遲吉捷

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品與加工研究所，遼寧 沈陽 110161)

大米在加工時被碾碎的部分，稱為碎米，其營養(yǎng)成分與大米相近，但其價格僅為大米的30%～50%，如何積極開展碎米資源的利用，實現(xiàn)物盡其用是我國稻米加工行業(yè)共同關(guān)心的問題。 盡管國內(nèi)對碎米加工技術(shù)研究的方法很多，但真正能轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的項目并不是很多，適合中小型企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品很少，因此，研制出一種適合中小型企業(yè)生產(chǎn)的碎米加工產(chǎn)品很有必要。 隨著碾米業(yè)的發(fā)展，我國碎米資源將極為豐富，合理利用碎米資源，提高碎米的經(jīng)濟價值是我國碾米行業(yè)共同關(guān)注的問題。 以碎米為原料加工食品的研究生產(chǎn)尚處于起步階段。 多年來碎米的使用、食用方法比較單一，隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)碎米的加工、使用已滿足不了現(xiàn)代快節(jié)奏生活的需求。 因此，在不減少碎米營養(yǎng)成分損失、加工成本又比較低廉的前提下，對碎米的功能性質(zhì)進行改善，必將對拓寬碎米的使用范圍具有十分重要的現(xiàn)實意義。 本試驗著重對碎米的擠壓膨化工藝條件進行了研究，以期獲得更好的加工方法及產(chǎn)品參數(shù)配比，來體現(xiàn)膨化米糊的優(yōu)越性，改善碎米粉的功能特性，擴大其應(yīng)用范圍，為碎米的深度開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

碎米(粳米)，盤錦晶澤米業(yè)有限公司提供。

1. 2 主要試驗設(shè)備

雙螺桿擠壓膨化機，濟南天時信機械有限公司；WF 萬能粉碎機，江蘇科力機械設(shè)備有限公司；LXJ-IIB 型低速大容量多管離心機，上海安亭公司；HH.S21-NI8 型電熱恒溫水浴鍋，北京三二八科學(xué)儀器有限公司；DFT-10000 高速粉碎機，溫嶺市大德機械有限公司；TA-XT2i 型質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems 儀器公司；756 型紫外分光光度計，上海尤尼柯有限公司；分析天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；E-52 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；SHB-B95 型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；101A-3 型數(shù)顯電熱鼓風干燥箱，上海錦屏儀表有限公司通州分公司。

1. 3 試驗方法及擠壓膨化試驗設(shè)計

以碎米為原料，通過單因素試驗，獲得較為理想的擠壓膨化操作工藝參數(shù)。 本試驗采用設(shè)備為雙螺桿擠壓機，分三區(qū)加熱，(Ⅰ(80 ℃)、Ⅱ(100 ℃)區(qū)主要作用為原料均勻預(yù)熱和混合物料作用，對試驗結(jié)果起輔助作用，III 區(qū)機筒溫度120～130 ℃，物料水分含量18%～24%，螺桿轉(zhuǎn)速210～230 r/min 時，喂料速度固定在400 g/min 時，產(chǎn)品達到適宜的膨化效果(質(zhì)地酥脆)。 機筒溫度、物料水分、螺桿轉(zhuǎn)速對膨化產(chǎn)品特性影響顯著，本試驗選取機筒溫度(A)、物料水分含量(B)、螺桿轉(zhuǎn)速(C)3 個因子，采用三因素3 水平正交實驗表，通過碎米膨化試驗分析研究操作參數(shù)對產(chǎn)品參數(shù)的影響規(guī)律，最終得出理想的工藝參數(shù)。

表 1 擠壓膨化優(yōu)化實驗的正交試驗設(shè)計

2 擠壓膨化試驗

由于原料實際水分有一定差異，試驗前測定碎米的水分。 喂料速度以及螺桿轉(zhuǎn)速決定產(chǎn)品生產(chǎn)能力，確定喂料速度以及螺桿轉(zhuǎn)速，使產(chǎn)品生產(chǎn)達到一個穩(wěn)定數(shù)值。 試驗前根據(jù)表2 中物料水分要求計算出需補加的水量，加入需要補充的水分，在混料器中混勻。 原料由螺旋式計量加料器喂入。 擠壓膨化機一般經(jīng)過10 min 預(yù)熱后即可達到穩(wěn)定狀態(tài)，試驗開始緩慢喂料，當擠出物擠出速度以及色澤穩(wěn)定時開始記錄試驗數(shù)值。

2. 1 擠壓膨化樣品的預(yù)處理

根據(jù)試驗要求，將膨化機擠出樣品置于50 ℃烘箱干燥24 h，使產(chǎn)品測定數(shù)值不受環(huán)境影響，取出部分干燥樣品用于測出產(chǎn)品硬度、脆度等參數(shù)；取部分樣品粉碎后過100 目篩，測出產(chǎn)品水分含量置于4 ℃封閉保存，用于產(chǎn)品吸水性、水溶性指數(shù)的測定。

2. 2 擠壓膨化產(chǎn)品特性的分析

2. 2. 1擠壓膨化產(chǎn)品吸水性、水溶性指數(shù)的測定

擠壓膨化參數(shù)對膨化粉吸水性有很大影響，測定方法參照文獻方法[2]。

吸水性=上清干重/樣品干重

水溶性=沉淀中水的重量/干重

2. 2. 2擠壓膨化產(chǎn)品硬度和脆度的測定

采用質(zhì)構(gòu)儀在壓縮模式下(HDP/VB)對碎米擠壓膨化產(chǎn)品進行樣品硬度和脆性測定。

測定硬度值即樣品斷裂所需要的最大力，硬度值等于曲線中力的峰值，以“g”為單位，數(shù)值越大，膨化物越硬；測定脆度值所產(chǎn)生的峰數(shù)個數(shù)越多，脆度越好，生產(chǎn)實踐中，酥脆度差的產(chǎn)品粉碎效果相對較差。 將每個樣品測量10 次，取平均值即為產(chǎn)品硬度值。

2. 3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均是重復(fù)3 次所得平均值，以均值±標準偏差表示，用SPSS 24 軟件進行統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3. 1 擠壓工藝參數(shù)對產(chǎn)品吸水性及水溶性的影響

機筒溫度是影響產(chǎn)品膨化的一個重要因素，在一定范圍內(nèi)，機筒溫度越高產(chǎn)品膨化的越完全，溫度超過200 ℃時，淀粉含量較高的產(chǎn)品甚至?xí)l(fā)生焦化，同時也極易產(chǎn)生有毒物質(zhì)丙烯酰胺，能源消耗也增大；溫度低時，由于物料在機筒內(nèi)無法得到足夠的能量，無法完全達到熔融狀態(tài)，因此，產(chǎn)品膨化效果差，不夠酥脆，色澤暗淡，且孔隙度大小不一。 由表2 和表3 可以看出，機筒溫度對產(chǎn)品的吸水性值、水溶性值影響比較明顯。 實踐生產(chǎn)中，由于溫度升高，產(chǎn)品色澤會發(fā)生一定變化，溫度高于170 ℃時，產(chǎn)品顏色變深，因此，生產(chǎn)中操作溫度不易過高。

物料中的水分在膨化過程中起到潤滑作用，水分過小，機筒內(nèi)蒸汽壓不足，膨化過程中容易造成膨化機內(nèi)部堵塞，造成當機現(xiàn)象，嚴重影響生產(chǎn)效率，且膨化機內(nèi)部溫度升高過快，導(dǎo)致膨化過程無法在穩(wěn)定的溫度中進行；水分過大時，原料膨化不完全，產(chǎn)品水分也會隨之增加，由于水分過大，也會導(dǎo)致膨化機提供的能量不足，造成機筒無法在設(shè)定溫度下進行，從而導(dǎo)致產(chǎn)品膨化不完全。由表2 和表3 可以看出物料水分含量的增加對產(chǎn)品的吸水性增加并不顯著，但產(chǎn)品的水溶性變化較大。

螺桿轉(zhuǎn)速決定了產(chǎn)品加工的效率，但螺桿轉(zhuǎn)速過慢容易導(dǎo)致機筒堵塞，快速降低機筒溫度，導(dǎo)致產(chǎn)品膨化度降低，螺桿轉(zhuǎn)速過快，由于摩擦生熱，機筒溫度也會迅速升高，產(chǎn)品穩(wěn)定性降低，螺桿轉(zhuǎn)速在250 r/min 時，在實際生產(chǎn)中加工效率低，能耗增加，不利于生產(chǎn)，230 r/min 時，機筒溫度比較穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生變化，生產(chǎn)效率提高，降低了能耗，膨化機穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品品質(zhì)也很好；螺桿轉(zhuǎn)速210 r/min 時，由于無法及時擠出機筒內(nèi)的原料，可能導(dǎo)致膨化機當機，容易造成生產(chǎn)效率降低。 由表2 和表3 可以看出隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加對產(chǎn)品的吸水性有很大影響，水溶性影響不大。

由表中的R 值可看出，螺桿轉(zhuǎn)速和機筒溫度是影響產(chǎn)品吸水性值的主要因素；而物料水分含量是影響產(chǎn)品水溶性值的主要因素。

表 2 擠壓工藝參數(shù)對產(chǎn)品吸水性的影響

表 3 擠壓工藝參數(shù)對產(chǎn)品水溶性的影響

3. 2 擠壓膨化工藝條件對硬度和脆性的影響

由表4 和表5 可以看出影響擠壓工藝條件的3 個參數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互制約，螺桿轉(zhuǎn)速和物料水分影響不穩(wěn)定可能與實驗參數(shù)未達到臨界值有關(guān)。 實踐證明，在破壞性試驗中，螺桿轉(zhuǎn)速和物料水分對脆度和硬度影響也很明顯，螺桿轉(zhuǎn)速過快、物料水分過大，物料不能完全膨化，導(dǎo)致硬度和脆度都降低很多。 由表中R 值可知，機筒溫度對產(chǎn)品硬度和脆度影響最大，機筒溫度恒定的情況下、物料水分越大，產(chǎn)品的硬度和脆性越小，反之亦然。

表 4 擠壓工藝條件對產(chǎn)品硬度的影響

表 5 擠壓工藝條件對產(chǎn)品脆度的影響

3. 3 產(chǎn)品的綜合評價與操作參數(shù)的優(yōu)化

由于評價指標的不同，得到優(yōu)化工藝參數(shù)也有一定差異。 利用常見的多指標綜合評價方法，可大大減少試驗次數(shù)，降低試驗成本。 對于由多指標構(gòu)成的某問題可試圖用最少個數(shù)的公共因子的線性函數(shù)與特殊因子之和來表示每一個分量，并且要求各因子之間相互獨立。 這樣不僅消除了指標間信息重疊，而且還起到降維的作用，便于抓住事物的主要矛盾。

根據(jù)因子載荷矩陣和公式，通過計算得到各個樣本的因子得分。 針對每一個樣本所對應(yīng)的因子進行加權(quán)求和即可得到各樣本的綜合評分，在綜合得分的基礎(chǔ)上進行正交分析。

機筒溫度的增加，產(chǎn)品的綜合得分也隨之逐漸增加，這說明在產(chǎn)品膨化過程中，膨化溫度起著決定性作用；由表8 可以看出物料水分的增加，產(chǎn)品的綜合得分增加很平緩；螺桿轉(zhuǎn)速的加快，綜合得分增減并不明顯。 所以，選取的最優(yōu)組合為A2B2C2，此參數(shù)產(chǎn)品得分最高，產(chǎn)品品質(zhì)也最好，即在喂料速度固定為400 g/min 條件下，機筒溫度為130 ℃， 物 料 水 分 為21%， 螺 桿 轉(zhuǎn) 速 為230 r/min。 在此條件下進行驗證試驗，得到綜合評分為0.95，與模型預(yù)測值較為吻合。 在此操作參數(shù)下，產(chǎn)品膨化達到理想效果，適宜粉碎，色澤淡黃，米香氣十足，產(chǎn)品孔隙度均勻一致。

表 6 目標相關(guān)矩陣參數(shù)

表 7 方差極大因子矩陣

表 8 目標因子正交分析

3 結(jié)論

機筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料水分呈動態(tài)平衡，相互制約。 本試驗結(jié)果表明，在喂料速度固定為400 g/min 條件下，機筒溫度為130 ℃，物料水分為21%，螺桿轉(zhuǎn)速為230 r/min 的操作參數(shù)下，產(chǎn)品膨化達到理想效果，適宜粉碎，色澤淡黃，米香氣十足，產(chǎn)品孔隙度均勻一致。 本試驗為利用擠壓膨化技術(shù)提高碎米食用品質(zhì)生產(chǎn)健康、營養(yǎng)、美味的即食米糊食品提供了理論依據(jù)。