(5)计算：

D=E×54.2+5，

(5)

式中：

D——碘蓝值；

E——样品在波长650 nm下的吸光度。

1.3.6 糊化特性测定 称取3.00 g样品放入专用铝筒中，加入25 mL蒸馏水，放入仪器进行测定。采用升温/降温循环程序，50 ℃保持1 min，4 min内加热至95 ℃并保持5.5 min，4 min内冷却至50 ℃并保持4 min，旋转浆在起始10 s内旋转速度为960 r/min，后保持160 r/min至结束[11]。

2 结果与分析

2.1 物料含水量对挤出物水溶性、吸水性、膨胀性、吸油性的影响

由表1可知，随物料含水量的增大，马铃薯全粉的水溶性逐渐减小，吸水性逐渐增大，原因可能是物料含水量的增大使物料的流动性增大，降低了剪切力，物料的降解程度降低，从而吸水性逐渐增大、水溶性减小。膨胀性先增大后减小，在物料含水量为35%时最大，原因可能是适当水分能够使物料发生玻璃化转变，易于膨胀，但水分过高时，物料表观黏度降低，在机筒内所受剪切力降低，在机头处的压力显著降低，导致膨胀性较低[12]。吸油性逐渐增大，吸油性大小与物料中蛋白质的结构相关[13]，原因可能是随水分增加，蛋白质的降解减弱。

表1 物料含水量对挤出物水溶性、吸水性、膨胀性、吸油性的影响†

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2 物料含水量对挤出物碘蓝值的影响

由图1可知，随物料含水量的增大，马铃薯全粉碘蓝值逐渐减小，原因可能是随物料含水量的增大，马铃薯全粉在挤压膨化过程中所受到的剪切力减小，其中淀粉所受到的破坏程度减小。

2.3 物料含水量对挤出物糊化特性的影响

物料含水量对马铃薯全粉糊化特性的影响见表2，其中当物料含水量为40%时，挤出物糊化温度高于95 ℃，糊化特性无法测定。

由表2可知，随物料含水量的增大，马铃薯全粉糊化温度先减小后增大，原因可能是适当的水分会使物料内部的有序分子发生氢键断裂而分散成无序状态，原来的晶体结构被破坏，淀粉易发生糊化[14]；峰值、谷值、最终黏度逐渐增大；衰减值在水分添加量为30%时最小，衰减值大小反映淀粉热糊的稳定性[15]，说明水分为30%时，马铃薯全粉的热稳定性最强；回生值逐渐增大，回生值越大，说明淀粉的凝胶性越强[16]，物料含水量的增大能够提高马铃薯全粉的凝胶性。

不同字母表示差异显著(P<0.05)

2.4 挤压温度对挤出物水溶性、吸水性、膨胀性、吸油性的影响

由表3可知，随着挤压温度的增大，马铃薯全粉的水溶性逐渐增大，且整体差异性显著，原因可能是随着温度的升高，大分子物质降解增加，水溶性成分增多[17]；吸水性逐渐减小，差异性显著，原因可能是温度升高促进了淀粉的熔融和糊精化[18]；膨胀性先增大后减小，整体差异性显著，这是由于挤压温度增大，机腔内压力增大，物料在被挤出时所受到的内外压差增大，膨胀性就越大，但挤压温度过高时，物料黏度下降，所受到的剪切作用减弱，膨胀性降低[19]；吸油性逐渐减小，原因可能是膨化温度的升高增大了蛋白质变性与降解。

2.5 挤压温度对挤出物碘蓝值的影响

由图2可知，随挤压温度的增大，马铃薯全粉的碘蓝值逐渐增大，差异性显著。说明挤压温度对马铃薯全粉碘蓝值影响显著，原因可能是温度的升高致使淀粉受破坏程度增大。

2.6 挤压温度对挤出物糊化特性的影响

挤压温度对马铃薯全粉糊化特性的影响见表4，其中当挤压温度为170，180 ℃时，挤出物糊化温度高于95 ℃，糊化特性无法测定。

不同字母表示差异显著(P<0.05)

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

表3 挤压温度对挤出物水溶性、吸水性、膨胀性、吸油性的影响†

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

表4 挤压温度对挤出物糊化特性影响†

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

由表4可知，随着挤压温度的增大，马铃薯全粉糊化温度逐渐增大，且差异性显著，原因可能是挤压温度过高，物料在机筒内焦糊并结成硬块[20]；峰值、谷值、最终黏度逐渐减小，峰值黏度、谷值黏度差异性显著，可能是温度升高使得大分子物质发生降解，物料吸水溶胀能力降低，黏度下降；衰减值、回生值逐渐减小，且差异性显著，说明挤压温度的增大提高了全粉的热稳定性，降低其凝胶性。

2.7 螺杆转速对挤出物水溶性、吸水性、膨胀性、吸油性的影响

由表5可知，随螺杆转速的增大，马铃薯全粉的水溶性逐渐增大；吸水性逐渐减小，差异性显著，原因可能是随螺杆转速的增大，剪切作用增强，纤维素、淀粉等大分子降解程度增大[21]；膨胀性先增大后减小，在360 r/min时最大，这是由于转速直接影响机腔内剪切力和压力，随着转速的增大，产生的剪切力增大，在机头处产生的压力增大，物料在机头处被挤出时所受到的内外压差增大，膨胀性增大，但转速过高，物料在机腔内滞留时间缩短，大分子物质未完全降解就被挤出，膨胀性降低[22]；吸油性逐渐减小，原因可能是转速增大增加了大分子物质的降解。

2.8 螺杆转速对挤出物碘蓝值的影响

由图3可知，随螺杆转速的增大，马铃薯全粉的碘蓝值逐渐增大，说明转速越大，淀粉受破坏的程度越大。

不同字母表示差异显著(P<0.05)

2.9 螺杆转速对挤出物糊化特性的影响

由表6可知，随螺杆转速的增大，马铃薯全粉糊化温度逐渐减小，差异性不显著，当螺杆转速为360，400 r/min时，马铃薯全粉糊化温度高于95 ℃，糊化特性无法测定，原因可能是在转速为240～320 r/min时，转速的增大使淀粉分子受到的剪切作用增强，水分易于渗透，淀粉更易糊化，而螺杆转速过高，物料在机腔内滞留时间较短，混合不均匀，较难糊化；峰值、谷值、最终黏度逐渐增大；衰减值先增大后减小，说明较低的螺杆转速下，马铃薯全粉的热稳定性较强；回生值逐渐增大，说明螺杆转速的增大提高马铃薯全粉的凝胶性。

表5 螺杆转速对挤出物水溶性、吸水性、膨胀性、吸油性的影响†

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

表6 螺杆转速对挤出物糊化特性的影响†

† 同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

3 结论

研究表明，马铃薯全粉的理化性质随挤压膨化参数的变化会发生显著变化，挤压膨化处理能够改善马铃薯全粉的一些理化性质，可通过相应的挤压膨化处理得到具有相应理化性质的全粉，应用于马铃薯产品的加工中。挤压膨化过程中，物料含水量的增大能够降低马铃薯全粉的水溶性、碘蓝值，提高其吸水性、吸油性，而挤压温度和螺杆转速的作用相反。随物料含水量、挤压温度、螺杆转速的增大，膨胀性先增大后减小，说明加工过程中应控制适宜的挤压条件以得到膨胀性较好的马铃薯产品。

适当的物料含水量、螺杆转速能够降低全粉的糊化温度；物料含水量、挤压温度、螺杆转速的增大能够提高全粉的糊化黏度；物料含水量为30%时，全粉的热稳定性较好，挤压温度的增大能够提高全粉的热稳定性；物料含水量、螺杆转速的增大能够提高全粉的凝胶性，而挤压温度的作用相反。

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Effects of different extrusion conditions on physicochemical properties of potato powder

ZHANG Li-lin1,2ZHANGYu1,2ZHANGHan-yu1,2

(1.FoodScienceandTechnologyCollege,HunanAgriculturalUniversity,Changsha,Hunan410128,China; 2.KeyLaboratoryforFoodScienceandBiotechnologyofHunanProvince,Changsha,Hunan410128,China)

Several physicochemical properties of potato powder were studied, including the material moisture, extrusion temperature and screw speed's influence. The results indicated that with the increase of material moisture, the water-solubility, iodine blue value of potato powder decreasing, water-absorption, oil-absorption increasing, expansibility increased firstly and then decreased, which was the largest in moisture of 35%, while the gelatinization temperature decreased firstly then increased, and the peak, valley, final viscosity, gelatin increasing gradually. Thermal stability was the strongest in the moisture of 30%. With the increasing of extrusion temperature, the water-solubility, iodine blue value increased gradually, water-absorption, oil-absorption decreasing, and the expansibility increased firstly then decreased, which was the largest in 170 ℃. Gelatinization temperature increased gradually, and the peak, valley, final viscosity, thermal stability and gelatin decreasing gradually. With the increasing of screw speed, the water-solubility, iodine blue value increased, but the water-absorption and oil-absorption decreased. Expansibility increasing firstly then decreasing, which was the largest at the speed of 360 r/min. Gelatinization temperature decreased gradually, but the peak, valley and final viscosity and gelatin increased, while, the thermal stability decreased firstly than increased, which was the lowest at the speed of 280 r/min.

potato powder; extrusion; physicochemical properties

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.12.009

湖南省研究生创新项目(编号：CX2016B302)

章丽琳，女，湖南农业大学在读硕士研究生。

张喻(1972—)，女，湖南农业大学教授，博士。 E-mail：skxzhangyu@163.com

2016—10—26