挤压米品质影响因素研究进展

苟学磊，罗晓莉，吴素蕊，曹晶晶，张微思

1.云南省食用菌产业发展研究院（昆明 650221）；2.中华全国供销合作总社昆明食用菌研究所（昆明 650221）

稻米作为主要的食物来源，提供了世界膳食能量供应的20%，但其也存在淀粉含量高、必需营养元素含量低等缺点。稻谷在碾制过程中产生的碎米利用率较低，因之导致的粮食资源利用不充分也是目前关注的问题之一。因此，以大米为原料，添加适量的营养元素生产营养强化大米或挤压重组米的挤压技术逐渐成为解决上述问题的重要技术手段。

挤压技术是通过压力使物料流经模头，并伴以挤压、糊化或其他搅拌程序，使淀粉糊化、蛋白质变性，不同营养成分间发生化学反应形成复合体，使最终的产品微观结构、理化特性和性状发生改变，并最终形成新产品的综合性技术[1-3]。目前，食品挤压加工技术已被广泛应用于组织化蛋白生产及休闲食品等新型或传统食品的持续性生产过程[4-5]。双螺杆挤压机在加工含水量很小的物料及时间、温度、转速等参数控制方面具有很大的优势[6-7]，其在挤压加工过程中的应用更为广泛。

文章主要从双螺杆热挤压工艺出发，从挤压过程中物料组成、挤压工艺参数及储存方式等因素对挤压产品的质量影响进行了综合性的概述与讨论，以期为挤压米的高效开发和利用提供参考。

1 物料组成对挤压米品质影响

在挤压米制作过程中添加谷物、豆类、果蔬、凝胶剂乳化剂等原料，不仅可以满足消费者对于饮食营养健康的需求，也有利于提高产品的品质，改善产品的感官属性。

在挤压米中添加谷物或豆类，不仅可引入相应原料的颜色，强化挤压产品营养及风味，也有助于改善产品延展性、水溶性、吸水性、持水性等特性[8-9]。其主要原因在于谷物、豆类中的蛋白质及淀粉在挤压过程中会产生交联作用，影响重组米断面凹坑和气泡数，从而影响产品结构[10]。果蔬类成分主要影响挤压米的营养成分含量及可消化性等功能特性，对于产品质构的影响程度则较小[4]。

瓜尔胶、豆胶及葫芦巴胶等胶剂有助于改善产品硬度、酥脆性，单硬脂酸甘油酯等乳化剂则主要用于改善产品蒸煮特性、降低产品黏性并防止产品凝胶化[11]。

从总体上来看，物料组成中淀粉组成及含量是影响挤压米质构、蒸煮特性及感官评价的主要因素[12-13]，因为不同来源的淀粉种类、链长度、分布及聚合度间存在较大差异。例如，直链淀粉与支链淀粉会显著影响挤压米硬度与咀嚼性等感官品质[14]，抗性淀粉会影响挤压米的蒸煮品质和质构特征[15]，高直链玉米淀粉易降低大米淀粉的水解速率和GI值，并促进重组米淀粉老化[16]。另外，添加α-淀粉酶改变淀粉结构既可有效改善挤压重组米体外消化特征并延缓血糖吸收[17]，也能显著改善产品膨化度、产品密度、吸水性、水溶性指数及黏性等理化指标，并通过控制总酚含量保持挤压重组米的抗氧化活性[18]。

2 工艺参数控制对挤压米品质影响

挤压过程中工艺参数控制主要是为了弥补组分变化和调节最终产品属性，其直接影响产品质构特性及营养组分。机筒温度、螺杆转速、喂料速度及物料含水量等操作参数决定质量温度、模头压力及单位机械能等系统参数，这些系统参数则直接影响挤压米的理化性质、质构、风味及接受度，因此，正确的工艺参数控制有利于获得预期的挤压产品。

2.1 温度对挤压米品质影响

质量温度，主要由机筒温度和模头温度决定。由于物料通过螺杆过程中机筒表面与物料颗粒产生摩擦生热，因此产品温度通常高于机筒温度[19]。此外，较高的喂料速度会增加机筒及模头中物料致密性，从而促进剪应力和温度升高，进一步导致产品温度升高。挤压过程中的剪切力会使淀粉糊化温度会升高7~9℃，物料水分较低时，糊化温度则会提高18~20 ℃，耐热α-淀粉酶有利于降低产品温度并最终影响淀粉变性和糊化过程[18]。模头温度对挤压米复水率及综合质构也有较大的影响，模头温度较低时物料熟化程度不够，模头温度过高则会使物料膨化，使挤出物中含有较多空气，从而影响挤出物蒸煮特性[20]。

2.2 模头压力及扭矩对挤压米品质影响

模头压力是物料通过模头流动阻力的指示器，挤压机扭矩则是机器正常运转的指标。模压和扭矩随物料含水量、温度和螺杆转速升高而降低，因为热挤压过程中较高的含水量会改变直链淀粉结构，增加物料的融化塑性，降低融化黏性及弹性，从而降低机筒、螺杆及物料间的摩擦力，进一步影响淀粉凝胶化及单位机械能，最终使产品的延展性降低[21]。当物料含水量较低时，较高的机筒温度会形成蒸汽压梯度，从而使机筒内压力升高，进而影响产品密度及硬度[22]。

2.3 单位机械能对挤压米品质影响

单位机械能是挤压机传输物料消耗的总机械能与挤压机中物料流速的比值，与物料糊化温度直接相关[23]，其主要影响挤压过程中淀粉转化程度及产品的胶黏性，单位机械能越高，淀粉凝胶化程度及产品延展性越好[21,24]。在热挤压条件下，直链淀粉含量与单位机械能呈反比，因此，可通过调整物料组成改变挤压过程中的单位机械能以改善产品质量。例如，向物料中添加绿豆和苹果渣可提高单位机械能，添加豌豆粉及苋菜则能降低单位机械能[4]。加入耐热α-淀粉酶时，由于淀粉发生酶解，单位机械能也会降低[18]。此外，单位机械能还与物料含水量及螺杆转速相关，当螺杆转速升高、物料含水量较低时，单位机械能增加，淀粉凝胶化及产品延展性升高[23,25-26]。

3 挤压工艺参数对挤压米营养成分影响

在挤压米生产过程中，一、二级控制参数不仅影响产品质构，还会对挤压米中碳水化合物、蛋白质、脂质及纤维素等营养成分造成显著影响[27-28]。

3.1 挤压工艺对挤压米中淀粉影响

淀粉的晶体结构和分子结构通常会因挤压过程中高温、高压及高剪切力影响发生凝胶化、糊化及解聚等反应而发生改变[29]。淀粉凝胶化及晶体结构破坏会增加挤压米膨胀度及吸水能力，且内部更容易形成气泡结构[30]。研究表明，在温度、含水量及螺杆转速的共同作用下，物料中碳水化合物含量可由初始的53%下降至1%~8%[31]。淀粉结构改变不仅影响挤压米质构特性及蒸煮品质，也显著影响淀粉消化特性。当物料含水量较低或机筒温度较高时，淀粉的共价键被破坏且发生凝胶化现象，其消化特性增加[32]。但在挤压过程中其与脂质、蛋白质等形成复合物，从而形成耐性淀粉，则会使消化特性降低[33]。

3.2 挤压工艺对挤压米中蛋白质影响

作为热不稳定性成分，物料中的蛋白质也会受到挤压过程的影响。挤压会导致非共价分子间相互作用、共价交联及蛋白质-脂质-淀粉相互作用等多种分子间相互反应[31]。物料含水量较低时，蛋白质含量直接影响挤压米硬度、脆度及苦味度。物料含水量较高时，由于二硫键交联作用，蛋白质发生聚集反应，将淀粉包裹从而形成蛋白质-淀粉复合体，从而形成耐性淀粉[32]。此外，挤压过程中的高温高压会使蛋白质发生美拉德反应，从而使氨基酸含量显著降低。提高物料含水量可有效降低剪切力及单位机械能，从而降低氨基酸流失[34]。

3.3 挤压工艺对挤压米中脂质影响

脂质在挤压米生产过程中起塑化剂或乳化剂作用，可以赋予产品较好的质构特性。但当机筒温度在100~200 ℃时，脂质与直链淀粉或蛋白质间发生相互作用形成复合体，使脂质含量下降，并改变挤压米质构。挤压过程中高温使不饱和脂肪酸氧化形成过氧化氢脂质，从而使产品中脂质含量下降[35]。脂质-淀粉复合体的形成受挤压过程参数及淀粉与脂质本身的特性综合影响。当物料含水量较低、机筒温度较高时，会促进该过程发生。物料含水量较高时，机筒内物料黏性及模压降低，物料中脂质也会大量流失。此外，高温及高螺杆转速也会造成挤压产品中脂质流失，从而影响产品的营养组成及硬度[26]。

3.4 挤压工艺对挤压米中其他营养成分影响

挤压米生产过程除对碳水化合物、蛋白质及脂质这三类主要营养成分造成损失外，对抗氧化成分、维生素、矿物质及纤维素等营养成分也会造成较大的影响。其中，总酚类抗氧化活性成分受挤压温度、物料含水量及螺杆转速影响，但多个研究报道间存在较大的差异[22,36-37]。总体而言，挤压过程中条件变化使结合酚类从物料的细胞基质中析出或使酚类化合物分子结构发生变化是造成总酚含量变化的主要原因[36]。物料含水量、螺杆转速及温度也会使物料中易提取酚类物质含量发生变化，并破坏细胞壁结构，造成多种生物活性成分失活[38]。一些不溶性纤维素受温度、螺杆转速及单位机械能影响可转化为可溶性纤维素，但总纤维素含量降低[39]。另外，有研究报道称在挤压米生产过程中，铁、钙、磷及铜含量会有显著升高[40]，这可能是由于挤压过程中螺杆、模头等零部件磨损等因素所致。在挤压过程中，维生素稳定性随温度、螺杆转速、物料含水量、喂料速度及模头直径等因素升高而降低，脂溶性维生素更易受氧气及高温影响[41]。

4 其他影响挤压米品质的因素研究

挤压米产品质量除生产过程中各参数控制直接决定外，也受生产、干燥、包装及贮藏方式等因素的影响。例如，不同生产技术（热挤压、冷挤压和包膜）生产的挤压营养强化米在不同储藏条件下维生素A、铁和锌的储藏稳定性研究结果显示挤压工艺更有利于营养强化米中维生素A等营养成分的保存[42]。电热干燥重组营养强化米致密性、质构特性、蒸煮品质、适口性、冷饭质地及感官评价较优，而微波干燥米粒蒸煮后外观结构更好，冷冻干燥重组营养强化米胶着性和咀嚼性最佳[43]。此外，包装方式也会影响产品的最终品质。研究表明，挤压营养强化米的最佳包装方式为罐装，最佳贮藏温度为4 ℃。在此条件下贮藏6个月，挤压营养强化米中VC和VD3的损失率在20%以下，VB的损失率在5%以下，酸价小于1.0 mg/g，水分低于8%[44]。

5 结语

食品挤压技术在开发新型食品方面具有重要意义，虽然通过调整物料组成、控制挤压机参数等方法能生产出与自然大米质构参数接近的高质量挤压米，但不当的操作条件及物料配方可能造成产品品质降低及营养损失。挤压机加工工艺参数和物料配方的最佳选择和控制有助于开发具有更好感官属性和接受度高的产品。一、二级参数、生产方式、包装及储藏方式等因素显著影响挤压米的理化、蒸煮、质地、糊化和营养性能，这些信息有利于大家了解并预测挤压机在挤压米生产过程中的相关作用，并通过这些信息进行更理性的产品设计。

目前，消费者对健康、营养产品的需求日益增长，挤压米产品在解决天然大米营养成分不足及碎米等大米副产物利用率不高等方面具有广阔的发展前景，虽然目前市场上存在多种挤压米产品，但在挤压米开发方面依然有许多问题需要进一步解决。因为尽管目前通过优化物料组成及加工过程中一、二级参数，可以获得具有很好质构参数的挤压米产品，但挤压工艺使物料中淀粉、蛋白质及脂质等成分结构及理化特性发生了显著性变化，加之挤压工艺中一、二级参数与产品参数间复杂的相互作用关系，导致挤压米在质地和食味等方面依然与天然大米相去甚远，使消费者对于挤压米产品的接受度并不高。因此，除了对挤压机加工条件和原料配方进行优化选择和控制外，我们也许还需要考虑开发除挤压工艺之外的新的工艺进行相关产品生产，因为挤压米工艺过程具有改变物料组成成分原有理化特性的先天不足之处，而这也是影响产品最终品质及消费者接受度的根本原因。此外，目前对于挤压米品质评价主要集中于质构、蒸煮品质及口感评价这几个方面。虽然很多文献表明其生产产品的质构、蒸煮品质等参数与天然米接近，且口感评价综合得分也较高，但消费者对形成的产品评价较低，这说明目前所使用的挤压米评价体系与现实消费需求间相关性不高。因此，进行新工艺开发并建立准确的质量评价体系是之后进行挤压米的研究的重点之一。最后，我们还需要注意的是产品开发是系统性的，除生产工艺外，挤压米后续的干燥、包装及贮藏方式等因素也会影响挤压米质构及其营养成分的保存率，因此，我们也需要综合性、系统性考察后续工艺对挤压米产品质量的影响作用。