挤压膨化糙米制备复合粉粥工艺及其性质研究

肖宇琨，陈野

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

挤压膨化糙米制备复合粉粥工艺及其性质研究

肖宇琨，陈野*

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

以糙米粉为主要原料，加入一定量的黄豆粉和苦荞麦粉，利用双螺杆挤压膨化机制作营养速食复合粉粥，研究挤压参数对粥物化性质和感官的影响。糙米中维生素、膳食纤维与矿物质含量丰富，通过加入黄豆、苦荞麦补充更多的优质蛋白、生物类黄酮等多种营养素，使混合粉粥营养更加全面。结果发现：当物料含水量在18%，挤压机三区挤压温度为95℃，螺杆转速为150 r/min时，产品各项综合指标达到最优，得到的产品口感醇厚，粥体爽滑，颜色呈均匀浅黄色并有特殊糙米香味。

糙米；苦荞麦；黄豆；挤压膨化

糙米是稻谷直接脱去外保护皮层得到的带有褐色表皮的稻米，糙米中维生素、膳食纤维与矿物质含量更加丰富[1-2]。现代营养学研究发现，糙米中保留了大量膳食纤维，可有效预防便秘和肠癌[3]。通过动物试验或临床试验证明糙米具有降血脂，降血压，抗癌，预防及辅助治疗糖尿病及其并发症，降低心血管疾病的发生率，改善记忆及预防老年痴呆症等药理疗效[4-5]。黄豆含人体必需的8种氨基酸，多种维生素及多种微量元素，可降低血中胆固醇，预防高血压、冠心病等，内含亚油酸，能促进儿童神经发育[6]。苦荞麦中含有生物类黄酮、多种维生素、18种氨基酸、粗蛋白、叶绿素及其硒、锌、镁、铬、钙等矿物质及微量元素，能抗氧化，清除体内自由基，延缓衰老，预防和治疗肿瘤、癌症，具有减肥美容、排毒养颜等功效。

随着现代社会生活节奏的不断加快，人们迫切希望减轻家务劳动，于是方便食品应运而生，方便粥是方便食品的一种。一般的做粥方法有熬煮法、烘烤法、炒制法、微波法和挤压膨化法。挤压膨化是使物料在机筒内受到高温和挤压作用而发生物理和化学变化生产产品的方法，比传统的加工方法更加安全和稳定[7]。它是一种高温瞬时处理技术，可以将多种食材转化为半成品或即食的成品[8]。如谷物早餐、意大利面等。食品原料挤压过程中受到高温作用也能通过消除或者减弱抗性因子的含量来提高消化性。本研究通过挤压混合谷物粉，再将得到的产品进行粉碎调配成复合粉粥。研究挤压工艺参数对挤压谷物混合粉的理化性质的影响；研究挤压前后营养成分的变化，以及感官品质。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

糙米粉、苦荞麦粉、黄豆粉：上海今良食品专营店。

SYSLG32-Ⅱ型双螺杆挤压机：济南赛百诺科技开发有限公司；FW80型高速万能粉碎机：泰斯特仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

复合糙米粉粥制作工艺流程：

物料混合（糙米粉、苦荞麦粉、黄豆粉=7∶1∶2，质量比）→调节水分→调节挤压机参数→挤压膨化→冷却干燥→挤压膨化产品特性测定→粉碎机粉碎制粉→感官评价→粉粥产品特性测定

物料混合比例的确定：经前期试验，黄豆粉添加量过多时，挤出物无法膨化，过少时挤出物容易焦糊，苦荞麦粉的添加对产品的风味、色泽有较大的影响，为了不影响产品的风味、色泽以及挤出形态，在大量的试验基础上确定了此物料混合比例。

1.2.2 正交试验设计

在单因素试验的基础上（最佳挤压温度105℃，物料含水量15%，螺杆转速175 r/min），选出较优工艺参数范围，选取三区挤压温度（A），物料含水量（B），螺杆转速（C）作为3个试验因素，进行三因素三水平的正交试验，正交试验因素水平表见表1。

表1 谷物混合粉挤压膨化正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test level of the mixed grain powder expanded product

1.2.3 吸水性指数

吸水性指数的测定根据Kaur和Singh的方法。将20 g样品混合在蒸馏水中30 min，然后在4 500 r/min下离心15 min，将上清液在超过130℃的温度下干燥2 h，重复测量，吸水指数计算为：

1.2.4 水溶性指数

将测定吸水指数时的上清液倒入预先称量的蒸发皿中干燥至恒重，水溶性指数计算为：

1.2.5 感官评价评分

本试验的感官评价20名（男女各半）参加过食品感官培训课程的具有食品专业学位的评价员对产品进行感官评价。准备挤压混合粉与水质量比为1∶4的产品，在100℃下加热5 min，大约40 g新鲜粥样品放在透明的塑料杯中，在感官评价之前保持在室温下。感官评价表参考DB34/T 1113-2009《方便粥》地方标准等，基于感官评价体系的具体内容[9]以及人们对粉粥的感受要求制定，具体标准见表2。

表2 谷物混合粉挤压膨化产品感官评价指标及评分标准Table 2 Sensory evaluation index and grading standard of the mixed grain powder expanded product

1.2.6 扫描电镜观察产品微观结构

将最优挤压条件下的样品粉碎后，粘在铜板上，并使用喷金仪对样品表面进行喷金处理，喷金两次，每次60 s，然后将其置于扫描电镜下观察挤压膨化产品的微观结构。

1.2.7 产品热特性分析

将最优挤压条件下的样品粉碎，准确称取粉碎后的样品2 mg左右，置于密封坩埚中，使用DCS-60A岛津自动差示量热扫描仪对其进行热特性分析。分析时升温速率为10℃/min，升温范围为25℃～300℃，对其热特性曲线进行观察与分析[10]。

1.2.8 挤压之后物料组分的变化

挤压膨化的加工使得谷物混合粉中发生了复杂的物理化学变化，对其中主要的宏量营养素的含量变化进行测定。

2 结果与讨论

2.1 挤压对产品物理性质的影响

正交试验中挤压对产品吸水指数和水溶性指数的影响评价得分见表3。

表3 正交试验中挤压对产品吸水指数和水溶性指数的影响评价得分Table 3 Effect of extrusion processing on the expansion ratio，water absorption index and water solubility index of mixed grain powder

由表3可知，在挤压温度为105℃，物料含水量为18%，螺杆转速为150 r/min时，挤压产品的膨胀度达到最大值11.4；最大吸水性指数5.38和最高水溶性指数20.19均出现在在挤压温度为95℃，物料含水量为15%，螺杆转速为175 r/min的条件下。

水溶性指数是一个表示淀粉颗粒降解总数的参数，也就是糊化，以及淀粉的增溶。由表3可以看出：螺杆转速的提高明显增加了挤出物的水溶性指数。螺杆转速为175 r/min和200 r/min时的平均水溶性指数分别为15.72和13.61。在高螺杆转速下水溶性指数的增加可能是由于在挤压过程中，原料充分的展开增加了淀粉或纤维的降解[11-12]。

以感官评价的结果作为主要评价指标，对其结果进行方差分析，结果如表4。

表4 谷物混合粉挤压膨化正交试验结果Table 4 Results of the mixed grain powder expanded product Orthogonal experiment

续表4 谷物混合粉挤压膨化正交试验结果Continue table 4 Results of the mixed grain powder expanded product Orthogonal experiment

对试验结果进行F检验，分析结果见表5。

表5 正交试验方差分析表Table 5 Variance analysis of orthogonal experiment

可知：挤压温度、物料含水量、螺杆转速这3个因素的极差值都大于空列，因此这3个因素的效应是存在的，且对挤压膨化产品的影响主次顺序为：挤压温度＞螺杆转速＞物料含水量。A因素以A1水平为最适；B因素以B3水平为最适；C因素以C1水平为最适。因此本试验的最适参数为A1B3C1，即挤压温度为95℃，物料含水量为18%，螺杆转速为150 r/min。挤压温度对产品有显著影响，其它因素影响不显著。

经过综合考虑，结合实际生产试验，得到最佳生产工艺条件为挤压温度95℃，物料含水量18%，螺杆转速150 r/min。对结果进行验证感官评价，最终得分为7.63分，所得评分最高。

2.2 扫描电镜观察产品的微观特性

谷物混合粉挤压膨化前后的微观结构对比图见图1。

图1 挤压前后扫描电镜微观结构图Fig.1 SEM micrographs of the mixed grain powder and extrusion products

分析扫描电镜图可以发现，未经挤压的谷物混合粉，其颗粒表面较粗糙且无孔洞；而经过挤压膨化然后粉碎的产品淀粉颗粒膨胀得多，呈片状结构，表面较光滑，棱角分明，破损程度有所增加。这可能是由于：挤压机内，加热和挤压几乎在同一时间完成，使得物料中的淀粉颗粒被破坏，在高温高压下降解使淀粉分子间的氢键断裂而发生糊化，淀粉颗粒表面破损程度也随之增加。

2.3 产品热特性

热特性曲线分析见图2。

图2 混合谷物粉挤压前后的热特性曲线图Fig.2 DSC curves of the mixed grain powder and extrusion products

由图2可知，经挤压膨化并粉碎后得到的产品，其变性起始温度、峰值温度以及凝胶化终止温度较未膨化的谷物粉都有所降低。DSC吸收峰的大小表示样品由玻璃态转变为高弹状态时的吸收焓值，挤压得到的产品吸收焓值相比于未挤压的混合谷物粉要小很多，这可能是由于经过挤压机的挤压膨化作用，物料中的淀粉颗粒膨胀变性，淀粉的糊化使链段从有序变为无序状态，因而在转变过程中所需的热量减少。

2.4 产品的营养组分

挤压前后产品中主要营养成分的变化见表6。

表6 挤压前后产品中主要营养成分的变化Table 6 Changes of the main nutrients in the produet before and after extrusion

通过对比可以发现：经过挤压膨化处理后的产品，粗蛋白的含量基本没有变化，水分含量、粗脂肪含量有所减少；同时总糖含量与粗纤维的含量有一定的增加。产品的水溶性指数与吸水指数与之前相比也有了增加，这证明淀粉颗粒降解总数增多，糊化度增高。

3 结论

挤压混合谷物粉的最佳工艺条件是：挤压机三区的挤压温度为95℃；物料含水量为18%；螺杆转速为150 r/min，在此条件下产品得到最高的感官评分7.63。挤压后的产品与未经挤压的产品相比，其脂肪含量有所下降，粗蛋白、粗纤维、总糖的含量有一定的增加，感官品质与传统的烘焙熟制方法相比，也有提高。本研究表明：可以通过挤压，将谷物混合粉膨化后粉碎制成挤压膨化复合粉粥，得到更加方便健康，营养均衡的产品，具有广阔的开发前景，本研究也为同类不同组成的谷物混合粉的生产研究提供了基础数据。

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Researches on Production and Properties of Brown Rice Porridge by Extrusion

XIAO Yu-kun，CHEN Ye*
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

A co-rotating twin-screw extruderwas used to extrude the mixture of brown rice mixed soybean and fagopyrum tartaricum.As well as the effect of extrusion conditions on physical，chemical and sensory characteristics was studied.Brown rice is rich in vitamins，dietary fiber and minerals，and the mixed raw materials was nutritionally complete by adding soybean and fagopyrum tartaricum.The results suggested that moisture content 18%，barrel temperatures（BT-3）95℃，and screw speeds 150 r/min were optimal condition，the product taste mellow and smooth，color rendering uniform light yellow，and has the special flavor.

brown rice；fagopyrum tartaricum；soybean；extrusion

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.024

2016-09-05

肖宇琨（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏工程。

*通信作者：陈野（1968—），男（汉），教授，博士，研究方向：农副产品加工。