安紅周 范運(yùn)乾 豆洪啟 楊波濤 張瑞莉 李盤欣

直接擠出制備米粉(線)工藝的優(yōu)化

安紅周1范運(yùn)乾2豆洪啟2楊波濤2張瑞莉2李盤欣3

(河南工業(yè)大學(xué)國(guó)家糧食局糧油食品工程技術(shù)研究中心1，鄭州 450001)
(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院2，鄭州 450052)
(河南省南街村(集團(tuán))有限公司3，臨穎 462600)

為了獲得直接擠壓制備米粉(線)的最適工藝參數(shù)，采用響應(yīng)面(RSM)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，對(duì)擠壓機(jī)擠壓制作米粉的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。研究原料含水量、機(jī)筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)米粉糊化度的影響。結(jié)果表明:3個(gè)因素對(duì)糊化度影響大小依次為機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度＞螺桿轉(zhuǎn)速＞原料含水量。通過響應(yīng)面分析得出擠壓米粉最佳工藝:原料含水量35．1%，Ⅲ區(qū)溫度102℃，螺桿轉(zhuǎn)速117 r/min。在此條件下，米粉糊化度為92．1。與3種市售產(chǎn)品對(duì)比，自制米粉在硬度、糊化度、咀嚼性和感官品質(zhì)方面達(dá)到了市售產(chǎn)品平均水平。

米粉 擠壓機(jī) 響應(yīng)面法 工藝優(yōu)化

米粉起源于中國(guó)，距今有2 000多年歷史，流行于中國(guó)南方和東南亞一帶［1］。米粉以大米為原料，根據(jù)成型工藝分為切粉(切條成型)和榨粉(擠壓成型)2種。目前對(duì)米粉的研究主要集中在原料選擇和預(yù)處理［2－6］、添加劑［7－8］、保鮮保濕［9－10］、干燥［11－12］等方面，近年也有關(guān)于原料發(fā)酵對(duì)品質(zhì)影響的研究［13－16］，國(guó)內(nèi)目前有關(guān)于單螺桿二次擠壓制作波紋米粉出絲板孔徑選擇［17］和單螺桿擠壓一次成型工藝［18］的研究，但在雙螺桿擠壓機(jī)半干法擠壓直接成型制備米粉工藝優(yōu)化方面的研究鮮見報(bào)道。

雙螺桿擠壓機(jī)具有高效和自潔能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)［19－20］。擠壓機(jī)半干法制備米粉，通過對(duì)機(jī)筒內(nèi)大米粉高溫高壓混合攪拌作用使淀粉充分糊化，在螺桿輸送作用下糊化的流體狀米粉糊從模孔擠出后冷卻成米粉條［21］。本試驗(yàn)使用干磨粉碎大米，在加入擠壓機(jī)前調(diào)節(jié)原料含水量，最大程度簡(jiǎn)化工藝流程和節(jié)水。

米粉柔韌性和彈性與淀粉形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)［1］，充分使米淀粉糊化有利于形成較好的凝膠網(wǎng)絡(luò)。本試驗(yàn)研究擠壓機(jī)操作參數(shù)對(duì)米粉糊化度的影響，通過響應(yīng)面優(yōu)化操作參數(shù)得到擠壓生產(chǎn)米粉的最佳工藝，并與市售產(chǎn)品做品質(zhì)對(duì)比分析。

1 材料與方法

1．1 原料與試劑

國(guó)泰長(zhǎng)粒香米(直鏈淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)21．93%):桐城市長(zhǎng)江米業(yè)有限公司;糖化酶:北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司;其他試劑均為分析純。

1．2 主要儀器

DS32Ⅱ雙螺桿擠壓機(jī):濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司、SMY－2000測(cè)色色差計(jì):北京盛名揚(yáng)科技開發(fā)有限責(zé)任公司;TA－XT2i物性測(cè)定儀:英國(guó)Stable Micro System公司。

DS32Ⅱ雙螺桿擠壓機(jī)參數(shù):螺桿直徑32 mm，長(zhǎng)徑比18．75∶1，螺桿轉(zhuǎn)速0～300 r/min，機(jī)筒溫度為室溫至300℃，可使用循環(huán)水連續(xù)調(diào)節(jié)溫度。

1．3 米粉擠壓工藝

原料大米→磨粉過80目篩→調(diào)質(zhì)增加原料含水量→螺旋喂料器喂料→擠壓成型→烘干→冷卻→成品

CT－C型熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)箱烘干參數(shù)設(shè)置:加熱35℃熱風(fēng)循環(huán)干燥1 h。

1．4 分析測(cè)定方法

1．4．1 糊化度測(cè)定

參照文獻(xiàn)［22］的方法測(cè)定。

1．4．2 煮沸損失測(cè)定

參照文獻(xiàn)［23］的方法測(cè)定。

1．4．3 白度測(cè)定

烘干后的米粉用高速萬能粉碎機(jī)粉碎20 s，過60目篩后測(cè)白度。

1．4．4 硬度和咀嚼性測(cè)試

米粉用100℃沸水煮6 min，取出后靜置2 min，用濾紙吸干表面水分。把3根米粉條平行等間距置于載物臺(tái)上。每個(gè)樣品做6次平行試驗(yàn)，參數(shù)去掉異常值，求平均值［23］。

物性儀 探 頭:Pasta Firmness/Stickiness Rig Code HDP/PFS。參數(shù)設(shè)定:測(cè)前速度:2．00 mm/s，測(cè)試速度:1．00 mm/s，測(cè)后速度:1．00 mm/s，壓縮率:70%，時(shí)間:3．00 s，觸發(fā)力:10．0 g。

1．4．5 感官評(píng)價(jià)

參考George等［23］的方法制定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1．5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用響應(yīng)面(Response Surface Methodology，RSM)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，使用Design－Expert軟件對(duì)試驗(yàn)中因素與響應(yīng)值的相互關(guān)系用多項(xiàng)式近似擬合，得到能夠在給定范圍內(nèi)預(yù)測(cè)響應(yīng)值的方程。研究因子與響應(yīng)面之間、因子與因子之間的相互關(guān)系，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，找出最佳工藝條件。

選取原料含水量(%)、機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度(℃)、螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)為自變量，以糊化度(Y1)和感官(Y2)為響應(yīng)值，進(jìn)行中心旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。因素變化區(qū)間由單因素試驗(yàn)結(jié)果確定。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)做3個(gè)平行樣，取其平均值。因素水平及編碼表見表2。

表2 中心旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)因素水平編碼表

1．6 統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Design－Expert 8．0軟件(Stat Ease，Inc，Minneapolis，USA);DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1．7 模型的驗(yàn)證

通過響應(yīng)面分析法優(yōu)化直接擠出制備米粉的條件。在優(yōu)化條件下制備米粉，通過對(duì)比驗(yàn)證值和預(yù)測(cè)值來驗(yàn)證模型的有效性。

1．8 與市售產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)比

選取3種市售米線，與自制米粉進(jìn)行綜合品質(zhì)對(duì)比分析確定自制米粉是否具有商業(yè)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2．1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)響應(yīng)面軟件設(shè)計(jì)3因素3水平共17個(gè)點(diǎn)進(jìn)行響應(yīng)面分析，試驗(yàn)方案及結(jié)果分別見表3和表4。17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分為析因點(diǎn)12個(gè)和零點(diǎn)5個(gè)，零點(diǎn)重復(fù)5次，用來估算試驗(yàn)誤差。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)值

使用Design－Expert軟件對(duì)表4中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到糊化度對(duì)編碼自變量機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度A，原料含水量B，螺桿轉(zhuǎn)速C的二次多項(xiàng)回歸方程，糊化度Y1=94．32+2．56A+0．32B+2．06C－2．97A2－5．25B2－2．82C2+0．20AB+1．83AC+0．50BC。從方程的方差分析可知模型極顯著(P=0．000 2)，糊化度預(yù)測(cè)值和實(shí)際值擬合良好(圖1，R=0．985 2)，僅有6．73%的糊化度變化不能由該模型解釋(RAdj2=0．932 7)，說明該模型與實(shí)際擬合良好，可用于糊化度的分析與預(yù)測(cè)。

圖1 糊化度試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

由上述方程的回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，在模型參數(shù)中A、C、A2、B2、C2對(duì)糊化度影響極顯著，A和C交互作用對(duì)糊化度的影響顯著，B對(duì)糊化度影響不顯著，A和B，B和C之間交互作用對(duì)糊化度影響不顯著。

表4 糊化度回歸分析結(jié)果

根據(jù)方差分析和回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果，除去不顯著因子得到的回歸方程為:糊化度Y2=94．32+2．56A+0．32B+2．06C－2．97A2－5．25B2－2．82C2+1．82AC

2．2 操作參數(shù)對(duì)糊化度的影響

圖2～圖4反映各因素對(duì)糊化度的影響，由圖2可知糊化度隨溫度的升高增加，在100℃后變化趨于平緩;糊化度隨水分增加呈明顯先上升后降低趨勢(shì)，在含水量35%左右最大;糊化度隨螺桿轉(zhuǎn)速先增大后減小，在轉(zhuǎn)速為140 r/min左右時(shí)最大。溫度和螺桿轉(zhuǎn)速較高的情況下糊化度達(dá)到很高的水平，高水分時(shí)即使有較高溫度和較快螺桿轉(zhuǎn)速糊化度仍然較低。

2．3 操作參數(shù)對(duì)感官評(píng)分的影響

使用Design－Expert軟件對(duì)表5中數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到感官評(píng)分對(duì)編碼自變量機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度A，原料含水量B，螺桿轉(zhuǎn)速C的二次多項(xiàng)回歸方程，感官評(píng)分Y2=4．88+0．038A+0．021B+0．054C －0．20A2－0．24B2－0．12C2+0．040AB+0．055AC+7．500E－003BC。從方程的方差分析可知模型極顯著(P＜0．000 1)，僅有1．66%的感官變化不能由該模型解釋(RAdj2=0．983 4)，說明該模型與實(shí)際擬合良好，可用于感官評(píng)分的分析與預(yù)測(cè)。

表5 感官評(píng)分回歸分析結(jié)果

由上述方程的回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知，在模型參數(shù)中A、C、A2、B2、C2對(duì)感官評(píng)分影響極顯著，A和C交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響極顯著，B對(duì)感官評(píng)分影響顯著，A和B交互作用對(duì)感官評(píng)分影響顯著，B和C之間交互作用對(duì)剛評(píng)分影響不顯著。

2．4 最佳工藝和回歸模型的驗(yàn)證

使用Design－Expert軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，從軟件預(yù)測(cè)的10個(gè)最佳條件中選5個(gè)條件做驗(yàn)證試驗(yàn)，每個(gè)條件進(jìn)行3次平行驗(yàn)證試驗(yàn)。表6顯示在溫度為102℃、水分35．1%、螺桿轉(zhuǎn)速117 r/min條件下感官評(píng)分為4．85，糊化度為92．1。

表6 最佳工藝條件的檢驗(yàn)

2．5 與市售產(chǎn)品對(duì)比

選取3種市售方便米線與最佳工藝條件下自制米粉做品質(zhì)對(duì)比，結(jié)果見表7。與市售產(chǎn)品對(duì)比顯示:直接擠壓制備米粉與市售產(chǎn)品糊化度均達(dá)到較高的水平且區(qū)別不顯著，變異系數(shù)0．010 8;自制米粉顏色較暗，白度為86．13低于均值89．16;硬度和咀嚼方面自制米粉和市售米粉有較小區(qū)別;自制米粉煮后表面較黏，黏著性遠(yuǎn)大于平均值－101．75 g·s;自制米粉在沸水煮后有較多的干物質(zhì)損失，損失率8．4%大于均值2．9%。自制米粉與市售產(chǎn)品各項(xiàng)品質(zhì)離散程度為煮沸損失＞黏著性＞咀嚼性＞硬度＞白度＞糊化度，即各樣品之間差異程度煮沸損失最大，糊化度最小。

對(duì)比結(jié)果表明:自制米粉在糊化度、硬度、咀嚼性方面達(dá)到市售米粉的平均水平，口感接近市售同類產(chǎn)品，因此可以認(rèn)為自制米粉食用品質(zhì)接近市售產(chǎn)品。

表7 自制米粉與市售米粉品質(zhì)對(duì)比

3 結(jié)論

3．1 擠壓機(jī)Ⅲ區(qū)溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、Ⅲ區(qū)溫度和螺桿轉(zhuǎn)速交互作用對(duì)米粉糊化度有明顯影響。Ⅲ區(qū)溫度、原料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)感官評(píng)分影響均顯著，Ⅲ區(qū)溫度和原料含水量、Ⅲ區(qū)溫度和螺桿轉(zhuǎn)速的交互作用對(duì)感官評(píng)價(jià)有顯著影響。

3．2 直接擠出制備米粉最佳工藝為機(jī)筒Ⅲ區(qū)溫度為102℃、水分35．1%、螺桿轉(zhuǎn)速117 r/min，最佳條件下感官評(píng)分為4．85，糊化度為92．1。

3．3 與市售產(chǎn)品品質(zhì)對(duì)比顯示，自制米粉在糊化度、硬度、咀嚼性方面達(dá)到市售米粉的平均水平，口感上接近市售米粉，但在外觀色澤和煮沸損失上欠佳，有待于進(jìn)一步研究。

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Optimization of Process for Rice Noodle Direct Extruded by Twin－Screw Extruder

An Hongzhou1Fan Yunqian2Dou Hongqi2Yang Botao2Zhang Ruili2Li Panxin3
(State Administration of Grain Engineering and Research Centre for Food Henan University of Technology1，Zhengzhou 450001)
(College of Food Science and Technology Henan University of Technology2，Zhengzhou 450052)
(Henan Nanjiecun Group Ltd．3，Linying 462600)

TS213．3

A

1003－0174(2012)07－0086－05

時(shí)間:2012－07－05 16:43

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www．cnki．net/kcms/detail/11．2864．TS．20120705．1633．001．html

中國(guó)博士后科學(xué)基金(20090460855)

2011－12－08

安紅周，男，1968年出生，教授，質(zhì)構(gòu)重組技術(shù)及谷物食品加工

Abstract Optimized process for direct extruded rice noodles which designed by the Response Surface Methodology(RSM)was studied by evaluate effect of extrusion process parameters(feed moisture content，barrel temperature，and screw speed)on gelatinization degree and sensory scoring of rice extrudate．The result indicated that the effect order of four factors on gelatinization degree was as follows:barrel temperature，screw speed，feed moisture content．The canonical analysis revealed that optimal conditions for processing of direct extruded rice noodles were:feed moisture content 35．1%，barrel temperature 102℃ ，screw speed 117r/min．Under optimal conditions，the gelatinization degree of rice noodles was 92．1．Compared with 3 varieties of commercial products，trial product has the similar hardness，gelatinization，chewiness and sensory evaluation．
Key words rice noodle，extruder，RSM，optimization