CN104023561A - 含有酵母自溶物的挤出的豆类食物产品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用来生产含有营养酵母和铬、均一且高度膨胀的食物产品的挤出方法。挤出产品所具有的均一膨胀率提供了一致的质构并且应用于从零食到早餐谷物的多种食物消费品。

Description

含有酵母自溶物的挤出的豆类食物产品
相关申请
本申请要求2006年12月18日提交的美国专利申请序列号11/641,318的优先权，其通过引用方式并入本文。
发明背景
豆类包括干豆类(pulses)和其他众所周知的具有豆科果实的植物，包括但不限于，大豆、羽扇豆、落花生(如花生)和三叶草(clover)。
干豆类是一年生的豆科作物，在豆荚内生长出1至12个不同大小、形状和颜色的谷粒或种子，专以干燥谷物收割。根据联合国粮食和农业组织(FAO)，11种主要的干豆类被认可：干豆(dry beans)、干蚕豆、干豌豆、鹰嘴豆、干豇豆、木豆、兵豆(Lentil)、班巴拉落花生、巢莱、羽扇豆，以及次要的干豆(扁豆属、扁豆(鹊豆)、洋刀豆(白刀豆)、刀豆(红刀豆)、四棱豆(四棱豆属)、绒毛豆、刺毛黎豆(刺蒺藜豆)、豆薯(Pachyrrizus erosus))。
有关消费干豆和其他干豆类的一个缺点是它们需要较长的烹饪时间以将豆软化至可食用的质构。烹饪质量的损失与贮存干豆中硬度的发展有关，并被认作“难以烹饪”(HTC)现象。HTC现象是多种生理学-化学机制的结果。高温和高相对湿度加速了贮存的干豆中HTC现象的发展(Berrios et al.,1998；Berrios et al.,1999)。由于子叶软化需要较长烹饪时间，HTC豆导致增加的能源利用、低劣的营养质量和欠佳的消费者接受度(Bressani et al.,1963)。为提升豆的利用，所做的努力已经采用了多种科学方法和加工技术，例如发芽、发酵、脱壳、分馏，高压灭菌、焙烧、装罐、筒干燥和最近使用的挤出蒸煮。
挤出是一种技术，该技术涉及将食物原料和/或食物成分在压力下加热至较高温度直至其熔化，随后将其释放到环境气氛中，使得其膨胀和固化。所得到的产品是贮存稳定方便、可即食的食物。挤出蒸煮提供的优点是多种贮存选择、低生产成本、节能和更短的烹饪时间(Harper1981)。
采用挤出技术的快速烹饪，是长时间沸腾和其他传统烹饪豆类形式的替代方案。
发明概述
本发明的一个实施方式是一种展示出6或更大的均一膨胀率值并用营养酵母强化的挤出的豆类基食物产品。
根据本发明的进一步的实施方式，挤出的豆类-营养酵母强化的食物产品含有铬。
进一步的实施方式是一种通过摄入含有营养酵母的挤出的食物产品来治疗肥胖症和高胆固醇的方法。
附图简要说明
图1是挤出物直径对进料水分和模具温度的曲面图(surface plot)。
图2是挤出物的膨胀率直径对进料水分和模具温度的曲面图。
图3是模具压力对进料水分和模具温度的曲面图。
图4是挤出的兵豆粉的近似组成的挤出工艺参数的示图。
图5是水活度(Aw)对进料水分和模具温度的曲面图。
图6是体外蛋白质消化率(IVPD)对进料水分和模具温度的曲面图。
图7是明度(L)对进料水分和模具温度的曲面图。
图8是色指数(DE)对进料水分和模具温度的曲面图。
图9展示了单位机械能(specific mechanical energy，SME)对进料水分和模具温度的曲面图。
图10是由于刀具的速度和角度而导致的产品形状的照片。
图11是不同淀粉源对兵豆基挤出物的物理性质的影响的示图。
图12是螺杆转速对兵豆基挤出物的物理性质的影响的示图。
图13是加入兵豆基挤出物中的质构改性剂的示图。
图14是在烘烤期间兵豆基挤出物的水分损失速率的示图。
图15是正常表型的小鼠和喂以加铬和不加铬的实验饮食的Ob/Ob小鼠的体重的示图。OA：喂以含有表1第一配方中零食的饮食的肥胖小鼠；OB：喂以含有表1第二配方中零食的饮食的肥胖小鼠；OC：喂以含有按表1第二配方中指示的配方制备的零食的饮食的肥胖小鼠，所述配方含有由产品提供的铬。
图16是被喂以含有或不含兵豆基配方的饮食的肥胖和正常小鼠的肝脏、肠系膜脂肪、附睾脂肪、腹膜后脂肪、肾重的示图，所述配方含有由包含失活的酵母和铬的产品提供的铬。
定义
“豆类”包括干豆和其他众所周知的具有豆科果实的植物，包括但不限于，大豆、羽扇豆、落花生(如花生)和三叶草。
“干豆”是一年生的豆科作物，在豆荚内生长出1至12个不同大小、形状和颜色的籽粒或种子，专以干燥籽粒收割。
“挤出”是一种高温、高压、短时间的工艺，其将各种食物原料和成分转化为改性的中间体和成品。
“熔化物”是指熔化的挤出物。
“挤出物”是指通过挤出工艺获得的产品。
“超临界流体挤出”涉及超临界流体(特别是超临界二氧化碳)与挤出工艺的耦合。
“共挤出工艺”是指将两种或多种不同但兼容的食物和/或食物成分结合在挤出模具中的技术。食物材料可以来自两台挤出机或挤出机和泵。该工艺允许制造具体的产品；例如，具有两种或多种不同质构或颜色或风味的产品。
“预调节器”是一种大气压或加压室，其中原始颗粒状食物和/或食物成分通过在进入挤出机前接触水或新鲜蒸汽，被均匀地润湿或加热或二者。
“贮存稳定”是指对应于加工食品和其他易腐物品的可容许的质量损失的时间长度。
“闪蒸”是指当过热水突然暴露于环境条件时，在挤出机模具端发生的水分的骤然蒸发。
“膨胀”涉及当加压的、熔化的粉或熔化物突然暴露于环境条件时观察到的物理转化。
“膨胀率”(ER)，又称为截面膨胀指数(SEI)和径向膨胀率(ER)径向，被表示为挤出物的截面面积和模具面积之间的比值，或被表示为挤出物和模具的直径之间的比值。
“均一膨胀率”(UER)被定义为一种情况，其中挤出棒随机选择的部分的膨胀率差异小于平均膨胀率的20％，和在相同工艺条件下用相同成分生产的产品的不同批次之间的膨胀率差异小于平均膨胀率的20％。
“膨胀指数”(EI)是指发生在三个维度即截面、纵向和体积膨胀的挤出物的总膨胀。其以数学公式VEI＝SEI×LEI定义，其中SEI是表征直径膨胀的截面膨胀指数；LEI是纵向膨胀指数，而VEI是体积或总膨胀指数。
“膨胀参数”包括，但不限于，膨胀和密度。
“密度”的定义是每单位体积的质量，用数学公式p＝m/V表达，其中p是密度，m是质量(kg)，而V是体积(m3)。
“产品密度”(D)是指每单位体积的挤出物质量的量度。挤出物密度越高，其单位体积的质量越大。
挤出产品的“水溶性指数(WSI)”描述其在水中的溶解度。该值以基于干重的百分数给出，并用下述数学公式描述，WSI＝[(上清液中溶解的固体质量)/(干固体质量)]×100
挤出产品的“吸水性指数(WAI)”描述其吸水的能力。该值以基于干重的百分数给出，并用下述数学公式描述，WAI＝[(沉淀物质量)/(干固体质量)]×100。
食物的“质构特性”是由食物的结构元素引起的物理特性的组，通过触觉感知，涉及在力作用下食物的变形、分解和流动，并通过压力、时间和距离的函数进行客观测量。其包括，但不限于，硬度、强度、口感和粘度。
“硬度”是材料的机械性能，其表征材料的抗变形性。因此，挤出产品的硬度描述引发变形所需力的量。
“强度”最常用于描述材料的屈服强度。屈服强度是材料的机械性能，表征材料的抗变形性。因此，挤出产品的强度描述引发变形所需力的量。
“明度”与亮度同义，其表示颜色的亮度或暗度。低明度值表示暗(黑)，而高明度值表示亮(白)。
“水合性能”包括，但不限于，水溶性指数(WSI)和吸水性指数(WAI)。
“体外蛋白质消化率”(IVPD)是指在测试试管中进行的实验观察，以区别于在体内的自然生命条件。IVPD通常表达为由消化蛋白水解酶水解的蛋白质的百分数。
“消费者口味”，也称为“快感标度”，涉及让某产品的潜在消费者对不同产品和少量物品以投票进行评价。
“强化”是添加足够大量的营养素以提高食物的营养价值。其可以包括添加通常与食物无关联的营养素，或添加至高于未加工食物中存在的水平。
“血糖指数”是碳水化合物质量的生理量度，基于其对血糖水平的即时效应。血糖指数(GI)使用0-100的标度。纯葡萄糖作为参比点，并被记做100的GI。当将食物中的碳水化合物一克对一克进行比较时，55或更小的GI值被认为是低GI食物，55-69的GI值被认为是中等GI食物，而具有70或更高的GI被认为是高GI食物。
“淀粉”是指某些植物中(尤其谷类、薯类和干豆如玉米、小麦、大米，木薯、土豆、豌豆等)以颗粒形式出现的碳水化合物聚合物。该聚合物由连接的脱水-α-D-葡萄糖单元构成。它可以具有主要是线性结构(直链淀粉)或支链结构(支链淀粉)。构成的聚合物(特别是直链淀粉)的分子量在不同的淀粉源之间变化。单一的植物种可能以杂交种存在，含有不同比例的直链淀粉和支链淀粉，如高直链淀粉玉米。
“特制淀粉或淀粉衍生物”是对产自天然淀粉包括改性淀粉和淀粉水解产物的所有产品的通用术语。其被用来改善食物产品的加工、物理和化学属性和食用品质，还可以解决营养需求，如饮食中的纤维。
“去壳”是指除去种子或谷粒的表层、皮、壳、膜或纤维覆盖物。
“粒度”是指已被通过标准尺寸设计的筛网或滤网分类至特定的尺寸的来自粉和/或粉末的颗粒。
“筛分”是指对粉的和/或粉末的粒度进行分类的一种方法，其通过令它们穿过标准尺寸设计的筛网或滤网。
“豆类基粉和/或粉末”是指含有豆类粉和植物(豆类、谷类、水果和蔬菜、薯类)材料和/或其成分(淀粉、食用纤维、色素、香料提取物、植物营养素)和/或动物(乳制品，其他)材料和/或其成分(蛋白质、糖、脂肪、风味提取物等)和/或微生物基成分(蛋白质、食用纤维、维生素、矿物质等)和/或其他常规和非常规的食品级成分(特制淀粉、水和油溶性的维生素、矿物质、颜色、风味，其他)的混合物。
“微生物纤维”是指来自营养酵母的食用纤维如β-1,3-葡聚糖，其因为其营养价值而被专门栽培。
“营养酵母”是指失活的酵母或酵母自溶物。酵母自溶物包含酵母细胞的所有原料，而不分离可溶性和不溶性级分。自溶导致酵母细胞通过其自身的内源酶降解。酵母自溶是在受控条件下进行的，特别是在温度、pH值和时间方面，其可以由本领域技术人员容易地确定。可以用于本发明的食物产品中的酵母自溶物优选含有9质量％至18质量％的酵母β-葡聚糖。
发明详述
对膨胀豆类基挤出物生产的技术约束和实际约束分为两个单独的类别。第一类涉及挤出工艺本身的参数。这些是可控的物理/结构因素如水分含量和挤出进料粒度、料筒温度和压力，以及停留时间，其对挤出物的质量属性—例如膨胀率、营养价值、密度、颜色，水溶性/吸水性及其质构特性—具有直接作用。第二类属于豆类粉和/或粉末与含有功能性食物添加剂的豆类基粉和/或粉末的用途，所述添加剂对最终挤出物的健康、感官和质构特性和外观具有直接作用。如果上述认定的问题可以得到妥善处理并解决，干豆类可以被用来制作高度营养、健康和方便即食的膨胀挤出和共挤出产品。
本发明的一个实施方式描述了应用于挤出豆类粉和/或粉末的特定挤出工艺参数，其在某种程度上生成含有营养酵母的、均一高度膨胀、酥脆、美味和贮存稳定的挤出物。营养酵母是优良的蛋白质、食用纤维、维生素和矿物质来源。除了蛋白质、食用纤维、维生素和矿物质之外，它还含有额外的功能组分和有益组分，如β-1,3-葡聚糖、海藻糖、甘露聚糖和谷胱甘肽。研究表明，这些组分具有潜在的健康益处，例如改善的免疫反应、降低胆固醇和抗癌性能。食用纤维通常表示被分类为水溶性或水不溶性的、来源于植物的、不消化的复杂碳水化合物；然而，根据本发明的一个实施方式，所述不消化的碳水化合物还可以从微生物源(如营养酵母)中提取。本发明的一个实施方式是挤出的干豆基零食，其展现出6或更大的均一膨胀率值并用营养酵母(NY)和任选的铬强化。酵母以2-20重量％、优选12-20重量％的浓度存在于具有挤出豆类的配方内。铬可以以1.16ppm至6ppm的浓度添加。铬优选氯化铬或吡啶甲酸铬。在一个实施方式中，将氯化铬以失活酵母和氯化铬(Cr-Y)的混合物的形式并入食物产品中。将氯化铬在酵母增殖结束时与酵母混合，例如，例如在干燥酵母的步骤之前或之后。一个优选的实施方式是将氯化铬以失活酵母和氯化铬的混合物的形式并入组合物中，所述铬已经在干燥步骤之前与酵母混合。表1-7显示对这些强化的零食的分析及其可消化性。
进一步的实施方式是含有添加剂和/或来自植物和动物源的食物成分的筛分配方的用途，所述植物和动物源例如，但不限于，谷类、豆类和乳制品蛋白质；特制淀粉；水果，蔬菜和谷粒基纤维；微生物基成分如蛋白质、食用纤维、维生素和矿物质等；质构和风味改性剂包括乳化剂；颜色、水和油溶性维生素和矿物质，以及以特定比例混合的香辛料，其生成商用型、高营养、方便和诱人的膨胀的零食和早餐用的不同形状和尺寸的谷物类产品。
本发明的另一个实施方式是将膨胀的挤出物用作不限于不同形状和尺寸的烘焙产品、糖果产品和保健品的成分。可获得的形状与本领域技术人员期望的那些一致，例如不同尺寸的条、棒、球、卷及其他形状。
可以使用的豆类和/或粉末及其豆类基粉，包括但不限于，干豆(Phaseolus spp.)、兵豆(Lens culinaris)、干豌豆(Pisum spp.)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)、大豆(Glycine max)、蚕豆(Viciafaba)、干豇豆或黑眼豌豆(Vigna sinensis；Dolichos sinensis)、木豆或刚果豆(Cajanus cajan)、班巴拉落花生或花生(Voandzeia subterranea)、箭舌豌豆(Vicia sativa)、羽扇豆(Lupinus spp.)，以及次要的干豆类，包括：扁豆属、鹊豆(Lablab purpureus)、洋刀豆(Canavalia ensiformis)、刀豆(Canavalia gladiata)、四棱豆(Psophocarpus teragonolobus)、绒毛豆、刺毛黎豆(Mucuna pruriens var.utilis)、豆薯(Pachyrrizus erosus)；瓜尔豆(Cyamopsis tetragonoloba)。
此外，还可以使用生的豆类种子，其中所述种子单独或组合、整体、剖开或去壳使用。
本发明的另一个实施方式是风味剂、包衣或着色剂的使用。可以使用的风味剂或包衣包括本领域技术人员可常规取得的那些，其包括固体、糊剂或液体的配方，以及天然或合成的风味剂。挤出物的颜色可以用本领域技术人员容易取得的天然或合成的颜料增强或改变。
一个额外的实施方式是包含用营养酵母强化并具有6或更大的均一膨胀率值的挤出豆类的食物产品用作药物，特别是治疗肥胖症和/或高胆固醇血症。一个额外的实施方式是用营养酵母强化并具有6或更大的均一膨胀率值的挤出的豆类用来提高食物产品的蛋白质消化率和/或降低食物产品的血糖指数和/或减少腹膜后脂肪积聚的用途。
另一个实施方式是本发明的零食用来治疗肥胖症，特别是腹膜后脂肪积聚的用途。消费高血糖指数的饮食增加腹型肥胖，Nut.Res.,30(2),pp.141–150。含有6或更大的均一膨胀率值、营养酵母和铬的豆类配方提供一种具有低血糖指数和提升的蛋白质消化率的零食组合物(见表5的蛋白质消化率)。喂以具有添加的兵豆基挤出粉并用NY和高达6ppm的Cr-Y强化的标准小鼠饮食的遗传性肥胖小鼠(ob/ob)，比喂以含有较少Cr-Y或来自吡啶甲酸铬的Cr的饮食的ob/ob小鼠的增重较少。本研究的总长度：21周(见图15，OA：喂以含有按表1第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的肥胖小鼠；OB：喂以含有按表1第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的肥胖小鼠，所述第二配方含有由产品提供的1.25ppm的铬，其包含失活酵母和铬；OC：喂以含有按表1第二配方中指示的兵豆基配方制备的零食的饮食的肥胖小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品提供的5.36ppm的铬；OD：喂以含有由吡啶甲酸铬提供的17.9ppm铬的饮食的肥胖小鼠；NA：喂以含有按表1第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的正常小鼠；NB：喂以含有按表1第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品 提供的1.25ppm的铬；NC：喂以含有按表1第二配方中指示的兵豆基配方制备的零食的饮食的正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品提供的5.36ppm的铬；ND：喂以含有由吡啶甲酸铬提供的17.9ppm铬的饮食的正常小鼠)；以及图16，OA：喂以含有按表1第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的肥胖小鼠；OB：喂以含有按表1第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的肥胖小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品提供的1.25ppm的铬；OC：喂以含有按表1第二配方中指示的兵豆基配方制备的零食的饮食的肥胖小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品提供的5.36ppm的铬；OD：喂以含有由吡啶甲酸铬提供的17.9ppm铬的饮食的肥胖小鼠；NA：喂以含有按表1第一配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的正常小鼠；NB：喂以含有按表1第二配方指示的兵豆基配方制得的零食的饮食的正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品提供的1.25ppm的铬；NC：喂以含有按表1第二配方中指示的兵豆基配方制备的零食的饮食的正常小鼠，所述第二配方含有由包含失活酵母和铬的产品提供的5.36ppm的铬；ND：喂以含有由吡啶甲酸铬提供的17.9ppm铬的饮食的正常小鼠。
挤出工艺-物理因素
膨胀
膨胀涉及当在高温和高压下熔化粉(或“熔化物”)突然暴露在环境温度和压力时观察到的物理转化。当熔化物离开挤出机模具时，突然下降的温度和压力导致熔化粉近乎瞬间的膨胀，其伴随有来自挤出产品的大量水分损失或冲洗(flushing)。挤出物的膨胀是零食行业感兴趣的最重要的特性之一(Mercier et al,1989)。由于存在豆类粉膨胀不佳的概念，关于豆类的膨胀特性的信息有限。为此，豆类粉和/或粉末未被用来生产膨胀的零食，而这类产品只从主要的谷粒(例如玉米、小麦和大米)中制取，并且已经获得了其值大于20的淀粉基粉(Colonna et al.,1989；Meuser et al.,1894；Barret and Kaletunc,1998)。添加淀粉的大豆蛋白也为此而使用，但主要用于宠物食品的制备。膨胀与进料的水分含量、模具温度和压力直接相关。此外，进料的粒度和挤出机螺杆转速(Conway，1971)，以及配方中特定食物成分的存在，对最终挤出物的膨胀和质构起重要作用。通过合理选择上述挤出工艺参数和成分，可能获得成品的理想的膨胀、质构、营养价值、颜色和贮存稳定性。下面通过本发明的实施方式讨论这是如何实现的。
根据本发明的一个实施方式，以及具有6或更大的膨胀率的高度膨胀的豆类产品，该豆类产品关于膨胀率也是均一的。均一膨胀率(UER)产生均匀的质构，其为食物产品中的一项重要和期望的特征，尤其是可能添加额外包衣或风味剂的那些产品；此外，均一膨胀率保证了每批加工中挤出豆类产品的质构将会是一致的。表1显示了可以通过本发明的实施方式实现的均一膨胀率。
表1.用酵母自溶物1和铬酵母2强化的兵豆基配方
1酵母自溶物为产品
2铬由包含失活酵母和铬的产品提供。
表2.物理分析总结，产品
描述 直径，mm ER BD，均值g/cc
对照物配方 13.71a 15.43a 0.0688f
4％，140C 11.50c 10.84c 0.1165b
8％，140C 11.40c 10.64c 0.1014c
12％，140C 10.61c，d 9.23d 0.1298a
16％，140C 11.69 11.18 0.1134
20％，140C 11.21 10.30 0.1114
4％，16C 11.76c 11.32b，c 0.0907d
8％，160C 11.80 11.40 0.0850
12％，160C 12.45b 12.76b 0.0831e
16％，160C 11.49c 10.80c 0.0940d
20％，160C 11.50c 10.86c 0.0934d
SRCL对照物 16.47 22.75 0.1345
数值表示三次重复分析的均值。
同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p<0.05)。
对照物配方：含有表1中指示的除酵母自溶物和铬之外的所有成分。
SRCL对照物：只含有SRCL。
x％：指酵母自溶物的x％。
xC：指挤出模具处为x摄氏度。
表3.化学分析，产品
描述 WAI WSI Aw
对照物配方 401.47c 0.4238a 0.3330d
4％，140C 465.26a，b 0.4218a 0.3817b
8％，140C 445.01b 0.4192a 0.3853a
12％，140C 454.36b 0.4085a 0.3927a
4％，160C 488.45a 0.4091a 0.3773b
12％，160C 458.21b 0.3879b 0.3663c
16％，160C 480.30a，b 0.3684b 0.3887a
SRCL对照物 528.94 0.4235 0.4890
数值表示三次重复分析的均值。
同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p＜0.05)。
对照物配方：含有表1中指示的除酵母自溶物和铬之外的所有成分。
SRCL对照物：只含有SRCL。
x％：指酵母自溶物的x％。
xC：指挤出模具处为x摄氏度。
表4.近似分析总结，产品
描述 水分，％ 脂肪，％ 灰分，％ 蛋白质，％ CHO，％
对照物配方 8.84a 0.38b 1.92e 22.10d 65.90a
4％，140C 7.81c 0.61a 3.72d 23.60c 63.78b
8％，140C 7.75c 0.60a 3.89c 25.21b 61.90c
12％，140C 7.84b，c 0.64a 4.27a 25.00b 61.55c
4％，160C 7.60c 0.65a 3.81d 24.18c 63.15b
12％，160C 7.67c 0.73a 4.02c 25.34b 61.61c
16％，160C 8.02b 0.67a 4.11b 26.13a 60.51d
数值表示三次重复分析的均值。
同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p＜0.05)。
对照物配方：含有表1中指示的除酵母自溶物和铬之外的所有成分。
SRCL对照物：只含有SRCL。
x％：指酵母自溶物的x％。
xC：指挤出模具处为x摄氏度。
表4.1.近似分析总结，酵母自溶物和剖开的红酋长兵豆(SRCL)
表4.2.近似分析，总结
数值表示三次重复分析的均值。
同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p<0.05)。
对照物配方：含有表1中指示的除酵母自溶物和铬之外的所有成分。
12％，140C：指配方含有12％的在140摄氏度的模具温度下挤出的酵母自溶物。
表5.未加工和挤出的兵豆以及用酵母自溶物与铬酵母强化的兵豆的体外蛋白质消化率(IVPD)
1Cr：由包含失活酵母和铬的产品提供的的铬。
数值表示三次重复分析的均值。
栏内和栏间的显著差异以逗号隔开。
*同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p<0.05)。
**同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p<0.05)。
2挤出产品：在140摄氏度的模具温度下。
表6.挤出的兵豆和用酵母自溶物强化的兵豆的感官评价
形式 N 均值
0％，140C 20 3.700b
4％，140C 40 5.125a
8％，140C 40 5.050a
12％，140C 40 5.725a
16％，140C 20 4.900a，b
0％，160C 20 3.250b
4％，160C 40 5.050a
8％，160C 20 4.600a，b
12％，160C 40 5.375a
16％，160C 40 5.450a
同一栏内伴随不同字母的均值存在显著差异(p<0.05)。
N：品尝人员的数目。
X％,140C；X％,160C：指含有0-16％的在140或160摄氏度的模具温度下挤出的酵母自溶物的配方。
表7.对挤出的兵豆和用酵母自溶物与铬酵母强化的兵豆确定的适口性、血糖指数、血糖负荷、GI和GL类别
1按表1第一配方指示的兵豆基配方制得的零食。
2按表1第二配方指示的兵豆基配方制得的零食，含有由包含失活酵母和铬的产品提供的1.25ppm的铬。
3按表1第二配方指示的兵豆基配方制得的零食，含有由包含失活酵母和铬的产品提供的5.36ppm的铬。
4GI因子类别(Brand-Miller等人)。
5除了葡萄糖的通常食用份量＝10g之外，通常食用份量＝30g。
6GL类别，计算为GL＝GI×可获取的CHO每次食用/100。
表10.鹰嘴豆挤出物的直径、百分率可变性和膨胀率的值
1对照物：100鹰嘴豆粉的挤出物
2棒：棒形的鹰嘴豆基配方的挤出物
3球：球形的鹰嘴豆基配方的挤出物
4直径(mm)：表中的每个直径值表示对棒和球挤出物的5次随机测量的平均值
5Var(％)：百分率可变性＝100-[(直径值/125个值的最大直径值)*100]
6ER：挤出物的膨胀率
进料的水分含量、模具温度和压力对挤出物膨胀的作用
为了允许适当的烹饪和促进挤出物的膨胀，一定量的水分是必要的(Chen et al.1991,Gujska and Khan,1990,Balandran et al,1998)。我们确定了水分和模具温度对兵豆、干豌豆和鹰嘴豆挤出物的膨胀特性(如直径和膨胀率)的影响。如图1和2所观察到的，兵豆挤出物的直径和膨胀率正比于模具温度而反比于进料水分。对干豌豆和鹰嘴豆挤出物观察到了类似的膨胀模式。此外，表面响应示图表明，当进料水分从28下降到20％时，挤出物膨胀明显(p＜0.05)，分别给出约8和16的直径与膨胀率的值。据报道了以下膨胀率：挤出的豇豆餐为0.91-1.89(Phillips etal.,1984)，大米/鹰嘴豆混合物为3.8(Bhattacharya and Prakash，1994)，挤出的白小豆为1.34-5.78(Edwards et al.,1994)，脱脂黄豆粉/甘薯混合物为1.45-1.60(Iwe,2000)，玉米/黄豆混合物为1.3-3.6(Veronica,et al.,2006)，其相对于我们研究中获得的那些显著较小。
挤出物在低水分含量(通常为干基的4至6％)的适当膨胀对于生产即食零食和早餐谷物类产品是理想的。对于含更多水分的挤出物，可能需要进一步的干燥以使水分达到以上水平来实现合适的质构，同时保持最终的膨胀挤出产品的贮存稳定性。
挤出机内的压力是模具限制、沿挤出机料筒长度的温度积聚和螺杆导致的压缩的函数。当干豆基粉进料至挤出机内并与水和其它添加剂混合而变成增塑的面团时产生压力，所述面团是在沿挤出机的外部加热筒段高速运动时逐步煮熟的。由水分和温度的组合效应引起的蒸汽形成对模具压力具有直接影响。压力对于挤出产品的重要作用是其对熔化物的质量粘度的直接作用。图3所示的表面响应曲线表明，与兵豆挤出物的直径和膨胀率一样，压力正比于模具温度而反比于进料水分。观察到的值3200-4400kPa落入报道的挤出的白小豆的模具压力值2620至7860kPa范围内(Edward et al.,1994)。然而，尽管最近研究中存在最大模具压力值，其报道的1.34-5.78的膨胀率显著低于我们研究得到的5-16。这表明尤其是水分和温度等具体加工条件对于优化豆类基挤出物的膨胀是至关重要的。此外，压力积聚和压力稳定性表征挤出机运行适当。因此，操作者可以依靠压力指示器以确定和监测挤出机的有效运行。
挤出工艺参数对豆类挤出物的近似组成的影响
图4示出160和180℃的模具温度和28、24和20％的水分添加的挤出工艺参数对兵豆粉的近似组成的影响。在所研究的两种挤出模具温度下在最高的水分添加下观察到最大的水分含量减少。相对于对照物粉，在28至20％范围内的水分添加下挤出的兵豆粉在160和180℃的模具温度下表现出水分含量分别显著(P＜0.05)减少55.51和59.69％。即，挤出物的水分含量随着模具温度的升高而减少，并随着进料水分的降低而减少。由于在熔化物中存在的水分，较高的熔化物温度对应于较高的蒸气压力。当熔化物从模具中出来时，熔化物的蒸气压力和大气压力之间的差异较高，因此其膨胀与水蒸汽冲洗相关，导致冷却时挤出物的水分含量较低。该现象是有用的，因为它可以避免挤出物的挤出后干燥。如进料水分一样，相对于对照物粉，挤出的兵豆粉的粗脂肪(用石油醚提取)表现为显著减少(P＜0.05)。
水分含量也对挤出物中的营养组分(如蛋白质和灰分)的浓度具有影响。水分添加在28至20％范围内的挤出的兵豆，在160和180℃的挤出机模具温度下分别表现出11.46和12.71％的粗蛋白值。通常，较高的粗蛋白质含量值间接正比于模具温度而直接正比于进料水分。随着挤出物中的水分含量下降以及工序模具温度的升高，总灰分(矿物质)值只表现出略有增加。对干豌豆和鹰嘴豆挤出物的近似成分值观察到了类似的模式。这表明所研究的水分和温度的挤出工艺参数对最终的挤出物的营养成分价值具有直接影响。根据所分析的营养素的近似组成值从46.83到67.33％的差异，通过差值计算的总碳水化合物的值发生变化。
水分含量和水活度
熔化物的水分含量是至关重要的，因为它既与挤出物离开挤出机时将要膨胀多少有关，也与成品的保质期有关。此外，挤出产品的水分含量是重要的，因为它对产品的保质期以及消费者接受度二者具有影响。
水活度(aw)预测食物和食物成分在物理性质、微生物生长和变质反应速率方面的稳定性。后者在确定食物中的酶和维生素的活性中发挥重要作用，并且可以对其颜色、味道和香味产生主要影响。因此，对aw而不是水分含量的控制在食品工业中是非常重要的，因为低aw表示存放食物材料的稳定性(延长保质期)。此外，aw导致食物材料的质构特性的较大变化，如脆度和嘎吱声(例如，咀嚼早餐谷物和膨化零食而产生的声音在约aw≥0.65时消失)。通常，加工食品具有0.72-0.80的aw和约15％的水分含量，而脱水食品具有aw≤0.4和约5％的水分含量。微生物生长的绝对极限约为aw＝0.6。
多数商业的挤出谷物基零食具有在4至6％范围内的最终水分含量和aw≤0.4。然而，在我们对豆类挤出物的研究中，我们发现水分含量在9-11％之间的挤出物具有在0.30-0.44范围内的aw，其落入贮存稳定产品的范围内。挤出物保持贮存稳定和良好的质构(干和脆)以及外形长达1年。
图5显示在进料水分含量在20-28％范围内变化时，aw在0.30-0.36的范围内变化。当进料水分含量增加时，aw值也大幅增加。在最低的20％进料水分含量下，aw保持不受所研究的模具温度影响。进料水分对所得挤出物水活度的效果比模具温度的效果更为明显。
挤出的谷类的蛋白质消化率
对于植物基食物，豆类的蛋白质含量相对较高。将蛋白质暴露于高挤出蒸煮温度可能导致蛋白质的结构的变性和其他变化和/或蛋白质-蛋白质相互作用(Stanley,1989；Phillips,1988；Li et al.2000)。这些蛋白质结构的物理变化导致作为食物消费时更易消化的蛋白质。烹饪温度、时间和挤出的压力在蛋白质的变性过程中发挥重要作用。
兵豆、干豌豆和鹰嘴豆粉的对照物(非挤出)样品的体外蛋白质消化率值分别为80.69、79.86和75.63％。图6展示出三种挤出豆类的体外蛋白质消化率的结果。通常，将高蛋白质豆类粉暴露于高温短时间的挤出过程证明提高了所生成挤出物的体外蛋白质消化率。此外，对在本研究条件下提高挤出的豆类粉的体外蛋白质消化率，水分添加的挤出参数具有比温度更显著的作用(P＜0.05)。干豌豆挤出物表现出较高的体外蛋白质消化率值，其次是兵豆和鹰嘴豆挤出物。挤出工艺参数对挤出物颜色有影响。
挤出蒸煮的作用之一是兵豆挤出物的颜色变化。例如图7显示出挤出加工条件如温度和水分产生出与零食类产品相关的理想颜色变化。明度(L*)是用于评价食物产品的可接受性的颜色量度。图7显示兵豆挤出物的L*受模具温度和进料水分水平的影响，而后一因素比前者更具影响。在较高的进料水分下，挤出物的L*在所有受评价的模具温度下是相似的。暴露在最低20％的进料水分和最高180℃的模具温度下的兵豆挤出物展现最低的L*值。20％的低加工水分可能促进了熔化物在挤出期间的高摩擦，而180℃的高挤出温度可能促进了色素的氧化。这种低水分和高温度的组合加工效果的被认为导致了所观察到的最终挤出物的脱色。
色指数(ΔΕ)是通过考虑到颜色参数L*ab*而对样品和对照物或标准之间的总颜色差异的评价。ΔΕ表示颜色差异的大小，而不表示颜色以何种方式不同。反应曲面图(图8)显示，ΔΕ随着温度的升高增加到进料水分的大约24-25％，然后下降。总体而言，模具温度比研究范围内的进料水分对于ΔΕ的影响更突出。
单位机械能(SME)
单位机械能(SME)体现在挤出干豆的工艺中产生的能量的量。作为进料的水分含量和模具温度的影响的SME曲面图显示，单位机械能随着水分含量从28降低到20％而增加(图9)，可能由于豆类基材料在挤出下所经历的高度摩擦和剪切。另外，在较高的温度下SME的增加更为明显。相反地，在较高进料水分和较低温度下观察到了较低的能量输入。
粒度和挤出机螺杆转速
为了评价粒度和挤出机螺杆转速对豆类膨胀的影响，用配备有0.85、1.15、1.53和2.28mm的不锈钢筛的锤式粉碎机和销棒粉碎机研磨黑豆，以产生不同粒度的豆粉。销棒粉碎机生产出最细的粉。用于加工粉的挤出机螺杆转速分别为400、450和500rpm，而模具温度为160℃。将粉以25kg h-1的速率计量进入挤出机进料口，并用可变活塞泵(ModelP5-120,Bran and Luebbe,Wheeling,IL)将水供应至挤出机，以给出18％(wwb)的最终进料水分含量。
表1总结了在所研究的不同粒度和挤出机螺杆转速下挤出的豆粉的扭矩百分数和膨胀率的平均值及其相应的标准差。在所评价的不同粒度内，扭矩百分数和膨胀率随着螺杆转速的增加而增加。挤出材料更大的膨胀与脆度有关，因此其被认为是在零食与即食(RTE)食品制造中的理想属性。在500rpm挤出的销棒粉碎的细粉展示出本研究中更大的膨胀，其表现出6.74±0.86的膨胀率。
表11.不同粒度和挤出机螺杆转速下挤出的黑豆粉的扭矩百分数和膨胀率的平均值
切割速度对豆类挤出物的形状和性质的影响
刀片的速度变化产生不同形状的挤出物。在约500rpm的切割机速度下，挤出物为圆柱棒的形式，在约2000rpm的更高速度下，其为球或球形产品的形式(图10)。给定了展现的形状与公开的切割速度，本领域技术人员可以操纵该速度以获得各种所需的形状。切割速度对挤出物的一些理化性质的影响列于表2。
对棒形和球形的挤出物进行品尝试验以比较其感官性状。结果在表3中给出。据观察，对该两种挤出产品评价的感官性状彼此没有显著不同。尽管它们具有不同形状，小组成员对两种产品的风味、颜色、质构和味道都给出了相同的分数，表明它们被认为是同等可接受的。
表12.在固定倾斜角下的切割速度所影响的挤出物性质
变量 速度 均值 SE均值 标准差 CV 最小值 最大值
振实密度** 低 64.193 0.926 2.929 451 61.17 69.68
高 74.31 0.497 1.57 2.12 72.62 77.25
玻璃珠密度ns 低 115.33 2.7 8.55 7.41 102.45 130.73
高 120.73 4.59 14.52 12.02 108.78 159.85
WAIns 低 256.81 5.58 9.66 3.76 246.68 265.93
高 237.41 7.26 12.58 5.3 227.39 251.53
WSIns 低 2.6603 0.0653 0.1131 4.25 2.55 2.776
高 2.823 0.137 0.237 8.39 2.651 3.093
WHCns 低 545.04 8.01 11.33 2.08 537.07 553.05
高 563.1 13.4 18.9 3.36 549.7 576.5
WAns 低 0.4218 0.0041 0.00918 2.18 0.41 0.433
高 0.4282 0.00372 0.00832 1.94 0.417 0.439
均值D** 低 11.064 0.0655 0.463 4.18 10.21 12.04
高 9.986 0.108 0.766 7.67 8.73 12.21
SEIns 低 10.484 0.124 0.875 8.34 8.92 12.39
高 10.701 0.207 1.466 13.7 7.68 14.36
硬度**g 低 2494 112 709 28.42 125544.3 3
高 1668 70.6 440.9 26.43 662.2 2507
脆度** 低 2577 138 875 33.49 1156 5112
高 1643.6 58.9 367.6 22.37 690.6 2529.9
弹性** 低 0.23363 0.00436 0.025758 11.8 0.178 0.321
高 1.523 0.33 2.061 135.3 0.21 5.6
粘结性** 低 0.06603 0.00353 0.02236 33.86 0.02 0.134
高 0.09974 0.00491 0.03065 30.73 0.05 0.16
胶度ns 低 174.9 17.7 112.2 64.14 39.4 593.7
高 176.2 14.5 90.7 51.48 30.8 374.1
咀嚼度** 低 41.97 4.75 30.06 71.62 9.52 163.9
高 240.4 60.1 375.1 156.01 14.7 1313.6
恢复力** 低 0.04575 0.00213 0.01348 29.46 0.017 0.081
高 0.07872 0.0036 0.0225 28.58 0.04 0.12
球度1 高 0.95 0.03 2.69
**P>0.01，ns＝非显著。1＝仅对于球形产品。
表13.在固定倾斜角下的切割速度所影响的挤出物感官性状
性质 切割机速度 均值 SD SE均值
外观ns 低(棒) 6.25 1.183 0.296
高(球) 5.813 1.109 0.277
颜色ns 低(棒) 6.375 1.455 0.364
高(球) 6.00 1.366 0.342
风味ns 低(棒) 6.625 1.31 0.328
高(球) 6.313 1.25 0.313
质构ns 低(棒) 6.75 1.238 0.31
高(球) 6.063 0.929 0.232
味道ns 低(棒) 6.563 1.711 0.428
高(球) 5.875 1.668 0.417
实施例
实施例1
螺杆转速和淀粉源的影响
去壳红酋长兵豆(兵豆(Lens culinaris)L.)获自Moscow Idaho SeedCo.,Moscow,ID。在碾磨之前，将每份种子混合成均匀的小份。对于粉生产，在使用1mm筛的锤式粉碎机中研磨均质化的兵豆。将兵豆粉与苹果纤维、高直链玉米淀粉和风味成分混合(表4)。
本研究中使用Clextral Evolum HT32H双螺杆挤出系统(Clextral-Bivis,Firminy Cedex,法国)。对挤出机六个筒段的加热分布分别为15、80、100、120、140和160℃。通过双螺杆失重型计重给料机(Model LWFD5-20,K-Tron Corporation,Pitman,NJ)以25kg/h的速率将粉进料至挤出机的进料口内，并且挤出机在500、600和700rpm的三种螺杆转速下运行。通过可变活塞泵(Model P5-120,Bran andLuebbe,Wheeling,IL)将水添加至挤出机内，以将挤出下的进料的水分含量调至15％(wwb)。当扭矩和温度的工艺条件处于稳态时，将离开直径3mm的2个圆形模具的挤出物收集5分钟。
表14.用不同淀粉配制的兵豆粉的组成(％，w/w)
兵豆样品(％) 兵豆 Hylon V PP40 PC10 PB800 苹果纤维 盐 糖
60％-Hylon V 60 20 0 0 0 10 5 5
60％-PP40 60 0 20 0 0 10 5 5
60％-PC10 60 0 0 20 0 10 5 5
60％-PB800 60 0 0 0 20 10 5 5
80％对照物 80 0 0 0 0 10 5 5
100％对照物 100 0 0 0 0 0 0 0
棒形的挤出物或粉被用来评价螺杆转速和淀粉源对产品的各种物理特性的影响。
(EI)。当挤出物到达环境温度时，用精度为±0.01mm的数显卡尺来测量挤出物的截面直径(mm)。记录了相同截面的随机分布的二十次测量的平均值。计算膨胀指数并将其表达为挤出物的横截面积和模口面积之间的比率。
产品密度(D)。测量了十块挤出物的质量，精度为±0.0001g。用所述数显卡尺来测量样品的长度和平均直径。在本研究中被假定为圆柱形的挤出物的密度用下列公式计算：
D = 4000000 &times; M &pi; &times; h &times; d 2
其中D为挤出物密度(kg/m3)；M为挤出物质量(g)；h为挤出物长度(mm)；d为对挤出物三次测量的平均直径(mm)。
水溶性指数(WSI)和吸水性指数(WAI)通过使用带有微小修改的由Jin et al.(1995)描述的方法测定。通过带有0.5mm滤网的Udy旋风磨碎机(Fort Collins，CO)研磨挤出物。将2克样品分散在25℃下的20mL蒸馏水中。将称重的离心管内的悬浮液在涡流混合器上剧烈搅拌5秒钟。随后将该管保持静置达10分钟，并每5分钟搅拌5秒钟。将悬浮液在3000×g下离心10分钟，随后倾析以测定上清液中的固体含量并称重沉积物。按照下式计算WSI(％)和WAI(％)：
WSI(％)＝100×(上清液中溶解的固体重量)/(干固体重量)
WAI(％)＝100×(沉积物重量)/(干固体重量)
快速粘度分析(RVA)。RVA结果表明粘度在时间-温度曲线而变化，其反映淀粉的分子量和构象。在3.00g(d.b.)样本完全溶于25g蒸馏水后，红酋长兵豆粉和四种淀粉的RVA通过快速粘度分析仪(RVA3d,Newport Scientific,悉尼，澳大利亚)进行。使所有样品经受如下描述的时间-温度曲线。首先将样品在50℃下保持平衡2分钟，然后在9分钟内升至95℃并在95℃下保持15分钟。将样品依次在9分钟内降至50℃并在50℃下保持10分钟。样品的粘度表示为快速粘度单位(RVU)。
在测量期间记录了可用于描述粘度变化的参数。峰值粘度和峰值时间分别显示糊化期间的最大粘度和峰值粘度出现的时间。夹持强度和崩解粘度分别显示峰值粘度之后的夹持粘度和糊化期间的峰值粘度和最小粘度之间的差异。逆流展示冷却期间的最大粘度和糊化期间的最小粘度之间的差异；而最终粘度显示在RVA运行结束时(45分钟)的悬浮液粘度。所有测量均执行一式三份。
质构分析。TA-XT2质构分析仪(Stable Micro Systems,Surrey，英国)被用来测量圆柱形挤出物样品在环境温度下10mm长度的质构。直径50mm的圆柱形铝探针被用来以0.5mm/s的速度将样品压在被固定在装载架的平板上直至其原始长度的50％。对相应的力-时间曲线进行记录并用计算机程序(Texture Expert Exceed,Stable Micro Systems,Surrey，英国)同时进行分析。力以克记录并转换为牛顿以计算硬度和强度。样品的硬度被定义为压力的峰值。样品的强度用下式计算：
S = A c t &times; A p
其中S为强度(N.mm-2)，Ac为时间-力曲线下的面积(N.t)，Ap为挤出物的原始截面积(mm-2)，而t为探针压在挤出物上的时间。
重复操作十次以完成该计算。
统计分析。所有的平均值、标准差和相关性都用微软Excel软件(2002版)计算。所研究的物理参数之间的相关性来自于有和无淀粉添加的挤出物的合并值。使用SAS8.1软件(SAS，1999)在5％的显著水平进行方差分析(ANOVA)测定。
淀粉和纤维对挤出物的理化性质的影响：对照物兵豆挤出物以及在600rpm的挤出机螺杆转速下加工的、含有苹果纤维和风味成分并且有或无淀粉源的那些兵豆挤出物的膨胀、质构和水化性能如图11(A-F)所示。基于先前的研究(未报道)，我们确定，在本研究中所用浓度下的风味成分盐和糖对于豆类挤出物的物化性质没有显著影响。在兵豆配方中包含它们被认为是商业零食类产品制造中的标准做法。因此，下述讨论将不考虑这些成分对于所研究的豆类挤出物的物化性质的影响。
膨胀：图11表明，纤维的添加显著影响本研究中的EI(P＜0.05)。没有添加苹果纤维的兵豆挤出物的EI为30.7；添加了苹果纤维的兵豆挤出物的EI仅为6.6；而用各种淀粉源配制的兵豆挤出物的EI在6.6到8.2的范围内。这表明，纤维的添加相对于所评价的所有淀粉源，对兵豆挤出物的EI具有更显著(P＜0.05)的影响。纤维对兵豆挤出物的EI的有害作用可以归因于纤维使得面团中淀粉含量下降。
添加了高直链玉米淀粉(Hylon V)的兵豆挤出物的EI略微高于土豆淀粉源的兵豆挤出物。据报道，在相同挤出条件下加工的土豆淀粉的EI低于玉米淀粉(Onwulata et al.,2001b)。这可以解释为：(1)已知土豆淀粉的胶化温度(56-66℃)低于玉米淀粉(62-72％℃)；较低的胶化温度意味着土豆淀粉展现出较高的熔融粘度以及挤出期间的较早熔融(Delia Valle et al.1995；Sigh et al,2002)；(2)土豆淀粉在支链淀粉中具有更多的磷酸盐交联，其也归因于相对高的初始粘度(Eerlingenet al.,1997)和挤出期间的低膨胀。
密度：不添加苹果纤维的兵豆挤出物的密度显著(P＜0.05)小于含有苹果纤维的兵豆挤出物。在添加苹果纤维和淀粉的兵豆挤出物中，具有高直链玉米淀粉(Hylon V)的那种密度最低，其次是添加改性土豆淀粉的那种(PB800)。含有PP40、PC10的兵豆挤出物以及不添加淀粉的兵豆挤出物被观察到具有最高的密度(图11B)。
硬度和强度：如图1C和1D所示，挤出的兵豆对照物样品的硬度和强度显著低于(P＜0.05)添加苹果纤维而不添加淀粉的兵豆挤出物。同时，挤出的兵豆对照物显著低于(P＜0.05)添加苹果纤维和淀粉的兵豆挤出物。添加了苹果纤维和淀粉的兵豆挤出物中的最低和最高硬度和强度分别是含有Hylon V和PC10的那些。另外，对于添加PP40和PB800淀粉的兵豆挤出物或不添加淀粉的兵豆挤出物，未观察到硬度或强度上的显著性差异(P＜0.05)。这表明，淀粉的来源和类型对最终挤出物的硬度和强度具有显著影响。还表明，添加土豆淀粉的挤出物相比具有高直链玉米淀粉(Hylon V)的那些挤出物展现出更强(更坚韧的)质构。
挤出物的水化性能：图1IE表明，挤出的兵豆对照物样品的WAI和WSI存在显著性差异(P＜0.05)并且呈负相关。添加苹果纤维而不添加淀粉的兵豆挤出物的WAI和WSI是相似的。然而，添加苹果纤维和淀粉的兵豆挤出物的WAI在其间差异显著，并且其与那些挤出物的WAI值呈负相关。挤出的兵豆对照物和添加Hylon V淀粉的那些显示出最高的WAI值，而添加PC10淀粉的挤出物显示出最高的WSI值。
淀粉和兵豆粉的性质：表5显示出用玉米和土豆淀粉配制的兵豆挤出物和对照物挤出兵豆粉的RVA和水化性能。如表2所示，相对于用其他淀粉源配制的那些和对照物，用PP40(预胶化土豆淀粉)和PC10(天然土豆淀粉)配制的挤出的兵豆粉展现出显著(P＜0.05)最高值的峰值粘度、夹持强度、崩解和最终粘度以及逆流。此外，用Hylon V(高直链玉米淀粉)配制的挤出兵豆粉表现出显著(P＜0.05)的所研究淀粉RVA参数的最低值。
表15.淀粉源对兵豆基挤出物的RVA参数、WAI和WSI的影响
*不同的字母(a、b和c)表示显著(P＜O.05)差异。
表5还表明，不同淀粉源对兵豆基挤出物的WAI和WSI具有重要影响。对用PP40淀粉配制的挤出兵豆粉观察到了WAI的最高值，而对兵豆粉观察到了最低值。对于WSI，对挤出的兵豆粉观察到了最高(P＜0.05)值。用不同淀粉配制的挤出的兵豆粉自身之间并无显著差异(P＜0.05)。
所研究的兵豆挤出物的RVA和水化性能与其他物理参数之间的相关性如表6所示。在RVA参数之间，逆流与膨胀存在显著的负相关，而与挤出物密度存在正相关。在挤出物和其他所有样品的所述物理性质之间的相关性随机变化，并且低于先前对逆流所观察到的。
表16.兵豆挤出物的RVA和水化性能与其他物理参数之间的相关性
基于上述挤出物的理化评价的结果，我们确定出不同的挤出机螺杆转速对含有Hylon V淀粉和苹果纤维的兵豆挤出物的理化性质的影响。
螺杆转速与挤出物的理化性质：螺杆转速对含有hylon V淀粉和苹果纤维的兵豆挤出物的理化性质的影响示于图12(A-F)。对于这个特定的部分，我们将把含有Hylon V淀粉和苹果纤维的兵豆挤出物称作挤出物。
膨胀指数：如图12A所示，挤出机螺杆转速从500rpm提升至600rpm使挤出物的膨胀指数(EI)从6.5大幅度提高到8.9。但是，当挤出机螺杆转速从600提升至700rpm时，EI变化不大。即使EI在600rpm的螺杆转速下为最高，由于在600rpm的螺杆转速下观测到的数据可变性，这些值相对于在500或700rpm时的值并无显著性差异(P＜0.05)。该观测到的数据可变性可能是由于在该特定螺杆转速下挤出物棒较少的均一性，或由于在数据中包括了异常值。通常，该信息显示，挤出机螺杆转速影响豆类基挤出物的膨胀。类似地，据报道，螺杆转速玉米餐基挤出物的膨胀随挤出机螺杆转速的增加而增加(Jin et al.，1995)。此外，据报道，高剪切应力(由于高螺杆转速)增加弹性并减少淀粉面团的粘度(Delia Valle et al.,1997)，这可能与谷类挤出物的提升的膨胀(Padmanbhan and Bhattacharya,1989；Ilo et al.,1996)有关。相反地，据报道，高螺杆转速带来的高剪切应力诱导更多淀粉降解，导致淀粉挤出物较少的膨胀(Van Den Einde et al.,2003)。在我们的研究中，对挤出物的淀粉降解没有评价。然而，根据螺杆转速从600增加到700rpm时挤出物的EI显示为减少这一事实，倾向于证实先前的作者所观察到的，由于高螺杆转速，淀粉挤出物的淀粉降解增加。此外，我们的研究表明，螺杆转速对促进膨胀存在极限，在该极限之上，挤出物的膨胀降低。
密度：图12B显示出与螺杆转速的增加相关联的挤出物密度的下降。与所观察到的在600rpm下膨胀数据中的可变性相反，这里的数据是非常均匀的。这倾向于表明，在600rpm下的膨胀数据的可变性是由于在数据中包括了异常值，而不是因为挤出的棒缺乏均一性。密度的下降(图12B)与所观察到的挤出物膨胀的增长呈负相关(图12A)。Onwulata et al.(2001a)也报道了玉米挤出物的密度和膨胀之间类似的负相关关系。该密度和膨胀之间的负相关关系可以被用作开发高度膨胀低密度的豆类基挤出产品的工具。
硬度和强度：图12C和12D表明，螺杆转速从500增加到700rpm诱导挤出物硬度和强度的显著下降。在不同的螺杆转速下的数据的显著性受所观察到的数据可变性影响。另外，在500和600rpm下，该可变性大于在700rpm下。仪器的灵敏度可以引起所述观察到的可变性。这可以通过使用多于本研究中所用的10次重复而改进，其表明需要开发对于该检测的标准方法。
WSI和WAI：如观察到的膨胀参数所示(图12a)，螺杆转速从500增加到700rpm伴随着挤出物的WSI的增加(图12E)。同时，该WSI的增加与所观察到的WAI的降低(图12F)和挤出物密度(图12B)呈负相关。这表明挤出的粉的理化组成受工艺的螺杆转速影响。由于WSI与可溶性分子的量和淀粉糊精化有关，该随着螺杆转速的增加而增加的WSI可能与当螺杆转速从500增加到700rpm时挤出物中淀粉的大量降解有关联。未煮熟的淀粉在室温下不吸收水分。因此，它不膨胀，并且其粘度明显低于煮熟胶化的淀粉。WAI的相对高值与粉挤出物的吸水和凝胶形成有关。此外，在不同螺杆转速下观察到的WAI值的微小差异表明，挤出物在本研究的螺杆转速和工艺条件下被等同地煮熟。
实施例2
膨胀剂(leavening agent)和高直链玉米淀粉的影响
将分别具有9.2、8.6、9.6和10.1％(wb)的水分含量的兵豆(Lensesculenta)、鹰嘴豆(Cicer arientinum L.)、全黄干豌豆和剖开-去壳黄干豌豆(Pisum sativum)各自混合以形成均一的小份，并用160Z型销棒粉碎机(Alpine,Co.Augsburg,德国)研磨成粉。将碳酸氢钠(SigmaChemical Co.St.Louis,MO)和淀粉Hylon V(National Starch&Chemical,Bridgewater,NJ)分别以0.4％和20％(重量/重量)添加到粉中(表7)。将含有添加成分的粉用V-1401型大Hobart混合器(The Hobart Mfg.Co.,Troy,OH)在挤出加工前混合10分钟。共有2000磅(lbs)的豆类种子和350磅的淀粉被用于该综合挤出试验。
表17.用膨胀剂和高直链玉米淀粉配制的豆类粉
1膨胀剂(LA)：碳酸氢钠。
2淀粉(St):Hylon V，高直链玉米淀粉。0
3剖开豌豆:剖开并去壳的干豌豆。
双螺杆挤出机(Continua37,Werner and Pfleiderer Corp.,Ramsey,NJ)系统被用于加工该豆类粉。该挤出机具有八个筒段，每个长度为160mm。螺杆直径为37mm，总配置的螺杆长度为1,321mm，其给出35.7的整体L/D比。每个筒段由单独的热油循环系统加热(ModelMK4X06-TI,Mokon Div.,Protective Closures Co.,Inc.,Buffalo,NY)。在本研究中采用的加热分布为：不加热、60、80、100、100、120、140和160℃，分别对应筒段1至8。螺杆由在500rpm下运行的11.2kW可变速直流驱动(Model DC300,General Electric Co.,Erie,PA)来驱动。通过可编程控制器(Series One Plus,General Electric Co.,Charlottesville,VA)来控制整个系统。通过双螺杆失重型计重给料机(Model LWFD5-20,K-Tron Corporation,Pitman,NJ)以25kg h-1(wwb)的速率将粉计量进入进料口内，并用可变活塞泵(Model P5-120,Bran and Luebbe,Wheeling,IL)将水供应至挤出机，以给出进料固体15％(wwb)的最终水分含量。豆类粉通过含有两个直径3.5mm的圆形开口的模具挤出。计算机用LabView数据采集系统5.0版(National Instruments,Austin,TX)以1秒钟的间隔收集挤出机的参数数据共持续5分钟。在扭矩和压力处于稳态的操作条件后，收集数据约5分钟。
用数显卡尺来在挤出材料的两个随机部位上测量截面直径(mm)，所述挤出材料未经切割并以棒的形式离开挤出机模具。对每次挤出运转进行总共20次测量，并且通过用挤出物的横截面积除以3.5mm模孔的横截面积来计算豆类挤出物(棒)的膨胀率。在测量后，将挤出材料收集在置于20加仑(gal)塑料罐中的大塑料袋中，冷却至室温，并在贮存于冷藏温度之前称重以备于后续的样品制备和分析。
挤出物的直径和膨胀：挤出物直径和膨胀率的平均数据在表18中给出。该平均直径数据正比于平均膨胀率数据。这是因为膨胀率的计算取决于挤出物的直径比。通常，剖开豌豆的膨胀率最高，而鹰嘴豆挤出物最低。以大小递增的次序，豆类挤出物的膨胀率如下：剖开豌豆>全豌豆>兵豆>鹰嘴豆。
表18.挤出物直径测量和膨胀率
120次测量的均值和标准差
2膨胀剂(LA)：以0.4％(w/w)添加的碳酸氢钠。
3淀粉(St)：以20％(w/w)添加的Hylon V。
4剖开豌豆：剖开并去壳的干豌豆。
在豆类粉中添加高直链玉米淀粉，分别提高了鹰嘴豆、兵豆、全豌豆和剖开豌豆挤出物的膨胀率2.75、1.63、1.32和1.17倍。相反地，碳酸氢钠的添加略微降低了挤出产品的膨胀率。
表19展示豆类挤出物对挤出工艺参数模具温度、模具压力和扭矩的影响。通常观察到，不同的豆类和用膨胀剂和/或高直链玉米淀粉配制的豆类对所研究的挤出工艺参数具有高度一致的影响。同时观察到，由于工艺产生的扭矩与模具压力直接相关。将挤出温度分布设置为最后的筒段具有160℃。然而，除了鹰嘴豆挤出物以外，豆类挤出物的模具温度值均在160℃以上，无论种子的类型或配方中的成分。这表明在工艺中由于剪切和压力，以机械热的形式产生了额外的热量。不同的鹰嘴豆挤出物的模具温度低于160℃，其表明，第一，在这些挤出物的工艺期间没有产生额外的热量；第二，进料材料促进工艺产生小的冷却效果。鹰嘴豆含有约5％的脂肪，这比其他所研究的豆类中存在的脂肪量的两倍还多。因此，在加工期间脂肪的熔化可以作为螺杆的润滑剂以促进较少的剪切效应。此外，对这些挤出物观察到的扭矩最低值与模具压力进一步表明，熔化的脂肪的润滑作用使其相对于所有其他所研究的豆类流动更容易以及膨胀更少。
表19.挤出工艺参数
1膨胀剂(LA)：以0.4％(w/w)添加的碳酸氢钠。
2淀粉(St)：以20％(w/w)添加的Hylon V
3剖开豌豆：剖开并去壳的干豌豆。
实施例3
挤出物的可接受性
去壳的红酋长兵豆(Lens culinaris L.)获自Moscow Idaho Seed Co.,Moscow,ID.，使其均质化并在销棒粉碎机中研磨成细粉。兵豆粉随后根据表10来配制。
表20.包含不同质构改性剂的兵豆基配方
本研究中使用Clextral Evolum HT32H双螺杆挤出系统(Clextral-Bivis,Firminy Cedex,法国)。对挤出机六个筒段的加热分布分别为15、80、100、120、140和160℃。以25kg/h的速率将粉进料至挤出机的进料口内，并且挤出机在500和700rpm的两种螺杆转速下运行。通过可变活塞泵(Model P5-120,Bran and Luebbe,Wheeling,IL)将水添加至挤出机内，以将挤出下的进料的水分含量调至17％(wwb)。当扭矩和温度的工艺条件处于稳态时，将离开直径3mm的2个圆形模具的挤出物收集5分钟。
先前对豆类挤出物的感官评价结果表明，豆类基零食和早餐谷物类产品具有粘性口感。这主要是由于其较高的蛋白质含量。
因此质构改性剂(乳化剂)被用来最小化所述挤出物中的不愉快的“粘性”感官效果并改善其质构和可接受性。在本研究中使用的质构改性剂为粉末形式的Dimodan PH100K-A和Panodan FDP K(Danisco Co.,Richmond,IL)；液体形式的Yelkin TS卵磷脂和Thermolec卵磷脂(ADMCo.,Decatur,I11)。以下述浓度使用每种乳化剂：0.25、0.50、0.75和1.00％。
初步的感官评价：膨胀率是制造膨化早餐谷物类产品零食所要考虑的首要参数。因此，为了便于样品的感官评价，将32个产生的样品基于其最大膨胀率进行预分类。在32个产生的样品中选择了16个样品。所选择的16个样品的膨胀率从7.99到13.60变化。感官评价的第一阶段包括评价预分类的16个样品的挤出物膨胀、质构、风味和总体可接受性。该第一评价阶段的目的是在测试的乳化剂中确定4种最可接受的挤出物。棒形式的兵豆挤出物被切割成1.25”长度，放置在预编码盘中，随后由19位未经训练的评判者使用“1＝最差”至“5＝最好”的评分进行评价。
表11展示出选自第一感官评价阶段的4种所选择的兵豆基挤出物。结果显示，最可接受的挤出物是含有0.75％浓度的Dimodan PH100K-A并在500rpm运行的那种。第二和第三最可接受的挤出物分别是含有0.75％浓度的Yelkin TS卵磷脂并在500rpm运行的那种，以及含有0.25％浓度的Dimodan PH100K-A并在500rpm运行的那种。该组中最不可接受的挤出物是含有0.25％浓度的Yelkin TS卵磷脂并在700rpm运行的那种。所选择样品的膨胀率范围为8.75至10.24。重要的是注意到，当膨胀率在此范围内时，最佳挤出物的选择主要是基于所测试的乳化剂的类型和浓度。
表21.第一感官评价阶段所选择的兵豆基挤出物
ER：挤出物的膨胀年。
TM(％)：以在兵豆配方中的百分数表达的质构改性剂的浓度。
RPM:每分钟旋转的挤出机螺杆转速。
基于第一感官评价阶段的结果，对4种所选择的最佳样品在第二感官评价阶段中进一步评价，以选择出含有乳化剂的最可接受的挤出物。该感官评价方案与第一感官评价阶段中所使用的相同。
第二感官评价阶段的结果表明，最可接受的挤出物是含有0.75％浓度的Dimodan PH100K-A并在500rpm运行的那种。第二和第三最可接受的挤出物分别是含有0.25％浓度的Dimodan PH100K-A并在500rpm运行，以及含有0.25％浓度的Yelkin TS卵磷脂并在700rpm运行的那些。该组中最不可接受的挤出物是含有0.75％浓度的Yelkin TS卵磷脂并在500rpm运行的那种(图13)。通过再次选择含有0.25％浓度的Dimodan PH100K-A并在500rpm运行的挤出物作为最可接受的那种，所获结果证实了在第一感官评价阶段发现的内容(表11)。然而，在第一感官评价阶段中排名第二最佳的含有0.25％浓度的Yelkin TS卵磷脂并在700rpm运行的挤出物，在第二感官评价阶段中被认为是最不可接受的挤出物。由于该感官评价是由未经训练的评判者完成的，第一阶段可能使得他们获得一些经验，所述经验被应用在感官评价的第二阶段中。另外，相对于第一阶段评价的16个样品，第二感官评价阶段只含有4个样品。样品数量的减少可能使得他们有更多时间来评价挤出物。因此，我们认为第二感官评价阶段的结果是更严谨和可靠的。
第二感官评价阶段中最可接受的含有0.25％浓度的Dimodan PH100K-A并在500rpm运行的兵豆基挤出物被大量生产，以便在全国食品节上由大量的潜在商业消费者评价。
挤出物的烘烤：烘烤操作从挤出物中去除额外的水分，其促进产品具有更加松脆的质构。同时，它促使挤出物在包衣工艺过程中容易吸收油和香料。
在先前研究中，我们确定，如果挤出物在200至250°F下烘烤，可以更加有效地完成包衣。在本研究中，对兵豆基挤出物的烘烤是在包衣机的转鼓中，在200°F下进行5分钟。发现在烘烤操作过程中挤出物失去约2％的水分(图14)。以棒和球的形式分别生产作为零食和早餐谷物类产品的挤出物。另外，将零食类挤出物用Classic Barbeque(CBQ)、Sweet and Bold Barbeque and Cheese包衣，而将早餐谷物类挤出物用糖包衣以便品尝。
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Claims (11)

1.食物产品，包含用酵母自溶物强化的具有6或更大均一膨胀率值的挤出的豆类。
2.根据权利要求1所述的食物产品，其中所述豆类选自干豆类、大豆、羽扇豆、落花生和三叶草。
3.根据权利要求1或2所述的食物产品，其中所述酵母自溶物以所述产品重量的2％至20％存在。
4.根据权利要求3所述的食物产品，其中所述酵母自溶物以所述产品重量的12％至20％存在。
5.根据权利要求1至4任一项所述的食物产品，其中所述食物产品具有小于或等于0.4的水活度(Aw)。
6.根据权利要求1至5任一项所述的食物产品，进一步包含来自铬酵母的铬。
7.根据权利要求6所述的食物产品，其中所述铬以1-30ppm存在。
8.用作药物的根据权利要求1至7任一项所述的食物产品。
9.用于治疗肥胖症和高胆固醇血症的根据权利要求1至7任一项所述的食物产品。
10.用于降低腹膜后脂肪积聚的根据权利要求1至7任一项所述的食物产品。
11.用酵母自溶物强化的具有6或更大均一膨胀率值的挤出的豆类用于提高食物产品的蛋白质消化率和/或降低产品的血糖指数的用途。
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