一、擠壓對有效賴氨酸含量的影響
小米-豆粕複合擠壓後有效賴氨酸的含量在2.68~3.27mg/g之間,保有率在34.1%~71.4%。回歸分析結果顯示,機筒溫度、物料水分、物料配比的1次項以及機筒溫度的2次項、機筒溫度與螺杆轉速、喂料速度與物料配比的交互作用對擠壓後有效賴氨酸含量的影響顯著,其中溫度的影響最大。隨擠壓溫度升高,有效賴氨酸含量快速降低;螺杆轉速的影響要小得多,在低溫時增加螺杆轉速使有效賴氨酸含量有所增加,而在高溫時有所降低。物料水分和配比產生的影響也較小,由於豆粕中有效賴氨酸的含量較高,增加物料中豆粕的含量可以提高產品中有效賴氨酸的含量;降低物料水分使有效賴氨酸的含量有所提高。由於溫度對有效賴氨酸含量有很大影響,所以在保證其他品質特性的情況下應盡量選擇較低的擠壓溫度。
二、有效賴氨酸含量變化的動力學分析
擠壓過程中物料發生變化的過程也可看作是一個反應過程,但是,與普通的反應不同,物料在擠壓機內的停留時間(即所經曆的反應時間)是不相等的,同時進入擠壓機的物料一部分較早排離模口而反應時間較短;另一部分較晚排離模口而反應時間較長,即物料在擠壓機內的停留時間出現分布。針對擠壓變化動力學研究中反應時間的取值問題,不同的研究者做法也不同。Bhattacharya等用最小停留時間[161]代表整體物料的反應時間;而Davidson等用熔融段的平均停留時間[408];Cai等采用突然停機的方法,先測出各段螺槽內物料的質量,除以質量流量得出物料在各段內的停留時間[42];Ibanoglu等[407]以及Lei等[411]用總平均停留時間代表反應時間。這些研究者都沒有考慮停留時間分布。Ilo等將物料在擠壓機內的流動分為輸送段和熔融段,輸送段的時間按柱塞流計算,總時間減去柱塞流時間即為反應時間,同時考慮了停留時間分布[163,409,410]。
第二篇第八章關於小米-豆粕複合擠壓中RTD的研究顯示p值在0.58~0.73之間,表明平均停留時間的58%~73%用於柱塞流,而柱塞流的輸送速度較熔融體輸送段的速度快得多,這說明擠壓腔中用於柱塞流的部分占總長度的比例會遠高於58%~73%。已有研究顯示停留時間主要分布在模頭區域[416]。因此,可以粗略推斷擠壓機的前3個區基本上為輸送區,而第三區的溫度在125~160℃之間。由前麵的論述可知,熱效應是影響賴氨酸損失的主要因素,輸送段的剪切效應雖然很小,但該段的熱效應不能忽視。因此,本研究中用物料在擠壓機內的總停留時間表示反應時間,並考慮停留時間分布。用代表擠壓樣品中賴氨酸的平均濃度,則可以用式(2-9-4)表示[417]。
(一)有效賴氨酸損失的反應級數
確定反應級數的方法有微分法和積分法兩種。由式(2-9-1)通過微分法可以確定賴氨酸損失的反應級數。
小米-豆粕複合擠壓中有效賴氨酸損失的反應級數求解,直線的斜率1.5即為反應級數。Ilo等對玉米粉的擠壓研究發現賴氨酸擠壓損失遵循1級動力學[409],與本研究的結果不一致,這可能因擠壓原料不同造成的;另外,他們研究中賴氨酸的損失率在11%~49%,而本研究中賴氨酸的損失率較高,在28.6%~65.9%。有研究顯示,隨著損失率的不同反應級數可能發生變化[418]。
(二)有效賴氨酸損失的速率常數
用平均停留時間tm代替式(2-9-3)中的時間t,這時C=,即擠壓樣品中有效賴氨酸的濃度為已知的測量值,C0也為已知值,n值已求出,則由式(2-9-3)可以計算出速率常數k的值,稱為km。把km作為初值帶入式(2-9-5),不斷改變k值,最後使式(2-9-5)右端的計算值等於左端的測定值,通過這種試錯的方法可以求出各試驗條件下的k值。