挤压变量对马铃薯方便粥品质特性的影响

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-03-29 09:46 热度：

　　摘要：以马铃薯全粉、大米粉为主要原料，采用双螺杆挤压微膨化工艺，联用常压连续气流膨化技术开发马铃薯方便粥。研究了马铃薯全粉含量、挤压温度、水分含量对马铃薯方便粥品质特性的影响，并采用因子分析法对马铃薯方便粥的品质特性指标进行综合评价。结果表明：随着马铃薯全粉含量、挤压温度的升高，马铃薯方便粥的颜色均逐渐加深，质构特性逐渐降低，感官品质先升高后降低;随着水分含量的升高，马铃薯方便粥的颜色变浅，质构特性逐渐升高，感官品质先升高后降低。因子分析表明当马铃薯全粉含量50%、挤压温度115 ℃、水分含量20%时综合得分均最高，因此，选择此挤压操作条件较合适。在此挤压操作条件下，马铃薯方便粥的颜色呈浅黄色，黏着性、弹性适宜，还具有较高的硬度、咀嚼度和感官品质。

　　关键词：挤压;马铃薯方便粥;品质特性;因子分析;综合评价

　　马铃薯俗称土豆、山药蛋、荷兰薯等，是全球第四大重要的粮食作物[1]。2016年，农业部发布《关于马铃薯产业开发的指导意见》，鼓励研制和生产符合国民饮食习惯的马铃薯主粮化产品[2]。马铃薯全粉是以新鲜马铃薯为原料，经过清洗、挑选、切片、蒸煮、捣泥、护色、脱水干燥等工艺后得到的产品[3]。其营养全面，富含膳食纤维、蛋白质、维生素及微量元素，且脂肪含量低，具有较高营养及开发价值，是马铃薯食品加工的中间原料[4]。随着城市化节奏的加快，方便食品因容易携带、食用快捷、口感丰富而受到人们的青睐。近年来，随着对马铃薯主食化研究不断深入，以马铃薯为原料开发方便食品，不仅有利于进一步提高方便食品的营养价值[5]，还可以提高马铃薯的附加值，推动马铃薯主食化这一战略目标。

　　双螺杆挤压作为一种高温短时连续的物理改性技术，具有效率高、成本低、营养损失小等优点[6]。物料经螺杆输送、混合、捏合、挤压等过程，在高温、高压、高剪切作用下，挤压机模头出口处内外压差增大，从而使物料膨化[7]。目前，已有学者研究利用双螺杆挤压技术开发方便粥[8]，但关于马铃薯方便粥鲜有报道。因子分析是多指标综合评价中一种常用的多元统计方法[9]，其基本思路是根据相关性大小把变量分组，使得同一组内的变量之间具有较高的相关性，不同组的变量之间具有比较低的相关性，以相对较少的几个因子反映原始数据的大部分信息，从而达到降维的目的，再根据各样品的因子得分进行综合评价[10]。本研究采用双螺杆挤压微膨化工艺，联用常压连续气流膨化技术开发马铃薯方便粥，重点研究挤压变量对马铃薯方便粥品质特性的影响，并采用因子分析法对马铃薯方便粥的品质特性指标进行综合评价，根据综合得分优化挤压操作条件，为马铃薯方便粥的开发与利用提供理论支持。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料

　　马铃薯全粉：内蒙古凌志马铃薯科技股份有限公司;大米(粳稻)：沈阳龙泰米业有限公司。原料的基本组分见表1。

　　1.2 仪器与设备

　　双螺杆挤压膨化设备：山东德固机械设备有限公司;常压连续气流膨化设备：自制; ColorMunki Photo校色仪：美国X-Rite爱色丽公司;Exponent Lite Express质构仪：英国Stable Micro Systems公司。

　　1.3 实验方法

　　1.3.1 马铃薯方便粥加工工艺 原料粉复配→挤压微膨化→冷却→常压连续气流膨化→冷却→包装 →成品。

　　1.3.2 挤压变量对马铃薯方便粥品质的影响

　　1.3.2.1 马铃薯全粉含量对马铃薯方便粥品质的影响 分别将10%、30%、50%、70%、90%马铃薯全粉添加到大米粉中，调整水分含量至20%，混匀后进行挤压，挤压温度115 ℃。

　　1.3.2.2 挤压温度对马铃薯方便粥品质的影响 将 50%马铃薯全粉添加到大米粉中，调整水分含量至20%，混匀后进行挤压，挤压温度分别设置为 105、115、125、135、145 ℃。

　　1.3.2.3 水分含量对马铃薯方便粥品质的影响 将 50%马铃薯全粉添加到大米粉中，分别调整水分含量至14%、16%、18%、20%、22%，混匀后进行挤压，挤压温度115 ℃。

　　1.3.3 马铃薯方便粥品质特性测定

　　1.3.3.1 色差值测定[11] 取马铃薯方便粥样品平铺在白纸上，使用ColorMunk Photo校色仪同时测定样品的L* 值、a* 值和b* 值。由L* 值、a* 值和b* 值可以计算出样品色调与标准色调(白板测定值)之间的差值，即色差△E。白板测定值为L* =96.9， a* =0.3，b* =1.9，ΔE计算方法见下列公式。

　　1.3.3.2 质构测定 取10 g马铃薯方便粥，加入80 g沸水冲泡6 min，然后用筛网滤出样品，随机选取4粒放置在测试台上测定质构，重复测定10次，取平均值。TPA测定参数设置如下：测试探头为 P/36R型，测试前速度0.2 mm/s，测试中速度0.2 mm/s，测试后速度1.0 mm/s;触发力值5.0 g，压缩程度90%。

　　1.3.3.3 马铃薯方便粥的感官分析[12] 选择食品相关专业10名人员(男女各5名)，培训后进行马铃薯方便粥的感官分析。取10 g样品，加入80 g沸水冲泡6 min后，进行感官分析。感官评分标准详见表2。

　　1.4 数据处理与分析

　　采用Excel和SPSS 17.0软件进行数据分析。

　　2 结果与分析

　　2.1 挤压变量对马铃薯方便粥色泽品质的影响

　　表3为挤压变量对马铃薯方便粥色泽品质的影响。由表3可知，马铃薯全粉含量对马铃薯方便粥的明度指数L* 值、红色度a* 值、黄色度b* 值、色差 ΔE均影响显著(P<0.05)。随着马铃薯全粉含量的增加，马铃薯方便粥的明度指数L* 值逐渐降低，红色度a* 值、黄色度b* 值、色差ΔE均逐渐升高。挤压过程中，使用的主要原料是马铃薯全粉和大米粉，马铃薯全粉呈浅黄色，大米粉呈白色。随着马铃薯全粉含量的增加，马铃薯方便粥的颜色逐渐加深，越来越接近马铃薯全粉的颜色。

　　挤压温度对马铃薯方便粥的明度指数L* 值、红色度a* 值、色差ΔE均影响显著(P<0.05)，对黄色度b* 值影响不显著(P>0.05)。随着挤压温度的升高，马铃薯方便粥的明度指数L* 值逐渐降低，红色度a* 值、色差ΔE均逐渐升高，黄色度b* 值基本保持不变。随着挤压温度的升高，美拉德反应速度加快[13]，类黑色素的生成量增加，马铃薯方便粥的颜色逐渐加深。

　　水分含量对马铃薯方便粥的明度指数L* 值、红色度a* 值、黄色度b* 值、色差ΔE均影响显著 (P<0.05)。随着水分含量的升高，马铃薯方便粥明度指数L* 值、红色度a* 值逐渐升高，黄色度b* 值先逐渐升高后降低，色差ΔE呈逐渐降低的趋势。水分含量的升高会降低物料的黏度，减少物料与螺杆、机筒之间的摩擦[14]，从而缩短物料在挤压机内的滞留时间，相应地缩短了发生美拉德反应时间，导致产品颜色变浅。

　　2.2 挤压变量对马铃薯方便粥质构特性的影响

　　表4为挤压变量对马铃薯方便粥质构特性的影响。由表4可知，马铃薯全粉含量对马铃薯方便粥的硬度、黏着性、弹性、咀嚼度影响显著 (P<0.05)。随着马铃薯全粉含量的增加，马铃薯方便粥的硬度、咀嚼度均呈逐渐降低的趋势，黏着性逐渐升高，弹性先略升高后降低。挤压膨化产品的膨胀程度与淀粉含量呈显著正相关[15]。马铃薯全粉中淀粉含量高于大米粉，随着马铃薯全粉含量的增加，原料体系中淀粉含量逐渐升高，马铃薯方便粥的膨化程度升高，复水后成型性差，硬度、咀嚼度逐渐降低。

　　挤压温度对马铃薯方便粥的硬度、黏着性、咀嚼度影响显著(P<0.05)，对弹性影响不显著(P> 0.05)。随着挤压温度的升高，马铃薯方便粥的硬度、咀嚼度均逐渐降低，黏着性先降低后略升高，弹性基本保持不变。挤压温度的升高加剧了原料体系内水分子运动，高温作用使得氢键断裂，淀粉发生糊化作用，马铃薯方便粥的膨化程度升高[16]，复水后成型性差，硬度、咀嚼度逐渐降低。

　　水分含量对马铃薯方便粥的硬度、黏着性、弹性、咀嚼度影响显著(P<0.05)。随着水分含量的升高，马铃薯方便粥的硬度、咀嚼度均呈逐渐升高的趋势，黏着性、弹性均先升高后降低。水分含量的升高会显著降低挤压机模头的压强[17]，模头出口处内外压差减小，马铃薯方便粥膨化程度降低，复水后样品的硬度、咀嚼度逐渐升高。

　　2.3 挤压变量对马铃薯方便粥感官品质的影响

　　表5为挤压变量对马铃薯方便粥感官品质的影响。由表5可知，马铃薯全粉含量对马铃薯方便粥的感官品质影响显著(P<0.05)。随着马铃薯全粉含量的增加，马铃薯方便粥的色泽、分散性逐渐降低，气味、复水性逐渐升高，适口性、爽滑性先保持不变后降低，表观状态、感官总分先升高后降低。当马铃薯全粉含量过低时，马铃薯方便粥的复水性较差，薯香味较淡。当马铃薯全粉含量过高时，马铃薯方便粥粒黏连，易黏刀，不利于产品的连续化生产，产品的分散性、适口性、爽滑性变差;另外，马铃薯方便粥过度膨化，表观状态变差，颜色加深，色泽品质降低。

　　挤压温度对马铃薯方便粥的感官品质影响显著(P<0.05)。随着挤压温度的升高，马铃薯方便粥的色泽逐渐降低，复水性、适口性逐渐升高，气味、表观状态、分散性、爽滑性、感官总分先升高后降低。挤压温度直接影响到马铃薯方便粥的颜色及形态。当挤压温度过低时，物料不能完全形成熔融状态，混合性差[8]，马铃薯方便粥表面粗糙，表观状态、复水性、适口性较差;另外，产品复水后易结块，分散性差。当挤压温度过高时，马铃薯方便粥颜色较深，色泽品质降低;另外，马铃薯方便粥过度膨化，复水后粥粒分散不均匀，表观状态、爽滑性变差。

　　水分含量对马铃薯方便粥的感官品质影响显著(P<0.05)。随着水分含量的升高，马铃薯方便粥的色泽、爽滑性逐渐升高，气味先保持不变后降低，复水性逐渐降低，表观状态、分散性、适口性、感官总分先升高后降低。当水分含量过低时，在挤压温度不变的情况下，物料吸收能量后形成熔融状态更加显著，挤压机模头出口处内外压差增大，马铃薯方便粥过度膨化，表观状态变差，复水后粥粒分散不均匀;另外，马铃薯方便粥颜色较深，色泽品质降低。当水分含量过高时，物料需要吸收较多的能量才能形成熔融状态，在挤压温度不变的情况下，物料不能完全形成熔融状态，混合性差，马铃薯方便粥表面粗糙，表观状态、复水性、适口性较差;另外，产品复水后易结块，分散性差。

　　2.4 马铃薯方便粥品质特性的因子分析

　　2.4.1 公因子分析 根据马铃薯方便粥品质特性和选优目标，对马铃薯方便粥品质特性指标的衡量标准不同。色泽品质越接近大米的色泽越容易被消费者接受，所以明度指数L* 值越高越好，而红色度a* 值、黄色度b* 值、色差ΔE越低越好;硬度、黏着性、弹性、咀嚼度越高越好;色泽、气味、表观状态、分散性、复水性、适口性、爽滑性、感官总分越高越好。由于马铃薯方便粥不同品质特性的单位不同，数据量纲也不一致，不便于进行数据分析。因此，因子分析之前需通过隶属函数法对原始数据进行标准化处理，也就是将数据规范为[0，1]的无量纲数据[18]。根据因子分析原理，构建马铃薯方便粥目标参数的因子载荷矩阵，并计算目标参数相关矩阵的特征值、特征值贡献率及其累积贡献率，结果见表6。

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　　由特征值累积贡献率可知，前4个公因子对目标参数特征值的累积贡献率己经达到89.542%，基本可以表示全部因子对目标参数的影响。因此，选取前4个公因子构建方差极大正交旋转因子载荷矩阵，结果见表7。

　　由表7可知，公因子f1对马铃薯方便粥的明度指数L* 值、色差ΔE、硬度、咀嚼度、色泽、表观状态、分散性、复水性、爽滑性起主要作用;公因子f2对马铃薯方便粥的弹性、适口性、感官总分起主要作用。这些指标主要反映马铃薯方便粥的感官品质，因此公因子f1、f2称为感官因子。公因子f3对马铃薯方便粥的红色度a* 值、黄色度b* 值起主要作用，这些指标反映马铃薯方便粥的色泽品质，因此公因子f3称为色泽因子。公因子f4对马铃薯方便粥的黏着性、气味起主要作用，这些指标主要反映马铃薯方便粥的质构特性，因此公因子f4 称为质构因子。以公因子相对应的方差贡献率作为权重，是一种客观赋权法，侧重于数据本身的客观性，更加合理，一定程度上可以避免人为赋权的主观干扰[19]。根据各公因子的方差贡献率计算其相对应的权重系数，结果见表7。

　　2.4.2 品质特性的综合评价 通过因子分析，计算各样本的公因子得分，结合相对应的权重系数，进行加权求和，即得马铃薯方便粥品质特性的综合评分模型：In=0.423f1+0.231f2+0.190f3+0.157f4。通过该模型计算各样本的品质特性综合得分，根据综合得分筛选出较适宜的挤压操作条件，结果见表8。

　　由表8可知，各马铃薯方便粥样品的公因子相比，马铃薯全粉含量为50%时公因子f1、f2、f4均最大，f3排第3位，说明样品的质构特性、感官品质均较好，色泽品质适中;挤压温度为115 ℃时公因子f1、f4均最大，f2、f3均排第4位，说明样品的质构特性、感官品质均较好，色泽品质适中;水分含量为20%时f2最大，f1、f3、f4分别排第2、 5、3位，说明样品的感官品质较好，质构特性适中，色泽品质略差。当马铃薯全粉含量为50%、挤压温度为115 ℃、水分含量为20%时，马铃薯方便粥的综合得分均最高。因此，综合考虑马铃薯方便粥的色泽品质、质构特性和感官品质，较适宜的挤压操作条件为马铃薯全粉含量50%、挤压温度115 ℃、水分含量20%。

　　3 结论

　　研究表明：各挤压变量对马铃薯方便粥的色泽品质、质构特性、感官品质均影响显著。随着马铃薯全粉含量、挤压温度的升高，马铃薯方便粥的颜色均逐渐加深，质构特性逐渐降低，感官品质先升高后降低;随着水分含量的升高，马铃薯方便粥的颜色变浅，质构特性逐渐升高，感官品质先升高后降低。因子分析表明当马铃薯全粉含量50%、挤压温度115 ℃、水分含量20%时综合得分均最高，因此，选择此挤压操作条件较合适。在此挤压操作条件下，马铃薯方便粥的颜色呈浅黄色，黏着性、弹性适宜，还具有较高的硬度、咀嚼度和感官品质，感官总分达到最大值 82.3分。本实验感官评价仅集中在外观及口感，存在一定的局限性，还可利用仪器对马铃薯方便粥的风味成分进行分析，综合评价马铃薯方便粥的食用品质。——论文作者：蒋华彬，白 洁，张小飞，李玉美，金 杨，彭义交，郭 宏*

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文章名称：挤压变量对马铃薯方便粥品质特性的影响

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