双螺杆二次挤压法制备方便米饭的工艺研究.pdf

第 24 卷 第 7 期农 业 工 程 学 报Vol.24No.7 2602008 年7 月Transactions of the CSAEJul. 2008 双螺杆二次挤压法制备方便米饭的工艺研究 焦爱权，庄海宁，金征宇 ，邓 力 (江南大学食品学院食品科学与技术国家重点试验室，无锡 214122) 摘要：该文采用可旋转中心组合设计，综合考查机筒温度、物料湿度和螺杆转速三个变量对挤压方便米饭复水率的影 响，推导出描述复水率的二次回归模型，并对变量进行响应面分析，得出最佳工艺条件为：机筒温度为120 、物料湿 度为33%，螺杆转速为200 r/min。在该条件下制得的方便米饭复水3 min后，复水率达285%，硬度和弹性值都达到原料籼 米米饭的水平。 关键词：双螺杆挤压；方便米饭；响应面分析；复水特性 中图分类号: TS210文献标识码：A文章编号：1002-6819(2008)-7-0260-04 焦爱权，庄海宁，金征宇，等.双螺杆二次挤压法制备方便米饭的工艺研究J.农业工程学报，2008，24(7)：260263. Jiao Aiquan, Zhuang Haining, Jin Zhengyu, et al. Technology for twice extrusion of instant rice with twin- screw extruderJ. Transactions of the CSAE,2008,24(7): 260263.(in Chinese with English abstract) 0引言 方便米饭是传统主食工业化的产品，其作为一种方 便食品问世以来，一直存在两方面的问题，一是复水时 间太长，二是感官质量与传统米饭相差甚远。因此，尽 管该产品已问世几十年，但在国内外市场上仍然没有象 方便面那样形成庞大的行业以及各种各样的品牌。 方便米饭的复水品质包括：复水后的食用品质和复 水速度。理想的产品应该是在较短的时间内充分复水， 达到和新鲜蒸饭相似的口感。目前，传统工业化生产的 方便米饭，通过清洗、浸泡、蒸煮、干燥等工序，不但 营养损失严重，复水性差，而且由于可溶性成分的流失 造成方便米饭复水后缺少适宜的黏弹性1,2，并且由这些 工艺所生产出来的方便米饭都未能很好地解决米饭产品 固有的品质缺陷 易老化问题3- 5。 挤压加工技术集混合、熟化、成型等工艺为一体， 其作为一种经济实用的新型加工方法广泛用于食品生产 中，且挤压法生产的淀粉类产品不易老化6,7。金征宇、 安红周等人已采用单螺杆挤压机成功研制出复合营养方 便米饭 8,9，但是单螺杆挤压机的工艺参数较难控制，易 产生倒粉现象，且机器不容易清洗，而双螺杆挤压机可 避免这些问题的出现10,11， 因此我们在单螺杆挤压研究工 作的基础上，以低成本的碎米作为主要原料，辅以其他 谷物粉和食品添加剂以及微量营养素，对双螺杆挤压工 艺条件进行研究，并尝试采用双螺杆二次挤压技术开发 研制一种新型营养方便米饭，为其工业化生产提供一定 的理论参考和依据。 收稿日期：2007- 07- 25修订日期：2008- 03- 16 基金项目：国家科技支撑计划（2006BAD05A01） 作者简介：焦爱权（1982），男，江苏兴化人，博士生。无锡江南大学 食品学院食品科学与工程系，214122 通讯作者: 金征宇（1962），男，江苏扬州人，教授，博士生导师，研 究方向为碳水化合物、农副产品的综合利用。江苏无锡市蠡湖大道 1800#， 214122。Email: jinlab2008 1材料与方法 1.1主要试验设备与材料 DS32- 双螺杆挤压机：济南赛信膨化机械有限公 司，螺杆直径为32 mm，长径比为18.751，螺杆转速为 0300 r/min，机筒温度为室温300连续可调。 TA. XT 2i型质构仪：英国Stable Micro System公司； 碎杂交籼米(9718品种) ：江苏省兴化米业有限公司。 1.2试验方法 1.2.1生产工艺流程 碎米（或大米） 粉碎 过筛 复配 调质 高温 挤压蒸煮 熟化物料 冷压成形 干燥 冷却 成品 1.2.2响应面试验 采用可旋转中心组合设计方法12进行试验方案的设 计，以机筒温度、物料湿度和螺杆转速三个因素为自变 量13,14，以方便米饭的复水率（Y）为响应值，设计了三 因素五水平共20个点（6个中心点）的响应面试验。 表 1变量设计表 Table 1Design of variables 代码 变量符号间距 -1.682-1011.682 机筒温度/X12086.4100120140153.6 物料湿度/%X2327.9630333638.04 螺杆转速/rmin- 1X320166.4180200220233.6 1.2.3复水性测定 称取样品 5 g 左右，放入直径为 36 mm，高 100 mm 的特制金属笼中，然后将金属笼浸泡在 90的开水中并 加盖， 达到所要求的时间后立即沥去水分， 并用吸水纸 吸去金属笼表面多余的水分，最后称重。 复水率=（复水后米粒重量/复水前米粒重量）100% 1.2.4米饭质构测定 原料杂交籼米使用电饭煲蒸煮30 min，米、水质量比 第 7 期焦爱权等：双螺杆二次挤压法制备方便米饭的工艺研究261 为2.11。 其它样品方便米饭按1.2.3的方法开水冲泡至所 要求时间后，除去表层米饭，取中间部位试样置于质构 仪载物台上进行测定，每样重复3次，取平均值。 工作条件：穿刺前探头下降速度为5 mm/s，探头穿 刺时的速度为2 mm/s，穿刺后探头回升速度为5 mm/s， 样品穿刺百分比为80，第2次穿刺的间隔时间为5 s。 2结果与分析 2.1响应面试验数据分析 一般情况下，在单位时间内，方便米饭吸水越 多，复水率就越大，方便米饭复水后的质构和口感越好， 因此，本试验确定以复水率为考察指标。可旋转中心组 合设计试验结果见表2。 表 2试验设计与结果 Table 2Observed values for different levels of experimental design 试验号X1X2X3Y/% 1111285 2-11-1261 3001.68268 4000346 501.680279 600-1.68292 71.6800276 811-1295 90-1.680250 10-111252 11000338 121-1-1272 13000353 14-1-11246 15-1.6800245 161-11262 17-1-1-1249 18000343 19000331 20000339 注：1. Y值为3次测定的平均值，RSD为5%以内； 2. X1=（Z1120）/20；X2=（Z233）/3；X3=（Z3200）/20。 根据预试验发现，方便米饭需复水至10 min左右才 能完全复水，因此复水时间选定在10 min。通过SAS 8.01 软件对表2试验数据进行二次多项回归拟合，获得复水率 对机筒温度、物料湿度和螺杆转速的二次多项式回归模 型为： 2 332 2 23121 2 1 321 5408.21625. 0 0209.27125. 1625. 34351.28 3719. 53308. 8506.116266.341 XXX XXXXXX XXXY 该二次回归模型的方差分析结果见表3。 由该模型的方差分析可见，该模型极显著（F = 81.16128F0.01(9，10) = 4.94），且经分析计算，该模型 的决定系数R2=98.61%， 表明模型与实际情况拟合程度很 好，具有较好的代表性，可以用来对试验结果进行分析 和预测。 表 3二次回归方程的方差分析表 Table 3Analysis of variance for the quadratic regressive equation 变异 来源 自由度 DF 离差 平方和 均方差 MS F 值 显著 水平 P 模型92.7453110.30503581.161280.0001 误差100.0375840.003758 合计192.785895 将X换算为Z，得到复水率的回归模型（Z1为机筒温 度，Z2为物料湿度，Z3为螺杆转速）： 2 332 2 23121 2 1 321 0539. 00104. 0 0023. 30028. 00604. 00711. 0 9534.217633.1952051.166 .6109 ZZZ ZZZZZZ ZZZY 响应面图如图13所示。 在选定的范围内，根据回归模型可以算出，当机筒 温度为 120 、物料湿度为 33、挤压螺杆转速为 200 r/min 时，所得挤压方便米饭的复水率最大。 2.2最优挤压工艺条件的验证 在响应面试验得到的最佳工艺条件下，采用双螺杆 二次挤压法制备挤压方便米饭。为了客观地评价在该工 艺条件下制得的方便米饭复水后的品质，按1.2.4方法对 蒸煮后的籼米新鲜米饭、复水后的方便米饭进行质构分 析，结果见表4。 图1物料湿度和机筒温度对复水率的影响 Fig.1Effects of moisture content and cooking temperature on rehydration ratio 262农业工程学报2008 年 图2机筒温度和螺杆转速对复水率的影响 Fig.2Effects of cooking temperature and screw rotating speed on rehydration ratio 图3物料湿度和螺杆转速对复水率的影响 Fig.3Effects of moisture content and screw rotating speed on rehydration ratio 表 4籼米新鲜米饭以及方便米饭质构分析 Table 6 Texture analysis of cooked rice and rehydrated instant rice 样品类型 复水时间 /min 复水率 /% 硬度 /g 黏度 /g 弹性 咀嚼度 /g 3285147.3- 0.730.6968.39 5303139.80- 0.660.7162.75挤压方便米饭 7320128.76- 0.570.6448.31 3225367.42- 0.670.91108.31 5279216.89- 1.060.7375.11商品方便米饭 7289168.66- 0.630.7858.72 籼米新鲜米饭150.43- 0.570.6839.58 粳米新鲜米饭142.15- 1.131.7466.97 注：各相应值为3次测定的平均值，RSD为5%以内。 大量研究表明，黏性和硬度被列为与米饭的食味关 系最大的物理化学要素15- 17。 从表6可以看出， 总体上， 随着复水时间的延长，方便米饭的硬度、咀嚼度降低， 但弹性、黏度变化规律性不强。双螺杆二次挤压法制备 的方便米饭复水速度比商品方便米饭迅速，且复水后米 饭的硬度值下降的速度也快得多，复水仅3 min时，复水 率就达到285%， 硬度和弹性都达到籼米新鲜米饭的水平， 咀嚼度更是接近了粳米新鲜米饭的水平。 3结论 在利用低成本的碎米作为主原料，复配其他谷物粉 和食品添加剂，开发营养强化方便米饭的工艺中，采用 可旋转的中心组合试验设计进行试验，通过响应面法进 行分析，考虑机筒温度、物料湿度和螺杆转速三个变量 对糊化度的影响，最终确定了最佳挤压工艺条件为机筒 温度120、物料湿度33、螺杆转速200 r/min。验证 试验表明双螺杆二次挤压法制得的方便米饭复水速 度比商品方便米饭快，复水3 min时，复水率达285%， 其硬度和弹性值都接近籼米新鲜蒸煮米饭的水平，咀嚼 度更是接近了粳米新鲜米饭的水平。 参考文献 1姜发堂，陆生槐方便食品原料学与工艺学M北京： 中国轻工业出版社，1997：185195 2 豐島英親，小野正博，崗留博司，等早飲米製造 条件食味特性J日本食品科学会志，1999，46(4)： 197204 3熊善柏，赵思明，张声华方便米饭老化特性研究J食 品科学，2001，(10)：1821 4姚远，丁霄霖，吴加根淀粉回生研究进展(脂类、 第 7 期焦爱权等：双螺杆二次挤压法制备方便米饭的工艺研究263 糖类与淀粉酶对回生的影响J中国粮油学报，1996， 14(3)：911 5Hibi Y, Kitamura S, Kuge T. 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