香菇粉擠壓膨化產品研發及其性質研究

徐興陽，梁文明，邵卓，徐慧，陳野（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

?

香菇粉擠壓膨化產品研發及其性質研究

徐興陽，梁文明，邵卓，徐慧，陳野*
（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

摘要：以香菇粉為原料，添加一定量的玉米淀粉，采用雙螺桿擠壓機擠壓膨化生產營養健康的香菇膨化食品。以綜合評分為指標設計正交試驗，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，內部有均勻小孔洞，口感細膩，酥脆可口，有特殊的香菇風味，感官評分最高為9.96分。在針對產品截面膨化率的單因素試驗中，結果表明香菇粉添加量為20 %時，產品截面膨化率最大為20.81；物料水分含量為25 %時產品最大截面膨化率為25.41，溫度在140℃時出現最大截面膨化率19.55。熱特性分析表明擠壓后產品的結晶溫度和焓變值均低于未擠壓的香菇粉，經電鏡觀察香菇粉由擠壓前的松散無規則片狀變成擠壓后的規則顆粒狀。

關鍵詞：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，它味道獨特鮮美[1]，富含VB族、鐵、鉀、VD，味甘、性平[2]可以預防佝僂病及貧血[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、預防動脈粥樣硬化[4]，促進人體消化吸收，清除體內自由基延緩衰老，提高機體免疫力預防疾病。王慧銘等[5]經研究發現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]經研究發現香菇多糖能改善骨髓造血機能，使外周淋巴細胞數量增加，提高免疫力抗腫瘤。Giavasis等[7]研究發現，香菇子實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價值。

目前香菇的食用方法主要為鮮香菇烹調食用和干香菇泡發食用，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生產香菇膨化食品，研究其生產工藝條件，如香菇粉添加量，物料水分含量，擠壓膨化溫度；同時分析膨化產品的質構特性、熱特性和結構特征。

1材料與方法

1.1試驗材料

香菇粉由江蘇振亞食品有限公司生產，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，其主要成分為：淀粉92 %、蛋白質6 %、脂肪0.5 %、灰分0.4 %。

1.2儀器和設備

SYSLG32—Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化實驗機：濟南賽百諾科技開發有限公司；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：天津普瑞斯儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1正交試驗設計

本試驗以單因素試驗結果為基礎，找出香菇玉米淀粉擠壓膨化較優工藝參數范圍，再進行三因素三水平正交試驗，并進行方差分析。正交試驗設計因素水平表見表1。

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

1.3.2產品感官評價及綜合評分

本試驗選取8名參加過食品感官課程培訓的評價員對膨化產品進行感官評價并計算平均值。對樣品隨機編號，評價員對產品進行獨立、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分的為不合格產品，8分以上為合格產品，9分以上為較優產品。感官評價標準如表2所示。

表2香菇粉擠壓膨化產品感官評價指標及評分標準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，把產品中截面膨化率最大值Xmax規定為10分，最小值Xmin定義為1.0分，其他膨化產品的截面膨化率分值為X，計算方法見式（1）。

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

1.3.3香菇玉米淀粉擠壓膨化產品特性研究

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品的膨化率。截面膨化率是指擠壓產品的橫截面積與擠壓機模孔截面積之比，對于柱狀擠出物，截面膨化率即擠壓產品的直徑與模孔直徑之比的平方。通常用截面膨化率來描述擠壓產品的膨脹程度[8]。將擠壓產品截成10 cm長的小段，用電子數顯卡尺測定其截面直徑，每個樣品測定10次，計算平均值。

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℃，擠出的膨化產品進行熱分析，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掃描電鏡觀察產品表觀形態

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

1.3.4香菇粉擠壓膨化食品質量檢測

根據國標GBT 22699-2008《膨化食品》，對香菇粉擠壓膨化食品進行質量檢測。

2結果與討論

2.1正交試驗結果分析

香菇粉擠壓膨化正交試驗結果見表3，正交試驗方差分析見表4。

表3香菇粉擠壓膨化正交試驗結果Table 3 Results of mushroom extrusion orthogonal experiment

表4正交試驗方差分析表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品的影響主次順序為：物料水分含量＞擠壓膨化溫度＞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最適參數為：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 %。經過方差分析發現物料水分含量的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，試驗組數較少，分析靈敏度不高的緣故。結合實際生產試驗，經過綜合考慮，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入雙螺桿擠壓機的機筒內，隨螺桿轉動物料在運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進行強烈垂直撞擊，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生美拉德反應，同時部分淀粉顆粒吸水膨脹，糊化程度提高，當物料到達出口前孔壁對其有摩擦剪切作用，物料到達模口處壓力降至蒸汽壓，甚至負壓的時候，物料中氣體急劇釋放產生大量氣泡，因此物料在模口處噴出瞬間發生膨化，體積迅速增大。

2.2產品質構特性結果分析

2.2.1香菇粉添加量對產品截面膨化率的影響

香菇粉添加量對產品膨化率的影響試驗結果見圖1。

圖1香菇粉添加量對產品膨化率的影響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，這可能是因為玉米淀粉顆粒在擠壓時其晶體是熔融態，從模孔處噴出的瞬間，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 %時產品截面膨化率最大為20.81，產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品膨化，同時香菇粉中大量糖類物質發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擠壓膨化溫度對產品膨化率的影響

擠壓膨化溫度對產品膨化率的影響見圖2。

由圖2可知，隨著溫度升高，產品截面膨化率先增大后減小。溫度在140℃時出現最大截面膨化率19.55，這可能是因為較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，物料中水分在機筒內迅速蒸發，物料黏度下降，對氣泡的束縛能力變差，導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和糖類物質降解并發生“美拉德”（Maillard）反應，導致物料焦炭化，不能擠出。

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

2.2.3物料水分含量對產品膨化率的影響

物料水分含量對產品膨化率的影響結果見圖3。

圖3物料水分含量對產品膨化率的影響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，這是由于擠壓機內是高溫高壓狀態，物料中的水分在模口處噴出瞬間會迅速汽化形成小氣囊，當物料中水分含量增加，淀粉和蛋白質吸水量會隨之增加，同時蛋白質變性，導致物料黏稠度增大，物料與擠壓膨化機的構件間摩擦力增大，物料向出口移動緩慢，在機桶內停留時間長，機筒內外壓力差較大，從而膨化度提高。當水分含量繼續增加，物料中的水分會對螺桿和機筒壁有一定的潤滑作用，造成物料在擠壓機內阻力相對減少，縮短了物料在擠壓腔內停留時間，也降低了擠壓腔內的溫度，從而導致產品膨化率降低[10-15]。

2.3產品熱特性分析結果

擠壓膨化產品熱特性分析結果見圖4，熱特性曲線數據見表5。

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

表5熱特性曲線數據Table 5 DSC curves data

由圖4和表5可知，擠壓膨化產品比香菇粉的T0、TP、TC值有所降低，這說明擠壓后的淀粉顆粒發生變性，淀粉分子從有序狀態到無序狀態轉變，同時伴隨能量變化，ΔH值降低，放熱減少，說明淀粉顆粒膨脹，結晶程度的致密結構有所下降，膨化產品耐熱性提高。

2.4掃描電鏡觀察產品表觀形態結果分析

擠壓膨化產品和香菇粉的電鏡掃描表觀形態結果見圖5。

圖5香菇粉和擠壓后產品表觀形態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，形態較大，表面無孔洞。擠壓后變成規則的顆粒狀，顆粒大小均勻，形狀規則，棱角分明。這可能是因為經過擠壓后物料中的可溶性物質析出，淀粉變性。

2.5香菇擠壓膨化食品質量檢測結果

香菇擠壓膨化食品質量檢測結果見表6。

表6香菇擠壓膨化食品質量檢測結果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勢，香菇擠壓膨化食品營養更均衡，克服了普通膨化食品碳水化合物含量較高，蛋白質含量較低，營養成分單一等缺點；產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　結論

通過試驗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℃，在此條件下產品的綜合評分最高為9.96分。在針對產品截面膨化率的單因素試驗中，當香菇粉添加量為20 %時產品最大截面膨化率為20.81，當物料水分含量為25 %時產品最大截面膨化率為25.41，當擠壓膨化溫度為140℃時產品最大截面膨化率為19.55；熱特性測試研究發現擠壓后產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品，發現物料顆粒結構變得規則有序，形態棱角分明。香菇粉擠壓膨化產品的工藝條件研究為該香菇膨化食品的規模化生產提供了技術支撐。

參考文獻：

[1]安晶晶,王成濤,劉國榮,等.鮮香菇與干香菇揮發性風味成分的GC-MS分析[J].食品工業科技, 2012,33(14): 68-71

[2] Chang R. Functional properties of edible mushrooms [J]. Nutrition Reviews(Burbank, Los Angeles County, Calif),2000,16(7/8): 694-696

[3]陶名熏.香菇的藥效和食品開發[J].食品科學,1986(10):11-13

[4] Kalaras Michael D, Beelman Robert B, Holick Michael F, et al. Generation of potentially bioactive ergosterol-derived products following pulsed ultraviolet light exposure of mushrooms (Agaricus bisporus)[J]. Food chemistry, 2012, 135(2): 396-401

[5]王慧銘,夏道宗,夏明,等.香菇多糖降血脂作用及其機制的研究[J].浙江中西醫結合雜志, 2005, 15(10): 599-602

[6]林卡莉,呂軍華,徐鷹,等.香菇多糖調節荷瘤小鼠的免疫功能[J].解剖學雜志, 2009, 32(2): 166-169

[7] Giavasis, loannis. Bioactive fungal polysaccharides as potential functional ingredients in food and nutraceuticals[J]. Current Opinion in Biotechnology, 2014, 26C : 162-173

[8] L ALVAREZ -MARTINEZ, K P KONDURY, J M HARPER. A General Modelfor Expansionof Extruded Products[J]. Journal of food science, 1988, 53 (2): 609-615

[9] Ye Chen, Ran Ye, Luo Yin, et al. Novel blasting extrusion processing improved the physicochemical properties of soluble dietary fiber from soybean residue and in vivo evaluation[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 120 : 1-8

[10]王文賢,劉學文,謝永洪,等.雞肉-大米膨化食品雙螺桿擠壓工藝參數的優化研究[J].農業工程學報,2004,20(6): 223-226

[11]吳衛國,田梅,王建,等.大米、玉米復合膨化食品生產工藝的研究[J].糧食與飼料工業,1999(4): 30-31

[12]楊綺云,李德溥,徐克非.操作參數對雙螺桿擠壓機擠壓效果影響的研究[J].食品科學, 2001,22(2):14-17

[13]蔣長興,魏益民.雙螺桿擠壓制備谷物營養早餐的研究[J].廣州食品工業科技,2012,28(9): 1186-1189,1211

[14]易文芝,鄧潔紅,湯志才,等.擠壓膨化提高含豆渣產品可溶性膳食纖維的工藝研究[J].糧油食品科技,2012,20(1): 12-15

[15]李俠,牛秋云,馮建國,等.超聲波輔助提取蒲公英中生物堿的工藝研究[J].吉林農業大學學報,2013,35(2): 233-235

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：農副產品加工。

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