黑木耳添加量及擠壓參數對米粉基膨化食品品質的影響

中圖分類號：TS972.123.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-8730（2025）02-0001-08

擠壓膨化技術作為一種高效的食品加工方法，因其獨特的熱機械加工特性，20世紀30年代實現工業化應用以來，已在全球食品工業中確立了重要地位，特別是在谷物食品加工領域[1]。相較于傳統加工工藝，擠壓膨化技術展現出生產效率高、產品形式多樣、營養損失少等顯著技術優勢。該技術通過熱力學與機械能的協同作用，在高溫（ 120～200^°C ）、高壓 （2～10MPa）， 和高剪切力 [100～500s^-1 ）條件下，促使淀粉分子結構重排和蛋白質構象變化，最終形成具有特定孔隙率的膨化結構[2]。方浩標等[3]研究發現，擠壓膨化可以使淀粉糊化度達到 90% 以上，顯著提高谷物食品的消化吸收率。目前，該技術已成功應用于早餐谷物、休閑食品和嬰幼兒輔食等多個產品領域。然而，傳統單一谷物基質的膨化食品普遍存在營養組成不均衡、功能特性單一等問題4，這促使研究者轉向開發功能性復合膨化食品。

黑木耳作為我國傳統藥食兩用食材，其獨特的營養成分和功能特性備受關注。最新研究表明，黑木耳干品中含有 60%～70% 的多糖成分，其中具有 β -（1，3）-D-葡聚糖主鏈結構的功能性多糖占總量的 40% 以上 [5-6] 。在功能活性方面，黑木耳多糖可顯著降低高脂血癥模型大鼠血清TC水平達 27%^[7] ;其DPPH自由基清除能力（ IC₅₀=1.2mg/mL? 顯著優于常見抗氧化劑[8]從加工特性角度，黑木耳粉表現出優異的功能性質，其水合能力 （8.3±0.5）g/g] 、持油性[ （4.2± 0.3）g/g] 能顯著改善食品質構[9]；其天然膠質成分（主要是酸性多糖-蛋白質復合物）可替代30%～50% 的合成食品膠體[0]。這些特性使其成為進行功能性谷物食品開發的理想輔料。

米粉作為高淀粉 （gt;80% ）基質，其擠壓產品存在血糖生成指數高（ GIgt;85 ）、膳食纖維缺乏等缺陷，并且在制備過程中存在老化、斷條和粘連現象等問題，運用食品改良劑（多糖）可解決米粉加工中的這些問題[1]。前期研究表明：黑木耳的添加顯著改變淀粉復合食品體系的糊化特性（峰值黏度降低 35%～45% ）、動態流變特性（儲能模量 G^′ 提高2～3倍）和微觀結構（孔隙分布更均勻）[12];同時，吸水率提升 15%～20% ，體外消化率降低 10%～15%^[13 。本研究創新性地將黑木耳與米粉復合，通過擠壓膨化技術開發新型功能食品。黑木耳富含膳食纖維和膠質，米粉則提供柔滑的基底，兩者搭配既能提升口感層次，又能增加營養價值。這種復合膨化食品既保持了傳統產品的質構性質，又賦予了功能食品以健康屬性

膨化食品的品質評價以質構性質（硬度和脆裂性）和膨化度為核心指標。硬度直接決定入口的堅實感和咀嚼阻力，脆裂性則體現產品斷裂時的清脆程度；而膨化度通過體積膨脹率直觀表征擠壓過程中淀粉糊化和氣體膨脹的效率，直接影響產品的疏松結構和密度。所以選擇硬度、脆裂性和膨化度作為單因素和響應面指標。系統考察黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度三個關鍵參數對產品質構性質（硬度、脆裂性）、膨化度和感官品質的影響，通過建立數學模型優化工藝參數，為開發高品質黑木耳-米粉復合膨化食品提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1. 1 材料

黑木耳（產于黑龍江省牡丹江市林口縣）：市購；米粉：大米品種為綏粳18（經粉碎機粉碎）。

1.2主要設備與儀器

EV25雙螺桿擠壓機：法國CLEXTRAL公司；TA.XTPLUS質構儀：美國TA公司；30B粉碎機：張家港市開創機械制造有限公司；AWL50攪拌機：常州中實三水機械科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 黑木耳－米粉復合膨化食品的加工方法

啟動擠壓機，調節到試驗的擠壓條件，擠壓機的螺桿轉速為 300r/min ，喂料速率為 2kg/h ，調節液體喂料量以滿足產品不同的水分含量，每個參數下機器穩定 30min 。取穩定后60s的數據，計算其平均值。取 0.5～1.0kg 樣品，用真空包裝機封裝后，放入冰箱內保藏 （4^°C ）。

1.3.2 單因素實驗

以黑木耳與米粉總質量計，選取不同黑木耳添加量（ 10%～100% ）、物料水分（ 5%～30% ）和擠壓溫度（套筒溫度）（ [100～160° ），作為試驗因素，樣品擠出切割后，冷卻到室溫，進行質構性質的測定，確定黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度范圍。每組實驗重復3次，取平均值作為最終數據。

1.3.3 響應面試驗

對黑木耳添加量（A）、物料水分 （B） 和擠壓溫度 （C） 進行三因素五水平響應面設計（水平編碼見表1）。

1.3.4 質構性質的測定

樣品處理：選取完整、無破損的擠壓膨化產品，直徑/長度需一致。每組至少測試10個樣品，取平均值以減少誤差。

儀器配置：硬度測試探頭為 P/2 ，直徑 2mm 。脆裂度測試探頭為 P/0.5 ，直徑 0.5mm 。

硬度測試參數設置：測試速率為 1.0mm/s ：下壓距離為樣品高度的 50% ；觸發力為 0.05N ：返回速率為 2.0mm/s 。

脆裂度測試參數設置：穿刺速率為 1.0mm/s 穿刺深度為 3mm ；觸發力為 0.02N 。脆裂度為首次斷裂的峰值力（單位： g ）。

1.3.5 膨化度測定

膨化度用膨化后樣品橫截面積與模孔橫截面積的比值來表征。用游標卡尺測量樣品的橫截面直徑，每組隨機抽取6個樣品，去除最小值和最大值后，取平均值表示產品直徑，計算橫截面積。膨化度按公式 D=S₁/S₂ 計算，式中， D 為膨化食品的膨化度； S_ν 為膨化食品的截面積，單位 mm²;S₂ 為模孔的截面積，單位 mm² 。

1.3.6 感官評價

將膨化產品進行隨機編號，邀請20名食品專業的品評員對膨化產品進行感官評價，評價內容包括產品的外觀、結構、色澤、風味和口感，評價滿分為100分，取各項測評的平均值作為感官評分的最終結果。評價過程中各品評員之間無交流，且品嘗每組樣品時有時間間隔，期間用清水漱口。按表2的評分標準對產品進行評價并打分。

1. 4 數據處理

采用DesignExpert10和SPSS22統計軟件設計分析響應面實驗，在0.05的顯著性水平下評估樣本均值之間的差異。采用Excel對數據進行整理，除特殊說明外，各指標進行3次重復。

2 結果與討論

2.1單因素試驗結果

2. 1. 1 黑木耳添加量對質構性質和膨化度的影響

將黑木耳與米粉按不同比例混合，在擠壓過程中添加水分，使物料水分維持在 10% ，擠壓溫度（擠壓機出口物料溫度）為 130°C ，質構性質和膨化度在不同黑木耳添加量下變化情況見圖1。

如圖1所示，黑木耳添加量對產品質構性質和膨化度具有顯著影響。黑木耳添加量在10%～30% 時，膨化度保持穩定（在 3.0～3.5 之間）;添加量在 30%～50% 時，膨化度顯著下降；添加量超過 50% 后，膨化度趨于穩定 （lt;2.0） 。黑木耳添加量在 10%～40% 時，硬度顯著降低（從 5000g 降至 3300g ）；添加量在 40%～70% 時，硬度平緩下降（從 3300g 降至 3 000g ），添加量超過 70% 后，硬度明顯回升。

脆裂度隨添加量增加呈持續下降趨勢，黑木耳添加量在 10%～50% 時，脆裂度降幅明顯（從4200g降至 2 000g ），添加量超過 50% 后脆裂度趨于穩定。實驗結果表明，黑木耳添加量在20%～30% 時產品具有較優的綜合質構性質和膨化度。這種變化規律與黑木耳的組分特性密切相關[14]，徐藝彩等[15]認為黑木耳膠質會與淀粉競爭水分，導致黏度上升。王丹等[認為黑木耳粉在吸水后黏度增大，促使淀粉顆粒均勻分散，增大其膨脹體積從而提高崩解值。粳米由于直鏈淀粉含量較高，可與黑木耳中的蛋白質、果膠和纖維素等組分協同作用，共同構建穩定的微孔骨架結構，有效提高產品硬度[17]，從而提升產品膨化度和酥脆性。

2. 1. 2 物料水分對質構性質和膨化度的影響

將黑木耳與米粉按30：70質量比混合，擠壓溫度（擠壓機出口物料溫度）為 130^c ，物料水分對樣品質構性質和膨化度的影響結果見圖2。

如圖2所示，物料水分顯著影響產品的膨化度、硬度和脆裂度。具體表現為：膨化度變化呈現三階段特征，物料水分在 5%～15% 時，膨化度顯著上升（從2.5升至3.7）；物料水分在 15% ＼～20% 時，膨化度趨于穩定；物料水分在 20% ＼～30% 時，膨化度明顯下降（從3.6降至2.8）。物料水分在 5%～10% 時，硬度急劇下降（從5 400g 降至3 500g ）；物料水分在 10%～20% 時，硬度平緩下降（從 3500g 降至 3 300g ）；物料水分在25%～30% 時，硬度再次顯著下降（從 3300g 降至 2 000g ）。物料水分在 5%～15% 時，脆裂度平緩下降（從 3 600g 降至 3 300g ）；物料水分在15%～30% 時，脆裂度加速下降（從 3300g 降至2 400g） ）。綜合分析表明，物料水分在 10% ＼～20% 區間時產品具有最佳質構性質。適量水分（ 10%～20% ）是淀粉充分糊化的必要條件，產生的蒸汽壓為膨化提供動力[18]；擠壓機倉內的水分扮演了潤滑和加熱介質的雙重角色。當物料的物料水分不足時，熔融狀態的物料會表現出較大的黏性，流動性降低，這不僅增加了摩擦力和機械力，還加速了物料的糊化過程，同時降低了脂肪酶的活性[19]；但過量水分（ gt;18% ）會降低淀粉體系的凝膠能力[20]，并且也會導致淀粉提前糊化和蛋白質變性，產品出現回軟現象，同時含水量偏高也會讓用于水分蒸發的熱量增加，用于物料糊化的熱能相對減小，導致糊化度較低。因此，最佳物料水分含量應在 10%～20% 范圍內。

2.1. 3 擠壓溫度對質構性質和膨化度的影響

將黑木耳與米粉按30：70質量比例混合，在擠壓過程中添加水分，使物料水分維持在 15% ，擠壓溫度對質構性質和膨化度的影響結果見圖3。

如圖3所示，擠壓溫度能顯著改變產品的膨化度、硬度和脆裂度，膨化度和硬度隨擠壓溫度的升高總體呈上升趨勢，而脆裂度則呈現先升后降的變化規律。擠壓溫度在 100～140°C 范圍內時，膨化度顯著上升（從1.8升至3.7）；擠壓溫度在 140～ 160^°C 時，膨化度趨于穩定。硬度變化可分為三個階段：擠壓溫度在 100～120^°C 時，硬度緩慢上升（從 1600g 升至 2200g ）;擠壓溫度在 120～ 130°C 時，硬度急劇上升（從 2200g 升至3500g ）；擠壓溫度在 130～150°C 時，硬度繼續上升至 4300g 。脆裂度在擠壓溫度為 100～140^°C 時顯著提高（從 1250g 升至 3500g ），但擠壓溫度在 140～160^°C 時，脆裂度下降至 3 000g 。綜合分析表明，擠壓溫度在 130～140^°C 時為最優溫度區間，此時產品的膨化度、硬度和脆裂度均達到較理想水平。擠壓機筒溫度通過調控物料的升溫速率、熔融行為及熔融體流變特性，從而顯著影響膨化效果[21]。溫度過低時，熱能不足以充分糊化淀粉，導致膨化不足；而溫度過高則會使水分快速蒸發，引發熔融物料焦，同樣不利于膨化[22]。當溫度超過 145°C 時，過高的機膛壓強和水分流失會抑制淀粉完全糊化，進而降低徑向膨化率[23]此外，黑木耳中較高的多糖含量在溫度超過140°C 時易導致碳化，使產品產生焦味[24]

2.2擠壓條件的響應面試驗

根據單因素實驗結果，選擇黑木耳添加量10% 、 18% 、 30% ！ 42% 和 50% 作為5個梯度水平；選擇物料水分 10% 、 12% ！ 15% ！ 18% 和 20% 作為5個梯度水平；選擇擠壓溫度120、124、130、136和 140°C 作為5個梯度水平，以硬度、脆裂度、膨化度和感官評分為指標進行響應面試驗。

2.2.1 響應面試驗結果

三因素五水平響應面優化試驗結果見表3。實驗數據用統計分析軟件SPSS22進行數據處理，采用線性模型逐步回歸并運用向后回歸方法建立最優模型，剔除 Plt;0.05 的不顯著項，實驗回歸分析見表4。

2.2.2質構性質、膨化度和感官品質回歸分析結果從表3可以得到各因素對產品品質的差異程度，擬合后分別得到各指標為目標函數的二次多項回歸模型。

硬度為目標函數的二次多項回歸模型（ R²= 0.879）為：

Y=2999.722- 382.873A- 311.729B+ 191 .595C+159.672A²-30.125B²-8.738C²+ 230.711AB+97.875AC-58.375BC

脆裂度為目標函數的二次多項回歸模型0 R²=0.910^°， 為：

Y=2999.049-389.027A-71.221B+ 258.664C+34.417A²+81.125B²-102.321C²+ 38.846AB+78.875AC-46.375BC

膨化度為目標函數的二次多項回歸模型（ R²=0.985 為：

Y=3.366-0.400A+0.110B+0.263C- 0.122A²-0.029B²-0.094C²-0.271AB+ 0.071AC-0.056BC

感官評分為目標函數的二次多項回歸模型（ R²=0.929. 為：

1.764A²+1.713B²-1.645C²-4.245AB+ 1.412AC+2.088BC

通過系統優化與驗證實驗，根據響應面分析結果，確定黑木耳－米粉復合擠壓膨化產品的最佳工藝參數及品質特性，產品最佳品質參數范圍為：硬度 2800～3300g 脆裂度 3200～3500g， （20膨化度最大值 （?3.58 ）、感官評分最大值（ ?85.1 分）。理論優化得到的最佳工藝條件為：以黑木耳與米粉總質量計，黑木耳添加量25.58% 、物料水分 16.84% 、擠壓溫度 135.66^°C 。

2.2. 3 各因素對質構性質和感官評價的交互影響2.2.3.1 硬度

黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度對擠壓膨化產品硬度的兩兩因素交互作用見圖4。由圖4.a可知，黑木耳添加量較少時，物料水分增加，硬度下降明顯；但當黑木耳添加量較多時，同樣增加物料水分，硬度下降幅度變小。在較高水平組合時，黑木耳添加量增加，物料水分的增加卻抑制了硬度進一步變化。黑木耳添加量增加會降低黑米凝膠系統中水的流動性，從而產生更小、更緊湊的多孔結構[25]，幫助黑米凝膠形成更好、更有序的微觀結構。由圖4.b可知，黑木耳添加量較少時，擠壓溫度升高，硬度上升明顯；但當黑木耳添加量較多時，同樣升高擠壓溫度，硬度上升幅度變小。在較低水平的兩者組合下，二者同時增加，硬度持續上升；黑木耳本身具有較高的熱穩定性，在高溫下，黑木耳粉添加量增加能夠顯著提高米粉的吸水率，降低產品的硬度[26]。由圖4.c可知，在物料水分較低時，擠壓溫度升高，硬度上升明顯；當物料水分較高時，同樣升高擠壓溫度，硬度變化幅度變小。較高的物料水分會降低擠壓溫度升高引起的硬度變化幅度。

2.2.3.2 脆裂度

黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度對擠壓膨化產品脆裂度的兩兩因素交互作用見附圖1。由附圖1.a可知，黑木耳添加量較少時，物料水分增加，脆裂度下降明顯；但當黑木耳添加量較多時，同樣增加物料水分，脆裂度變化幅度變小。在較低的黑木耳添加量和物料水分組合下，二者同時增加，脆裂度持續降低。而在黑木耳添加量較多時，隨著物料水分升高，脆裂度上升趨勢平緩，說明黑木耳添加量較多時，會削弱這種升高效果由附圖1.b可知，黑木耳添加量較少時，擠壓溫度升高，脆裂度上升明顯；但在黑木耳添加量較多時，同樣升溫，脆裂度變化幅度相對平緩。由附圖1.c可知，物料水分較低時，擠壓溫度升高，脆裂度上升趨勢不明顯，但在物料水分較高時，同樣升溫，脆裂度明顯升高。較低的物料水分會降低擠壓溫度升高引起的脆裂度變化幅度。

2.2.3.3 膨化度

黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度對擠壓膨化產品膨化度的兩兩因素交互作用見附圖2。由附圖2.a可知，黑木耳添加量較少時，物料水分增加，膨化度變化不明顯，呈先升后降的趨勢；當黑木耳添加量較多時，同樣增加物料水分，膨化度變化幅度明顯變大，呈先上升后保持平衡的趨勢。在物料水分較低時，黑木耳添加量增加，膨化度明顯上升；當物料水分較高時，黑木耳添加量增加，膨化度上升幅度明顯變小，這是由于受到了拮抗作用的影響。由附圖2.b可知，在較低的擠壓溫度下增加黑木耳添加量，和在較高擠壓溫度下增加黑木耳添加量，膨化度的變化趨勢明顯不同；同樣，在不同的黑木耳添加量水平下，改變擠壓溫度對膨化度的影響也不一樣，說明兩因素對膨化度的影響有較強的交互作用。由附圖2.c可知，隨著物料水分的增加，膨化度呈現先升后降的趨勢；

隨著擠壓溫度的升高，膨化度同樣先升后降。圖中的等高線呈現橢圓形，表明物料水分和擠壓溫度之間存在較強的交互作用。

2.2.3.4 感官評價

黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度對擠壓膨化產品感官評分的兩兩因素交互作用見附圖3。由附圖3.a可知，隨著黑木耳添加量的增加和物料水分的升高，感官評分都呈現先升后降的趨勢。由附圖3.b可知，隨著黑木耳添加量增加和擠壓溫度的升高，感官評分都呈現先升后降的趨勢。響應面峰值等高線呈橢圓形，說明黑木耳添加量和擠壓溫度間交互作用顯著。由附圖3.c可知，隨著物料水分增加和擠壓溫度升高，感官評分都呈現先升后降的趨勢。圖中等高線呈橢圓形，但是橢圓形弧度很小，說明兩個因素之間的交互作用對感官評分的影響不明顯。

黑木耳添加量會改變物料體系結構，影響體系內脆性物質分布；物料水分會影響物料體系可塑性、黏結性和韌性；擠壓溫度改變會造成物料塑化程度變化，影響物料變性。三因素兩兩交互作用顯著，各因素合適搭配才能在產品質構、色澤、風味、口感等方面表現良好，提升感官評分。

2.3 驗證試驗

經實際生產試驗驗證，將工藝參數調整為黑木耳添加量 26% 、物料水分 17% 、擠壓溫度 136^°C 后，所得產品各項指標均達到預期：硬度 3234g （較理論值偏差 +1.06% ）、脆裂度 3317g 、膨化度3.57（達理論值 99.7% ）感官評分84.8分（達理論值 99.6% ）。實驗結果表明，優化后的工藝參數穩定可靠，所得產品品質優良，各項指標均符合預設標準。

3 結論

黑木耳添加量、物料水分和擠壓溫度三個因素對擠壓膨化產品質構性質、膨化度和感官品質有顯著影響，三個因素之間兩兩交互作用顯著，各因素選擇合適的參數搭配才能在產品質構、色澤、風味、口感等方面表現良好，提升感官評分。綜合硬度、脆裂度、膨化度和感官評分四個目標結果，各因素影響程度從大到小依次為：黑木耳添加量、擠壓溫度、物料水分，根據響應面優化結果和驗證試驗，得出黑木耳米粉擠壓膨化產品的最佳膨化條件為：以黑木耳與米粉總質量計，黑木耳添加量為 26% ，物料水分為 17% ，擠壓溫度為 136^°C ，得到擠壓膨化產品硬度為 3234g ，脆裂度為3317g ，膨化度為3.57，感官評分為84.8分。

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Abstract：The effcts of Auricularia auricula addition ratio，extrusion emperature，and material moisture content on the quality of Auricularia auricula-rice extruded pufed products were systematically investigated using texture and sensory characteristics as evaluation indices. The interactions among these parameters were also analyzed.The results showed that allthree factors significantly influenced texture，expansion behabior and sensory properties of the products，the interactions among the factors are significant and collectively affect the product’s textural properties，expansion behabior，and sensory scores，with their interactive effects following this descending： Auricularia auricula addition ratio，extrusion temperature，moisture content of material. The optimal processing conditions are as follows：based on the total mass of Auricularia auricula and rice flour， Auricularia auricula addition ratio of 26% ，moisture content of material of 17% ，and extrusion temperature of 136 C . Under these conditions，the product exhibited superior quality，with the following parameters ： hardness 3 234 g，crispness 3 317 Σ_Σ^g ，expansion ratio 3.57，and sensory score 84. 8 points.

Key words： Auricularia auricula ; extrusion puffing； texture properties； product quality； sensory evaluation

（責任編輯：趙勇）