苦蕎脆片作為一種高品質(zhì)、低熱量、富含礦物質(zhì)的農(nóng)作物,受到廣大消費(fèi)者的喜愛和歡迎。然而,苦蕎麥脆片由于其特有的色差特性而在加工中會存在一定的問題,本文使用色差計就苦蕎脆片擠壓探討雙螺桿擠壓機(jī)的操作參數(shù)對苦蕎脆片品質(zhì)特性的影響,并進(jìn)行擠壓工藝的優(yōu)化,為苦蕎擠壓休閑食品的開發(fā)提供參考。苦蕎是種藥食兩用作物....
苦蕎脆片作為一種高品質(zhì)、低熱量、富含礦物質(zhì)的農(nóng)作物,受到廣大消費(fèi)者的喜愛和歡迎。然而,苦蕎麥脆片由于其特有的色差特性而在加工中會存在一定的問題,本文使用色差計就苦蕎脆片擠壓探討雙螺桿擠壓機(jī)的操作參數(shù)對苦蕎脆片品質(zhì)特性的影響,并進(jìn)行擠壓工藝的優(yōu)化,為苦蕎擠壓休閑食品的開發(fā)提供參考。
苦蕎是種藥食兩用作物 ,營養(yǎng)豐富,含有多種活性成分,黃酮類化合物是其最主要的生物活性物質(zhì),占苦蕎籽粒質(zhì)量的2% ~4%,具有較高的藥用及保健價值。經(jīng)常食用苦蕎能有效輔助治療腸胃積滯、慢性泄瀉、高血壓等病癥,同時蕎麥能幫助人體代謝葡萄糖,是防治糖尿病的天然食品。食品擠壓加工技術(shù)是利用螺桿擠壓的方式,通過高溫、高壓、高剪切力等作用對物料進(jìn)行捏合、蒸煮、熟化、殺菌、成型等加工處理,最后物料通過模具被強(qiáng)制擠出,形成一定形狀和組織狀態(tài)的產(chǎn)品。在擠壓加工過程中,通過改變操作參數(shù)(物料含水率、螺桿轉(zhuǎn)速、套筒溫度等)進(jìn)而對產(chǎn)品物理特性產(chǎn)生影響。
目前,苦蕎的利用主要以傳統(tǒng)加工為主,比如苦蕎面條、苦蕎面包等,而關(guān)于苦蕎休閑食品的相關(guān)研究較少。本研究以苦蕎為原料,利用擠壓膨化技術(shù),開發(fā)出一種新的休閑食品一苦蕎脆片,研究過程探討了雙螺桿擠壓機(jī)的操作參數(shù)對苦蕎脆片品質(zhì)特性的影響,并進(jìn)行擠壓工藝的優(yōu)化,為苦蕎擠壓休閑食品的開發(fā)提供參考。
1 材料與方法
1.1?材料
苦蕎:物料含水率13.8%、淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)68.4%、蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.5%、 脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.2%,黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.41%。
1.2?儀器與設(shè)備
EV—25型雙螺桿擠壓機(jī),TA?.?XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀,PS2080型色彩色差計,Cary 100 型紫外分光光度計。
1.3工藝流程
苦蕎原料→粉碎至80目→雙螺桿擠壓機(jī)擠壓成型→80 °C熱風(fēng)干燥30 min→成品
1.4?實(shí)驗設(shè)計
采用響應(yīng)曲面實(shí)驗設(shè)計(36組實(shí)驗)研究苦蕎脆片的擠壓膨化工藝參數(shù)對其品質(zhì)特性的影響(表1)。得到各個品質(zhì)指標(biāo)實(shí)驗數(shù)據(jù)后,采用SPSS18.0進(jìn)行因子分析,得出綜合評分,然后Design—Ex—pert.V8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,建立綜合評分的響應(yīng)面回歸模型,得出最優(yōu)工藝條件。
1.5?實(shí)驗方法
1.5.1?膨化度測定
隨機(jī)挑選10段擠壓樣品,用游標(biāo)卡尺測量其直徑,每個樣品測10次,取平均值,并通過公式(1)進(jìn)行膨化度計算。
1.5.2?密度測定
用小米作為置換介質(zhì),以100 mL量筒為容器,采用體積置換法測擠出樣品體積,并通過計算得出密度。取5次測定的平均值。
1.5.3?硬度及酥脆性測定
采用TPA模式,選擇HDP—BSK探頭進(jìn)行測試,將樣品固定在間距為3 cm的兩水平支持臂間,用探頭下壓樣品直至斷裂成兩半為止。測試前速度2 mm/s,測試速度1 mm/s,測試后10 mm/s。觸發(fā)力5.0g。每個樣品測試5次,取平均值。
1.5.4?色差( △E)測定
每個擠壓樣品取30g,用旋風(fēng)磨過100目篩片將其粉碎,平鋪在100 mm的培養(yǎng)皿上,使用PS2080型色彩色差計,選用L*a*b*色彩空間,進(jìn)行顏色測定。實(shí)驗方法以標(biāo)準(zhǔn)白板為參照標(biāo)準(zhǔn),通過與其他擠壓樣品的測定值進(jìn)行對比,得出△E值。△E表示擠壓樣品與標(biāo)準(zhǔn)白板之間的色差,△E越大說明與標(biāo)準(zhǔn)白板差別越大。
1.5.5?苦蕎脆片中黃酮保留率的測定
采用紫外一可見分光光度法測定苦蕎脆片中黃酮保留率,將擠壓膨化后的苦蕎脆片粉碎至100目后,準(zhǔn)確稱取1 g待測樣,分別都用甲醇按1:50在50 °C恒溫條件下浸提1 h,浸提時不斷振蕩。趁熱抽濾,濾液分別置人50 mL容量瓶中,定容至刻度,取待測液1mL加入顯色劑進(jìn)行顯色反應(yīng),測定吸光度。
1.5.6?數(shù)據(jù)分析
采用SPSS18.0軟件對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析和雙變量相關(guān)性分析;采用Design—Expert?.?V 8.0.6軟件通過響應(yīng)曲面法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
1.6?實(shí)驗方案
本實(shí)驗應(yīng)用響應(yīng)面分析法進(jìn)行分析。以X1 (喂料速度)、X2?(套簡溫度)、X3 (螺桿轉(zhuǎn)速)、X4?(物料含水率)為自變量,以Y1?(膨化度)、Y2?(密度)、Y3(硬度)、Y4?(酥脆性)、Y5?(色差)、Y6?(黃酮保留率)為響應(yīng)值,實(shí)驗方案及結(jié)果見表2。
2 結(jié)果與討論
2.1?苦蕎脆片品質(zhì)指標(biāo)的因子分析與綜合評價
通過因子分析方法,構(gòu)建苦蕎脆片品質(zhì)指標(biāo)的因子載荷矩陣,在實(shí)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、特征值貢獻(xiàn)率和特征值累積貢獻(xiàn)率,如表3所示。根據(jù)特征值累積貢獻(xiàn)率可知,提取2個因子累積貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到80.157% ,已經(jīng)將原數(shù)據(jù)中的大部分信息提取出來,因此,選取前2個公因子構(gòu)建因子載荷系數(shù)矩陣,為了得到意義明確的因子含義,將因子載荷系數(shù)矩陣進(jìn)行最大方差法旋轉(zhuǎn),得到旋轉(zhuǎn)后的因子載荷系數(shù)矩陣和因子得分系數(shù)矩陣,如表4所示。公因子f1對苦蕎脆片的密度、硬度和黃酮保留率起到支配作用,這些指標(biāo)主要反映是苦蕎脆片的內(nèi)在特性,因此,公因子f1為內(nèi)在因子;公因子f2,對苦蕎脆片的膨化度、酥脆性和色差起到支配作用,主要反映苦蕎脆片的表觀特性,公因子f?2為表觀因子。
根據(jù)因子得分系數(shù)矩陣,計算得出各個因子得分(V1、V2),對每個因子得分進(jìn)行加權(quán)求和,得到最終的綜合評分W,并對其進(jìn)行歸一化處理,結(jié)果見表5。
2.2?苦蕎脆片擠壓工藝條件響應(yīng)面實(shí)驗分析結(jié)果
2.2.1?回歸方程建立與分析
根據(jù)表6中F值大小可得到,各因素對綜合評分Z的影響程度的主次關(guān)系為:X2>X1>X3>X4,即套筒溫度>喂料速度>螺桿轉(zhuǎn)速>物料含水率。通過Design—Expert.?V 8.?0.?6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,根據(jù)表5綜合評分標(biāo)準(zhǔn)化后的實(shí)驗結(jié)果,建立綜合評分Z的二次響應(yīng)面回歸方程為:
由表6中方差分析結(jié)果可以得出:F失擬=2.33
由于黃酮類化合物具有熱不穩(wěn)定性,隨著套筒溫度的增加,黃酮的分解速率加大,產(chǎn)品中的黃酮保留率就會降低,膨化度增加,密度減少,酥脆度增加,產(chǎn)品的物理特性和質(zhì)構(gòu)特性得到改善,但當(dāng)套簡溫度增大到一定范圍時,不僅黃酮保留率下降,產(chǎn)品在高溫下發(fā)生焦糊,物理特性和質(zhì)構(gòu)特性下降,導(dǎo)致產(chǎn)品綜合評分下降;隨著螺桿轉(zhuǎn)速增大,物料在機(jī)筒內(nèi)的停留時間減小,物料受熱時間變短,因而黃酮的分解率降低,從而使擠壓產(chǎn)品的黃酮含量下降較少,但當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增大到一定范圍時,原料在套簡內(nèi)停留時間太短,導(dǎo)致糊化不足,使其物理特性和質(zhì)構(gòu)特性下降嚴(yán)重,擠出的苦蕎脆片不成型,因此產(chǎn)品綜合評分下降;隨著喂料速度的增加,擠壓機(jī)機(jī)筒內(nèi)物料填充度增加,在其他因素不變的情況下,物料所受到的溫度的影響較小,產(chǎn)品中的黃酮保留率較高,同時,在較高的喂料速度下,喂料量飽和擠壓機(jī)套筒內(nèi)阻力增大,原料受到高剪切和高摩擦作用,加速了糊化和裂解,有利于提高產(chǎn)品的物理特性和質(zhì)構(gòu)特性,使其綜合評分增加。
2.2.2?工藝參數(shù)優(yōu)化及驗證
通過Design—Expert.?V8.?0.6軟件對回歸方程進(jìn)行分析,計算當(dāng)綜合評分≥0.8時,各因素出現(xiàn)的方案個數(shù),結(jié)果表明,共有88個方案滿足要求。然后再采用SPSS18. 0軟件對得到的方案個數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行頻數(shù)優(yōu)化,將各個因素的區(qū)間( —2,2)分為5段,步長取1,最后得到各因素在各水平出現(xiàn)的頻數(shù)以及其95%置信區(qū)間,最后通過換算得到優(yōu)化后各參數(shù)的取值范圍,如表7所示。當(dāng)喂料速度為10.4 ~11.3 kg/h,套筒溫度為115~118 °C,螺桿轉(zhuǎn)速344 ~358 r/min,物料含水率為23. 8% ~25. 3%時,綜合評分≥0.8有95%的可能性。
在各工藝參數(shù)優(yōu)化范圍內(nèi)進(jìn)行選取,喂料速度為11 kg/h, 套筒溫度為116 °C,螺桿轉(zhuǎn)速為350 r/ min,物料含水率為25%,通過回歸方程得出綜合評分的理論預(yù)測值為0.89,經(jīng)實(shí)驗驗證,在此工藝條件下得到的苦蕎脆片其綜合評分的實(shí)際值為0.86,誤差為3.4%,與理論預(yù)測值較為接近,表明回歸方程對苦蕎脆片的擠壓工藝參數(shù)優(yōu)化的條件可行,因此采用因子分析的綜合評價,可以達(dá)到多目標(biāo)同時優(yōu)化的目的
2.3?苦蕎脆片各品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析
分析苦蕎脆片各品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性,結(jié)果如表8所示。膨化度與酥脆性呈現(xiàn)顯著正相關(guān),與色差和黃酮保留率呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān);密度與硬度和黃酮保留率呈顯著正相關(guān),與酥脆性呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān);硬度與黃酮保留率呈現(xiàn)顯著正相關(guān),與酥脆性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān);酥脆性與色差和黃酮保留率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。
3 結(jié)論
通過因子分析方法,對苦蕎脆片產(chǎn)品進(jìn)行綜合評價,構(gòu)建綜合評分的回歸方程,并采用頻數(shù)分析法對擠壓工藝進(jìn)行優(yōu)化后,得到優(yōu)化范圍:喂料速度為10.4~11.3 kg/h, 套筒溫度為115~118 °C,螺桿轉(zhuǎn)速344~358 r/min,物料含水率為23. 8% ~25. 3%,在此范圍內(nèi)選取喂料速度為11kg/h,套筒溫度為116 °C, 螺桿轉(zhuǎn)速為350 r/min,物料含水率為25%,該條件下生產(chǎn)苦蕎脆片產(chǎn)品的綜合評分理論預(yù)測值為0.89,進(jìn)行驗證實(shí)驗,得出綜合評分的實(shí)際值為0. 86,與理論預(yù)測值較為接近,表明回歸方程對綜合評分的優(yōu)化可行。通過對苦蕎脆片各品質(zhì)指標(biāo)之間進(jìn)行相關(guān)性分析得出:苦蕎脆片在擠壓加工過程中,黃酮保留率越高,其膨化度和酥脆性越低,密度和硬度越高。
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