全 文 ：基金项目：黑龙江省青年基金（编号：ＱＣ２０２０１１８）；黑龙江省自然基
金重点项目（编号：２００８０１０１）；黑龙江省农业科技创新工
程重点研究项目（编号：ＨＣＺ２００９０２１）
作者简介：解铁民（１９７８－），男，黑龙江省农业科学院副研究员，博
士。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｉｅｍｉｎｘｉｅ＠１６３．ｃｏｍ
收稿日期：２０１２－１２－０３
第２９卷第１期
２　０　１　３年１月
ＯＯＤ＆ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
食 品 与 机 械
Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２　０　１　３
１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５７８８．２０１３．０１．００４
挤压参数对薏米挤出产品物理特性的影响
Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｃｏｏｋｉｎｇ　ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｊｏｂ’ｓ　ｔｅａｒｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｅｘｔｒｕｄａｔｅ
解铁民１，２
ＸＩＥ　Ｔｉｅ－ｍｉｎ１，２
　
高　扬２
ＧＡＯ　Ｙａｎ２
　
张英蕾２
ＺＨＡＮＧ　Ｙｉｎ－ｌｅｉ２
　
李哲滨２
ＬＩ　Ｚｈｅ－ｂｉｎ２
（１．东北林业大学，黑龙江 哈尔滨　１５００８６；２．黑龙江省农业科学院食品加工研究所，黑龙江 哈尔滨　１５００８６）
（１．Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００８６，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｆｏｏｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｒｂｉｎ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００８６，Ｃｈｉｎａ）
摘要：利用双螺杆挤压机对薏米进行挤压加工，研究加工参
数物料水分（１２％～２０％）、套筒温度（１５０～１９０℃）、喂料速
度（４～２０ｋｇ／ｈ）和螺杆转速（２００～４００ｒ／ｍｉｎ）对模头压力、
模头处产品温度、挤压机扭矩、比机械能、产品颜色等指标的
影响。结果表明：随着水分的提高，产品温度、模头压力、比
机械能、扭矩和产品的亮度下降，产品的比长度减小而产品
的密度增加；随着温度的增加，模头压力、比机械能、扭矩和
产品密度下降，而产品的温度上升，产品颜色变亮，产品的比
长度增加；喂料速度的增加可以提高模头压力、扭矩、产品温
度和膨化度，降低ＳＭＥ和产品密度；螺杆转速对产品温度和
产品颜色和密度没有影响；压力和扭矩与红绿值 （ａ＊）和黄
蓝值（ｂ＊）成负相关关系，且压力与产品的亮度（Ｌ＊ 值）成正
相关关系。
关键词：薏米；挤压；挤压参数；扭矩；比机械能；颜色
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｉｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ
ｍａｔｅｒｉａｌ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ（１２％～２０％），ｂａｒｒｅｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（１５０～１９０℃），
ｆｅｅｄ　ｒａｔｅ（４～２０ｋｇ／ｈ）ａｎｄ　ｓｃｒｅｗ　ｓｐｅｅｄ（２００～４００ｒ／ｍｉｎ）ｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎ－
ｄｅｘｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｄｉｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｔ　ｄｉｅ，ｅｘｔｒｕｄｅｒ
ｔｏｒｑｕｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｌｏｒ．Ｔｈｅ　ｒｅ－
ｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ：ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｄｉｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ，ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ｔｏｒｑｕｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ
ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ；ｈｉｇｈｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃ－
ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ，ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ｔｏｒｑｕｅ　ａｎｄ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｂｕｔ　ａ　ｈｉｇｈｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｒｉｇｈｔｅｒ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｌｏｒ　ａｎｄ　ａ　ｂｉｇｇｅｒ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｌｅｎｇｔｈ；ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ
ｆｅｅｄ　ｒａｔｉｏ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ｔｏｒｑｕｅ，ｐｒｏｄｕｃ－
ｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｕｆｆｉｎｇ　ｄｅｇｒｅｅ　ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ＳＭＥ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃ－
ｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｗｏｕｌｄ　ｇｅｔ　ａ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｓｃｒｅｗ　ｓｐｅｅｄ　ｈａｓ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｉｎ－
ｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｌｏｒ　ａｎｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｄｉｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒｕｄｅｒ　ｔｏｒｑｕｅ　ｈａｓ　ａ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ａ＊
ａｎｄ　ｂ＊，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅｒｅ　ｗａｓ　ａ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｉｅ　ｐｒｅｓ－
ｓｕｒｅ　ａｎｄ　Ｌ＊．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ；ｊｏｂ’ｓ　ｔｅａｒｓ；ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｔｏｒｑｕｅ；ｓｐｅ－
ｃｉｆｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ；ｃｏｌｏｒ
薏米又名薏苡仁，是中国传统的食物，也是传统中药材
之一。其中的活性成分薏米多糖具有免疫兴奋［１］和降血糖
的作用［２］；而薏仁酯具有一定的抗癌、防止动脉硬化等功
效［３－５］；经常食用膨化薏米粉可以起到降血脂的作用［６］。但
薏米籽实结构紧密、难以处理，尤其是糊化度和浸提率较低、
制品的冲调性较差、食用不方便等因素制约了薏米的开发利
用［７］。
挤压加工是一个使物料连续蒸煮、杀菌、成型等多种功
能集于一体的单元操作，同时挤压技术有很多优势［９－１３］，例
如多功能、高生产、低成本、独特的产品形状、产品高质量、低
能耗和易放大等。在食品加工业中可用于谷物早餐食品、膨
化小食品、面包屑、脆片面包、婴儿食品和通心粉等加
工［１０，１４］。挤压参数套筒温度、喂料速率、螺杆转速等均能对
产品的物理和化学性质的变化产生影响。相比于单螺杆挤
压机，双螺杆挤压由于其对原料加工的范围广泛，采用其进
行生产的企业逐渐增多。
顾林等［７］利用单螺杆挤压机对薏米进行膨化处理，研究
了物料水分对其膨化度和糊化度等的影响，认为挤压膨化可
以明显调高薏米的糊化度和浸提率。Ｋｅｎｉｃｈｉ　Ｏｈｔｓｕｂｏ等［８］
利用单螺杆挤压机对不同品种薏米进行挤压处理，结果表
明，挤出的薏米粉的口感与挤出的大米粉类似。本试验的目
的是探讨双螺杆挤压机的挤压加工参数和它们的交互项对
薏米挤压制品物理特性和挤压过程变量的影响，为开发即食
饮品和小食品等产品提供数据和理论参考。
８１
１　材料与方法
１．１　材料与设备
１．１．１　试验材料
薏米：水分含量１０．８８％，淀粉含量６５．７％，蛋白含量
１３．４４％，脂肪含量５．７１％，市购。
１．１．２　试验设备与仪器
同向双螺杆挤压机：ＣｌｅｘｔｒａｌＥＶ２５ 型，法国 Ｃｌｅｘｔｒａｌ
公司；
体积式喂料器：Ｔ－２０型，瑞士Ｋ－ｔｒｏｎ公司；
色彩色差计：ＣＲ４００型，日本柯尼卡美能达公司。
１．２　方法
１．２．１　挤压设备及试验条件　挤压机螺杆直径为２５ｍｍ，
长径比为２４∶１，有６节套筒可单独控制每节的温度，挤压机
配有一个直径４ｍｍ的模孔。从出口端到喂料端螺杆配置
（见图１）依次为０．５Ｄ／５．５Ｄ（螺距／螺杆长）单线螺杆，
０．２５　Ｄ／０．２５　Ｄ 变 线 元 件，１　Ｄ／１　Ｄ（９０°）搅 拌 元 件，０．５　Ｄ／
０．５　Ｄ 反向螺杆，０．５　Ｄ／１．５　Ｄ 双线螺杆，０．７５　Ｄ／１０．５　Ｄ 双线
螺杆，１　Ｄ／１　Ｄ 双线螺杆，１．２５　Ｄ／３．７５　Ｄ 双线螺杆。 操作条
件为水分１２％～２０％，喂料速度为４～２０ｋｇ／ｈ，挤压温度为
１５０～１９０℃（温度设置第１节到第４节分别为３０，６０，９０，
１２０℃；第５和第６节设定相同温度为试验考察参数），螺杆
转速为２００～４００ｒ／ｍｉｎ。
A=0.25D/0.25D；B=1D/1D（90°）；C=0.5D/0.5D；E=0.5D/1.5D；F=1D/1D
0.75D/10.5D 1.25D/3.75DFC EBA0.5D/5.5D
图１　挤压机螺杆配置图
Ｆｉｇｕｒｅ　１　Ｓｃｒｅｗ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｔｒｕｄｅｒ
１．２．２　样品准备与试验数据的采集　物料经粉碎机粉碎后
过４０目筛，在进行试验前１天将物料调到需要的水分含量，
并装入塑料口袋中，在４℃下平衡水分１８ｈ，试验前对体积
式喂料器进行定量。挤压机开动后调节到试验设定的操作
条件，平衡４０ｍｉｎ后开始记录挤压机扭矩、变速箱压力、模
头温度等数据。设定自动采集数据时间间隔为１ｓ，取稳定
后３０ｓ的数据计算其平均值。收集挤出产品在５０℃真空干
燥箱中干燥２４ｈ后，用密封袋封好备用。
１．２．３　比机械能的测定　比机械能（ＳＭＥ）按式（１）计算：
ＳＭＥ ＝
Ｒｓ
Ｒ ×
Ｔ
１００×
Ｍ
Ｆ
（１）
式中：
ＳＭＥ——— 比机械能，ｋＪ／ｋｇ；
Ｒｓ——— 实际转速，ｒ／ｍｉｎ；
Ｒ——— 额定转速，ｒ／ｍｉｎ；
Ｔ——— 扭矩，％；
Ｍ——— 电机功率，ｋＷ；
Ｆ——— 喂料速度，ｋｇ／ｓ。
其中，额定转速为６００ｒ／ｍｉｎ，电机功率为１８ｋＷ，扭矩
值为试验时测定值减去相应转速下空载时的空白值。
１．２．４　产品颜色的测定　使用色彩色差计进行颜色的测
定，测定前用标准版进行校正。取经过旋风磨粉碎的样品
３０ｇ，平铺在１００ｍｍ直径的培养皿上。得到第１次读取数
值后，将培养皿旋转９０°，进行第２次测定。最终数据取两次
测定的平均值进行计算。
１．２．５　产品膨化度的测定　定义成挤出物横截面积与挤压
机模孔面积之比。测定采取随机挑选２０段样品，测定其直
径后取其平均值进行计算。
１．２．６　产品密度的测定　采用体积置换法进行测定，以小
米作为填充材料，取３次测定的平均值。
１．２．７　产品比长度的测定　定义成１ｇ膨化产品的长度，
按式（２）计算：
ＳＬ＝
１０６
Ｄπｒ２
（２）
式中：
ＳＬ——— 比长度，ｍｍ／ｇ；
Ｄ——— 产品密度，ｇ／Ｌ；
ｒ——— 物料半径，ｍｍ。
１．３　试验设计及数据处理
在前期预试验的基础上，本试验采用旋转响应设计，４个
变量５个水平（水平编码见表１），试验方案见表２。试验数
据用ＳＰＳＳ　１７软件处理，采取线性模型逐步回归和向后回归
方法挑选最优模型，并剔除Ｐ＜０．０５水平的不显著项［１５］。
表１　试验水平编码表
Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｄｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ
水
平
Ｘ１
水分／％
Ｘ２
温度／℃
Ｘ３喂料速度／
（ｋｇ·ｈ－１）
Ｘ４螺杆转速／
（ｒ·ｍｉｎ－１）
－２　 １２　 １５０　 ４　 ２００
－１　 １４　 １６０　 ８　 ２５０
０　 １６　 １７０　 １２　 ３００
１　 １８　 １８０　 １６　 ３５０
２　 ２０　 １９０　 ２０　 ４００
产生的二次模型为：
Ｙ ＝ｂ０＋ｂ１ｘ１＋ｂ２ｘ２＋ｂ３ｘ３＋ｂ４ｘ４＋ｂ１１ｘ２１＋ｂ２２ｘ２２＋
ｂ３３ｘ２３＋ｂ４４ｘ２４＋ｂ１２ｘ１ｘ２＋ｂ１３ｘ１ｘ３＋ｂ１４ｘ１ｘ４＋ｂ２３ｘ２ｘ３＋
ｂ２４ｘ２ｘ４＋ｂ３４ｘ３ｘ４ （３）
式中：
Ｙ——— 响应值；
ｘ１——— 物料含水率；
ｘ２——— 套筒温度；
ｘ３——— 喂料速度；
ｘ４——— 螺杆转速。
９１
基础研究 　 ２０１３年第１期
表２　试验方案
Ｔａｂｌｅ　２　Ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ
序号 水分 温度 喂料速度 螺杆转速
１ －１ －１ －１ －１
２ －１ －１ －１　 １
３ －１ －１　 １ －１
４ －１ －１　 １　 １
５ －１　 １ －１ －１
６ －１　 １ －１　 １
７ －１　 １　 １ －１
８ －１　 １　 １　 １
９　 １ －１ －１ －１
１０　 １ －１ －１　 １
１１　 １ －１　 １ －１
１２　 １ －１　 １　 １
１３　 １　 １ －１ －１
１４　 １　 １ －１　 １
１５　 １　 １　 １ －１
１６　 １　 １　 １　 １
１７ －２　 ０　 ０　 ０
１８　 ２　 ０　 ０　 ０
１９　 ０ －２　 ０　 ０
２０　 ０　 ２　 ０　 ０
２１　 ０　 ０ －２　 ０
２２　 ０　 ０　 ２　 ０
２３　 ０　 ０　 ０ －２
２４　 ０　 ０　 ０　 ２
２５＊ ０ ０ ０ ０
　　＊　零水平做７次。
２　结果与讨论
２．１　挤压参数对产品温度的影响
由表３可知，产品温度与物料的含水量一次项和平方项
成负相关关系，而与喂料速度和套筒温度成正相关的关系。
模型的相关系数为０．９４，因此通过挤压参数变化可以很好的
控制产品温度，方程拟合较好。文献［１６］和［１７］指出，提高
螺杆转速会使模头处产品温度升高，但在本次研究中没有发
现提高转速能显著地影响产品的挤出温度，分析原因有可能
是螺杆的直径较小、螺杆配置差异及原料不同所致。
２．２　挤压参数对挤压机扭矩的影响
挤压机扭矩与物料的水分、套筒温度、螺杆转速、水分与
喂料速度和喂料速度与螺杆转速的交互项成负相关关系，与
喂料速度、水分的平方项和喂料速度的平方项成正相关关
系。依照Ｍａｒｔｅｌｉ［１８］理论，从主电机输入到螺杆的总能量为
ｚｔ ＝ｃ１μＮω
２＋
Ｑ２μ
Ｋｆ
（４）
式中：
ｚｔ——— 总能量消耗，ｋＷ；
ｃ１——— 基于螺杆形状的常数；
ω——— 螺杆转速，１／ｓ；
Ｎ——— 充满的螺纹数量；
Ｑ——— 产量，ｍ３／ｓ；
Ｋｆ——— 模孔导率，ｍ３；
μ——— 熔体黏度，Ｎ·ｓ／ｍ
２；
μ——— 通过充满螺纹的面团平均黏度，Ｎ·ｓ／ｍ
２。
增加水分（正负两方面作用）、提高温度以及螺杆转速均
可降低物料在套筒中的黏度，同时螺杆速度的提高将减小物
料充满螺纹的数量（长度），从而降低电机的扭矩；而增加物
料的喂入速度可以增加螺杆的能量输入、增加物料充满螺纹
的数量（长度），导致电机扭矩的增加。
２．３　挤压参数对比机械能的影响
比机械能（ＳＭＥ）是单位质量物质的材料内部热的机械
能量消散。具体来说，它是从驱动电机进入到被挤压原料的
总功，是一个良好的挤压过程的表征。比机械能值表示的是
挤压过程中原料经历的分子分解或降解的程度［１９］，它是放
大的重要指标［２０］。由表３可知，比机械能与物料的含水量、
套筒温度、喂料速度、温度与水分交互项和水分与喂料速度
的交互项成负相关，而与螺杆转速、水分平方项、温度与喂料
速度的交互项和喂料速度的平方项成正相关，方程的相关系
数为０．８５，方程能够较好的进行拟合，但是不能完全描述比
机械能的变化，这说明还有其他因素与挤压参数产生作用。
如原料粒度和原料的成分［１７］等都可能对其产生影响。
２．４　挤压参数对模头压力的影响
依照Ｙａｃｕ的模型［２１］，模头压力与喂料速度和生料的黏
度有关。
Ｐ ＝
Ｑμ
Ｋｆ
（５）
式中：
Ｑ——— 产量，ｍ３／ｓ；
μ——— 黏度，Ｎ·ｓ／ｍ
２；
Ｋｆ——— 模孔导率，ｍ３。
水分含量、套筒温度、螺杆转的提高速均可降低物料的
粘性，导致压力下降，而提高喂料速度则直接会引起模头压力
的升高。方程的相关系数为０．９８１，说明通过水分、套筒温度、
螺杆转速和喂料速度可以很好的拟合并控制压力的变化。
Ｂｒｕｉｎ等［２２］在利用单螺杆挤压机进行谷物挤压试验时
发现当水分提高到一定程度时会增加挤压机的压力、扭矩和
ＳＭＥ值。他们把这种现象归结为是水分作为一种塑化剂起
到润滑作用的结果，同时它也有使淀粉形成凝胶化的作用，
所以在低水分含量时起到润滑作用，而提高水分增强了淀粉
凝胶作用导致压力、扭矩和ＳＭＥ值增加。由表３可知，压
０２
第２９卷第１期 解铁民等：挤压参数对薏米挤出产品物理特性的影响 　
力、扭矩和ＳＭＥ随着水分的一次项而降低，随着水分的二次
项而升高。由图２可知，扭矩可以最明显的反应出这种变
化；对ＳＭＥ而言在低温下（－２水平）随着水分的增加呈现
先下降然后增加的情况，这种现象在高温下（＋２水平）不如
低温下明显；而对于模头压力而言，从图２中观察这种先降
低再升高的现象非常不明显。
表３　压力、产品温度、扭矩和比机械能的回归系数
Ｔａｂｌｅ　３　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｄｉｅ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｅｒｃｅｎｔ　ｏｆ　ｔｏｒｑｕｅ，ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ
回归项 压力／Ｐａ 产品温度／℃ 扭矩／％ 比机械能／（ｋＪ·ｋｇ－１）
常数项 １４．５２７×１０５　 １５０．８６３　 １２．６９１　 ３３６．０７９
水分 －７．８３０×１０５＊＊＊ －１．９５０＊＊＊ －１．８４０＊＊＊ －３７．３９２＊＊＊
温度 －３．４６８×１０５＊＊＊ ６．８４２＊＊＊ －１．８７５＊＊＊ －５７．６２７＊＊＊
喂料量 ５．１９６×１０５＊＊＊ １．２３３＊＊ ４．１６４＊＊＊ －２６．８５５＊＊
转速 －２．１４８×１０５＊＊＊ － －１．５５５＊＊＊ ２４．７０５＊
水分×水分 １．５３９×１０５＊＊＊ －１．４９０＊＊＊ ０．９６２＊＊ ２６．１９０＊＊
水分×温度 １．０２０×１０５＊ － － －２９．９８０＊
水分×喂料量 －１．０９８×１０５＊ － －２．３３２＊＊＊ －４７．１１０＊＊＊
水分×转速 １．１５４×１０５＊＊ － － －
温度×温度 － － － －
温度×喂料量 － － － ３３．１４５＊＊
温度×转速 － － － －
喂料量×喂料量 －０．８０９×１０５＊ － ０．６５６＊ ２７．９４２＊＊
喂料量×转速 － － －０．９３６＊ －
转速×转速 － － － －
Ｒ２　 ０．９８１　 ０．９４２　 ０．９３２　 ０．８５８

　　　＊表示在Ｐ＜０．０５水平显著；＊＊表示在Ｐ＜０．０１水平显著；＊＊＊表示在Ｐ＜０．００１水平显著；－表示在０．０５水平不显著。























200
300
400
500
600
700
100
2
1
0
-1
-2
21
0-1
-2
温度Temperature/℃
水分
Moist
ure/%
比
机
械
能
Sp
ec
ifi
c
m
ec
ha
ni
ca
le
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rg
y/
（ k
J·
kg
-1
）







 


 

1
2
3
4
5
0
2
1
0
-1
-2
21
0-1
-2
温度Temperature/℃
水分
Moist
ure/%
模
头
压
力
Di
e
pr
es
su
re
/P
a







 

2
1
0
-1
-2
2
1
0
-1-2
温度Temperature/℃
水分
Moist
ure/%
10
12
14
16
18
20
22
24
8
扭
矩
To
rq
ue
/%
（a） （b） （c）
图２　温度和水分对比机械能、压力和扭矩的影响
Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｏｎ　ＳＭＥ，Ｄｉｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄ　Ｐｅｒｃｅｎｔ　ｏｆ　Ｔｏｒｑｕｅ
２．５　挤压参数对产品颜色的影响
由表４可知，水分含量、套筒温度和它们的交互项对产
品的亮度有显著影响，产品的红绿值 （ａ＊）只受到喂料速度
的影响，而黄蓝值（ｂ＊）受到水分、温度、喂料速度和它们交
互作用的影响。ＪＩＮ等［１７］对玉米粉、大豆纤维、糖和盐的混
合物进行挤压发现，产品的成分，对产品的颜色有显著影响，
其中黄蓝值的相关系数达到了０．９５，能够很好的描述黄蓝值
的变化，因此说明颜色的变化在受到挤压参数影响的同时，
还要受到物料成分的影响。
通过相关分析发现，模头处的压力会影响产品的颜色。
压力与产品的亮度 （Ｌ＊ 值）成正相关关系；与红绿值（ａ＊）
和黄蓝值（ｂ＊）成负相关关系。同时，扭矩也影响产品的
ａ＊、ｂ＊ 值 （呈负相关）。
１２
基础研究 　 ２０１３年第１期
表４　颜色的回归系数
Ｔａｂｌｅ　４　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｆｏｒ
ｌｉｇｈｔｎｅｓｓ，ｒｅｄｎｅｓｓ，ａｎｄ　ｙｅｌｏｗｎｅｓｓ
回归项 亮度Ｌ＊ 红绿值ａ＊ 黄蓝值ｂ＊
常数项 ８１．８４３　 ０．２６８　 １４．３１８
水分 －１．１０１＊＊＊ － ０．７１２＊＊＊
温度 ０．３１２＊ － ０．２９５＊
喂料量 －ｂ －０．２６４＊ －０．７７５＊＊＊
转速 － － －
水分×水分 ０．４０３＊＊ － －０．２９４＊
水分×温度 ０．４０７＊ － －
水分×喂料量 － － －
水分×转速 － － －
温度×温度 － － －
温度×喂料量 － － －０．３８５＊
温度×转速 － － －
喂料量×喂料量 － － －
喂料量×转速 － － －
转速×转速 － － －
Ｒ２　 ０．７２３　 ０．４１５　 ０．７３５

　　　＊表示在Ｐ＜０．０５水平显著；＊＊表示在Ｐ＜０．０１水平显
著；＊＊＊表示在Ｐ＜０．００１水平显著；－表示在０．０５水平
不显著。
２．６　挤压参数对产品密度、比长度和膨化度的影响
在实际生产过程中是以重量称量进行包装的，如果密度
等指标发生变化会使包装袋大小与产品体积发生不相适应
的情况而导致产品外溢等现象发生，因此研究产品的物理特
性在实际生产中有特别重要的意义。
由表５可知，薏米挤压产品的密度随着水分、水分平方
项、水分和转速交互项、喂料速度平方项的提高而升高，随着
温度、喂料速度、水分与喂料速度交互项的升高而下降，螺杆
转速对产品的密度没有影响。增加物料的水分含量，会降低
比长度值，而提高套筒温度和螺杆转速则会增加比长度值，
喂料速度对比长度值无显著影响。影响产品膨化度的因素
有喂料速度、螺杆转速、水分与螺杆转速的交互项、水分和喂
料速度的平方项，而水分和套筒温度对膨化度没有显著
影响。
通过方差分析发现，挤压模头处的压力与产品的密度有
明显的负相关关系，但没有发现压力与膨化度和比长度值有
相关性。
３　结论
（１）在试验范围内，使用双螺杆挤压机挤压蒸煮薏米过
程中，通过挤压操作参数水分、套筒温度、喂料速度和螺杆转
表５　密度、比长度、膨化度的回归系数
Ｔａｂｌｅ　５　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｂｕｌｋ　ｄｅｎｓｉｔｙ，
ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｌｅｎｇｔｈ，ａｎｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒａｔｉｏ
回归项 密度 比长度 膨化度
常数项 １３５．８９２　 ６４．２５　 ９．９８１
水分 ２０．８６７＊＊＊ －７．８２６＊＊＊ －
温度 －１４．５０３＊＊ １０．７２５＊＊＊ －
喂料量 －２２．７４０＊＊＊ － １．１２５＊＊＊
转速 － ７．３４９＊＊ －０．９６５＊＊
水分×水分 １２．０２０＊ － －０．５８６＊
水分×温度 － － －
水分×喂料量 －１４．３０３＊ － －
水分×转速 １９．８３０＊＊ － －１．１３３＊＊
温度×温度 － － －
温度×喂料量 － － －
温度×转速 － － －
喂料量×喂料量 ９．８３０＊ － －０．６７３＊
喂料量×转速 － － －
转速×转速 － － －
Ｒ２　 ０．７７７　 ０．６４１　 ０．６１９

　　　＊表示在Ｐ＜０．０５水平显著；＊＊表示在Ｐ＜０．０１水平显
著；＊＊＊表示在Ｐ＜０．００１水平显著；－表示在０．０５水平
不显著。
速可以很好的描述模头的压力、模头处物料的温度、挤压机
的扭矩。比机械能输入不仅与操作参数有关，还与物料中的
成分有关。
（２）在产品的颜色方面，物料含水量、套筒温度和它们
的交互项对产品的亮度有显著影响；产品的红绿值受到喂料
速度的影响；产品的黄蓝值受到物料含水率、套筒温度、喂料
速度、水分的平方项和温度与速度的平方项影响；模头处压
力及螺杆扭矩均会对产品颜色产生影响；螺杆转速对产品颜
色没有显著影响。
（３）物料水分含量、套筒温度、喂料速度、水分与喂料速
度和螺杆转速的交互项对产品密度有显著影响。水分、温度
和螺杆转速对比长度有显著影响，而喂料速度对比长度没有
影响。喂料速度、螺杆转速、水分与螺杆转速的交互项、水分
含量和喂料速度的平方项对产品的膨化度有显著影响。模
头处压力与产品密度成负相关关系。
参考文献
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（下转第１０１页）
２２
第２９卷第１期 解铁民等：挤压参数对薏米挤出产品物理特性的影响 　
吸
光
度
Ab
so
rb
an
ce
时间
Time/min
1.000
0







0.875
0.750
0.625
0.500
6030 90 150120 180
图３　供试品溶液的扫描时间曲线
Ｆｉｇｕｒｅ　３　Ｔｉｍｅ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ
表２　样品含量测定结果
Ｔａｂｌｅ　２　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ
ｉｎ　ｓａｍｐｌｅｓ（ｎ＝３）
样品号 总铁／％ 平均值／％ ＲＳＤ／％
１　 １０１．０１　 １００．１４　 ０．７６２
２　 ９９．８０
３　 ９９．６０
　　由表２可知，该方法重复性好，精密度高。
３　结论
本试验建立的分光光度法测定铁质叶酸片中总铁的含
量的方法比药典规定的滴定法操作简便，样品前处理简单，
精确度高，稳定性好，无干扰，为同类产品的质量控制提供了
一种有效实用的方法。
参考文献
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（上接第２２页）
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ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｉｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ－
ｓｃｒｅｗ　ｅｘｔｒｕｄｅｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｏｏｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｅｎｇ．，１９７８（２）：１～
３７．
１０１
第２９卷第１期 秦瑜丽：分光光度法测定铁质叶酸片中铁元素的含量