挤压膨化工艺对玉米糊化度的影响

　　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。

　　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。