段維，王立，錢海峰，張暉，齊希光

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214036)

從全球范圍內(nèi)消費量分析，意大利面是僅次于面包的第二大面制品［1］。傳統(tǒng)意大利面以杜倫硬質(zhì)小麥為原料經(jīng)擠壓干燥而成，產(chǎn)品具有面筋含量高、久煮不爛等特點，深受西方國家人民的喜愛。但近年來，傳統(tǒng)意大利面的銷售市場及銷售量在逐步減小，無麩質(zhì)面條的需求量卻越來越大［2］，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是全球范圍內(nèi)面筋過敏人群數(shù)量的劇增，尤其是在歐美一些國家由于面筋過敏而引起的疾病——乳糜泄的發(fā)病率已達到1%［3］。該疾病的發(fā)生是由于過敏人群攝入了小麥面筋蛋白，導(dǎo)致小腸黏膜發(fā)生變化，從而引發(fā)炎癥，嚴重情況下甚至導(dǎo)致死亡［4］。目前，防治該病的唯一有效方法是不攝入含面筋的食品。因此，研究出適宜的原料替代杜倫麥粉制備意大利面成為了研究熱點［5-6］。

糙米作為一種全谷物食品原料，可以作為一種無麩質(zhì)原料用于無麩質(zhì)意大利面的開發(fā)［7］。同時，糙米與精米具有更高含量的膳食纖維、脂肪、礦物質(zhì)、維生素和γ-氨基丁酸等營養(yǎng)功能成分，對人體有保健作用［8-9］。以糙米為原料制備意大利面時，一方面由于皮層的存在而增加了產(chǎn)品營養(yǎng)價值，但同時也會弱化淀粉結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)品蒸煮損失增大、硬度降低［10］。因此，以精米為原料制備意大利面的研究已有較多報道［11-12］，而以糙米為主要原料制備意大利面的研究報道則較少。本文以粳/秈糙米粉(質(zhì)量比1∶1)為主要原料，以雙螺桿擠壓為加工手段，通過調(diào)整擠壓工藝和復(fù)配添加劑種類及添加量，優(yōu)化糙米意大利面的加工工藝，以期獲得低蒸煮損失、低表面黏性和高營養(yǎng)價值意大利面。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

粳糙米、秈糙米，北京金禾源商貿(mào)有限公司;大豆分離蛋白，鄭州晨旭化工產(chǎn)品有限公司;瓜爾膠，印度Sarda Gums＆Chemicals生產(chǎn);海藻酸鈉，青島明月海藻集團有限公司;黃原膠，淄博中軒生化有限公司;單硬脂酸甘油酯，張家港市中鼎添加劑有限公司;市售意大利面，購于江蘇無錫家樂福超市。

1.1.2 試驗儀器與設(shè)備

FMHE36-24雙螺桿擠壓機，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司;TA-XT2i物性測試儀，英國Stable Micro System公司;常用設(shè)備未列出。

1.2 實驗方法

1.2.1 意大利面擠壓制作方法

糙米粉(糙米∶粳米質(zhì)量比為1∶1)、大豆分離蛋白、添加劑→混勻→調(diào)水分、混勻→擠壓熟化→切割成型→干燥→包裝

1.2.1.1 調(diào)濕

將糙米粉、大豆分離蛋白、添加劑準確計量，混合均勻后，測定混合粉的水分含量，經(jīng)過計算將水分含量調(diào)至12%后，混合均勻。

1.2.1.2 擠壓熟化

擠壓分為啟動階段和生產(chǎn)階段，先開啟擠壓機進入啟動階段，該階段擠壓參數(shù)為:加水量40%(擠壓初需要水量以便出料)，螺桿轉(zhuǎn)速100 r/min，固體喂料量 8kg/h，2、3、4、5、6 區(qū)溫度對應(yīng)為 70、100、100、70、50℃。當(dāng)模頭壓力不再上升、模頭出口處順利出料后，調(diào)節(jié)設(shè)備進入生產(chǎn)階段。生產(chǎn)階段加水量為30%，螺桿轉(zhuǎn)速為80 r/min，其他參數(shù)與啟動階段相同。擠壓所用的模頭為2孔、弧形不銹鋼模頭。

1.2.1.3 切割成型

當(dāng)擠壓進入生產(chǎn)階段并維持穩(wěn)定后(2 min左右)，將切割機推至模頭出口處開始切割。切割時使用一片刀片，切割轉(zhuǎn)速為250～300 r/min，適度調(diào)節(jié)切割機的直到切割出較好形狀的糙米意大利面。

1.2.1.4 干燥與包裝

將切割好的糙米意大利面氣流輸送流化床干燥機內(nèi)，流化床干燥機的溫度設(shè)定為45℃，干燥時間為65～80 min，產(chǎn)品水分含量降低至15%以下即可。最后將冷后的產(chǎn)品裝入自封袋內(nèi)備用。

1.2.2 意大利面擠壓工藝研究

以預(yù)實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，原料中粳/秈糙米粉的混合質(zhì)量比為1∶1，大豆分離蛋白的添加量為8.0%，瓜爾膠、海藻酸鈉和黃原膠的添加量為0.4%，單硬脂酸甘油酯(簡稱單甘脂)的添加量為1%，雙螺桿擠壓機腔體內(nèi)2、5、6區(qū)的溫度分別定為70、70、50℃。在此基礎(chǔ)上依次進行加水量、螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓溫度(3、4區(qū))3個因素的單因素優(yōu)化試驗。

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，進行正交試驗，具體因素水平表見表1。

表1 擠壓正交試驗因素水平表Table 1 The factors and levels of extrusion orthogonal experiment

1.2.3 添加劑種類及含量對意大利面品質(zhì)的影響

選用瓜爾膠、海藻酸鈉、黃原膠和單甘脂4種食品添加劑對糙米意大利面進行品質(zhì)改良。4種添加劑的添加量見表2，將混合好的原料在最優(yōu)擠壓條件下進行擠壓，以糙米意大利面蒸煮特性和質(zhì)構(gòu)為指標。

表2 添加劑因素水平表Table 2 The factors and levels of additive

1.2.4 意大利面品質(zhì)評價

意大利面品質(zhì)的評價主要側(cè)重于對其蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特征的評價。鑒于目前我國沒有意大利面的國家標準，因此本研究中蒸煮品質(zhì)的評價主要參考掛面的評價標準SB/T 10 068-1992。

質(zhì)構(gòu)分析則參考了Vernaza等人［13］的方法，采用TA.XT2i物性測試儀進行全質(zhì)構(gòu)測定，具體測試條件為:P/25型探頭，測前速度、測試速度和測后速度均為0.8 mm/s，形變量為75%，觸發(fā)值為5 g，2次壓縮的時間間隔為5 s，探頭返回高度為15 cm。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。每組進行3次平行試驗，每次平行取3個有效值進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓參數(shù)對意大利面品質(zhì)的影響

2.1.1 加水量對糙米意大利面品質(zhì)的影響

擠壓初設(shè)的加水量為30%，為了能得到明確的加水量范圍，選用了加水量為25%、30%和35%3個水平進行擠壓，其他擠壓參數(shù)使用初設(shè)擠壓參數(shù)，所得產(chǎn)品品質(zhì)見表3。

由表3可以看出，當(dāng)加水量為25%時，產(chǎn)品的硬度和咀嚼性分別為1 613.9 g、496.4 g，遠遠低于市售意大利面的對應(yīng)值(硬度3 296.4 g、咀嚼性1 946.3);而當(dāng)加水量為35%時，產(chǎn)品的蒸煮損失較高(13.3%)，表面黏附性也較大(-20.5 g·s)。當(dāng)加水量為30%時，產(chǎn)品蒸煮損失率最低(10.1%)，吸水率最高(129.9%)，同時具有適合的硬度、咀嚼性和表面黏附性。Gimenez等人［14］以玉米和蠶豆為原料制備意大利面時，也得到了類似的結(jié)果，他們推測認為:加水量過低時，淀粉糊化交聯(lián)程度低，導(dǎo)致了產(chǎn)品小的硬度和咀嚼性;而加水量過多時，過量的水分弱化了原料受到的剪切、摩擦力，限制了原料的糊化程度，阻礙了淀粉穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，降低了產(chǎn)品的內(nèi)聚性和硬度，使得產(chǎn)品在蒸煮時其內(nèi)部的淀粉極易溶出進入到蒸煮水中，增大了煮后產(chǎn)品的表面黏附性和蒸煮損失，并降低其吸水率。因此，從產(chǎn)品的蒸煮損失、吸水率、硬度和表面黏附性等品質(zhì)出發(fā)，后續(xù)實驗中選擇加水量為30%。

表3 加水量對糙米意大利面品質(zhì)的影響Table 3 Effect of moisture on the quality of brown rice pasta

2.1.2 螺桿轉(zhuǎn)速對糙米意大利面品質(zhì)的影響

實驗中，螺桿轉(zhuǎn)速選用80、100、120 r/min 3個水平，其他參數(shù)仍使用初設(shè)擠壓參數(shù)進行擠壓，具體擠壓成品蒸煮特性測定結(jié)果見表4。

表4 螺桿轉(zhuǎn)速對糙米意大利面品質(zhì)的影響Table 4 Effect of screw speed on the quality of brown rice pasta

由表4可知，螺桿轉(zhuǎn)速在80～120 r/min內(nèi)變化時，產(chǎn)品蒸煮損失為9.5%～10.1%，在淀粉面制品的可接受蒸煮損失范圍內(nèi)(9%～10%)［17］，但是高于硬質(zhì)意大利面蒸煮損失的可接受范圍(7%～8%)［18］。同時，也發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的硬度和咀嚼性隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而逐步增大(硬度從2 167.9 g增加到2 443.1 g，咀嚼性從1 059.3增加到 1 458.4 g)。Wojtowicz等人［17］認為，螺桿轉(zhuǎn)速的加快雖然減少了原料在機體內(nèi)的受熱時間，但是也為原料提供了更多的機械能，當(dāng)提供的機械能原料在機體內(nèi)少吸收的那部分熱量時，則加強產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，即體現(xiàn)為產(chǎn)品硬度增大。另外，從結(jié)果也可以看出，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min時，產(chǎn)品的吸水率較其他條件下低。Kaur等人［18］認為，該現(xiàn)象的發(fā)生與產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)產(chǎn)品的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密時，產(chǎn)品的蒸煮損失較小，而產(chǎn)品的持水性能則減弱。為降低擠壓過程中的扭矩，降低生產(chǎn)能耗，選用100 r/min進行溫度單因素試驗。

2.1.3 溫度對糙米意大利面品質(zhì)的影響

當(dāng)雙螺桿擠壓機溫度達到130℃時，得到的產(chǎn)品內(nèi)部有很多氣泡，產(chǎn)品成型差，故選用120℃作為溫度的設(shè)定上限。選用90、100、110、120℃ 4個水平進行擠壓溫度的單因素試驗，加水量為30%、螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min，試驗結(jié)果見表5。

表5 溫度對糙米意大利面品質(zhì)的影響Table 5 Effect of temperature on the quality of brown rice pasta

從表5可看出，溫度為90℃時，產(chǎn)品的蒸煮損失和表面黏附性分別達到17.0%和-20.6 g·s，遠遠大于其他溫度條件下的測定結(jié)果，可能是產(chǎn)品糊化度太低所致。這與試驗中發(fā)現(xiàn)的90℃下擠壓得到的產(chǎn)品太軟，無法切割成均勻的糙米意大利面這一現(xiàn)象吻合。另外，當(dāng)溫度從100℃上升到120℃的過程中，發(fā)現(xiàn)110℃條件下產(chǎn)品的蒸煮損失、硬度和黏附性都是最差的，這可能和Gimenez等人［14］提到的臨界糊化度有關(guān)。而當(dāng)溫度為120℃時，產(chǎn)品的糊化度高，經(jīng)糊化后回生的直鏈淀粉含量增加，使得產(chǎn)品具有了更穩(wěn)定的組織結(jié)構(gòu)，在此種結(jié)構(gòu)下淀粉的溶解性降低，從而得到了蒸煮損失小，硬度較大，表面黏附性適中的產(chǎn)品，這與Merayo等人［19］的實驗結(jié)果吻合。因此，擠壓溫度選擇為120℃。

2.2 雙螺桿擠壓機參數(shù)正交試驗結(jié)果與分析

以單因素試驗結(jié)果為依據(jù)進行正交試驗，綜合考察蒸煮損失、硬度、表面黏附性和咀嚼性，正交試驗及試驗結(jié)果見表6。

表6 擠壓參數(shù)正交試驗Table 6 The orthogonal tests about extrusion factors

從正交試驗結(jié)果看，擠壓參數(shù)對產(chǎn)品蒸煮損失的影響尤為顯著，所以選用產(chǎn)品蒸煮損失為指標進行極差分析。由表6極差分析可知，影響糙米意大利面蒸煮損失的因素排序為擠壓溫度＞螺桿轉(zhuǎn)速＞加水量。根據(jù)直觀分析結(jié)果，產(chǎn)品蒸煮損失最低的組合為A3B3C2，即為正交試驗中的第九組擠壓參數(shù)，其擠壓條件為:三、四區(qū)擠壓溫度120℃、螺桿轉(zhuǎn)速120 r/min、加水量28%，重復(fù)驗證結(jié)果為:蒸煮損失為6.52%，產(chǎn)品煮后硬度為2 323.91 g，表面黏附性為-6.67 g·s，咀嚼性為1 252.59 g。驗證試驗結(jié)果較好，說明該擠壓參數(shù)有好的重復(fù)性。

2.3 添加劑對意大利面品質(zhì)的影響

糙米和大豆分離蛋白中均不含面筋蛋白，吸水后不能形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);另一方面，糙米中高膳食纖維的存在，會弱化淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和穩(wěn)定性［20］。所以，單純的靠淀粉糊化回生形成的支架結(jié)構(gòu)雖然能賦予產(chǎn)品一定的硬度和較小的蒸煮損失，但是并不能達到理想的效果，因此需要對其進行加工工藝的改進，而添加劑的加入就是一種常見的改進手段。試驗采用瓜爾膠、海藻酸鈉、黃原膠和單甘脂4種食品添加劑來對糙米意大利面進行品質(zhì)改良，測定的產(chǎn)品烹調(diào)特性結(jié)果見表7。

表7 添加劑正交試驗Table 7 The orthogonal tests about additive

從表7可知，添加劑的加入對糙米意大利面的蒸煮損失的影響并不顯著，主要是因為將擠壓參數(shù)進行優(yōu)化后，擠壓糊化的淀粉經(jīng)回生后形成的組織結(jié)構(gòu)是連續(xù)而緊密的，它可以代替面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)限制蒸煮時淀粉顆粒的腫脹，從而賦予無面筋產(chǎn)品好的蒸煮品質(zhì)［21］。但可以使產(chǎn)品形成具有一定黏彈性的連續(xù)的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而改善面團的流變學(xué)特性［13，22］。例如，加入增稠劑可以增加產(chǎn)品的硬度和咀嚼性，賦予產(chǎn)品更好的品質(zhì)特征［23］;乳化劑的加入可以形成乳化劑-淀粉復(fù)合物，減少蒸煮時淀粉的溶出，降低產(chǎn)品表面黏附性［24］。所以，此處選用硬度和表面黏附性為指標進行分析，分別求出其極差R，結(jié)果見表8。

表8 添加劑正交試驗結(jié)果極差分析Table 8 Results and analysis of orthogonal tests of additive

從表8可知，影響糙米意大利面硬度的因素排序為瓜爾膠＞黃原膠＞單甘脂＞海藻酸鈉，影響糙米意大利面煮后表面黏附性的因素排序為瓜爾膠＞單甘脂＞海藻酸鈉＞黃原膠。綜合考慮硬度和表面黏附性，確定糙米意大利面的最佳組合為A2B2C3D1，對應(yīng)的瓜爾膠添加量為0.4%，海藻酸鈉添加量為0.4%，黃原膠添加量為0.4%，單甘脂添加量為0.8%。重復(fù)驗證試驗結(jié)果為:蒸煮損失為6.54%，硬度為2 597.34 g，表面黏附性為 -7.53 g·s，咀嚼性為1 509.50 g。驗證實驗結(jié)果可行。

2.4 驗證試驗及與市售產(chǎn)品性質(zhì)比較

根據(jù)最優(yōu)配方進行驗證試驗，其原料配方為:秈/粳糙米粉質(zhì)量比為1∶1，按混合粉質(zhì)量(干重)添加大豆分離蛋白8.0%，瓜爾膠0.4%，海藻酸鈉0.4%，黃原膠0.4%，單甘脂0.8%，設(shè)定擠壓參數(shù)為 2、3、4、5、6區(qū)溫度70、120、120、70、50 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速 120 r/min，加水量28%，擠壓切割成的糙米意大利面產(chǎn)品性質(zhì)與市售產(chǎn)品(以面粉為原料)性質(zhì)比較結(jié)果見表9。

表9 糙米意大利面與市售意大利面品質(zhì)比較Table 9 The comparison between brown rice pasta and commercial pasta

由表9可知，糙米意大利面與市售國產(chǎn)意大利面的蒸煮損失相差不大，而硬度和咀嚼性較市售國產(chǎn)意大利面更優(yōu)。因此，該配方下制得的無麩質(zhì)糙米意大利面是可以接受的。

3 結(jié)論

本實驗通過單因素試驗和正交試驗得到了以糙米粉為原料的意大利面的最優(yōu)擠壓參數(shù)，之后再通過正交試驗得到了添加劑的最適添加量，從而生產(chǎn)出了蒸煮損失小、硬度大、耐煮性強且表面黏附性小的意大利面。試驗得到的最優(yōu)擠壓參數(shù)為，2、3、4、5、6區(qū)溫度 70、120、120、70、50 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速 120 r/min，加水量28%;原料配方為，m(秈糙米)∶m(粳糙米粉)=1∶1，大豆分離蛋白8.0%，瓜爾膠0.4%，海藻酸鈉0.4%，黃原膠0.4%，單甘脂0.8%。

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