挤压膨化对大米和糙米理化与营养特性的影响

马永轩，张名位，魏振承，张雁，张瑞芬，邓媛元，刘磊，唐小俊，肖娟，黄菲，董丽红

（广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东广州510610）

挤压膨化对大米和糙米理化与营养特性的影响

马永轩，张名位，魏振承，张雁，张瑞芬，邓媛元，刘磊，唐小俊，肖娟，黄菲，董丽红

（广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东广州510610）

以大米和糙米为原料，分析比较了大米和糙米挤压膨化前后理化和营养特性的变化。结果表明，大米和糙米挤压膨化后其水溶性指数和吸水性指数显著提高，大米分别提高了13.9倍1.32倍，糙米分别提高了5.4倍1.45倍，而其Carr指数和Hausner比显著降低，大米分别降低了14.93%和5.6%，糙米分别降低了39.14%和20.83%。脂肪含量显著减少，蛋白质含量没有显著性的变化，还原糖和糊化度显著的增加，大米分别增加了6.68倍和46.73%，而糙米分别增加了11倍和72.97%。同时，挤压膨化降低了米粉的亮度，使其颜色变黄。总的膳食纤维和不溶性膳食纤维降低，可溶性膳食纤维的含量增加。

挤压膨化；大米；糙米；理化；营养

我国的传统膳食结构以谷物为主体，随着人们生活水平的提高、保健意识的增强以及城市生活节奏的日益加快，谷物早餐的市场前景十分广阔[1]。大米是中国人的主食之一，是补充营养素的基础食物，其氨基酸的组成比较完全，易于消化吸收，含有维生素A、维生素B1、维生素E等多种维生素[2]。糙米含有丰富的保健功能因子，如谷胱甘肽、米糠脂多糖、神经酰胺、米糠纤维等，它们有的具有提高人体免疫力的功能，有的具有去除人体内氧自由基、降血脂、延缓衰老的作用[3]。因此，开发以大米和糙米为主要原料的谷物早餐食品，既能满足人们谷物营养的摄取，又食用方便、快捷，非常符合现代中国人的早餐需求。

挤压膨化加工技术是集混合、搅拌、破碎、加热、杀菌、膨化及成型等为一体的高新技术[4]，被广泛应用于食品行业。挤压膨化过程中，食品主要组分的质构、组织和外观都发生了很大的变化，在高温、高压、高剪切力的作用下，淀粉、蛋白质、脂肪、粗纤维等大分子物质被切断成小分子物质[5]。因此，挤压膨化是提高谷物食用性，开发谷物早餐食品的有效途径。本研究探讨了大米和糙米挤压膨化前后的营养成分及理化性质的变化，旨在为挤压膨化技术在谷物早餐食品加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大米、糙米：深圳市腾泰米业科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

DS30-Ⅱ型双螺杆膨化机：山东赛信膨化机械有限公司；XFB-1000中草药粉碎机：吉首市中诚制药机械厂；PCE-E3000型恒温水浴震荡器：苏州威尔实验用品有限公司；K8400型蛋白质分析仪：瑞典FOSS公司；SOX416型脂肪分析仪：德国Gerhardt公司；Biofuge Stratos Sorvall高速冷冻离心机：美国Thermo公司；UV-1240型紫外可见分光光度计：日本岛津分析仪器公司；D-500型高剪切均质分散乳化机：德国WIGGENS公司。

1.3 方法

1.3.1 挤压膨化工艺参数

原料粉碎至60目，加水调节至水分含量为20%，膨化后样品置于45℃恒温烘箱中干燥2 h，干燥样品粉碎至过80目，密封保存以备后续实验分析。

1.3.2 基本成分分析

水分含量的测定：直接干燥法，参照GB/T 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》；总淀粉含量的测定：酶水解法，参照GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的测定》；蛋白质含量的测定：凯氏定氮法，蛋白质系数6.25，参照GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》；粗脂肪含量的测定：索氏提取法，参考GB/T 14772-2008《食品中粗脂肪的测定》；膳食纤维含量的测定：酶重量法，参照GB 5009.88-2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》；灰分含量的测定：干法灰化法，参照GB 4800-84《谷物灰分测定法》；可溶性还原糖含量的测定：3，5-二硝基水杨酸比色法。

1.3.3 水溶性指数和吸水性指数的测定

水溶性指数（Water Solubility Index，WSI）和吸水性指数（Water Absorption Index，WAI）的测定参照Anderson[6]的方法略加修改：准确称取2.5 g样品置于50 mL离心管中，加入30 mL去离子水，以275 r/min的速率振摇30 min，然后3 000 r/min离心15 min，分离上清液和沉淀物；上清液倾倒于恒重的称量盒中，在105℃的烘箱中蒸发干至恒重。WSI和WAI按式（1）和式（2）计算：

式中：W1为上清液蒸干后残余物的质量，g；W2为倾出上清液后凝胶质量，g；M为样品干重，g。

1.3.4 Carr指数和Hausner比的测定

10 g样品轻轻装入25 mL量筒后测量最初的松体积V1（mL），用平头木锤轻敲使粉体处于最紧状态，测量最终体积V2（mL）[7]。CI和HR按以下式（3）、式（4）计算：

1.3.5 色差的测定

将一定量的样品粉末置于石英皿中，选用L*，a*，b*色度空间表示方法进行测定，对照组色度用L0，a0，b0表示，色差值（ΔE*）按式（5）计算：

1.3.6 糊化度的测定

参照Birch[8-9]等的方法并略加改动：称取0.1 g样品，分散于49mL的去离子水中，添加1.0mL的10mol/L KOH溶液，以10r/min速率在磁力搅拌器上搅拌5 min，悬浮液以4 500 r/min离心10 min；移取1.0 mL上清液，混合0.6 mL的0.5 mol/L盐酸，用去离子水定容至10 mL，最后添加0.1 mL的碘液（0.5 g晶体碘和2 g KI溶于50 mL去离子水），混合均匀后测定混合液在600 nm处的吸光值A1；上述步骤中KOH的体积替换为2.5 mL，盐酸的体积替换为1.5 mL，其他相同，测得吸光值A2。糊化度（Degree of Gelatinization，DG）按式（6）计算：

2 结果与分析

2.1 挤压膨化对大米和糙米WSI和WAI的影响

水溶性指数（WSI）表明粉体溶于水的能力，常作为评价淀粉分子降解程度的指标，而吸水性指数（WAI）表明淀粉在水中溶胀形成凝胶的能力，这两个指数可用来衡量粉体的冲调特性。挤压膨化对大米和糙米WSI和WAI的影响见表1。

表1 挤压膨化对大米和糙米WSI和WAI的影响Table 1 Effect of extrusion on WSI and WAI of rice and brown rice

由表1可知，大米和糙米挤压膨化后其WSI指数和WAI指数均显著的提高，WSI分别提高了13.9倍和5.4倍，而WAI分别提高了1.32倍和1.45倍。这可能是由于大米和糙米在挤压膨化的过程中，随着温度的升高，原料中的淀粉发生糊化，淀粉发生降解，使淀粉分子溶胀分裂成小分子[10]。同时，随着螺杆转速的不断增加，原料中的不同组分受到螺杆的机械作用也在不断增加，物料的分子结构逐渐伸展开来，暴露出更多的亲水基团，与水的结合能力加强。

2.2 挤压膨化对大米和糙米Carr指数和Hausner比的影响

粉体的流动性不仅直接影响食用时产品是否容易倾入容器，而且关系到生产过程中的输送问题。CI和HR是表征粉体流动性的重要指标，CI和HR越低，表明粉体的流动性越好，粘结性越低。挤压膨化对大米和糙米Carr指数和Hausner比的影响见表2。

表2 挤压膨化对大米和糙米CI和HR的影响Table 2 Effect of extrusion on CI and HR of rice and brown rice

由表2可知，挤压膨化后，大米和糙米的CI和HR指数均显著降低，大米分别降低了14.93%和5.6%，糙米分别降低了39.14%和20.83%，说明挤压膨化可以增加粉体的流动性，对规模化生产中粉体产品的输送有积极的意义。

2.3 挤压膨化对大米和糙米色度的影响

挤压膨化对大米和糙米色度的影响见表3。

表3 挤压膨化对大米和糙米色度的影响Table 3 Effect of extrusion on the chrominance of rice and brown rice

由表3可以看出，大米挤压膨化后L*值降低了4.4%、a*值升高了121%、b*值升高了58.8%。而糙米挤压膨化后L*值降低了2.4%、a*值降低了2.5%、b*值升高了5.4%。大米的ΔE*比糙米大。说明挤压膨化在一定程度上降低了米粉的色度，使米粉亮度降低，大米膨化后比膨化前略显红色。糙米因其含有皮层、糊粉层和胚芽，所以看起来比大米略黄。

2.4 挤压膨化对大米和糙米糊化度的影响

挤压膨化对大米和糙米糊化度的影响见图1。

图1 挤压膨化对大米和糙米糊化度的影响Fig.1 Effect of extrusion on degree of gelatinization of rice and brown rice

由图1可知，大米和糙米经挤压膨化后其糊化度均显著提高，分别提高了46.73%和72.97%，这主要是由于大米和糙米挤压膨化过程中在高温、高压下，淀粉分子间的氢键断裂而发生了糊化造成的。

2.5 挤压膨化对大米和糙米还原糖的影响

挤压膨化对大米和糙米还原糖的影响见图2。

图2 挤压膨化对大米和糙米还原糖的影响Fig.2 Effect of extrusion on the content of reducing sugar of rice and brown rice

由图2可知，大米和糙米经挤压膨化后其还原糖的含量呈上升的趋势。与挤压膨化前相比，大米粉中还原糖含量提高了6.68倍，糙米粉中还原糖含量提高了11倍。由此表明，挤压膨化对淀粉大分子成分有一定的降解作用，相对大米而言，糙米的还原糖含量提高更为显著。这可能是因为淀粉基物料在升压、升温和剪切的共同作用下发生部分降解，高分子的结构键断裂而使其变成了低分子的产物，如淀粉结构中的糖苷键断裂使其成为葡萄糖、麦芽糖等[11]。

2.6 挤压膨化对大米和糙米膳食纤维的影响

挤压膨化对大米和糙米膳食纤维的影响见图3。

图3 挤压膨化对大米和糙米膳食纤维的影响Fig.3 Effect of extrusion on composition of dietary fibre of rice and brown rice

由图3可知，经过挤压膨化后大米的总纤维量（TDF）下降了14.8%，不溶性膳食纤维（IDF）降低了15.1%，可溶性膳食纤维（SDF）增加了38.8%，糙米总纤维量（TDF）降低了35.2%，不溶性膳食纤维（IDF）降低了29.6%，可溶性膳食纤维（SDF）增加了55.6%。这主要是因为在挤压膨化过程中，不溶性膳食纤维转化成了可溶性膳食纤维，使得可溶性膳食纤维的含量增加，而在挤压膨化的过程中纤维素等大分子发生降解从而使得总膳食纤维的含量降低[12]。

2.7 挤压膨化对大米和糙米蛋白质和脂肪的影响

挤压膨化对大米和糙米蛋白质和脂肪的影响见表4。

表4 挤压膨化对大米和糙米蛋白质和脂肪的影响Table 4 Effect of extrusion on the content of protein and fat of rice and brown rice

由表4可知，经过挤压膨化后大米和糙米的蛋白质含量没有显著性变化，脂肪的含量显著降低，分别降低了50.4%、62.2%。大米和糙米经挤压膨化后其脂肪含量明显降低与前人的研究结果是一致的，这可能是脂肪在高温高压下分解为脂肪酸和单甘酯的缘故，但也有学者认为脂肪与淀粉蛋白质结合生成了复合物，从而降低了样品中脂肪的含量。

3 结论

本研究发现大米和糙米挤压膨化后其水溶性指数和吸水性指数显著提高，大米分别提高了13.9倍和1.32倍，糙米分别提高了5.4倍和1.45倍，而其Carr指数和Hausner比显著降低，大米分别降低了14.93%和5.6%，糙米分别降低了39.14%和20.83%。脂肪含量显著减少，蛋白质含量没有显著性的变化，还原糖和糊化度显著增加，大米分别增加了6.68倍和46.73%，而糙米分别增加了11倍和72.97%。同时，挤压膨化降低了米粉的亮度，使其颜色变黄。总的膳食纤维和不溶性膳食纤维降低，可溶性膳食纤维的含量增加。

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Effects of Extrusion on Physiochemical and Nutritional Property of Rice and Brown Rice

MA Yong-xuan，ZHANG Ming-wei，WEI Zhen-cheng，ZHANG Yan，ZHANG Rui-fen，DENG Yuan-yuan，LIU Lei，TANG Xiao-jun，XIAO Juan，HUANG Fei，DONG Li-hong
（Sericultural&Agri-Food Research Institute，Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods，Ministry of Agriculture/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing，Guangzhou 510610，Guangdong，China）

To investigate the effect of extrusion on the physiochemical and nutritional property of rice and brown rice.The results showed that the water solubility index and water absorption index of rice and brown rice were significantly increased after extrusion，and the rice has been increased 13.9 times and 1.32 times as the brown rice has been increased 5.4 times and 1.45 times.Thus the Carr index and Hausner ratio were significantly decreased，the rice has been decreased 14.93%and 5.6%as the brown rice has been decreased 39.14%and 20.83%.The fat content was significantly reduced，and the protein content was not significantly changed after extrusion.The reducing sugar and gelatinization were significantly increased after extrusion，and the rice has been increased 6.68 times and 46.73%as the brown rice has been increased 11 times and 72.97%.At the same time，extrusion reduced the brightness of rice flour and maked its color yellow.Total dietary fiber and insoluble dietary fiber were decreased，and the content of soluble dietary fiber was increased after extrusion.

extrusion；rice；brown rice；physiochemical；nutritional

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.003

2016-09-30

国家公益性行业科技项目（201303071）；广东省科技计划项目（2014A020220005）

马永轩（1986—），男（汉），助理研究员，硕士，研究方向：农产品加工。