挤压膨化对鹰嘴豆- 玉米黄粉混合物理化性质的影响

范广琦 ，曹家宝 ，王俊彤 ，2， 郑喜群 ，3

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；3.粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心，黑龙江 大庆 163319）

玉米作为我国主要的粮食作物，其营养价值丰富，可利用度极高，因玉米中淀粉含量较高，主要用于淀粉加工行业。玉米湿磨法加工淀粉过程中主要副产物为玉米黄粉，其主要成分为淀粉（33%） 和蛋白质（62%～71%）[1]。玉米黄粉主要用于加工饲料行业，因水溶性、口感及食品功能特性较差并且缺乏适当的加工工艺，导致其在食品中的应用受到局限，然而，在挤出的过程中玉米黄粉中的淀粉糊化充分，挤出的膨化产物结构较为酥脆而且易于消化[2]。对比其他谷物蛋白，其亮氨酸、异亮氨酸的含量更高，具有抗氧化等功能特性，其高密度的疏水性蛋白致使其蛋白质利用率低[3]。然而挤出技术的高剪切力、高温、高压等特点可改变蛋白质的空间结构，以达到增加可溶性蛋白质的含量，同时处理后的还原糖、可溶性纤维素含量也会增加，营养物质的保存率和利用率得到提高，可大幅度提高玉米副产物的食用品质及利用率。

鹰嘴豆，为豆科鹰嘴豆属的草本植物，在国外鹰嘴豆主要种植在一些常年干旱地区，如印度、墨西哥等国，在国内鹰嘴豆主要被种植在西部地区，如新疆、青海、甘肃等地区，鹰嘴豆是一种经济作物，同时营养成分非常丰富，不仅淀粉的含量较高，而且不饱和脂肪酸、矿物质等对人体将康有益的营养成分含量丰富，其纤维素和维生素的含量也非常高，鹰嘴豆还具有强化营养的功效，以及独有的香味可以和其他种类的食品搭配制作成营养丰富的强化食品[4]。鹰嘴豆不仅可以被直接作为食品简单加工后食用，还可以加工成各种产品，然而，鹰嘴豆在普通的加工制作过程中由于其独特的性质需要长时间的高温烹饪，严重降低了鹰嘴豆营养品质，同时也降低了鹰嘴豆的各项感官指标，未对植酸盐、蛋白酶抑制剂等抗营养因子进行有效的消除、多酚化合物未被有效的利用，导致产品的最终品质受到了严重影响。

挤压膨化技术是一种利用温度、压力和剪切力的组合，将原料中的淀粉和蛋白质转化为具有独特理化性质的高膨胀度、低密度的产品，同时挤出技术也被称为是一种高温短时杀菌工艺（HTST）[5]。在国外挤压膨化技术很早就被应用于开发各种休闲食品，以及婴儿断奶食品，近年来挤压膨化技术在国内食品领域的应用也非常广泛，主要涉及休闲食品、营养代餐和杂粮麦片等领域，使用优势包括可以通过灭活胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子，促进玉米-鹰嘴豆混合粉中淀粉的糊化、蛋白质的变性提高消化率。此外，在膨化过程中高温确保了产品的卫生质量，由于加热时间短，挤压过程中食品营养物质的损失被最小化[6-7]。因此，采用挤压膨化技术不但可以解决以上问题，还能提高蛋白质品质，提高消化率，国内外研究主要集中在对鹰嘴豆活性物质的提取，以及一些功能性成分的验证，而对鹰嘴豆直接加工利用的报道却很少。

将鹰嘴豆- 玉米黄粉混合物作为原料，运用挤压膨化技术制备出膨化产物，加工过程简单，原料利用率高的同时极大地提高了混合膨化食品的营养价值，为以玉米黄粉、鹰嘴豆为原料生产高营养价值的膨化食品的开发提供了依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

鹰嘴豆，大庆市禾鑫农产品有限公司提供；玉米黄粉，大庆市宝琦农业科技发展有限公司提供。

1.2 仪器与设备

MB25 型水分分析仪，奥豪斯仪器（常州） 有限公司产品；K-360 型凯氏定氮仪，瑞士步琦有限公司产品；SLG35-A 型双螺杆膨化机，济南大亿膨化机械有限公司产品产品；Perten3100 型旋风磨，波通瑞华科学仪器有限公司产品产品；CP512 型电子天平，奥豪斯仪器（常州） 有限公司产品；DGG-9070A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 样品预处理

将玉米黄粉、鹰嘴豆在55 ℃下恒温干燥12 h 后，分别进行粉碎，将玉米黄粉，鹰嘴豆粉过80 目筛，之后玉米黄粉与鹰嘴豆粉分别按质量比1∶0，9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5 的比例在实验室小型混料装置中混匀。

1.3.2 挤压工艺参数设定

挤压膨化装置开机预热5 min，挤压膨化机的进料量为18～23 kg/h，根据试验需要分别调整螺杆转速为180，230，280 r/min（根据之前预试验挤出物在180～280 r/min 下挤出物品质最佳），通过预试验得到的最佳挤压温度进行参数设置，挤压膨化机器机筒温度内第一温区、第二温区、第三温区、第四温区、第五温区温度分别设置为60，100，130，160，180 ℃，将切割刀的转速调整为400 r/min，挤出物被割机切割成均匀的长条状，长度为4 cm，将其在100 ℃条件下干燥10 min 并保存备用。

1.3.3 块密度（PD）

PD 是用来判断挤出物品质的重要指标之一，可以判断挤出物中气体所占挤出物总体积的大小、气腔壁厚度，以及气腔排列的密集程度[8]。通过计算完整挤出物的体积与其质量得到结果，取4 cm 长的挤出物，用游标卡尺测量其直径d，并称其质量m，PD 的计算公式为：

式中：m——膨化样品质量，g；

d——半径，cm；

L——长度，cm。

1.3.4 吸水性指数（WAI） 和水溶性指数（WSI）

吸水性指数（WAI） 代表挤出物中淀粉在过量水膨胀后的保水能力，以及挤出物中淀粉在水溶液中的完整性[9]。同时，吸水性指数也可以直观反映出机筒内物料性质的改变，水溶性指数（WSI） 可以衡量淀粉大分子降解成为可溶性多糖的程度与淀粉的降解程度[10]。水溶性指数升高产品的营养价值也相应提高，将干燥后的样品磨粉后过80 目筛，取2.5 g粉溶于30 mL 蒸馏水中，并于30 ℃下水浴搅拌30 min，然后将所得物至于离心机中，以转速3 000 r/min 离心10 min，取上层清液至于铝盒内烘干得恒重，计算出上清液中水溶物的总质量后，同时计算出离心后胶体的总质量，WAI 和WSI 的计算公式为[11]：

式中：m1——粉的质量，g；

m2——胶体质量，g；

m3——水溶物质量，g。

2 结果与分析

2.1 块密度（PD）

螺杆转速和鹰嘴豆添加量对块密度（PD） 的影响见图1。

图1 螺杆转速和鹰嘴豆添加量对块密度（PD） 的影响

PD 是指挤出物质量和体积之比，可以反映挤压膨化产物的硬度及膨化度。随着鹰嘴豆添加量的升高，挤出物的PD 曲线总体呈上升趋势，产生这种现象的原因是当鹰嘴豆添加量升高玉米含量降低时，挤压膨化机机筒内混合物中淀粉的含量会随之而减少，当机筒内混合物总淀粉添加量降低时，改变了混合物淀粉基材料中淀粉的支链网络，降低了机筒内熔融态物料的弹性特性，降低了机筒内的剪切力，从而导致挤出物所需SME 的降低，以及挤出物ER的减少和PD 增加[12]，并且随着鹰嘴豆添加量升高的同时蛋白质以及脂肪含量也随之升高，然而过高的脂肪和蛋白质之间的交互作用又会抑制支链淀粉自由膨胀，同时也是ER 下降、PD 上升的原因。

2.2 吸水性指数（WAI）

螺杆转速和鹰嘴豆添加量对吸水性指数（WAI）的影响见图2。

图2 螺杆转速和鹰嘴豆添加量对吸水性指数（WAI） 的影响

WAI 吸水性指数是指挤出物中淀粉在过量水膨胀后的保水性，WAI 可以反映出完整及完全糊化的淀粉分子含量，可以体现出淀粉在水溶液中的完整性[13]。在不同螺杆转速的条件下，随着鹰嘴豆添加量的升高，WAI 总体呈下降的趋势，产生这种现象的原因是由于鹰嘴豆的淀粉含量较少，导致机筒内混合粉的总淀粉含量随着鹰嘴豆添加量的升高而降低。当鹰嘴豆添加量取一固定值时，纵观3 条曲线可以发现，随着挤出机螺杆转速的减小，挤出物的WAI值不断减小，可以说明随着转速的升高，挤出的单位机械消耗能输出增多，机筒内的混合体系中糊化淀粉的含量升高淀粉糊化充分。

2.3 水溶性指数（WSI）

螺杆转速和鹰嘴豆添加量对水溶性指数（WSI）的影响见图3。

图3 螺杆转速和鹰嘴豆添加量对水溶性指数（WSI） 的影响

WSI 可以衡量淀粉大分子降解成为可溶性多糖的程度与淀粉的降解程度，可以用来测定挤出物中的淀粉聚合物可溶性多糖的释放量[13-20]。随着鹰嘴豆添加量的升高，WSI 总体呈上升趋势，对比发现螺杆转速越高WSI 越大，可以用来说明随着螺杆转速的升高淀粉降解的彻底，淀粉降解时所需的单位机械消耗能也会增高，与Suksomboon A 等人[21]的研究中，以大米、玉米和小米为原料的挤出物，饲料湿度、螺杆转速和桶温对WSI 的影响结果相似。随着玉米黄粉含量的减低淀粉含量下降，但机筒内其混合物中的蛋白质、膳食纤维等在高温、高剪切力的作用下分子链会发生部分断裂，分子量变小，导致挤出物中蛋白质的亲水性增加，部分不溶性纤维素变为可溶性纤维素，总体的可溶物升高，最终导致整体WSI 上升。

3 结论

研究结果表明，在挤压工艺条件不变的情况下，鹰嘴豆含量、螺杆转速对挤压膨化样品的理化性质有显著影响。随着鹰嘴豆含量的升高PD 进而呈现出上升的趋势，当鹰嘴豆含量超过20%时，螺杆转速调整为180 r/min 的条件下，膨化样品PD 的增长值明显比其他转速值高。当鹰嘴豆含量增加及螺杆转速降低时，将会导致WAI 下降的趋势明显，WSI 的值随鹰嘴豆含量升高时WSI 的值略微上升，转速越高时WSI 越大。