挤压膨化对玉米淀粉糊化程度影响的研究1
挤压膨化对玉米淀粉糊化程度影响的研究
关正军,申德超,刘远洋
(东北农业大学,黑龙江 哈尔滨 150030)
[摘 要] 用单螺杆挤压膨化机对脱胚玉米进行挤压膨化,以模孔直径、物料出口温度、喂入物料水分含量和 螺杆转速作为因素;以挤压膨化脱胚玉米淀粉糊化程度为考察指标;采用“四因素五水平”进行二次正交旋转组合 试验设计,研究了脱胚玉米挤压膨化系统参数对淀粉糊化程度的影响规律。 [关键词] 挤压膨化;玉米淀粉;糊化度;脱胚玉米
[中图分类号] TS234 [文献标识码] A [文章编号] 1003─188X(2003)01─0051─02
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%。本试验拟对挤压膨化物料淀粉糊化度变化规律进行研究,并得到较优挤压参数。
码表如1所示。
表1 因素水平编码表
模孔φ (mm) x 1 8 10 12 14 16
温度T (℃) x 2 80 110 140 170 200
含水量W (%) x 3
13 16 19 22 25
转速n (r・min-1)
x 4 160 180 200 220 240
水平 -2 -1 0 1 2
2.2 试验安排和试验数据
试验安排和试验数据如表2所示。 2.3 试验数结果分析
本试验因素水平按表1选定,测定结果见表2所示。其中:x 1为挤压机模孔直径,x 2为挤出物 料温度,x 3为喂入物料含水量,x 4为挤压机螺杆 转速,y 1为糊化度。用REDA软件对试验数据进行处理得到结果如下: (1) 回归方程。
y 1=92.41-1.49x 1+1.46x 2+0.99x 3-0.36x 4 -1.92x 12+0.63x 1x 2-0.09x 1x 3+0.51x 1x 4
22
+0.39x 2-0.53x 2x 3-1.91x 2x 4+0.17x 3 2
+0.89x 3x 4-0.05x 4
(2) 回归方程的方差分析。F 1=1.9199,
1 材料与方法
(1) 试验材料:脱胚玉米(市购,含水量13.3%,淀粉含量71.54%)。
(2) 试验仪器:单螺杆挤压机(自制);DF-110型电子分析天平;HZQ-X100型振荡培养箱;HH.SY11-NI型水浴锅;HG101-1型电热鼓风干燥箱;粉碎机。
(3) 分析方法:水分测定按GB8304-87进行;糊化度的测定用酶水解法。
2 试验
2.1 试验因素水平的确定
根据前人的研究报道,并与目前现有挤压机情 况相结合,选择4个因素,即挤压机模孔直径、挤出物料温度、喂入物料含水量、挤压机螺杆转速,作为挤压工艺参数研究对象。同时,选定五水平, 采用二次正交旋转组合设计安排试验,因素水平编
F 2=2.1255,可以看出,F 1<F 0.05(10,11)=2.85, 说明回归方程拟合得好,又因F 2>F 0.1(14,21) =1.84,说明方程在0.1水平是显著的,即试验数据与所采用的数学模型基本符合。
[收稿日期] 2002-09-02
[作者简介] 关正军(1970-),男,黑龙江哈尔滨人,东北农业大学工程学院讲师,主要从事农产品加工方面的研究工作。
(3) 回归方程的最优值。经求解,回归方程的 极值为:F max =(-0.28,2.00,-2.00,-2.00)=109.63 %;经值类转换后极值为F max =(11mm,200℃,13%,160 r.min-1)=109.63%。
(4) 频数分析。由优化结果看出,最优值超过 了100%,与实际情况不符合,因而采用频数分析法来确定糊化度较高时的参数范围,见表3所示。
表2 试验安排和试验数据
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
模孔兂
x 1
表3 糊化度大于90%的工艺措施
因素
-2 -1 0 1
x 1 43 88 91 61 14
14 29 30 20 4
x 2 45 41 57 71 83
15 13 19 23 27
x 3 39 45 58 71 84
13 15 19 23 28
x 4 61 64 64 58 50
20 21 21 19 16
温度T 含水量W 转速n
x 2
x 3
x 4
糊化度/%
y 1
2 频数合计 平均编码
S x
1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 2 -2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 0 0 2 -2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 0 0 0 0 2 -2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 0 0 0 0 0 0 2 -2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
90.13 93.22 83.86 93.18 92.59 81.34 84.12 84.41 89.53 96.23 91.04 92.80 93.28 93.20 86.98 88.26 85.66 89.26 99.05 94.40 95.55 96.14 95.55 94.37 88.02 92.27 89.11 89.77 89.81 93.97 93.72 90.70 96.67 94.78 93.88 96.16
297 -0.29 0.06 -0.4~-0.16
~
297 0.36 0.08 0.20~0.52
297 0.39 0.08 0.23~0.55 19.6~20.65
297 -0.09 0.08 -0.25~0.06 195~201.2
95%置信区间
工艺 11.2措施 11.7
146~155.6
(5) 各试验因素对指标影响的图形分析。图1(a) 中可以看出,当模孔孔径较小时,糊化度随孔径的增大略有增加,在d =11mm时达到最大值;然后糊化度又开始下降。从图1(b)中可以看出,在T =200 ℃时获得最大糊化度值,这表明在较低温度下使淀粉糊化需要较大的剪切应力;当温度较高时,淀粉迅速熔融,所受剪切力变小,糊化度增加。图1(c)中曲线趋势基本上是随着水分含量的增大糊化度呈下降趋势。这表明随着水分含量的增加,淀粉在挤 压机内所受的剪切力变小,对淀粉的破坏作用减弱。图1(d)中曲线近于呈直线变化,糊化度随螺杆转速增加而降低。其原因是转速越高,物料在挤压机 内部停留时间越短,吸收热量少,糊化度降低。这4 个因素的因子贡献率分别为:d =1.65, t =1.14,
W =0.46,n =0.39。因此,它们对糊化度影响的主
次顺序依次为:挤压机模头温度、模孔孔径、喂入物料水分、螺杆转速。
图1 试验因素对糊化度影响的图形分析 (下转第55页)
2003年1月 农 机 化 研 究 第1期
(4) 新型锥栗脱壳设备的不足之处是由于采用 纯机械式脱壳工艺,栗仁表面有少量刀伤,这对极
大部分深加工产品没有影响,只对出售生的新鲜锥栗有一定影响。
[ 参 考 文 献 ]
[1] DB35/352-1999,建瓯锥栗[S].
[2] 宋 超. 板栗精加工技术[J]. 食品工业科技, 1993,(6):27-29.
[3] 梁向东, 刘启勤.即食板栗糊的生产工艺[J]. 食品科学,1994,(6):69-70. [4] 鲁晓翔, 易林松.板栗综合加工利用二例[J]. 食品工业,1996,(3):47-54.
Research of Chinquapin Exuviating Equipment and Technology
ZHENG Chuan-xiang
(Zhejiang University, Hangzhou 310029,China )
[Abstract] Chinquapin is largely yielded in Jian’ou county (Fujian Province,China).It has good taste. Chinquapin has firm shell that is very difficult to be exuviated. Authors put forward a new technology and equipment after analyzing several kinds of chestnut Exuviater and lots of testing. This technology had high exuviating efficiency and high integrity. It is very suit for Chinese farmer condition. It has been appraised by relative government of Fujian Province.
[Key words] chinquapin; exuviating; equipment; researching. (上接第52页)
模孔直径φ=11mm;挤出物料温度T =200℃;喂入物 料含水量W =13%;挤压机螺杆转速n =160r.min-1。
(3) 得出了玉米淀粉糊化度随挤压膨化系统参数 的变化规律和数学模型。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 马成林.高压对玉米淀粉糊化度影响的研究[J].农业工程学报,1997,(1):172-176. [2] 左春柽.玉米淀粉高压糊化动力学的初步探讨[J].农业工程学报,1997,(1):177-180.
3 结论
(1) 挤压膨化系统参数合适,玉米淀粉糊化度 很容易达到90%以上。
(2) 得出了优化的挤压膨化系统参数:挤压机
Eeffect of Extruded on Gelatinization Degree of Maize Starch
GUAN Zheng-jun,SHEN De-chao,LIU Yuan-yang
(Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)
[Abstract] Extruding for Maize without germ with a single screw extruder,The influence of parameters of extrusion system on the gelanization of starch was studied by quadratic orthogontal retation combination design test of four factors and five levels. The gelanization of starch is the observing indixes with nozzle diamer and barrel temperature and moisure and screw speed as affect factors.
[Key words] extrusion; maize starch; gelatinization; degree;maize without germ