双螺杆挤压加工玉米面膨化食品的工艺和配方研究.pdf

第16卷 第3期 2000年5月 农 业 工 程 学 报 T ransactions of the CSA E Vol . 16 No. 3 M ay 2000 双螺杆挤压加工玉米面膨化食品的工艺和配方研究3 左春柽 马成林 张守勤 (吉林工业大学) 摘 要:研究了采用BC45型双螺杆挤压机加工玉米食品的工艺和配方。通过口感评价和膨化度等对比,得出了较 优的工艺参数和食品配方,即工艺参数:螺杆转速150 rm in,模头温度160,供料量30 kg h; 食品配方:玉米面 69. 6% ,大米粉17. 4% ,盐1% ,糖4% ,水8%。 关键词:挤压;双螺杆;玉米食品加工 收稿日期: 1999205219 3 吉林省科技发展计划项目和机械工业发展基金项目 左春柽,教授,长春市人民大街142号 吉林工业大学农业机 械系, 130025 E2mail: zccpost. jut. edu. cn 我国年产粮食4 500亿kg左右,而玉米就占 995亿kg,占总产量的22%。吉林省更是玉米生产 大省,玉米种植面积达3 0003 500 hm 2, 占全国的 10% ,年产玉米140150亿kg,占全国的15%。吉 林省玉米人均占有量、 国家调出量和出口量连续十 几年居全国第一,但玉米转化加工不足,影响了玉米 生产的效益。针对吉林省需要新的玉米转化加工技 术,本研究采用了近年来国际上流行的双螺杆挤压 技术加工玉米,以便为今后开发性能更好的双螺杆 设备及制定玉米食品加工工艺和配方提供必要的依 据。 1 材料与试验方法 1. 1 试验设备 本研究使用的设备为法国Clextral公司生产的 BC45型同向旋转双螺杆挤压机。挤压螺杆长共1. 5 m , 由6段不同螺距的螺杆组成,从物料入口到出口 各段的排列方式和各段的长度如表1所示。挤压模 头物料出口的孔径为4 mm。 表1 挤压螺杆的排列组合 Tab. 1 Screw configuration for extruder 螺纹元件长 mm5003003502505050 螺距 mm503525151815 1. 2 原料 以商品玉米面和水为主要原料,配以大米粉、 白 砂糖和食盐。玉米面含75%的淀粉(其中直链淀粉 占24% ,支链淀粉占76% )、12%的蛋白质、3%的脂 肪和8%的水分。 大米粉含约70%的淀粉(其中直链 淀粉占15%35% ,支链淀粉占65%85% )、8% 的蛋白质、3%的脂肪和8%的水分。 1. 3 工艺参数 试验中可控制机器的4个工艺参数是机筒温 度、 螺杆转速、 加料量和加水量。 根据以往经验,本研 究选2个工艺参数为恒定量:螺杆转速为150 rm in 和供料量为30 kgh。在长1. 5 m的机筒上按物料 流方向平均划分为6区段,每一区段上有电感应加 热和冷却循环水通过,可进行温度控制。 除第6区模 头温度外,其它各区温度保持不变,如表2所示。模 头温度和加水量是可变化的参数,通过改变这2个 参数和配方来对比评价挤压加工食品的质量,以达 到选择合适的生产工艺和产品配方的目的。 表2 机筒各区的温度 Tab. 2 Barrel temperatures in different sections of extruder 区 号12345 温度 233158102130 1. 4 挤压食品评价 本研究参考了法国大型超市Carrefour所出售 的两种采用双螺杆挤压机加工的休闲膨化玉米果食 品:一种是Kellogg公司生产的商标为M iel Pops 的膨化玉米果;另一种是Danone公司生产的商标 为Cracotte的膨化玉米果。新研究的玉米挤压食品 在质量上希望达到这两种产品的质量。初步选择工 艺和配方时,把新开发挤压食品在外观和口感上和 这两种产品做比较,以缩小研究范围。 然后根据测试 挤压食品的表观密度和水活性(代表食品结构孔隙 19 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 中水分活动的综合参数和水合率,参见文献1来在 技术上确定最后的产品加工工艺和配方。表3给出 了参考产品和希望新开发挤压食品的技术参数。 表3 希望研究的玉米挤压产品达到的质量 Tab. 3 Objective of corn snack quality produced by extruder 产品名M iel popsCracotte新研究 表观密度kg. m- 3229118200 水活性0. 3690. 397 0. 6 1. 5 试验方法 本研究在法国第戎国立生物食品和营养工程学 院的双螺杆实验室完成。试验期间得到了法国朋友 的技术帮助,根据该实验室的研究成果:最好的膨化 效果需要1%的盐和4%的糖。 它们都是为了改善食 品的口感,含糖浓度增加可提高产品的粘度,但将抑 制产品的糊化程度。合适的含糖浓度可以使玉米产 品膨化度增加2%8%。因此,本次配方研究只针 对增加大米粉和水的量。 根据过去的研究,加水量应 在8%15%范围之内,因为它直接影响产品的密 度、 结构和糊化程度。 试验前把一定比例的原料用搅 拌机均匀混合。 物料从挤压机挤出后,直接取样测取 水活性、 膨化度和表观密度。 产品的水活性和含水量 由红外水活性测试仪测定。膨化度定义为挤出物直 径的平方与模头孔径的平方之比。评价产品的口感 时,把产品由切粒机切成约直径为1 cm的球体状, 放在50的烘箱中烘干23m in。 观察产品的外观 和孔隙结构时可借助食品图像处理系统放大。 2 试验结果和讨论 2. 1 膨化度分析 如图1和图2所示为在不同的大米粉比例(这 里指大米粉占玉米面与大米粉总和的比例)和加水 比例下挤压食品膨化度随模头温度、 加水量和大米 粉比例的变化情况。 图1 大米粉15%时,加水量和模头温度 对挤压食品膨化度的影响 Fig. 1 Influence of die temperature and water content on extrusion expansion w ith 15% of rice powder 图2 大米粉含量、 加水量和模头温度 对挤压食品膨化度的影响 Fig. 2 Influence of die temperature, rice and water contents on swelling rate 在本研究中把挤压食品的膨化度做为确定较优工艺 条件和配方的重要参考参数,在口感好的条件下希 望膨化度高而且稳定。从图中可以看出:加水量增 加,挤压食品的膨化度下降,在试验粉料水分约为 8%的条件下,加水量不大于10%为宜;而模头温度 对挤压食品膨化度影响不够稳定,但大米粉为20% 时(图 2) 挤压食品的膨化度对模头温度变化不敏 感,即此比例的大米粉有助于保证膨化食品的最后 质量均匀易控。 2. 2 产品的密度变化 图3和图4所示为挤压食品的表观密度随大米 粉比例和加水量及机筒温度改变而变化的情况。由 于表观密度代表了产品的酥脆程度,因此本研究希 望挤压食品的表观密度不大而且稳定。从图中可以 看出:加水量增加,挤压食品的表观密度增加;加水 量大于10%时,挤压食品的表观密度在300500 kgm 3; 大米粉比例增加,挤压食品的表观密度降 低;在8%的加水量和机筒模头温度大于140条件 下,挤压食品的表观密度很稳定。 图3 大米粉含量、 加水量和模头温度 对挤压食品表观密度的影响 Fig. 3 Influence of die temperature, rice and water contents on extruded density 2. 3 工艺条件和配方的确定 根据希望达到产品的质量,首先可以排除挤压 食品表观密度大于200 kgm 3 的配方和工艺参数。 口感评价也证实表观密度大时,挤压食品太硬。 同时 为获得较大的膨化度,希望加水量小;但淀粉糊化要 求一定的水合反应速度,因此加水量不宜小于8%。 29农业工程学报2000年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图4 大米粉含量、 加水量和模头温度 对挤压食品表观密度的影响 Fig. 4 Influence of die temperature, rice and water content on extruded density 考虑到保证加工时的挤压食品质量稳定,机筒温度 应大于140(如图 4) 。这样,可以供选择的有以下 3种可能: 大 米 粉 比 例15% ,加 水 量8% ,模 头 温 度 153,挤压食品水活性为0. 23; 大 米 粉 比 例20% ,加 水 量8% ,模 头 温 度 160,挤压食品水活性为0. 22; 大 米 粉 比 例25% ,加 水 量8% ,模 头 温 度 150,挤压食品水活性为0. 3。 机筒温度增加,可以增加糊香味和酥脆;但也不 希望挤压食品太脆,因为这样不宜包装等后处理。 最 后,根据两种参考食品的表观有细小的蜂窝和香脆 的口感对比后,确定的模头温度和大米粉比例分别 是160和20%。按供料速度30 kgh换算,加水 8%则加水量为2. 4 kgh。加玉米粉和大米粉共占 87% ,计算可以得出的最后配方为:大米粉17. 4% , 玉米面69. 6% ,盐1% ,糖4%;相应的工艺条件为: 模头温度160,螺杆转速150 rm in,供料速度30 kg h; 对应的其它参数为:挤压食品的水活性0. 22, 功耗555 kJkg,挤压时物料在机筒内的平均停留时 间1 m in。 3 结 论 1) 本研究得出的较优工艺参数为:螺杆转速 150 r m in,供料量 30 kg h, ,模头温度160,供水 量2. 4 kgh。 2) 本研究参照2种以玉米为主的双螺杆挤压 食品,得出的较佳配方为:玉米面69. 6% ,大米粉 17. 4% ,盐1% ,糖4% ,水8%。 3) 双螺杆挤压机的操作只是玉米挤压加工的 重要环节之一,本研究并没有考虑其后加工,如烘 干、 喷油、 调料等。进一步地研究工艺条件对玉米淀 粉的糊化和最优的工艺配方对玉米挤压加工的应用 具有重要的意义。 参 考 文 献 1 Gervis P.N ewsensor allow ing continuous water activity measurement of submerged of solid substrate fermentations .Biotechnology and bioengineering, 1989, 33(1): 266271 Study on Cooking Extrusion Conditions and Formula of Corn Snack by Twin Screw Extruder Zuo Chuncheng Ma Chenglin Zhang Shouqin (J ilin U niversity of T echnology,Changchun130025) Abstract: The cooking extrusion conditions and formula of corn snack produced by BC45 co2rotating tw in screw extruder w ere discussed in this paper.It is found that the corn snack w ith high quality can be produced on the follow ing conditions: 160of the die temperature, 150 rm in of screw rotation speed, 30 kgh of feed rate and at the formula of 8% of