擠壓膨化對谷物營養(yǎng)成分的影響

李璐，向珊珊，賓石玉，*，葉泉清

（1.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541004；2.桂林西麥生物技術(shù)開發(fā)有限公司，廣西桂林541004）

擠壓膨化對谷物營養(yǎng)成分的影響

李璐1，2，向珊珊1，賓石玉1，*，葉泉清1

（1.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西桂林541004；2.桂林西麥生物技術(shù)開發(fā)有限公司，廣西桂林541004）

采用擠壓膨化技術(shù)處理大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥，分析這些谷物在處理前后的淀粉、直鏈淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、還原糖、膳食纖維和礦物元素等營養(yǎng)成分含量影響。結(jié)果顯示，擠壓膨化后大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥的淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和礦物元素含量降低（P＞0.05），還原糖含量顯著增加（P＜0.05），直鏈淀粉和膳食纖維含量提高（P＞0.05）。

谷物；擠壓膨化；營養(yǎng)成分；影響

食品擠壓膨化加工技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型等為一體的高新技術(shù)[1]，正廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。通過擠壓膨化處理，食品中主要組分會發(fā)生復(fù)雜的理化反應(yīng)，質(zhì)構(gòu)、組織和外觀都發(fā)生了很大的變化。淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維等大分子物質(zhì)被切斷成小分子物質(zhì)，如長鏈淀粉切斷成水溶性淀粉、糊精、還原糖等[2]，部分蛋白質(zhì)裂解為肽和氨基酸，因而味美可口、易于消化吸收。因此，擠壓膨化是提高谷物食用性、改善沖調(diào)性，開發(fā)功能性谷物食品的一個有效途徑。目前已有研究采用擠壓膨化技術(shù)開發(fā)以玉米、大米、小雜糧或其混合粉為基質(zhì)材料的早餐谷物食品、休閑谷物食品、嬰幼兒食品等新型谷物食品，但擠壓膨化對谷物淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維和礦物元素等營養(yǎng)成分的影響報道極少。本試驗探討了經(jīng)過擠壓膨化前后主要谷物的營養(yǎng)成分的變化情況，旨在為擠壓膨化技術(shù)在谷物產(chǎn)品加工中的應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試大米、玉米、小麥、燕麥、蕎麥：均由桂林力源糧油食品有限公司提供，原料包裝貯藏于0℃～4℃冰箱中。

1.2 儀器與試劑

SX2000-80單螺桿擠壓膨化機：山東賽信膨化機械有限公司；Brookfield DV-II流變儀：美國Brookfield公司；凱氏定氮儀：上海浦東物理光學(xué)儀器廠；SZF-06B型索氏抽提器：上海新嘉電子有限公司；UV-2802型紫外可見分光光度計：美國尤尼科公司；火焰原子吸收光譜儀；H1650-W臺式高速離心機：杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進醫(yī)療器械廠；高速粉碎機：上海標(biāo)本模型廠；DKZ-450B型電熱恒溫振蕩水槽：上海森信實驗儀器有限公司。

牛血清蛋白、牛血清白蛋白（BSA）、考馬斯亮藍G-250、亮氨酸、a-淀粉酶（酶活 3 700 U/g）、中性蛋白酶（酶活60萬U/g）及分析純檸檬酸、檸檬酸鈉、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、苯酚、硫酸、乙醇、亞硫酸鈉和磷酸等均購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.3 樣品處理

大米、小麥、玉米、燕麥和蕎麥經(jīng)過篩選和清洗等預(yù)處理后，分成兩份，一份直接粉碎后過60目篩；另一份利用單螺桿擠壓機進行膨化，粉碎并過60目篩。樣品儲藏于干燥器中備用。

1.4 測定指標(biāo)與方法

水分含量參照GB 5009.3-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》；蛋白質(zhì)含量參照GB 5009.5-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》；粗脂肪含量參照GB/T 5512-2008《糧油檢驗 糧食中粗脂肪含量測定》；淀粉含量參照GB/T 5514-2008《糧油檢驗 糧食、油料中淀粉含量測定》；直鏈淀粉含量定參照GB/T 15683-2008《大米 直鏈淀粉含量的測定》；還原糖含量釆用3，5-二硝基水楊酸法測定；膳食纖維含量參照GBT5009.88-2008《食品中膳食纖維的測定》；礦物元素含量的測定采用原子吸收分光光度計法。

1.3 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析及Duncan氏多重比較，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 擠壓膨化對谷物淀粉、直鏈淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、膳食纖維和還原糖的影響

擠壓膨化對5種谷物干物質(zhì)、淀粉、直鏈淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、膳食纖維和還原糖的影響見表1。

表1 擠壓膨化對大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥營養(yǎng)成分的影響Table 1 Effects of extrusion on the nutritional components of rice，corn，wheat，oats and buckwheat %

從表1可以看出，比較擠壓膨化前后5種谷物營養(yǎng)組成的變化，發(fā)現(xiàn)大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥擠壓膨化后的水分、淀粉、粗蛋白質(zhì)和粗脂肪的含量均略有降低（P>0.05），直鏈淀粉和膳食纖維含量提高（P>0.05），還原糖含量顯著提高，分別提高了88.52%（P<0.05）、104.86%（P<0.01）、134.62%（P<0.01）、77.55%（P<0.05）和 46.12%（P<0.05）。

2.2 擠壓膨化對谷物礦物元素含量的影響

擠壓膨化對5種谷物礦物元素Ca、Mg、Zn、Na、K、Fe和Cu含量的影響見表2。

大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥經(jīng)擠壓膨化后，其礦物元素Ca、Mg、Zn、Na、K、Fe和Cu的含量均較擠壓膨化前略有下降，但變化均不明顯（P>0.05）。

3 討論

3.1 擠壓膨化對谷物淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和膳食纖維的影響

淀粉是谷物中的主要組成成分，在擠壓膨化過程中，在高溫、高剪切環(huán)境下，剪切作用“撕裂”淀粉粒，打開分子間的氫鍵，催進淀粉糊化[3-4]，淀粉的結(jié)晶部分在受熱及剪切作用下發(fā)生熔融[5]。因此，擠壓過程中淀粉相互轉(zhuǎn)換不同于一般的糊化現(xiàn)象，它是一個非平衡態(tài)過程，在此過程中，淀粉糊化和熔融同時進行[5]。伴隨淀粉糊化的進行，在擠壓過程中淀粉還發(fā)生降解反應(yīng)[6]，以糊化淀粉、熔融淀粉和降解淀粉混合物的形式存在[7]，從而導(dǎo)致擠壓膨化后大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥淀粉含量下降，還原糖增加。

表2 擠壓膨化對大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥中礦物元素含量的影響Table 2 Effects of extrusion on the mineral element content of rice，corn，wheat，oats and buckwheat mg/100 g

谷物中的蛋白質(zhì)以蛋白體或基質(zhì)蛋白的形式存在，由于擠壓過程中的熱和剪切作用使維持蛋白質(zhì)三級、四級結(jié)構(gòu)的作用力減弱，蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆變性，改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和溶解性[6]。一部分蛋白質(zhì)裂解為多肽和氨基酸，蛋白質(zhì)的消化率提高。這表現(xiàn)為谷物經(jīng)擠壓膨化后其中的蛋白質(zhì)含量降低。小米擠壓后清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量均降低[8]，本研究顯示，擠壓膨化后大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥的粗蛋白含量均降低。

在擠壓過程中，谷物中的脂肪能夠與淀粉形成復(fù)合物，不僅影響產(chǎn)品的膨化效果，還會影響淀粉的溶解性和消化率。擠壓食品相比其他類型食品具有較長的貨架期，其原因是由于脂肪在擠壓過程中能夠與淀粉和蛋白質(zhì)形成復(fù)合體，脂肪復(fù)合體的生成，使脂肪受到淀粉和蛋白質(zhì)的保護作用，對降低脂肪的氧化速度和氧化程度，延長產(chǎn)品的貨架期起到了積極的作用。擠壓膨化可能會降低脂肪的營養(yǎng)價值，其機制包括氧化、氫化及順反異構(gòu)化作用。擠壓膨化后，脂肪含量會隨直鏈淀粉-脂復(fù)合物的形成而減少，不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸之間的比例會有所降低，反式脂肪酸會有所增加，膨化后脂肪含量降低[9]。

谷物中的纖維素在擠壓加工過程中，發(fā)生了物理變化、化學(xué)變化和生物化學(xué)變化。有關(guān)纖維素在擠壓過程中的變化，由于擠壓設(shè)備和原料的不同，國內(nèi)外研究結(jié)果不盡相同，但比較一致的結(jié)果是認(rèn)為擠壓可使可溶性膳食纖維的含量顯著增加。這主要是由于高溫、高壓、高剪切的作用使纖維分子間化學(xué)鍵裂解，導(dǎo)致分子的極性發(fā)生變化所致。膳食纖維在高溫條件下受到強烈的剪切、碾磨和摩擦作用，分子化學(xué)鍵斷裂，極性變化，水性提高。因此，擠壓膨化工藝可以有效地將不可溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化為可溶性膳食纖維[10]。

3.2 擠壓膨化對谷物礦物元素的影響

礦物元素是生命活動所必須的營養(yǎng)物質(zhì)，它們在新陳代謝的各個方面均具有重要的作用。擠壓膨化加工對谷物中礦物元素含量的影響資料極少，本研究結(jié)果顯示，大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥經(jīng)過擠壓膨化后，其礦物元素Ca、Mg、Zn、Na、K、Fe和Cu含量均略有降低，但變化均不明顯，礦物元素的減少是否與谷物擠壓膨化過程中淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、膳食纖維含量的變化相關(guān)有待進一步深入研究。

4 結(jié)論

大米、玉米、小麥、燕麥和蕎麥經(jīng)過擠壓膨化后，淀粉、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和礦物元素含量降低，直鏈淀粉和膳食纖維的含量增加，但變化的差異均不明顯，還原糖含量顯著提高。

[1] 高福成.現(xiàn)代食品工程高新技術(shù) [M].北京：中國輕工業(yè)出版社,1997：10-35

[2] Ding Qing-bo,Ainsworth P,Tucker G,et al.The effect of extrusion conditions on the physicochemical properties and sensory characteristics of rice-based expanded snacks[J].Journal of Food Engineering,2005,66(3)：283-289

[3] 熊善柏,趙思明,馮醒橋,等.淀粉在過量水分下糊化機理研究[J].糧食與油脂,2001(9)：2-4

[4] Wang S S,Chang W C,Zheng X,et al.Application of an energy equivalent concept to study the kinetics of starch conversion during extrusion[M].New York：Food extrusion science and technology,1992：165-176

[5] Hoover R.Composition,molecular structure and physicochemical propertiesoftuberandrootstarches[J].Carbohydrate Polymers,2001,5(3)：253-267

[6] Wen L F,Rodis P,Wasserman B P.Starch fragmentation and protein insolubilization during twin-screw extrusion of com meal[J].Cereal Chemistry,1990,67(3)：268-275

[7] Kokini J L,Lai L S,Chedid L.Effect of starch structure on starch rheological properties[J].Food Technology,1992,46(6)：124-139

[8]Ummadi P L,Chenoweth W L,Ng P K W.Change's in solubility and distribution of semolina proteins due to extrusion processing[J].Cereal Chemistry,1995,72(6)：564-567

[9] 于功明,陸曉濱,王成忠,等.擠壓膨化食品的營養(yǎng)學(xué)評價[J].食品營養(yǎng),2003,24(2)：78-80

[10]單成俊,周劍忠,黃開紅,等.擠壓膨化提高甘薯渣中可溶性膳食纖維含量的研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報,2009,21(6)：90-91

Effects of Extrusion on the Nutritional Components in Cereals

LI Lu1，2，XIANG Shan-shan1，BIN Shi-yu1，*，YE Quan-qing1
（1.College of Life Science，Guangxi Normal University，Guilin 541004，Guangxi，China；2.Guilin Ximai Biotechnology Development Limited Company，Guilin 541004，Guangxi，China）

The objective of this study was to evaluate effects of extruded and un-extruded different cereals（e.g.，rice，corn，wheat，oats and buckwheat）on the nutritional components，which include the concentration change of starch，amylose，crude protein，crude fat，reducing sugar，dietary fiber and mineral element.The results showed that，the contents of starch，crude protein，crude fat and mineral element in extruded rice，corn，wheat，oats and buckwheat were slightly decreased（P＞0.05）and reducing sugar content were slightly increased（P＜0.05），however，amylose and dietary fiber slightly increased（P＞0.05），slightly increased to some extent.

cereals；extrusion；nutritional components；effects

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.004

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（桂科轉(zhuǎn)14122008-19）作者簡介：李璐（1977—），女（漢），工程師，本科，研究方向：生物技術(shù)與食品加工。

*通信作者：賓石玉（1963—），男（漢），教授，博士研究生，研究方向：食品營養(yǎng)。

2015-08-03