響應面優化天然黑木耳紙的生產工藝及其物性研究

高婷婷，吳玉瑩，劉 陽，王大為（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林長春130118）

響應面優化天然黑木耳紙的生產工藝及其物性研究

高婷婷，吳玉瑩，劉 陽，王大為*
（吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林長春130118）

采用單因素和響應面實驗對純天然黑木耳紙生產工藝進行優化，對影響工藝的主要因素：黑木耳粉粒度、液料比、涂膜厚度進行研究和分析。采用質構儀對黑木耳薄片的硬度、內聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性等物性指標進行測定。結果表明：對黑木耳紙感官評分值影響因素由大到小依次為木耳粉粒度＞液料比＞涂膜厚度。當涂膜厚度1.1 mm、液料比15.2∶1 mL/g、木耳粉粒度200目時，天然黑木耳紙感官評分值為97.2分。在此工藝條件下，黑木耳紙物性為硬度5.42，內聚性1.71，彈性1.24，膠黏性5.35，咀嚼性1.37。

純天然，黑木耳紙，工藝，物性

黑木耳［Auricularia auricula（L.ex Hook.）Underw］屬擔子菌綱，木耳目、木耳科、木耳屬，是我國特別珍貴的藥食兼用的膠質真菌［1-2］。有調查研究表明，黑木耳具有天然膠作用，有粘結功能，黑木耳中的多糖類物質具有多種生理活性及藥用價值。同時營養含量豐富，被美譽為“菌中之冠”。黑木耳除含有常規成分外，鐵的含量比肉類高100倍，鈣的含量是肉類的30～70倍［3-5］。

近年來，隨著黑木耳產量及市場流通環節的增加，碎黑木耳也隨之增加，而在生產加工過程中，也會產生大量的碎木耳，其中有很多會被人棄用，導致原料的浪費。充分利用這些生產加工中被大量棄用的碎木耳，加工制作成薄片食品［6-7］，在資源重新利用的同時能夠增加食用菌產品的多樣性，為食用菌產業的發展給予支持。

目前，常見添加黑木耳成分制作餅干、蛋糕、飲料等制品，楊春瑜等［8］采用黑木耳碎片加膠成膜并調味，最后烤制為成品黑木耳紙。而對于純天然黑木耳紙的制作并用物性儀檢驗其成分的研究未見報道。本研究采用吉林省蛟河縣黃松甸鎮在包裝中產生的碎黑木耳作為原料，采用超微粉碎的方法，利用黑木耳天然粘合作用，在不破壞黑木耳原有的色、香、味及營養成分的基礎上，經過烘箱烘制成香脆可口美味的即食黑木耳紙方便休閑食品，對碎黑木耳開發利用創造途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑木耳 吉林省蛟河縣黃松甸鎮；酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸銅、硫代硫酸鈉、亞甲藍、無水乙醇、無水乙醚、醋酸、亞鐵氰化鉀等 均為分析純，北京化工廠。

XYF-E型遠紅外線食品烤爐 廣州電熱設備廠；ZDF-6050型真空干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；標準篩 浙江上虞市長征沙篩廠；HYP-1004消化爐 上海纖檢儀器有限公司；Q-250A3高速多功能粉碎機 上海冰都電器有限公司；GB-204型分析天平 德國賽多利斯特儀器有限公司；MB-45型快速水分測定儀 美國奧豪斯儀器有限公司；WFJ-8型超微粉碎機 江陰市億豐機械設備有限公司；TA.XT-plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黑木耳粉的制備 取適量符合食品衛生要求的碎黑木耳，將其與水按1∶10的比例浸泡2 h，充分漲潤后，洗滌去根處理，將黑木耳烘干，粉碎，過篩備用。1.2.2 黑木耳粉成分分析 水分測定：參照GB5009.3-2010《食品中水分的測定》直接干燥法；碳水化合物測定：參照《食品中碳水化合物的測定方法》；鉀的測定：參照GB/T 5009.91-2003《食品中鉀、鈉的測定》；鈣的測定：參照GB/T 5009.92-2003《食品中鈣的測定》；鐵的測定：參照GB/T 5009.90-2003《食品中鐵、鎂、錳的測定》；脂肪測定：參照GB/T 14772-2008《食品中脂肪的測定》索氏提取法；蛋白質測定：參照GB5009.5-2010《食品中蛋白質的測定》分光光度法。1.2.3 工藝流程 黑木耳粉→潤料（黑木耳粉與水混合均勻，放置40 min以上）→涂膜→烘烤（遠紅外烤箱進行烘烤25 min，再80℃烘烤60 min）→冷卻→揭膜→微波滅菌（微波功率1200 W，60 s）→包裝→成品。

1.2.4 天然黑木耳紙生產工藝單因素實驗

1.2.4.1 黑木耳粉粒度對天然木耳紙感官評分的影響 在液料比為15∶1 mL/g、涂膜厚度為1.0 mm的條件下，黑木耳粉粒度分別為160、180、200、220、240目時，以感官評分為評價指標，考察黑木耳粉粒度對天然黑木耳紙感官評分的影響。

1.2.4.2 液料比對天然黑木耳紙感官評分的影響 在木耳粉粒度為200目、涂膜厚度為1.0 mm的條件下，液料比分別為13∶1、14∶1、15∶1、16∶1、17∶1 mL/g時，以感官評分為評價指標，考察液料比對天然木耳紙感官評分的影響。

1.2.4.3 涂膜厚度對天然黑木耳紙感官評分的影響

在液料比為15∶1 mL/g、黑木耳粉粒度為200目的條件下，涂膜厚度分別為0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mm時，以感官評分為評價指標，考察料液比對天然木耳紙感官評分的影響。

1.2.5 天然黑木耳紙生產工藝參數的優化 綜合考慮單因素實驗結果，以涂膜厚度（X1）、液料比（X2）、黑木耳粉粒度（X3）作為響應因素，以天然黑木耳紙感官評分（Y）為響應值，設計三因素三水平的響應面實驗，確定最佳工藝參數。實驗設計因素水平見表1。

表1 Box-Behnken中心組合實驗因素水平表Table1 Factors and their coded levels in the Box-Behnken experimental design

1.2.6 天然黑木耳紙感官評分指標 黑木耳紙作為食用菌產品類型中的新型食品，產品的感官品質尤為重要，能刺激味覺神經，產品表面的光滑性、完整性，裂痕、裂紋情況直接影響消費者對產品的整體感覺，顏色是否均一，口感是否純正，形態是否完整等對感官評分都具有直接影響，具體評分情況見表2。

表2 天然黑木耳紙感官評分指標Table2 Natural edible fungus paper sensory score index standard

1.2.7 黑木耳紙的質構測定 取形態完好的烘烤冷卻后的木耳薄片。調整質構儀在TPA（Texture Profile Analysis）模式下測定木耳薄片的質構指標（硬度、內聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性），具體測定方法為：將完整的木耳薄片放在測試臺中央，將木耳薄片放置平整，上下不能有懸空和凸起，每組樣品做5次平行實驗，取其平均值。測定參數：測前速度1.00 mm/s；測試速度0.5 mm/s；壓縮比90.0%；2次壓縮間隔時間為5.00 s；探頭型號SMSP50。比較工藝優化前后物性變化。

1.2.8 數據處理方法 采用Design-Expert 8.0.6軟件及Box-Behnken中心設計原理處理數據，確定最佳工藝參數。

2 結果與分析

2.1 黑木耳粉基本成分

黑木耳粉的基本成分見表3，可見其營養均衡，且富含礦物質。

2.2 天然黑木耳紙生產工藝單因素實驗結果與分析

2.2.1 木耳粉粒度對天然木耳紙感官評分的影響由圖1可以看出，隨著黑木耳粉粒度的增加，天然黑木耳紙感官評分值先增大，當木耳粉粒度達到200目時感官評分達到最大，為96.7分。當黑木耳粉目數繼續增大時，感官評分值幾乎不變。原因可能是，當木耳粉目數較小時，口感較粗糙，影響產品品質，當木耳超微粉碎目數增大后，粉質變得細膩，口感圓潤，入口柔和，當粉碎粒度達到一定程度時，細胞被破壞，其中的蛋白質成分被釋放出來，故而感官評分較高［15-16］。結合圖3結果，選擇木耳粉粒度為180、200、220目為多因素的研究水平。

表3 黑木耳粉基本成分表（每100 g）Table3 Basic ingredients of agaric powder（per 100 g）

圖1 木耳粉粒度對天然木耳紙感官評分的影響Fig.1 Effect of particle size on natural edible fungus paper sensory score

2.2.2 液料比對天然木耳紙感官評分的影響 由圖2可以看出，天然黑木耳紙感官評分在液料比為14∶1 mL/g時較小，伴隨液料比的增加，感官評分逐漸變大；當液料比達到15∶1 mL/g時，感官評分值達到最大，為96.5分；當液料比繼續變大后感官評分也隨之下降，可能原因是，當加水量較少時，木耳未完全脹潤，口感較粗糙，而當黑木耳完全復水后口感最佳，當水過多時，隨著烘烤時間也會延長，導致口感會變差［12-14］。根據圖2結果，選擇液料比分別為14∶1、15∶1、16∶1 mL/g為多因素的研究水平。

圖2 液料比對天然木耳紙感官評分的影響Fig.2 Effect of water-material ratio on natural edible fungus paper sensory score

2.2.3 涂膜厚度對天然黑木耳紙感官評分的影響 由圖3可以看出，隨著涂膜厚度的增加，天然黑木耳紙感官評分值先增大，當涂膜厚度達到1.0 mm時感官評分達到最大，為96.6分。由于木耳紙產品完整性和口感逐漸變好，當涂膜厚度繼續增大時，感官評分值下降，原因可能是當涂膜厚度繼續變大后，產品口感會粗糙［9-11］。結合圖3結果，選擇涂膜厚度為0.8、1.0、1.2 mm為響應面實驗的研究水平。

圖3 涂膜厚度對天然黑木耳紙感官評分的影響Fig.3 Effect of coating thickness on natural edible fungus paper sensory score

2.3 響應面實驗優化天然黑木耳紙生產工藝參數的優化

2.3.1 天然黑木耳紙生產工藝數學模型的建立與顯著性檢驗 采用Box-Benhnken實驗設計，以單因素實驗結果為基礎，進行三因素三水平的響應面RSM （response surface methodology）分析實驗?？疾焱磕ず穸龋╔1）、液料比（X2）、木耳粉粒度（X3）對天然木耳紙感官評分（Y）的影響，實驗設計方案及結果見表4。

表4 天然木耳紙生產工藝Box-Benhnken實驗設計及結果Table4 Box-Benhnken design arrangement and experimental results of natural edible fungus paper production process

采用Design-Expert 8.0.6軟件對表3進行多元回歸擬合、方差分析及顯著性檢驗，得到以天然黑木耳紙感官評分為目標函數，關于各條件編碼值的二次回歸方程為：

對該模型進行顯著性檢驗，可得到方差分析見表5，模型的可信度分析見表6。

表5 回歸方程方差分析表Table5 Analysis of variance table for regression model

表6 回歸模型的可信度分析Table6 Reliability analysis of the established regression model

由表5、表6可知，模型的p值小于0.0001，遠小于0.01，說明該模型極顯著，回歸模型與實際測定數值能夠很好的擬合，實驗誤差較小，因此，可以用該回歸方程代替實驗真實值對實驗結果進行分析，R2= 98.65%，預測值與實測值之間具有高度的相關性，說明方程可靠性較高。在回歸模型中，一次項X2、X3，交互項X2X3，二次項X、X、X，均表現出了極顯著水平；一次項X1，交互項X1X3，均表現出了顯著水平。方差分析結果還表明，影響天然木耳紙感官評分由強到弱的因素為木耳粉粒度＞料液比＞涂膜厚度。

2.3.2 各因素的交互作用對天然木耳紙感官評分影響的響應面分析 響應面圖是響應值對應各因素X1、X2、X3所構成的三維空間曲面圖，可直觀反應各因素的交互作用［17-18］。在固定另外兩個因素的情況下，對模型進行降維分析，以考察各因素間的交互作用對響應值天然木耳紙感官評分的影響。由Design-Expert 8.0.6軟件對其進行統計分析，所得響應面及其等高線見圖4。等高線能夠較直觀的反映出各個因素交互作用對響應值的影響。等高線中的橢圓形表示兩因素交互作用顯著，而圓形則表示兩因素交互作用不顯著。液料比（X2）與木耳粉粒度（X3）之間的交互作用極顯著，具體表現為等高線圖呈明顯的橢圓形，涂膜厚度（X1）與木耳粉粒度（X3）之間的交互作用顯著，等高線圖呈現出橢圓形，而涂膜厚度（X1）與液料比（X2）之間的交互作用不顯著，具體表現為等高線圖幾乎呈現為圓形。

圖4 各兩因素交互作用響應面Fig.4 Response surfaces of the interactive effects of each two factors

2.3.3 優化天然黑木耳紙生產工藝參數 通過回歸方程得出最佳工藝參數為涂膜厚度1.07 mm、液料比15.23∶1 mL/g、木耳粉粒度202.96目。在此條件下天然木耳紙感官評分為96.8分。為便于實際操作，將參數修正為涂膜厚度為1.1 mm、液料比為15.2∶1 mL/g、木耳粉粒度為200目。采用修正后的工藝參數進行3次驗證實驗，制得天然木耳紙感官評分的平均值為97.2分，與理論預測值較為接近，表明數學模型對優化天然木耳紙生產工藝參數是可行的。

2.4 優化工藝參數對黑木耳紙物性的影響

在原工藝條件下，黑木耳紙物性為硬度7.14，內聚性0.65，彈性0.54，膠黏性4.28，咀嚼性0.83，感官評分87.34分，在最優工藝條件下，黑木耳紙物性為硬度5.42，內聚性1.71，彈性1.24，膠黏性5.35，咀嚼性1.37，物性指標均得到較大改善，且感官評分達到97.2分。

3 結論

本研究利用單因素和響應面實驗對純天然黑木耳紙生產工藝進行優化。結果表明：當涂膜厚度1.1 mm、液料比15.2∶1 mL/g、黑木耳粉粒度200目時，天然木耳紙感官評分值為97.2分。方差分析結果表明影響因素由大到小依次為木耳粉粒度＞液料比＞涂膜厚度。在此工藝條件下，黑木耳紙物性為硬度5.42，內聚性1.71，彈性1.24，膠黏性5.35，咀嚼性1.37。各個指標達到最佳，感官評分值最高。

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Response surface experiment optimize natural edible fungus paper production process and physical properties research

GAO Ting-ting，WU Yu-ying，LIU Yang，WANG Da-wei*
（College of Food Science and Engineering，Jilin Agricultural University，Changchun 130118，China）

Response surface methodology（RSM）and univariate was used to optimize natural edible fungus paper production process.The effects of main parameters including the thickness of the coating，liquid ratio，agaric powder particle size，which affected the modified process were studied.Using texture analyzer fungus flakes hardness，cohesion，elasticity，adhesive and chewing gum and other physical indicators were measured.Results showed that the factors affecting the order from large to small was agaric powder particle size＞watermaterial ratio＞coating thickness.The results showed that when the thickness of the coating was 1.1 mm，watermaterial ratio was 15.2∶1 mL/g and agaric powder particle size was 200 mesh.The sensory score could reach 97.2.Under the process conditions，physical properties of the black fungus paper were hardness 5.42，cohesiveness 1.71，cohesion 1.24，elastic plastic viscosity 5.35，chewiness 1.37.

pure natural；black fungus paper；process；physical properties

TS209

B

1002-0306（2016）06-0287-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.050

2015－07－21

高婷婷（1990-），女，碩士研究生，研究方向：糧食油脂與植物蛋白工程，E-mail：gaoting05@163.com。

王大為（1960-），男，博士，教授，研究方向：糧食油脂與植物蛋白工程，E-mail：xcpyfzx@163.com。

“：十二五”國家科技支撐計劃項目（2013BAD16B08）；長春市科技計劃項目（14NK007）。