香菇粉擠壓膨化產(chǎn)品研發(fā)及其性質(zhì)研究

徐興陽，梁文明，邵卓，徐慧，陳野（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

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香菇粉擠壓膨化產(chǎn)品研發(fā)及其性質(zhì)研究

徐興陽，梁文明，邵卓，徐慧，陳野*
（天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津300457）

摘要：以香菇粉為原料，添加一定量的玉米淀粉，采用雙螺桿擠壓機(jī)擠壓膨化生產(chǎn)營養(yǎng)健康的香菇膨化食品。以綜合評分為指標(biāo)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得出香菇粉擠壓膨化最佳工藝條件為：香菇粉添加量25%，物料水分含量20 %，擠壓膨化溫度140℃。在此條件下，香菇粉擠壓膨化食品成淺褐色，有光澤，內(nèi)部有均勻小孔洞，口感細(xì)膩，酥脆可口，有特殊的香菇風(fēng)味，感官評分最高為9.96分。在針對產(chǎn)品截面膨化率的單因素試驗(yàn)中，結(jié)果表明香菇粉添加量為20 %時，產(chǎn)品截面膨化率最大為20.81；物料水分含量為25 %時產(chǎn)品最大截面膨化率為25.41，溫度在140℃時出現(xiàn)最大截面膨化率19.55。熱特性分析表明擠壓后產(chǎn)品的結(jié)晶溫度和焓變值均低于未擠壓的香菇粉，經(jīng)電鏡觀察香菇粉由擠壓前的松散無規(guī)則片狀變成擠壓后的規(guī)則顆粒狀。

關(guān)鍵詞：香菇；擠壓膨化；截面膨化率；熱特性；掃描電鏡

香菇（Lentinus edoes）是一種重要的食藥用栽培真菌，是世界第二大食用真菌，素有“山珍之王”、“植物性食品的頂峰”等美稱。香菇在中國，韓國，日本有很高的市場占有率，是深受人們喜愛的食用菌類，它味道獨(dú)特鮮美[1]，富含VB族、鐵、鉀、VD，味甘、性平[2]可以預(yù)防佝僂病及貧血[3-4]。香菇中的香菇多糖、膳食纖維等活性成分可以降低膽固醇、預(yù)防動脈粥樣硬化[4]，促進(jìn)人體消化吸收，清除體內(nèi)自由基延緩衰老，提高機(jī)體免疫力預(yù)防疾病。王慧銘等[5]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)香菇多糖對高脂血癥大鼠有明顯的降低血清總膽固醇的作用，林卡莉等[6]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)香菇多糖能改善骨髓造血機(jī)能，使外周淋巴細(xì)胞數(shù)量增加，提高免疫力抗腫瘤。Giavasis等[7]研究發(fā)現(xiàn)，香菇子實(shí)體中許多生物活性成分是研制新型功能性食品和保健品的最佳選擇，這些活性物質(zhì)無毒無害且具有抗菌、抗癌、降低膽固醇、降血糖等特性。以上研究表明，香菇具有極高的食用價值和營養(yǎng)價值。

目前香菇的食用方法主要為鮮香菇烹調(diào)食用和干香菇泡發(fā)食用，香菇的加工方法單一，貯藏期短，不可直接食用。本研究利用擠壓膨化技術(shù)生產(chǎn)香菇膨化食品，研究其生產(chǎn)工藝條件，如香菇粉添加量，物料水分含量，擠壓膨化溫度；同時分析膨化產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性、熱特性和結(jié)構(gòu)特征。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

香菇粉由江蘇振亞食品有限公司生產(chǎn)，其主要成分為：粗蛋白11.87 %、粗脂肪2.39 %、總糖52 %、粗纖維7.8 %、灰分3.78 %；玉米淀粉由即墨市靈鳥食品輔料廠生產(chǎn)，其主要成分為：淀粉92 %、蛋白質(zhì)6 %、脂肪0.5 %、灰分0.4 %。

1.2儀器和設(shè)備

SYSLG32—Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化實(shí)驗(yàn)機(jī)：濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司；DSC-60A島津自動差示量熱掃描儀：日本島津公司；SU1510掃描式電子顯微鏡：日本日立公司；756PC紫外分光光度計(jì)：天津普瑞斯儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以單因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，找出香菇玉米淀粉擠壓膨化較優(yōu)工藝參數(shù)范圍，再進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，并進(jìn)行方差分析。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表見表1。

表1香菇粉擠壓膨化正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal test level of mushroom extrusion

1.3.2產(chǎn)品感官評價及綜合評分

本試驗(yàn)選取8名參加過食品感官課程培訓(xùn)的評價員對膨化產(chǎn)品進(jìn)行感官評價并計(jì)算平均值。對樣品隨機(jī)編號，評價員對產(chǎn)品進(jìn)行獨(dú)立、客觀評價，每個樣品評價之間有一定的時間間隔，使用清水簌口，評價員之間無交流，評價采用十分制，低于6.0分的為不合格產(chǎn)品，8分以上為合格產(chǎn)品，9分以上為較優(yōu)產(chǎn)品。感官評價標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2香菇粉擠壓膨化產(chǎn)品感官評價指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The mushroom extrusion sensory evaluation and scoring standard

膨化率評分采用線性插值法，具體方法為：采用十分制，把產(chǎn)品中截面膨化率最大值Xmax規(guī)定為10分，最小值Xmin定義為1.0分，其他膨化產(chǎn)品的截面膨化率分值為X，計(jì)算方法見式（1）。

通過計(jì)算膨化率方程得出相應(yīng)分值，再進(jìn)行綜合評分，綜合評分計(jì)算公式見式（2）。

1.3.3香菇玉米淀粉擠壓膨化產(chǎn)品特性研究

1.3.3.1截面膨化率的測定

本研究采用測定截面膨化率來表示香菇粉擠壓膨化產(chǎn)品的膨化率。截面膨化率是指擠壓產(chǎn)品的橫截面積與擠壓機(jī)模孔截面積之比，對于柱狀擠出物，截面膨化率即擠壓產(chǎn)品的直徑與?？字睆街鹊钠椒健ＭǔＳ媒孛媾蚧蕘砻枋鰯D壓產(chǎn)品的膨脹程度[8]。將擠壓產(chǎn)品截成10 cm長的小段，用電子數(shù)顯卡尺測定其截面直徑，每個樣品測定10次，計(jì)算平均值。

1.3.3.2熱特性分析

使用差示掃描量熱儀對最優(yōu)條件下香菇粉添加量25 %，物料水分含量20 %，擠壓膨化溫度140℃，擠出的膨化產(chǎn)品進(jìn)行熱分析，精確稱取3 mg~5 mg樣品于密封坩鍋，升溫速率10℃/min，升溫范圍25℃~ 250℃，觀察熱特性曲線[9]。

1.3.3.3掃描電鏡觀察產(chǎn)品表觀形態(tài)

將樣品粉碎后，利用高真空鍍機(jī)對試樣表面噴金，噴金時間60 s，置于掃描電鏡下觀察香菇擠壓膨化產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.4香菇粉擠壓膨化食品質(zhì)量檢測

根據(jù)國標(biāo)GBT 22699-2008《膨化食品》，對香菇粉擠壓膨化食品進(jìn)行質(zhì)量檢測。

2結(jié)果與討論

2.1正交試驗(yàn)結(jié)果分析

香菇粉擠壓膨化正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，正交試驗(yàn)方差分析見表4。

表3香菇粉擠壓膨化正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of mushroom extrusion orthogonal experiment

表4正交試驗(yàn)方差分析表Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

由表3和表4可知，A、B、C 3個因素的極差值均大于空列的極差值，所以A、B、C 3個因素的效應(yīng)是存在的。擠壓膨化溫度、物料水分含量、香菇粉含量3個因素對擠壓膨化產(chǎn)品的影響主次順序?yàn)椋何锪纤趾浚緮D壓膨化溫度＞香菇粉含量。A因素以A1水平為最適；B因素以B1水平最適；C因素以C3水平最適。因此，香菇粉玉米淀粉擠壓膨化試驗(yàn)最適參數(shù)為：A1B1C3，即物料水分含量為20 %，擠壓膨化溫度為140℃，香菇粉含量為25 %。經(jīng)過方差分析發(fā)現(xiàn)物料水分含量的F值為顯著，說明物料水分含量不同對擠壓膨化產(chǎn)品的影響差異顯著。擠壓膨化溫度和香菇粉含量F值相對差異不顯著，可能是由于誤差自由度較小，試驗(yàn)組數(shù)較少，分析靈敏度不高的緣故。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)，經(jīng)過綜合考慮，得到擠壓的最適條件為物料水分含量20 %，擠壓膨化溫度140℃，香菇粉含量25 %，所得綜合評分最高為9.96分。

香菇粉玉米淀粉混合物料進(jìn)入雙螺桿擠壓機(jī)的機(jī)筒內(nèi)，隨螺桿轉(zhuǎn)動物料在運(yùn)送過程中受到來自腔筒加熱套的熱作用，10 MPa~50 MPa的壓力，會形成固-液混合相熔融的流體，在壓力作用下物料在極小空間內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)烈垂直撞擊，在撞擊過程中釋放大部分能量，物料中的淀粉可以很好的糊化并發(fā)生美拉德反應(yīng)，同時部分淀粉顆粒吸水膨脹，糊化程度提高，當(dāng)物料到達(dá)出口前孔壁對其有摩擦剪切作用，物料到達(dá)?？谔帀毫抵琳羝麎?，甚至負(fù)壓的時候，物料中氣體急劇釋放產(chǎn)生大量氣泡，因此物料在模口處噴出瞬間發(fā)生膨化，體積迅速增大。

2.2產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果分析

2.2.1香菇粉添加量對產(chǎn)品截面膨化率的影響

香菇粉添加量對產(chǎn)品膨化率的影響試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1香菇粉添加量對產(chǎn)品膨化率的影響Fig.1 The influence of mushroom content on product sectional expansion indices

由圖1可知，產(chǎn)品膨化率先略有增高后急劇下降。這是由于一定比例的香菇粉與玉米淀粉混合，可以提高香菇粉擠壓膨化率，這可能是因?yàn)橛衩椎矸垲w粒在擠壓時其晶體是熔融態(tài)，從?？滋巼姵龅乃查g，氣泡壁破裂的臨界張力比單純膨化香菇粉的張力大，所以氣泡不易破裂，從而香菇粉和玉米淀粉混合物的膨化率增大。在香菇粉添加量為20 %時產(chǎn)品截面膨化率最大為20.81，產(chǎn)品外形蓬松口感較好；香菇粉添加量大于20 %時截面膨化率降低，這可能是由于玉米淀粉含量逐漸降低，淀粉糊化度降低阻礙產(chǎn)品膨化，同時香菇粉中大量糖類物質(zhì)發(fā)生降解可能與淀粉分子間形成氫鍵，不利于截面膨化率提高。

2.2.2擠壓膨化溫度對產(chǎn)品膨化率的影響

擠壓膨化溫度對產(chǎn)品膨化率的影響見圖2。

由圖2可知，隨著溫度升高，產(chǎn)品截面膨化率先增大后減小。溫度在140℃時出現(xiàn)最大截面膨化率19.55，這可能是因?yàn)檩^高的溫度有利于提高淀粉的糊化程度，降低物料黏度同時淀粉分子內(nèi)氫鍵斷裂加快，從而得到較大的截面膨化率。在擠壓膨化溫度為130℃和170℃時產(chǎn)品擠出效果最差，溫度過低，物料中的玉米淀粉不能很好糊化，淀粉分子降解度低；溫度過高，物料中水分在機(jī)筒內(nèi)迅速蒸發(fā)，物料黏度下降，對氣泡的束縛能力變差，導(dǎo)致氣泡容易破裂截面膨化率降低，同時，高溫時原料中的蛋白質(zhì)和糖類物質(zhì)降解并發(fā)生“美拉德”（Maillard）反應(yīng)，導(dǎo)致物料焦炭化，不能擠出。

圖2擠壓膨化溫度對產(chǎn)品膨化率的影響Fig.2 The influence of barrel temperature on product sectional expansion indices

2.2.3物料水分含量對產(chǎn)品膨化率的影響

物料水分含量對產(chǎn)品膨化率的影響結(jié)果見圖3。

圖3物料水分含量對產(chǎn)品膨化率的影響Fig.3 The influence of moisture content on product sectional expansion indices

由圖3可知，產(chǎn)品截面膨化率隨物料水分含量的增加呈先增大后減小的趨勢，這是由于擠壓機(jī)內(nèi)是高溫高壓狀態(tài)，物料中的水分在?？谔巼姵鏊查g會迅速汽化形成小氣囊，當(dāng)物料中水分含量增加，淀粉和蛋白質(zhì)吸水量會隨之增加，同時蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致物料黏稠度增大，物料與擠壓膨化機(jī)的構(gòu)件間摩擦力增大，物料向出口移動緩慢，在機(jī)桶內(nèi)停留時間長，機(jī)筒內(nèi)外壓力差較大，從而膨化度提高。當(dāng)水分含量繼續(xù)增加，物料中的水分會對螺桿和機(jī)筒壁有一定的潤滑作用，造成物料在擠壓機(jī)內(nèi)阻力相對減少，縮短了物料在擠壓腔內(nèi)停留時間，也降低了擠壓腔內(nèi)的溫度，從而導(dǎo)致產(chǎn)品膨化率降低[10-15]。

2.3產(chǎn)品熱特性分析結(jié)果

擠壓膨化產(chǎn)品熱特性分析結(jié)果見圖4，熱特性曲線數(shù)據(jù)見表5。

圖4香菇粉和擠壓膨化產(chǎn)品熱曲線圖Fig.4 DSC curves of mushroom powder and extrusion product

表5熱特性曲線數(shù)據(jù)Table 5 DSC curves data

由圖4和表5可知，擠壓膨化產(chǎn)品比香菇粉的T0、TP、TC值有所降低，這說明擠壓后的淀粉顆粒發(fā)生變性，淀粉分子從有序狀態(tài)到無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變，同時伴隨能量變化，ΔH值降低，放熱減少，說明淀粉顆粒膨脹，結(jié)晶程度的致密結(jié)構(gòu)有所下降，膨化產(chǎn)品耐熱性提高。

2.4掃描電鏡觀察產(chǎn)品表觀形態(tài)結(jié)果分析

擠壓膨化產(chǎn)品和香菇粉的電鏡掃描表觀形態(tài)結(jié)果見圖5。

圖5香菇粉和擠壓后產(chǎn)品表觀形態(tài)Fig.5 SEM micrographs of mushroom powder and extrusion products

通過電鏡觀察，香菇粉擠壓前為無序片狀，形態(tài)較大，表面無孔洞。擠壓后變成規(guī)則的顆粒狀，顆粒大小均勻，形狀規(guī)則，棱角分明。這可能是因?yàn)榻?jīng)過擠壓后物料中的可溶性物質(zhì)析出，淀粉變性。

2.5香菇擠壓膨化食品質(zhì)量檢測結(jié)果

香菇擠壓膨化食品質(zhì)量檢測結(jié)果見表6。

表6香菇擠壓膨化食品質(zhì)量檢測結(jié)果Table 6 Quality inspection results of mushroom extrusion products

由表6可知，香菇擠壓膨化食品相比普通膨化食品有明顯的優(yōu)勢，香菇擠壓膨化食品營養(yǎng)更均衡，克服了普通膨化食品碳水化合物含量較高，蛋白質(zhì)含量較低，營養(yǎng)成分單一等缺點(diǎn)；產(chǎn)品中含有一定量的微量元素硒，鈣，鐵，對人體健康非常有益，是一種新型的膨化食品。

3　結(jié)論

通過試驗(yàn)確定香菇粉與玉米淀粉擠壓膨化的最佳工藝為：香菇粉含量25 %，水分含量20 %，擠壓溫度140℃，在此條件下產(chǎn)品的綜合評分最高為9.96分。在針對產(chǎn)品截面膨化率的單因素試驗(yàn)中，當(dāng)香菇粉添加量為20 %時產(chǎn)品最大截面膨化率為20.81，當(dāng)物料水分含量為25 %時產(chǎn)品最大截面膨化率為25.41，當(dāng)擠壓膨化溫度為140℃時產(chǎn)品最大截面膨化率為19.55；熱特性測試研究發(fā)現(xiàn)擠壓后產(chǎn)品的焓變值降低耐熱性有所提高；由掃描電鏡觀察擠壓后產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)物料顆粒結(jié)構(gòu)變得規(guī)則有序，形態(tài)棱角分明。香菇粉擠壓膨化產(chǎn)品的工藝條件研究為該香菇膨化食品的規(guī)?；a(chǎn)提供了技術(shù)支撐。

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Study of the Optimal Conditions and Characteristics of Mushroom Extrusion Product

XU Xing-yang，LIANG Wen-ming，SHAO Zhuo，XU Hui，CHEN Ye*
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

Abstract：The aim of this research was to extrude mushroom using a twin screw extruder（SYSLG32-II，Jinan）.The design of orthogonal experiment was through composite scores，then it was obtained the optimum conditions of mushroom extrusion. The results showed that the optimal conditions were as follows：barrel temperature 140℃，moisture content 20 %，mushroom content 25 %. Under these conditions，the product achieved the highest sensory scores 9.96. It was a light brown，shiny，delicate，crispy mushroom flavor snack. The research of sectional expansion indices of the product showed that when the conditions were mushroom content 20 %，moisture content 25 %，and barrel temperature 140℃，the maximum sectional expansion indices was 20.81，25.41，19.55，respectively. The crystallization temperature of extrusion products was lower than mushroom powder. The mushroom powder was loose flakes without rules while the extrusion products were regularly-shaped particles.

Key words：mushroom；extrusion process conditions；sectional expansion indices；DSC；SEM

收稿日期：2015-04-17

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.01.022

*通信作者：陳野（1968—），男（漢），教授，博士，研究方向：農(nóng)副產(chǎn)品加工。

作者簡介：徐興陽（1990—），女（漢），碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與物流保鮮。