馬永軒，張名位，魏振承，張雁，張瑞芬，鄧媛元，劉磊，唐小俊，肖娟，黃菲，董麗紅

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510610）

擠壓膨化對(duì)大米和糙米理化與營(yíng)養(yǎng)特性的影響

馬永軒，張名位，魏振承，張雁，張瑞芬，鄧媛元，劉磊，唐小俊，肖娟，黃菲，董麗紅

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510610）

以大米和糙米為原料，分析比較了大米和糙米擠壓膨化前后理化和營(yíng)養(yǎng)特性的變化。結(jié)果表明，大米和糙米擠壓膨化后其水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)顯著提高，大米分別提高了13.9倍1.32倍，糙米分別提高了5.4倍1.45倍，而其Carr指數(shù)和Hausner比顯著降低，大米分別降低了14.93%和5.6%，糙米分別降低了39.14%和20.83%。脂肪含量顯著減少，蛋白質(zhì)含量沒(méi)有顯著性的變化，還原糖和糊化度顯著的增加，大米分別增加了6.68倍和46.73%，而糙米分別增加了11倍和72.97%。同時(shí)，擠壓膨化降低了米粉的亮度，使其顏色變黃。總的膳食纖維和不溶性膳食纖維降低，可溶性膳食纖維的含量增加。

擠壓膨化；大米；糙米；理化；營(yíng)養(yǎng)

我國(guó)的傳統(tǒng)膳食結(jié)構(gòu)以谷物為主體，隨著人們生活水平的提高、保健意識(shí)的增強(qiáng)以及城市生活節(jié)奏的日益加快，谷物早餐的市場(chǎng)前景十分廣闊[1]。大米是中國(guó)人的主食之一，是補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)素的基礎(chǔ)食物，其氨基酸的組成比較完全，易于消化吸收，含有維生素A、維生素B1、維生素E等多種維生素[2]。糙米含有豐富的保健功能因子，如谷胱甘肽、米糠脂多糖、神經(jīng)酰胺、米糠纖維等，它們有的具有提高人體免疫力的功能，有的具有去除人體內(nèi)氧自由基、降血脂、延緩衰老的作用[3]。因此，開(kāi)發(fā)以大米和糙米為主要原料的谷物早餐食品，既能滿足人們谷物營(yíng)養(yǎng)的攝取，又食用方便、快捷，非常符合現(xiàn)代中國(guó)人的早餐需求。

擠壓膨化加工技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、殺菌、膨化及成型等為一體的高新技術(shù)[4]，被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)。擠壓膨化過(guò)程中，食品主要組分的質(zhì)構(gòu)、組織和外觀都發(fā)生了很大的變化，在高溫、高壓、高剪切力的作用下，淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維等大分子物質(zhì)被切斷成小分子物質(zhì)[5]。因此，擠壓膨化是提高谷物食用性，開(kāi)發(fā)谷物早餐食品的有效途徑。本研究探討了大米和糙米擠壓膨化前后的營(yíng)養(yǎng)成分及理化性質(zhì)的變化，旨在為擠壓膨化技術(shù)在谷物早餐食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米、糙米：深圳市騰泰米業(yè)科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

DS30-Ⅱ型雙螺桿膨化機(jī)：山東賽信膨化機(jī)械有限公司；XFB-1000中草藥粉碎機(jī)：吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠；PCE-E3000型恒溫水浴震蕩器：蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司；K8400型蛋白質(zhì)分析儀：瑞典FOSS公司；SOX416型脂肪分析儀：德國(guó)Gerhardt公司；Biofuge Stratos Sorvall高速冷凍離心機(jī)：美國(guó)Thermo公司；UV-1240型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：日本島津分析儀器公司；D-500型高剪切均質(zhì)分散乳化機(jī)：德國(guó)WIGGENS公司。

1.3 方法

1.3.1 擠壓膨化工藝參數(shù)

原料粉碎至60目，加水調(diào)節(jié)至水分含量為20%，膨化后樣品置于45℃恒溫烘箱中干燥2 h，干燥樣品粉碎至過(guò)80目，密封保存以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析。

1.3.2 基本成分分析

水分含量的測(cè)定：直接干燥法，參照GB/T 5009.3-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》；總淀粉含量的測(cè)定：酶水解法，參照GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的測(cè)定》；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：凱氏定氮法，蛋白質(zhì)系數(shù)6.25，參照GB 5009.5-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》；粗脂肪含量的測(cè)定：索氏提取法，參考GB/T 14772-2008《食品中粗脂肪的測(cè)定》；膳食纖維含量的測(cè)定：酶重量法，參照GB 5009.88-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》；灰分含量的測(cè)定：干法灰化法，參照GB 4800-84《谷物灰分測(cè)定法》；可溶性還原糖含量的測(cè)定：3，5-二硝基水楊酸比色法。

1.3.3 水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)的測(cè)定

水溶性指數(shù)（Water Solubility Index，WSI）和吸水性指數(shù)（Water Absorption Index，WAI）的測(cè)定參照Anderson[6]的方法略加修改：準(zhǔn)確稱取2.5 g樣品置于50 mL離心管中，加入30 mL去離子水，以275 r/min的速率振搖30 min，然后3 000 r/min離心15 min，分離上清液和沉淀物；上清液傾倒于恒重的稱量盒中，在105℃的烘箱中蒸發(fā)干至恒重。WSI和WAI按式（1）和式（2）計(jì)算：

式中：W1為上清液蒸干后殘余物的質(zhì)量，g；W2為傾出上清液后凝膠質(zhì)量，g；M為樣品干重，g。

1.3.4 Carr指數(shù)和Hausner比的測(cè)定

10 g樣品輕輕裝入25 mL量筒后測(cè)量最初的松體積V1（mL），用平頭木錘輕敲使粉體處于最緊狀態(tài)，測(cè)量最終體積V2（mL）[7]。CI和HR按以下式（3）、式（4）計(jì)算：

1.3.5 色差的測(cè)定

將一定量的樣品粉末置于石英皿中，選用L*，a*，b*色度空間表示方法進(jìn)行測(cè)定，對(duì)照組色度用L0，a0，b0表示，色差值（ΔE*）按式（5）計(jì)算：

1.3.6 糊化度的測(cè)定

參照Birch[8-9]等的方法并略加改動(dòng)：稱取0.1 g樣品，分散于49mL的去離子水中，添加1.0mL的10mol/L KOH溶液，以10r/min速率在磁力攪拌器上攪拌5 min，懸浮液以4 500 r/min離心10 min；移取1.0 mL上清液，混合0.6 mL的0.5 mol/L鹽酸，用去離子水定容至10 mL，最后添加0.1 mL的碘液（0.5 g晶體碘和2 g KI溶于50 mL去離子水），混合均勻后測(cè)定混合液在600 nm處的吸光值A(chǔ)1；上述步驟中KOH的體積替換為2.5 mL，鹽酸的體積替換為1.5 mL，其他相同，測(cè)得吸光值A(chǔ)2。糊化度（Degree of Gelatinization，DG）按式（6）計(jì)算：

2 結(jié)果與分析

2.1 擠壓膨化對(duì)大米和糙米WSI和WAI的影響

水溶性指數(shù)（WSI）表明粉體溶于水的能力，常作為評(píng)價(jià)淀粉分子降解程度的指標(biāo)，而吸水性指數(shù)（WAI）表明淀粉在水中溶脹形成凝膠的能力，這兩個(gè)指數(shù)可用來(lái)衡量粉體的沖調(diào)特性。擠壓膨化對(duì)大米和糙米WSI和WAI的影響見(jiàn)表1。

表1 擠壓膨化對(duì)大米和糙米WSI和WAI的影響Table 1 Effect of extrusion on WSI and WAI of rice and brown rice

由表1可知，大米和糙米擠壓膨化后其WSI指數(shù)和WAI指數(shù)均顯著的提高，WSI分別提高了13.9倍和5.4倍，而WAI分別提高了1.32倍和1.45倍。這可能是由于大米和糙米在擠壓膨化的過(guò)程中，隨著溫度的升高，原料中的淀粉發(fā)生糊化，淀粉發(fā)生降解，使淀粉分子溶脹分裂成小分子[10]。同時(shí)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的不斷增加，原料中的不同組分受到螺桿的機(jī)械作用也在不斷增加，物料的分子結(jié)構(gòu)逐漸伸展開(kāi)來(lái)，暴露出更多的親水基團(tuán)，與水的結(jié)合能力加強(qiáng)。

2.2 擠壓膨化對(duì)大米和糙米Carr指數(shù)和Hausner比的影響

粉體的流動(dòng)性不僅直接影響食用時(shí)產(chǎn)品是否容易傾入容器，而且關(guān)系到生產(chǎn)過(guò)程中的輸送問(wèn)題。CI和HR是表征粉體流動(dòng)性的重要指標(biāo)，CI和HR越低，表明粉體的流動(dòng)性越好，粘結(jié)性越低。擠壓膨化對(duì)大米和糙米Carr指數(shù)和Hausner比的影響見(jiàn)表2。

表2 擠壓膨化對(duì)大米和糙米CI和HR的影響Table 2 Effect of extrusion on CI and HR of rice and brown rice

由表2可知，擠壓膨化后，大米和糙米的CI和HR指數(shù)均顯著降低，大米分別降低了14.93%和5.6%，糙米分別降低了39.14%和20.83%，說(shuō)明擠壓膨化可以增加粉體的流動(dòng)性，對(duì)規(guī)?；a(chǎn)中粉體產(chǎn)品的輸送有積極的意義。

2.3 擠壓膨化對(duì)大米和糙米色度的影響

擠壓膨化對(duì)大米和糙米色度的影響見(jiàn)表3。

表3 擠壓膨化對(duì)大米和糙米色度的影響Table 3 Effect of extrusion on the chrominance of rice and brown rice

由表3可以看出，大米擠壓膨化后L*值降低了4.4%、a*值升高了121%、b*值升高了58.8%。而糙米擠壓膨化后L*值降低了2.4%、a*值降低了2.5%、b*值升高了5.4%。大米的ΔE*比糙米大。說(shuō)明擠壓膨化在一定程度上降低了米粉的色度，使米粉亮度降低，大米膨化后比膨化前略顯紅色。糙米因其含有皮層、糊粉層和胚芽，所以看起來(lái)比大米略黃。

2.4 擠壓膨化對(duì)大米和糙米糊化度的影響

擠壓膨化對(duì)大米和糙米糊化度的影響見(jiàn)圖1。

圖1 擠壓膨化對(duì)大米和糙米糊化度的影響Fig.1 Effect of extrusion on degree of gelatinization of rice and brown rice

由圖1可知，大米和糙米經(jīng)擠壓膨化后其糊化度均顯著提高，分別提高了46.73%和72.97%，這主要是由于大米和糙米擠壓膨化過(guò)程中在高溫、高壓下，淀粉分子間的氫鍵斷裂而發(fā)生了糊化造成的。

2.5 擠壓膨化對(duì)大米和糙米還原糖的影響

擠壓膨化對(duì)大米和糙米還原糖的影響見(jiàn)圖2。

圖2 擠壓膨化對(duì)大米和糙米還原糖的影響Fig.2 Effect of extrusion on the content of reducing sugar of rice and brown rice

由圖2可知，大米和糙米經(jīng)擠壓膨化后其還原糖的含量呈上升的趨勢(shì)。與擠壓膨化前相比，大米粉中還原糖含量提高了6.68倍，糙米粉中還原糖含量提高了11倍。由此表明，擠壓膨化對(duì)淀粉大分子成分有一定的降解作用，相對(duì)大米而言，糙米的還原糖含量提高更為顯著。這可能是因?yàn)榈矸刍锪显谏龎?、升溫和剪切的共同作用下發(fā)生部分降解，高分子的結(jié)構(gòu)鍵斷裂而使其變成了低分子的產(chǎn)物，如淀粉結(jié)構(gòu)中的糖苷鍵斷裂使其成為葡萄糖、麥芽糖等[11]。

2.6 擠壓膨化對(duì)大米和糙米膳食纖維的影響

擠壓膨化對(duì)大米和糙米膳食纖維的影響見(jiàn)圖3。

圖3 擠壓膨化對(duì)大米和糙米膳食纖維的影響Fig.3 Effect of extrusion on composition of dietary fibre of rice and brown rice

由圖3可知，經(jīng)過(guò)擠壓膨化后大米的總纖維量（TDF）下降了14.8%，不溶性膳食纖維（IDF）降低了15.1%，可溶性膳食纖維（SDF）增加了38.8%，糙米總纖維量（TDF）降低了35.2%，不溶性膳食纖維（IDF）降低了29.6%，可溶性膳食纖維（SDF）增加了55.6%。這主要是因?yàn)樵跀D壓膨化過(guò)程中，不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化成了可溶性膳食纖維，使得可溶性膳食纖維的含量增加，而在擠壓膨化的過(guò)程中纖維素等大分子發(fā)生降解從而使得總膳食纖維的含量降低[12]。

2.7 擠壓膨化對(duì)大米和糙米蛋白質(zhì)和脂肪的影響

擠壓膨化對(duì)大米和糙米蛋白質(zhì)和脂肪的影響見(jiàn)表4。

表4 擠壓膨化對(duì)大米和糙米蛋白質(zhì)和脂肪的影響Table 4 Effect of extrusion on the content of protein and fat of rice and brown rice

由表4可知，經(jīng)過(guò)擠壓膨化后大米和糙米的蛋白質(zhì)含量沒(méi)有顯著性變化，脂肪的含量顯著降低，分別降低了50.4%、62.2%。大米和糙米經(jīng)擠壓膨化后其脂肪含量明顯降低與前人的研究結(jié)果是一致的，這可能是脂肪在高溫高壓下分解為脂肪酸和單甘酯的緣故，但也有學(xué)者認(rèn)為脂肪與淀粉蛋白質(zhì)結(jié)合生成了復(fù)合物，從而降低了樣品中脂肪的含量。

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)大米和糙米擠壓膨化后其水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)顯著提高，大米分別提高了13.9倍和1.32倍，糙米分別提高了5.4倍和1.45倍，而其Carr指數(shù)和Hausner比顯著降低，大米分別降低了14.93%和5.6%，糙米分別降低了39.14%和20.83%。脂肪含量顯著減少，蛋白質(zhì)含量沒(méi)有顯著性的變化，還原糖和糊化度顯著增加，大米分別增加了6.68倍和46.73%，而糙米分別增加了11倍和72.97%。同時(shí)，擠壓膨化降低了米粉的亮度，使其顏色變黃?？偟纳攀忱w維和不溶性膳食纖維降低，可溶性膳食纖維的含量增加。

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Effects of Extrusion on Physiochemical and Nutritional Property of Rice and Brown Rice

MA Yong-xuan，ZHANG Ming-wei，WEI Zhen-cheng，ZHANG Yan，ZHANG Rui-fen，DENG Yuan-yuan，LIU Lei，TANG Xiao-jun，XIAO Juan，HUANG Fei，DONG Li-hong
（Sericultural&Agri-Food Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods，Ministry of Agriculture/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing，Guangzhou 510610，Guangdong，China）

To investigate the effect of extrusion on the physiochemical and nutritional property of rice and brown rice.The results showed that the water solubility index and water absorption index of rice and brown rice were significantly increased after extrusion，and the rice has been increased 13.9 times and 1.32 times as the brown rice has been increased 5.4 times and 1.45 times.Thus the Carr index and Hausner ratio were significantly decreased，the rice has been decreased 14.93%and 5.6%as the brown rice has been decreased 39.14%and 20.83%.The fat content was significantly reduced，and the protein content was not significantly changed after extrusion.The reducing sugar and gelatinization were significantly increased after extrusion，and the rice has been increased 6.68 times and 46.73%as the brown rice has been increased 11 times and 72.97%.At the same time，extrusion reduced the brightness of rice flour and maked its color yellow.Total dietary fiber and insoluble dietary fiber were decreased，and the content of soluble dietary fiber was increased after extrusion.

extrusion；rice；brown rice；physiochemical；nutritional

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.003

2016-09-30

國(guó)家公益性行業(yè)科技項(xiàng)目（201303071）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014A020220005）

馬永軒（1986—），男（漢），助理研究員，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。