不同干燥条件对降糖复合米品质效果调控研究

刘震远，杜美军，贾晓昱，李悦明，李喜宏，，*，李海登

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，天津300457；2.天津农科食品生物科技有限公司，天津300457；3.天津捷盛东辉保鲜科技有限公司，天津300403；4.长融汇通（天津）食品科技研发有限公司，天津 300457）

糖尿病是以高血糖为特征的代谢性疾病，在我国中老年人群发病率较高而且难以根治。大米中淀粉含量较高，普通人群食用米饭后血糖指数上升，但在餐后3 h～6 h内通过代谢作用血糖值即可恢复正常水平，但是糖尿病人食用后血糖指数则会快速上升并维持在较高水平，血糖值无法自主降低，严重威胁健康，所以糖尿病人生活中难以正常食用大米[1-3]。因此，研制一种可抑制糖尿病人餐后血糖值上升的复合米成为发展趋势。降糖米是在营养强化米基础上研制的一种针对糖尿病人专食的新型复合米。其以大米为基料，配以马铃薯全粉，木薯淀粉，大豆膳食纤维等作为辅料，经螺杆挤压熟化再造粒、干燥等工艺制成的人造大米。此方法研制成的复合米营养成分均匀，稳定性强，加工过程中损失小[4]。

降糖米在前人研究下虽然已经存在，但其降糖效果不明显，导致很难被糖尿病人接受食用，国内外对降糖米工艺优化试验鲜有报道[5]。降糖米的品质与效果受多方面工艺条件影响，其中干燥条件作为关键控制点影响效果显著[6]。马文等[7]研究了5种干燥方式对复合米品质调控效应，阐明了不同干燥方式会对复合米外观、食用品质、内部结构与理化性质产生影响。血糖指数（glycemic index，GI）是由加拿大临床医生Jenkins等专家提出[8]。为了方便检测GI值变化，Capriles等[9]提供一种可以体外测定血糖指数的方法。该方法简单易行，对复合米降糖效果可进行直观测评。

本试验在前人研究基础上，确定降糖米配方，采用双螺杆挤压工艺挤压成型后，分别采用热风干燥、冷冻干燥2种方式制得降糖米成品。研究干燥条件对降糖米理化性质、感官评价、蒸煮品质、质构特性等方面影响。为以后降糖米的研究提供一定的理论指导及依据，使降糖米产品有广阔的发展前景。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大米粉、马铃薯全粉、木薯淀粉、大豆膳食纤维、大豆蛋白、燕麦麸皮：天津金元宝滨海农产品交易市场。

磷酸二氢钾、氢氧化钠、瓜尔豆胶、胰酶（初始酶活：0.25%）、3，5-二硝基水扬酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）、酒石酸钾钠、麦芽糖：天津百奥泰科技发展有限公司。

1.2 主要仪器设备

DSE32-I双螺杆挤压试验机：济南盛润机械有限公司；TA-XT plus型质构仪：英国Stable Micro Systems；HITACHI S-3000N型扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

配料→拌料→设置挤压参数→进料→挤压成型→旋切造粒→冷却→测水分含量→干燥水分含量至11%～13%→成品→包装

1.3.2 工艺参数设置

挤压参数：Ⅰ区温度：70℃；Ⅱ区温度：110℃；Ⅲ区温度：90 ℃。主轴转速：17 Hz；进料转速：7 Hz；切断转速：32 Hz。

热风干燥：干燥温度为45℃，干燥时间为6 h。冷冻干燥：干燥温度为-60℃，干燥时间为24 h。干燥至水分含量11%～13%。

1.4 指标测定

1.4.1 内部结构的测定

随机选取几粒米，用手术刀切成薄片，将样品放入Eico IB.5 incoater中用喷金镀膜，用扫描电镜观察降糖米微结构并拍照[10]。

1.4.2 蒸煮品质的测定

加热吸水率、膨胀率及米汤可溶性固形物含量的测定：参照王肇慈等的方法[11]。

1.4.3 质构的测定

质构剖面分析（texture profile analysis，TPA）方法测定时具体参数设置如下：测试前速度：2.00 mm/s，测试中速度：1.00 mm/s，测试后速度：1.00 mm/s，触发力值5.0 g，压缩程度70%，两次压缩间隔时间：5.00 s，测试探头采用P/36R型，测试为压力测试[12]。

1.4.4 感官评价

将降糖米和水以1∶0.8的质量比混合于电饭煲中蒸煮15 min，并保温12 min，后取出将做成的米饭放在盘子上品尝评价。挑选10名食品专业的学生作为评价员组成评价组，每品尝完一个样品后用37℃左右纯净水漱口，每个样品做3次重复试验，取平均值。感官评价方法参照GB/T 15682-2008《粮油检验稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》，并有所修改[13]，具体见表1。

表1 感官评价评分规则及分值表Table 1 The score rules and value of sensory evaluation

1.4.5 碳水化合物水解速率（血糖体外模拟消化试验）

碳水化合物水解率试验方法具体参照周林秀等[14]的测定方法。

1.5 数据分析

利用SPSS13.0及Origin 8.5软件对试验数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 干燥条件对降糖复合米内部结构的影响

不同干燥条件下降糖米的内部结构通过试样横切面的扫描电镜图来观察，通过放大1 000倍扫描电子显微镜（SEM）照片可以清楚地观测到大米的内部结构，如图1所示。

图1 干燥条件对降糖复合米内部结构的影响Fig.1 Effect of drying conditions on internal structure of hypoglycemic composite rice

观测干燥方法对大米内部结构的影响。可以看出冷冻干燥条件下米粒截面裂纹较少，表面平滑度高。而热风干燥表面出现明显龟裂，截面凹槽较多，表面粗糙。这是因为热风干燥条件下，外表面温度较高，水分由内向外迁移，当水分迁移速度低于温度传递速度时，水分来不及转移到表面，就会随着表面水分的蒸发逸散，内外水分分布不均匀，表面变得坚硬，随着干燥继续进行，米粒中心过于干燥，又会出现裂隙，从而形成表皮爆裂及米粒内部出现气孔、凹坑。原料中的支/直链淀粉在挤压熟化中结构遭到破坏，而在冷冻干燥过程中分子又会重新排列结晶，结构均匀致密。同时形成少量的抗性淀粉，食用时不易被消化吸收，有效抑制餐后血糖上升。

2.2 干燥条件对降糖复合米蒸煮品质的影响

干燥条件对降糖复合米蒸煮品质的影响见图2。

天然大米加热吸水率及膨胀率值较低，米汤可溶性固形物含量较高[15]，这与天然大米复杂的内部结构相关，而降糖米属于人造米，其加热吸水率、膨胀率及米汤可溶性固形物含量反映其质构的紧密性，加热吸水率、膨胀率越大，米汤固体溶出物质量越小，则说明重组降糖米质构致密性越好[16]。根据图2可知，冷冻干燥处理时大米加热吸水率、膨胀率均较高，峰值分别为287.14%、278.43%，而米汤可溶性固形物含量低至95.44 mg/g，差异显著（p＜0.05）。表明了冷冻干燥的方式可以使米粒内部孔隙更加致密均匀，分子网状骨架支撑结构韧性好，大分子组分物质及进入内部的水分被牢牢地锁住保留在米粒内部分子结构间，蒸煮效果最佳。

图2 干燥条件对降糖复合米蒸煮品质的影响Fig.2 Effect of drying conditions on cooking quality of hypoglycemic compound rice

2.3 干燥条件对降糖复合米质构的影响

干燥条件对降糖型复合米质构的影响见表2。

表2 干燥条件对降糖型复合米质构的影响Table 2 Effect of drying conditions on texture of hypoglycemic composite rice

复合米与自然米内部结构差异较大，蒸煮时易产生黏结、爆腰、断裂等劣变，从而影响硬度、弹性、黏聚性等，回复性较低，随之咀嚼度较差，严重影响食用口感、品质[17]。根据表2可看出，与热风干燥相比，冷冻干燥方式米粒硬度最低为721.758 g，而弹性值（0.875 mm）、黏聚性值（0.572 gs）、胶着度值（647.545 g）、咀嚼度值（575.009 g）、回复性值（0.188 gs）均高于热风干燥。说明不同干燥方式对降糖米质构影响显著。热风干燥直吹米粒表面，其水分蒸发速度高于内部，导致水分转移速度低于蒸发速度，所以表皮变得坚硬，弹性、咀嚼度等均较差。冷冻干燥是米粒中的水分在低温环境下生成均匀的冰晶后直接升华，不会影响内部结构，效果明显优于热风干燥。

2.4 干燥条件对降糖复合米感官评价的影响

干燥条件对降糖复合米感官评价的影响见表3。

根据感官评价表3可以看出，冷冻干燥蒸煮后的米粒，其气味、外观结构、适口性、滋味、冷饭质地均为最高分值81.54。此时米粒具有较好的完整性与透明度，具有五谷特有的清香气味，米饭松软，口感适宜[18]。螺杆挤压会使米粒结构均匀致密，表面凹槽、孔隙较少，外观良好。冷冻干燥让米粒内部结晶重新均匀排列，孔隙均匀，吸水膨胀效果好，还会生产少量抗性淀粉，降低餐后升糖指数。这与米粒微观结构观察、蒸煮品质测定分析结果一致。

表3 不同干燥条件复合米蒸煮后感官评价得分表Table 3 Sensory evaluation score of composite rice with different drying conditions

2.5 干燥条件对降糖复合米可利用碳水化合物水解速率的影响

干燥条件对消化液中麦芽糖释放量的影响见图3。

图3 干燥条件对消化液中麦芽糖释放量的影响Fig.3 Effect of drying conditions on maltose release from digestive juice

糖尿病人不适宜吃大米，食用后血糖快速上升而且无法自主下降。降糖米食用后会抑制血糖上升指数，因而可供糖尿病患者食用[19]。根据图3可以看出，将不同干燥方式生产的降糖米与原米进行对比，通过体外模拟消化试验观测餐后3 h内消化液中麦芽糖的释放量，反映血糖变化指数。图3中可以看出两种干燥方式制得的降糖米均有效抑制血糖上升指数，明显低于原米，其中冷冻干燥条件下消化液中麦芽糖释放量更少，仅为243 mg/mL。

表4 干燥条件对体外消化模拟血糖值的影响Table 4 Effect of drying conditions on simulated blood glucose value in vitro digestion

根据消化液中麦芽糖释放量计算出可利用碳水化合物水解率，进而得到不同处理的水解指数（hydrolysis index，HI）根据公式GI=39.71+0.549HI计算出最终预测血糖值[20]。由表4可以看出，原米GI值高达94.61%，冷冻干燥GI值仅为71.27%，与原米相比降低了23.34%。热风干燥时加热温度过高与时间过长，对直链淀粉的破坏越大，从而越不容易形成抗性淀粉，反而增加了其消化率。冷冻干燥的方式会让原料中的直链淀粉在挤压熟化中结构遭到破坏，在冷藏过程中又会重新排列结晶，形成少量的抗性淀粉，更难消化吸收，从而降低了米的升糖指数。

3 结论

本试验研究了冷冻干燥与热风干燥两种干燥方式对降糖米品质效果的影响。结果表明冷冻干燥制成的降糖米感官评价、蒸煮品质、质构特性均优于热风干燥。冷冻干燥条件下，在扫描电镜下观测到其表面平滑度最高，几乎没有凹槽，内部结构最为致密均匀。蒸煮后测出其加热吸水率、膨胀率分别为287.14%、278.43%，米汤可溶性固形物含量仅为95.44 mg/g。质构与感官评价测出米粒具有良好的硬度、弹性、咀嚼度、黏结度等。体外模拟试验得出冷冻干燥制成的大米降糖效果明显优于热风干燥，可将餐后GI值控制到71.27%，较原米下降了23.34%。抑制升糖效果较为显著，适宜糖尿病人食用。

该试验对降糖米干燥方式进行了优化选择，为降糖米生产规律提供了理论依据，但其他方式的处理是否可以更好提高降糖米品质及功效，仍需进一步研究探讨。