香芋猪肉膨化食品的双螺杆挤压工艺研究

商飞飞，韦选关，黄婷，谢婷婷，程伟，谭辉，唐碧莲，谢玉花，段振华

(贺州学院 食品科学与工程技术研究院，广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地，广西 贺州，542899)

香芋是天南星科茎块类多年生作物，是南方地区重要的水生蔬菜和能量供给作物[1]。香芋含有较多的粗蛋白、淀粉、聚糖(黏液质)、粗纤维等营养成分，色、香、味俱佳，曾被誉为“蔬菜之王”[2-4]。由于蒸煮后香芋的香韵很难和其他调味物质相协调，因此香芋加工产品种类较少，但是香芋香味能和猪肉香味融为一体。

双螺杆挤压膨化技术研究时间较长、技术比较成熟，开发的产品中也较多，但是结合肉类制作膨化食品的研究就相对较少，仅有王文贤等[5-6]、刘学文等[7]、杜庆飞等[8]、 CHA等[9]、GUJRAL等[10]等分别以鸡肉-大米、鸡肉-淀粉、猪肉-玉米粉为原料，通过对双螺杆挤压工艺参数进行了优化，研制了几例膨化食品，但是以香芋为原料开发膨化食品还没有尚未见报道[11]。本文利用香芋能够和猪肉相协调的特性，针对目前香芋系列加工产品种类较少的现状，利用双螺杆膨化技术开发一款咸味型香芋猪肉膨化食品，丰富香芋产品种类，同时也为双螺杆技术的进一步用于提供了技术支持。

1 材料与方法

1.1 原料

猪肉：用纯瘦肉，绞碎，烘至半干，待用；

香芋粉：为香芋全粉，是将香芋经削皮、切片、热风干燥、粉碎制得，由贺州学院食品研究院提供；

大米粉、食盐、白糖、花椒粉、八角粉、胡椒粉：贺州泰兴购物超市采购。

1.2 仪器设备

DS32-1双螺杆挤压机，济南赛信机械有限公司；紫外可见分光光度计(型号UV1901PC)，上海奥析科学仪器有限公司；物性测定仪(型号TA.XTPLUS)，英国Stable micro；水分测定仪(型号MB23)，奥豪斯仪器有限公司。

1.3 工艺流程及要点

1.3.1 工艺流程

处理的原料肉、香芋粉、大米粉、配料→混合→调节水分→挤压成型→成品→包装。

1.3.2 原料肉处理

新鲜瘦猪肉→清水洗净→去血1 h→冷冻保藏→取出并切成颗粒状→组织捣碎机捣成泥状。

1.3.3 香芋烘干及制粉

香芋挑选→清水洗净→去皮→切片(2～2.5 mm) →烘干→制粉。

烘干条件：于60 ℃烘干5 h。

制粉：于组织粉碎机粉碎至一定细度(98%过80目)。

1.3.4 混合、调节水分

将捣碎后的瘦猪肉糊按比例与香芋粉、大米粉、配料混合均匀(其中：猪肉与大米粉、香芋粉质量比为1∶3∶6； 盐、糖、花椒粉、八角粉、胡椒粉质量比为3∶2∶0.2∶0.2∶0.1)； 用快速水分测定仪测定含水量、通过补充水分调节至挤压所需的湿度要求。

1.3.5 挤压成型单因素试验

挤压是整个流程的关键，直接影响到产品的成型和口感。固定物料组成比例并将进料速率设定为8～10 Hz， 选取机筒温度(110、130、150、170、190 ℃)、螺杆转速(30、35、40、45、50 Hz)和物料湿度(12%、15%、18%、21%、24%)进行单因素试验，研究单个因素的变化对挤压膨化效果的影响。

1.3.6 正交实验

通过单因素试验确定机筒温度、物料湿度、螺杆转速，制因素水平表(表1)。选用L9(33)正交表，以糊化度、断裂力、水分含量、膨化度、感官评价为指标进行正交试验，根据正交试验结果选出最佳的挤压条件，确定优方案。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal test

1.4 试验方法

1.4.1 糊化度的测定

糊化是指未经糊化的淀粉分子由β型结构，通过蒸煮或挤压转化为α型结构的过程。是衡量食品是否熟化的因素，糊化度高说明淀粉的熟化越好，适当地增加物料水分含量和机筒温度可提高糊化度。测定方法有双折射法、膨胀法、酶水解法、紫外吸光光度计法等。本实验采用紫外吸光光度法测定糊化度[12]。

1.4.2 断裂力的测定

用物性测定仪快速测定断裂力。测试条件：探头P/26，测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度10 mm/s，触发值5 g。

1.4.3 水分含量的测定

用水分测定仪测定。

1.4.4 膨化度的测定

膨化度按式(1)计算。

(1)

1.4.5 感官评价

通过对其形态特征、色泽、组织结构、口感、气味进行有效合理的评价。

1.6 数据分析

试验重复3次，数据分析采用DPS数据处理系统。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 机筒温度对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响

称取5份湿度为18%的物料，设置螺杆转速为150 ℃，在不同机筒温度条件下进行挤压膨化，结果见表2。

表2 机筒温度对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响Table 2 Effects of cooking temperature on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

注：同行肩标字母相异者表示两者差异显著(P<0.05)，肩标字母相同者表示两者差异不显著(P>0.05),下表同。

机筒充足的热量是保证淀粉糊化的必要条件，当机筒温度较低时，机筒提供的热量就减少，导致糊化度较低；当温度过高时会产生美拉德反应，导致淀粉焦炭化，造成糊化度降低。本研究结果表明，随着温度的增加，物料吸收到的热量增加，糊化度也随之不断增加，当温度达到150 ℃时达到最大；另外，膨化度达到12.35倍，较190 ℃时的12.37倍差异不显著；断裂力也处于较低水平。综合比较，最佳的膨化机筒温度为150 ℃。

2.1.2 螺杆转速对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响

称取5份湿度为18%的物料，设置机筒温度为150 ℃，在按不同螺杆转速进行挤压膨化，结果见表3。

转速在35～45 Hz时，物料在强烈的挤压作用下淀粉糊化状态是比较理想的，此时的酥脆性好，断裂力小。当螺杆转速超过50 Hz时，物料在机筒内停留的时间减小，物料未能充分混合，受热时间短，挤出物还伴有少许生淀粉，糊化得不够彻底，导致糊化度偏低，糊化度未达到80%～90%。

表3 螺杆转速对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响Table 3 Effects of screw speed on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

2.1.3 物料湿度对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响

设置机筒温度为150 ℃，螺杆转速40 Hz，将物料配制成不同湿度，分别进行挤压膨化试验，结果见表4。

表4 物料湿度对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响Table 4 Effects of material humidity on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

物料湿度提供了淀粉糊化所需要的水分含量，能够促进淀粉糊化。由表4可知，物料湿度对糊化度的影响显著，一般随着物料湿度的增加，糊化度升高，但当物料湿度超过一定值时，物料湿度太高，其剪切力、摩擦作用力会减弱，导致糊化度降低，本研究中物料湿度为18%，糊化度最高，为85.98%，膨化度也最大为12.35倍，断裂力和水分在实验中位于中间水平；当物料湿度达到24%时，挤出呈流体状，产气泡但迅速干瘪，挤压不成形，膨化度低仅有1.00倍。

2.2 正交试验

表5 正交实验结果Table 5 Orthogonal experimental results

由表5可知，各因素对断裂力的影响为B>C>A；对膨化度的影响为B>A>C；对挤压物的水分含量的影响为B>C>A；对糊化度的影响为A>C>B。断裂力和水分含量优化组合相同，这2个指标和其他指标的优化组合是不同的，但是通过综合平衡法可以得到综合的优化组合。平衡过程如下：(1)因素A：对于断裂力A2好，对于膨化度A2好，对于水分含量A3好，对于糊化度A2好，而水分含量A3处于末位的次要因素，其他优化组合A因素均为A2，所以选A2；(2)因素B：对于断裂力B1好，对于膨化度B3好，对于水分含量B3好，对于糊化度B1好，且糊化度和水分含量B3均为主要因素，虽然对于断裂力B1同样为主要因素，但糊化度B1为末位的次要因素，根据综合平衡法，选B3；(3)因素C：对于断裂力C1好，对于膨化度C1好，对于水分含量C3好，对于糊化度C2好，根据平衡法，断裂力和膨化度C1均在优化组合，所以选C1。

综合上述分析及感官评价，优化组合为A2B3C1，即机筒温度为150 ℃，螺杆转速为45 Hz，物料湿度为15%。

2.3 验证试验

按最佳工艺条件机筒温度为150 ℃，螺杆转速为45 Hz，物料湿度为15%进行试验，测得断裂力为20.71 N， 膨化度为14.43，水分含量为8.21%，糊化度为86.95%。水分含量低于正交表中最小值1%，达到了较安全的范围，糊化度、膨化度均比正交表的最大值分别高出0.26%、0.95%，断裂力也正交表的最小值少0.87 N，证明上述结论是可靠的。

3 结论

本文以香芋、猪肉、大米粉为原料，探索了双螺杆挤压膨化的工艺参数，并进行优化，结果表明，机筒温度为150 ℃，螺杆转速为45 Hz，物料湿度为15%，该产品膨化效果最佳。