章麗琳 張 喻 張涵予

(1. 湖南農業(yè)大學食品科學技術學院，湖南 長沙 410128；2. 食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128)

擠壓膨化參數對馬鈴薯全粉理化性質的影響

章麗琳1,2張 喻1,2張涵予1,2

(1. 湖南農業(yè)大學食品科學技術學院，湖南 長沙 410128；2. 食品科學與生物技術湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128)

研究物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉速對馬鈴薯全粉水溶性、碘藍值、糊化特性等理化性質的影響。結果表明：隨物料含水量的增大，馬鈴薯全粉的水溶性、碘藍值逐漸減小，吸水性、吸油性逐漸增大，膨脹性先增大后減小，在35%時最大，糊化溫度先減小后增大，峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、凝膠性逐漸增大，熱穩(wěn)定性在30%時最強；隨擠壓溫度的增大，水溶性、碘藍值逐漸增大，吸水性、吸油性逐漸減小，膨脹性先增大后減小，在170 ℃最大，糊化溫度、熱穩(wěn)定性逐漸增大，峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、凝膠性逐漸減?。浑S螺桿轉速的增大，水溶性、碘藍值逐漸增大，吸水性、吸油性逐漸減小，膨脹性先增大后減小，在360 r/min時最大，糊化溫度逐漸減小，峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、凝膠性逐漸增大，熱穩(wěn)定性先減弱后增強，在280 r/min時最弱。

馬鈴薯全粉；擠壓膨化；理化性質

馬鈴薯全粉是以新鮮馬鈴薯為原料，經多道工序制成的含水量較低的粉狀物料[1]。馬鈴薯全粉復水后具有新鮮馬鈴薯特有的香氣、風味、口感和營養(yǎng)價值[2]。中國馬鈴薯種植面積和總產量均居世界第一，但總體加工水平比較落后，深加工的發(fā)展?jié)摿薮骩3]。

擠壓膨化技術為物料經粉碎、混合后，在擠壓腔內受摩擦作用不斷向前輸送，最終從特定的模具中擠出，得到具有特定形狀及質構的產品[4]。擠壓膨化過程中，物料發(fā)生淀粉糊化、蛋白質變性、膳食纖維降解、脂肪破裂等[5]。擠壓膨化技術能夠使物料顆粒膨松多孔，淀粉糊化度增大、抗老化性增強等，一些理化性質的變化有利于提高馬鈴薯全粉的加工性能[6]。傳統(tǒng)的生產將馬鈴薯全粉直接添加至面條、粉絲等的加工中，但受馬鈴薯全粉理化性質的影響，所生產出的面條、粉絲等品質不優(yōu)且馬鈴薯全粉的添加量受到限制。

本試驗擬以市售馬鈴薯全粉為原料，研究擠壓膨化過程中物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉速對馬鈴薯全粉理化性質的影響，以期通過擠壓膨化處理，改善馬鈴薯全粉的加工性能，增大其在食品加工中的應用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯全粉：甘肅正陽農業(yè)科技股份有限公司；

碘：分析純，廣州化學試劑分公司；

碘化鉀：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

菜籽油：食品級，益陽金浩油中王油脂有限公司。

1.2 儀器與設備

快速黏度分析儀：RVA-S/N2112681型，北京波通瑞華科學儀器有限公司；

粉碎機：BJ-500A型，德清熊火照明科技有限公司；

離心機：TD5A型，長沙英泰儀器有限公司；

雙螺桿擠壓膨化機：GTS75型，湖南富馬科食品工程技術有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯全粉擠壓膨化處理 在一定喂料速度下，機頭?？字睆? mm，擠壓溫度為160 ℃，螺桿轉速為320 r/min的條件下，調制物料含水量為20%，25%，30%，35%，40%進行擠壓膨化；在物料含水量為25%，螺桿轉速為320 r/min，調節(jié)擠壓溫度為140，150，160，170，180 ℃進行擠壓膨化；在物料含水量為25%，擠壓溫度為160 ℃，調節(jié)螺桿轉速為240，280，320，360，400 r/min進行擠壓膨化。擠出物在50 ℃ 的條件下烘干，并粉碎過80目篩以測定其理化性質。

1.3.2 水溶性與吸水性測定 稱取樣品2.00 g(m0)放入已恒重(m1) 的離心管中，加入100 mL蒸餾水，30 ℃水浴條件下攪拌30 min，冷卻；充分離心，上清液倒入已恒重(m2)的鍋盒中，105 ℃條件下烘干至恒重(m3)；稱取離心管及沉淀物總質量(m4)，按式(1)、(2)計算水溶性及吸水性[7]。

(1)

(2)

式中：

S——水溶性，g/g；

J水——吸水性，%；

m0——樣品重量，g；

m1——恒重后離心管質量，g；

m2——恒重后鋁盒質量，g；

m3——恒重后鋁盒與上清液總質量，g；

m4——離心管與沉淀物總質量，g。

1.3.3 膨脹性測定 稱取樣品2.00 g(m0) 置于刻度試管中，讀取體積V1，用移液管吸取 50 mL蒸餾水加入試管中。30 ℃水浴條件下攪拌30 min后室溫放置24 h，讀取樣品體積V2[8]。膨脹性按式(3)計算：

(3)

式中：

P——膨脹性，mL/g；

V1——樣品體積，mL；

V2——吸水膨脹后樣品體積，mL；

m0——樣品重量，g。

1.3.4 吸油性測定 稱取5.00 g樣品于燒杯中，加入30 mL菜籽色拉油，在100 ℃的水浴中加熱20 min，冷卻靜置至室溫，移入離心管中，3 000 r/min離心25 min，量取上清液V(mL)體積[9]。吸油量按式(4)計算：

(4)

式中：

J油——吸油量，mL/g；

V——樣品體積，mL。

1.3.5 碘藍值測定 取50 mL容量瓶，65.5 ℃水浴并用蒸餾水定容；稱樣品0.25 g于燒杯中，倒入預熱并定容的50 mL 蒸餾水中，65.5 ℃水浴加熱攪拌5 min，靜置1 min后過濾；濾液保持于65.5 ℃，吸取1 mL于50 mL顯色管，加1 mL 0.02 mol/L碘標準溶液，蒸餾水定容至刻度；同時取1 mL 0.02 mol/L碘標準溶液于另一容量瓶，蒸餾水定容至50 mL作空白對照；以對照組調零，測定樣品在波長650 nm下吸光度E[10]。碘藍值按式(5)計算：

D=E×54.2+5，

(5)

式中：

D——碘藍值；

E——樣品在波長650 nm下的吸光度。

1.3.6 糊化特性測定 稱取3.00 g樣品放入專用鋁筒中，加入25 mL蒸餾水，放入儀器進行測定。采用升溫/降溫循環(huán)程序，50 ℃保持1 min，4 min內加熱至95 ℃并保持5.5 min，4 min內冷卻至50 ℃并保持4 min，旋轉漿在起始10 s內旋轉速度為960 r/min，后保持160 r/min至結束[11]。

2 結果與分析

2.1 物料含水量對擠出物水溶性、吸水性、膨脹性、吸油性的影響

由表1可知，隨物料含水量的增大，馬鈴薯全粉的水溶性逐漸減小，吸水性逐漸增大，原因可能是物料含水量的增大使物料的流動性增大，降低了剪切力，物料的降解程度降低，從而吸水性逐漸增大、水溶性減小。膨脹性先增大后減小，在物料含水量為35%時最大，原因可能是適當水分能夠使物料發(fā)生玻璃化轉變，易于膨脹，但水分過高時，物料表觀黏度降低，在機筒內所受剪切力降低，在機頭處的壓力顯著降低，導致膨脹性較低[12]。吸油性逐漸增大，吸油性大小與物料中蛋白質的結構相關[13]，原因可能是隨水分增加，蛋白質的降解減弱。

表1 物料含水量對擠出物水溶性、吸水性、膨脹性、吸油性的影響?

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 物料含水量對擠出物碘藍值的影響

由圖1可知，隨物料含水量的增大，馬鈴薯全粉碘藍值逐漸減小，原因可能是隨物料含水量的增大，馬鈴薯全粉在擠壓膨化過程中所受到的剪切力減小，其中淀粉所受到的破壞程度減小。

2.3 物料含水量對擠出物糊化特性的影響

物料含水量對馬鈴薯全粉糊化特性的影響見表2，其中當物料含水量為40%時，擠出物糊化溫度高于95 ℃，糊化特性無法測定。

由表2可知，隨物料含水量的增大，馬鈴薯全粉糊化溫度先減小后增大，原因可能是適當的水分會使物料內部的有序分子發(fā)生氫鍵斷裂而分散成無序狀態(tài)，原來的晶體結構被破壞，淀粉易發(fā)生糊化[14]；峰值、谷值、最終黏度逐漸增大；衰減值在水分添加量為30%時最小，衰減值大小反映淀粉熱糊的穩(wěn)定性[15]，說明水分為30%時，馬鈴薯全粉的熱穩(wěn)定性最強；回生值逐漸增大，回生值越大，說明淀粉的凝膠性越強[16]，物料含水量的增大能夠提高馬鈴薯全粉的凝膠性。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.4 擠壓溫度對擠出物水溶性、吸水性、膨脹性、吸油性的影響

由表3可知，隨著擠壓溫度的增大，馬鈴薯全粉的水溶性逐漸增大，且整體差異性顯著，原因可能是隨著溫度的升高，大分子物質降解增加，水溶性成分增多[17]；吸水性逐漸減小，差異性顯著，原因可能是溫度升高促進了淀粉的熔融和糊精化[18]；膨脹性先增大后減小，整體差異性顯著，這是由于擠壓溫度增大，機腔內壓力增大，物料在被擠出時所受到的內外壓差增大，膨脹性就越大，但擠壓溫度過高時，物料黏度下降，所受到的剪切作用減弱，膨脹性降低[19]；吸油性逐漸減小，原因可能是膨化溫度的升高增大了蛋白質變性與降解。

2.5 擠壓溫度對擠出物碘藍值的影響

由圖2可知，隨擠壓溫度的增大，馬鈴薯全粉的碘藍值逐漸增大，差異性顯著。說明擠壓溫度對馬鈴薯全粉碘藍值影響顯著，原因可能是溫度的升高致使淀粉受破壞程度增大。

2.6 擠壓溫度對擠出物糊化特性的影響

擠壓溫度對馬鈴薯全粉糊化特性的影響見表4，其中當擠壓溫度為170，180 ℃時，擠出物糊化溫度高于95 ℃，糊化特性無法測定。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表3 擠壓溫度對擠出物水溶性、吸水性、膨脹性、吸油性的影響?

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表4 擠壓溫度對擠出物糊化特性影響?

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表4可知，隨著擠壓溫度的增大，馬鈴薯全粉糊化溫度逐漸增大，且差異性顯著，原因可能是擠壓溫度過高，物料在機筒內焦糊并結成硬塊[20]；峰值、谷值、最終黏度逐漸減小，峰值黏度、谷值黏度差異性顯著，可能是溫度升高使得大分子物質發(fā)生降解，物料吸水溶脹能力降低，黏度下降；衰減值、回生值逐漸減小，且差異性顯著，說明擠壓溫度的增大提高了全粉的熱穩(wěn)定性，降低其凝膠性。

2.7 螺桿轉速對擠出物水溶性、吸水性、膨脹性、吸油性的影響

由表5可知，隨螺桿轉速的增大，馬鈴薯全粉的水溶性逐漸增大；吸水性逐漸減小，差異性顯著，原因可能是隨螺桿轉速的增大，剪切作用增強，纖維素、淀粉等大分子降解程度增大[21]；膨脹性先增大后減小，在360 r/min時最大，這是由于轉速直接影響機腔內剪切力和壓力，隨著轉速的增大，產生的剪切力增大，在機頭處產生的壓力增大，物料在機頭處被擠出時所受到的內外壓差增大，膨脹性增大，但轉速過高，物料在機腔內滯留時間縮短，大分子物質未完全降解就被擠出，膨脹性降低[22]；吸油性逐漸減小，原因可能是轉速增大增加了大分子物質的降解。

2.8 螺桿轉速對擠出物碘藍值的影響

由圖3可知，隨螺桿轉速的增大，馬鈴薯全粉的碘藍值逐漸增大，說明轉速越大，淀粉受破壞的程度越大。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.9 螺桿轉速對擠出物糊化特性的影響

由表6可知，隨螺桿轉速的增大，馬鈴薯全粉糊化溫度逐漸減小，差異性不顯著，當螺桿轉速為360，400 r/min時，馬鈴薯全粉糊化溫度高于95 ℃，糊化特性無法測定，原因可能是在轉速為240～320 r/min時，轉速的增大使淀粉分子受到的剪切作用增強，水分易于滲透，淀粉更易糊化，而螺桿轉速過高，物料在機腔內滯留時間較短，混合不均勻，較難糊化；峰值、谷值、最終黏度逐漸增大；衰減值先增大后減小，說明較低的螺桿轉速下，馬鈴薯全粉的熱穩(wěn)定性較強；回生值逐漸增大，說明螺桿轉速的增大提高馬鈴薯全粉的凝膠性。

表5 螺桿轉速對擠出物水溶性、吸水性、膨脹性、吸油性的影響?

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表6 螺桿轉速對擠出物糊化特性的影響?

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3 結論

研究表明，馬鈴薯全粉的理化性質隨擠壓膨化參數的變化會發(fā)生顯著變化，擠壓膨化處理能夠改善馬鈴薯全粉的一些理化性質，可通過相應的擠壓膨化處理得到具有相應理化性質的全粉，應用于馬鈴薯產品的加工中。擠壓膨化過程中，物料含水量的增大能夠降低馬鈴薯全粉的水溶性、碘藍值，提高其吸水性、吸油性，而擠壓溫度和螺桿轉速的作用相反。隨物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉速的增大，膨脹性先增大后減小，說明加工過程中應控制適宜的擠壓條件以得到膨脹性較好的馬鈴薯產品。

適當的物料含水量、螺桿轉速能夠降低全粉的糊化溫度；物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉速的增大能夠提高全粉的糊化黏度；物料含水量為30%時，全粉的熱穩(wěn)定性較好，擠壓溫度的增大能夠提高全粉的熱穩(wěn)定性；物料含水量、螺桿轉速的增大能夠提高全粉的凝膠性，而擠壓溫度的作用相反。

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Effects of different extrusion conditions on physicochemical properties of potato powder

ZHANG Li-lin1,2ZHANGYu1,2ZHANGHan-yu1,2

(1.FoodScienceandTechnologyCollege,HunanAgriculturalUniversity,Changsha,Hunan410128,China; 2.KeyLaboratoryforFoodScienceandBiotechnologyofHunanProvince,Changsha,Hunan410128,China)

Several physicochemical properties of potato powder were studied, including the material moisture, extrusion temperature and screw speed's influence. The results indicated that with the increase of material moisture, the water-solubility, iodine blue value of potato powder decreasing, water-absorption, oil-absorption increasing, expansibility increased firstly and then decreased, which was the largest in moisture of 35%, while the gelatinization temperature decreased firstly then increased, and the peak, valley, final viscosity, gelatin increasing gradually. Thermal stability was the strongest in the moisture of 30%. With the increasing of extrusion temperature, the water-solubility, iodine blue value increased gradually, water-absorption, oil-absorption decreasing, and the expansibility increased firstly then decreased, which was the largest in 170 ℃. Gelatinization temperature increased gradually, and the peak, valley, final viscosity, thermal stability and gelatin decreasing gradually. With the increasing of screw speed, the water-solubility, iodine blue value increased, but the water-absorption and oil-absorption decreased. Expansibility increasing firstly then decreasing, which was the largest at the speed of 360 r/min. Gelatinization temperature decreased gradually, but the peak, valley and final viscosity and gelatin increased, while, the thermal stability decreased firstly than increased, which was the lowest at the speed of 280 r/min.

potato powder; extrusion; physicochemical properties

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.12.009

湖南省研究生創(chuàng)新項目(編號：CX2016B302)

章麗琳，女，湖南農業(yè)大學在讀碩士研究生。

張喻(1972—)，女，湖南農業(yè)大學教授，博士。 E-mail：skxzhangyu@163.com

2016—10—26