茍學(xué)磊，羅曉莉，吳素蕊，曹晶晶，張微思

1.云南省食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（昆明 650221）；2.中華全國供銷合作總社昆明食用菌研究所（昆明 650221）

稻米作為主要的食物來源，提供了世界膳食能量供應(yīng)的20%，但其也存在淀粉含量高、必需營養(yǎng)元素含量低等缺點(diǎn)。稻谷在碾制過程中產(chǎn)生的碎米利用率較低，因之導(dǎo)致的糧食資源利用不充分也是目前關(guān)注的問題之一。因此，以大米為原料，添加適量的營養(yǎng)元素生產(chǎn)營養(yǎng)強(qiáng)化大米或擠壓重組米的擠壓技術(shù)逐漸成為解決上述問題的重要技術(shù)手段。

擠壓技術(shù)是通過壓力使物料流經(jīng)模頭，并伴以擠壓、糊化或其他攪拌程序，使淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性，不同營養(yǎng)成分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成復(fù)合體，使最終的產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)、理化特性和性狀發(fā)生改變，并最終形成新產(chǎn)品的綜合性技術(shù)[1-3]。目前，食品擠壓加工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于組織化蛋白生產(chǎn)及休閑食品等新型或傳統(tǒng)食品的持續(xù)性生產(chǎn)過程[4-5]。雙螺桿擠壓機(jī)在加工含水量很小的物料及時(shí)間、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)控制方面具有很大的優(yōu)勢(shì)[6-7]，其在擠壓加工過程中的應(yīng)用更為廣泛。

文章主要從雙螺桿熱擠壓工藝出發(fā)，從擠壓過程中物料組成、擠壓工藝參數(shù)及儲(chǔ)存方式等因素對(duì)擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量影響進(jìn)行了綜合性的概述與討論，以期為擠壓米的高效開發(fā)和利用提供參考。

1 物料組成對(duì)擠壓米品質(zhì)影響

在擠壓米制作過程中添加谷物、豆類、果蔬、凝膠劑乳化劑等原料，不僅可以滿足消費(fèi)者對(duì)于飲食營養(yǎng)健康的需求，也有利于提高產(chǎn)品的品質(zhì)，改善產(chǎn)品的感官屬性。

在擠壓米中添加谷物或豆類，不僅可引入相應(yīng)原料的顏色，強(qiáng)化擠壓產(chǎn)品營養(yǎng)及風(fēng)味，也有助于改善產(chǎn)品延展性、水溶性、吸水性、持水性等特性[8-9]。其主要原因在于谷物、豆類中的蛋白質(zhì)及淀粉在擠壓過程中會(huì)產(chǎn)生交聯(lián)作用，影響重組米斷面凹坑和氣泡數(shù)，從而影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[10]。果蔬類成分主要影響擠壓米的營養(yǎng)成分含量及可消化性等功能特性，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響程度則較小[4]。

瓜爾膠、豆膠及葫蘆巴膠等膠劑有助于改善產(chǎn)品硬度、酥脆性，單硬脂酸甘油酯等乳化劑則主要用于改善產(chǎn)品蒸煮特性、降低產(chǎn)品黏性并防止產(chǎn)品凝膠化[11]。

從總體上來看，物料組成中淀粉組成及含量是影響擠壓米質(zhì)構(gòu)、蒸煮特性及感官評(píng)價(jià)的主要因素[12-13]，因?yàn)椴煌瑏碓吹牡矸鄯N類、鏈長(zhǎng)度、分布及聚合度間存在較大差異。例如，直鏈淀粉與支鏈淀粉會(huì)顯著影響擠壓米硬度與咀嚼性等感官品質(zhì)[14]，抗性淀粉會(huì)影響擠壓米的蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特征[15]，高直鏈玉米淀粉易降低大米淀粉的水解速率和GI值，并促進(jìn)重組米淀粉老化[16]。另外，添加α-淀粉酶改變淀粉結(jié)構(gòu)既可有效改善擠壓重組米體外消化特征并延緩血糖吸收[17]，也能顯著改善產(chǎn)品膨化度、產(chǎn)品密度、吸水性、水溶性指數(shù)及黏性等理化指標(biāo)，并通過控制總酚含量保持?jǐn)D壓重組米的抗氧化活性[18]。

2 工藝參數(shù)控制對(duì)擠壓米品質(zhì)影響

擠壓過程中工藝參數(shù)控制主要是為了彌補(bǔ)組分變化和調(diào)節(jié)最終產(chǎn)品屬性，其直接影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性及營養(yǎng)組分。機(jī)筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度及物料含水量等操作參數(shù)決定質(zhì)量溫度、模頭壓力及單位機(jī)械能等系統(tǒng)參數(shù)，這些系統(tǒng)參數(shù)則直接影響擠壓米的理化性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味及接受度，因此，正確的工藝參數(shù)控制有利于獲得預(yù)期的擠壓產(chǎn)品。

2.1 溫度對(duì)擠壓米品質(zhì)影響

質(zhì)量溫度，主要由機(jī)筒溫度和模頭溫度決定。由于物料通過螺桿過程中機(jī)筒表面與物料顆粒產(chǎn)生摩擦生熱，因此產(chǎn)品溫度通常高于機(jī)筒溫度[19]。此外，較高的喂料速度會(huì)增加機(jī)筒及模頭中物料致密性，從而促進(jìn)剪應(yīng)力和溫度升高，進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)品溫度升高。擠壓過程中的剪切力會(huì)使淀粉糊化溫度會(huì)升高7~9℃，物料水分較低時(shí)，糊化溫度則會(huì)提高18~20 ℃，耐熱α-淀粉酶有利于降低產(chǎn)品溫度并最終影響淀粉變性和糊化過程[18]。模頭溫度對(duì)擠壓米復(fù)水率及綜合質(zhì)構(gòu)也有較大的影響，模頭溫度較低時(shí)物料熟化程度不夠，模頭溫度過高則會(huì)使物料膨化，使擠出物中含有較多空氣，從而影響擠出物蒸煮特性[20]。

2.2 模頭壓力及扭矩對(duì)擠壓米品質(zhì)影響

模頭壓力是物料通過模頭流動(dòng)阻力的指示器，擠壓機(jī)扭矩則是機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的指標(biāo)。模壓和扭矩隨物料含水量、溫度和螺桿轉(zhuǎn)速升高而降低，因?yàn)闊釘D壓過程中較高的含水量會(huì)改變直鏈淀粉結(jié)構(gòu)，增加物料的融化塑性，降低融化黏性及彈性，從而降低機(jī)筒、螺桿及物料間的摩擦力，進(jìn)一步影響淀粉凝膠化及單位機(jī)械能，最終使產(chǎn)品的延展性降低[21]。當(dāng)物料含水量較低時(shí)，較高的機(jī)筒溫度會(huì)形成蒸汽壓梯度，從而使機(jī)筒內(nèi)壓力升高，進(jìn)而影響產(chǎn)品密度及硬度[22]。

2.3 單位機(jī)械能對(duì)擠壓米品質(zhì)影響

單位機(jī)械能是擠壓機(jī)傳輸物料消耗的總機(jī)械能與擠壓機(jī)中物料流速的比值，與物料糊化溫度直接相關(guān)[23]，其主要影響擠壓過程中淀粉轉(zhuǎn)化程度及產(chǎn)品的膠黏性，單位機(jī)械能越高，淀粉凝膠化程度及產(chǎn)品延展性越好[21,24]。在熱擠壓條件下，直鏈淀粉含量與單位機(jī)械能呈反比，因此，可通過調(diào)整物料組成改變擠壓過程中的單位機(jī)械能以改善產(chǎn)品質(zhì)量。例如，向物料中添加綠豆和蘋果渣可提高單位機(jī)械能，添加豌豆粉及莧菜則能降低單位機(jī)械能[4]。加入耐熱α-淀粉酶時(shí)，由于淀粉發(fā)生酶解，單位機(jī)械能也會(huì)降低[18]。此外，單位機(jī)械能還與物料含水量及螺桿轉(zhuǎn)速相關(guān)，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速升高、物料含水量較低時(shí)，單位機(jī)械能增加，淀粉凝膠化及產(chǎn)品延展性升高[23,25-26]。

3 擠壓工藝參數(shù)對(duì)擠壓米營養(yǎng)成分影響

在擠壓米生產(chǎn)過程中，一、二級(jí)控制參數(shù)不僅影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)，還會(huì)對(duì)擠壓米中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及纖維素等營養(yǎng)成分造成顯著影響[27-28]。

3.1 擠壓工藝對(duì)擠壓米中淀粉影響

淀粉的晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)通常會(huì)因擠壓過程中高溫、高壓及高剪切力影響發(fā)生凝膠化、糊化及解聚等反應(yīng)而發(fā)生改變[29]。淀粉凝膠化及晶體結(jié)構(gòu)破壞會(huì)增加擠壓米膨脹度及吸水能力，且內(nèi)部更容易形成氣泡結(jié)構(gòu)[30]。研究表明，在溫度、含水量及螺桿轉(zhuǎn)速的共同作用下，物料中碳水化合物含量可由初始的53%下降至1%~8%[31]。淀粉結(jié)構(gòu)改變不僅影響擠壓米質(zhì)構(gòu)特性及蒸煮品質(zhì)，也顯著影響淀粉消化特性。當(dāng)物料含水量較低或機(jī)筒溫度較高時(shí)，淀粉的共價(jià)鍵被破壞且發(fā)生凝膠化現(xiàn)象，其消化特性增加[32]。但在擠壓過程中其與脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等形成復(fù)合物，從而形成耐性淀粉，則會(huì)使消化特性降低[33]。

3.2 擠壓工藝對(duì)擠壓米中蛋白質(zhì)影響

作為熱不穩(wěn)定性成分，物料中的蛋白質(zhì)也會(huì)受到擠壓過程的影響。擠壓會(huì)導(dǎo)致非共價(jià)分子間相互作用、共價(jià)交聯(lián)及蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-淀粉相互作用等多種分子間相互反應(yīng)[31]。物料含水量較低時(shí)，蛋白質(zhì)含量直接影響擠壓米硬度、脆度及苦味度。物料含水量較高時(shí)，由于二硫鍵交聯(lián)作用，蛋白質(zhì)發(fā)生聚集反應(yīng)，將淀粉包裹從而形成蛋白質(zhì)-淀粉復(fù)合體，從而形成耐性淀粉[32]。此外，擠壓過程中的高溫高壓會(huì)使蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而使氨基酸含量顯著降低。提高物料含水量可有效降低剪切力及單位機(jī)械能，從而降低氨基酸流失[34]。

3.3 擠壓工藝對(duì)擠壓米中脂質(zhì)影響

脂質(zhì)在擠壓米生產(chǎn)過程中起塑化劑或乳化劑作用，可以賦予產(chǎn)品較好的質(zhì)構(gòu)特性。但當(dāng)機(jī)筒溫度在100~200 ℃時(shí)，脂質(zhì)與直鏈淀粉或蛋白質(zhì)間發(fā)生相互作用形成復(fù)合體，使脂質(zhì)含量下降，并改變擠壓米質(zhì)構(gòu)。擠壓過程中高溫使不飽和脂肪酸氧化形成過氧化氫脂質(zhì)，從而使產(chǎn)品中脂質(zhì)含量下降[35]。脂質(zhì)-淀粉復(fù)合體的形成受擠壓過程參數(shù)及淀粉與脂質(zhì)本身的特性綜合影響。當(dāng)物料含水量較低、機(jī)筒溫度較高時(shí)，會(huì)促進(jìn)該過程發(fā)生。物料含水量較高時(shí)，機(jī)筒內(nèi)物料黏性及模壓降低，物料中脂質(zhì)也會(huì)大量流失。此外，高溫及高螺桿轉(zhuǎn)速也會(huì)造成擠壓產(chǎn)品中脂質(zhì)流失，從而影響產(chǎn)品的營養(yǎng)組成及硬度[26]。

3.4 擠壓工藝對(duì)擠壓米中其他營養(yǎng)成分影響

擠壓米生產(chǎn)過程除對(duì)碳水化合物、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)這三類主要營養(yǎng)成分造成損失外，對(duì)抗氧化成分、維生素、礦物質(zhì)及纖維素等營養(yǎng)成分也會(huì)造成較大的影響。其中，總酚類抗氧化活性成分受擠壓溫度、物料含水量及螺桿轉(zhuǎn)速影響，但多個(gè)研究報(bào)道間存在較大的差異[22,36-37]。總體而言，擠壓過程中條件變化使結(jié)合酚類從物料的細(xì)胞基質(zhì)中析出或使酚類化合物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化是造成總酚含量變化的主要原因[36]。物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速及溫度也會(huì)使物料中易提取酚類物質(zhì)含量發(fā)生變化，并破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，造成多種生物活性成分失活[38]。一些不溶性纖維素受溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及單位機(jī)械能影響可轉(zhuǎn)化為可溶性纖維素，但總纖維素含量降低[39]。另外，有研究報(bào)道稱在擠壓米生產(chǎn)過程中，鐵、鈣、磷及銅含量會(huì)有顯著升高[40]，這可能是由于擠壓過程中螺桿、模頭等零部件磨損等因素所致。在擠壓過程中，維生素穩(wěn)定性隨溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料含水量、喂料速度及模頭直徑等因素升高而降低，脂溶性維生素更易受氧氣及高溫影響[41]。

4 其他影響擠壓米品質(zhì)的因素研究

擠壓米產(chǎn)品質(zhì)量除生產(chǎn)過程中各參數(shù)控制直接決定外，也受生產(chǎn)、干燥、包裝及貯藏方式等因素的影響。例如，不同生產(chǎn)技術(shù)（熱擠壓、冷擠壓和包膜）生產(chǎn)的擠壓營養(yǎng)強(qiáng)化米在不同儲(chǔ)藏條件下維生素A、鐵和鋅的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性研究結(jié)果顯示擠壓工藝更有利于營養(yǎng)強(qiáng)化米中維生素A等營養(yǎng)成分的保存[42]。電熱干燥重組營養(yǎng)強(qiáng)化米致密性、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮品質(zhì)、適口性、冷飯質(zhì)地及感官評(píng)價(jià)較優(yōu)，而微波干燥米粒蒸煮后外觀結(jié)構(gòu)更好，冷凍干燥重組營養(yǎng)強(qiáng)化米膠著性和咀嚼性最佳[43]。此外，包裝方式也會(huì)影響產(chǎn)品的最終品質(zhì)。研究表明，擠壓營養(yǎng)強(qiáng)化米的最佳包裝方式為罐裝，最佳貯藏溫度為4 ℃。在此條件下貯藏6個(gè)月，擠壓營養(yǎng)強(qiáng)化米中VC和VD3的損失率在20%以下，VB的損失率在5%以下，酸價(jià)小于1.0 mg/g，水分低于8%[44]。

5 結(jié)語

食品擠壓技術(shù)在開發(fā)新型食品方面具有重要意義，雖然通過調(diào)整物料組成、控制擠壓機(jī)參數(shù)等方法能生產(chǎn)出與自然大米質(zhì)構(gòu)參數(shù)接近的高質(zhì)量擠壓米，但不當(dāng)?shù)牟僮鳁l件及物料配方可能造成產(chǎn)品品質(zhì)降低及營養(yǎng)損失。擠壓機(jī)加工工藝參數(shù)和物料配方的最佳選擇和控制有助于開發(fā)具有更好感官屬性和接受度高的產(chǎn)品。一、二級(jí)參數(shù)、生產(chǎn)方式、包裝及儲(chǔ)藏方式等因素顯著影響擠壓米的理化、蒸煮、質(zhì)地、糊化和營養(yǎng)性能，這些信息有利于大家了解并預(yù)測(cè)擠壓機(jī)在擠壓米生產(chǎn)過程中的相關(guān)作用，并通過這些信息進(jìn)行更理性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

目前，消費(fèi)者對(duì)健康、營養(yǎng)產(chǎn)品的需求日益增長(zhǎng)，擠壓米產(chǎn)品在解決天然大米營養(yǎng)成分不足及碎米等大米副產(chǎn)物利用率不高等方面具有廣闊的發(fā)展前景，雖然目前市場(chǎng)上存在多種擠壓米產(chǎn)品，但在擠壓米開發(fā)方面依然有許多問題需要進(jìn)一步解決。因?yàn)楸M管目前通過優(yōu)化物料組成及加工過程中一、二級(jí)參數(shù)，可以獲得具有很好質(zhì)構(gòu)參數(shù)的擠壓米產(chǎn)品，但擠壓工藝使物料中淀粉、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等成分結(jié)構(gòu)及理化特性發(fā)生了顯著性變化，加之?dāng)D壓工藝中一、二級(jí)參數(shù)與產(chǎn)品參數(shù)間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，導(dǎo)致擠壓米在質(zhì)地和食味等方面依然與天然大米相去甚遠(yuǎn)，使消費(fèi)者對(duì)于擠壓米產(chǎn)品的接受度并不高。因此，除了對(duì)擠壓機(jī)加工條件和原料配方進(jìn)行優(yōu)化選擇和控制外，我們也許還需要考慮開發(fā)除擠壓工藝之外的新的工藝進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)，因?yàn)閿D壓米工藝過程具有改變物料組成成分原有理化特性的先天不足之處，而這也是影響產(chǎn)品最終品質(zhì)及消費(fèi)者接受度的根本原因。此外，目前對(duì)于擠壓米品質(zhì)評(píng)價(jià)主要集中于質(zhì)構(gòu)、蒸煮品質(zhì)及口感評(píng)價(jià)這幾個(gè)方面。雖然很多文獻(xiàn)表明其生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、蒸煮品質(zhì)等參數(shù)與天然米接近，且口感評(píng)價(jià)綜合得分也較高，但消費(fèi)者對(duì)形成的產(chǎn)品評(píng)價(jià)較低，這說明目前所使用的擠壓米評(píng)價(jià)體系與現(xiàn)實(shí)消費(fèi)需求間相關(guān)性不高。因此，進(jìn)行新工藝開發(fā)并建立準(zhǔn)確的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系是之后進(jìn)行擠壓米的研究的重點(diǎn)之一。最后，我們還需要注意的是產(chǎn)品開發(fā)是系統(tǒng)性的，除生產(chǎn)工藝外，擠壓米后續(xù)的干燥、包裝及貯藏方式等因素也會(huì)影響擠壓米質(zhì)構(gòu)及其營養(yǎng)成分的保存率，因此，我們也需要綜合性、系統(tǒng)性考察后續(xù)工藝對(duì)擠壓米產(chǎn)品質(zhì)量的影響作用。