3种膨化方式处理对萌芽糙米品质的影响

赵颖，申莉丽，姜雯翔，顾振新，韩永斌*，胡秋辉，方勇，陈沁滨

1(南京农业大学 农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，江苏 南京， 210095)　2(南京市农垦生物科技有限公司，江苏 南京， 210012)　3(南京财经大学 食品科学与工程学院，江苏 南京，210046)



3种膨化方式处理对萌芽糙米品质的影响

赵颖1，申莉丽1，姜雯翔1，顾振新1，韩永斌1*，胡秋辉3，方勇3，陈沁滨2

1(南京农业大学 农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，江苏 南京， 210095)2(南京市农垦生物科技有限公司，江苏 南京， 210012)3(南京财经大学 食品科学与工程学院，江苏 南京，210046)

摘要比较研究了挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米(粳稻5055)营养成分、色泽、水溶和吸水指数的影响。结果表明：与原料萌芽糙米相比，挤压、气流和微波膨化还原糖分别减少了62.5%、96.71%和66.45%；可溶性蛋白分别减少了58.86%、73.42%和59.01%；γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)含量减少了37.21%、63.66%和77.70%；L*值分别降低了2.01%、6.10%和6.20%；而吸水指数是原料的2.92、2.14和1.63倍。挤压膨化显著降低萌芽糙米中总淀粉和直链淀粉含量(P<0.05)，分别比原料减少11.12%和98.90%；气流和微波膨化对其影响不显著(P>0.05)；微波膨化显著增加萌芽糙米中抗性淀粉含量(P<0.05)，是原料的2.25倍；但挤压和气流膨化对其影响不显著(P>0.05)；气流和微波膨化显著降低了水溶指数(P<0.05)，比原料减少38.60%和49.12%；挤压膨化能显著增加水溶指数(P<0.05)，是原料的2.47倍。与气流和微波膨化相比，挤压膨化使萌芽糙米中还原糖、可溶性蛋白、GABA含量损失都较少；a*、b*和ΔE值均最低；L*值、水溶和吸水指数最高。因此，挤压膨化最有利于保留萌芽糙米的营养成分，同时也能最大程度改善其水溶性和吸水性。

关键词萌芽糙米；挤压膨化；气流膨化；微波膨化

萌芽糙米具有很高的营养价值，不仅含有基本的营养成分，而且还含有多种促进人体健康的功能性成分，尤其是γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)[1]，具有降血压、镇定神经、利尿等功效[2]。萌芽糙米虽较糙米蒸煮后口感有一定改善，但作为主食直接食用并未完全被消费者接受，而膨化加工是此类问题的有效解决途径之一。

食品膨化原理是物料内部的液体成分(主要是水)汽化，在压力差作用下，使物料膨胀，高分子物质结构变性，形成网状组织结构，最终定型为多孔状物质[3]。目前米制品膨化研究主要集中在膨化对产品理化性质的的影响[4]，原料对膨化效果的影响[5-6]，膨化工艺参数的优化[7-8]等方面，而不同膨化方式对同一原料米制品影响的研究报道较少。

本试验以萌芽糙米为原料，研究了挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米理化特性的影响。

1材料与方法

1.1实验材料

原料糙米(品种粳稻5055)，南京农垦生物科技有限公司提供。

胃蛋白酶(3 000 U/g)，北京索莱宝科技有限公司，中温α-淀粉酶(4 000 U/g)，上海楷洋生物技术有限公司，液体糖化酶(105U/mL)，江苏锐阳生物科技有限公司。

茚三酮，Tris-maleate缓冲液(0.1 mol/L、pH 6.86)，Folin酚，均为分析纯；3,5-二硝基水杨酸为化学纯；考马斯亮蓝G-250，牛血清白蛋白(BSA) 均为生化试剂。

1.2仪器与设备

HY-10大型气流膨化机，东台汉源食品机械厂；双螺杆挤压膨化机，济南赛信公司；WBZL03S-1组合微波炉，南京珏双微波有限公司；UV-2802型紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；CR-400型色差计，日本KOIVICA MINOLTA公司。

1.3萌芽糙米制备及干燥工艺

1.3.1萌芽糙米制备

参照文献[9]，糙米经挑选、除杂，清洗后用质量分数1%的NaClO溶液浸泡约30 min，然后用去离子水冲洗去除NaClO溶液，再采用去离子水浸泡3 h，断水15 min，再浸泡3 h工艺，最后在32 ℃，通气量1.2 L/min的避光条件下萌芽36 h，每隔12 h换水1次。

1.3.2萌芽糙米干燥

将萌芽糙米清洗、沥干后，在热风干燥箱中50℃条件下干燥2 h，至萌芽糙米水分含量为(14±0.5)%。

1.4萌芽糙米膨化工艺

1.4.1挤压膨化工艺

取调整水分后的萌芽糙米进行挤压膨化。挤压膨化参数为：Ⅰ区温度50 ℃、Ⅱ区温度160 ℃、Ⅲ区温度180 ℃，螺杆转速150 r/min，喂料速度164 r/min。

1.4.2气流膨化工艺

取调整水分后的萌芽糙米进行气流膨化。气流膨化参数：腔体温度150 ℃，压力0.6 MPa。

1.4.3微波膨化工艺

取调整水分后的萌芽糙米进行微波膨化。微波膨化参数：进料量500 g，微波功率1 200 W，时间3 min。

1.5营养成分测定

采用AOAC法[10]测定含水量；用考马斯亮蓝G-250法[11]测定可溶性蛋白含量；用DNS显色法[11]测定还原糖含量；用纸电泳法测定[12]GABA含量；淀粉含量测定参照GB/T 5009.9—2003《食品中淀粉的测定》[13]；直链淀粉含量测定参照GB 7648—1987 《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》[14]。

1.6抗性淀粉含量测定

参照GONI法[15]并适当调整：称取100 mg样品置于50 mL离心管，加10 mL KCl-HCl缓冲液(pH 1.5)和0.2 mL胃蛋白酶溶液，充分混合，在40 ℃下水浴振荡60 min。室温冷却后添加9 mL Tris-maleate缓冲溶液(0.1 mol/L)和1 mL α-淀粉酶溶液，充分混合，37 ℃下水浴振荡16 h。之后离心(3 000 r/min ，15 min)去除上清液，用蒸馏水洗涤后再离心(3 000 r/min，15 min)，去除上清液。所得残余物用3 mL蒸馏水润湿，加3 mL KOH(4 mol/L)混合，室温振荡30 min后用HCl(2 mol/L)调节pH值为4.75，再加80 μL糖化酶，混合，在60 ℃水浴振荡45 min。最后离心(3 000 r/min，15 min)，收集上清液于100 mL容量瓶中，用10 mL蒸馏水洗涤后再离心(3 000 r/min，15 min)，收集上清液置于容量瓶中。用DNS显色法测定葡萄糖含量，计算RS含量[公式(1)]：

(1)

1.7吸水指数和水溶指数

参照VAMSHIDHAR和JONES测定方法[16-17]并适当调整：称取2 g膨化过后的样品，放入离心管，再加入30 mL蒸馏水，振荡使其完全溶解，在30 ℃温度下搅拌30 min，然后3 000 r/min离心10 min，将上清液倒入培养皿后称量盛有胶体的离心管重，并将培养皿在105 ℃条件下烘至恒重，吸水指数和水溶指数按公式(2)、公式(3)计算：

(2)

(3)

1.8色泽测定

采用CR-400型色差计(D65 (漫射日光型)和A(钨灯)，观测角度10°)测定样品L*、a*、b*和ΔE值。以原料萌芽糙米为对照，按公式(4)计算ΔE值：

(4)

式中：ΔE为色差值，L、a、b分别表示样品的L*、a*和b*值，L0、a0、b0分别表示对照的L*、a*和b*值[18]。

1.9感官评价

随机选取10名具有一定专业知识的人员对产品进行感官评分。测试前产品随机编号，评定员根据产品的外观、口感、色泽、组织结构和气味接受性对其进行评分，感官满分为50分。感官评定标准见表1。

表1　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米感官评价标准

1.10数据统计与分析

试验过程中，每个试验数据测定3次，数据统计和处理采用Excel软件，显著性检验在0.05水平上。

2结果与分析

2.1挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米还原糖含量的影响

由图1可知，3种膨化方式均显著影响还原糖含量(P<0.05)，挤压、气流和微波膨化后萌芽糙米还原糖含量分别比原料减少了62.5%、96.71%和66.45%。还原糖的减少可能是因为还原糖与氨基酸发生了美拉德反应。一方面物料在膨化时，淀粉除发生糊化外还发生分子降解反应，生成葡萄糖、麦芽糖等小分子物质[19]，而另一方面在激烈的膨化条件下，还原糖可与原料中氨基酸发生美拉德反应，导致还原糖的减少[20]。因为后者的程度大于前者反应的程度，所以使得还原糖含量减少。

图1　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米还原糖含量的影响Fig. 1　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on reducing sugar content in germinated brown rice

2.2挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米可溶性蛋白含量的影响

由图2可知，3种膨化方式均使可溶性蛋白含量显著降低(P<0.05)，挤压、气流和微波膨化后萌芽糙米的可溶性蛋白分别比原料减少了58.86%、73.42%和59.01%。原因可能是一方面可能是膨化加工中高温、高压或高剪切力环境使可溶性蛋白变性，内部疏水基团外露，蛋白质聚合使溶解度下降[21]，另一方面可能是蛋白质发生热降解[22]。

图2　挤压膨化、气流膨化和微波膨化对萌芽糙米可溶性蛋白含量的影响Fig.2　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on soluble protein content in germinated brown rice

2.3挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米GABA含量的影响

由图3可知，3种膨化方式也均显著降低萌芽糙米的GABA含量(P<0.05)，挤压、气流和微波膨化后萌芽糙米GABA含量分别比原料减少了37.21%、63.66%和77.70%。相比而言挤压膨化损失最低，可能是因为挤压膨化虽然使物料处于高温、高压和高剪切力环境中，但时间较短，而气流和微波膨化会使物料在较长一段时间内处于高温或高压下，最终导致萌芽糙米气流和微波膨化后GABA含量损失大于挤压膨化。可能原因是GABA是一种氨基酸在高温条件下会与其他物质发生反应[23]，或是高温对GABA结构产生破坏[24]。

图3　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米GABA含量的影响Fig. 3　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on GABA content in germinated brown rice

2.4挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米总淀粉含量的影响

图4　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米总淀粉含量的影响Fig.4　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on total starch content in germinated brown rice

由图4可知，3种膨化方式均使总淀粉含量减少，但气流和微波膨化后总淀粉含量减少不显著(P>0.05)。而挤压膨化后减少显著(P<0.05)，其比原料减少11.12%。原因可能是挤压膨化使萌芽糙米处于剪切环境条件下，淀粉链易被打断，淀粉主要发生降解现象，从而生成小分子寡糖[25]，淀粉降解程度较大，而气流和微波膨化没有剪切力的作用，因此淀粉降解程度相对较低。

2.5挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米直链淀粉含量的影响

由图5可知，挤压膨化后萌芽糙米直链淀粉含量显著减少(P<0.05)，与原料相比减少了98.90%。一方面可能是由于在高温、高压和高剪切力作用下，直链淀粉发生降解，而支链淀粉发生降解后产生的直链淀粉也很快被继续转化为小分子的糖类。另一方面挤压膨化易形成直链淀粉-脂肪复合物从而使直链淀粉含量减少[26]。而气流膨化直链淀粉含量略有增加，可能是由于气流膨化的高温高压环境使得支链淀粉脱支，而对直链淀粉的降解作用很小[27]，同时支链淀粉降解产生直链淀粉从而使其含量增加。微波膨化直链淀粉含量减少，可能主要是由于热降解。

图5　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米直链淀粉含量的影响Fig.5　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on amylose content in germinated brown rice

2.6挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米抗性淀粉含量的影响

由图6可知，3种膨化方式对抗性淀粉含量影响不同。微波膨化抗性淀粉含量显著增加(P<0.05)，是原料的2.25倍；而气流膨化略有增加。挤压膨化抗性淀粉含量略有减少，这可能是由于剪切强度大使抗性淀粉的含量降低[28-29]。但气流和挤压膨化对萌芽糙米抗性淀粉的影响均不显著(P>0.05)。

图6　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米抗性淀粉含量的影响Fig.6　Effect of extrusion, air puffing and microwave puffing on resistant starch content in germinated brown rice

2.7挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米吸水指数和水溶指数的影响

吸水指数(water absorption index，WAI)和水溶指数 (water solubility index，WSI) 被许多研究者用来评价膨化产品。由表2可知，挤压、气流和微波膨化均显著增加了吸水指数(P<0.05)，分别是原料的2.92、2.14和1.63倍。但不同膨化方式对水溶指数的影响却不相同，挤压膨化后水溶指数是原料的2.47倍，显著增加(P<0.05)，这可能是由于在高温高压和高剪切的腔体内淀粉糊化和裂解，纤维素降解，蛋白质裂解，导致挤压膨化物中的水溶性物质增多[30]。但气流和微波膨化水溶指数分别比原料减少了38.60%和49.12%，差别显著(P<0.05)。

表2　挤压膨化、气流膨化和微波膨化对萌芽糙米

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

2.8挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米色泽的影响

由表3可知，萌芽糙米经3种膨化方式处理后a*和b*值显著高于原料(P<0.05)，且3种膨化方式也差异显著(P<0.05)，在3种膨化方式中微波膨化a*和b*值都最高，而挤压膨化a*和b*都最低。但挤压、气流和微波膨化后产品的L*值均显著低于原料(P<0.05)，气流和微波膨化的L*和ΔE值无显著差异(P>0.05)，但均显著高于挤压膨化(P<0.05)。色泽的变化可能主要是美拉德反应导致[23]。

表3　挤压膨化、气流膨化和微波膨化对萌芽糙米

2.9不同处理对萌芽糙米感官品质的影响

由表4可知，不同处理组的感官品质指标有所差异。口感最好的处理是挤压膨化，气流膨化与微波膨化无显著性差异；外观评分则是挤压膨化>微波膨化>气流膨化；口感评分则是挤压膨化>气流膨化/微波膨化；所得加权平均分最高的是挤压膨化。即挤压膨化处理在外观、口感、色泽等方面改善产品的感官品质，即最优处理为挤压膨化的萌芽糙米。

表4　挤压、气流和微波膨化对萌芽糙米感官品质的影响

3讨论

不同膨化方式均使萌芽糙米吸水指数增加，这可能与膨化后的物料内部形成较多孔洞结构有关，这些孔洞可以通过毛细管作用吸收和保持住水分。此外，高含量的具有较强吸湿性的破损淀粉也会增加了持水能力[31]。萌芽糙米气流和微波膨化后水溶指数减少，原因较为复杂，可能是萌芽糙米在气流和微波膨化加工过程中都需经过高温，导致物料脱水、蛋白质变性从而将可溶性物质包裹在凝胶状聚合物中，使蛋白质疏水作用增加，从而减少了蛋白质的溶解性。此外，淀粉颗粒中变性蛋白质基质的存在，延长了水分扩散到颗粒中的时间从而阻碍了淀粉扩散到外部介质中[32]，最终导致水溶指数降低。

4结论

与原料相比，挤压、气流和微波膨化均会降低还原糖、可溶性蛋白、GABA含量和L*值而增加吸水指数；挤压膨化会显著降低总淀粉和直链淀粉含量(P<0.05)，而气流和微波膨化对其影响不显著(P>0.05)；微波膨化显著增加抗性淀粉含量(P<0.05)，但挤压和气流膨化对其影响不显著(P>0.05)；气流和微波膨化会显著降低水溶指数(P<0.05)，而挤压膨化能显著增加水溶指数(P<0.05)。与气流和微波膨化相比，挤压膨化还原糖、可溶性蛋白、GABA含量都损失较少；a*、b*和ΔE值均最低，L*值最高，WAI和WSI最高。综上所述，挤压膨化从外观、口感、色泽等方面改善原料的感官品质，且最有利于保留萌芽糙米的营养成分，同时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

基金项目：粮食公益性行业科研专项(201313011)

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

第一作者：硕士研究生(韩永斌教授为通讯作者，E-mail：hanyongbin@njau.edu.cn)。