双螺旋挤压膨化技术(翻译)

操作工艺条件对挤压膨化燕麦玉米粉的影响

Y. Liu1, F. Hsieh H* 2, Heymnn 2, AND H.E. Huff 2

1.Sunpower营养食品有限责任公司，加利福尼亚州，美国

2.密苏里哥伦比亚大学食品科学与生物工程学院，MO65211，密苏里州，美国

摘要：本实验研究了膨化工艺参数的变化对挤压膨化产物物理性质（包括膨胀度，体积密度，结构剖面），以及感官品质的影响。工艺参数主要包括：螺杆转速（200，300和400rpm），水分含量（18%，19.5%和21%），以及四种燕麦粉含量（55，70，85和100%）。随着燕麦粉含量的增高，膨化产物的规定长度降低，体积密度增加，亮度降低，红度增加，黄度降低，硬度增加，弹性、粘性和咀嚼性降低。除了100%的燕麦膨化粉，提高水分含量可以降低膨化度。螺杆转速对体积密度、规定长度和膨胀比没有显著影响。主成分分析显示，降低水分含量，提高螺杆转速会引起产品温度的升高，继而使得产品的亮度、酥脆性、反光度升高，产品的胞状结构更为开放。随着螺杆转速提高，产品温度的提高，玉米中的风味物质变得更易挥发。研究发现，膨化产品的物理性质和感官性状之间有着很高的关联性。

关键词：燕麦；玉米；膨化挤压；感官品质

1.引言

虽然燕麦作为世界第六大禾谷类种植作物排在小麦、玉米、水稻、大麦、高粱之后（Matz 1991），对于牲畜和家禽饲料来说是一种极其重要的谷物，但只有7%的燕麦被人类所消费（Oomah 1983）。但因为最近发表的一系列关于燕麦可以促进健康的报道（Van Horn and others 1991; Welch 1994）这种现状马上就会发生改变。此外，美国食品药品监督局已经发表声明，称燕麦中的可溶性纤维（β-

葡聚糖）可以降低血液中胆固醇的含量，防止冠心病的发生（Anonymous 1999）。

挤压膨化机械具有很多设计上的优势，可以在生产过程中节约时间、能量消耗以及费用。在生产零食和即食性淀粉谷物早餐等方面，高温短时挤压膨化技术日益发挥着越来越大的作用。

直接由挤压膨化生产出的产品零食叫做第二代零食。(Huber and Rokey 1990)这些零食的体积密度很低，且具有高纤维、低卡路里、高蛋白质、营养丰富的特点。产品的物理性质和感官性状通常受到挤压膨化过程中各个操作流程和原料的配比参数的影响。为了优化膨化工艺流程，提升产品特性，针对改变工艺参数的研究正在紧锣密鼓的进行。(Chen and others 1991;Hsieh and others 1989, 1990; Jin and others 1994; Berglund and others 1994)。

应用膨化技术生产全谷物的、基于燕麦的、即食性的方便早餐是很困难的，

这可能因为燕麦中含有过多的脂肪和可溶性的胶(Chang and Sosulki 1985)。但将玉米面粉与燕麦粉相混合，通过挤压膨化技术，就可以生产出理化性质与感官性状俱佳的零食或早餐粉。这将使得燕麦在人类饮食中所占的比重大大上升。本研究的目的是研究膨化过程中的三个工艺参数对于膨化玉米-燕麦粉物理性质和感官性状的影响，并综合数据进行分析，得出最佳工艺参数。

2.材料与方法

2.1生原料：

从ConAgra (Omaha, Neb.,U.S.A.)购买的燕麦粉，以及从Lauhoff Grain Co. (Danville, Ill.,U.S.A.)购买的黄色玉米粉，这些原料使用霍巴特混合仪(Model A200F, Hobart Corp., Troy, Ohio,U.S.A.)以期望比率混合10分钟，以保证膨化前物料的均一性。玉米粉和燕麦粉中的近似营养物质测量结果见表一。

表1玉米粉和燕麦粉中的相似营养元素测量表

2.2挤压膨化机械

本实验使用的挤压机室共轴相连APV Baker (APV Baker, Grand Rapids, Mich., U.S.A.)，MPF50/25,28.0-kW双螺旋可交换螺杆挤压机，机器内外径比为15:1,。总电动机为29.8kW的直流电动机。通过在室温（23℃）条件下使用泵将水注入挤压机内可以控制物料中的水分含量。钢模对面带有以330rpm的速度转动的叶片可调整切割机，以切割膨化产物。仪表盘上显示产品温度、钢模压力、扭矩百分比、扭动和切割速度等工艺参数，这些参数已被保存在电脑里。

若至少五分钟内在产品温度和扭矩百分比中没有出现可见的错误，则可认为膨化机处于稳定运转状态。收集样品然后通过65℃流化床干燥至水分含量为6%~7%。

2.3实验设计：

本实验为4×3×3因素一重复设计。本研究选取了螺杆转速（200,300和400rpm）、水分含量（18%，19.5%和21%）、四种燕麦粉含量（55,70,85和100%）四个因素

对挤压膨化产物物理性质（颜色、质构、尺寸规格和体积密度）和感官性状的影响。其他一些独立影响因素，如加料速度（45kg/h）、螺旋剖面、芯片尺寸（3.8mm）都已根据Hu等在1993年的研究确定下来，在整个实验过程中保持不变。

2.4物理性质的测量方法

2.4.1规定长度和膨胀比的测定

随机收集50块经过各种处理的膨化产物，用游标卡尺测量各产物的直径和长度(500-215,Mitutoyo Co., Tokyo, Japan)。记录几次测量的平均值。将膨化产物的直径与钢模的直径（3.8mm）比定义为膨胀比。将每克膨化产物的长度定义为膨化产物的规定长度。

2.4.2体积密度的测定

体积密度的测定方法是沙位移法（Park,1976），重复测量三次，取平均值。2.4.3质地多面剖析法

膨化物的质构分析是根据Halek等人1989年提出的方法，采用TA-XT2质构分析仪测得(Texture Technology Corp., Scarsdale, N.Y., U.S.A.)。使用刀片将膨化产物切割为10mm长得圆柱形样本，附着在分析仪机械臂上的圆柱形探针以25mm/min 的速度挤压样品。样品被挤压至原来长度的70%，分析仪会记录挤压力与样品扭曲程度的相关性曲线。每种处理后的膨化物将重复六次测量，分析仪将记录样品脆性、粘性、粘结力等质构参数。(Bourne 1987)

2.5感官鉴评测定方法

2.5.1鉴评人员训练

本实验中参与感官鉴评的人员均招募于密苏里-哥伦比亚大学的食品科学、农业机械与生物学院。在感官训练的第一阶段，所有的参评人员编为一组，根据提供的10种膨化玉米-燕麦产品的各种性状，共同确定感官鉴评指标。

参评者们在第二次训练时确定了感官鉴评标准，并根据膨化产品的不同感官品质为产品分组，训练了评定小组的评分准确性。修订完全的感官鉴评标准如表2所示，三次实践表明该感官鉴评标准是可行的，评定小组的评定是有效且准确的。

2.5.2综合评价

除去控制样品（100%燕麦粉），本实验对三种燕麦粉-玉米粉混合膨化产物（55%,70%和85%）进行了综合评价。选取每种样品的10个小样，分别放在3个随机编码的密封塑料袋中。参评者会对每个样品重复测量两次，得到四个感官指标。每次测量将提供9个样品，一共进行12次测量。生燕麦粉、生玉米粉、烤制燕麦粉、烤制玉米粉可以作为风味参考物。(General Mills, Minneapolis, Minn.,U.S.A.)。每次评价前参评者需用清水漱口，每位参评者在室温条件（23℃）、分隔小间内进行鉴评。评价质构和风味时采用红色灯光，评价产品外观时采用白炽灯光。