分类：农业论文 时间：2022-03-24 热度：665
摘 要：将木薯全粉、红薯全粉、玉米粉、小米粉、燕麦粉、山楂粉按一定比例混合为原料，分别采用微波和双螺杆挤压对其进行熟化，研究不同熟化方法对混合粉糊化度、峰值黏度及含水量的影响，并检测混合粉的结晶度。结果表明，在微波熟化最适宜工艺条件下(功率 640 W，时间 2 min，初始含水量 20%)，混合粉糊化度 38.92%，峰值黏度 200 BU，含水量 10.86%。双螺杆挤压熟化的混合粉糊化度 96%，较微波熟化提升 146.66%;峰值黏度 165.5 BU，较微波熟化下降 17.25%;含水量 10.85%，与微波熟化相当。微观结构与质构特性分析表明，双螺杆挤压熟化后，面团淀粉颗粒间黏结力更强，胶黏性增大。双螺杆挤压熟化更适宜用来对压缩饼干混合粉进行熟化处理。
关键词：微波熟化;双螺杆挤压熟化;混合粉;理化性质;压缩饼干
压缩饼干具有热量高、便于携带和运输等优点，常被用作军用、旅行、自然灾害及野外生存食品。传统压缩饼干一般以小麦粉等为原料，经冷粉工艺调粉、辊印、烘烤、冷却、粉碎、添加油脂和糖及营养强化剂、搅拌、压块而成[1]，具有高能量、高脂肪的特点，能满足人体热量需要，但因缺少膳食纤维，长期连续食用易造成食欲不振、上腹饱胀、便秘等，因此开发具有防便秘功能的营养压缩饼干已引起广泛关注。近年来也有研究以专用熟化粉为原料，添加热敏性营养或功能性辅料，混合均匀后压缩成型生产压缩饼干[2]。在这种生产工艺中，原料粉熟化处理是压缩饼干制作的关键工序，不仅影响原料粉熟化程度与含水量等性质，更会影响物料黏度、延展性及挤压成型等加工特性，进而影响压缩饼干生产与品质。
微波和螺杆挤压是目前比较常用的熟化方法。微波熟化是利用电磁场作用，物料中电极化分子发生相互摩擦、碰撞等产生热量，使物料快速升温熟化，具有加热速度快、均匀及有效保留物料的营养物质等特点[3];螺杆挤压熟化则是利用螺杆挤压方式，通过压力、剪切力、摩擦力及加温等作用使物料升温熟化，具有成品易消化、口感细腻等优点[4]。
针对长期食用传统压缩饼干易导致便秘问题，本研究使用膳食纤维含量高或具有健胃保胃功能的原料(木薯全粉、红薯全粉、燕麦粉、玉米粉、小米粉、山楂粉)替代小麦粉，辅助添加具有促进肠胃双岐杆菌生长且具有通便作用的活性因子(低聚果糖)来制作具有防便秘功能的压缩饼干。为尽可能发挥各原料组分功效，制作工艺拟采用先将混合料进行熟化处理，然后添加适量低聚果糖，再压缩成型的工艺，避免长时间高温焙烤导致原料营养物质与保健功效因子损失。因此本试验分别采用微波和双螺杆挤压方法来对原料混合粉进行熟化处理，重点考察处理后混合料的糊化度、峰值黏度和含水量，同时对两种方法熟化后混合料的质构特性和微观结构进行分析，筛选出压缩饼干最佳的原料粉熟化方法。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
甜木薯干片：一点绿农业有限公司;红薯干片、燕麦米、玉米糁、小米、山楂干、低聚果糖：南宁纵联科技有限公司;大豆油、红糖、奶粉、盐：市售。甜木薯干片、红薯干片、玉米糁、小米、燕麦米、山楂干等使用前分别用粉碎机进行粉碎，80 目筛筛去粗颗粒，备用。
氢氧化钾(分析纯)：天津市福泽成化工贸易有限公司;盐酸(分析纯)：重庆川东化工集团有限公司;碘(分析纯)：汕头市西陇化工厂;碘化钾(分析纯)：天津市大茂化学试剂厂。
1.2 仪器与设备
粉碎机(WK-800A)：青州市精诚机械有限公司;黏度仪(VISKOGRAPH-E)：德国布拉本德公司;快速水分测定仪(MOC-120H)：日本岛津公司;紫外分光光度计(725 型)：上海光谱仪器有限公司;微波炉 [G80F23N3P-ZS(W0)]：广东格兰仕集团有限公司;双螺杆膨化机(DS32-Ⅶ)：济南赛信机械有限公司;物性测定仪(TA-XT plus)：英国 Stable Micvo Systems 公司;扫描电镜(F16502)：荷兰 PHENOM 公司;X-射线衍射仪(Rigaku D/MAX 2500V)：日本理学公司;KMC510 和面机：德龙比荷卢股份有限公司。
1.3 试验方法
压缩饼干混合粉基本配方见表 1。
1.3.1 微波熟化参数的选择
准确称取 5 份(60±1)g 的混合粉，用蒸馏水调节含水量为一定值，放入 4 ℃冰箱 4 h，待水分均衡后，用微波炉进行微波熟化处理，根据预试验结果，选择糊化度最高时的熟化参数，熟化时固定因素为初始含水量 20%，微波功率为 480 W，微波时间 2 min;变量设置为微波功率 160、320、480、640、800 W，微波时间 1、2、 3、4、5 min，初始含水量 14%、16%、18%、20%、22%。
1.3.2 双螺杆挤压熟化参数的选择
混合粉用蒸馏水调节含水量为一定值，待水分均衡后，用双螺杆膨化机进行熟化处理，根据预试验结果，选择糊化度最高时的熟化参数，熟化时固定因素为挤出温度 160 ℃，螺杆转速 180 r/min，喂料速度 38 Hz，初始含水量 18%，变量分别设置为喂料速度 36、38、40、 42、44 Hz，螺杆转速 140、150、160、170、180 r/min，挤出温度 160、170、180、190、200 ℃，初始含水量 14%、16%、 18%、20%、22%。
1.4 测定方法
1.4.1 糊化度的测定
参照刘汶鹏等[1]的方法，采用比色法测定熟化粉的糊化度。
1.4.2 峰值黏度的测定参照徐丽霞等[2]的方法，用 Brabender 黏度仪测定熟化粉的峰值黏度。
1.4.3 含水量的测定
采用快速水分测定仪测定熟化粉的含水量。
1.4.4 结晶度的检测
熟化粉结晶度采用 X-射线衍射仪进行检测，测试参数为：铜靶;管压管流 40 kV/100 mA;衍射角 2θ，扫描范围 4°~60°;扫描速率 6°/min。
1.4.5 压缩饼干混合粉面团质构特性的测定
压缩饼干混合粉的面团配方见表 2。
按表 2 配方添加低聚果糖、大豆油、水、奶粉、红糖、盐至熟化混合粉中，生粉∶熟粉=6∶4(质量比)，用和面机慢速搅拌 5 min 获得均匀、表面光滑的面团，使用物性测定仪测定其质构特性[3]。测定参数：P100 探头，测前速率、测后速率均为 3 mm/s，测试速率为 1 mm/s，压缩距离为 1 cm，触发方式选择自动，触发力为 0.05 N。
1.4.6 不同熟化方法对混合粉面团微观结构的影响
将面片置于真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥，掰开取合适的断面，采用扫描电镜对采用不同熟化处理方法的混合粉面团微观结构进行检测。具体步骤为准确称取混合粉[生粉∶ 熟粉=6∶4(质量比)(] 95 ±1)g，加(65 ± 1)g 水，揉成面团，参照孟会玲[4]的方法进行测定。 1.5 数据处理试验数据以 x±s 表示，采用 Excel 2010、Origin 2018 软件做图，SPSS 23 软件进行数据显著性分析。
2 结果与分析
2.1 微波熟化工艺参数的选择
2.1.1 微波功率的选择
微波功率对混合粉理化性质的影响见表 3。
由表 3 可知，功率为 160 W~480 W 时，混合粉糊化度随着功率增加整体上呈上升趋势，当功率为 480 W 时，糊化度最大，达到 43.12%;继续增大功率(480 W~ 800 W)，糊化度反而下降。淀粉糊化需要适宜的水分和足够的热量。物料在微波场中吸收微波能量并将这些能量转化为热能，从而达到物料在微波作用下温度升高的效果[5]。这与刘佳男等[6]研究发现微波功率在 600 W~800 W 时薏仁淀粉糊化度随着功率增大而下降趋势一致。混合粉峰值黏度随着功率增加呈上升趋势，在考察功率范围内，功率为 800 W 时，峰值黏度最高，达到 216.50 BU，表明一定功率的微波处理对混合粉具有增稠作用。这与邵子晏等[7]研究发现的亚麻多糖马铃薯淀粉复合体系峰值黏度随功率增加而升高的结论一致。在考察功率范围内，随着功率增大，混合粉的含水量快速下降，当功率为 800 W 时，含水量下降至 8.04%。
2.1.2 微波时间的选择
微波时间对混合粉理化性质的影响见表 4。
由表 4 可知，当微波时间为 1 min~2 min 之间时，混合粉糊化度随时间延长而增大，微波时间为 2 min 时，糊化度最大，达到 43.12%，继续延长时间，糊化度反而下降。这与淀粉的糊化曲线特征相符，可能原因是在淀粉糊化初期，支链淀粉因微晶束结晶能较低而先发生糊化，糊化度迅速上升;随着微波时间延长，混合粉中的直链淀粉也获得足够能量，开始糊化，使糊化曲线上升到最高峰，糊化后期溶出的直链淀粉会形成胶体网络，网络的结点是以晶体形式存在的，网络的网线也可能以直链淀粉的双螺旋晶体结构形式存在，所以糊化度降低[8-10]。刘佳男等[6]研究发现，当微波时间在40 s~120 s 之间时，薏仁淀粉糊化度随着时间增加呈先上升后下降趋势，与本文研究结果一致。微波时间在 1 min~4 min 时，混合粉峰值黏度随微波时间延长呈上升趋势，4 min 时峰值黏度最大，达到 202.00 BU。 COLMAN 等[11]的研究也表明，木薯淀粉的峰值黏度随微波时间的延长先增加后降低，与本文研究结果一致。当微波时间在 1 min~5 min 时，混合料含水量随着微波 时间延长呈下降趋势，微波时间 5 min 时，含水量最低，为 6.12%，较初始值(20%)降低了 69.4%。
2.1.3 微波熟化混合粉初始含水量的选择
初始含水量对混合粉理化性质的影响见表 5。
由表 5 可知，当初始含水量在 14%~20%之间时，混合粉糊化度随着初始含水量增加而上升，初始含水量为 20%时，糊化度最大，达到 43.12%;继续增大初始含水量至 22%时，混合粉糊化度呈下降趋势。在微波处理过程中，当混合粉水分含量较低时，物料内部不能形成足够的蒸汽压进而影响其膨化效果;初始含水量过大，水分以自由态和表面吸附态存在，它们在膨化处理过程很难取代或占据结合态和胶体吸润态水分所占空间，不能为膨化提供动力。另外，这部分水与物料淀粉分子间作用力弱，在物料快速升温时易先蒸发汽化，消耗部分有效能量，也会影响糊化。在试验中也发现，当物料水分含量过高时，微波膨化处理末期物料内部已干燥，但其外表面的排湿尚未完成，物料发生了回缩、变形等，也会使糊化度降低[12]。当初始含水量为 14%~18%时，混合粉峰值黏度略有下降，但差异不明显;当初始含水量超过 18%时，增大初始含水量，混合料峰值黏度上升。熟化处理后的含水量，随着初始含水量升高而升高，初始含水量为 22%时，熟化后混合粉含水量为 16.28%。
综合考虑微波熟化参数对混合粉糊化度、峰值黏度及含水量的影响，微波熟化处理混合粉的微波功率选择为 640 W，微波时间为 2 min，初始含水量为 20%。
2.2 双螺杆挤压熟化工艺参数的选择
2.2.1 双螺杆挤压熟化喂料速度的选择
喂料速度对混合粉理化性质的影响见表 6。
由表 6 可知，当喂料速度在 36 Hz~42 Hz 之间时，混合粉糊化度随着喂料速度增大整体上呈上升趋势，喂料速度在 42 Hz 时，糊化度最大，达到 95.95%，继续增大喂料速度至 44 Hz，混合粉糊化度呈下降趋势。张雁凌等[13]研究发现绿豆粉的糊化度随喂料速度的增加先增加后降低，与本文研究结果一致。当喂料速度在 36 Hz~38 Hz 之间时，峰值黏度随着喂料速度增加呈上升的趋势，喂料速度在 38 Hz~40 Hz 之间时，峰值黏度呈下降的趋势，继续增加喂料速度至 44 Hz 时，峰值黏度呈上升的趋势。当喂料速度在 36 Hz~38 Hz 之间时，熟化后混合粉含水量随着喂料速度增加而上升，喂料速度在 38 Hz~42 Hz 之间时，熟化后混合粉含水量呈下降的趋势，继续增加喂料速度至 44 Hz 时，熟化后混合粉含水量呈上升的趋势。
2.2.2 双螺杆挤压熟化螺杆转速的选择
螺杆转速对混合粉理化性质的影响见表 7。
由表 7 可知，当螺杆转速在 140 r/min~150 r/min 之间时，混合粉糊化度随着螺杆转速增大而上升，螺杆转速为 150 r/min 时，糊化度最大，达到 98.96%。申丽丽等[14]研究发现麦胚糙米混合粉的糊化度随螺杆转速的增加先增加后降低。当螺杆转速在 140 r/min~ 150 r/min 之间时，峰值黏度随着螺杆转速增加呈下降的趋势，螺杆转速在 170 r/min~180 r/min 之间时，峰值黏度随着螺杆转速增加呈上升的趋势。魏巍等[15]研究发现随着螺杆转速的增加，黏度成先下降后上升的趋势，与本文研究结果基本一致。当螺杆转速在 140 r/min~ 150 r/min 之间时，熟化后混合粉含水量随着螺杆转速的增加而降低，继续增大螺杆转速至 180 r/min 时，熟化后混合粉含水量整体上呈上升趋势。
2.2.3 双螺杆挤压熟化挤出温度的选择
挤出温度对混合粉理化性质的影响见表 8。
由表 8 可知，当挤出温度在 160 ℃~190 ℃之间时，混合粉糊化度随着挤出温度升高而上升，挤出温度在 190 ℃时，糊化度最大，达到 93.76%，继续升高温度至 200 ℃，混合粉糊化度呈下降趋势。李向阳等[16]研究发现小米的糊化度随挤出温度的增加先增加后降低，与本文研究结果一致。挤出温度在 160 ℃~200 ℃之间时，峰值黏度随着挤出温度上升大致成下降的趋势。章丽琳等[17]研究发现温度与峰值黏度成反比，与本文研究结果基本一致。当挤出温度在 160 ℃~200 ℃之间时，混合粉含水量随着挤出温度增加而下降。随着挤出温度的上升，物料的初始含水量被蒸发的越多，因此含水量呈下降的趋势。
2.2.4 双螺杆挤压熟化初始含水量的选择
初始含水量对混合粉理化性质的影响见表 9。
由表 9 可知，当初始含水量在 14%~16%之间时，混合粉糊化度随着初始含水量增加而上升，初始含水量为 16%时，糊化度最大，达到 97.97%。薛军等[18]研究发现莲子粉的糊化度随初始含水量的增加呈先增加后降低的趋势。当初始含水量在 14%~18%之间时，峰值黏度随着初始含水量增大呈上升的趋势，初始含水量在 18%~20%之间时，峰值黏度呈下降的趋势，继续增大初始含水量至 22%时，峰值黏度呈上升的趋势。章丽琳等[17]研究发现初始含水量在 20%~35%之间时，初始含水量与膨化后峰值黏度成正比，与本文研究结果不一致，可能是因为物料种类与初始含水量不同所导致的。在相同工艺条件下，当初始含水量在14%~22%之间时，混合粉熟化后含水量随着初始含水量增加先增大后趋于平缓。
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综合考虑，双螺杆挤压熟化最适参数设置为：喂料速度 38 Hz，螺杆转速 160 r/min，挤出温度 160 ℃，初始含水量 20%。
2.3 微波熟化和双螺杆挤压熟化对混合粉理化性质影响的比较
微波熟化和双螺杆挤压熟化对混合粉糊化度、含水量影响的比较见图 1。
由图 1 可知，混合粉经双螺杆挤压熟化处理后，糊化度比微波熟化高 146.66%，含水量几乎没有差异。表明双螺杆挤压处理混合粉熟化更完全，这可缩短压缩饼干焙烤时间，对保留热敏性的具有防便秘功能的活性成分有利。
微波熟化和双螺杆挤压熟化对混合粉峰值黏度影响的比较见图 2。
由图 2 可知，与微波熟化相比，双螺杆挤压熟化混合粉的峰值黏度降低了 34.5 BU，混合粉熟化程度明显提高。由此可见，对于同一种物料，双螺杆挤压熟化处理时，物料在高温、高剪切及高压等共同作用下，淀粉糊化、熟化更充分。压缩饼干压块成型要求物料颗粒间具有一定黏结力，本研究所用原料蛋白含量很低，颗粒间黏结力主要是依靠淀粉糊化产生黏度将不同淀粉颗粒黏连在一起形成的。在混合粉熟化预处理中，糊化度越高越好。另外，根据蒲云健等[19]研究发现原料含水量对压缩饼干成型性、硬度、酥性均有影响，适当提高含水量有利于面团压块成型。因此本研究认为双螺杆挤压更适宜作为木薯全粉等混合粉压缩饼干原料的熟化方法。 2.4 不同熟化方法对混合粉晶型及结晶度的影响不同熟化方法对混合粉晶型及结晶度的影响见图 3。——论文作者：拓朝月，周锋，杜习绱，张志明，陈鹏，谢彩锋
文章名称：两种熟化方式对压缩饼干粉理化性质的影响
