正文 第三節 結果與分析(1 / 3)

以機筒溫度(x1)、物料水分(x2)、喂料速度(x3)和螺杆轉速(x4)四個操作參數為自變量,以產品特性指標為因變量進行逐步回歸分析,得到操作參數對各個目標參數的回歸模型,結果見表1-3-1。

一、操作參數對組織化的影響

組織化度的逐步回歸分析模型表明:機筒溫度、物料水分和喂料速度的一次項,四個因素的二次項,以及螺杆轉速與喂料速度、機筒溫度與喂料速度的交叉項對組織化度的影響都達到了顯著水平。結合各單因素主效應分析可以看出,機筒溫度和物料水分對組織化度的影響主要為正效應,即隨著機筒溫度和物料水分的增加,產品組織化度增加;喂料速度對組織化度的影響主要為負效應;螺杆轉速對組織化度的影響較小。響應麵分析表明,較小的喂料速度結合較高的機筒溫度有利於產品組織化度的提高;較低的喂料速度結合較快或較慢的螺杆轉速有利於產品的組織化。

溫度是大豆蛋白熱變性和發生組織化的決定性因素,在其他操作參數保持不變,機筒溫度由90℃向160℃逐步升溫的過程中,可以觀察到:在溫度低於100℃時,擠出物發散,不成形。當溫度處於100~140℃時,擠出物開始形成連續的帶狀結構,但易斷裂,產品色澤發白,無光澤,說明物料在機筒內未達到充分的熔融狀態。當溫度升至140℃以上時,擠出物色澤開始變得均勻一致,並具有一定的光澤度,且產品開始具有一定的抗拉伸能力,說明物料各組分達到較充分的熔融,組織化開始形成。溫度在145~155℃時,擠出物的組織化程度最好,形成質地均勻一致、富有彈性和韌性、色澤光亮的產品,縱向撕開後可以觀察到明顯的纖維結構。但溫度超過155℃再繼續升溫時,產品表麵開始出現凹坑,色澤也逐漸加深(美拉德反應加劇)。溫度超過160℃時,擠壓機工作不穩定,易出現噴爆現象,產品形態劣化。說明145~155℃是高水分擠壓時較好的溫度選擇範圍。

擠壓機各區溫度的設置對擠出物的組織化質量的影響也很大。擠壓試驗表明,在喂料和輸送段(喂料器和機筒1區),螺杆主要起將添加的水與物料混合均勻的作用,該區溫度一般要低於80℃,若超過該溫度,蛋白質變性嚴重,不能有效的組織化。在擠壓變性段(3區),應設為最高溫度,以使物料充分熔融,為組織化奠定良好的基礎,一般為140~160℃。機頭定型段應充分冷卻,以穩定取向和交聯結構,一般要小於75℃。

在其他操作參數保持恒定時,提高物料水分有利於產品組織化度的提高。這可能是因為在較高水分環境中,天然狀態下呈球狀的大豆蛋白分子能夠更容易和更充分沿流動方向發生線性伸展,從而使擠出物表現出更充分的組織化狀態。

螺杆轉速是建立模口壓力、物料剪切程度以及擠壓機產量的關鍵因素。一般而言,螺杆轉速較高時物料在機筒內可以得到更充分的混合,產品的組織化度較好。但是螺杆轉速較低時,由於產品在機筒內停留時間延長,也有利於較好組織化度產品的形成。

喂料速度是試驗設計中的主要因素之一,喂料速度增大使得機筒填充度增大,螺杆承受的扭矩也增大。喂料速度強烈影響物料在機筒內的停留時間及其分布。喂料速度低,物料在機筒內停留時間長,有利於組織化;喂料速度過大時,物料在機筒內停留時間過短,產品組織化程度大大降低,表觀形態嚴重劣化。

二、操作參數對產品色澤的影響

色澤在一定程度上反映了擠壓組織化過程中化學反應和營養變化的程度[125,163,164]。應用色差計可以較為客觀準確地反映組織化大豆蛋白產品的色澤。本研究采用L*a*b*表色係對產品的色澤進行檢驗。結果表明,產品亮度指數L*的範圍在42.06~70.34之間變化,彩度指數a*為4.44~11.57,彩度指數b*為20.49~28.71,與白色對比的綜合色差值ΔE*在36.55~59.06範圍內變動。ΔE*越小,說明產品越亮白。