小米挤压膨化产品中吸湿特性检测方案(质构仪)

维普资讯 http：//www.cqvip.com2006年6月第21卷第3期Vol.21，No.3Jun.2006中国粮油学报Journal of the Chinese Cereals and Oils Association 维普资讯 http：//www.cqvip.com2006年第3期88中国粮油学报 小米挤压膨化产品的吸湿特性及其对质构的影响 赵学伟 魏益民” 张波 (西北农林科技大学食品科学与工程学院，杨凌712100) (中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100094) 摘 要 本文以4种形态的小米挤压样品为材料，研究了各样品的吸湿特性。结果表明，不同样品间的平衡水分差别不大，Oswin 方程能够更好地描述平衡水分与相对湿度的关系。通过对水分平衡后各样品的质构特性测定表明，随水分含量升高质构发生硬化，当水分含量达到某临界值时发生软化。随水分含量升高脆性降低，当达到某临界值时脆性明显降低，脆性丧失的临界水分含量比软化发生的临界水分含量要低。不同样品的质构特性不同，发生软化以及脆性丧失的临界水分含量也不同。 关键词 小米 挤压膨化 吸湿 质构 膨化食品是谷物挤压加工的主要食品形态。影响其品质的主要因素是质构特性。挤压后由于淀粉糊化和多孔结构的形成，使得膨化食品在存放过程中产品极易吸湿，导致脆性丧失，失去食用价值。为此，研究挤压膨化产品的吸湿特性，对选择合理的储藏条件和预测货架期十分重要3]。但是，前人在这方面的研究很少，对同一原料在不同挤压条件下所得到的产品进行比较研究还没见相关报道4。 小米的营养价值高于其他谷物[5]。而对小米的加工利用十分有限。本研究以4种有代表性的小米挤压膨化产品为材料，研究温度为25℃时，不同样品在不同相对湿度下的吸湿平衡水分；以及不同样品的质构特性随水分含量变化的规律。 实验材料和方法 1.1 实验材料 2003年从河北省农业科学研究院购得小米，存于4℃冰柜待用。其蛋白质含量为10.40%(干基)(AACC 46 -11A)，粗脂肪含量为1.96%(干基)(AACC 30 -25)，粗纤维含量为0.5%(干基)(AACC 30 -20)。 基金项目：中国农业科学院杰出人才基金资助，中国农业科学院科研基金项目 ( 作者简介：赵学伟，男，1969年出生，博士研究生，谷物科学与工 程 ) ( 通讯作者：魏益益，男，1957年出生，博士，教授，博士生导师，主要从事农产品质量与加工工艺研究 ) 采用 Brabender DSE -25 型双螺杆挤压实验室工作站(德国 Brabender 公司)，按照套筒温度、螺杆转速、物料水分、喂料速度4因素响应面试验设计进行挤压试验，共得到27个样品，40℃烘箱内干燥使水分含量降至4%~5%。根据样品的外部形态将其分为4类，每类选出一个代表样作为试验样品。各代表样的直径与比容见表1，外部形态见图1。1类的气孔直径最大，数量最少，大小分布最不均匀；4类的气孔直径最小，数量最多，大小分布最均匀；2、3类界于1、4类之间，与3类相比2类外部形态较不规则，气孔结构更接近1类。 表1 4个代表样品的直径与比容 样品号 I 瓜 直径(mm) 15.95 11，25 9.86 6.86 比容(cm/g) 4.7 3.3 4 5.6 图1 4种代表样品的外部形态 1.2 吸湿平衡实验 采用饱和盐溶液法调整相对湿度3]。所用盐为LiCl、CH，COOK、MgCl，K，CO、Mg(NO)2、KI、NaCl、KCl、K，SO4，其饱和溶液的相对湿度分别为12%、21%、33%、44%、54%、67%、77%、83%、97%向9个干燥器内各加入水约100mL，加上述各种盐至饱 和。每个样取三段，每段长约20cm，放入干燥器内，密封好。放入25℃恒温箱(GNP-9080 型，上海精宏)，3周后取出，每段取2~3g，用于测定水分含量( AACC 44-15A)，其余用于质构测定。 1.3 质构测定 采用TA -XT2i型质构仪(英国 Stable Microsys-tems 公司)，装有 P/35 型探头。将水分平衡后的样品从干燥器内取出来，立即用锋利的刀片截取 2cm，水平放在 P/0.5 承载平台上。测试时探头移动速度为0.5mm/s，变形程度为60%。质构仪仪有 TEE2.61质构分析软件，压力达0.5g时开始以200Hz的频率自动记录力随变形的变化，并可绘出图形。通过编程计算出如下质构参数。每个样品做10次测定，取平均值。 最大力(P.F.)：反映产品的硬度，值越大硬度越大6]。 总功(T.W.)：在力-变形曲线图上，曲线与横坐标所围成的面积，表示破裂所需的能量。T. W.反映硬度，值越大硬度越大。 线性距离(L.L.)：力-变形曲线的总长度，根据自动记录的力随变形变化的数据，由 Pythagoras 方程[见式(1)]求出。L.L.值反映产品的脆度，值越大脆性越好。 破裂频率(S.F.R)：力的峰数(阈值为50g)与变形距离的比，反映产品的脆度，值越大脆性越好。 1.4 数据处理 STATISTIC-4.0 数据处理软件。 2 结果与分析 2.1 吸湿平衡水分 图2 不同相对湿度下4个样品的平衡水分与回归曲线 4个样品在不同相对湿度下的吸湿平衡水分及其回归曲线见图2。同大多数食品一样，小米挤压膨化产品的等温吸湿曲线也呈8型。不同样品的平衡 水分略有差异。3、5样的稍高，1、2样的稍低，这可能是由于不同样品在挤压过程中受到的热效应和剪切效应不同，有的样品的淀粉糊化度高，降解程度大造成的。不同样品的毛细孔结构不同可能也是一个原因。 反映相对湿度与平衡水分关系的方程很多，选用较为常用 Oswin、G. A. B.、Halsey 和 Henderson 方程对试验数据进行拟合，发现Oswin 方程的显著性最高，为此，选定该方程为回归模型，对各挤压产品进行回归，得方程(2)(R’=0.997)。 2.2 水分变化对质构特性的影响 图3、图4分别给出了Ⅰ、V号样品在12%、33%54%、77%四个相对湿度下的力-时间曲线。根据 Gibson 和 Ashby(1989)的理论，多孔性材料的受压变形可分为3个阶段：在变形较小时表现为弹性变形；随变形增大，发生塑性或破裂变形，压力不再有大的升高，塑性变形的压力变化较为平缓，破裂变形的压力较多起伏；随变形进一步增大，材料逐渐被压实，压力又升高[81。由图可以看出，小米挤压膨化产品的受压变形符合上述规律。在低水分时的变形为破裂变形，随水分升高，脆性逐渐丧失，曲线变得平滑，力的峰数减少，显示出塑性。 比较图3、图4发现，与1号样相比，5号样的峰数较少，且各峰值之间的差距较小。5号样在54%相对湿度时就显示出塑性，而1号样在54%相对湿度时还显示出较好的脆性。这可能是1号样的气孔较大，而5号的气孔很小，在受压破裂时力的变化不明显，表现为峰数较少。 图4 5号样品在不同相对湿度下的力-时间曲线 4个样品的P.F.、T.W.值随水分变化情况分别见图5、图6。1样的P.F.、T. W. 值最小，2样的较大，3、4样的最大，但是两者差异不大。在低水分时，各样品间的P.F.T. W. 值差异不大。随相对湿度增大，P.F.和T.W.值增大。由于 P.F.和T.W.值反映产品的硬度[6]，所以，水分增加对质构有硬化作用。当相对湿度达到某一临界值时，硬度开始迅速降低，出现软化现象。相对湿度再进一步增大，3、5号样品的P.F.和T.W.值又有所回升。通过对不同样品P.F.、T.W.值的变化幅度进行比较可以发现，1号的硬化程度也最小，几乎没发生软化。3、5号样品在相对湿度大于33%后 P. F.和T.W.值增加较快，软化现象也十分明显，且发生软化的临界相对湿度比1、2号的要低。另外，对所有样品来说，P.F.开始降低的临界相对湿度比 T.W. 开始降低的临界相对湿度要低，这一点对Ⅰ、2样更为明显。 图7、图8分别给出了4个样品的 S.F. R.及 L. L.值随相对湿度变化的情况。可以看出，随着相对湿度增加，所有样品的 S.F. R.及L.L.值总体上表现为降低。4样的S.F.R.及 L. L.值比其他3个样的明显要小。图8显示，1号样的S.F.R值在25%、80%相对湿度处各有一个明显下降的阶段。2、3号样也有两两S. F. R 值明显下降的阶段，只是开始下降时的相对湿度比Ⅰ号的要低一些。4号样的S.F.R值开始明显下降时的相对湿度最低。从图8可以看出，1号样的L.L.值随相对湿度增大也有两个明显降低的阶段.。2、3号的L.L.值在相对湿度低于40%时有一个升高的阶段，随后也有一个明显降低的阶段，4号样的L. L.值在 RH 大于25%时就开始下降，但幅度不大。这些说明，不同样品脆性丧失的临界相对湿度不同。另外，比较图7和图8发现，对所有样品来说，L. L.值降低的临界相对湿度比S. F.R值降低的临界相对湿度要高。 3 讨论 关于在低水分时，水分增加导致的硬化现象，有人提出是由于抗塑化效应。在水分很低时，向处于玻璃态的聚合物中加入塑化剂(如：水)，尽管玻璃化转变温度降低了，但整个体系却变得较硬而缺乏韧性。关于抗塑化的机理，至今还不是十分清楚[101。由于在水分很低时(<5%)才有抗塑化作用。而本研究显示，对4个小米挤压样品来说在相对湿度达60%之前一直有硬化作用，而这时的平衡水分约为12%，远大于5%。前人也有类似报道12，6，12]。这说明，抗塑化作用并不能完全解释水对质构的硬化作用。硬化作用可能是作用相反的两个机理共同作用的结果，一方面，水分增加通过阻止破裂的发展而增加强度，另一方面，又通过塑化作用来减弱强度13]。两者的共同作用决定了对硬度的最终影响。 Ablett 等人(1993)认为脆性丧失主要由于玻璃化转变造成的14。在室温下谷物膨化产品发生玻璃化转变时的水分约为20%【15]。而图7、图8表明，小米挤压膨化产品发生脆性丧失的最高相对湿度为80%，而这时的平衡水分约为16%，低于玻璃化转变水分，说明膨化产品仍处于玻璃态，所以，脆性丧失在玻璃化转变之前已经发生了。前人也有相关报道161。玻璃化转变只是反映物质宏观特性的变化，一些微观上的变化可能在有宏观表现之前已经开始4，而这些微观上的变化可能决定了膨化产品的脆性。 4 结论 小米挤压膨化产品的等温吸湿曲线呈8型，不同挤压样品的平衡水分差异不大。Oswin 方程能够更好地描述平衡水分与相对湿度的关系。 随着水分含量增加膨化产品的受压变形逐渐由破裂变形转变为塑性变形。水分含量增加对膨化产品的质构起硬化作用，达到临界值后起软化作用。随水分含量增加膨化产品的脆性降低，脆性丧失的临界水分比软化发生的临界水分要低。不同样品的质构有较大差异，Ⅰ样的硬度最小，Ⅱ样的硬度较大，Ⅲ、Ⅳ样的硬度最大，Ⅳ样的脆性最小。不同样品发生软化和脆性丧失的临界水分也不同。 ( 参 考 文 献 ) ( [1] Harris， M .，Peleg，et al. 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The hardness of all the 4 extru-dates increase with RH increasing， and following softening occurred at a critical RH (CRH). The crispness decreasewith RH increasing and there also existed a CRH that was lower than that for the softening. Different extrudate haddifferent texture characteristic and different CRH. Key words millet， extrudate， adsorption， texture