雙螺桿擠壓生產(chǎn)香菇玉米片工藝研究

郝慧敏

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鶴壁 458030）

香菇又稱冬菇，原產(chǎn)于中國(guó)，中國(guó)香菇的產(chǎn)量在世界位居第二[1]。香菇是一種高蛋白、低脂、高碳水化合物、高纖維的營(yíng)養(yǎng)食物，富含維生素和礦物質(zhì)等[2，3]，有較高的醫(yī)療、保健和食用價(jià)值[4]，可有效抗病毒、降血脂及增強(qiáng)機(jī)體免疫力[5，6]，被譽(yù)為“菌中之王”“健康食品”[7]，已在保健和臨床多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用[8-12]。雙螺桿擠壓是近年來(lái)國(guó)際上較先進(jìn)的食品加工技術(shù)，利用螺桿在擠壓腔體中的高速旋轉(zhuǎn)、高剪切力、高摩擦力，使物料快速膨化制成食品。

利用雙螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)休閑食品流程簡(jiǎn)單、耗能低、工作效率高，且原料利用率高、無(wú)污染。將香菇粉添加到玉米粉中，采用雙螺桿擠壓可以生產(chǎn)香菇玉米片。研究香菇粉添加量和擠壓機(jī)操作參數(shù)對(duì)香菇玉米片擠壓特性的影響，可以為開發(fā)功能性休閑膨化食品提供新方法。

1 材料與方法

1.1 材料

干香菇和玉米粉，購(gòu)于超市；碘化鉀、碘、氫氧化鉀、鹽酸，均為AR，國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司。

1.2 設(shè)備

FMHE92 雙螺桿擠壓機(jī)，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；WN-20 粉碎機(jī)，廣州旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；FMFL1000 流化床干燥機(jī)，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；TDL-50B 臺(tái)式低速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；90-2 恒溫磁力攪拌器，上海振榮科學(xué)儀器有限公司；PB-10 酸度計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 雙螺桿擠壓生產(chǎn)香菇玉米片工藝流程

干香菇（恒溫65 ℃，干燥至恒重）→粉碎（過80目篩）→混合、調(diào)配（香菇粉與玉米粉按一定比例混合均勻）→雙螺桿擠壓→流化床干燥→香菇玉米片

1.3.2 糊化度的測(cè)定[13]

對(duì)Birch and Priestly 方法[14]略做改進(jìn)，將1.3.1生產(chǎn)的香菇玉米片部分粉碎成粉，取0.2 g 放置于98 mL 蒸餾水中，然后加入10 mol/L 的KOH 溶液2 mL，磁力攪拌 5 min，然后離心（5000 r/min）10 min，取0.2 mL 上清液，加入 0.2 mol/L 的 HCL 溶液0.2 mL，再加入15 mL 蒸餾水，最后加入0.2 mL 碘溶液，于600 nm 處測(cè)定其吸光度，為A1。

再取0.2 g 香菇玉米片粉碎的粉放置于95 mL蒸餾水中，加入10 mol/L 的KOH 溶液5 mL，磁力攪拌 5 min，然后離心（5000 r/min）10 min，取 0.2 mL 上清液，加入0.5 mol/L 的HCL 溶液0.2 mL，調(diào)整溶液pH 值到7.0，再加入15 mL 蒸餾水，最后加入0.2 mL碘溶液，于600 nm 處測(cè)定其吸光度，為A2。

糊化度的計(jì)算如下：

糊化度= A1/A2×100%

1.3.3 單因素試驗(yàn)

糊化度是雙螺桿擠壓產(chǎn)品品質(zhì)的重要衡量指標(biāo)。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)，對(duì)影響糊化度4 個(gè)因素，即香菇粉添加量、物料水分含量、擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每次試驗(yàn)稱取5 份原料進(jìn)行，固定3 個(gè)因素水平，對(duì)余下的1 個(gè)因素進(jìn)行5 個(gè)水平的試驗(yàn)。

1.3.3.1 香菇粉添加量對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

準(zhǔn)確稱取10.0 g 的玉米粉5 份，然后分別添加香菇粉 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g，混合均勻。設(shè)定物料水分含量22 %、擠壓溫度170 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min，按1.3.1 方法擠壓膨化，按1.3.2 方法測(cè)定其糊化度。

1.3.3.2 物料水分含量對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

準(zhǔn)確稱取10.0 g 的玉米粉5 份，然后添加香菇粉2.5 g，混合均勻。設(shè)定在物料水分含量分別為16%、18%、20%、22%、24%，擠壓溫度 170 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min，按1.3.1 方法擠壓膨化，按1.3.2方法測(cè)定其糊化度。

1.3.3.3 擠壓溫度對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

準(zhǔn)確稱取10.0 g 的玉米粉5 份，然后添加香菇粉2.5 g，混合均勻。設(shè)定物料水分含量22 %，擠壓溫度分別設(shè)定為 140、150、160、170、180 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min，按1.3.1 方法擠壓膨化，按1.3.2 方法測(cè)定其糊化度。

1.3.3.4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

準(zhǔn)確稱取10.0 g 的玉米粉5 份，然后添加香菇粉2.5 g，混合均勻。設(shè)定物料水分含量22 %，擠壓溫度 170 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速分別為 150、200、250、300、350 r/min，按1.3.1 方法擠壓膨化，按1.3.2 方法測(cè)定其糊化度。

1.3.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取表1 所列的4 因素和3 水平，采用L9（34）進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

1.4 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)平行3 次，結(jié)果取平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 整理，分析采用正交設(shè)計(jì)助手進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素研究結(jié)果

2.1.1 香菇粉添加量對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

香菇粉添加量對(duì)香菇玉米片糊化度的影響試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 香菇粉添加量對(duì)糊化度的影響

由圖1 可知，糊化度隨著香菇粉添加量的增加先增加后趨于平衡。這是因?yàn)殡S著香菇粉添加量增加，物料在機(jī)筒中粘度增大，滯留時(shí)間延長(zhǎng)，剪切力增大，糊化度提高；但是，當(dāng)香菇粉添加量大于25%后，再繼續(xù)增加，其受到的剪切力不再增大，糊化度不再提高而趨于平緩。因此，最佳的香菇粉添加量為25%（即10.0 g 玉米粉添加香菇粉2.5 g）。

2.1.2 物料水分含量對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

物料水分含量對(duì)香菇玉米片糊化度的影響見圖2。

圖2 物料水分含量對(duì)糊化度的影響

由圖2 可知，糊化度隨著物料水分含量的增加先增大后減小。這是因?yàn)?，物料水分含量較低時(shí)（低于22%），物料在擠壓機(jī)中吸收的熱量較少，促使物料沒有完全熔融糊化，糊化度降低；而水分含量過大時(shí)，由于水的潤(rùn)滑作用增大，物料受到的剪切力減小，糊化度降低。因此，最佳的物料水分含量為22%。

2.1.3 擠壓溫度對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

擠壓溫度對(duì)香菇玉米片糊化度的影響見圖3。

圖3 擠壓溫度對(duì)糊化度的影響

由圖3 可知，糊化度隨著擠壓溫度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)?，淀粉的糊化需要吸收能量，擠壓溫度較低時(shí)，在擠壓機(jī)中的物料的水分子運(yùn)動(dòng)不劇烈，淀粉糊化不完全，不充分，糊化度降低；但當(dāng)擠壓溫度過高，物料機(jī)筒中易燒焦結(jié)塊，并且淀粉會(huì)部分分解，糊化度降低。因此，最佳的擠壓溫度為170 ℃。

2.1.4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)香菇玉米片糊化度的影響

螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)香菇玉米片糊化度的影響見圖4。

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)糊化度的影響

由圖4 可以看出，糊化度隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加先增大后減小。這是因?yàn)?，螺桿轉(zhuǎn)速增加，物料受到的剪切力增大，物分子運(yùn)動(dòng)加大，糊化度提高；但當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速過大時(shí)，物料在擠壓中滯留時(shí)間變短，淀粉糊化不完全，不充分，糊化度降低。因此，最佳的螺桿轉(zhuǎn)速為300 r/min。

2.2 正交試驗(yàn)研究結(jié)果

按表1 因素水平進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2 結(jié)果分析可知，各因素的影響順序?yàn)椋篈＞D＞C＞B，最優(yōu)組合為 A2D2C2B3。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表3 結(jié)果分析可知，香菇粉添加量和螺桿轉(zhuǎn)速的影響較大，達(dá)到了顯著水平，其他不顯著，經(jīng)對(duì)R 值的分析，香菇粉雙螺桿擠壓玉米片的最佳工藝條件為：A2D2C2B3，即香菇粉添加量25%，螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min，擠壓溫度170 ℃，物料水分含量24%。

表3 方差分析結(jié)果

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)上述得到的最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，共進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)，得出香菇粉雙螺桿擠玉米片的糊化度平均值為91.7%。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了香菇粉雙螺桿擠壓玉米片的最佳工藝條件為：香菇粉添加量25%，螺桿轉(zhuǎn)速300 r/min，擠壓溫度170 ℃，物料水分含量24 %，在此條件下，雙螺桿擠壓玉米片的糊化度達(dá)到91.7%。利用香菇粉制作具有功能保健作用的休閑膨化食品，可為香菇的深加工提供了一種新的途徑。