西藏青稞鸡爪谷杂粮粉挤压膨化工艺优化

靳玉龙，白 婷，朱明霞，刘小娇，王姗姗，张玉红

（西藏自治区农牧科学院农产品开发与食品科学研究所，西藏拉萨850000）

0 引言

青稞（Hordeum vulgareL.var.nudumHook.f）属于禾本科植物，是大麦的变种，是青藏高原地区种植最广泛的农作物，也是藏民赖以生存的粮食作物[1]。随着青稞产量的不断提高，其营养品质逐渐受到人们的重视，尤其发现青稞具有“三高两低”（高蛋白、高纤维、高微生素、低脂肪、低糖）的特色优势之后[2]，其膳食结构满足现代人健康饮食的要求，人们对青稞的加工研究日益增多。2019年西藏自治区内80万t可用于加工的青稞中，主要集中于米型和粉制等低附加值产品，产品也以面类为主，这在一定程度上限制了青稞加工品的开发提升。挤压加工技术是在热能和机械能的共同作用下，连续挤压、剪切、混合、蒸煮，使物料塑性化的加工方式，具有高温、短时等特点。青稞中淀粉含量相对较高，挤压改性能使其α化，从而达到改善口感和品质的目的，是提高营养价值的有效途径[3]。同时，在西藏高原环境下，膨化参数的设置是否能达到内地的设备要求，也需要在试验中探索。陈峰青等人[4]通过对青稞粉进行挤压发现提高了粉的糊化性质和消化率，但由于高原环境特殊，环境压力的不同是否对膨化产生影响、膨化温度的适宜性如何等都待进一步探究。试验将探讨在高原环境下挤压膨化对青稞加工的可能性，通过优化膨化工艺，增加加工方式，提升当地小杂粮的附加值，协助区内相关产业发展，为后期更多类青稞产品的开发提供理论参考和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

藏青320青稞籽粒，西藏自治区农牧科学院农产品开发与食品科学研究所提供；鸡爪谷，拉萨市售；豌豆，日喀则当地产黑豌豆。

1.2 仪器与设备

DSE-II型实验型双螺杆挤压膨化机，济南盛润机械有限公司产品；电子天平，赛多利斯（上海）有限公司产品；16G型离心机，上海安亭仪器有限公司产品；DHG－9140A型电热恒温鼓风干燥箱、HWS－28型电热恒温水浴锅，上海齐欣科学仪器有限公司产品；DFY型系列高速万能粉碎机，上海利闻科学仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

杂粮粉制备：将青稞、鸡爪谷、豌豆利用高速万能粉碎机粉碎，并过80目筛，按比例复配制得杂粮粉（含水量10.2%）。

1.3.1 单因素试验

（1）水分对膨化率的影响。物料水分设定为10%，12%，14%，16%，18%，20%。Ⅰ区温度为20℃，Ⅱ区温度为70℃，Ⅲ区温度为150℃，主轴转速为25 Hz，喂料速度为8 Hz。

（2）其他参数的影响因素。通过前期试验选择主轴速度20，23，25 Hz。Ⅲ区温度150，160，170℃和喂料速度8，10，12 Hz进行正交试验。

正交试验参数设置范围见表1。

表1 正交试验参数设置范围

1.3.2 膨化率的测定

用游标卡尺测量挤压膨化后产品的直径，每个样品随机测定5次，求其平均值作为产品的平均直径d1，再除以模孔直径d2，即得挤压膨化产品的膨化率[5]。

1.3.3 吸水性的测定

准确称取1.5 g的样品，质量记为m，同30 mL蒸馏水一起放入恒质量的50 mL的离心管中，离心管质量记为m1，振荡30 min，然后离心15 min。上清液转入恒质量的铝盒中，称量留下胶体的离心管质量并记为m2，计算吸水性：

1.3.4 水溶性的测定

将上述测定吸水性指数的上清液转移至铝盒，铝盒质量为m3，在105℃下烘箱中蒸发至恒质量，干物质和铝盒的质量记为m4，水溶性指数计算方式：

1.3.5 堆积密度的测定

将样品轻轻倒入10 mL量筒，用量筒底部轻敲实验台，直将样品间空隙减少不再下降，反复直至样品位置到10 mL的标记位置。堆积密度记为单位体积的样品质量。

1.3.6 沉降性的测定

将10 g样品加水搅拌5 min，定容至100 mL，搅拌均匀后将一定体积的混合液转入具塞带刻度的试管中，将其静置沉降30 min，测定沉淀出来的固体的体积。

1.3.7 分散性的测定

称5 g样品放于100 mL水中，加25℃的去离子水50 mL，以转速800 r/min搅拌，记录开始搅拌到样品全部分散所用的时间（s）。

1.3.8 润湿性的测定

在250 mL烧杯中，加水200 mL，称取0.5 g样品于水面上，尽量铺平，测定样品加入后直到样品完全沉降所用的时间（s）。

2 结果与分析

2.1 膨化原料基本成分比较

膨化原料成分见表2。

表2 膨化原料成分

由表2可知，青稞脂肪含量最高，蛋白质、微量元素钙和镁等青稞最低，蛋白质、钾、铁含量豌豆最高，从杂粮膨化挤压角度讲，单纯青稞挤压膨化营养价值较低，而相对复配后的杂粮显著提高了蛋白质、微量元素含量，同时减少了脂肪的含量。从目前营养健康方面来看，较为符合人体摄入的要求和趋势。

2.2 物料水分含量对膨化率的影响

物料含水量与膨化率的关系见图1。

图1 物料含水量与膨化率的关系

由图1可知，当物料中水分含量为10%时，膨化率较低，随着水分的增加，膨化率呈现先增大后减小的趋势。在水分含量12%时，膨化率达到最大。

正交试验结果见表3，正交试验结果分析见表4。

表3 正交试验结果

表4 正交试验结果分析

由表3可知，影响挤压膨化效果的因素排序为A>D>B>C，即物料水分含量>喂料速度>膨化机Ⅲ区温度>主轴的转速；并且从K1，K2，K3可已看出，理论最佳工艺为A1B3C1D1，即物料水分含量为12%，Ⅲ区温度170℃，主轴转速20 Hz，喂料速度8 Hz。

青稞杂粮膨化粉的物理特性见表5。

由表5可知，通过对不同膨化参数组合的青稞杂粮粉的吸水性、水溶性、堆积密度、沉降性、分散性、润湿性等指标进行测定，发现测定组合之间没有表现出明显的速溶差异特性。从沉降性、润湿性来看，组合9体现出了较好的速溶特性，而分散时间组合3时间最短，并且吸水性和水溶性较高。吸水性最好的为组合1，可能因为膨化程度最好，导致组织间具有更多疏松、多孔结构[6]。青稞粉膨化后溶解度、吸水性、沉降性等都有所增大。从以上数据来看，青稞杂粮膨化率的大小与速溶性指标不呈正比关系。

表5 青稞杂粮膨化粉的物理特性

3 讨论

根据正交试验优化工艺参数，发现A1B3C1D1为最优组合，其膨化率可以达到最高，但是通过对水溶性等指标进行检测时，并没有显著证明此组合跟速溶性的相关性，就说明速溶性需要根据其速溶指标进行测定。当水分为12%时，发现青稞杂粮粉的膨化率最高，此水分包括物料中本身所含的水分。同时通过多膨化粉的水溶性、吸水性、堆积密度、分散性、沉降性、润湿性等进行分析检测，当膨化参数为组合9时，堆积密度较大，并且沉降性、润湿性最小，速溶性达到最佳。根据以上试验，在进行挤压膨化试验时，需要根据加工品来确定参数范围。同时，有文献研究挤压膨化对速溶粉影响发现，堆积密度和溶解度随着物料的细化呈增大趋势，物料溶解于水的程度越来越明显[7]；分散性、流动性、润湿性、沉降性等越小，对于粉的速溶性越好[8]。同时发现，在组合1参数水平下，膨化率、吸水性和水溶性也较高，这与其膨化率高导致的组织结构疏松有关。

4 结论

通过对青稞杂粮粉膨化工艺的优化，在高原环境下，影响挤压膨化效果的因素排序为A>D>B>C，即物料水分含量>喂料速度>膨化机Ⅲ区温度>主轴的转速；并且从膨化率来看，正交试验得出理论最佳工艺为A1B3C1D1，即物料水分含量为12%，Ⅲ区温度170℃，主轴转速20 Hz，喂料速度8 Hz；从速溶粉的生产工艺来看，最佳工艺为物料水分含量为16%，Ⅲ区温度170℃，主轴转速23 Hz，喂料速度8 Hz。