糙米及改性糙米对玉米挤压产品特性的影响

苏安祥 刘俊飞 扈战强 洪 雁 汤晓智

(南京财经大学食品科学与工程学院;江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心;江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室1，南京 210023) (江南大学食品学院2，无锡 214122)

糙米及改性糙米对玉米挤压产品特性的影响

苏安祥1刘俊飞1扈战强1洪 雁2汤晓智1

(南京财经大学食品科学与工程学院;江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心;江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室1，南京 210023) (江南大学食品学院2，无锡 214122)

以玉米粉为主要原料，分析添加不同比例(0%、10%、20%、30%)的糙米粉和改性发芽糙米粉对玉米粉挤压产品特性的影响。结果表明，改性发芽糙米粉的添加提高了挤压产品的膨化率(添加30%时，提高7.5%)，而糙米粉的添加导致膨化率降低(添加30%时，降低10%)。添加改性发芽糙米粉后，膨化产品的破碎最大力和破碎总功总体呈下降的趋势(添加30%时，分别降低19%、32%)，糙米粉则相反(添加30%时，分别提高16%、15%)。糙米粉和改性发芽糙米粉的添加，导致色差呈下降趋势。黏度测定表明挤压导致淀粉糊化和降解，但相比糙米粉，添加改性发芽糙米粉的产品黏度较高，且随着添加比例的增加，黏度有一定程度的提高。相对于玉米粉，糙米粉和改性发芽糙米粉的添加使产品的水溶性指数(WSI)呈上升趋势，吸水性指数(WAI)呈下降的趋势，同时添加改性发芽糙米粉的挤压产品WSI低于添加糙米粉的挤压产品，而WAI则相反。

糙米 改性发芽糙米 玉米粉 挤压膨化

稻谷是中国主要的粮食作物之一，稻谷在精加工过程中去除了稻壳、种皮、糊粉层和米胚等得到的精白米即人们食用的大米，但稻谷的大部分功能性营养成分存在于胚芽和种皮中，这造成了可食用粮食资源的浪费高达10%～20%。糙米保留了胚芽和种皮，仅去除了稻壳。糙米含有丰富的蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素及矿物质，与精白米相比，能提供更全面的营养[1]，此外，糙米还含有多种生物活性因子，如谷胱甘肽、γ-氨基丁酸、γ-谷维醇、米糠脂多糖、肌醇六磷酸等[2-4]。但种皮部分的存在，使糙米有一种糠的不愉快气味，并且，糙米糠层中高含量的纤维素及其复合物使糙米适口性、加工性、消化性均较差，致使其食用受到了一定的局限。

发芽糙米比糙米拥有更好的应用前景，糙米发芽过程中，内源酶被激活，分解部分生物高分子化合物，如淀粉、非淀粉多糖和蛋白质等，产生发芽所需要的小分子的糖和氨基酸等营养物质[5]；除此之外，大分子有机化合物如纤维素等的适当分解也可以有效地改善糙米的食用品质[6]。相对于激活内源酶，外源酶的加入能带来更积极的效果。Das等[7-8]利用木聚糖酶和纤维素酶酶解糙米的纤维素皮层，使糙米的食用品质得到明显的改善。刘志伟等[9]用纤维素酶、果胶酶和植酸酶处理糙米，发现多种酶的复合处理更有利于糙米纤维素皮层的分解。扈战强等[10-11]利用超声辅助酶法预处理糙米，然后发芽，在内外源酶的同时作用下，糙米粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度均得到提高，吸水率加快，纤维素皮层适当分解，蒸煮后的硬度、黏着性、咀嚼性、回复性降低。将该改性发芽糙米添加到小麦面团中制作饼干，饼干的硬度、口感、色泽、风味、质构总体远远优于添加同样量未经处理的糙米的饼干，在少量添加时(10%)，在硬度、口感和综合得分方面甚至优于对照组(小麦粉)。

食品挤压膨化加工技术是集混合、输送、压缩、蒸煮、熔融、挤出成型等为一体的高新技术，被广泛应用于谷物类食品加工与生产[12-13]。玉米作为挤压膨化食品的主要原料，国内外对其挤压加工特性已有大量研究[14-16]，而糙米粉以及改性发芽糙米粉的加入如何影响玉米挤压产品特性鲜见报道。

本研究以玉米粉为主要原料，以双螺杆挤压膨化实验室工作站为膨化设备，分析添加不同比例的糙米粉和改性发芽糙米粉对玉米挤压产品特性的影响，旨在为进一步应用糙米开发食品新产品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米粉：安徽燕之坊食品有限公司；稻谷(淮稻5号)；江苏农垦集团；纤维素酶(酶活力15 U/mg)、果胶酶(酶活力50 U/g)等：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DSE-20型双螺杆挤压膨化实验室工作站：德国布拉班德公司；JLGJ4.5型检验砻谷机：台州市粮仪厂；pHS-3C精密数显pH计：上海精密科学仪器厂；JXFM110锤式旋风磨：上海嘉定粮油仪器有限公司；TA-XT2i质构分析仪：英国 Stable Micro System公司；色差仪：日本Minolta公司；离心机：上海安亭仪器公司；快速黏度仪RVA：澳大利亚Newport Scientific 仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 改性发芽糙米的制备

将50 g糙米浸泡在含纤维素酶和果胶酶的混合酶液中(酶质量浓度0.22 g/L，纤维素酶果胶酶按质量比1∶1复合)，经超声设备超声处理0.5 h，超声频率40 kHz，功率30 W，控制温度35 ℃；然后将生物酶液与糙米分离，对分离后的糙米进行水洗并置于含0.05%的次氯酸钠、0.1 mmol/L的氯化钙、pH 5.0的磷酸缓冲液内35 ℃培养发芽36 h，将发芽后的糙米沥干水分、干燥、磨粉；所得改性发芽糙米粉过80目筛。

1.3.2 原料样品主要成分的测定

玉米粉、糙米粉以及改性发芽糙米粉的基本成分测定参照GB/T 5009.4—2003、GB/T 5009.5—2003、GB/T 5009.6—2003、GB/T 5009.10—2003。

1.3.3 挤压试验

将玉米粉和糙米粉/改性发芽糙米粉按比例混合，其中糙米粉和改性发芽糙米粉替代量分别为0%、10%、20%、30%，制备成混合粉后，按照物料水分含量要求计算加水量，使得混合粉含水量为17%，物料混合均匀后装入自封袋内过夜平衡水分。

采用DSE-20双螺杆挤压机，长径比30∶1，模口直径4 mm，筒体温度I区、II区、III区、IV区、V区温度分别设定为：60、110、150、160、160 ℃，物料含水量为17%，喂料机转速恒定为18 r/min，螺杆转速恒定为150 r/min。挤压机启动30 min稳定后，按设定的条件对上述混合样品进行试验。

1.3.4 挤压样品处理

挤出样品放置于40 ℃烘箱干燥24 h，取部分样品用于膨化度及质构测定，其余样品经粉碎过80目筛后用于色差、糊化黏度、吸水性指数、水溶性指数的测定。

1.3.5 样品的膨化率

用电子数显卡尺测定样品直径，每个样品随机测定10次，膨化度用公式(1)计算：

(1)

式中ER为膨化度；d为样品直径/mm；ddie为模头直径/mm。

1.3.6 样品质构特性的测定

采用质构仪测定挤压产品的质构特性，测试选用P/35型探头。用锋利的刀片截取2 cm长样品，水平放在承载平台上。测试时探头移动速度为0.5 mm/s，变形程度为60%。通过质构分析软件计算出破碎最大力(PF)、以及力-变形曲线与横坐标所围成的面积，即破碎总功(TW)。每个样品测量10次，取平均值。

1.3.7 色差的测定

使用色差计，选用L*-a*-b*色彩空间。每次测量色差计显示L*(0表示黑色、100表示白色)、a*(正值表示红色，负值表示绿色)、b*(正值表示黄色，负值表示蓝色)3个值。每个样品测5次，取平均值。根据公式(2)求出色差ΔE。

(2)

式中：Ls、as、bs为标准白色瓷板的测定值，分别为97.13、0.21、1.87。ΔE表示样品与白色瓷板的色差，值越大与白色瓷板的差别越大。

1.3.8 样品糊化黏度的测定

依据AACC 76-21[17]方法，利用快速黏度仪测定原料粉和挤压产品的糊化黏度，并用配套软件TCW对数据进行记录与分析。其中原料粉温度程序设定为：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。挤压产品温度程序设定为：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。测定过程中搅拌器以960 r/min保持10 s，其余时间转速保持在160 r/min。

1.3.9 水溶性指数(WSI)和吸水性指数(WAI)的测定

取样1.6～2.0 g(干基W0)，放入已知重量的离心管(W1)中，加入25 ml蒸馏水，振荡，直至被完全分散。30 ℃水浴中保持30 min，间隔10 min手摇30 s。4 200 r/min离心15 min。将上清液倒入500 mL烧杯中(烧杯质量为W2)，105 ℃烘至恒重(W3)，称得离心管质量(W4)。

(3)

(4)

式中：WSI为水溶性指数；WAI为吸水性指数。

1.3.10 数据分析

试验数据使用OriginLab科学绘图，并使用SAS9.2数据分析工具对数据进行显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 玉米粉、糙米粉以及改性发芽糙米粉的基本化学组成

玉米粉、糙米粉以及改性发芽糙米粉的基本成分如表1所示，糙米粉和改性发芽糙米粉相对玉米粉粗脂肪、粗纤维以及灰分含量较高，而粗蛋白含量略低。

2.2 样品的膨化率

图1为不同比例的糙米和改性发芽糙米对挤压产品膨化率的影响。可以看出，糙米和改性发芽糙米对挤压产品有着截然不同的影响。相对于纯玉米粉挤压样品，添加糙米后，样品膨化率降低，添加30%时，膨化率降低10%。而添加改性发芽糙米后，样品的膨化率随着替代率的增加呈上升趋势，添加30%时，膨化率提高7.5%。其原因可能是糙米中含有较高量的纤维以及脂肪，起到润滑的作用，从而导致机腔内阻力变小，剪切作用和摩擦作用变弱，水分气化不充分，因此膨化率降低。糙米经改性进而发芽，淀粉纤维素等大分子有一定程度的降解，这样有利于挤压加工过程物料处于“完全熔融”的状态以及分子之间通过交联生成复合物，进而影响到挤压熔融体的黏弹特性，尤其是物料离开模头开始膨化时对气泡的支撑能力，从而增加了膨化率。

注：字母不相同表示差异显著(P<0.05),余同。图1 不同添加比例的糙米和改性发芽糙米对玉米粉挤压产品膨化率的影响

2.3 样品的质构特性

质构特性可以从一定程度上反映挤压膨化产品口感的好坏[18-19]，破碎最大力和破碎总功是最常用来描述膨化产品硬度的2个指标。糙米和改性发芽糙米对玉米粉挤压膨化产品破碎最大力和破碎总功的影响可分别见图2和图3。添加糙米后，膨化产品的破碎最大力和破碎总功总体呈上升的趋势，添加30%时，分别提高16%、15%。而添加改性发芽糙米后，膨化产品的破碎最大力和破碎总功总体呈下降的趋势，添加30%时，分别降低19%、32%。决定膨化产品质构特性的直接因素是产品的结构特性(如气泡大小、均匀性、气泡壁厚等)，而通常膨化率较高的产品气孔较大，气泡壁厚较小，在受到外力作用时容易破裂，从而使得破碎最大力和破碎总功总体下降。破碎最大力和破碎总功的下降表明产品的硬度降低，可能带来更酥脆的口感。

图2 不同添加比例的糙米和改性发芽糙米对玉米粉挤压产品破碎最大力的影响

图3 不同添加比例的糙米和改性发芽糙米对玉米粉挤压产品破碎总功的影响

2.4 色差分析

由表2可知，添加糙米粉和改性发芽糙米粉后，产品的亮度指数L*相对玉米粉有所增加，而红-绿值a*和黄-蓝值b*总体呈下降趋势。由色差分析可以看出添加糙米粉和改性发芽糙米粉后，色差呈下降趋势，且添加改性发芽糙米粉的产品色差要低于添加糙米粉产品的色差，主要由于纤维素酶对糙米皮层的分解导致颜色的差异。

2.5 产品的糊化黏度

图4 为原料玉米粉、糙米粉和改性发芽糙米粉及其挤压后产品的RVA图谱。由图4a可见，原料玉米粉的糊化温度和峰值黏度都最高，然后是糙米粉和改性发芽糙米粉。造成原料RVA图谱区别的主要原因在于相对于玉米粉，糙米粉中纤维和脂肪含量较高，从而导致峰值黏度和糊化温度的降低。改性发芽糙米由于糙米发芽过程中淀粉等大分子的降解，从而导致峰值黏度和糊化温度的进一步降低。从RVA图谱的回生值也可以看出，改性发芽糙米的回生值远远低于玉米粉和糙米粉，表明淀粉有一定程度的降解。图4b和图4c分别为玉米粉/糙米粉和玉米粉/改性发芽糙米粉挤压后的RVA图谱。所有挤压样品均存在起始黏度，表明挤压导致淀粉发生糊化。在25 ℃保温阶段随搅拌进行，由于剪切稀化作用使黏度下降。然后升温阶段可见，所有的挤压样品黏度持续下降，并没有出现黏度升高的现象，说明挤压已使淀粉基本糊化完全。黏度测定过程中温度升高导致黏度降低，加上剪切作用，使黏度下降的速度比保温阶段快。在降温阶段，所有挤压样品的黏度均有一定程度的回升，但增加十分有限，最终黏度还达不到起始黏度的水平。值得一提的是，相对于糙米粉，添加改性发芽糙米粉挤压后，挤压产品的黏度要高于添加糙米粉挤压后产品的黏度，并且随着添加量的增加，黏度有一定程度的提高(图4c)，从另一个方面表明了分子之间可能通过交联生成复合物，进而影响到挤压产品的黏度特性。

2.6 水溶性指数和吸水性指数

由表3可知，相对于玉米粉和糙米粉，糙米经酶解以及发芽改性后，其水溶性指数升高，吸水性指数降低，反应了淀粉等大分子有一定程度的降解。经挤压处理后，挤压产品的吸水性指数和水溶性指数均较挤压前大幅度增加，尤其是水溶性指数。挤压过程中，淀粉结构发生降解，结晶区融化，高温、高剪切作用导致大分子链断裂，淀粉分子大量的亲水性基团暴露出来，挤压产品吸水性指数增加；当物料在挤压腔体内获得的能量增加时，大分子变为小分子的数量增多，淀粉分子中部分支链被剪断，分子间的作用力被削弱，从而可溶物数量增多[20-21]。相对于玉米粉，添加糙米粉和改性糙米粉的挤压产品的水溶性指数和吸水性指数随着添加量的增加分别呈上升和下降的趋势。对比糙米粉和改性发芽糙米粉的影响，可以看到原料改性发芽糙米粉的水溶性指数高于糙米粉，吸水性指数低于糙米粉，然而当添加到玉米粉中，经挤压，挤压产品的水溶性指数和吸水性指数呈现不同的趋势，添加改性发芽糙米粉的挤压产品水溶性指数低于添加糙米粉的挤压产品，而吸水性指数则相反，尤其是添加10%的改性发芽糙米粉时，吸水性指数甚至高于玉米粉挤压产品，表明改性发芽糙米粉的存在可能导致大分子复合物的生成，进而影响到水溶性指数和吸水性指数。

表2 不同添加比例的糙米和发芽糙米对玉米粉挤压产品色差的影响

注：1为温度梯度曲线,2为玉米粉,a3为糙米粉,a4为改性发芽糙米粉，b3为10%糙米替代,b4为20%糙米替代,b5为30%糙米替代，c3为30%改性发芽糙米,c4为20%改性发芽糙米替代,c5为10%改性发芽糙米替代。
图4 RVA图谱

表3 3种原料以及挤压产品的水溶性指数和吸水性指数值

3 结论

糙米粉和改性发芽糙米粉的添加，对玉米粉挤压产品的特性有着截然不同的影响。改性发芽糙米粉的添加提高了挤压产品的膨化率，且随着添加比例的增大，膨化率呈上升趋势，而糙米粉的添加导致膨化率降低。添加改性发芽糙米后，产品膨化率提高，产品气孔变大，气泡壁厚减小，受外力作用时更容易破碎，因此破碎最大力和破碎总功总体呈下降的趋势，糙米粉则相反。黏度测定表明挤压导致淀粉糊化和降解，相比糙米粉，添加改性发芽糙米粉的产品黏度更高，且随着添加比例的增加，黏度有一定程度的提高。相对玉米粉，糙米粉和改性发芽糙米粉的添加使产品的WSI和WAI随着添加量的增加分别呈上升和下降的趋势，同时添加改性发芽糙米粉的挤压产品WSI低于添加糙米粉的挤压产品，而WAI则相反。结果表明，改性发芽糙米粉的添加，增加了玉米粉挤压产品的膨化率，一定程度上改善了挤压产品的物理特性。其原因可能在于糙米经改性进而发芽，淀粉纤维素等大分子有一定程度的降解，这样有利于挤压加工过程物料处于“完全熔融”的状态以及分子之间通过交联生成复合物，进而影响到挤压熔融体的黏弹特性，从而改变了挤压产品的特性。

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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

江西省对外科技合作计划(20152ACH80008)，“十二五”国家科技支撑计划(2012BAD34B08)，江苏高校优势学科建设工程(苏政办发[2014]37号)

2015-11-10

苏安祥，男，1984年出生，实验师，粮油食品深加工

汤晓智，男，1977年出生，博士，教授，粮油食品深加工

TS210.1

A

1003-0174(2017)05-0001-07