杏仁早餐的浸泡与脆性变化

马晓燕，李三省，赵小忠，崔思涵，王 亮，*

(1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐 830046; 2.昌吉市质量技术监督局，新疆昌吉 831100)

杏仁早餐的浸泡与脆性变化

马晓燕1，李三省2，赵小忠1，崔思涵1，王 亮1，*

(1.新疆大学生命科学与技术学院，新疆乌鲁木齐 830046; 2.昌吉市质量技术监督局，新疆昌吉 831100)

以自制的杏仁早餐为研究对象，应用Peleg模型来描述杏仁早餐的吸水过程;Peleg模型对杏仁早餐浸泡时脆性变化也具有适用性。计算了不同温度下的Peleg方程常数K1、K2，确定了杏仁早餐的吸水动力学方程。

杏仁早餐，Peleg模型，含水量，脆性

以新疆杏仁榨油后产生的杏仁粕为主要原料，制备成类似于在欧美国家中的生活主食之一的谷物早餐类的食品。杏仁早餐在食用时先要在冷牛奶中浸泡，在浸泡过程中，如果产品吸水很快，则降低了产品的品质。目前国际上普遍选用Peleg模型描述吸水过程，Peleg提出了一个由水分含量与时间双参数组成的吸水模型，并且通过奶粉和大米对水蒸气的吸收，以及大米在水中浸泡时的水分的吸收来验证了模型的精确性［1］。Maharaj和Sankat应用Peleg模型来研究菜叶的吸水过程［2］;Peleg模型充分描述了巴拉种子的吸水特征［3］;Sopade和 Kaimur应用Peleg模型来描述西米淀粉的干燥过程［4］;Palou，Lopez－Malo，Argaiz和Welti应用Peleg模型同时研究番木瓜的脱水和蔗糖的吸收［5］。Peleg模型同样被用于很多淀粉类或油脂类坚果的吸收或干燥过程［6－10］。Peleg模型是描述产品吸水过程的，脆性的变化又是发生在浸泡吸水的过程之中，以脆性代替水分含量，Peleg模型就可以转变为以脆性与浸泡时间为双参数的模型。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

杏仁早餐 以杏仁粕、小麦、燕麦、玉米粉、大豆色拉油为原料，按照蛋白质含量为7.3%，脂肪含量为8%的比例将原料进行混合，挤压机Ⅰ区温度为40℃，挤压机Ⅱ区温度为150℃，挤压机Ⅲ区温度为125℃，螺杆的螺旋速度为 336 r/m in，水分含量为23%，50℃2h烘干至水分含量为6%～7%所得产品。

FA1104型电子天平 上海天平仪器厂; TA－XT2i物性测定仪 英国Stable Micro System公司;DS32－Ⅱ型双螺杆挤压膨化机 济南聚贤机械设备有限公司;101－3AS型电热鼓风干燥箱 北京市光明医疗仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 杏仁早餐的浸泡

1.2.1.1 样品水分含量的测定 初始的杏仁早餐的水分含量为 7%，选取温度范围为 30～90℃，将200m L去离子水注入250m L烧杯中，放置于恒温水浴中。在每一次实验中，随机挑选5～8片杏仁早餐放入烧杯中，在浸泡过程中，定时的取出杏仁早餐，用薄纸将杏仁早餐擦干，并放在电子天平上称重，然后将杏仁早餐再次放入烧杯中继续计时。每次实验至少做两遍［11］。

1.2.1.2 数据分析 Peleg模型，如式(1)所示。

式中:M为在t时刻物料的水分含量(%);M0为物料初始的水分含量(%);t为时间;K1为Peleg速率常数(hg－1);K2为Peleg容量常数(g－1)。方程中的“+”代表吸水过程;“－”代表干燥过程。吸水速率(R)可以通过对Peleg方程求一次导数获得，如式(2)所示。

Peleg方程中的速率常数K1与物料初始的吸水速率(R0)有关，即为在t=t0时的R，如式(3)所示。

Peleg方程中的容量常数K2与物料最大(或最小)的水分含量有关，当t趋向于∞时，式(1)给出了平衡水分含量Me与K2的关系，如式(4)所示。

根据杏仁早餐初始的水分含量和定时测得的杏仁早餐吸收的水分的增长计算不同时刻杏仁早餐的水分含量。将Peleg模型转变为线性形式，即式(5)，用t/(M－M0)和浸泡时间t进行回归分析。

1.2.2 杏仁早餐浸泡过程中脆性变化

1.2.2.1 样品脆性的测定 采用TA－XT2i物性测定仪，距离20mm，前进速度为5mm/s，破碎速度为5mm/s，后进速度为10mm/s，破碎峰值即为脆性［5］。选取温度范围为30～90℃，将200m L去离子水注入250m L烧杯中，放置于恒温水浴中。在每一次实验中，随机挑选20g杏仁早餐放入烧杯中，在浸泡过程中，定时的取出测定其脆性，每次实验至少做两遍。

1.2.2.2 数据分析 Peleg模型的形式就要从公式(5)转变为式(6)的形式:

式中:C0:杏仁早餐浸泡前的脆性(g);C:杏仁早餐浸泡时的脆性(g)。

2 结果与讨论

2.1 杏仁早餐浸泡过程中Peleg吸水模型的建立

2.1.1 杏仁早餐浸泡时水分的变化 由图1可以看出，随着浸泡时间的增长杏仁早餐的水分含量逐渐增加，尤其在浸泡的初期阶段，水分含量的上升最为明显，在浸泡的最后阶段，吸水量接近平衡;在相同的浸泡时间间隔内，随着温度的升高，杏仁早餐的吸水量会逐渐增大，即温度越高，相同浸泡时间吸收的水分越多。

图1 杏仁早餐浸泡时的水分吸收曲线Fig.1 Water absorption curve during soaking of almond breakfast

2.1.2 对于Peleg模型速率常数K1的预测 由式(5)，以t/(M－M0)对t作图，如图2所示，直线的截距即为K1，斜率为K2，求出不同温度下的K1与K2，结果如表1所示。

速率常数K1是一个与质量转换率有关的常数，也就是说，K1越低，初始的水分吸收速率越高。

随着温度的升高，速率常数K1反而降低，这预示着初始水分吸收相应的加快。线性阿累尼乌斯方程，即式(7)可以解释温度对K1的影响。CK为常数(hg－1)，Ea为活化能(kJ·mol－1)，Rg为气体常量(8.314kJ·mol－1·K－1)，T为绝对温度(K)。

图2 杏仁早餐浸泡吸水过程中Peleg模型的应用Fig.2 Application of the Pelegmodel to water absorption during soaking of almond breakfast

表1 不同温度下Peleg模型中的K1与K2Table 1 K1 and K2 of the Pelegmodel at different temperatures

由图3可以看出，阿累尼乌斯方程在40～60℃范围内变化平缓，而这个温度范围正是淀粉的糊化温度范围，在这个温度范围内，阿累尼乌斯曲线所表示出的杏仁早餐中水的扩散系数和水－淀粉相互反应呈现出了不连续的变化，阿累尼乌斯曲线也表明了杏仁早餐内部结构的变化［12］。

图3 杏仁早餐浸泡过程中Peleg速率常数K1的阿累尼乌斯方程Fig.3 Arrhenius plot for the Peleg rate constant K1 during soaking of almond breakfast

由表2可以看出，活化能Ea在低于40℃和高于60℃时分别为27.763kJ·mol－1和20.319kJ·mol－1，而在40～60℃之间，活化能Ea为5.231k J·mol－1。在淀粉糊化温度范围内低的活化能代表了水分在已经糊化的淀粉中的移动比未糊化的淀粉中更快。

表3 不同温度下Peleg模型中的K1与K2Table 3 K1 and K2 of the Pelegmodel at different temperatures

表2 不同温度下阿累尼乌斯方程的参数Table 2 Parameters of Arrhenius equation at different temperatures

2.2 杏仁早餐浸泡过程中脆性变化Peleg模型的建立

2.2.1 杏仁早餐浸泡时脆性的变化 由图4可以看出，随着浸泡时间的增加，杏仁早餐的脆性逐渐降低，尤其在浸泡的初期阶段，脆性的降低最为明显;在相同的浸泡时间间隔内，随着温度的升高，杏仁早餐的脆性逐渐降低，即温度越高，相同浸泡时间脆性就越小。在图4中，90℃与80℃温度下，脆性变化除了在5～15mim的时间间隔内变化略有区别外，在其它时间的变化都相似，而且在超过80℃后，产品受热程度加剧，所引起的变化会偏离规律，所以以下分析都以30～80℃为分析范围。

图4 杏仁早餐浸泡时的脆性变化曲线Fig.4 Crispness curve during soaking of almond breakfast

2.2.2 对于Peleg模型速率常数K1的预测 由式(6)，以t/(C0－C)对t作图，如图5所示，直线的截距即为K1，斜率为K2，求出不同温度下的K1与K2，结果如表3所示。

速率常数K1是一个与质量转换率有关的常数，也就是说，K1越低，初始的脆性降低的速度越高。由表3可以看出，K1随着温度的升高而降低，说明脆性降低的速度随着温度的升高而升高。

由上述分析可知，Peleg模型确实可以应用于杏仁早餐浸泡时脆性的变化，不同温度下K1回归的R2都大于0.98。

图5 杏仁早餐浸泡吸水过程中脆性变化Peleg模型的应用Fig.5 Application of the Pelegmodel to the change of crispness during soaking of almond breakfast

3 结论

不同温度下，Peleg模型的变形公式t/(M－M0)与时间拟合实验数据，回归方程R2都大于0.99。可得到多个不同K1，K2的Peleg模型用于描述杏仁早餐浸泡时的水分吸收。同样Peleg模型变形公式拟合不同温度下杏仁早餐脆性变化的实验数据，回归方程R2都大于0.98。可得到多个不同 K1，K2的Peleg模型描述杏仁早餐浸泡时脆性的变化。实验条件下参数K1随温度的上升而逐步减小，表明此过程中吸水速率加快。参数K2受温度影响不大。

［1］Peleg M.An empiricalmodel for the description ofmoistuer sorption curves［J］.Journal of Food Science，1988，53: 1216－1217.

［2］Maharaj V，Sankat C K.Rehydration characteristics and quality of dehydrated dasheenleaves［J］.Canadian Agricultural Engineering，2000，42:81－85.

［3］Jideani V A，Mpotokwana SM.Modeling of water absorption of botswana bambara varieties using Peleg’s equation［J］.Journal of Food Engineering，2009，92:182－188.

［4］Sopade P A，Kaimur K.Application of Peleg’s equationin desorption studies of food systems:a case study with sago (metroxylon sagu rottb.)starch［J］.Drying Technology，1999 (17):975－989.

［5］Palou E，Lopez－Malo A，Argaiz A，et al.Use of Peleg’s equation to osmotic concentration of papaya［J］.Drying Technology，1994(12):965－978.

［6］Abu－Ghannam N，McKenna B.The application of Peleg’s equation tomodelwater absorption during the soaking of redkidney beans(phaseolus vulgaris L)［J］.Journal of Food Engineering，1997，32:391－401.

［7］Hung T V，Liu L H，Black R G，et al.Water absorption in chickpea(C arietinum)and field pea(P sa tivum)cultivars using Pelegmodel［J］.Journal of Food Science，1993，58:848－852.

［8］Sopade P A，Ajisegiri E，Badau M H.The use of Peleg’s equation to model water absorption in some cereal grains during soaking［J］.Journal of Food Engineering，1992(15):269－283.

［9］Sopade P A，Ajisegiri E S，Okonmah G N.Modelling water absorption characteristics of some nigerian varieties of cowpea during soaking［J］.Tropical Science，1994，34:297－305.

［10］Sopade P A，Obekpa J A.Modeling water absorption in soybean，cowpea and peanuts at three temperatures using Peleg’s equation［J］.Journal of Food Science，1990，55:1084－1087.

［11］Mahir Turhan，Sedat Sayar，Sundaram Gunasekaran. Application of Peleg model to study water absorption in chickpea durings oaking［J］.Journal of Food Engineering，2002，53: 153－159.

［12］Sayar S，Turhan M，Gunasekaran S.Analysis of chickpea soaking by simultaneous water transfer and water－starch reaction［J］.Journal of Food Engineering，2001，50:91－98.

The soaking and crispness changes of almond breakfast

M A Xiao－yan1，LISan－sheng2，ZHAO Xiao－zhong1，CUISi－han1，WANG Liang1，*
(1.College of Life Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi830046，China; 2.ChangjiQuality and Technical Supervision，Changji831100，China)

Using homemade almond b reakfast as research ob jects，Peleg model was used to describe the absorp tion p rocess of alm ond b reakfast.Peleg’s equation was app licab le for c rispness changes during soaking of alm ond b reakfast.Furthermore，the soaking constant K1，K2at d ifferent tem perature was calculated，the new water absorp tion equation of almond breakfastwas described.

almond b reakfast;Peleg m odel;water content;c rispness

TS255.6

A

1002－0306(2012)12－0191－04

2011－10－12 *通讯联系人

马晓燕(1986－)，女，在读硕士研究生，研究方向:食品工程。

乌鲁木齐市科技创新种子资金(K111410003)。