挤压膨化提高含豆渣产品可溶性膳食纤维的工艺研究

挤压膨化提高含豆渣产品可溶性膳食纤维的工艺研究

1112

易文芝，邓洁红，汤志才，刘天宇

（1．湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙410128；2．湖南农业大学工学院，湖南长沙410128）

摘

要：主要以玉米粉，大米粉和豆渣粉为原料，用双螺杆挤压机进行挤压膨化，通过单因素试验和

正交试验研究了螺杆转速、机筒温度、物料水分对提高产品可溶性膳食纤维含量及感官品质的影

响。实验结果表明：在基础配方大米∶玉米=1∶3，豆渣的添加量8%的情况下，最佳挤压工艺条件为螺杆转速850r/min，机筒温度150℃，物料水分14%。关键词：挤压膨化；豆渣；可溶性膳食纤维；膨化度

中图分类号：TS214文献标识码：A文章编号：1007－7561（2012）01－0012－04

StudyonextrudingtechniqueforraisingtheSDFcontentsinbeandregproducts

YIWen－zhi1，DENGJie－hong1，TANGZhi－cai1，LIUTian－yu2

（1．CollegeofFoodScienceandTechnology，HunanAgriculturalUniversity，ChangshaHunan410128；

2．EngineeringCollege，HunanAgriculturalUniversity，ChangshaHunan410128）

Abstract：Cornflour，riceflourandsoybeandregsweremixedandextrudedbydoublescrewextruder．Theeffectofrotaryspeedofscrew，temperatureofcylinderandmaterialmoistureonsolubledietaryfiber（SDF）contentandthequalityofappearanceandtastewasstudied．Theresultshowedthatforthebasicformula，i．e．riceflour：cornflour1：3，and8%beandregs，theoptimaltechnologicalconditionsweretherotaryspeedofscrew850r/min，thetemperatureofcylinder150℃andthematerialmoisture14%．Keywords：extrusion；soybeandreg；solubledietaryfiber（SDF）；expansionrate中国是大豆的发源地，大豆产量一直居世界前列，豆制品的消费量是相当可观的，在豆制品加工过程中会产生大量的副产物—豆渣，以往大部分豆渣并没有充分发挥它只作为饲料或肥料来加以利用，的实用价值

［1］

节血糖，从而降低心脏病的危险。可溶性膳食纤维在许多方面具有比不溶性膳食纤维更强的生理功

能，如对结肠癌的防治效果比不溶性膳食纤维更好，此外在降低血液胆固醇含量方面及对有害物质的清除上都比不溶性膳食纤维效果好。

豆渣中的总膳食纤维含量很高，但可溶性膳食纤维含量比较低，提高豆渣中的可溶性膳食纤维含量具有较好的应用意义

［5］

。1991年，WTO专家组在日内瓦会

［2］

，议上将膳食纤维推荐入“人群膳食营养素指标”确认了纤维素是人体不可缺少的第七营养素具有广阔的开发前景达60%左右，

［3］

。豆

渣是一种很好的膳食纤维资源，总膳食纤维含量高

。

膳食纤维按水溶解性分为可溶性膳食纤维（Solubledietaryfiber，SDF）和不溶性膳食纤维（In-solubledietaryfiber，IDF）［4］，不溶性膳食纤维包括纤维素、木质素和部分半纤维素，具有调节肠道、防止便秘的功能；可溶性膳食纤维包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素，可减少血液中的胆固醇、调

收稿日期：2011－07－04

作者简介：易文芝（1988－），女，湖南株洲人，本科．通讯作者：邓洁红（1967－），女，湖南怀化人，教授．

。目前的研究集中在酶解法和

微生物发酵法提高可溶性膳食纤维含量，少量文献研

［1］

究了挤压工艺对于豆渣可溶性膳食纤维的影响。本文应用挤压膨化提高豆渣复合产品可溶性膳食纤维含量，将改良后的豆渣运用到豆渣食品的加工，研发一种豆渣膨化食品，通过优化工艺条件，使产品的口感和可溶性膳食纤维含量都达到最佳水平。

1

1．1

材料与方法

材料原材料

豆渣粉：生产豆浆时，大豆浸泡磨

1．1．1

1．41．4．1

试验设计单因素试验

在固定基本配方的情况下，分

浆分离的豆渣，由学校金岸食堂提供。湿豆渣于隧

道式烘干机78℃左右下烘干水分至8%左右，用粉大米粉、白糖、盐碎机粉碎后过80目筛。玉米粉、

均为市售。等，1．1．2

试剂耐热型α－淀粉酶、中性洗涤剂、磷酸盐缓冲液、丙酮，以上试剂均为分析纯。

主要设备

DS56－X型双螺杆挤压膨化

机：济南赛信机械有限公司；HSW－5型隧道式烘干机：安徽临泉县食品机械厂；SF－30B吸尘式粉碎机（10－120目）：长沙市岳麓区中南制药机械厂；电热鼓风干燥箱；恒温水浴锅；通风橱；马弗炉等。1．21．2．1

工艺路线基本配方

玉米粉1500g，大米粉500g，豆

别考查螺杆主电机转速（700～900r/min）、膨化机混合物料水分含量第三区加热温度（120～150℃）、

（10%～18%）对产品IDF转化值、膨化比、感官评分的影响。1．4．2

正交试验

在单因素试验的基础上，设计

L9（34）正交试验，以产品IDF转化值、感官评分筛选最优工艺条件。

本实验有三个衡量指标，即IDF转化值、感官评分和膨化度。实验的目的是获得最佳挤压工艺条件，使生产的豆渣膨化食品具有良好口感的同时，可溶性膳食纤维含量也很高，从而满足消费者对健康营养的追求。因此，单因素试验中，设定膨化度的下限值为7，感官指标的下限值为4；正交试验过程中，膨化度的下限值为7，感官指标的下限值为3．5，在确定提高可溶性膳食纤维含达到下限值的前提下，量的最佳因素水平。

1．1．3

渣粉160g，糖151g，盐11g。

1．2．2挤压膨化工艺流程湿豆渣→烘干（78℃）大米粉→粉碎→过筛（80目）→混匀（加入玉米粉、

等）→加湿（调节物料水分）→挤压膨化→切割成型→包装→成品。1．2．3

操作工艺条件

实验过程中固定基本配方

不变，通过反复实验，固定机筒的一二区温度分别为60℃、110℃。1．31．3．11．3．2

测定方法水分的测定

GB/T5009．3—2003，通过测

AACC32－06［6］。总膳食

2

2．1

结果与分析

螺杆转速对产品指标的影响

固定第三区温度为130℃，混合物料水分含量

9．8%，螺杆转速对产品指标的影响见图1。由图1可见，转速在800r/min时，产品的感官评分最高，膨化比也达到最大值。这是因为随着螺杆转速的增物料所受的剪切力增大，部分大的直链淀粉变成大，

支链淀粉的部分侧链小分子也被游离出来，小分子，

淀粉分子间的氢键作用被削弱，分子骨架的自由空间加大，使得物料中的水分更容易“渗入”而使其发生溶胀

［9］

定，挤压前混合物料的水分含量为9．8%。

膳食纤维的测定

纤维=不可溶性膳食纤维+可溶性膳食纤维，即挤压后产品中减少的那部分不可溶性膳食纤维全部转

［7］

化成可溶性膳食纤维。经测定，挤压前混合物料的不可溶性膳食纤维含量为6．35%，则IDF转化值=6．35%－挤压后产品IDF含量。为消除物料水分测定值都是干基含量。的影响，1．3．3

膨化度的测定产品的膨化度的测定是在

挤压膨化前，取混合均匀的100g样品测量出它的体积V1，挤压膨化后，再次取样品100g测量它的体积V2，即膨化比=V2/V1。1．3．4感官评价指标的制定

见表1。作为膨化食

口感是非常重要的指标，口感是香味度、酥脆度和品，

，因而产品膨化度增大。当螺杆转速继续

增大，物料在机筒内的停留时间减小，物料来不及从机筒壁吸收足够的热量，熔体混合不均匀，温度场温差大，甚至出现未糊化的颗粒夹杂在产品中，因而产品膨化度反而减小

。

［8］粗糙度的综合体现，因此将这3个指标作为评价口

另外色泽和外形也是考虑的标准。采感的一级指标，

10个人分别进行评定，取5分制进行评定，取其平均。

表1

评价项目

糊香味（0．2）酥脆度（0．3）粗糙度（0．2）色形

泽（0．15）状（0．15）

很香（5分）很脆（5分）中等（5分）很细/很粗（2黄褐（5分）规则（5分）

各指标评分标准及权重

评价标准

较香（4分）香（3分）略香（2分）较脆（4分）脆（3分）微硬（2分）偏细/偏粗（4分）较细/较粗（3分）分）特细/特粗（1分）偏黄/偏褐（3分）褐色/黄色（1分）欠规则（3分）不规则（1分）

不香（1分）

硬（1分）

图1螺杆转速对产品指标的影响

粮食工程

IDF转化值增加，随着螺杆转速的增大，即可溶性膳食纤维的含量提高。螺杆的转速决定物料在挤压膨

［10］

化过程中所承受的摩擦、碾压和剪切作用的大小。［8］转速快作用力就大，就越有利于大分子的降解。

粮油食品科技第20卷2012年第1期

官得分大于4，与130℃的感官得分相差不大，因此选择机筒温度单因素实验的最佳水平为140℃。2．3

物料水分对产品指标的影响

固定螺杆转速850r/min，三区温度为140℃，通过添加水分考查混合物料水分含量对产品指标的影响，结果见图3。物料水分在12%时，产品的口感与螺杆转速和机筒温度相比，物料水分形态比较好，

对产品口感的影响最为明显。膨化度在水分为12%达到最大，之后随物料水分的增大而降低。这是由于物料湿度增加时，淀粉和蛋白质吸水增加，同时蛋白质发生变性，导致物料的黏稠度增大，物料与物料向出口移动挤压膨化机的构件间摩擦力增大，

缓慢，在机筒内停留时间长，机内压力增大，使机内与机外压力差较大，膨化度升高

［13］

试验中发现，螺杆转速在900r/min时，挤压产品基本不成形，已经影响到该产品所具有的基本形膨化度大于7，感官态。螺杆转速为850r/min时，

得分大于4，综合考虑各指标，选择螺杆转速单因素实验的最佳水平为850r/min。2．2

机筒温度对产品指标的影响

固定螺杆转速为850r/min，混合物料水分含量9．8%，机筒温度对产品指标的影响见图2。由图2可见，第三区温度在130℃时得到的膨化产品的口感最好，膨化度在130℃时达到最大值，之后随着温度的继续升高而降低。机筒温度一方面影响黏度从另一方面，也使水分转变为水蒸气，为而影响膨胀，

膨化提供动力。物料的温度太低，淀粉的糊化不充分，影响挤出物的膨化效果。温度太高，淀粉会发生焦化，同样影响挤出物的膨化效果和品质

［11］

。当物料湿度继

续增加时，由于水分含量较高，物料中的水分充当了润滑剂的作用。一方面由于水分的润滑作用增强，物料在机筒内所受剪切、摩擦作用减弱，物料挤出阻力减少，停留时间短，使模口处压力降低；另一方面，由于水分在模口处汽化而吸收大量的汽化潜热，使难以在模口处建立起高得机筒及模口处温度降低，从而使膨化度降低

。温高压状态，

。Ko-

kini等研究发现加热温度在一定范围内时淀粉的径该温度范围随淀粉类型和水分含向膨胀达到最大，

量的不同而变化。温度高出这个熔融体在离开模口时由于压力突然降低导致成核反应，熔融体黏度过低，蒸气压力使气孔破裂，膨胀降低

［12］

。

图3物料水分对实验结果的影响

物料水分为14%时，不可溶性膳食纤维转化成可溶性膳食纤维最多。水分低有利于SDF的提高，

图2

机筒温度对实验结果的影响

但过低会造成机器堵塞

［14］

，随着水分继续升高会降

挤压后可溶性膳食纤维含量随温度的升高而增140℃后提高的程度不明显。筒壁温度高，加，传递给物料的热量多，物料升温幅度大，有利于膳食纤维分子的化学键断裂，亲水性增加

［10］

低这种趋势，可能是由于物料中过高的水分含量，可以降低挤压机内部的剪切作用。

物料水分为14%时，膨化度大于7，感官得分大于4，所以选择物料水分单因素实验的最佳水平为14%。2．4

正交试验结果

由表2可以得到，在提高豆渣可溶性膳食纤维含量方面，双螺杆最佳挤压工艺条件为A2B3C3，即螺杆转速850r/min，机筒温度150℃，物料水分

。但随着桶壁温

SDF含量变化趋于平缓。且挤压温度度继续升高，

使挤压后产品颜色加过高会导致美拉德反应褐变，深。

机筒温度为140℃时产品的膨化度大于7，感

粮油食品科技第20卷2012年第1期

粮食工程

当机筒温度为150℃时，感官得分大于3．5，膨化度大于7，所以选择机筒温度的最佳水平为150℃。物料水分为16%时，感官得分小于3．5，而物料水分为14%时，不可溶性膳食纤维的转化值与物料水分为16%相差不大，所以确定物料水分的最佳水平为14%。综合考虑两方面因素，获得实验最佳的挤压工艺条件为螺杆转速850r/min，机筒温度150℃，物料水分14%。验证实验结果表明，该条件下产品IDF转化值达到5．46%，感官评分为4．03，质量指标理想。

16%，此时干基中不可溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维最多。采用直观分析方法，比较三个因素的极差R值可以看出，各个挤压参数对SDF含量增加的影响程度由大到小的顺序为：机筒温度＞物料水分＞螺杆转速。

表2

试验号123456789K1K2K3k1k2k3R

正交试验结果和极差分析表（IDF转化值）

机筒温度B

/℃

13014015013014015013014015015．0215．2816．145．015．095．381．12

物料水分C

/%

12141614161216121414．8015．6815．804．935．235．270．34

IDF转化值

/%4．605．205．565．385．205．325．044．885．26

螺杆转速A/（r/min）

80080080085085085090090090015．3615．9015．185．125．305．060．24

3结论

挤压膨化可以使豆渣产品中不可溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维，在固定实验配方即大米∶玉米=1∶3，豆渣的添加量8%的基础上，可获得最佳挤压工艺条件为：螺杆转速850r/min，机筒温度150℃，物料水分14%。在此条件下生产的豆渣

不仅具有良好的口感，且产品中可溶性膳膨化食品，

IDF转化值达到5．46%。从食纤维的含量也很高，

而顺应了消费者对食品营养健康的需求，丰富了传统食品的新品种，实现了豆渣的高值利用。参考文献：

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［2］．黑龙江农业科学，2002，陈霞．膳食纤维的生理功能与特性［J］

由表3感官评分数据分析可得，获得最佳口感

形态的工艺条件是A2B2C2，即螺杆转速为850r/min，机筒温度为140℃，物料水分为14%。采用直观分析方法，比较三个因素的极差R值可以看出，各个挤压参数对产品感官指标的影响程度大小为：物料水分＞螺杆转速＞机筒温度。

表3试验号123456789K1K2K3k1k2k3R

正交试验结果和极差分析表（感官指标分析）

机筒温度B

/℃

13014015013014015013014015010．7811．8810．933．593．963．640．37

物料水分C

/%

12141614161216121411．6211．9110．063．873．973．350．62

感官评分3．673．973．264．193．883．922．924．033．75

螺杆转速A/r/min

80080080085085085090090090010．9011．9910．703．634．003．570．43

（2）：38－40．

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