香芋猪肉膨化食品的双螺杆挤压工艺研究

商飞飞，韦选关，黄婷，谢婷婷，程伟，谭辉，唐碧莲，谢玉花，段振华*

(贺州学院食品科学与工程技术研究院，广西果蔬保鲜和深加工研究人才小高地，广西贺州，542899)

摘要以鲜猪肉、香芋粉和大米粉为原料，利用双螺杆挤压膨化技术研制一款咸味型香芋猪肉膨化食品。试验选取机筒温度(X1)、螺杆转速(X2)、物料湿度(X3)作为主要工艺参数，以断裂力、糊化度、膨化度、水分含量、感官评价作为评价指标，通过正交试验进行优化。结果表明，优化后工艺条件为机筒温度150 ℃，螺杆转速45 Hz，物料湿度15%，挤压膨化效果最佳。

第一作者：硕士研究生(段振华博士为通讯作者，E-mail：dzh65@126.com)。

基金项目：广西特聘专家专项经费(厅发[2016]21号)；广西区国家级大学生创新创业项目(201611838001)；广西特色果蔬深加工与保鲜技术研究项目(YS201601)

香芋是天南星科茎块类多年生作物，是南方地区重要的水生蔬菜和能量供给作物[1]。香芋含有较多的粗蛋白、淀粉、聚糖(黏液质)、粗纤维等营养成分，色、香、味俱佳，曾被誉为“蔬菜之王”[2-4]。由于蒸煮后香芋的香韵很难和其他调味物质相协调，因此香芋加工产品种类较少，但是香芋香味能和猪肉香味融为一体。

双螺杆挤压膨化技术研究时间较长、技术比较成熟，开发的产品中也较多，但是结合肉类制作膨化食品的研究就相对较少，仅有王文贤等[5-6]、刘学文等[7]、杜庆飞等[8]、 CHA等[9]、GUJRAL等[10]等分别以鸡肉-大米、鸡肉-淀粉、猪肉-玉米粉为原料，通过对双螺杆挤压工艺参数进行了优化，研制了几例膨化食品，但是以香芋为原料开发膨化食品还没有尚未见报道[11]。本文利用香芋能够和猪肉相协调的特性，针对目前香芋系列加工产品种类较少的现状，利用双螺杆膨化技术开发一款咸味型香芋猪肉膨化食品，丰富香芋产品种类，同时也为双螺杆技术的进一步用于提供了技术支持。

1 材料与方法

1.1 原料

香芋粉：为香芋全粉，是将香芋经削皮、切片、热风干燥、粉碎制得，由贺州学院食品研究院提供；

大米粉、食盐、白糖、花椒粉、八角粉、胡椒粉：贺州泰兴购物超市采购。

1.2 仪器设备

DS32-1双螺杆挤压机，济南赛信机械有限公司；紫外可见分光光度计(型号UV1901PC)，上海奥析科学仪器有限公司；物性测定仪(型号TA.XTPLUS)，英国Stable micro；水分测定仪(型号MB23)，奥豪斯仪器有限公司。

1.3 工艺流程及要点

处理的原料肉、香芋粉、大米粉、配料→混合→调节水分→挤压成型→成品→包装。

新鲜瘦猪肉→清水洗净→去血1 h→冷冻保藏→取出并切成颗粒状→组织捣碎机捣成泥状。

将捣碎后的瘦猪肉糊按比例与香芋粉、大米粉、配料混合均匀(其中：猪肉与大米粉、香芋粉质量比为1∶3∶6；盐、糖、花椒粉、八角粉、胡椒粉质量比为3∶2∶0.2∶0.2∶0.1)；用快速水分测定仪测定含水量、通过补充水分调节至挤压所需的湿度要求。

挤压是整个流程的关键，直接影响到产品的成型和口感。固定物料组成比例并将进料速率设定为8～10 Hz，选取机筒温度(110、130、150、170、190 ℃)、螺杆转速(30、35、40、45、50 Hz)和物料湿度(12%、15%、18%、21%、24%)进行单因素试验，研究单个因素的变化对挤压膨化效果的影响。

通过单因素试验确定机筒温度、物料湿度、螺杆转速，制因素水平表(表1)。选用L9(33)正交表，以糊化度、断裂力、水分含量、膨化度、感官评价为指标进行正交试验，根据正交试验结果选出最佳的挤压条件，确定优方案。

表1 正交实验因素水平表
Table 1 Factors and levels in orthogonal test

1.4 试验方法

糊化是指未经糊化的淀粉分子由β型结构，通过蒸煮或挤压转化为α型结构的过程。是衡量食品是否熟化的因素，糊化度高说明淀粉的熟化越好，适当地增加物料水分含量和机筒温度可提高糊化度。测定方法有双折射法、膨胀法、酶水解法、紫外吸光光度计法等。本实验采用紫外吸光光度法测定糊化度[12]。

用物性测定仪快速测定断裂力。测试条件：探头P/26，测前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度10 mm/s，触发值5 g。

通过对其形态特征、色泽、组织结构、口感、气味进行有效合理的评价。

1.6 数据分析

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

称取5份湿度为18%的物料，设置螺杆转速为150 ℃，在不同机筒温度条件下进行挤压膨化，结果见表2。

表2 机筒温度对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响
Table 2 Effects of cooking temperature on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

注：同行肩标字母相异者表示两者差异显著(P<0.05)，肩标字母相同者表示两者差异不显著(P>0.05),下表同。

机筒充足的热量是保证淀粉糊化的必要条件，当机筒温度较低时，机筒提供的热量就减少，导致糊化度较低；当温度过高时会产生美拉德反应，导致淀粉焦炭化，造成糊化度降低。本研究结果表明，随着温度的增加，物料吸收到的热量增加，糊化度也随之不断增加，当温度达到150 ℃时达到最大；另外，膨化度达到12.35倍，较190 ℃时的12.37倍差异不显著；断裂力也处于较低水平。综合比较，最佳的膨化机筒温度为150 ℃。

称取5份湿度为18%的物料，设置机筒温度为150 ℃，在按不同螺杆转速进行挤压膨化，结果见表3。

转速在35～45 Hz时，物料在强烈的挤压作用下淀粉糊化状态是比较理想的，此时的酥脆性好，断裂力小。当螺杆转速超过50 Hz时，物料在机筒内停留的时间减小，物料未能充分混合，受热时间短，挤出物还伴有少许生淀粉，糊化得不够彻底，导致糊化度偏低，糊化度未达到80%～90%。

表3 螺杆转速对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响
Table 3 Effects of screw speed on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

设置机筒温度为150 ℃，螺杆转速40 Hz，将物料配制成不同湿度，分别进行挤压膨化试验，结果见表4。

表4 物料湿度对断裂力、膨化度、糊化度、水分含量的影响
Table 4 Effects of material humidity on fracture force, degree of expansion, degree of gelatinization and moisture content

物料湿度提供了淀粉糊化所需要的水分含量，能够促进淀粉糊化。由表4可知，物料湿度对糊化度的影响显著，一般随着物料湿度的增加，糊化度升高，但当物料湿度超过一定值时，物料湿度太高，其剪切力、摩擦作用力会减弱，导致糊化度降低，本研究中物料湿度为18%，糊化度最高，为85.98%，膨化度也最大为12.35倍，断裂力和水分在实验中位于中间水平；当物料湿度达到24%时，挤出呈流体状，产气泡但迅速干瘪，挤压不成形，膨化度低仅有1.00倍。

2.2 正交试验

表5 正交实验结果
Table 5 Orthogonal experimental results

由表5可知，各因素对断裂力的影响为B>C>A；对膨化度的影响为B>A>C；对挤压物的水分含量的影响为B>C>A；对糊化度的影响为A>C>B。断裂力和水分含量优化组合相同，这2个指标和其他指标的优化组合是不同的，但是通过综合平衡法可以得到综合的优化组合。平衡过程如下：(1)因素A：对于断裂力A2好，对于膨化度A2好，对于水分含量A3好，对于糊化度A2好，而水分含量A3处于末位的次要因素，其他优化组合A因素均为A2，所以选A2；(2)因素B：对于断裂力B1好，对于膨化度B3好，对于水分含量B3好，对于糊化度B1好，且糊化度和水分含量B3均为主要因素，虽然对于断裂力B1同样为主要因素，但糊化度B1为末位的次要因素，根据综合平衡法，选B3；(3)因素C：对于断裂力C1好，对于膨化度C1好，对于水分含量C3好，对于糊化度C2好，根据平衡法，断裂力和膨化度C1均在优化组合，所以选C1。

综合上述分析及感官评价，优化组合为A2B3C1，即机筒温度为150 ℃，螺杆转速为45 Hz，物料湿度为15%。

2.3 验证试验

按最佳工艺条件机筒温度为150 ℃，螺杆转速为45 Hz，物料湿度为15%进行试验，测得断裂力为20.71 N，膨化度为14.43，水分含量为8.21%，糊化度为86.95%。水分含量低于正交表中最小值1%，达到了较安全的范围，糊化度、膨化度均比正交表的最大值分别高出0.26%、0.95%，断裂力也正交表的最小值少0.87 N，证明上述结论是可靠的。

3 结论

本文以香芋、猪肉、大米粉为原料，探索了双螺杆挤压膨化的工艺参数，并进行优化，结果表明，机筒温度为150 ℃，螺杆转速为45 Hz，物料湿度为15%，该产品膨化效果最佳。

[1] 商飞飞,谢玉花,凌宾,等.香芋全粉喷雾干燥工艺参数研究[J].保鲜与加工,2016, 16 (6)： 75-79.

[2] 周志英,香芋发酵饮料的工艺研究[J].现代食品科技,2011,27(12):1 503-1 506.

[3] 陈致印,胡一鸿,金晨钟,等.香芋可溶性膳食纤维提取工艺及其性能研究[J].湖南农业科学,2012 (9):89-91.

[4] 杨惠玲,陈振林.荔浦芋扣肉罐头工业化生产技术[J].农产品加工学刊,2007(4):72-75.

[5] 王文贤,刘学文,谢永洪,等.鸡肉-大米膨化食品双螺杆挤压工艺参数的优化研究[J].农业工程学报,2004(6):223-226.

[6] 王文贤,刘学文,冉旭.利用响应面法优化鸡肉挤压膨化产品进料参数的研究[J].四川大学学报(工程科学版),2003(4):55-59.

[7] 刘学文,王文贤,冉旭.鸡肉挤压膨化休闲食品的开发研究[J].食品科学,2003(12):63-67.

[8] 杜庆飞,李玲,陶严,等.猪肉-玉米挤压膨化制品双螺杆挤压工艺参数的优化研究[J].滁州学院学报,2017,19(5):25-27.

[9] CHA J Y, FLORES R A, KASTNER C L. Evaluation of processes to enhance grain and meat coproducts [J]. Journal of Food Process Engineering， 2000, 23(5): 353-371.

[10] GUJRAL H S， KAUR A， SINGH N, et al. Effect of liquid whole egg， fat and textured soy protein on the textural and cooking properties of raw and baked patties from goat meat [J]. Journal of Food Engineering， 2002, 53(4): 377-385.

[11] 张锐,刘艳霞,栾丽,等.微波法膨化猪肉皮的工艺研究[J].农产品加工(学刊),2013(13):32-33.

[12] 王宝石,郑明珠,闵伟红,等.响应曲面法对双螺杆挤压蒸煮玉米粉条件的优化[J].食品科学，2012，33(14):6-19.

Extrusion process parameters of double screw used for taro and pork puffing foods

SHANG Feifei, WEI Xuanguan, HUANG Ting, XIE Tingting, CHENG Wei, TAN Hui, TANG Bilian, XIE Yuhua, DUAN Zhenhua*

(Institute of Food Science and Engineering,Hezhou university, Guangxi Talent Highland for Preservation and Deep Processing Research of Fruits and Vegetables，Hezhou 542899， China)

ABSTRACT Fresh pork, taro powder and rice powder were used as raw materials, a salt-flavored taro and pork puffing food was manufactured by using double screw extruding technology. The tube temperature (X1), screw speed (X2) and material humidity (X3) were selected as the main process parameters. Fracture force, degree of gelatinization, degree of puffing, moisture content and sensory evaluation were used as indicators. The process was optimized through orthogonal tests. The results showed that the best processing conditions were as follows: 150 ℃ tube temperature, 45 Hz screw speed and 15% material humidity. Under this condition, the extrusion effect was the best.