雜糧粉擠壓膨化工藝的優化

張 艷，田海娟，張傳智

（吉林工商學院 糧食學院，吉林長春 130507）

我國雜糧栽種歷史悠久、資源豐富、品種多樣，素有“雜糧王國”的美稱。雜糧營養豐富，富含蛋白質、維生素、礦物質及多種功能因子，兼具藥食兩用的獨特功效，由于生長地域和氣候的特殊要求，雜糧更成為遠離污染的無公害天然綠色食品。隨著人們生活水平的日益提高，雜糧食品以其獨特的營養價值和綠色環保特點，俘獲了眾多食客。因此，雜糧食品具有廣闊的市場發展前景[1-2]。

擠壓膨化是指物料在高溫高壓及擠壓機螺桿的推動作用下，被擠出?？椎乃查g，壓力瞬間降低，使得物料的性質及組織結構發生變化的過程[3]。擠壓膨化法技術成熟，功效顯著，可處理多種原料來源的膳食纖維，且經擠壓膨脹后的可溶性膳食纖維的含量和質量都有顯著提高。糊化度是衡量谷物食品熟化程度的指標，也是反映擠壓效果的重要指標[4]。本研究以燕麥、薏米、青稞、小米4 種雜糧為原料，制備一種速溶雜糧粉。在保證4 種雜糧特有營養價值的前提下，通過雙螺桿擠壓改性4 種雜糧，改善原料制粉后的糊化性。經過單因素、正交試驗優化雙螺桿擠壓膨化參數，得到最佳工藝參數，為擠壓膨化制備速溶雜糧粉提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

燕麥、薏米、青稞和小米（市售）。

雙螺旋擠壓機、三清超微粉碎機、粗粉碎機、電子精密天平、臺式高速離心機和數顯恒溫水浴鍋等。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

速溶雜糧粉制作流程為原料選取→原料稱量→除雜→粗粉碎、過篩→混料→擠壓膨化→干燥→超微粉碎→復配→包裝[5]。

1.2.2 操作要點

（1）粗粉碎、過篩。對原料進行粗粉碎，過80目篩。

（2）混料。預先進行雜糧配方試驗確定燕麥、薏米、青稞、小米的配比為6 ∶3 ∶3 ∶8，按比例混合為總重量為1 000 g 混料，備用。

（3）擠壓膨化。機筒提前預熱至所需條件，在整個擠壓膨化過程中要維持機器穩定，實時監控系統壓力值。

（4）干燥。把原料放入干燥箱中，50 ℃烘干4 h，使物料水分含量維持在8%～9%。

1.2.3 單因素試驗

按確定配方稱取1 000 g 雜糧粉，在基礎條件（物料水分添加量15%、喂料速度為22 Hz、擠壓溫度160 ℃、螺桿速度為24 Hz）固定的情況下，分別研究物料水分添加量（13%、15%、17%、19%和21%）、喂料速度（20 Hz、23 Hz、26 Hz、29 Hz 和32 Hz）、擠壓溫度（130 ℃、145 ℃、160 ℃、175 ℃和190 ℃）和螺桿速度（16 Hz、19 Hz、22 Hz、25 Hz 和28 Hz）對混合雜糧粉糊化度的影響。

1.2.4 正交試驗

在單因素試驗結果的基礎上，采用L9(34)正交表進行正交試驗，確定最佳擠壓工藝條件，見表1。

表1 正交試驗設計表

1.2.5 糊化度測定

根據《預糊化淀粉》（GB/T 38573——2020）中的方法測定擠壓膨化后雜糧粉的糊化度。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1 物料水分添加量對雜糧粉糊化度的影響

由圖1 可知，水分添加量在13%～17%時，雜糧粉糊化度隨水分添加量的增大而增大；原因是在此區間，水分對擠壓膨化效果起到促進作用，雜糧粉糊化度趨于徹底。當添加量為17%時，雜糧粉糊化度最大，可達84%。水分添加量在17%～21%時，雜糧粉糊化度隨水分添加量的增大而減??；原因是水分添加過多，物料在擠壓膨化時受到的剪切、摩擦作用減弱，多余水分發生汽化引起擠壓溫度下降，導致物料糊化效果受到不良影響。因此，選擇17%、19%、21%作為正交試驗因素水平。

圖1 水分添加量對雜糧粉糊化度的影響

2.1.2 喂料速度對雜糧粉糊化度的影響

由圖2 可知，雜糧粉糊化度隨喂料速度的增加呈現先升高后降低的趨勢。在喂料速度為26 Hz 時，雜糧粉糊化度最大，為64%。雜糧粉糊化度的變化與物料在機筒中的受熱、剪切、摩擦有關，當喂料速度大于26 Hz，單位時間內進入機筒進行擠壓膨化的物料超過設定條件下擠壓機處理物料能力，在擠壓時物料吸收熱量不足，影響擠壓膨化效果，進而降低了雜糧粉糊化度。因此，選擇喂料速度為23 Hz、26 Hz、29 Hz 作為正交試驗因素水平。

圖2 喂料速度對雜糧粉糊化度的影響

2.1.3 擠壓溫度對雜糧粉糊化度的影響

由圖3 可知，在擠壓溫度為130 ～190 ℃時，雜糧粉糊化度隨擠壓溫度的升高呈現先增大后緩慢減小的趨勢。原因是前期隨著溫度的升高，物料所受的剪切力和摩擦力變大，機筒內部壓力增大，令物料處于熔融狀態糊化。在擠壓溫度為160 ℃時，雜糧粉糊化度最大為74%。后期隨著擠壓溫度的升高，雜糧粉糊化度變化不明顯。綜上，擠壓溫度為145 ℃、160 ℃、175 ℃時，糊化度梯度明顯，且糊化效果較好，選為正交試驗的3 個水平。

圖3 擠壓溫度對雜糧粉糊化度的影響

2.1.4 螺桿速度對雜糧粉糊化度的影響

由圖4 可知，螺桿速度在16 ～22 Hz 時，雜糧粉糊化度隨螺桿速度的增大而增大。螺桿速度低于22 Hz 時，物料所受的剪切力隨螺桿速度的增大而增大，物料承受的剪切力令物料分子水平距離增大，受熱更充分，因此雜糧粉的糊化度增大。螺桿速度為22 Hz 時，雜糧粉糊化度最大值為78%。螺桿速度在22 ～28 Hz 時，雜糧粉糊化度隨螺桿速度的增大而減小。綜上，螺桿速度為19 Hz、22 Hz、25 Hz時糊化相對較好，確定為正交試驗的3 個水平。

圖4 螺桿速度對雜糧粉糊化度的影響

2.2 正交試驗結果分析

由表2 可知，影響糊化程度的因素依次為螺桿速度＞水分添加量＞擠壓溫度＞喂料速度，最佳工藝為A2B2C1D3，即水分添加量為19%、喂料速度為26 Hz、擠壓溫度為145 ℃、螺桿速度為25 Hz。此條件下雜糧粉的糊化度為89.73%，高于9 組試驗中糊化度最高的8 號試驗A3B2C1D3（85.84%），因此工藝可靠。

表2 糊化度正交試驗結果

3 結論

本文研究了擠壓膨化工藝對雜糧粉糊化度的影響，確定螺桿速度對糊化度影響最大，其次是物料水分添加量和擠壓溫度，影響最小的為喂料速度。擠壓膨化最佳工藝條件為物料水分添加量19%、喂料速度26 Hz、擠壓溫度145 ℃、螺桿速度25 Hz，該條件下雜糧粉糊化度達到89.73%。