李春红，木泰华
（中国农业科学院农产品加工研究所，北京  100094）

摘  要：本实验以市场所购甘薯为原料，利用双螺杆挤压膨化机，采用挤压膨化工艺加工甘薯熟粉，同时研究膨化温度和物料含水量对于甘薯熟粉及膨化工艺参数的影响。结果表明：在实验设计范围内，膨化温度和物料含水量对甘薯熟粉特性（粘稠度）和膨化工艺参数（扭矩、压力）均有显著影响。物料水分含量18％，膨化温度为145℃时，膨化条的硬度、韧性、膨化率最大。随着膨化温度的升高，甘薯熟粉的粘性增加，在本实验设计的最大温度时，甘薯熟粉的粘性达到最大。挤压膨化温度和含水量对膨化工艺参数有显著影响：随着膨化温度升高，扭矩在总体上呈升高趋势，而压力随之减小；随着水分的减小扭矩显著增大。
关键词：甘薯；熟粉；膨化工艺

甘薯因其产量高、抗干旱、耐瘠薄、适应性广及营养丰富，已成为全球性种植的主要块根作物之一，广泛应用于食品工业、轻化工业及饲料工业。我国是世界上甘薯最大的生产国，占世界甘薯生产量（1.33亿t）的88％［1］。随着我国国民经济的发展，人民生活水平的提高，富含维生素、矿物质和食用纤维等营养成分的甘薯又重新引起人们的重视。然而，鲜甘薯的水分含量较高，在贮藏中受到温度、湿度、病害等因素的影响，不利长时间贮藏，因此对甘薯加工进行研究有着非常重大的意义。
挤压膨化技术是现代食品工程高新技术之一，其原理是通过物料在机器内受到剪切、磨擦作用处于高压高温状态之下，使物料呈熔融状态，一旦由模孔挤出，压力骤降至常压，水分便发生瞬间的急骤蒸发，产品随之膨胀［2］。不同于其它膨化技术，是非油炸的一种加工方式。同时由于其具有生产效率高、能耗低、产品质量好、无废物等多种优点，广泛应用于玉米等以淀粉为基础的粮食膨化研究［3-6］，是一种科学、营养的加工方法。但是在甘薯的挤压膨化方面研究较少，主要有高福成、王常青、谭锋等［7-11］人先后对甘薯膨化的工艺、膨化度及膨化前后营养成分变化等进行了研究。M.Y.DANSBY［12］等对甘薯粉通过挤压膨化制作即食早餐谷物进行了研究，但对甘薯膨化后制作成粉缺乏系统的研究。因此本研究以市场上的黄肉甘薯为材料，通过制作甘薯生粉并对其进行挤压膨化，借助物性测试仪的评价方法，系统研究不同的膨化温度和物料含水量对膨化设备及产品的影响，分析影响甘薯膨化的工艺参数，旨在为甘薯的深加工提供技术指导，为甘薯食品的开发提供科学依据。
1  实验材料与方法
1.1  实验材料
市售甘薯（以干基计算含淀粉53.99％，粗蛋白含量7.46％，还原糖1.48％）
1.2  主要实验设备
双螺杆挤压膨化机
物性测试仪
多用食品加工机
定时干燥箱
万能粉碎机
自动定氮仪
天平
1.3  实验方法
1.3.1  原料基本成分测定
水分测定：GB5495
淀粉测定：3，5二硝基水杨酸比色定糖法
蛋白质测定：GB5511―85
1.3.2  甘薯生粉的制备方法
甘薯清洗→去皮→切丝或片→护色→干燥→粉碎→甘薯生粉
关键工艺控制点：
①清洗：一定清洗干净，关系到产品的最终质量。
②去皮：用刀将甘薯的外皮去净，尤其是甘薯表皮凹陷部分。
③切片或丝：将去皮后的甘薯用蔬菜切片机切成一定规格的薯片或薯丝。
④护色：用食盐配制成0.5％的溶液，将切好的甘薯薯片或薯丝泡在其中数分钟。
⑤干燥：用烘干设备干燥，以保证产品的卫生，干燥温度45℃，干燥时间可根据薯片或薯丝的大小确定，使最终水分在6％以下。
⑥粉碎、包装：将干燥后的甘薯，用锤片式粉碎机粉碎，使甘薯粉的细度在80目左右。
1.3.3  膨化实验设计
在本实验中主要考虑了膨化机的第5区温度（最大温度）和物料含水量2个因素，其中挤压膨化机的第5区温度设计为120℃、130℃、135℃、145℃、150℃；甘薯生粉原料的含水量（w/w）设计为18％、20％、25％。
1.3.4  数据采集与处理
甘薯膨化工艺参数（扭矩和压力）在实验过程中由电脑自行记录。选取出料稳定后的5min内所采数据，求平均值。采用DPS数据处理系统分析处理实验数据。
1.3.5  膨化产品质地的评价
以膨化出来的膨化条作为初级产品，主要评价其膨化率。膨化率的测定用游标卡尺，方法为随机测定样品直径10次，求其平均值作为产品的平均直径，除以模口直径（6mm），其商为膨化率。
将膨化条在低温下烘至水分低于5％后粉碎，对所得甘薯熟粉进行评价，主要是色度和甘薯熟粉冲调成糊的粘稠度测定。色度采用L*a*b*色空间法，其中L*为甘薯粉的亮度；a*和 b*为色度，+a*为红色方向，―a*为绿色方向；+b*为黄色方向，―a*为蓝色方向，颜色的校准用CR-400的标准白板。粘稠度采用物性测试仪测定，具体方法为：首先称取25g的甘薯熟粉，用75g的开水冲调，搅拌均匀后，放置至室温（25℃）。然后，在物性测试仪上用探头A/BE35测定其粘稠度，测量速度为1mm/s，质构曲线上的正向最大力定义为 Firmness（硬度），力与时间形成的正峰面积定义为Consistency（稠度），负向最大力定义为 Cohesiveness（粘聚性），用于模拟表示样品的内部粘合力；力与时间形成的负峰面积定义为 Index of Viscosity（粘性指数），代表图形见图1。
2  结果与讨论
2.1  膨化温度、物料水分对膨化机扭矩、压力的影响
2.1.1  膨化温度对于扭矩、压力的影响
扭矩是反映膨化加工过程中物料剪切和挤压阻力大小的指标［7］，它与螺杆的构造、物料理化性质及膨化温度有关。扭矩的大小影响到机器的运转及性能，对于机器本身而言只能承受一定扭矩，超出范围则损坏到机器，因此研究膨化温度等因素对扭矩的影响至关重要。以物料水分20％甘薯生粉为原料，在不同温度下加工处理对扭矩、压力的影响结果如表1所示。

由表1中看出，在甘薯挤压膨化加工过程中，随着膨化温度的升高，样品的扭矩总体上呈现上升趋势，当温度达到145℃时，扭矩达到最大值为66.7Nm。当膨化温度在145℃、150℃时，扭矩与其他温度相比有显著差异（p<0.05），与此相反，随着膨化温度的升高，压力呈现出逐渐降低的变化趋势。
2.1.2  物料含水量对于扭矩的影响
由于水分作为润滑剂直接影响到扭矩的大小，从而影响机器的性能，因此参考机器本身特性及相关物料含水量的设计［6，7］，初步设计3个物料水分，以探索含水量对扭矩的影响。含水量对于扭矩的影响见图2所示。由图中看出膨化温度为120℃时样品水分由25％减小到20％，扭矩则由38.3Nm增加到61.8Nm；膨化温度为140℃时样品水分由20％减小到18％，扭矩则由66.7Nm增加到78.3Nm；膨化温度为150℃时样品水分由20％减小到18％，扭矩则由66.2Nm增加到72.5Nm。

2.2  膨化温度对膨化效果及产品质构的影响
膨化温度的大小直接影响到膨化产品的质量，较低的温度使物料不能膨化，较高的温度又容易使物料发生焦糊，通过比较甘薯膨化产品的外观、测定膨化产品的膨化率，获得科学、经济的膨化温度。具体结果见表2。

从表2看出，随着膨化温度上升，甘薯膨化条的颜色变浅，当温度达到145℃时，颜色、外观均达到最佳状态；当温度继续升至150℃，颜色变暗、体积变小。这是因为膨化温度在150℃时膨化机内的物料开始发生焦化。从表中还可以看出，随膨化温度上升，甘薯膨化条膨化率发生了显著变化（p<0.05），其中当温度升至145℃时，膨化率达最大水平，为1.42。产品膨化率反映了产品质量的好坏，它与膨化温度、物料含水量以及物料受到剪切作用的大小有关［4］。许多实验结果也都表明，随着膨化温度的升高，膨化率呈现出先增大后减小的趋势。但膨化率与文献［10］中相比仍偏小，可能是实验中样品水分较大缘故，至于样品水分对膨化率的影响仍需进一步研究。影响甘薯挤压膨化的因素很多，由上述结果可知，膨化温度（膨化机的第5区温度）、物料含水量都显著影响到特性。另外在文献中［3-6］还可以得知螺杆转速、进料速度、物料及pH值也都显著影响甘薯的挤压膨化特性。
2.3  膨化温度对甘薯熟粉特性的影响
甘薯粉经挤压膨化后，其中所含的淀粉大部分发生了糊化，因此甘薯熟粉是一种淀粉发生糊化的产物。甘薯熟粉可用来制作甘薯速溶粉以及即食早餐谷物食品、面包、糕点、馅料的配料［12］，是一种方便、营养的食品。甘薯熟粉的特性用熟粉冲调成糊的粘稠度表示，按照方法1.3.5测定熟粉的特性，结果见表3。
由表3中可以看出，随着膨化温度的升高，甘薯熟粉形成的糊粘性指数、粘聚性、稠度、硬度均呈现增加趋势。其中在膨化温度为135℃、145℃之间形成的凝胶硬度不显著，其它温度水平的硬度及甘薯熟粉的稠度、粘聚性、粘性指数在不同的膨化温度呈现显著差异。以膨化温度150℃时形成的熟粉特性最大，其硬度、稠度、粘聚性、粘性指数分别为103.26g、2321.42g.s、70.13g、1549.31g.s。
由于甘薯中成分最高的是淀粉的含量，经膨化后使得大多数淀粉发生了糊化，因此甘薯熟粉冲调的糊，在实质上是一种淀粉糊化后形成的胶稠物，其由物性测试仪测定的硬度表示的便是这种胶体表面破裂的阻力，粘聚性和粘性指数是探头往上返回时流体本身的内聚性。不同的膨化温度导致淀粉的糊化度不同，从而表现为甘薯熟粉的粘稠性不同。虽然甘薯熟粉冲调成糊需要一定的粘性，但不是越粘越好，可以结合膨化产品的外观、硬度、韧性及膨化率综合考虑。
3  结论
3.1  膨化温度和物料含水量对膨化机的扭矩、压力均有显著影响。随着膨化温度的上升和物料含水量的降低，扭矩呈现上升趋势，其中水分的影响大于膨化温度的影响。
3.2  膨化温度和物料含水量对于甘薯膨化条的外观、膨化率等均有显著影响，其中当膨化温度为 145℃时，外观最佳，膨化率达到最大值，为1.42。
3.3  膨化温度对于甘薯熟粉的粘稠度显著影响，随着膨化温度升高，甘薯熟粉的粘稠度呈现上升趋势。在实验范围内，当温度达到150℃时，粘稠性为最大，其硬度、稠度、粘聚性、粘性指数分别为103.26g、2321.42g.s、70.13g、1549.31g.s。◇

参考文献
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［4］ R.CHINNASWAMY and M.A.HANNA.Relationship   Between Amylose Content and Extrusion-    Expansion Properties of Corn Starches.CerealChem.  65（2）：138-143.
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［8］ 高福成，王永兴，郑功源，等.红薯粉挤压膨化研究.食品  科学，1995,16（5）：23-26.
［9］ 王常青，曲运波.复合膨化红薯粉的研制.食品科学，   2000,21（1）：33-36.
［10］ 谭锋.甘薯膨化食品的研制.农牧产品开发.1996,6：28-29.
［11］ 冯凤琴，刘东红，叶立扬.甘薯全粉加工及其挤压膨化食品特性的分析研究.农业工程学报，2001，17（3）：99102.
［12］ M.Y.Dansby and A.C.Bovell-Benjamin.Physical Properties and Sixth Graders Acceptance of an Extruded Ready-to-eat Sweetpotato Breakfast Cereal.Joumal of Food Science，2003，68（8）：2607-2612.表1  膨化温度对扭矩、压力的影响（20％水分）*
 温度（℃） 扭矩（Nm） 压力（bdr）
 120 61.8±1.094f 29.4±1.58
 130 63.2±0.685e 26.6±0.23
 135 62.8±0.580f 24.9±0.531
 145 66.7±0.220c 22.0±0.233
 150 65.2±2.170d 21.3±0.774
*相同字母表示差异不显著（p<0.05）表2  膨化温度、物料水分对甘薯膨化产品外观和质构的影响
 温度（℃） 甘薯膨化条外观 膨化率
 120 颜色棕红色，尚未膨化   0.90  d
 130 颜色变浅，外观粗糙 1.28  b
 135 颜色浅黄色，外观粗糙   1.33  b
 145 颜色淡黄，外观光滑 1.42  a
 150 颜色变暗，外观光滑 1.04  c
*相同字母表示差异不显著（p<0.05）表3  温度对甘薯熟粉粘稠度的影响
  硬度 稠度 粘聚性 粘性指数
 温度（℃） （g） （g.s） （g） （g.s）
 120 47.29a 1031.59d 23.25a 442.90ab
 135 59.26bc 1270.62c 30.89b 616.38b
  145 67.20cd 1614.08b 45.56c 996.81c
 150 103.26d 2321.42a 70.13d 1549.31d
*相同字母表示差异不显著（p<0.05）图2  物料水分温度对扭矩的影响