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挤压膨化工艺对玉米糊化度的影响 [复制链接]

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  玉米是世界上最重要的粮食之一,其营养成分优于稻米、薯类等,缺点是颗粒大、食味差、粘性小。随着玉米加工工业的发展,玉米的食用品质不断改善,形成了种类多样的玉米食品。玉米膨化食品是20世纪70年代以来兴起并迅速盛行的方便食品,具有疏松多孔、结构均匀、质地柔软的特点,不仅色、香、味俱佳,而且提高了营养价值和食品消化率。
  玉米淀粉经高温蒸煮,淀粉颗粒中淀粉大分子之间的氢键削弱,造成淀粉颗粒的部分解体,形成网状组织,粘度上升发生糊化现象。糊化是淀粉蒸煮过程中最重要的变化,淀粉经糊化后糖化酶才能更好地对其作用,将其转化成可发酵性糖。谷物原料经挤压膨化后其淀粉糊化度明显升高,已有资料报道:淀粉经挤压膨化处理后其糊化度能达到90%以上,而传统工艺糊化率仅为80%~85%。本试验拟对玉米挤压膨化后的淀粉糊化度变化规律进行研究,并得到较优挤压参数。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1膨化玉米的制备
  首先,对玉米进行筛选、磁选,初清后进入待粉碎仓,然后入粉碎机粉碎,达到粒度要求的玉米粉料,由传送带送入膨化工段的喂料仓,调质后,经膨化机挤压成形,再经冷却后得到膨化玉米产品。
1.1.2取样
  本试验所分析测定的膨化玉米样品,来自于牧羊集团的试验基地。
1.1.3膨化设备
  膨化机型号为牧羊TPH200型,主机功率为110kW,螺杆直径为200mm,套筒分为喂料区、混合区、剪切区和泻压区4个区,分别命名为1区、2区、3区和4区。
1.1.4试剂
99%乙醇、2mol/l醋酸缓冲液(pH值4.8)、10mol/l氢氧化钠、2mol/l醋酸、2.63μg/ml葡萄糖淀粉酶液、0.025mol/l盐酸。
1.1.5仪器
  搅拌器、玻璃均质器、l~2ml移液管、台式离心机、分析天平(感量0.1mg)。
1.2操作方法
  试样的调制:试样20g(或20ml),加入200ml浓度为99%的乙醇,投入高速旋转的家用混合器中连续旋转1min,使之迅速脱水。生成的沉淀物用3号玻璃过滤器抽滤,加入约50ml浓度为99%的乙醇,然后用50ml乙醚脱水干燥后,放在氯化钙干燥器中,以水力抽滤泵减压干燥过夜,用研钵将其轻轻粉碎,仍保存在同样的干燥器中备用。
  将100mg上述的干燥试料放入磨砂配合的玻璃均质器中,加8ml蒸馏水,用振动式搅拌机搅拌至基本均匀为止。然后将均质器上下摆动反复几次,使之成为均匀的悬浮液。再用振动式搅拌机均匀,随即各取悬浮液2ml注入2只容量为20ml的试管中,分别用作被检液和完全糊化检液。向被检液试管加2mol/l醋酸缓冲液(pH值4.8)1.6ml和水0.4ml,而向完全糊化检液试管添加10mol/l NaOH溶液0.2ml,在证实已于室温下完全溶解之后,加2mol/l醋酸1.6ml(酸的添加量需预先通过试验决定,其量为使pH值调至4.8时所用的醋酸量)。最后加水使容量为4ml。将这2只试管放在37℃的恒温槽中预保温数分钟后,添加酶液lml,每隔5~10min振荡1次,共反应60min。然后,将反应液0.5ml加入预先准备好0.025mol/l盐酸10ml(起停止反应的作用)的锥底离心管中,上下振荡数次,在转速为3 000r/min的离心机中分离10min。取上层清液0.5ml,用蒸馏水稀释1倍,用Somogyi-Nelson方法定量还原糖。
1.3统计分析
  采用Excel等软件对数据进行处理分析、计算各性状的平均数及相对误差等。
2结果计算
  糊化度=[被检液的光密度(或糖量)/完全a化检液的光密度(或糖量)]×100%。
  本试验中对于同一样品用相同方法重复测定3次,然后取其结果平均值,要求2次测定的相对误差不超过10%。
3注意事项
  市售的玻璃均质器的磨砂配合是硬性配合,需用150目或400目的金刚砂来调节配合。均质器的配合,以在干燥状态下磨砂配合棒能缓慢地自然落下者为好。
  葡萄糖淀粉酶可采用内孢霉或黑曲霉的粗酶,酶活力以在pH值为4.8的醋酸缓冲液(0.2mol/l)中,在37℃能将0.2%的可溶性淀粉生成100g分子葡萄糖的酶量作为1个单位(U)。
4结果与分析
4.1膨化温度对玉米糊化度的影响
  玉米经过3.0mm筛网的粉碎机粉碎,含水率13%左右,4区的压力环直径分别为180、180、185、190mm。通过向筒体夹套通入饱和蒸汽来改变挤压温度,研究其糊化度的变化,具体结果见表1。由表1中可以看出,未经挤压原料的糊化度很低,为14.7%;而通过挤压加工糊化度可达到90%以上,糊化度有了大幅度上升。同时,由表1可以看出,温度对玉米糊化度有很大影响。具体表现为:在一定范围内,温度越高,糊化度越高。

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4.2膨化过程中蒸汽添加量对玉米糊化度的影响
  玉米经过3.0mm的筛网粉碎机粉碎,含水量为13%左右,4区的压力环直径分别为180、180、185、190mm,夹套的4个区温度分别保持在95、100、125、130℃左右,通过改变通入调质器的蒸汽添加量,改变调质温度来研究其糊化度的变化,结果见表2。由表2可见,在挤压膨化过程中,蒸汽的添加量与糊化度存在着二次关系,其方程为Y=-1.307X2+10.75X+67.8。因蒸汽添加量与调质温度呈正相关关系,而调质温度易测且准确,故本试验采用调质温度表示蒸汽添加量的变化。蒸汽添加量过低或过高(膨化机一定的转速条件下)膨化机的挤压力都不高,当蒸汽添加量低于或高于一定值时,腔内的压强都会降低,因此糊化度也会降低。
 
4.3膨化机中压力环直径对玉米糊化度的影响
  玉米经过3.0mm的筛网粉碎机粉碎,含水量13%左右,在不改变其它工艺参数的情况下,即调质温度为95℃,夹套的4区温度分别保持在95、100、125、130℃左右,通过改变压力环的直径,研究其对糊化度的影响,见表3。由表3可知,在一定的范围内,压力环的直径越大,糊化度越高。由于压力环与挤压套筒的间距很小,原料在推进的过程中,随着压力环直径的逐渐增大,挤压腔内压力也逐渐增大,温度逐渐升高,最终导致糊化度随之升高。但如果压力环的直径过大时,极易发生堵机现象,膨化后的玉米会过熟变焦。所以,压力环和挤压套筒的间距达不到生产工艺的理论要求,会对物料理化性质有很大影响。
5讨论
5.1影响玉米糊化度的因素
①在玉米调质过程中的最高温度;②玉米原料最初的水分含量;③玉米的粒度;④在加热过程中压力的大小;⑤玉米加热时间的长短。
5.2挤压膨化技术对温度的要求
  当温度在1#~3#样品的挤压温度之间时玉米中淀粉颗粒的糊化度,受温度变化的影响很小。温度达到5#样品的挤压温度时,效果较为理想。如果在挤压膨化的过程中,温度达不到要求,可在膨化机筒体夹套中通入饱和蒸汽,也可以适当增加玉米粉料的喂入量,或者提高主电机的转速。但膨化温度过高,又会使玉米中的营养成分损失加大。例如,玉米过度加热时对赖氨酸、精氨酸、胱氨酸的破坏要比其它氨基酸更严重,过热处理的玉米还能引起蛋氨酸、异亮氨酸和赖氨酸消化率的降低或猪生产性能的下降。
5.3挤压膨化技术对水分的要求
  在进行玉米膨化试验时,因为其蒸汽中含有一定量的水分,所以,在膨化过程中并不需要加入水。由表2可见:水分对玉米糊化度有很大的影响,但并不是说水分越多越好或越少越好。只有在生产过程中不断的总结和摸索,掌握好最佳的蒸汽或水分的通入量,才能最终提高膨化玉米的产品质量。
5.4膨化机对压力环的要求
  在试验过程中,在试机状态下,出料很困难,有时会出现堵机现象。经反复试验发现,造成这种现象的最主要原因在于:压力环的直径大小选取不合适,而不是挤压螺杆本身结构的原因。当把压力环的直径改为190mm时,以上现象即消失,同时增加压力环对产量影响极大。当把压力环的直径改为195mm时,膨化玉米料有一股香味,而且色泽、形状都很好,但产量降下来了。因此,在生产过程中,要根据原料的特点、添加的液料、挤压螺杆转速的大小等因素来调整压力环的直径,从而生产出高品质的膨化料。此外,压力环直径的大小,还可控制物料在膨化腔内停留的时间的长短,这也是影响糊化度的一个主要方面。
6小结
  在生产膨化料时,特别是粘度较大的物料时,应注意以下几个问题。
①膨化机的操作工人、保养人员的技术一定要熟练。如果拥有经验丰富的人员,能使由于操作不当而引起的机器磨损减少到最低程度,同时可以保证生产的连续性,从而提高膨化机的生产效率。②水分的大小及调质用水温度的高低与膨化产品的质量、加工稳定性及在膨化腔内的受压状态紧密相关。在水分低时,能耗大,产量也有所下降,反之亦然;在水分相近时,蒸汽调质比冷水调质产量高,电耗低。③挤压过程中添加的油脂过多,或物料含油量高时,容易产生滑壁空转现象,使物料受到的挤压力达不到要求,不能使物料完全膨化,或者使物料不易通过模口,从而产生堵机现象。④在做膨化玉米时,如果刚开始膨化玉米出料不畅,可在玉米粉中加入适当大豆粉,将膨化料引出。⑤挤压的过程中,特别是开始时添加的物料过多,容易产生堵机现象,从而影响生产的连续性。在挤压完粘度较高的原料后,最好再用含油脂量较高的物料(如大豆粉)清理膨化腔,以保持其良好的工作特性。

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如果想在膨化过程中增加玉米淀粉制品的韧性,同时又不失其粘性,该如何解决呢?

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