香菇粉挤压膨化产品研发及其性质研究

徐兴阳，梁文明，邵卓，徐慧，陈野（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）



香菇粉挤压膨化产品研发及其性质研究

徐兴阳，梁文明，邵卓，徐慧，陈野*
（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

摘要：以香菇粉为原料，添加一定量的玉米淀粉，采用双螺杆挤压机挤压膨化生产营养健康的香菇膨化食品。以综合评分为指标设计正交试验，得出香菇粉挤压膨化最佳工艺条件为：香菇粉添加量25%，物料水分含量20 %，挤压膨化温度140℃。在此条件下，香菇粉挤压膨化食品成浅褐色，有光泽，内部有均匀小孔洞，口感细腻，酥脆可口，有特殊的香菇风味，感官评分最高为9.96分。在针对产品截面膨化率的单因素试验中，结果表明香菇粉添加量为20 %时，产品截面膨化率最大为20.81；物料水分含量为25 %时产品最大截面膨化率为25.41，温度在140℃时出现最大截面膨化率19.55。热特性分析表明挤压后产品的结晶温度和焓变值均低于未挤压的香菇粉，经电镜观察香菇粉由挤压前的松散无规则片状变成挤压后的规则颗粒状。

关键词：香菇；挤压膨化；截面膨化率；热特性；扫描电镜

香菇（Lentinus edoes）是一种重要的食药用栽培真菌，是世界第二大食用真菌，素有“山珍之王”、“植物性食品的顶峰”等美称。香菇在中国，韩国，日本有很高的市场占有率，是深受人们喜爱的食用菌类，它味道独特鲜美[1]，富含VB族、铁、钾、VD，味甘、性平[2]可以预防佝偻病及贫血[3-4]。香菇中的香菇多糖、膳食纤维等活性成分可以降低胆固醇、预防动脉粥样硬化[4]，促进人体消化吸收，清除体内自由基延缓衰老，提高机体免疫力预防疾病。王慧铭等[5]经研究发现香菇多糖对高脂血症大鼠有明显的降低血清总胆固醇的作用，林卡莉等[6]经研究发现香菇多糖能改善骨髓造血机能，使外周淋巴细胞数量增加，提高免疫力抗肿瘤。Giavasis等[7]研究发现，香菇子实体中许多生物活性成分是研制新型功能性食品和保健品的最佳选择，这些活性物质无毒无害且具有抗菌、抗癌、降低胆固醇、降血糖等特性。以上研究表明，香菇具有极高的食用价值和营养价值。

目前香菇的食用方法主要为鲜香菇烹调食用和干香菇泡发食用，香菇的加工方法单一，贮藏期短，不可直接食用。本研究利用挤压膨化技术生产香菇膨化食品，研究其生产工艺条件，如香菇粉添加量，物料水分含量，挤压膨化温度；同时分析膨化产品的质构特性、热特性和结构特征。

1材料与方法

1.1试验材料

香菇粉由江苏振亚食品有限公司生产，其主要成分为：粗蛋白11.87 %、粗脂肪2.39 %、总糖52 %、粗纤维7.8 %、灰分3.78 %；玉米淀粉由即墨市灵鸟食品辅料厂生产，其主要成分为：淀粉92 %、蛋白质6 %、脂肪0.5 %、灰分0.4 %。

1.2仪器和设备

SYSLG32—Ⅱ型双螺杆挤压膨化实验机：济南赛百诺科技开发有限公司；DSC-60A岛津自动差示量热扫描仪：日本岛津公司；SU1510扫描式电子显微镜：日本日立公司；756PC紫外分光光度计：天津普瑞斯仪器有限公司。

1.3方法

1.3.1正交试验设计

本试验以单因素试验结果为基础，找出香菇玉米淀粉挤压膨化较优工艺参数范围，再进行三因素三水平正交试验，并进行方差分析。正交试验设计因素水平表见表1。

表1香菇粉挤压膨化正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test level of mushroom extrusion

1.3.2产品感官评价及综合评分

本试验选取8名参加过食品感官课程培训的评价员对膨化产品进行感官评价并计算平均值。对样品随机编号，评价员对产品进行独立、客观评价，每个样品评价之间有一定的时间间隔，使用清水簌口，评价员之间无交流，评价采用十分制，低于6.0分的为不合格产品，8分以上为合格产品，9分以上为较优产品。感官评价标准如表2所示。

表2香菇粉挤压膨化产品感官评价指标及评分标准Table 2 The mushroom extrusion sensory evaluation and scoring standard

膨化率评分采用线性插值法，具体方法为：采用十分制，把产品中截面膨化率最大值Xmax规定为10分，最小值Xmin定义为1.0分，其他膨化产品的截面膨化率分值为X，计算方法见式（1）。

通过计算膨化率方程得出相应分值，再进行综合评分，综合评分计算公式见式（2）。

1.3.3香菇玉米淀粉挤压膨化产品特性研究

1.3.3.1截面膨化率的测定

本研究采用测定截面膨化率来表示香菇粉挤压膨化产品的膨化率。截面膨化率是指挤压产品的横截面积与挤压机模孔截面积之比，对于柱状挤出物，截面膨化率即挤压产品的直径与模孔直径之比的平方。通常用截面膨化率来描述挤压产品的膨胀程度[8]。将挤压产品截成10 cm长的小段，用电子数显卡尺测定其截面直径，每个样品测定10次，计算平均值。

1.3.3.2热特性分析

使用差示扫描量热仪对最优条件下香菇粉添加量25 %，物料水分含量20 %，挤压膨化温度140℃，挤出的膨化产品进行热分析，精确称取3 mg~5 mg样品于密封坩锅，升温速率10℃/min，升温范围25℃~ 250℃，观察热特性曲线[9]。

1.3.3.3扫描电镜观察产品表观形态

将样品粉碎后，利用高真空镀机对试样表面喷金，喷金时间60 s，置于扫描电镜下观察香菇挤压膨化产品的微观结构。

1.3.4香菇粉挤压膨化食品质量检测

根据国标GBT 22699-2008《膨化食品》，对香菇粉挤压膨化食品进行质量检测。

2结果与讨论

2.1正交试验结果分析

香菇粉挤压膨化正交试验结果见表3，正交试验方差分析见表4。

表3香菇粉挤压膨化正交试验结果Table 3 Results of mushroom extrusion orthogonal experiment

表4正交试验方差分析表Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment

由表3和表4可知，A、B、C 3个因素的极差值均大于空列的极差值，所以A、B、C 3个因素的效应是存在的。挤压膨化温度、物料水分含量、香菇粉含量3个因素对挤压膨化产品的影响主次顺序为：物料水分含量＞挤压膨化温度＞香菇粉含量。A因素以A1水平为最适；B因素以B1水平最适；C因素以C3水平最适。因此，香菇粉玉米淀粉挤压膨化试验最适参数为：A1B1C3，即物料水分含量为20 %，挤压膨化温度为140℃，香菇粉含量为25 %。经过方差分析发现物料水分含量的F值为显著，说明物料水分含量不同对挤压膨化产品的影响差异显著。挤压膨化温度和香菇粉含量F值相对差异不显著，可能是由于误差自由度较小，试验组数较少，分析灵敏度不高的缘故。结合实际生产试验，经过综合考虑，得到挤压的最适条件为物料水分含量20 %，挤压膨化温度140℃，香菇粉含量25 %，所得综合评分最高为9.96分。

香菇粉玉米淀粉混合物料进入双螺杆挤压机的机筒内，随螺杆转动物料在运送过程中受到来自腔筒加热套的热作用，10 MPa~50 MPa的压力，会形成固-液混合相熔融的流体，在压力作用下物料在极小空间内进行强烈垂直撞击，在撞击过程中释放大部分能量，物料中的淀粉可以很好的糊化并发生美拉德反应，同时部分淀粉颗粒吸水膨胀，糊化程度提高，当物料到达出口前孔壁对其有摩擦剪切作用，物料到达模口处压力降至蒸汽压，甚至负压的时候，物料中气体急剧释放产生大量气泡，因此物料在模口处喷出瞬间发生膨化，体积迅速增大。

2.2产品质构特性结果分析

2.2.1香菇粉添加量对产品截面膨化率的影响

香菇粉添加量对产品膨化率的影响试验结果见图1。

图1香菇粉添加量对产品膨化率的影响Fig.1 The influence of mushroom content on product sectional expansion indices

由图1可知，产品膨化率先略有增高后急剧下降。这是由于一定比例的香菇粉与玉米淀粉混合，可以提高香菇粉挤压膨化率，这可能是因为玉米淀粉颗粒在挤压时其晶体是熔融态，从模孔处喷出的瞬间，气泡壁破裂的临界张力比单纯膨化香菇粉的张力大，所以气泡不易破裂，从而香菇粉和玉米淀粉混合物的膨化率增大。在香菇粉添加量为20 %时产品截面膨化率最大为20.81，产品外形蓬松口感较好；香菇粉添加量大于20 %时截面膨化率降低，这可能是由于玉米淀粉含量逐渐降低，淀粉糊化度降低阻碍产品膨化，同时香菇粉中大量糖类物质发生降解可能与淀粉分子间形成氢键，不利于截面膨化率提高。

2.2.2挤压膨化温度对产品膨化率的影响

挤压膨化温度对产品膨化率的影响见图2。

由图2可知，随着温度升高，产品截面膨化率先增大后减小。温度在140℃时出现最大截面膨化率19.55，这可能是因为较高的温度有利于提高淀粉的糊化程度，降低物料黏度同时淀粉分子内氢键断裂加快，从而得到较大的截面膨化率。在挤压膨化温度为130℃和170℃时产品挤出效果最差，温度过低，物料中的玉米淀粉不能很好糊化，淀粉分子降解度低；温度过高，物料中水分在机筒内迅速蒸发，物料黏度下降，对气泡的束缚能力变差，导致气泡容易破裂截面膨化率降低，同时，高温时原料中的蛋白质和糖类物质降解并发生“美拉德”（Maillard）反应，导致物料焦炭化，不能挤出。

图2挤压膨化温度对产品膨化率的影响Fig.2 The influence of barrel temperature on product sectional expansion indices

2.2.3物料水分含量对产品膨化率的影响

物料水分含量对产品膨化率的影响结果见图3。

图3物料水分含量对产品膨化率的影响Fig.3 The influence of moisture content on product sectional expansion indices

由图3可知，产品截面膨化率随物料水分含量的增加呈先增大后减小的趋势，这是由于挤压机内是高温高压状态，物料中的水分在模口处喷出瞬间会迅速汽化形成小气囊，当物料中水分含量增加，淀粉和蛋白质吸水量会随之增加，同时蛋白质变性，导致物料黏稠度增大，物料与挤压膨化机的构件间摩擦力增大，物料向出口移动缓慢，在机桶内停留时间长，机筒内外压力差较大，从而膨化度提高。当水分含量继续增加，物料中的水分会对螺杆和机筒壁有一定的润滑作用，造成物料在挤压机内阻力相对减少，缩短了物料在挤压腔内停留时间，也降低了挤压腔内的温度，从而导致产品膨化率降低[10-15]。

2.3产品热特性分析结果

挤压膨化产品热特性分析结果见图4，热特性曲线数据见表5。

图4香菇粉和挤压膨化产品热曲线图Fig.4 DSC curves of mushroom powder and extrusion product

表5热特性曲线数据Table 5 DSC curves data

由图4和表5可知，挤压膨化产品比香菇粉的T0、TP、TC值有所降低，这说明挤压后的淀粉颗粒发生变性，淀粉分子从有序状态到无序状态转变，同时伴随能量变化，ΔH值降低，放热减少，说明淀粉颗粒膨胀，结晶程度的致密结构有所下降，膨化产品耐热性提高。

2.4扫描电镜观察产品表观形态结果分析

挤压膨化产品和香菇粉的电镜扫描表观形态结果见图5。

图5香菇粉和挤压后产品表观形态Fig.5 SEM micrographs of mushroom powder and extrusion products

通过电镜观察，香菇粉挤压前为无序片状，形态较大，表面无孔洞。挤压后变成规则的颗粒状，颗粒大小均匀，形状规则，棱角分明。这可能是因为经过挤压后物料中的可溶性物质析出，淀粉变性。

2.5香菇挤压膨化食品质量检测结果

香菇挤压膨化食品质量检测结果见表6。

表6香菇挤压膨化食品质量检测结果Table 6 Quality inspection results of mushroom extrusion products

由表6可知，香菇挤压膨化食品相比普通膨化食品有明显的优势，香菇挤压膨化食品营养更均衡，克服了普通膨化食品碳水化合物含量较高，蛋白质含量较低，营养成分单一等缺点；产品中含有一定量的微量元素硒，钙，铁，对人体健康非常有益，是一种新型的膨化食品。

3　结论

通过试验确定香菇粉与玉米淀粉挤压膨化的最佳工艺为：香菇粉含量25 %，水分含量20 %，挤压温度140℃，在此条件下产品的综合评分最高为9.96分。在针对产品截面膨化率的单因素试验中，当香菇粉添加量为20 %时产品最大截面膨化率为20.81，当物料水分含量为25 %时产品最大截面膨化率为25.41，当挤压膨化温度为140℃时产品最大截面膨化率为19.55；热特性测试研究发现挤压后产品的焓变值降低耐热性有所提高；由扫描电镜观察挤压后产品，发现物料颗粒结构变得规则有序，形态棱角分明。香菇粉挤压膨化产品的工艺条件研究为该香菇膨化食品的规模化生产提供了技术支撑。

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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：陈野（1968—），男（汉），教授，博士，研究方向：农副产品加工。

作者简介：徐兴阳（1990—），女（汉），硕士研究生，研究方向：农产品加工与物流保鲜。