挤压杂粮重组米糊化特性研究

李兆钊 吴卫国,2 廖卢艳,2 何 彪

(1. 湖南农业大学，湖南 长沙 410128；2. 湖南省发酵食品工程技术研究中心，湖南 长沙 410128)

杂粮主要指除稻米和小麦之外的谷物、大豆和薯类的总称[1]。杂粮作为一类重要的食品原料不仅具有丰富的营养价值，同时还具有许多生理功能，经常食用杂粮可以预防热性疾病和心脑血管疾病，还有调节血糖等作用。但由于杂粮口感粗糙，适口性较差，导致人们对其的接受程度不高。同时由于国家粮食储备的需要以及市场需求的不断调整，每年都会产生大量储藏时间过长、食用品质下降的陈化大米，造成资源的浪费。而现在通过有效的加工技术如挤压加工技术，可以以陈化大米粉为主料，杂粮(荞麦、燕麦麸皮、藜麦、鹰嘴豆、青稞)为辅料，进行混合复配，通过挤压成型、切割造粒得到杂粮挤压重组米，既可以改善杂粮适口性差的问题，同时可以提高低值大米如陈米、碎米的营养价值和食用价值，提高杂粮和低值大米资源的有效利用率，实现物尽其用。

近年来，挤压重组米加工技术在国内外的研究越来越多，王娴等[2]研究了菊粉、大豆多糖与燕麦麸皮等辅料添加对挤压重组米的食用品质及其消化性质的影响；祁湛瑶等[3]以大米、玉米以及常见的食用菌为原料通过挤压加工技术制备了高膳食纤维挤压重组米；田飒飒[4]进行了青稞挤压重组复配米的理化特性研究，得到了与粳米蒸煮品质相近，接近籼米质构品质的复配米；Kim等[5]通过挤压加工技术，以大米粉、玉米粉、马铃薯粉等为主要原料，制备得到营养丰富的功能性重组米；吴伟等[6]以大豆膳食纤维和碎米粉为原料，研究了大豆膳食纤维对挤压重组米的食用品质与蒸煮特性的影响；张彦军等[7]通过响应面方法分析优化了米糠重组米的挤压工艺参数，得到了营养物质丰富，质构特性与天然精白米接近的米糠重组米。目前挤压重组米领域的研究[8-9]主要集中在加工工艺、品质改良剂等对挤压重组米的品质的影响等方面，关于不同杂粮品质特性对挤压重组米的影响研究尚不多，而大米制品中的淀粉特性会很大程度影响到其加工特性与品质特性，有研究[10-11]表明不同谷物杂粮添加物如麦麸、马铃薯全粉、米糠等对大米粉的糊化特性有显著性影响，而就不同杂粮辅料添加对重组米粉的糊化特性的影响鲜有报道。

试验拟以陈化籼米粉为主要原料，荞麦、青稞、藜麦、鹰嘴豆、燕麦麸皮为辅料，经过挤压加工技术制备为挤压重组米，研究不同杂粮添加物及其添加量对挤压杂粮重组米粉糊化特性的影响规律，旨在为研发加工特性和食用品质俱佳的挤压杂粮重组米提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

早籼陈米：余赤，湖南金健米制食品有限公司；

荞麦：黑龙江省五常市杨粉房制米厂；

燕麦麸皮：张家口桥西区杨氏兄弟粮油加工厂；

藜麦：晋北农家特产店；

青稞：青海鑫宁生物科技有限公司；

鹰嘴豆：乌鲁木齐西域之尚电子商务有限公司。

1.2 主要仪器设备

电子天平：AEY-200型，湘仪天平仪器设备有限公司；

快速黏度分析仪：RVA-3D型，澳大利亚Newport科学仪器公司；

双螺杆挤压膨化机：GTS75型，湖南富马科食品工程技术有限公司；

苏泊尔电饭煲：CFXB16YA3-30型，杭州苏泊尔电器有限公司；

电热鼓风干燥箱：101-2AB型，天津市泰斯特仪器有限公司；

质构仪：TA-XT2i Plus型，英国Stable Micro Systems公司。

1.3 试验方法

1.3.1 配料设计

(1) 对照组：早籼陈米粉(过60目筛)。

(2) 试验组：在对照组的基础上，分别添加占进料干基比重为5%，10%，15%，20%，25%的荞麦粉、燕麦麸皮粉、藜麦粉、青稞粉、鹰嘴豆粉(过60目筛)。

1.3.2 杂粮重组米挤压制备

原料挑选→粉碎过筛→按比例混合→喂料→挤压熟化→切割造粒→气流干燥→冷却→成品

(1) 原料预处理：原料粉碎后要求过60目筛。

(2) 原料配制与混匀：以早籼陈米粉为基础，将占进料干基不同比重的荞麦粉、燕麦麸皮粉、藜麦粉、青稞粉、鹰嘴豆粉分别添加进去进行配粉并混匀，备用。

(3) 挤压与成型：混粉在双螺杆挤压机中挤压熟化后，通过特定的模具进行切割造粒，得到具有米粒大小和形状的重组米。双螺杆挤压机参数设置：喂料速率250 g/min，物料加水量26%，螺杆转速150 r/min，挤压机腔体温度从进料端到出料端的各区(T2～T6)温度依次为60，140，150，70，60 ℃。

(4) 干燥：制备的挤压重组米刚开始在温度为45 ℃的流化床中初步干燥10 min，再置于烘箱中40 ℃烘干至重组米水分含量低于12%，取出备用。

1.3.3 原料大米和杂粮的成分分析

(1) 总淀粉含量的测定：按GB 5009.9—2016中酶水解法执行。

(2) 蛋白质含量的测定：按GB 5009.5—2016中凯氏定氮法执行。

(3) 膳食纤维含量的测定：按GB 5009.88—2014执行。

1.3.4 糊化特性测定 根据文献[12]，用快速黏度仪RVA对淀粉糊化参数进行测定。各重组米粉碎过60目筛，测定含水率，根据样品的含水率得到样品的干基重量，固定加水量为25 mL，将样品加入RVA专用铝盒内，用搅拌器将样品搅拌均匀(淀粉悬浮液放置不能超过1 min)，然后放入仪器中进行测定。采用升温/降温循环，糊化程序：50 ℃保持1 min，4 min内加热至95 ℃保温5.5 min，4 min 内冷却至50 ℃并在50 ℃保持4 min。另外旋转浆在起始10 s内旋转速度为960 r/min，以后保持160 r/min至结束。

1.3.5 数据处理 采用Excle软件和SPSS 17.0统计软件进行数据处理分析，用Origin软件绘图，所有数据均为3次平行试验的平均值。

2 结果与分析

2.1 杂粮成分组成

原料大米及杂粮的基本成分含量见表1。

表1 原料中基本组分物质含量

2.2 杂粮添加量对挤压杂粮重组米峰值黏度的影响

单因素方差分析结果表明，不同的杂粮添加物的添加量对重组米的峰值黏度均具有显著性影响(P<0.05)。由图1可知，随着藜麦、青稞添加量的增加，重组米的峰值黏度逐渐升高；当添加量为25%时，藜麦重组米的峰值黏度由718 Pa·s增加至883 Pa·s(增加率23%)，青稞重组米的峰值黏度由718 Pa·s增加至868 Pa·s(增加率20.9%)。添加鹰嘴豆和荞麦可以显著降低重组米峰值黏度(P<0.05)；当添加量为25%时，鹰嘴豆重组米的峰值黏度由718 Pa·s降低至440 Pa·s(降低率38.7%)，荞麦重组米的峰值黏度由718 Pa·s降低至675 Pa·s(降低率6%)。而随着燕麦麸皮添加量的增加，重组米的峰值黏度先降低后升高，当添加量为10%时，燕麦麸皮重组米的峰值黏度由718 Pa·s降低为532 Pa·s(降低率25.9%)；当添加量为25%时，燕麦麸皮重组米的峰值黏度增加至1 238 Pa·s(增加率132.7%)，较对照组的增加了72.4%。说明添加藜麦、青稞能促进淀粉的膨胀，提高淀粉糊的黏性，提高重组米的峰值黏度，其提高程度与添加量呈正比。而添加鹰嘴豆和荞麦对淀粉的膨胀具有抑制作用，能降低淀粉糊的黏性，可能与鹰嘴豆中较高的蛋白质含量有关，蛋白质在淀粉糊化过程中能与淀粉相互作用形成复杂的网络结构，从而保护淀粉颗粒，抑制淀粉吸水膨胀，降低峰值黏度[13-14]。而小添加量的燕麦麸皮可以抑制淀粉的膨胀，降低峰值黏度，当添加量>15%时将促进淀粉的膨胀，提高峰值黏度，可能是由于燕麦麸皮含有丰富的膳食纤维，少量的膳食纤维会阻碍水分子进入淀粉颗粒的无定形区域，从而抑制淀粉的膨胀，而大量的膳食纤维在挤压加工过程中能对淀粉结构起到保护作用，增加未糊化淀粉浓度，提高重组米峰值黏度。

图1 杂粮添加量对重组米峰值黏度的影响

Figure 1 Effects of different additions of coarse grains on peak viscosity of reconstituted rice

2.3 杂粮添加量对重组米谷值黏度的影响

由单因素方差分析结果可以发现，不同的杂粮添加物的添加量对谷值黏度的影响均具有显著差异性(P<0.05)。由图2可知，添加荞麦、青稞可以显著提高重组米谷值黏度(P<0.05)，且随着添加量的增加而提高；当添加量为25%时，荞麦重组米的谷值黏度由243 Pa·s增加至268 Pa·s(增加率10.3%)，青稞重组米的谷值黏度由243 Pa·s增加至301 Pa·s(增加率23.9%)。添加鹰嘴豆可以显著降低重组米谷值黏度(P<0.05)，且与添加量呈依赖关系；当添加量为25%时，鹰嘴豆重组米的谷值黏度由243 Pa·s降低至57 Pa·s(降低率76.54%)。随着燕麦麸皮添加量的增加，重组米的谷值黏度呈先降低后升高的趋势；当燕麦麸皮添加量为10%时，重组米谷值黏度由243 Pa·s降低至104 Pa·s(降低率57.2%)；当添加量为25%时，燕麦麸皮重组米的谷值黏度增加至197 Pa·s(增加率89.4%)，较对照组的降低了18.9%。随着藜麦添加量的增加，重组米的谷值黏度先升高后降低，当添加量为5%时，藜麦重组米的谷值黏度由243 Pa·s增加至294 Pa·s(增加率21%)；当添加量为25%时，藜麦重组米的谷值黏度降低至257 Pa·s(降低率12.6%)，较对照组的增加了5.8%。说明添加荞麦、青稞会提高重组米粉的谷值黏度，提高其高温耐剪切能力，其提高程度随添加量的增大而增加。添加鹰嘴豆和燕麦麸皮均会降低重组米粉的谷值黏度，使重组米的高温耐剪切力下降，其中燕麦麸皮在添加量为10%时重组米粉的谷值黏度最低，当添加量>10%时，开始随着添加量的增加不断增大，当添加量为25%时，其谷值黏度仍然显著低于对照组。藜麦添加量在5%时，重组米粉的高温耐剪切性最强，当添加量>5%后开始随着添加量的增加而逐渐降低，添加量为25%时其谷值黏度依然显著高于对照组。

2.4 杂粮添加量对重组米最终黏度的影响

单因素方差分析结果表明，不同的杂粮添加物的添加量对最终黏度的影响均具有显著差异性(P<0.05)。由图3可知，添加荞麦、青稞、藜麦可以显著增加重组米最终黏度(P<0.05)；当添加量为25%时，荞麦重组米的最终黏度由339 Pa·s增加至416 Pa·s(增加率22.7%)，青稞重组米的最终黏度由339 Pa·s增加至437 Pa·s(增加率28.9%)，藜麦重组米的最终黏度增加至468 Pa·s(增加率38.1%)。添加鹰嘴豆可以显著降低重组米最终黏度(P<0.05)；当添加量为25%时，鹰嘴豆重组米的最终黏度由339 Pa·s降低至212 Pa·s(降低率37.5%)。随着燕麦麸皮添加量的增加，重组米的最终黏度先降低后增加，当添加量为10%时，燕麦麸皮重组米的最终黏度由339 Pa·s降低至297 Pa·s(降低率12.4%)；当添加量为25%时，燕麦麸皮重组米的最终黏度增加至508 Pa·s(增加率71%)，较对照组的增加49.9%。说明添加荞麦、青稞、藜麦会使重组米的最终黏度增加，提高淀粉糊的硬度，且随添加量的增加而不断提高，可能与直链淀粉含量有关，这是因为直链淀粉含量在冷却过程中容易发生重排，直链淀粉含量越高，淀粉糊冷却凝胶强度越大，最终黏度越大[15]。添加少量的燕麦麸皮会使重组米糊的硬度下降，降低重组米的最终黏度，当添加量>20%时，燕麦麸皮重组米糊的硬度明显提高，其最终黏度大于对照组。随着鹰嘴豆添加量的增加，重组米糊的硬度不断降低，可能是由于鹰嘴豆中较高的蛋白质含量导致[16]。

图2 杂粮添加量对重组米谷值黏度的影响

Figure 2 Effects of different additions of coarse grains on the trough viscosity of reconstituted rice

2.5 杂粮添加量对重组米衰减值的影响

由单因素方差分析结果可知，不同的杂粮添加物的添加量对衰减值的影响均具有显著差异性(P<0.05)。图4表明，添加荞麦和鹰嘴豆可以显著降低重组米衰减值(P<0.05)；当添加量为25%时，荞麦重组米的衰减值由475 Pa·s降低至407 Pa·s(降低率14.3%)，鹰嘴豆重组米的衰减值由475 Pa·s降低至383 Pa·s(降低率19.4%)。添加燕麦麸皮、藜麦在添加量较小时衰减值会随添加量的增加而降低，当添加量较大时衰减值随添加量的增加而增加；当燕麦麸皮添加量为10%时，燕麦麸皮重组米的衰减值由475 Pa·s降低至428 Pa·s(降低率9.9%)，当燕麦麸皮添加量为25%时，重组米衰减值增加至1 040 Pa·s(增加率143%)，较对照组重组米的衰减值增加了118.9%。当添加量为5%时，藜麦重组米的衰减值由475 Pa·s降低至413 Pa·s(降低率13.1%)；当添加量为25%时，藜麦重组米的衰减值增加至626 Pa·s(增加率51.6%)，较对照组重组米的衰减值增加了31.8%。添加青稞会使重组米的衰减值随添加量的增加而增加；当添加量为25%时，青稞重组米的衰减值由475 Pa·s增加至567 Pa·s(增加率19.4%)。表明添加荞麦和鹰嘴豆以及少量的燕麦麸皮、藜麦、青稞能降低重组米的衰减值，提高重组米淀粉糊的耐热稳定性，可能与其淀粉含量或者颗粒特性有关[17]。当燕麦麸皮和藜麦添加量>15%时，重组米的衰减值明显高于对照组。当青稞添加量>20%时，重组米糊的热稳定性显著高于对照组，可能是由于青稞淀粉易吸水膨胀，膨胀后淀粉强度低且易破裂，从而降低了重组米糊的热稳定[18]。

图3 杂粮添加量对重组米最终黏度的影响

Figure 3 Effects of different additions of coarse grains on the final viscosity of reconstituted rice

2.6 杂粮添加量对重组米回生值的影响

由图5可知，不同的杂粮添加物对回生值的影响均具有显著差异性(P<0.05)。添加荞麦、青稞、藜麦、燕麦麸皮、鹰嘴豆均会显著增加重组米的回生值(P<0.05)；当添加量为25%时，荞麦重组米的回生值由95.7 Pa·s增加至148.0 Pa·s(增加率56.4%)，青稞重组米的回生值由95.7 Pa·s增加至136.0 Pa·s(增加率42.1%)，藜麦重组米的回生值由95.7 Pa·s增加至211.0 Pa·s(增加率120.5%)，燕麦麸皮重组米的回生值由95.7 Pa·s增加至310.7 Pa·s(增加率224.7%)，鹰嘴豆重组米的回生值由95.7 Pa·s增加至155.0 Pa·s(增加率62%)。结果表明，添加杂粮会加速重组米的回生现象，其中燕麦麸皮对重组米回生现象的影响程度最大，燕麦麸皮重组米更易回生，可能与杂粮辅料中的淀粉含量、直支比，蛋白质、膳食纤维以及脂肪含量等影响因素有关[19]。

图4 杂粮添加量对重组米衰减值的影响

Figure 4 Effects of different additions of coarse grains on the breakdown value of reconstituted rice

图5 杂粮添加量对重组米回生值的影响

Figure 5 Effects of different additions of coarse grains on the set-back value of reconstituted rice

3 结论

荞麦、青稞、藜麦、鹰嘴豆和燕麦麸皮5种杂粮的添加均能显著影响重组米的糊化特性，且随着添加量的变化，重组米的糊化特性也随之发生改变。5种杂粮添加物对重组米黏度和衰减值有着不同的影响，添加鹰嘴豆会显著降低重组米的黏度和衰减值；添加荞麦、藜麦均会降低重组米的峰值黏度，增加重组米的谷值黏度和最终黏度；添加荞麦和少量的藜麦会降低衰减值，而藜麦添加量>15%时会显著增加重组米的衰减值；添加青稞会显著增加重组米的黏度和衰减值；添加燕麦麸皮会显著降低谷值黏度，少量燕麦麸皮添加会降低重组米的峰值黏度、最终黏度和衰减值。5种杂粮添加物均会显著提高重组米的回生值，降低重组米的口感，因此如何降低杂粮重组米的回生值，抑制杂粮重组米的老化回生，提升杂粮重组米的品质是后续杂粮重组米的一个重要研究方向。

由于不同杂粮的主要理化成分和分子结构存在较大差异，而且在挤压加工过程中不同杂粮的加工特性也存在差异，所以不同杂粮对重组米的糊化特性的影响存在较大差异，后续可以对挤压杂粮重组米的微观结构和淀粉晶体结构进行研究，进一步探索不同杂粮对重组米糊化特性的影响规律和相关机理。