宋燕燕 ，張 克 ，趙 丹 ，李培剛 ，王 冰 ，王 也 ，杜志龍 ，薛文通

（1.中糧國際（北京）有限公司，北京 100020；2.中國包裝和食品機械有限公司，北京 100083；3.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

0 引言

薯類淀粉對擠壓制品性質(zhì)有顯著影響。廖盧艷等［1］通過添加改性甘薯淀粉研究粉條品質(zhì)的變化，化學(xué)和生物改性對表面結(jié)構(gòu)破壞明顯。鄒金浩等［2］分析比較木薯、甘薯和淮山淀粉的理化性質(zhì)，并分析其和粉條品質(zhì)的相關(guān)性。范代超［3］研究了豆類、薯類、葛根及蕨根淀粉特性及對粉絲品質(zhì)的影響。陶海騰等［4］通過添加馬鈴薯和木薯淀粉顯著提升了擠壓面條的抗拉伸性和耐煮性等品質(zhì)。廖盧艷等采用濕熱法改性甘薯淀粉，使粉條斷條率降低50%，硬度和拉伸強度增加。呂瑩果等［5］指出，以薯類等為原料制備的預(yù)糊化淀粉在傳統(tǒng)食品中有一定應(yīng)用優(yōu)勢。

淀粉種類及添加量對重組米品質(zhì)有重要影響。郭雅卿等［6］指出，蓮子淀粉添加量為30%時，重組米彈性和咀嚼性最大，綜合品質(zhì)最佳。張依睿［7］指出，微波改性馬鈴薯淀粉的添加使總體感官品質(zhì)評分降低、吸水率增加。沈宇光［8］指出，馬鈴薯淀粉添加量為40%時，重組米的感官評分較高。另有研究指出，添加馬鈴薯、紫薯和芋艿頭等能夠增強重組米抗消化性，改變血糖生成指數(shù)和抗氧化性等營養(yǎng)品質(zhì)［9-10］。

目前對不同薯類加工重組米的適應(yīng)性研究較少，缺少薯類原料的選擇依據(jù)。本文主要研究薯類淀粉對擠壓原料糊化性質(zhì)和重組米品質(zhì)的影響，闡述原料和重組米理化性質(zhì)的影響規(guī)律，為重組米品質(zhì)改善和薯類原料篩選提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

福臨門水晶米（中糧國際（北京）有限公司）；大米粉（河南黃國糧業(yè)有限公司）；木薯淀粉（崇左群力淀粉有限公司）；馬鈴薯淀粉（固原雪冠淀粉有限公司）；甘薯淀粉（新鄉(xiāng)良潤全谷物食品有限公司）。3種薯類淀粉的純度均達(dá)到99%以上，馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量為（13.48±0.48）%，低于其他淀粉。試驗中使用的化學(xué)試劑均為分析純級別。

1.2 試驗方法

1.2.1 重組米的制備

將大米粉與淀粉按照4：1的比例和25%（w/w）蒸餾水充分混合，在4 ℃下密封保存12 h，并且在擠壓前放置30 min以使溫度達(dá)到室溫。用雙螺桿擠壓機進(jìn)行加工，進(jìn)料口至模具的4個加熱區(qū)域溫度依次為 50，70，90，80 ℃，喂料速率 4.29 kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速106 rad/min，擠出，在室溫下干燥48 h后得到重組米。

試驗共含有4種擠壓原料，其中1種為純大米粉（對照組），其余3種為不同薯類淀粉與大米粉按比例混合后的擠壓原料（試驗組）。比較試驗組和對照組試驗結(jié)果，即可分析出淀粉種類對擠壓原料糊化性質(zhì)的影響，及對重組米流變性質(zhì)、結(jié)構(gòu)性質(zhì)、膨脹性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響。

1.2.2 擠壓原料糊化性質(zhì)的測定

按照LU等［11］的方法使用快速黏度分析儀（RVA）測定混合粉的糊化性質(zhì)。取約3 g擠壓原料與25 mL蒸餾水在專用鋁罐中混合均勻后用RVA測定，攪拌速度為160 rad/min，在50 ℃下保持 60 s，經(jīng) 222 s加熱到 95 ℃，并保持 150 s，經(jīng)228 s冷卻到 50 ℃，保持 120 s。

1.2.3 重組米流變性質(zhì)的測定

將重組米粉碎后過60目篩，與蒸餾水混合制備5%（w/w）的樣品懸浮液，置于25 ℃和85 ℃的恒溫水浴箱中，參照SIROHA等［12］的方法，用流變儀測定動態(tài)和靜態(tài)流變性質(zhì)。角頻率（ω）為2～70 rad/s，應(yīng)變?yōu)?%。靜態(tài)流變試驗中，剪切速率為1～500 s-1。

1.2.4 重組米結(jié)構(gòu)性質(zhì)的測定

表觀結(jié)構(gòu)：用體視顯微鏡觀察重組米的表觀結(jié)構(gòu)。

微觀結(jié)構(gòu)：參照 LI等［13］的方法，將 10 g重組米和13 mL水置于鋁盒中靜置20 min后蒸20 min，然后帶蓋燜30 min，冷凍干燥后通過掃描電子顯微鏡觀察。

密度和孔隙度確定按MAZWEEN等［14］的方法執(zhí)行。將約70 g重組米與150 mL馬鈴薯全粉（通過60目篩）混合并轉(zhuǎn)移到250 mL量筒中，通過質(zhì)量與體積的比值來測量重組米的體積密度。堆積密度通過質(zhì)量與在250 mL量筒中占據(jù)的體積比值計算［15］。根據(jù)下式計算孔隙率和膨脹比［16］：體積密度=重組米質(zhì)量/［量筒測量體積-馬鈴薯全粉體積（150 mL）］ （1）

1.2.5 重組米膨脹性質(zhì)的測定

參照ZHANG和MA等的方法測定樣品的膨脹特性［17-18］。將重組米粉碎后過60目篩，在15 mL離心管中加入約0.25 g樣品和7 mL蒸餾水，依次進(jìn)行旋渦振蕩、70 ℃水浴振蕩10 min、旋渦振蕩、沸水浴10 min、冰浴5 min、4 000 rad/min離心作用10 min。膨脹特性表征參數(shù)根據(jù)下式計算：

1.2.6 重組米質(zhì)構(gòu)特性測定

按照楊喬楠和LI等的方法用質(zhì)構(gòu)分析儀測定蒸制后重組米的質(zhì)構(gòu)特性［19-20］。測試速度為1 mm/s，壓縮率為70 %，探頭為35 mm直徑的圓柱體。

1.2.7 重組米質(zhì)構(gòu)與其他理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

將糊化性質(zhì)、膨脹性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)性質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 19.0軟件，進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)為Pearson，雙側(cè)檢驗。根據(jù)質(zhì)構(gòu)性質(zhì)各指標(biāo)與糊化性質(zhì)、膨脹性質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，分析重組米質(zhì)構(gòu)性質(zhì)與其他理化性質(zhì)的相關(guān)性。

1.2.8 統(tǒng)計分析

質(zhì)構(gòu)特性試驗至少重復(fù)5次，其他理化試驗至少重復(fù)3次，試驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差（means±SD）表示。試驗數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，組間均值采用LSD和Duncan進(jìn)行多重比較和顯著性分析，p＜0.05表示數(shù)據(jù)間差異具備統(tǒng)計學(xué)意義。采用Office 2016和Adobe Photoshop cc 2015等軟件完成制圖。

2 結(jié)果分析

2.1 淀粉種類對擠壓原料糊化性質(zhì)的影響

據(jù)圖1（a）可知，大米粉的峰值時間和糊化溫度最大，PSF的糊化溫度最低。據(jù)圖1（b）可知，PSF的峰值黏度和谷值黏度最大。3種淀粉對擠壓原料回生值和降落值的影響無顯著性差異。糊化溫度與糊化難度有關(guān)［21］。大米粉顆粒在懸浮液中容易形成大直徑團(tuán)簇，會阻礙水分和溫度進(jìn)入，抑制淀粉顆粒的糊化。HORSTMANN等［22］研究指出，極性基團(tuán)的負(fù)電荷會削弱晶區(qū)之間的氫鍵，增強糊化過程中的吸水能力，從而增加糊化黏度。

圖1 擠壓原料的糊化性質(zhì)Fig.1 Gelatinization properties of extrusion materials

2.2 淀粉種類對重組米流變性質(zhì)的影響

重組米流變性質(zhì)主要包括靜態(tài)流變性質(zhì)（圖2）和動態(tài)流變性質(zhì)（圖3）。在85 ℃時，與甘薯淀粉相比，添加木薯淀粉的重組米的剪切應(yīng)力（σ）和表觀黏度（η）較大。薯類淀粉使重組米的σ和η增加，其中PRA的最大。薯類淀粉使重組米的儲能模量（G'）和損耗模量（G''）顯著增加，其中PRA最大。馬鈴薯淀粉對重組米流變特性的影響最大，這與黃峻榕等［23］的研究結(jié)果一致。根據(jù)冪律方程（見下式）計算流變性能指數(shù)（n）［24］。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知n＜1，因此流變試驗中淀粉糊為假塑性流體。

圖2 不同條件下樣品的靜態(tài)流變性質(zhì)Fig.2 Static rheological properties of samples under different conditions

圖3 不同條件下樣品的動態(tài)流變性質(zhì)Fig.3 Dynamic rheological properties of samples under different conditions

2.3 淀粉種類對重組米結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響

據(jù)圖4可知，重組米表面光滑、無裂紋，薯類淀粉使重組米的體積增大。據(jù)圖5可知，薯類淀粉使重組米內(nèi)部分布大量氣孔，其中馬鈴薯淀粉使重組米中心產(chǎn)生大氣孔，周圍氣孔較小。天然大米蒸煮后的橫截面結(jié)構(gòu)與原始結(jié)構(gòu)有關(guān)。據(jù)圖6～7可知，薯類淀粉使重組米的膨脹比增加。與天然大米相比，重組米內(nèi)部分布大量氣孔，堆積密度較小，孔隙率較大。馬鈴薯淀粉使重組米內(nèi)部含水量大，周圍含水量小。較少的水分通過模具快速蒸發(fā)，從而減少了膨脹和體積。由于馬鈴薯淀粉的高黏度，PRA在蒸煮過程中保留較多的水分，形成一個具有大量氣孔的橫截面。

圖4 重組米的表觀結(jié)構(gòu)Fig.4 Apparent structure of RA

圖5 重組米橫截面微觀結(jié)構(gòu)Fig.5 Microstructure of cross section of RA

圖6 重組米的膨脹比Fig.6 Expansion ratio of RA

圖7 重組米的密度和孔隙率Fig.7 Density and porosity of RA

2.4 淀粉種類對重組米膨脹性質(zhì)的影響

據(jù)圖8可知，添加薯類淀粉使重組米膨脹勢和持水力顯著增加，溶解度小幅減小。根據(jù)均值可知，PRA的膨脹勢和持水力最大、溶解度最小，這可能與馬鈴薯淀粉直鏈淀粉含量低、支鏈淀粉分支點少等因素有關(guān)［25］。此外，PRA的氣孔分布狀態(tài)抑制小分子物質(zhì)向外部遷移，使溶解度減小、持水力增加。

圖8 重組米膨脹性質(zhì)Fig.8 Swelling properties of RA

2.5 淀粉種類對重組米質(zhì)構(gòu)特性的影響

據(jù)圖9可知，與天然大米相比，重組米的樣品高度低，最大黏附力、黏附性、彈性、內(nèi)聚性、硬度和咀嚼性均較大。薯類淀粉的添加顯著降低了重組米的最大黏附力和黏附性。木薯和甘薯淀粉使重組米樣品高度減小，馬鈴薯淀粉使重組米硬度、咀嚼性和彈性增加。說明烹飪后重組米與水緊密結(jié)合，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及凝膠穩(wěn)定性增加，抗壓縮性增強，有利于質(zhì)構(gòu)特性的提升。PRA較好的質(zhì)構(gòu)特性可能與馬鈴薯較高的糊化黏度和流變特性有關(guān)。

圖9 重組米質(zhì)構(gòu)特性Fig.9 Texture characteristics of RA

2.6 重組米質(zhì)構(gòu)與其他理化性質(zhì)的相關(guān)性分析

據(jù)表1可知，硬度與谷值黏度呈顯著正相關(guān)，黏附伸長度、彈性均與最終黏度呈顯著正相關(guān)，咀嚼性與峰值、谷值和最終黏度均呈顯著正相關(guān)。因為糊化黏度越大，表明分子間結(jié)合能力越強，運動時對剪切的阻力越大。

表1 相關(guān)性分析Tab.1 Correlation analysis

同樣，高黏度使壓縮過程中對探頭施加更大的作用力，彈性與重組米被壓縮后的恢復(fù)能力有關(guān)，最終黏度越大，說明經(jīng)分子重組后結(jié)合能力越強，使硬度、咀嚼性、黏附伸長度和彈性增加。隨著膨脹比的增大，擠出物內(nèi)部空隙增大，分子間作用力減弱，黏附性減小。重組米溶解度越大，說明水溶性物質(zhì)越多，在蒸制過程中容易遷移到外部并黏附在重組米表面，形成黏附層，在質(zhì)構(gòu)儀測定時增強對探頭的黏附作用，因此最大黏附力增加。

3 結(jié)語

薯類淀粉對擠壓原料和重組米理化性質(zhì)有顯著影響。添加薯類淀粉后，擠壓原料糊化時間平均縮短0.85 min，糊化溫度平均降低1.9 ℃，剪切壓力、表觀黏度、儲能模量和損耗模量增加；重組米更飽滿，膨脹比平均增加0.22，膨脹勢和持水力分別平均增加3.06%，4.12%；重組米最大黏附力和黏附性分別平均減小1.6 N，1.4 g·s。

馬鈴薯淀粉加工重組米的適應(yīng)性最好。3種薯類淀粉中，馬鈴薯淀粉對擠壓原料峰值、谷值和最終黏度影響最大。PRA剪切壓力、表觀黏度、儲能模量和損耗模量最大，膨脹度最大，溶解度最小。馬鈴薯重組米的硬度、咀嚼性和彈性最大，分別超出甘薯重組米21%，22%，45%。

相關(guān)性分析結(jié)果表明，擠壓原料的糊化性質(zhì)與質(zhì)構(gòu)特性存在顯著的相關(guān)性，其中重組米的咀嚼性與峰值、谷值和最終黏度呈顯著正相關(guān)，黏附伸長度和彈性與最終黏度呈顯著正相關(guān)，R2均達(dá)到0.97以上；谷值黏度與硬度呈顯著正相關(guān)，R2達(dá)0.967。