劉磊，邱婷婷，趙志浩，朱雪梅，韓雅盟，張名位

（1.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）（2.南昌大學(xué)食品學(xué)院，江西南昌 330047）

玉米是世界總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物，其富含淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素及礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分[1,2]?，F(xiàn)代研究表明玉米中的酚類物質(zhì)可以預(yù)防糖尿病等慢性疾病的發(fā)生；玉米中含有大量的纖維素，其對腸胃蠕動(dòng)有益，在預(yù)防胃腸道疾病、高血壓和肥胖癥的發(fā)生方面有重要作用[1,3]。目前國內(nèi)外玉米食品的種類繁多，包括玉米汁、饅頭、面條、餅干、玉米粥以及玉米酒等。

隨著現(xiàn)代人的生活節(jié)奏加快，營養(yǎng)方便食品愈來愈受到消費(fèi)者的青睞。擠壓膨化技術(shù)是營養(yǎng)方便食品的重要加工方式，其清潔高效、低能耗、多功能，集攪拌、混合、擠壓和滅菌多個(gè)過程于一體。擠壓膨化工藝中物料經(jīng)過混勻、壓縮、加熱，在機(jī)械力的作用下曲折前進(jìn)，膛內(nèi)達(dá)到高溫高壓狀態(tài)，在噴出瞬間，物料水分迅速蒸發(fā)，體積膨脹后冷卻，得到擠壓膨化產(chǎn)品[4]。高維等[5]采用擠壓膨化技術(shù)研發(fā)了即食玉米粉，改善了玉米粉的口感。Zhang等[3]研究發(fā)現(xiàn)擠壓膨化處理后的玉米淀粉的黏度顯著降低，溶解度增加。然而經(jīng)擠壓膨化加工技術(shù)制備的糊粉類營養(yǎng)方便食品存在沖調(diào)分散性差等缺陷。許亞翠等人[6]研究發(fā)現(xiàn)添加高溫型α-淀粉酶進(jìn)行擠壓膨化可以降低米粉的結(jié)塊率和黏度。Xu等人[7]的研究發(fā)現(xiàn)高溫α-淀粉酶輔助擠壓膨化可以增加糙米粉的水溶性系數(shù)，降低其吸水性指數(shù)。Myat等人[8]的研究發(fā)現(xiàn)在擠壓膨化過程中加入高溫α-淀粉酶后玉米粉的水溶性系數(shù)顯著增加，吸水性指數(shù)顯著降低，L*值、a*值顯著降低，b*值顯著增加。Likimani等[9]人的研究發(fā)現(xiàn)玉米-大豆混合物在高溫α-淀粉酶擠壓作用下發(fā)生淀粉水解，且水溶性指數(shù)增加，吸水性和黏度指數(shù)降低。這些研究表明添加高溫α-淀粉酶進(jìn)行擠壓膨化有利于改善產(chǎn)品的沖調(diào)分散性，但是由于擠壓膨化工藝存在溫度高、時(shí)間短等特點(diǎn)，導(dǎo)致α-淀粉酶的酶解作用有限。

針對上述問題，本研究以玉米為原料，在高溫下添加α-淀粉酶先進(jìn)行固態(tài)預(yù)酶解后再進(jìn)行擠壓膨化處理，比較研究預(yù)酶解-擠壓膨化和直接擠壓膨化工藝對玉米全粉粉體流動(dòng)性、黏度、沖調(diào)分散性、色度以及淀粉含量、還原糖含量、脂肪含量及可溶性蛋白含量的影響，為預(yù)酶解-擠壓膨化技術(shù)在以玉米谷物為基質(zhì)的營養(yǎng)方便食品加工中的應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米籽粒，市售；高溫α-淀粉酶（Termamyl SC，活力為120 KNU-S/g），購自諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司。

1.2 主要儀器與設(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；UltraScan VIS型色差儀，美國HunterLab公司；AR-1500ex型流變儀，美國TA公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 三種玉米全粉樣品的制備

使用粉碎機(jī)粉碎玉米粒，過60目篩，得到未擠壓玉米全粉樣品。玉米粉按1500 U/g添加高溫α-淀粉酶，控制水分含量為22%，100 ℃下進(jìn)行預(yù)酶解0.5 h，擠壓機(jī)前端溫度 60 ℃、中端溫度 98 ℃、末端溫度134 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為29.6 Hz，此條件下對預(yù)酶解后的玉米全粉進(jìn)行擠壓膨化，擠出物粉碎后過60目篩，得到預(yù)酶解-擠壓膨化玉米全粉樣品。擠壓膨化玉米全粉樣品除不進(jìn)行預(yù)酶解處理外其余條件與預(yù)酶解擠壓膨化樣品一致。所得樣品均低溫密封保存。

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

參考Majumdar等[10]的方法并略加修改。準(zhǔn)確稱取3 g樣品于50 mL離心管中，然后加入35 mL去離子水（水溫28 ℃）混勻，275 r/min振蕩30 min，4000 r/min離心10 min，上清液倒入已烘干至恒重的稱量瓶中，于105 ℃干燥箱中烘干至恒重。重復(fù)測定5次。

1.3.3 結(jié)塊率的測定

參考丁琳等[11]的方法并略加修改。準(zhǔn)確稱取15 g樣品于500 mL燒杯，加入150 mL預(yù)熱至80 ℃去離子水，攪拌30 s，靜置10 min，用20目篩網(wǎng)過濾，清水漂洗一次，于105 ℃干燥箱烘干至恒重。重復(fù)測定5次。

1.3.4 分散時(shí)間的測定

參考張艷[12]的方法并略作修改。準(zhǔn)確稱取2 g樣品，使用漏斗將樣品加入到盛有100 mL水的200 mL燒杯中，水溫70 ℃，同時(shí)使用磁力攪拌器以60 r/min的速度攪拌。記錄從開始加入至粉塊完全分散所需時(shí)間，重復(fù)測定5次。

1.3.5 黏度的測定

稱取20 g樣品分散于100 mL 80℃熱水中，得到20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的米糊。使用裝配有40 mm直徑鋁平板夾具的AR-1500ex流變儀，夾具與樣品臺的間距設(shè)為1 mm，溫度25 ℃，角頻率范圍0.01～200 rad/s。將適量米糊樣品置于流變儀樣品臺上，保持10 min以消除殘余應(yīng)力；操作流變儀夾具平板下移，移除夾具邊緣溢出的樣品，啟動(dòng)程序進(jìn)行測定。重復(fù)測定5次。

1.3.6 休止角和容積密度的測定

參考Taser等[13]的方法并略作修改。休止角的測定：在25 mL量筒中加入樣品至刻度線20 mL處，用紙板擋住量筒口，將量筒倒置至高于水平面8 cm，迅速抽離紙板。樣品在水平面堆積成一個(gè)圓錐體。測量圓錐體的高度（h）和直徑（d）。重復(fù)測定5次。

容積密度的測定：于100 mL量筒中準(zhǔn)確稱取20 g樣品，于桌面上輕輕敲擊10次，記錄敲擊后的刻度值。重復(fù)測定5次。

1.3.7 滑角的測定

參考Ileleji等[14]的方法并略作修改。準(zhǔn)確稱取3 g樣品，置于玻璃板上，玻璃板一端固定，另一端勻速緩慢抬升至大部分樣品滑落，測量樣品滑落初端與底端的距離即玻璃板的長度L和樣品滑落時(shí)的垂直高度h，重復(fù)測定5次。

1.3.8 Carr指數(shù)和Hausner比值的測定

參考陳盛君等[15]的方法并略作修改。準(zhǔn)確稱取10 g樣品，裝入25 mL量筒后讀取初體積V1，輕敲至粉體達(dá)最緊實(shí)狀態(tài)至粉體無明顯體積變化，讀取最終體積V2。重復(fù)測定5次。

1.3.9 色度的測定

色差儀使用UltraScanVIS型，選用CIELab色彩空間進(jìn)行色度測定，并計(jì)算色差值ΔE*。重復(fù)測定5次。

1.3.10 還原糖含量的測定

參考文偉等[16]的方法并略作修改。準(zhǔn)確稱取 2 g樣品，加入30 mL去離子水，室溫下振蕩30 min，4000 r/min離心10 min，取上清液定容至50 mL，使用DNS比色法測定其還原糖含量，結(jié)果以每克干基中的葡萄糖含量(mg/g DW)表示。重復(fù)測定3次。

1.3.11 淀粉含量的測定

參照GB/T 5009.9-2008中的酶水解法測定淀粉含量。重復(fù)測定3次。

1.3.12 脂肪含量的測定

使用脂肪測定儀進(jìn)行粗脂肪的測定。準(zhǔn)確稱取5.0 g（m0）樣品，置于樣品杯中，在其上方加入脫脂棉。在每個(gè)脂肪玻璃杯（已于105 ℃烘干至恒重，恒重后空杯質(zhì)量為m1）中加入150 mL低沸程石油醚，將樣品杯置于脂肪杯中，使用脂肪測定儀準(zhǔn)確上機(jī)測定。機(jī)器停止后取下脂肪測定玻璃杯，于105 ℃干燥箱烘干至恒重，稱重（m2）。重復(fù)測定3次。

1.3.13 可溶性蛋白含量的測定

使用考馬斯亮藍(lán)試劑盒對可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行測定。準(zhǔn)確稱取1.0 g樣品，按重量（g）：體積（mL）=1：9比例加入9倍生理鹽水，混勻，2500 r/min離心10 min，取上清液定容至25 mL。取雙蒸水、0.563 g/L蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品和樣液各50 μL，分別加入3.0 mL考馬斯亮藍(lán)顯色劑，混勻后靜置10 min，波長595 nm處測定吸光值。重復(fù)測定3次。計(jì)算見公式（1）。

1.3.14 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，顯著性水平為 0.05，數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Means±SD）表示；使用Origin 8.0進(jìn)行作圖；數(shù)據(jù)處理時(shí)某種物質(zhì)的含量以樣品干重計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉沖調(diào)分散性的影響

預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉沖調(diào)分散性的影響見表 1。與未擠壓玉米全粉樣品相比，擠壓膨化玉米全粉樣品與預(yù)酶解-擠壓膨化玉米全粉樣品水溶性指數(shù)分別增加了10.67倍和12.10倍，吸水性指數(shù)分別降低了 23.94%、44.02%（p＜0.05）；與擠壓膨化玉米全粉樣品相比，預(yù)酶解-擠壓膨化玉米全粉樣品水溶性指數(shù)增加了12.26%，吸水性指數(shù)降低了26.40%，結(jié)塊率增加了75.32%，分散時(shí)間降低了24.14%。表1結(jié)果說明，與直接擠壓膨化處理相比，預(yù)酶解-擠壓膨化處理改善了玉米全粉的沖調(diào)分散性。

Xu等[7]的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)高溫 α-淀粉酶輔助擠壓膨化后的糙米和精米相比于不添加高溫α-淀粉酶擠壓的樣品吸水性指數(shù)降低，水溶性指數(shù)升高，這與本研究的結(jié)果相一致。原因是谷物粉體在復(fù)水時(shí)會發(fā)生吸水、下沉、分散、溶解等過程，這些過程是交叉混合進(jìn)行[4]。吸水性指數(shù)表示淀粉吸水溶脹的能力，水溶性指數(shù)反映了大分子的降解程度，數(shù)值大小與淀粉釋放可溶性小分子物質(zhì)的量有關(guān)。高溫α-淀粉酶酶解處理使淀粉鏈變短，淀粉分子被降解，淀粉結(jié)構(gòu)被破壞，釋放大量可溶性糖類物質(zhì)，從而導(dǎo)致了吸水性指數(shù)降低，水溶性指數(shù)升高，分散時(shí)間變短。

張冬媛等人[17]的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)高溫 α-淀粉酶輔助擠壓膨化處理后的糙米較直接擠壓膨化處理結(jié)塊率下降，許亞翠等[6]人的研究發(fā)現(xiàn)在擠壓膨化過程中加入高溫α-淀粉酶處理后的米粉結(jié)塊率下降，與本研究得到的結(jié)果不一致。原因可能是添加高溫α-淀粉酶輔助擠壓膨化處理中由于擠壓膨化過程時(shí)間太短，淀粉酶作用有限，而預(yù)酶解-擠壓膨化處理在擠壓膨化前將物料先進(jìn)行預(yù)酶解，淀粉酶酶解作用時(shí)間相對更長，故擠壓后的玉米全粉中小分子糖類、糊精物質(zhì)含量更高，親水性增強(qiáng)。導(dǎo)致玉米全粉在沖調(diào)過程中表層粉體迅速吸水，附著在物料表面形成內(nèi)部包裹干粉的團(tuán)塊結(jié)構(gòu)，阻礙了內(nèi)部粉體吸收水分，故結(jié)塊率增加。而在分散時(shí)間的測定過程中，沖調(diào)時(shí)加入的粉體量較少且進(jìn)行了適當(dāng)?shù)臄嚢?，所以沖調(diào)時(shí)間較短并未結(jié)塊。總體而言，預(yù)酶解-擠壓膨化處理改善了玉米全粉的沖調(diào)分散性。

表1 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉樣品沖調(diào)分散性的影響Table 1 Effects of extrusion with enzyme pretreatment on the solubility of whole corn powder

2.2 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉黏度的影響

圖1 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉黏度的影響Fig.1 Effects of extrusion with enzyme pretreatment on theviscosity of whole corn powder

預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉黏度的影響如圖 1所示。經(jīng)預(yù)酶解-擠壓膨化處理后的玉米全粉樣品黏度顯著降低。在檢測范圍內(nèi)，隨著剪切速率的提高，兩種玉米全粉的黏度都逐漸降低，說明這兩種玉米全粉樣品都具有剪切變稀的性質(zhì)。

2.3 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉粉體流動(dòng)性的影響

預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉粉體流動(dòng)性的影響見表 2。與未擠壓膨化玉米全粉相比，擠壓膨化玉米全粉樣品與預(yù)酶解-擠壓膨化玉米全粉樣品的 Carr指數(shù)分別減小了16.95%、9.98%，Hausner比值分別減小了7.95%、4.64%，休止角分別減小了21.26%、1.89%，滑角分別減小了6.77%、0.72%，容積密度分別增加了18.64%、20.34%，且存在顯著性差異（p＜0.05）；與擠壓膨化玉米全粉樣品相比，預(yù)酶解擠壓膨化玉米全粉樣品的Carr指數(shù)分別增加了8.39%，Hausner比值分別增加了3.60%，休止角分別增加了24.59%，容積密度分別增加了1.43%，滑角分別增加了6.49%。三種玉米全粉的休止角均小于 30°，說明樣品的流動(dòng)性很好。

粉體流動(dòng)性不僅影響食用時(shí)是否容易倒入容器中，而且還影響粉體的生產(chǎn)、輸送、保存和裝載過程[18]。

滑角和休止角反映了粉體在重力作用下的流動(dòng)性，保證生產(chǎn)過程中具有足夠的流動(dòng)性需要粉體的休止角＜45°；Carr指數(shù)和Hausner比值表示為粉體受壓縮時(shí)流動(dòng)的難易，Carr指數(shù)和Hausner比值越小，粉體的流動(dòng)性越好；容積密度是反映產(chǎn)品在擠壓過程中進(jìn)料速度和運(yùn)輸成本的一個(gè)基本物理指標(biāo)[7]，在一定程度上反應(yīng)粉體流動(dòng)性。本研究的結(jié)果中預(yù)酶解處理使擠壓膨化玉米全粉粉體流動(dòng)性變差。主要原因可能是高溫α-淀粉酶處理破壞了淀粉的結(jié)構(gòu)，與淀粉結(jié)合的一部分蛋白質(zhì)被釋放，導(dǎo)致粉體顆粒表面變粗糙，粉體流動(dòng)性變差。

表2 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉樣品粉體流動(dòng)性的影響Table 2 Effects of extrusion with enzyme pretreatment on the liquidity of whole corn powder

2.4 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉色度的影響

預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉色度的影響見表3。與擠壓膨化玉米全粉樣品相比，預(yù)酶解-擠壓膨化處理后的玉米全粉樣品L*值和b*值顯著增加，a*值降低，產(chǎn)生了一定色差。從表3還可以看出，擠壓膨化玉米全粉樣品和預(yù)酶解-擠壓膨化玉米全粉樣品的 L*值較未擠壓玉米全粉樣品的L*值均降低，因?yàn)榻?jīng)過高溫處理后的玉米全粉亮度值降低。

玉米全粉樣品經(jīng)過預(yù)酶解-擠壓膨化處理后，一方面樣品粉質(zhì)變軟，擠壓過程中摩擦力減小，機(jī)腔內(nèi)壓力和溫度降低，對非酶褐變的反應(yīng)具有抑制作用；另一方面，樣品的還原糖含量升高，對美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等非酶褐變具有促進(jìn)作用。預(yù)酶解-擠壓膨化后的玉米全粉樣品較擠壓膨化玉米全粉樣品的 L*值增加，ΔE*值降低，說明預(yù)酶解處理后的玉米全粉樣品亮度值增加，色差減小。

表3 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉樣品色度的影響Table 3 Effects of extrusion with enzyme pretreatment on the chrominance of whole corn powder

2.5 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉淀粉、還原糖、脂肪及可溶性蛋白含量的影響

預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉淀粉、還原糖、脂肪及可溶性蛋白含量的影響見表4。預(yù)酶解-擠壓膨化樣品中的還原糖含量相比于其他兩種樣品中還原糖含量顯著增加，擠壓膨化樣品與預(yù)酶解-擠壓膨化樣品中還原糖含量相比于對照樣品分別增加了 3.21、9.07倍（p＜0.05）。預(yù)酶解-擠壓膨化樣品中的淀粉含量相比于其他兩種樣品中淀粉含量顯著降低，擠壓膨化樣品與預(yù)酶解-擠壓膨化樣品中淀粉含量相比于對照樣品分別減少了4.92%、10.50%（p＜0.05）。擠壓膨化過程中淀粉降解，長鏈淀粉膨化破裂被切割成還原糖和短鏈糊精[19]，高溫α-淀粉酶預(yù)酶解處理過程中，淀粉被水解成糊精和低聚糖等，故經(jīng)擠壓膨化處理和經(jīng)高溫α-淀粉酶預(yù)酶解擠壓膨化處理后玉米全粉的淀粉含量降低，還原糖含量增加。

未擠壓玉米全粉樣品中脂肪含量最高，擠壓膨化和預(yù)酶解-擠壓膨化樣品的脂肪含量分別下降了59.2%、55.8%（p＜0.05）。未擠壓玉米全粉樣品中可溶性蛋白含量最高，擠壓膨化和預(yù)酶解擠壓膨化樣品的可溶性蛋白質(zhì)含量分別下降了 88.9%、61.8%（p＜0.05）。玉米粉中的脂肪在擠壓膨化過程中會與淀粉和蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，蛋白質(zhì)在擠壓膨化過程中發(fā)生變性[20]，高溫α-淀粉酶預(yù)酶解處理使淀粉被水解，之后的擠壓膨化過程中形成的淀粉-脂肪-蛋白質(zhì)復(fù)合物含量減少，故蛋白質(zhì)和脂肪含量增加。

表4 預(yù)酶解-擠壓膨化對玉米全粉淀粉、還原糖、脂肪及可溶性蛋白含量的影響Table 4 Effects of extrusion with enzyme pretreatment on the content of starch, reducing sugar, fat and soluble protein of whole corn powder

3 結(jié)論

3.1 本文研究了預(yù)酶解-擠壓膨化加工工藝對玉米全粉品質(zhì)特性的影響，結(jié)果表明：（1）與直接擠壓膨化玉米全粉樣品相比，預(yù)酶解-擠壓膨化玉米全粉樣品的水溶性系數(shù)顯著增加了12.26%，吸水性指數(shù)顯著降低了26.40%，分散時(shí)間顯著減小了24.14%，結(jié)塊率顯著增加了75.32%，黏度降低，沖調(diào)分散性得到顯著改善；Carr指數(shù)、Hausner比值分別增加了8.39%、3.60%，休止角、滑角顯著增加，分別增加了24.59%、6.49%，容積密度增加；L*值、b*值顯著增加，a*值降低，產(chǎn)生了一定色差。（2）與直接擠壓膨化樣品相比，預(yù)酶解擠壓膨化處理增加了玉米粉樣品的還原糖、脂肪和可溶性蛋白質(zhì)含量，降低了淀粉含量。預(yù)酶解擠壓膨化樣品的淀粉含量下降了6.23%；還原糖含量上升了139.43%；脂肪含量上升了7.87%；可溶性蛋白質(zhì)含量上升了244.52%。

3.2 本研究表明，預(yù)酶解-擠壓膨化技術(shù)克服了擠壓膨化工藝過程中由于物料水分含量低，加工溫度高，作用時(shí)間短等因素導(dǎo)致酶解作用有限的技術(shù)難題，可以改善玉米全粉的沖調(diào)分散性及食用品質(zhì)，為玉米膨化粉的加工提供了指導(dǎo)，為開發(fā)谷物營養(yǎng)方便食品提供了新的技術(shù)參考。