3種膨化方式處理對(duì)萌芽糙米品質(zhì)的影響

趙穎，申莉麗，姜雯翔，顧振新，韓永斌*，胡秋輝，方勇，陳沁濱

1(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京， 210095)　2(南京市農(nóng)墾生物科技有限公司，江蘇 南京， 210012)　3(南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京，210046)

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3種膨化方式處理對(duì)萌芽糙米品質(zhì)的影響

趙穎1，申莉麗1，姜雯翔1，顧振新1，韓永斌1*，胡秋輝3，方勇3，陳沁濱2

1(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京， 210095)2(南京市農(nóng)墾生物科技有限公司，江蘇 南京， 210012)3(南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京，210046)

摘要比較研究了擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米(粳稻5055)營(yíng)養(yǎng)成分、色澤、水溶和吸水指數(shù)的影響。結(jié)果表明：與原料萌芽糙米相比，擠壓、氣流和微波膨化還原糖分別減少了62.5%、96.71%和66.45%；可溶性蛋白分別減少了58.86%、73.42%和59.01%；γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)含量減少了37.21%、63.66%和77.70%；L*值分別降低了2.01%、6.10%和6.20%；而吸水指數(shù)是原料的2.92、2.14和1.63倍。擠壓膨化顯著降低萌芽糙米中總淀粉和直鏈淀粉含量(P<0.05)，分別比原料減少11.12%和98.90%；氣流和微波膨化對(duì)其影響不顯著(P>0.05)；微波膨化顯著增加萌芽糙米中抗性淀粉含量(P<0.05)，是原料的2.25倍；但擠壓和氣流膨化對(duì)其影響不顯著(P>0.05)；氣流和微波膨化顯著降低了水溶指數(shù)(P<0.05)，比原料減少38.60%和49.12%；擠壓膨化能顯著增加水溶指數(shù)(P<0.05)，是原料的2.47倍。與氣流和微波膨化相比，擠壓膨化使萌芽糙米中還原糖、可溶性蛋白、GABA含量損失都較少；a*、b*和ΔE值均最低；L*值、水溶和吸水指數(shù)最高。因此，擠壓膨化最有利于保留萌芽糙米的營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)也能最大程度改善其水溶性和吸水性。

關(guān)鍵詞萌芽糙米；擠壓膨化；氣流膨化；微波膨化

萌芽糙米具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，不僅含有基本的營(yíng)養(yǎng)成分，而且還含有多種促進(jìn)人體健康的功能性成分，尤其是γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)[1]，具有降血壓、鎮(zhèn)定神經(jīng)、利尿等功效[2]。萌芽糙米雖較糙米蒸煮后口感有一定改善，但作為主食直接食用并未完全被消費(fèi)者接受，而膨化加工是此類(lèi)問(wèn)題的有效解決途徑之一。

食品膨化原理是物料內(nèi)部的液體成分(主要是水)汽化，在壓力差作用下，使物料膨脹，高分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)變性，形成網(wǎng)狀組織結(jié)構(gòu)，最終定型為多孔狀物質(zhì)[3]。目前米制品膨化研究主要集中在膨化對(duì)產(chǎn)品理化性質(zhì)的的影響[4]，原料對(duì)膨化效果的影響[5-6]，膨化工藝參數(shù)的優(yōu)化[7-8]等方面，而不同膨化方式對(duì)同一原料米制品影響的研究報(bào)道較少。

本試驗(yàn)以萌芽糙米為原料，研究了擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米理化特性的影響。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

原料糙米(品種粳稻5055)，南京農(nóng)墾生物科技有限公司提供。

胃蛋白酶(3 000 U/g)，北京索萊寶科技有限公司，中溫α-淀粉酶(4 000 U/g)，上?？笊锛夹g(shù)有限公司，液體糖化酶(105U/mL)，江蘇銳陽(yáng)生物科技有限公司。

茚三酮，Tris-maleate緩沖液(0.1 mol/L、pH 6.86)，F(xiàn)olin酚，均為分析純；3,5-二硝基水楊酸為化學(xué)純；考馬斯亮藍(lán)G-250，牛血清白蛋白(BSA) 均為生化試劑。

1.2儀器與設(shè)備

HY-10大型氣流膨化機(jī)，東臺(tái)漢源食品機(jī)械廠；雙螺桿擠壓膨化機(jī)，濟(jì)南賽信公司；WBZL03S-1組合微波爐，南京玨雙微波有限公司；UV-2802型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；CR-400型色差計(jì)，日本KOIVICA MINOLTA公司。

1.3萌芽糙米制備及干燥工藝

1.3.1萌芽糙米制備

參照文獻(xiàn)[9]，糙米經(jīng)挑選、除雜，清洗后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的NaClO溶液浸泡約30 min，然后用去離子水沖洗去除NaClO溶液，再采用去離子水浸泡3 h，斷水15 min，再浸泡3 h工藝，最后在32 ℃，通氣量1.2 L/min的避光條件下萌芽36 h，每隔12 h換水1次。

1.3.2萌芽糙米干燥

將萌芽糙米清洗、瀝干后，在熱風(fēng)干燥箱中50℃條件下干燥2 h，至萌芽糙米水分含量為(14±0.5)%。

1.4萌芽糙米膨化工藝

1.4.1擠壓膨化工藝

取調(diào)整水分后的萌芽糙米進(jìn)行擠壓膨化。擠壓膨化參數(shù)為：Ⅰ區(qū)溫度50 ℃、Ⅱ區(qū)溫度160 ℃、Ⅲ區(qū)溫度180 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速150 r/min，喂料速度164 r/min。

1.4.2氣流膨化工藝

取調(diào)整水分后的萌芽糙米進(jìn)行氣流膨化。氣流膨化參數(shù)：腔體溫度150 ℃，壓力0.6 MPa。

1.4.3微波膨化工藝

取調(diào)整水分后的萌芽糙米進(jìn)行微波膨化。微波膨化參數(shù)：進(jìn)料量500 g，微波功率1 200 W，時(shí)間3 min。

1.5營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

采用AOAC法[10]測(cè)定含水量；用考馬斯亮藍(lán)G-250法[11]測(cè)定可溶性蛋白含量；用DNS顯色法[11]測(cè)定還原糖含量；用紙電泳法測(cè)定[12]GABA含量；淀粉含量測(cè)定參照GB/T 5009.9—2003《食品中淀粉的測(cè)定》[13]；直鏈淀粉含量測(cè)定參照GB 7648—1987 《水稻、玉米、谷子籽粒直鏈淀粉測(cè)定法》[14]。

1.6抗性淀粉含量測(cè)定

參照GONI法[15]并適當(dāng)調(diào)整：稱(chēng)取100 mg樣品置于50 mL離心管，加10 mL KCl-HCl緩沖液(pH 1.5)和0.2 mL胃蛋白酶溶液，充分混合，在40 ℃下水浴振蕩60 min。室溫冷卻后添加9 mL Tris-maleate緩沖溶液(0.1 mol/L)和1 mL α-淀粉酶溶液，充分混合，37 ℃下水浴振蕩16 h。之后離心(3 000 r/min ，15 min)去除上清液，用蒸餾水洗滌后再離心(3 000 r/min，15 min)，去除上清液。所得殘余物用3 mL蒸餾水潤(rùn)濕，加3 mL KOH(4 mol/L)混合，室溫振蕩30 min后用HCl(2 mol/L)調(diào)節(jié)pH值為4.75，再加80 μL糖化酶，混合，在60 ℃水浴振蕩45 min。最后離心(3 000 r/min，15 min)，收集上清液于100 mL容量瓶中，用10 mL蒸餾水洗滌后再離心(3 000 r/min，15 min)，收集上清液置于容量瓶中。用DNS顯色法測(cè)定葡萄糖含量，計(jì)算RS含量[公式(1)]：

(1)

1.7吸水指數(shù)和水溶指數(shù)

參照VAMSHIDHAR和JONES測(cè)定方法[16-17]并適當(dāng)調(diào)整：稱(chēng)取2 g膨化過(guò)后的樣品，放入離心管，再加入30 mL蒸餾水，振蕩使其完全溶解，在30 ℃溫度下攪拌30 min，然后3 000 r/min離心10 min，將上清液倒入培養(yǎng)皿后稱(chēng)量盛有膠體的離心管重，并將培養(yǎng)皿在105 ℃條件下烘至恒重，吸水指數(shù)和水溶指數(shù)按公式(2)、公式(3)計(jì)算：

(2)

(3)

1.8色澤測(cè)定

采用CR-400型色差計(jì)(D65 (漫射日光型)和A(鎢燈)，觀測(cè)角度10°)測(cè)定樣品L*、a*、b*和ΔE值。以原料萌芽糙米為對(duì)照，按公式(4)計(jì)算ΔE值：

(4)

式中：ΔE為色差值，L、a、b分別表示樣品的L*、a*和b*值，L0、a0、b0分別表示對(duì)照的L*、a*和b*值[18]。

1.9感官評(píng)價(jià)

隨機(jī)選取10名具有一定專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官評(píng)分。測(cè)試前產(chǎn)品隨機(jī)編號(hào)，評(píng)定員根據(jù)產(chǎn)品的外觀、口感、色澤、組織結(jié)構(gòu)和氣味接受性對(duì)其進(jìn)行評(píng)分，感官滿分為50分。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.10數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)過(guò)程中，每個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定3次，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理采用Excel軟件，顯著性檢驗(yàn)在0.05水平上。

2結(jié)果與分析

2.1擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米還原糖含量的影響

由圖1可知，3種膨化方式均顯著影響還原糖含量(P<0.05)，擠壓、氣流和微波膨化后萌芽糙米還原糖含量分別比原料減少了62.5%、96.71%和66.45%。還原糖的減少可能是因?yàn)檫€原糖與氨基酸發(fā)生了美拉德反應(yīng)。一方面物料在膨化時(shí)，淀粉除發(fā)生糊化外還發(fā)生分子降解反應(yīng)，生成葡萄糖、麥芽糖等小分子物質(zhì)[19]，而另一方面在激烈的膨化條件下，還原糖可與原料中氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)，導(dǎo)致還原糖的減少[20]。因?yàn)楹笳叩某潭却笥谇罢叻磻?yīng)的程度，所以使得還原糖含量減少。

圖1　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米還原糖含量的影響Fig. 1　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on reducing sugar content in germinated brown rice

2.2擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，3種膨化方式均使可溶性蛋白含量顯著降低(P<0.05)，擠壓、氣流和微波膨化后萌芽糙米的可溶性蛋白分別比原料減少了58.86%、73.42%和59.01%。原因可能是一方面可能是膨化加工中高溫、高壓或高剪切力環(huán)境使可溶性蛋白變性，內(nèi)部疏水基團(tuán)外露，蛋白質(zhì)聚合使溶解度下降[21]，另一方面可能是蛋白質(zhì)發(fā)生熱降解[22]。

圖2　擠壓膨化、氣流膨化和微波膨化對(duì)萌芽糙米可溶性蛋白含量的影響Fig.2　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on soluble protein content in germinated brown rice

2.3擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米GABA含量的影響

由圖3可知，3種膨化方式也均顯著降低萌芽糙米的GABA含量(P<0.05)，擠壓、氣流和微波膨化后萌芽糙米GABA含量分別比原料減少了37.21%、63.66%和77.70%。相比而言擠壓膨化損失最低，可能是因?yàn)閿D壓膨化雖然使物料處于高溫、高壓和高剪切力環(huán)境中，但時(shí)間較短，而氣流和微波膨化會(huì)使物料在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于高溫或高壓下，最終導(dǎo)致萌芽糙米氣流和微波膨化后GABA含量損失大于擠壓膨化?？赡茉蚴荊ABA是一種氨基酸在高溫條件下會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)[23]，或是高溫對(duì)GABA結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞[24]。

圖3　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米GABA含量的影響Fig. 3　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on GABA content in germinated brown rice

2.4擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米總淀粉含量的影響

圖4　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米總淀粉含量的影響Fig.4　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on total starch content in germinated brown rice

由圖4可知，3種膨化方式均使總淀粉含量減少，但氣流和微波膨化后總淀粉含量減少不顯著(P>0.05)。而擠壓膨化后減少顯著(P<0.05)，其比原料減少11.12%。原因可能是擠壓膨化使萌芽糙米處于剪切環(huán)境條件下，淀粉鏈易被打斷，淀粉主要發(fā)生降解現(xiàn)象，從而生成小分子寡糖[25]，淀粉降解程度較大，而氣流和微波膨化沒(méi)有剪切力的作用，因此淀粉降解程度相對(duì)較低。

2.5擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米直鏈淀粉含量的影響

由圖5可知，擠壓膨化后萌芽糙米直鏈淀粉含量顯著減少(P<0.05)，與原料相比減少了98.90%。一方面可能是由于在高溫、高壓和高剪切力作用下，直鏈淀粉發(fā)生降解，而支鏈淀粉發(fā)生降解后產(chǎn)生的直鏈淀粉也很快被繼續(xù)轉(zhuǎn)化為小分子的糖類(lèi)。另一方面擠壓膨化易形成直鏈淀粉-脂肪復(fù)合物從而使直鏈淀粉含量減少[26]。而氣流膨化直鏈淀粉含量略有增加，可能是由于氣流膨化的高溫高壓環(huán)境使得支鏈淀粉脫支，而對(duì)直鏈淀粉的降解作用很小[27]，同時(shí)支鏈淀粉降解產(chǎn)生直鏈淀粉從而使其含量增加。微波膨化直鏈淀粉含量減少，可能主要是由于熱降解。

圖5　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米直鏈淀粉含量的影響Fig.5　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on amylose content in germinated brown rice

2.6擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米抗性淀粉含量的影響

由圖6可知，3種膨化方式對(duì)抗性淀粉含量影響不同。微波膨化抗性淀粉含量顯著增加(P<0.05)，是原料的2.25倍；而氣流膨化略有增加。擠壓膨化抗性淀粉含量略有減少，這可能是由于剪切強(qiáng)度大使抗性淀粉的含量降低[28-29]。但氣流和擠壓膨化對(duì)萌芽糙米抗性淀粉的影響均不顯著(P>0.05)。

圖6　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米抗性淀粉含量的影響Fig.6　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on resistant starch content in germinated brown rice

2.7擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米吸水指數(shù)和水溶指數(shù)的影響

吸水指數(shù)(water absorption index，WAI)和水溶指數(shù) (water solubility index，WSI) 被許多研究者用來(lái)評(píng)價(jià)膨化產(chǎn)品。由表2可知，擠壓、氣流和微波膨化均顯著增加了吸水指數(shù)(P<0.05)，分別是原料的2.92、2.14和1.63倍。但不同膨化方式對(duì)水溶指數(shù)的影響卻不相同，擠壓膨化后水溶指數(shù)是原料的2.47倍，顯著增加(P<0.05)，這可能是由于在高溫高壓和高剪切的腔體內(nèi)淀粉糊化和裂解，纖維素降解，蛋白質(zhì)裂解，導(dǎo)致擠壓膨化物中的水溶性物質(zhì)增多[30]。但氣流和微波膨化水溶指數(shù)分別比原料減少了38.60%和49.12%，差別顯著(P<0.05)。

表2　擠壓膨化、氣流膨化和微波膨化對(duì)萌芽糙米

同列中不同字母表示有顯著差異(P<0.05)；相同字母表示未有顯著差異(P>0.05)。表3、表4同。

2.8擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米色澤的影響

由表3可知，萌芽糙米經(jīng)3種膨化方式處理后a*和b*值顯著高于原料(P<0.05)，且3種膨化方式也差異顯著(P<0.05)，在3種膨化方式中微波膨化a*和b*值都最高，而擠壓膨化a*和b*都最低。但擠壓、氣流和微波膨化后產(chǎn)品的L*值均顯著低于原料(P<0.05)，氣流和微波膨化的L*和ΔE值無(wú)顯著差異(P>0.05)，但均顯著高于擠壓膨化(P<0.05)。色澤的變化可能主要是美拉德反應(yīng)導(dǎo)致[23]。

表3　擠壓膨化、氣流膨化和微波膨化對(duì)萌芽糙米

2.9不同處理對(duì)萌芽糙米感官品質(zhì)的影響

由表4可知，不同處理組的感官品質(zhì)指標(biāo)有所差異。口感最好的處理是擠壓膨化，氣流膨化與微波膨化無(wú)顯著性差異；外觀評(píng)分則是擠壓膨化>微波膨化>氣流膨化；口感評(píng)分則是擠壓膨化>氣流膨化/微波膨化；所得加權(quán)平均分最高的是擠壓膨化。即擠壓膨化處理在外觀、口感、色澤等方面改善產(chǎn)品的感官品質(zhì)，即最優(yōu)處理為擠壓膨化的萌芽糙米。

表4　擠壓、氣流和微波膨化對(duì)萌芽糙米感官品質(zhì)的影響

3討論

不同膨化方式均使萌芽糙米吸水指數(shù)增加，這可能與膨化后的物料內(nèi)部形成較多孔洞結(jié)構(gòu)有關(guān)，這些孔洞可以通過(guò)毛細(xì)管作用吸收和保持住水分。此外，高含量的具有較強(qiáng)吸濕性的破損淀粉也會(huì)增加了持水能力[31]。萌芽糙米氣流和微波膨化后水溶指數(shù)減少，原因較為復(fù)雜，可能是萌芽糙米在氣流和微波膨化加工過(guò)程中都需經(jīng)過(guò)高溫，導(dǎo)致物料脫水、蛋白質(zhì)變性從而將可溶性物質(zhì)包裹在凝膠狀聚合物中，使蛋白質(zhì)疏水作用增加，從而減少了蛋白質(zhì)的溶解性。此外，淀粉顆粒中變性蛋白質(zhì)基質(zhì)的存在，延長(zhǎng)了水分?jǐn)U散到顆粒中的時(shí)間從而阻礙了淀粉擴(kuò)散到外部介質(zhì)中[32]，最終導(dǎo)致水溶指數(shù)降低。

4結(jié)論

與原料相比，擠壓、氣流和微波膨化均會(huì)降低還原糖、可溶性蛋白、GABA含量和L*值而增加吸水指數(shù)；擠壓膨化會(huì)顯著降低總淀粉和直鏈淀粉含量(P<0.05)，而氣流和微波膨化對(duì)其影響不顯著(P>0.05)；微波膨化顯著增加抗性淀粉含量(P<0.05)，但擠壓和氣流膨化對(duì)其影響不顯著(P>0.05)；氣流和微波膨化會(huì)顯著降低水溶指數(shù)(P<0.05)，而擠壓膨化能顯著增加水溶指數(shù)(P<0.05)。與氣流和微波膨化相比，擠壓膨化還原糖、可溶性蛋白、GABA含量都損失較少；a*、b*和ΔE值均最低，L*值最高，WAI和WSI最高。綜上所述，擠壓膨化從外觀、口感、色澤等方面改善原料的感官品質(zhì)，且最有利于保留萌芽糙米的營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)也能最大程度改善其水溶性和吸水性。

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Effects of three different puffing methods on the quality of germinated brown rice

ZHAO Ying1， SHEN Li-Li1，JIANG Wen-Xiang1, GU Zhen-Xin1,HAN Yong-Bin1*,HU Qiu-Hui3, FANG Yong3,CHEN Qin-Bin2

1(Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality，Minstry of Agriculture,Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095,China)2(Nanjing Agribusiness and Biotechnology Co.Ltd., Nanjing 210012,China)3(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing 210046,China)

ABSTRACTEffects of extrusion, air puffing and microwave puffing methods on nutrients, color, water solubility index and water absorption index of germinated brown rice (Japonica 5055) were investigated. Compared with the raw brown rice, the reducing sugar content of extruded, air and microwave puffed germinated brown rice was reduced by 62.5%, 96.71%and 66.45%, respectively. Meanwhile soluble protein content was decreased by 58.86%, 73.42% and 59.01%, respectively. As for GABA content, it decreased by 37.21%, 63.66% and 77.70 %, respectively. L* value was reduced by 2.01%, 6.10% and 6.20 %, respectively. Water absorption index was 1.92, 1.14 and 0.63 times higher than the raw materials. Moreover, extrusion significantly decreased total starch and amylose content (P<0.05), and were 11.12% and 98.90% lower than the control. However, neither the impact of air nor microwave puffing was significant (P>0.05). Microwave puffing significantly increased resistant of starch content (P<0.05), which was 2.25 times higher than the raw materials. The impacts of extrusion and air puffing were not significant (P>0.05). Air and microwave puffing significantly reduced water solubility index (P<0.05) by 38.60% and 49.12%, respectively. Extrusion significantly increased water solubility index (P<0.05) to 2.47 times higher than the raw materials. Compared with the samples processed by air and microwave puffing, the contents of reducing sugar, soluble protein, and GABA in extruded germinated brown rice were well-preserved. At the same time, a*, b* and ΔE values were the lowest, and values of L*, WAI and WSI were the highest. In summary, extrusion can retain most of beneficial nutrients in germinates brown rice, and it improves the water solubility and water absorption index.

Key wordsgerminated brown rice; extrusion; air puffing ; microwave puffing

收稿日期：2015-03-13，改回日期：2015-09-22

基金項(xiàng)目：糧食公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201313011)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603026

第一作者：碩士研究生(韓永斌教授為通訊作者，E-mail：hanyongbin@njau.edu.cn)。