挤压膨化与重组造粒茯苓复配谷物产品功能成分分析及淀粉体外消化特性评价

2019-10-21李学琴秦礼康

中国粮油学报 2019年9期

李学琴秦礼康朱怡

(贵州大学酿酒与食品工程学院1，贵阳 550025)(贵州大学明德学院2，贵阳 550025)(贵州省植保植检站3，贵阳 550001)

茯苓(Poriacocos)为多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核，属于药食同源型的传统中药材[1]。现代医学研究表明，茯苓水溶性多糖及三萜作为其最主要的功能活性成分[2，3]，具有降糖降脂[4，5]、抗氧化[6]等药理作用。但茯苓多糖多为碱溶性多糖，不溶于水，无生理活性，而能发挥药理活性作用的水溶性多糖含量极少[7]。同时，正是由于其非水溶性限制了茯苓在食品加工中的应用。因此，提高茯苓水溶性，进而提升其加工适性，是茯苓深加工产业发展化的关键。

挤压膨化是一种高新技术，食品物料在高温、高压和高剪切的联合作用下，淀粉、蛋白质、脂肪等生物大分子的结构发生变化[8]，产品的消化性、速食性、灭酶性等趋于最大，并且具有独特的风味和质构[9]，但茯苓中的多糖水溶性及三萜含量会发生何种变化鲜有研究。同时，茯苓主含多糖和三萜，少含淀粉和纤维，单独难以膨化。因此，作者前期将茯苓以4种不同比例分别与淀粉含量较高的薏米、红米、苦荞3种药食同源型谷物进行复配，采用双螺杆挤压机挤压膨化制得茯苓复合营养粉，并对产品的冲调性能进行评价，确定茯苓与相应谷物复配时茯苓最适添加量为20%[10]；后将茯苓以最适添加量分别与此3种谷物进行复配，进行重组并造粒，制得茯苓复配谷物的重组米产品，并对其物性动态进行了研究[11]。本研究将对茯苓以最适添加量与3种谷物复配的营养粉及重组米产品的特征功能成分(主要为茯苓水溶性多糖及三萜、红米多酚、苦荞黄酮、薏苡仁酯)进行分析与比较，并对产品的快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)及抗性淀粉(RS)含量进行跟踪，进一步计算出淀粉的水解指数与血糖负荷评估值，用以评价产品的预期血糖反应，以期为茯苓产品在品质特性方面的研究提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

茯苓片：2017年产，经热风干燥，含水量7%左右；薏米、红米、苦荞：市售(2017年产)。

1.1.2 试剂

去氢土莫酸、去氢茯苓酸、3-表去氢茯苓酸、芦丁、没食子酸、Folin-CioCaLteu试剂、葡萄糖含量检测试剂盒、糖化酶(100 000 U/g)、胰酶、胃蛋白酶；乙腈、甲醇：色谱纯；所有分离用有机溶剂均为分析纯，所用标准品纯度均大于98%。

1.2 仪器与设备

FMHE36-24型双螺杆挤压机；H2-16KR型台式高速冷冻离心机；L5S型紫外可见分光光度计；SER148型脂肪测定仪；Agilent 1200系列高效液相色谱仪；SAF-680T型酶标仪。

1.3 方法

1.3.1 样品实验室制作工艺流程

前处理：选用新鲜、无霉变、无病虫害的茯苓片(干燥)、薏米、红米及苦荞，分别粉碎过80目筛。

营养粉制作：将茯苓粉分别与红米粉、薏米粉或苦荞粉按1 ∶4的比例混合均匀并调节水分至17%左右，在Ⅳ区温度为160 ℃的双螺杆挤压机中进行膨化，膨化产品立即放入60 ℃干燥箱中进行干燥，干燥后用超微粉碎机进行粉碎并过100目筛，制得营养粉产品(同时做全谷物的对照品)。

重组米制作：将茯苓粉分别与红米粉、薏米粉或苦荞粉按1 ∶4的比例混合均匀并调节水分至35%左右，在Ⅳ区温度为130 ℃的双螺杆挤压机中进行挤压重组并将挤出物切割成米粒状。米粒立即放入45 ℃干燥箱中进行干燥至含水量12%以下，制得重组米产品(同时做全谷物的对照品)。

1.3.2 特征功能成分含量的测定

产品功能成分的测定中，每组实验均设置2组平行，实验结果取平均值；红米多酚、薏苡仁酯和苦荞黄酮的含量已换算成占红米、薏仁和苦荞原料质量的的百分比。

1.3.2.1 薏苡仁酯的测定

参考党娟等[12]的条件及方法，薏苡仁酯含量计算公式为：

薏苡仁酯含量(mg/g)=[(B-A)×145.16]/G

式中：A为样品消耗的盐酸液体积/mL；B为空白实验消耗的盐酸液体积/mL；G为样品质量/g。

1.3.2.2 红米多酚的测定

采用Foiln-Ciocalte比色法，以没食子酸为标准物。样品的处理参照胡柏等[13]的方法及条件，提取液等量稀释后于765 nm波长处扫描测定吸光值。

1.3.2.3 苦荞黄酮的测定

采用NaNO2-Al(NO2)3比色法，以芦丁为标准物。样品的处理参照董施彬等[14]测定藜麦总黄酮的方法及条件提取液等量稀释后于510 nm波长处扫描测定吸光值。

1.3.2.4 水溶性多糖的测定

采用苯酚-硫酸法，在蒸馏水为溶剂的体系下测定[15]。水溶性多糖的提取参考杨宗渠等[16]的方法略作修改：精密称取待测样品5 g，加入95%的乙醇300 mL回流2 h，挥干乙醇，残渣加入30 mL蒸馏水回流提取1 h，趁热抽滤，残渣再用30 mL蒸馏水回流提取1 h，重复操作2次，将滤液合并并定容至100 mL，待用。

复配产品中茯苓水溶性多糖的换算采用差量法进行计算：

测定原料谷物及全谷物产品的水溶性多糖含量(m1及m2)，计算经挤压膨化或重组造粒后谷物水溶性多糖的相对增量M：

M=m2-m1

1 g复配产品中含谷物0.8 g，计算出0.8 g谷物原料经挤压膨化或重组造粒后水溶性多糖的含量N：

N=[0.8m1(1+M)]

1 g复配产品中含茯苓0.2 g，测定茯苓复配谷物产品的总水溶性多糖含量Q，进一步计算出复配产品茯苓水溶性多糖含量Q1：

Q1=(Q-N)/0.2

1.3.2.5 3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸、去氢土莫酸的测定

供试品溶液的制备参照文献[17]，称取样品时将样品质量换算至含茯苓2 g；

对照品溶液的制备：分别精密称取3-表去氢茯苓酸3.0 mg、去氢茯苓酸9.0 mg、去氢土莫酸3.0 mg分别置于10 mL 容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，配成对照品储备液。

阴性样品的制备：将全谷物营养粉和重组米按供试品溶液制备的方法进行处理，制成不含茯苓的阴性对照溶液。

色谱分析条件[18]：色谱柱：Hanbon Phecda C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱温30 ℃；流动相：乙腈(A)-0.1%磷酸水溶液(B)(70 ∶30)；流速1.0 mL/min；紫外检测波长210 nm；进样量10 μL。

线性关系的考察：分别吸取对照品3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸、去氢土莫酸储备液各1 mL于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，得到混合对照品的10倍稀释液，按相同方法制得20倍、30倍、40倍、50倍稀释液，按色谱条件分别进样。以对照品溶液进样量为横坐标(X)，峰面积为纵坐标(Y)绘制对照品的标准曲线。

1.3.3 预期血糖反应的评价

1.3.3.1 样品的前处理

常压烹调处理：取200 g样品，按1 ∶5的比例加水蒸煮，取煮熟的样品按样品质量：水的体积=1 ∶2的比例加水后在匀浆机内加工5 min，取样测定。

1.3.3.2 不同类型淀粉含量测定及HI和EGL的计算

快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)、总淀粉(TS)含量的测定：取1.3.7.1中的样品进行体外模拟消化实验，体外模拟消化实验按Englyst[19]等的酶解方法进行测定。

HI和EGL的计算公式为：

HI=(α1/α2)×100%

EGL=HI×w1

式中：α1和α2分别为样品消化曲线和对照样品消化曲线与x轴间的面积；w1为样品中所含淀粉的质量分数，按照 Englyst 酶解方法测定并计算。

加入酶液后，于0、2、5、10、20、30、60、120、180 min 取样测定还原糖质量分数，研究各样品淀粉水解率随水解时间的变化规律，并对其血糖负荷进行评估。

测定结果中RDS、SDS、RS的含量均已换算成占样品总淀粉含量的百分比。

2 结果与分析

2.1 特征功能成分分析

2.1.1 红米多酚

红米中的功能性成分主要为多酚类物质，其具有较好的降血糖、抗氧化等功效[20]，而茯苓不含多酚，产品中的多酚均来自红米。如图1所示，相比原料红米，全红米营养粉、茯苓复配红米营养粉、全红米重组米、茯苓复配红米重组米的多酚质量分数分别降低了17.67%、17.88%和8.15%、9.15%。营养粉多酚含量下降明显，这是因为挤压膨化时物料在挤压机腔体内受到的最高温度高达160 ℃，明显超出多酚类物质稳定存在的温度上限(140 ℃)[21]，而在重组造粒时挤压机腔体内受到的最高温度为130 ℃，此时多酚类物质基本能稳定存在。

注：小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，余同。图1 挤压膨化或重组造粒对红米多酚含量的影响

2.1.2 薏苡仁酯

薏米含有的主要功能成分薏苡仁酯具有抗癌、增强免疫力、降血糖、镇痛等功效[22]。如图2所示，原料薏米、全薏米营养粉、茯苓复配薏米营养粉、全薏米重组米、茯苓复配薏米重组米薏苡仁酯含量呈现出的差异均不显著(P>0.05)，表明挤压膨化和重组造粒对薏苡仁酯含量影响均不大，这与周闲容[23]对薏苡仁膨化后薏苡仁酯含量的研究结果一致。

图2 挤压膨化或重组造粒对薏苡仁酯含量的影响

2.1.3 苦荞黄酮

苦荞是营养丰富的杂粮作物，其中含有的大量黄酮类物质具有明显的抗氧化、抗肿瘤、清除自由基等功效[24]。如图3所示，与原料苦荞相比，全苦荞营养粉、茯苓复配苦荞营养粉、全苦荞重组米及茯苓复配苦荞重组米黄酮含量均下降，这一结果与蔡亭等[30]的研究结果相似。黄酮含量的降低，是因为物料在挤压机腔体内受高温处理后，导致热敏性的游离黄酮发生降解，使得总黄酮含量降低[25]。与原料苦荞相比，全苦荞、茯苓复配苦荞的营养粉和重组米黄酮含量分别降低了18.93%、18.59%和6.69%、10.82%，表明双螺杆挤压机套筒温度越高，黄酮的损失率越大。

图3 挤压膨化或重组造粒对苦荞黄酮含量的影响

2.1.4 茯苓水溶性多糖

原料茯苓水溶性多糖质量分数为(5.21±0.33) mg/g，如图4所示，通过挤压膨化和重组造粒，红米、薏米、苦荞的复配营养粉产品茯苓水溶性多糖含量增加了52.21%、56.81%、56.43%，红米、薏米、苦荞的复配重组米产品茯苓水溶性多糖含量增加了54.70%、60.46%、54.70%，这与顾回美等[26]对银耳多糖的研究结果相似。其原因可能是茯苓在高温、高压、高剪切力的联合作用下，其碱溶性多糖中葡聚糖的致密结构遭到破坏或超聚结构发生解体[27]，使得水溶性多糖含量增加。

图4 挤压膨化或重组造粒对茯苓水溶性多糖含量的影响

2.1.5 3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸、去氢土莫酸

2.1.5.1 线性关系的考察

3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸、去氢土莫酸回归方程分别为：Y=18005X+0.6619，r=0.9999；Y=1678.3X+2.5718，r=0.9999；Y=13614X-18.31，r=0.9998。

3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸、去氢土莫酸分别在0.006～0.300 mg/mL、0.018～0.900 mg/mL、0.006～0.300 mg/mL的范围内呈良好的线性范围。

2.1.5.2 3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸和去氢土莫酸含量

如表1所示，通过挤压膨化和重组造粒，3种三萜酸含量稍有增加或降低，但差异均不显著(P>0.05)。3种三萜酸含量基本没有发生变化，可能是3-表去氢茯苓酸、去氢茯苓酸和去氢土莫酸3种三萜酸较耐高温，在60～160 ℃的温度范围内能稳定存在，也可能是物料在挤压机腔体内停留的时间较短，3种三萜酸还未来得及发生降解或变性，就又被从模头挤出。

表1 挤压膨化或重组造粒对茯苓3种三萜酸含量的影响/mg/g

注：表中数值均为占茯苓质量的百分比；同列不同字母表示显著差异(α=0.05)，余同。

2.2 预期血糖反应评价

2.2.1 快消化和慢消化淀粉

图5 挤压膨化或重组造粒对产品快消化淀粉含量的影响

食用快消化淀粉含量高的食材是餐后血糖快速升高的主要原因，这不利于糖尿病等慢性病人控制餐后血糖[28]。如图5、图6所示，相比原料谷物，经过挤压膨化或重组造粒，快消化淀粉含量增加，而慢消化淀粉含量减少，这与梁晓丽等[29]的研究结果一致。全谷物产品的快消化、慢消化淀粉含量与复配茯苓的产品相比，差异不显著，表明添加茯苓对产品中快消化、慢消化淀粉含量无太大影响。与原料谷物相比，营养粉快消化淀粉含量增加了12.90%～24.12%，重组米快消化淀粉含量分别增加了6.79%～10.56%，营养粉慢消化淀粉含量分别减少了27.94%～41.44%，重组米慢消化淀粉含量分别减少了21.73%～35.41%。富含淀粉的食材在较高的温度条件下糊化度升高，而较高的压力使得水解率显著提高，糊化度的升高可能会使食材颗粒减小，总表面积增大，增加了淀粉与水解酶的接触，从而加速消化[30]；另外，较高的温度和压力可将包裹淀粉的细胞壁破坏，减弱淀粉与蛋白质、纤维等物质的作用，增加了其与消化酶的接触面积[31]，这导致了营养粉中快消化淀粉含量高于重组米的快消化淀粉含量。

图6 挤压膨化或重组造粒对产品慢消化淀粉含量的影响

2.2.2 抗性淀粉

图7 挤压膨化或重组造粒对产品抗性淀粉含量的影响

抗性淀粉含量较多的食品具有吸收慢的代谢特点，对调节血糖稳态、降低餐后血糖、降低餐后胰岛素分泌、增强胰岛素敏感性有一定作用[32]。如图7所示，通过挤压膨化或重组造粒，抗性淀粉含量增加：相比原料谷物，红米、薏米、苦荞的营养粉抗性淀粉含量分别增加了29.03%、20.54%和14.97%，红米、薏米、苦荞的重组米抗性淀粉含量分别增加了43.30%、24.20%和18.06%。这是因为随着挤压机腔体温度的升高，淀粉分子链完全展开，尤其是直链淀粉分子游离逸出，呈无序的运动状态，容易相互靠近，形成分子间氢键，从而有利于抗性淀粉的形成。左光明等[33]的研究也发现，随着温度的升高，抗性淀粉含量增加，到 130 ℃时达最高值，超此温度后，淀粉分子链发生一定程度的断裂，降低淀粉分子之间的聚合度，抗性淀粉含量反而略有下降，这也是营养粉中抗性淀粉含量低于或显著低于重组米中抗性淀粉含量的原因。

2.2.3 水解指数和预期血糖负荷值

食物中碳水化合物的HI可对食物的血糖指数(GI)进行预测，而EGL综合考虑了食物中碳水化合物的含量和消化速度，可对食物的血糖负荷(GL)进行预测[34]。有研究证实淀粉HI和GI之间有好的相关性，而EGL与GL也有较高相关性，能较可靠地预测碳水化合物食品餐后的血糖反应[35]。

如表2所示，通过挤压膨化或重组造粒，产品HI均减小：与对照组相比，全谷物营养粉HI降低了7.77%～8.86%，复配营养粉HI降低了23.23%～25.58%，全谷物重组米HI降低了10.19%～19.61%，复配重组米HI降低了26.36%～34.40%；全谷物重组米与全谷物营养粉相比，HI降低了2.11%～12.84%，而复配重组米与复配营养粉相比，HI降低了4.08%～14.49%。结果表明：相比挤压膨化，重组造粒更易降低淀粉HI，食用后引起的餐后血糖反应较小。

表2 挤压膨化或重组造粒对产品总淀粉含量、水解指数和血糖负荷评估值的影响

注：产品的HI和EGL以复配的原料谷物HI和EGL作为对照； “—”代表该样品为原料，未经过任何加工处理。

与对照组相比，全谷物营养粉EGL降低了19.96%～21.43%，复配营养粉EGL降低了46.22%～48.00%，全谷物重组米EGL降低了15.73%～26.55%，复配重组米EGL降低了46.60%～50.78%，且差异显著(P<0.05)。相比全谷物营养粉，复配营养粉EGL下降了32.42%～34.15%；而相比全谷物重组米，复配重组米EGL显著下降了32.99%～36.63%，这是因为食物对餐后血糖的影响不仅与食物中糖类的含量有关，还与糖类的类型等有关[36]，茯苓中基本不含淀粉，复配茯苓的产品中淀粉相对含量低于相应的全谷物产品，因此食用后对餐后血糖的影响较小，引起的血糖负荷也较小，利于维持餐后血糖的稳态。