蘇安祥 劉俊飛 扈戰(zhàn)強 洪 雁 湯曉智

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院;江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心;江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室1，南京 210023) (江南大學食品學院2，無錫 214122)

糙米及改性糙米對玉米擠壓產(chǎn)品特性的影響

蘇安祥1劉俊飛1扈戰(zhàn)強1洪 雁2湯曉智1

(南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院;江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心;江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點實驗室1，南京 210023) (江南大學食品學院2，無錫 214122)

以玉米粉為主要原料，分析添加不同比例(0%、10%、20%、30%)的糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉對玉米粉擠壓產(chǎn)品特性的影響。結(jié)果表明，改性發(fā)芽糙米粉的添加提高了擠壓產(chǎn)品的膨化率(添加30%時，提高7.5%)，而糙米粉的添加導致膨化率降低(添加30%時，降低10%)。添加改性發(fā)芽糙米粉后，膨化產(chǎn)品的破碎最大力和破碎總功總體呈下降的趨勢(添加30%時，分別降低19%、32%)，糙米粉則相反(添加30%時，分別提高16%、15%)。糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉的添加，導致色差呈下降趨勢。黏度測定表明擠壓導致淀粉糊化和降解，但相比糙米粉，添加改性發(fā)芽糙米粉的產(chǎn)品黏度較高，且隨著添加比例的增加，黏度有一定程度的提高。相對于玉米粉，糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉的添加使產(chǎn)品的水溶性指數(shù)(WSI)呈上升趨勢，吸水性指數(shù)(WAI)呈下降的趨勢，同時添加改性發(fā)芽糙米粉的擠壓產(chǎn)品WSI低于添加糙米粉的擠壓產(chǎn)品，而WAI則相反。

糙米 改性發(fā)芽糙米 玉米粉 擠壓膨化

稻谷是中國主要的糧食作物之一，稻谷在精加工過程中去除了稻殼、種皮、糊粉層和米胚等得到的精白米即人們食用的大米，但稻谷的大部分功能性營養(yǎng)成分存在于胚芽和種皮中，這造成了可食用糧食資源的浪費高達10%～20%。糙米保留了胚芽和種皮，僅去除了稻殼。糙米含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、維生素及礦物質(zhì)，與精白米相比，能提供更全面的營養(yǎng)[1]，此外，糙米還含有多種生物活性因子，如谷胱甘肽、γ-氨基丁酸、γ-谷維醇、米糠脂多糖、肌醇六磷酸等[2-4]。但種皮部分的存在，使糙米有一種糠的不愉快氣味，并且，糙米糠層中高含量的纖維素及其復合物使糙米適口性、加工性、消化性均較差，致使其食用受到了一定的局限。

發(fā)芽糙米比糙米擁有更好的應(yīng)用前景，糙米發(fā)芽過程中，內(nèi)源酶被激活，分解部分生物高分子化合物，如淀粉、非淀粉多糖和蛋白質(zhì)等，產(chǎn)生發(fā)芽所需要的小分子的糖和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)[5]；除此之外，大分子有機化合物如纖維素等的適當分解也可以有效地改善糙米的食用品質(zhì)[6]。相對于激活內(nèi)源酶，外源酶的加入能帶來更積極的效果。Das等[7-8]利用木聚糖酶和纖維素酶酶解糙米的纖維素皮層，使糙米的食用品質(zhì)得到明顯的改善。劉志偉等[9]用纖維素酶、果膠酶和植酸酶處理糙米，發(fā)現(xiàn)多種酶的復合處理更有利于糙米纖維素皮層的分解。扈戰(zhàn)強等[10-11]利用超聲輔助酶法預處理糙米，然后發(fā)芽，在內(nèi)外源酶的同時作用下，糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度均得到提高，吸水率加快，纖維素皮層適當分解，蒸煮后的硬度、黏著性、咀嚼性、回復性降低。將該改性發(fā)芽糙米添加到小麥面團中制作餅干，餅干的硬度、口感、色澤、風味、質(zhì)構(gòu)總體遠遠優(yōu)于添加同樣量未經(jīng)處理的糙米的餅干，在少量添加時(10%)，在硬度、口感和綜合得分方面甚至優(yōu)于對照組(小麥粉)。

食品擠壓膨化加工技術(shù)是集混合、輸送、壓縮、蒸煮、熔融、擠出成型等為一體的高新技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于谷物類食品加工與生產(chǎn)[12-13]。玉米作為擠壓膨化食品的主要原料，國內(nèi)外對其擠壓加工特性已有大量研究[14-16]，而糙米粉以及改性發(fā)芽糙米粉的加入如何影響玉米擠壓產(chǎn)品特性鮮見報道。

本研究以玉米粉為主要原料，以雙螺桿擠壓膨化實驗室工作站為膨化設(shè)備，分析添加不同比例的糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉對玉米擠壓產(chǎn)品特性的影響，旨在為進一步應(yīng)用糙米開發(fā)食品新產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米粉：安徽燕之坊食品有限公司；稻谷(淮稻5號)；江蘇農(nóng)墾集團；纖維素酶(酶活力15 U/mg)、果膠酶(酶活力50 U/g)等：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DSE-20型雙螺桿擠壓膨化實驗室工作站：德國布拉班德公司；JLGJ4.5型檢驗礱谷機：臺州市糧儀廠；pHS-3C精密數(shù)顯pH計：上海精密科學儀器廠；JXFM110錘式旋風磨：上海嘉定糧油儀器有限公司；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀：英國 Stable Micro System公司；色差儀：日本Minolta公司；離心機：上海安亭儀器公司；快速黏度儀RVA：澳大利亞Newport Scientific 儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 改性發(fā)芽糙米的制備

將50 g糙米浸泡在含纖維素酶和果膠酶的混合酶液中(酶質(zhì)量濃度0.22 g/L，纖維素酶果膠酶按質(zhì)量比1∶1復合)，經(jīng)超聲設(shè)備超聲處理0.5 h，超聲頻率40 kHz，功率30 W，控制溫度35 ℃；然后將生物酶液與糙米分離，對分離后的糙米進行水洗并置于含0.05%的次氯酸鈉、0.1 mmol/L的氯化鈣、pH 5.0的磷酸緩沖液內(nèi)35 ℃培養(yǎng)發(fā)芽36 h，將發(fā)芽后的糙米瀝干水分、干燥、磨粉；所得改性發(fā)芽糙米粉過80目篩。

1.3.2 原料樣品主要成分的測定

玉米粉、糙米粉以及改性發(fā)芽糙米粉的基本成分測定參照GB/T 5009.4—2003、GB/T 5009.5—2003、GB/T 5009.6—2003、GB/T 5009.10—2003。

1.3.3 擠壓試驗

將玉米粉和糙米粉/改性發(fā)芽糙米粉按比例混合，其中糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉替代量分別為0%、10%、20%、30%，制備成混合粉后，按照物料水分含量要求計算加水量，使得混合粉含水量為17%，物料混合均勻后裝入自封袋內(nèi)過夜平衡水分。

采用DSE-20雙螺桿擠壓機，長徑比30∶1，?？谥睆? mm，筒體溫度I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)、IV區(qū)、V區(qū)溫度分別設(shè)定為：60、110、150、160、160 ℃，物料含水量為17%，喂料機轉(zhuǎn)速恒定為18 r/min，螺桿轉(zhuǎn)速恒定為150 r/min。擠壓機啟動30 min穩(wěn)定后，按設(shè)定的條件對上述混合樣品進行試驗。

1.3.4 擠壓樣品處理

擠出樣品放置于40 ℃烘箱干燥24 h，取部分樣品用于膨化度及質(zhì)構(gòu)測定，其余樣品經(jīng)粉碎過80目篩后用于色差、糊化黏度、吸水性指數(shù)、水溶性指數(shù)的測定。

1.3.5 樣品的膨化率

用電子數(shù)顯卡尺測定樣品直徑，每個樣品隨機測定10次，膨化度用公式(1)計算：

(1)

式中ER為膨化度；d為樣品直徑/mm；ddie為模頭直徑/mm。

1.3.6 樣品質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用質(zhì)構(gòu)儀測定擠壓產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性，測試選用P/35型探頭。用鋒利的刀片截取2 cm長樣品，水平放在承載平臺上。測試時探頭移動速度為0.5 mm/s，變形程度為60%。通過質(zhì)構(gòu)分析軟件計算出破碎最大力(PF)、以及力-變形曲線與橫坐標所圍成的面積，即破碎總功(TW)。每個樣品測量10次，取平均值。

1.3.7 色差的測定

使用色差計，選用L*-a*-b*色彩空間。每次測量色差計顯示L*(0表示黑色、100表示白色)、a*(正值表示紅色，負值表示綠色)、b*(正值表示黃色，負值表示藍色)3個值。每個樣品測5次，取平均值。根據(jù)公式(2)求出色差ΔE。

(2)

式中：Ls、as、bs為標準白色瓷板的測定值，分別為97.13、0.21、1.87。ΔE表示樣品與白色瓷板的色差，值越大與白色瓷板的差別越大。

1.3.8 樣品糊化黏度的測定

依據(jù)AACC 76-21[17]方法，利用快速黏度儀測定原料粉和擠壓產(chǎn)品的糊化黏度，并用配套軟件TCW對數(shù)據(jù)進行記錄與分析。其中原料粉溫度程序設(shè)定為：50 ℃保持1 min；以12 ℃/min的速度上升到95 ℃；95 ℃保持2.5 min；以12 ℃/min下降到50 ℃；50 ℃保持1.5 min。擠壓產(chǎn)品溫度程序設(shè)定為：25 ℃下保持5 min；以14 ℃/min的速度上升到95 ℃；95 ℃保持4 min；以14 ℃/min下降到25 ℃；25 ℃保持3 min。測定過程中攪拌器以960 r/min保持10 s，其余時間轉(zhuǎn)速保持在160 r/min。

1.3.9 水溶性指數(shù)(WSI)和吸水性指數(shù)(WAI)的測定

取樣1.6～2.0 g(干基W0)，放入已知重量的離心管(W1)中，加入25 ml蒸餾水，振蕩，直至被完全分散。30 ℃水浴中保持30 min，間隔10 min手搖30 s。4 200 r/min離心15 min。將上清液倒入500 mL燒杯中(燒杯質(zhì)量為W2)，105 ℃烘至恒重(W3)，稱得離心管質(zhì)量(W4)。

(3)

(4)

式中：WSI為水溶性指數(shù)；WAI為吸水性指數(shù)。

1.3.10 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)使用OriginLab科學繪圖，并使用SAS9.2數(shù)據(jù)分析工具對數(shù)據(jù)進行顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米粉、糙米粉以及改性發(fā)芽糙米粉的基本化學組成

玉米粉、糙米粉以及改性發(fā)芽糙米粉的基本成分如表1所示，糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉相對玉米粉粗脂肪、粗纖維以及灰分含量較高，而粗蛋白含量略低。

2.2 樣品的膨化率

圖1為不同比例的糙米和改性發(fā)芽糙米對擠壓產(chǎn)品膨化率的影響?？梢钥闯?，糙米和改性發(fā)芽糙米對擠壓產(chǎn)品有著截然不同的影響。相對于純玉米粉擠壓樣品，添加糙米后，樣品膨化率降低，添加30%時，膨化率降低10%。而添加改性發(fā)芽糙米后，樣品的膨化率隨著替代率的增加呈上升趨勢，添加30%時，膨化率提高7.5%。其原因可能是糙米中含有較高量的纖維以及脂肪，起到潤滑的作用，從而導致機腔內(nèi)阻力變小，剪切作用和摩擦作用變?nèi)?，水分氣化不充分，因此膨化率降低。糙米?jīng)改性進而發(fā)芽，淀粉纖維素等大分子有一定程度的降解，這樣有利于擠壓加工過程物料處于“完全熔融”的狀態(tài)以及分子之間通過交聯(lián)生成復合物，進而影響到擠壓熔融體的黏彈特性，尤其是物料離開模頭開始膨化時對氣泡的支撐能力，從而增加了膨化率。

注：字母不相同表示差異顯著(P<0.05),余同。圖1 不同添加比例的糙米和改性發(fā)芽糙米對玉米粉擠壓產(chǎn)品膨化率的影響

2.3 樣品的質(zhì)構(gòu)特性

質(zhì)構(gòu)特性可以從一定程度上反映擠壓膨化產(chǎn)品口感的好壞[18-19]，破碎最大力和破碎總功是最常用來描述膨化產(chǎn)品硬度的2個指標。糙米和改性發(fā)芽糙米對玉米粉擠壓膨化產(chǎn)品破碎最大力和破碎總功的影響可分別見圖2和圖3。添加糙米后，膨化產(chǎn)品的破碎最大力和破碎總功總體呈上升的趨勢，添加30%時，分別提高16%、15%。而添加改性發(fā)芽糙米后，膨化產(chǎn)品的破碎最大力和破碎總功總體呈下降的趨勢，添加30%時，分別降低19%、32%。決定膨化產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性的直接因素是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性(如氣泡大小、均勻性、氣泡壁厚等)，而通常膨化率較高的產(chǎn)品氣孔較大，氣泡壁厚較小，在受到外力作用時容易破裂，從而使得破碎最大力和破碎總功總體下降。破碎最大力和破碎總功的下降表明產(chǎn)品的硬度降低，可能帶來更酥脆的口感。

圖2 不同添加比例的糙米和改性發(fā)芽糙米對玉米粉擠壓產(chǎn)品破碎最大力的影響

圖3 不同添加比例的糙米和改性發(fā)芽糙米對玉米粉擠壓產(chǎn)品破碎總功的影響

2.4 色差分析

由表2可知，添加糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉后，產(chǎn)品的亮度指數(shù)L*相對玉米粉有所增加，而紅-綠值a*和黃-藍值b*總體呈下降趨勢。由色差分析可以看出添加糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉后，色差呈下降趨勢，且添加改性發(fā)芽糙米粉的產(chǎn)品色差要低于添加糙米粉產(chǎn)品的色差，主要由于纖維素酶對糙米皮層的分解導致顏色的差異。

2.5 產(chǎn)品的糊化黏度

圖4 為原料玉米粉、糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉及其擠壓后產(chǎn)品的RVA圖譜。由圖4a可見，原料玉米粉的糊化溫度和峰值黏度都最高，然后是糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉。造成原料RVA圖譜區(qū)別的主要原因在于相對于玉米粉，糙米粉中纖維和脂肪含量較高，從而導致峰值黏度和糊化溫度的降低。改性發(fā)芽糙米由于糙米發(fā)芽過程中淀粉等大分子的降解，從而導致峰值黏度和糊化溫度的進一步降低。從RVA圖譜的回生值也可以看出，改性發(fā)芽糙米的回生值遠遠低于玉米粉和糙米粉，表明淀粉有一定程度的降解。圖4b和圖4c分別為玉米粉/糙米粉和玉米粉/改性發(fā)芽糙米粉擠壓后的RVA圖譜。所有擠壓樣品均存在起始黏度，表明擠壓導致淀粉發(fā)生糊化。在25 ℃保溫階段隨攪拌進行，由于剪切稀化作用使黏度下降。然后升溫階段可見，所有的擠壓樣品黏度持續(xù)下降，并沒有出現(xiàn)黏度升高的現(xiàn)象，說明擠壓已使淀粉基本糊化完全。黏度測定過程中溫度升高導致黏度降低，加上剪切作用，使黏度下降的速度比保溫階段快。在降溫階段，所有擠壓樣品的黏度均有一定程度的回升，但增加十分有限，最終黏度還達不到起始黏度的水平。值得一提的是，相對于糙米粉，添加改性發(fā)芽糙米粉擠壓后，擠壓產(chǎn)品的黏度要高于添加糙米粉擠壓后產(chǎn)品的黏度，并且隨著添加量的增加，黏度有一定程度的提高(圖4c)，從另一個方面表明了分子之間可能通過交聯(lián)生成復合物，進而影響到擠壓產(chǎn)品的黏度特性。

2.6 水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)

由表3可知，相對于玉米粉和糙米粉，糙米經(jīng)酶解以及發(fā)芽改性后，其水溶性指數(shù)升高，吸水性指數(shù)降低，反應(yīng)了淀粉等大分子有一定程度的降解。經(jīng)擠壓處理后，擠壓產(chǎn)品的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)均較擠壓前大幅度增加，尤其是水溶性指數(shù)。擠壓過程中，淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生降解，結(jié)晶區(qū)融化，高溫、高剪切作用導致大分子鏈斷裂，淀粉分子大量的親水性基團暴露出來，擠壓產(chǎn)品吸水性指數(shù)增加；當物料在擠壓腔體內(nèi)獲得的能量增加時，大分子變?yōu)樾》肿拥臄?shù)量增多，淀粉分子中部分支鏈被剪斷，分子間的作用力被削弱，從而可溶物數(shù)量增多[20-21]。相對于玉米粉，添加糙米粉和改性糙米粉的擠壓產(chǎn)品的水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)隨著添加量的增加分別呈上升和下降的趨勢。對比糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉的影響，可以看到原料改性發(fā)芽糙米粉的水溶性指數(shù)高于糙米粉，吸水性指數(shù)低于糙米粉，然而當添加到玉米粉中，經(jīng)擠壓，擠壓產(chǎn)品的水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)呈現(xiàn)不同的趨勢，添加改性發(fā)芽糙米粉的擠壓產(chǎn)品水溶性指數(shù)低于添加糙米粉的擠壓產(chǎn)品，而吸水性指數(shù)則相反，尤其是添加10%的改性發(fā)芽糙米粉時，吸水性指數(shù)甚至高于玉米粉擠壓產(chǎn)品，表明改性發(fā)芽糙米粉的存在可能導致大分子復合物的生成，進而影響到水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)。

表2 不同添加比例的糙米和發(fā)芽糙米對玉米粉擠壓產(chǎn)品色差的影響

注：1為溫度梯度曲線,2為玉米粉,a3為糙米粉,a4為改性發(fā)芽糙米粉，b3為10%糙米替代,b4為20%糙米替代,b5為30%糙米替代，c3為30%改性發(fā)芽糙米,c4為20%改性發(fā)芽糙米替代,c5為10%改性發(fā)芽糙米替代。
圖4 RVA圖譜

表3 3種原料以及擠壓產(chǎn)品的水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)值

3 結(jié)論

糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉的添加，對玉米粉擠壓產(chǎn)品的特性有著截然不同的影響。改性發(fā)芽糙米粉的添加提高了擠壓產(chǎn)品的膨化率，且隨著添加比例的增大，膨化率呈上升趨勢，而糙米粉的添加導致膨化率降低。添加改性發(fā)芽糙米后，產(chǎn)品膨化率提高，產(chǎn)品氣孔變大，氣泡壁厚減小，受外力作用時更容易破碎，因此破碎最大力和破碎總功總體呈下降的趨勢，糙米粉則相反。黏度測定表明擠壓導致淀粉糊化和降解，相比糙米粉，添加改性發(fā)芽糙米粉的產(chǎn)品黏度更高，且隨著添加比例的增加，黏度有一定程度的提高。相對玉米粉，糙米粉和改性發(fā)芽糙米粉的添加使產(chǎn)品的WSI和WAI隨著添加量的增加分別呈上升和下降的趨勢，同時添加改性發(fā)芽糙米粉的擠壓產(chǎn)品WSI低于添加糙米粉的擠壓產(chǎn)品，而WAI則相反。結(jié)果表明，改性發(fā)芽糙米粉的添加，增加了玉米粉擠壓產(chǎn)品的膨化率，一定程度上改善了擠壓產(chǎn)品的物理特性。其原因可能在于糙米經(jīng)改性進而發(fā)芽，淀粉纖維素等大分子有一定程度的降解，這樣有利于擠壓加工過程物料處于“完全熔融”的狀態(tài)以及分子之間通過交聯(lián)生成復合物，進而影響到擠壓熔融體的黏彈特性，從而改變了擠壓產(chǎn)品的特性。

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Effects of Brown Rice and Modified Brown Rice on Characteristics of Corn Extrusion Products

Su Anxiang1Liu Junfei1Hu Zhanqiang1Hong Yan2Tang Xiaozhi1

(College of Food Science and Engineering; Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety; Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing，Nanjing University of Finance and Economics1，Nanjing 210023)(College of Food Science，Jiangnan University2，Wuxi 214122)

The effects of different percentage(0%，10%，20%，30%)substitution of brown rice and modified germinated brown rice on the properties of extruded corn flour were investigated.Results showed that the extruded products with modified germinated brown rice exhibited higher radial expansion ratio(expansion ratio increased by 7.5% when substitution percentage of modified germinated brown rice was at 30%)，while the extruded products with brown rice exhibited lower radial expansion ratio(expansion ratio decreased by 10% when substitution percentage of brown rice was at 30%).The addition of modified germinated brown rice decreased crushing force and crushing energy(crushing force and crushing energy decreased by 19% and 32% when substitution percentage of modified germinated brown rice was at 30%，respectively).On the contrary，the addition of brown rice increased crushing force and crushing energy(crushing force and crushing energy increased by 16% and 15% when substitution percentage ofbrown rice was at 30%，respectively).Both brown rice and modified germinated brown rice led to lower value of color difference.The RVA analysis showed that extrusion led to gelatinization and degradation of starch.Comparing to brown rice，the addition of modified germinated brown rice led to higher viscosity，and the viscosity increased as the increasing of substitution percentage.The addition of both brown rice and modified germinated brown rice led to higher water solubility index(WSI)and lower water absorption index(WAI)with the increase of substitution percentage.The extrudate with addition of modified germinated brown rice had lower WSI than the extrudate with addition of brown rice，while WAI had the opposite trend.

brown rice，modified germinated brown rice，corn flour，extrusion

江西省對外科技合作計劃(20152ACH80008)，“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAD34B08)，江蘇高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程(蘇政辦發(fā)[2014]37號)

2015-11-10

蘇安祥，男，1984年出生，實驗師，糧油食品深加工

湯曉智，男，1977年出生，博士，教授，糧油食品深加工

TS210.1

A

1003-0174(2017)05-0001-07