擠出過程中板栗全粉-瓜爾膠-阿魏酸復合體系的加工特性變化

李蕊，鄭波，饒晨露，陳玲

（華南理工大學食品科學與工程學院，廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室，華南理工大學淀粉與植物蛋白深加工教育部工程研究中心，廣東廣州 510640）

板栗是一類種植、食用歷史悠久的堅果，因特殊的口感質(zhì)地和營養(yǎng)特性而廣受喜愛。在營養(yǎng)功能上，板栗中主要的營養(yǎng)成分為淀粉，占據(jù)50%的干物質(zhì)[1]。由于板栗中蛋白含量較少，因此可利用板栗粉開發(fā)無麩質(zhì)食品，以滿足患有乳糜瀉疾病的群體對食品的需求。此外，板栗中還富含的多酚類物質(zhì)，具有良好的抗氧化、抗腫瘤、抗菌活性[2]，并有助于抵抗胃炎發(fā)生[3]。目前板栗食品主要有板栗面包、板栗薯片、板栗蛋糕、板栗面條等，其因獨特的營養(yǎng)和風味深受消費者歡迎。

在板栗食品的實際生產(chǎn)和應用中，不同板栗制品對板栗全粉的加工特性有不同的要求[4]。如對于板栗醬、板栗奶茶等產(chǎn)品而言，板栗全粉的黏度是影響其品質(zhì)的關鍵因素，合適的黏度能確保其具有合適的流動性，避免沉淀和分層現(xiàn)象等問題[5]。而對于烘焙產(chǎn)品，板栗全粉的糊化溫度是影響產(chǎn)品品質(zhì)的關鍵因素，同時在后期保存中板栗全粉的凍融穩(wěn)定性、吸水和吸油性對品質(zhì)的影響也不可忽視。因此，研究板栗全粉的加工特性對科學設計高品質(zhì)健康板栗食品十分關鍵。

瓜爾膠和阿魏酸是烘焙類食品中常見的食品添加劑，研究顯示添加瓜爾膠和阿魏酸可顯著調(diào)控淀粉的回生及消化性能，賦予淀粉基食品更好的加工品質(zhì)及營養(yǎng)功能，如延緩淀粉回生[6,7]、提高淀粉抗消化性能等[8]，但目前利用瓜爾膠或阿魏酸調(diào)控板栗全粉加工特性及消化性能暫未見報道。因此，本論文結(jié)合現(xiàn)代分析技術系統(tǒng)探究擠出處理協(xié)同瓜爾膠以及進一步添加阿魏酸對板栗全粉凍融穩(wěn)定性、吸水性、水溶性、吸油性、糊性質(zhì)、流變特性等加工特性以及體外消化特性的影響規(guī)律，為實現(xiàn)高品質(zhì)健康板栗制品的創(chuàng)制提供理論依據(jù)和基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

板栗全粉，陜西冠晨生物科技有限公司；瓜爾膠，陜西森弗生物技術有限公司；阿魏酸，陜西森弗生物技術有限公司；大豆油，益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司；豬胰α-淀粉酶，美國Sigma公司；淀粉葡萄糖苷酶，美國Sigma公司；GOPOD試劑盒，愛爾蘭Megazyme公司；無水乙醇、三水合乙酸鈉、冰醋酸、氫氧化鈉、無水氯化鈣均為分析純。

1.2 儀器與設備

微型雙螺桿擠出機，德國Haake公司；高速粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；快速水分測定儀，德國Sartorius公司；冰箱，無錫松下冷機有限公司；Brabender黏度儀，德國Brabender公司；高速離心機，湖南湘儀實驗儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴振蕩器，金壇崢嶸儀器有限公司；真空冷凍干燥機，上海愛朗儀器有限公司；紫外可見分光光度計，美國UNICO公司；旋轉(zhuǎn)流變儀，奧地利Anton Paar公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

將100 g（干基）板栗全粉與瓜爾膠、阿魏酸（添加量為板栗粉干基的1 wt.%或3 wt.%）混合均勻，而后調(diào)節(jié)體系水分含量至40%，于4 ℃平衡水分48 h，充分混勻。采用微型雙螺桿擠出機處理樣品，擠出溫度為80 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為150 r/min。擠出后的樣品置于-80 ℃冷凍24 h后進行冷凍干燥、磨碎、過80目篩以備用。所得復合物分別為擠出板栗全粉-1 wt.%瓜爾膠復合物（1% GG-CP）、擠出板栗全粉-3 wt.%瓜爾膠復合物（3% GG-CP）、擠出板栗全粉-1 wt.%阿魏酸-1 wt.%瓜爾膠復合物（1% FA-1% GG-CP）和擠出板栗全粉-3 wt.%阿魏酸-3 wt.%瓜爾膠復合物（3% FA-3% GG-CP），以及未添加瓜爾膠及阿魏酸的擠出板栗全粉（E-CP）和板栗全粉（CP）。

1.3.2 凍融穩(wěn)定性的測定

參考陳子意[9]的方法并稍作修改。準確稱量3.00 g（干基）樣品于100 mL離心管中（離心管的質(zhì)量記為W1），加入30 mL去離子水，分散均勻，于100 ℃恒溫水浴振蕩30 min，冷卻至室溫后于-20 ℃下儲藏20 h。室溫下自然解凍4 h，擦干外壁，記錄離心管和樣品的總質(zhì)量為W2。將其于3 000 r/min條件下離心20 min，棄去上清液后稱量離心管和樣品的總質(zhì)量（W3），利用公式（1）計算析水率（SR）。

式中：

A——析水率SR，%；

W1——離心管質(zhì)量，g；

W2——解凍后樣品和離心管總質(zhì)量，g；

W3——傾倒上清液后樣品和離心管總質(zhì)量，g。

1.3.3 吸水性及水溶性的測定

參考Horstmann等[10]、Alam等[11]的實驗方法。稱取1.00 g（干基）樣品（W1）于50 mL離心管中，記錄離心管和樣品總質(zhì)量為W2，加入25.00 g去離子水，振蕩混勻，旋蓋后于100 ℃恒溫水浴振蕩30 min，而后4 000 r/min離心25 min，分離上清液和沉淀物。離心管在吸水紙上倒置5 min，質(zhì)量記為W3。上清液倒入已稱重的鋁盒（M1）中，于105 ℃的真空干燥箱中烘干至恒重，稱量鋁盒和樣品的總質(zhì)量（M2）。吸水性指數(shù)（WAI）和水溶性指數(shù)（WSI）分別利用公式（2）和（3）進行計算。

式中：

B——吸水性指數(shù)WAI；

C——水溶性指數(shù)WSI，%；

W1——1.00 g（干基）樣品的質(zhì)量，g；

W2——加水前樣品和離心管的總質(zhì)量，g；

W3——離心后沉淀物和離心管的總質(zhì)量，g；

M1——鋁盒的質(zhì)量，g；

M2——烘干至恒重的鋁盒和樣品的總質(zhì)量，g。

1.3.4 吸油性的測定

參考朱新鵬等[12]的實驗方法并稍作修改，稱取1.00 g（干基）樣品（W1）于50 mL離心管中，離心管和樣品的總質(zhì)量記為W2，加入10.00 g大豆油，分散均勻，于100 ℃下振蕩加熱30 min，冷卻后4 000 r/min離心20 min，傾倒大豆油，倒置5 min后再次稱質(zhì)量記為W3，吸油性指數(shù)（OAI）利用公式（4）計算可得。

式中：

D——吸油性指數(shù)（OAI）；

W1——樣品干基質(zhì)量，g；

W2——吸附油脂前樣品和離心管總質(zhì)量，g；

W3——吸附油脂后樣品和離心管總質(zhì)量，g。

1.3.5 糊化性質(zhì)測定

采用Brabender黏度儀測定樣品的糊化特性，操作參照饒晨露等[13]的方法：稱量10 g（干基）樣品，用去離子水配置成質(zhì)量分數(shù)為10%的懸浮液。測試參數(shù)如下：測量轉(zhuǎn)子速度為250 r/min，以7.5 ℃/min的速度從30 ℃升溫至95 ℃后保溫30 min，以7.5 ℃/min的速度降溫至50 ℃，繼續(xù)保溫30 min直至測試結(jié)束。

1.3.6 流變性質(zhì)的測定

將質(zhì)量分數(shù)為10%（m/m）的樣品于100 ℃下密閉攪拌糊化30 min，然后轉(zhuǎn)移至密封袋中，于4 ℃下儲藏1 d和7 d以做流變性質(zhì)測定。測試方法如下：取適量樣品置于流變儀測試平板上，采用流變儀的平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑25 mm，設置間隙1 mm，在應變值1%的條件下進行動態(tài)流變測試，測定角頻率0.1~100 rad/s范圍內(nèi)回生樣品儲能模量（G’）、損耗模量（G’’）及損耗角正切值tanδ隨剪切頻率變化的曲線。

1.3.7 體外消化特性的測定

基于Englyst等[14]的方法稍作調(diào)整來測定樣品消化特性。取豬胰酶（6 g）與40 mL去離子水混合，4 000 r/min離心15 min，取上清液，添加1.4 mL淀粉葡萄糖苷酶和3.6 mL去離子水，4 ℃冷藏待用。準確稱取1 g（干基）樣品于150 mL錐形瓶中，以不添加樣品為對照組，每瓶放置7顆玻璃珠并添加20 mL醋酸鈉緩沖液，渦旋混勻。每瓶中加入5 mL混合酶液，于37 ℃、160 stoke/min條件下振動水解，分別于20和120 min時取上清液至φ=70%乙醇溶液中，于4 000 r/min條件下離心5 min后，取上清液于GOPOD溶液中，在45 ℃下水浴20 min后于510 nm處測試吸光值。標品與空白組分別為葡萄糖標準溶液和蒸餾水。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析處理

采用SPSS 23.0和Orign 8.1進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，實驗數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。每次實驗重復三次，數(shù)據(jù)均表示為平均值±標準偏差。通過組間單因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果與討論

2.1 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉糊凍融穩(wěn)定性的影響

凍融的SR通常被視為評估樣品在凍融過程中保持理想性質(zhì)能力的指標[15]。如圖1a所示，E-CP的SR較CP降低了約12%，說明擠出處理使板栗全粉的凍融穩(wěn)定性顯著增強（P＜0.05）。擠出協(xié)同瓜爾膠能使樣品的SR顯著減少，且與瓜爾膠添加量相關，3%GG-CP的SR較CP降低22%。瓜爾膠對大米淀粉凍融穩(wěn)定性亦有改善作用，這可能與瓜爾膠本身具有優(yōu)異的增稠作用有關[16]。向擠出板栗全粉-瓜爾膠二元體系中引入阿魏酸后，樣品的SR有所增加，但添加量對SR的影響不顯著，這可能源于阿魏酸與瓜爾膠之間可能存在相互作用或阿魏酸與板栗粉相作用，導致體系內(nèi)瓜爾膠與淀粉之間的作用概率降低，從而造成瓜爾膠的效果被削弱。由此可見，擠出協(xié)同3%瓜爾膠對板栗全粉凍融穩(wěn)定性的調(diào)控效果最佳。

圖1 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉糊凍融穩(wěn)定性(a)、吸水性(b)、水溶性(c)及吸油性(d)的影響Fig.1 Effects of extrusion coupled with guar gum and ferulic acid on freeze-thaw stability (a), water absorption (b), water solubility (c) and oil absorption (d) of chestnut flour paste

2.2 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉吸水性及水溶性的影響

擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉吸水性的影響如圖1b所示。E-CP的吸水性指數(shù)（4.90）明顯大于CP（3.71）（P＜0.05），說明擠出處理顯著增加了板栗全粉熱處理過程中的吸水能力，這可能是由于擠出破壞了板栗全粉中淀粉原有的氫鍵結(jié)構(gòu)，并促使淀粉暴露更多的親水基團與水分子結(jié)合所造成的[17]。擠出協(xié)同瓜爾膠可顯著增大板栗全粉的WAI（P＜0.05），當瓜爾膠添加量達到3 wt.%時WAI提升至5.36，這主要是由于瓜爾膠中的羥基可通過形成氫鍵促進了更多的水相互作用，從而導致更高的水親和力[18]。擠出板栗全粉-瓜爾膠二元體系引入阿魏酸后，其WAI與二元體系相比有所降低，這可能歸因于阿魏酸與瓜爾膠之間的相互作用對親水膠體與水分子的氫鍵締合行為產(chǎn)生影響。從圖1c可知，E-CP的WSI較CP略微增大，但總體上變化不顯著，而GG-CP的WSI則高于E-CP。與GG-CP相比，1% FA-1% GG-CP的WSI相比于3% GG-CP提高1.06%，3% FA-3% GG-CP的WSI（28.09%）略高于3% GG-CP（27.39%），這表明阿魏酸添加量對擠出板栗全粉-瓜爾膠二元體系的水溶性影響不顯著。

2.3 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉吸油性的影響

如圖1d所示，E-CP的OAI較CP顯著下降（P＜0.05），說明擠出處理可顯著降低板栗全粉的吸油性。協(xié)同瓜爾膠可使E-CP的OAI顯著下降，但瓜爾膠添加量對樣品吸油性指數(shù)的影響不顯著，這可能是由于瓜爾膠在體系中形成物理屏障阻礙了蛋白質(zhì)與油脂的結(jié)合，故而減少了板栗全粉對油脂的吸附量[19]。此外，擠出處理過程中，進一步協(xié)同阿魏酸對GG-CP的OAI影響不顯著。

2.4 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉糊性質(zhì)的影響

糊化特性是富含淀粉的原料在食品應用中的重要衡量指標[18]。由圖2a與表1可知，擠出處理降低了CP的起糊溫度、峰值黏度，而協(xié)同瓜爾膠有助于降低E-CP起糊溫度，增大峰值黏度。親水膠體對起糊溫度的影響因其與體系中溶解的淀粉分子發(fā)生交聯(lián)所引起的[20]。此外，進一步協(xié)同阿魏酸有助于提高GG-CP的起糊溫度和峰值黏度，其中阿魏酸對起糊溫度的影響可能源于其與淀粉分子競爭糊化可用水分子的作用。擠出處理及協(xié)同瓜爾膠使得CP的崩解值增大，且瓜爾膠與阿魏酸共存時對E-CP崩解值的增大效果更明顯，表明擠出處理協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸可降低板栗全粉糊高溫下的耐剪切性。擠出處理可顯著降低CP回生值，而添加瓜爾膠則有助于增大E-CP的回生值。E-CP的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性的特征值均有所降低，說明擠出處理可改善板栗全粉的熱糊和冷糊穩(wěn)定性。然而，E-CP的熱糊穩(wěn)定性特征值（4 BU）在僅復合3 wt%瓜爾膠或復合3 wt%瓜爾膠與3 wt%阿魏酸時顯著增加，分別增至69 BU和108 BU，說明瓜爾膠與阿魏酸對熱糊穩(wěn)定性有降低作用。結(jié)合板栗全粉糊化性質(zhì)的測定結(jié)果，擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸改性的板栗全粉具有較高的峰值黏度和崩解值或可適用于重組米、面條等食品體系。

表1 Brabender糊化特征參數(shù)Table 1 Brabender gelatinization characteristic parameters

圖2 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉Brabender糊化曲線(a)及動態(tài)流變曲線(b、c、d、e)的影響Fig.2 Effects of extrusion coupled with guar gum and ferulic acid on Brabender gelatinization (a)and the dynamic rheological curves (b, c, d, e) of chestnut powder

2.5 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對儲存過程中板栗全粉糊動態(tài)流變學特性的影響

全粉糊冷藏過程中樣品G’增加與體系中淀粉的回生相關，G’’增加是由于凝膠硬度增加使體系能量因摩擦增加部分轉(zhuǎn)化為熱量的原因[21,22]。如圖2b、2c和圖2d、2e所示，擠出處理降低了CP儲藏1 d和7 d的G’和G’’，這表明擠出會降低板栗全粉糊儲藏過程中形成的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的剛性。添加瓜爾膠后，樣品的G’仍高于G’’，且兩者之間并未相互交叉，說明仍為弱凝膠結(jié)構(gòu)特征，這與瓜爾膠對珍珠粟淀粉的作用結(jié)果相一致[23]。此外，瓜爾膠對儲藏過程中板栗全粉凝膠剛性的影響取決于添加量，添加1 wt.%瓜爾膠使E-CP儲藏1 d和7 d的G’和G’’降低，當添加量提高至3 wt.%時，其儲藏1 d的G’以及儲藏1 d與7 d的G’’較1% GG-CP均升高。由此可見，添加親水膠體對于板栗全粉凝膠表現(xiàn)出兩種作用，或是通過相互作用有助于增大全粉凝膠的硬度[18]，或是親水膠體的添加抑制淀粉回生從而降低凝膠硬度[24]。與GG-CP相比，F(xiàn)A-GG-CP儲藏1 d 的G’則介于GG-CP之間，儲藏7 d的G”隨著瓜爾膠與阿魏酸的添加量而降低。

2.6 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉消化特性的影響

擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉消化性能的影響如表2所示，擠出處理導致板栗全粉中慢消化組分（SDC）轉(zhuǎn)為快消化組分（RDC），這是由于擠出處理可破壞淀粉原本的顆粒完整結(jié)構(gòu)，導致淀粉鏈上酶作用位點暴露，進而提高了淀粉消化性能[25]。協(xié)同瓜爾膠有助于提高E-CP的RC含量，且與瓜爾膠添加量相關，這與瓜爾膠對玉米淀粉消化特性的影響相一致[26]。在擠出板栗全粉-瓜爾膠二元體系中引入阿魏酸后，F(xiàn)A-GG-CP的RC含量得以顯著性提升，這主要是瓜爾膠所引發(fā)的空間位阻作用以及多酚對淀粉酶的抑制作用所導致的[27,28]。綜上所述，擠出處理協(xié)同瓜爾膠（3 wt%）與阿魏酸（3 wt%）對板栗全粉消化性能的調(diào)控作用最佳。當協(xié)同3 wt%親水膠體及3 wt%阿魏酸時，改性板栗全粉的抗消化組分含量較原板栗全粉提高了27.00%~32.10%。

表2 擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸對板栗全粉消化性能的影響Table 2 Effects of extrusion coupled with guar gum and ferulic acid on digestion property of chestnut powder

3 結(jié)論

擠出處理協(xié)同瓜爾膠作用顯著提高了板栗全粉的凍融穩(wěn)定性、吸水性和水溶性，但會導致其吸油性降低。進一步引入阿魏酸作用可進一步提高板栗全粉的凍融穩(wěn)定性，但其水溶性和吸油性并無顯著變化。同時，板栗全粉熱糊穩(wěn)定性降低，峰值粘度和崩解值顯著提高。此外，擠出協(xié)同瓜爾膠及阿魏酸作用可顯著提高板栗全粉中的抗消化組分，其中3% FA-3% GG-CP的抗消化組分含量最高，相比原板栗全粉提高了32.10%。研究結(jié)果可為高品質(zhì)營養(yǎng)健康的板栗產(chǎn)品的開發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)。