膨化玉米品質(zhì)評價指標的研究

■李 麗 孫 杰 李軍國 石華樂 李 俊

（中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，北京 100081）

近年來，膨化技術(shù)的推廣，為玉米的綜合利用開辟了新途徑[1]。玉米經(jīng)膨化加工，營養(yǎng)成分及淀粉結(jié)構(gòu)均發(fā)生顯著變化[2]，淀粉分子間鍵斷裂，淀粉鏈變短，淀粉被充分糊化，具有很好的水溶性，便于溶解、吸收與消化。因此，探討玉米膨化前后營養(yǎng)成分的變化，對膨化玉米品質(zhì)評價指標體系的建立具有理論和實踐的意義。

玉米經(jīng)過膨化，發(fā)生復雜的理化變化，淀粉粒解體，蛋白質(zhì)變性等[3]，膨化玉米的品質(zhì)存在很大差別。目前，市場上以膨化度和熟化度來評價膨化玉米，即通過容重和淀粉糊化度來衡量，由于膨化玉米的容重受終產(chǎn)品的水分含量、粉碎粒度和淀粉糊化度的影響，因此，容重并不能夠真正評價膨化玉米的品質(zhì)。

為了更好地評價膨化玉米的品質(zhì)，需要運用統(tǒng)計的方法對膨化玉米各項指標進行綜合評價。變異系數(shù)法是直接利用各項指標所包含的信息，通過計算得到指標的權(quán)重[4]，是一種客觀賦權(quán)的方法，即在評價指標體系中，指標取值差異越大的指標，也就是越難以實現(xiàn)的指標，這樣的指標更能反映被評價單位的差距。通過變異系數(shù)法分析膨化玉米的理化指標及其相關(guān)性，為建立膨化玉米的品質(zhì)評價指標體系提供數(shù)據(jù)支撐。

大量研究[5-7]及企業(yè)調(diào)研表明，調(diào)質(zhì)溫度在70～80℃之間，膨化溫度在130～150℃之間，膨化效果最佳，淀粉糊化度達到90%以上，基本能滿足乳豬料的需求。盡管如此，調(diào)質(zhì)溫度、膨化溫度對膨化玉米品質(zhì)指標的影響規(guī)律不夠明確，膨化玉米品質(zhì)評價體系尚不完善。因此，有必要深入研究不同加工溫度對膨化玉米主要指標的影響規(guī)律及其相關(guān)性進行深入研究，篩選并建立膨化玉米的品質(zhì)評價指標體系。

本實驗旨在研究加工溫度對膨化玉米品質(zhì)指標的影響，及膨化玉米主要指標之間的相關(guān)性，為膨化玉米加工溫度的調(diào)整及營養(yǎng)品質(zhì)的評價提供數(shù)據(jù)支撐，最終篩選出膨化玉米的品質(zhì)評價指標，建立膨化玉米品質(zhì)評價體系。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本實驗所用的玉米原料和膨化玉米由唐山市灤南縣鑫興膨化飼料廠提供。

1.2 實驗方法

調(diào)質(zhì)溫度對玉米品質(zhì)的影響規(guī)律的研究：在膨化機正常生產(chǎn)條件下，保持膨化機其他參數(shù)不變，膨化溫度穩(wěn)定在145～150℃，改變調(diào)質(zhì)溫度，調(diào)質(zhì)溫度設為五個梯度 60、70、75、80、85 ℃ ，分別于調(diào)質(zhì)前和膨化后取樣，研究調(diào)質(zhì)溫度對膨化玉米品質(zhì)的影響。

膨化溫度對玉米品質(zhì)的影響規(guī)律的研究：在膨化機正常生產(chǎn)條件下，保持膨化機其他參數(shù)不變，調(diào)質(zhì)溫度穩(wěn)定在75～80℃，改變膨化溫度，膨化溫度設為五個梯度 120、125、135、145、150 ℃ ，分別于調(diào)質(zhì)前和膨化后取樣，研究膨化溫度對膨化玉米品質(zhì)的影響。

加工溫度對膨化玉米品質(zhì)的影響規(guī)律的研究：在膨化機正常生產(chǎn)條件下，逐漸升高調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度，制備不同梯度糊化度的膨化玉米，取樣并現(xiàn)場記錄調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度，研究調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度對膨化玉米品質(zhì)的影響。

1.3 樣品檢測

水分含量的測定按照GB/T 6435-2006的方法。

淀粉糊化度的測定按照熊易強的簡易酶法[8]：通過沸水浴加熱全糊化樣品，酶解、沉淀過濾雜質(zhì)，顯色，紫外分光光度計于420 nm下檢測吸光度值，計算出糊化度值。

粗蛋白的測定按照GB/T 6432-1994的方法。

可溶性蛋白及蛋白溶解度的測定參照DB 13/T 812-2006的方法，蛋白溶解度即為試樣中可溶性蛋白質(zhì)量占試樣總粗蛋白質(zhì)量的百分數(shù)。

粗脂肪的測定按照GB/T 6433-2006的方法。

直鏈淀粉及支鏈淀粉的測定采用雙波長比色法測定[9]：

取樣品0.1 g加1 mol/l KOH 10 ml，于85℃水浴中充分攪拌20 min，冷卻后用蒸餾水定容至50 ml，搖勻靜置15 min后過濾，取濾液5 ml，加25 ml蒸餾水，以2 mol/l鹽酸和0.1 mol/l鹽酸溶液調(diào)pH值至3.0，加0.5 ml碘試劑，用蒸餾水定容至50 ml，于25℃下靜置25 min，以蒸餾水作空白，測吸光度值，計算出樣品中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量。

淀粉標準曲線的繪制：分別取直鏈淀粉標準工作液0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5 ml于100 ml燒杯中，加25 ml蒸餾水，以0.1 mol/l鹽酸溶液調(diào)pH值至3.0，加0.5 ml碘試劑，用蒸餾水定容至50 ml。室溫下靜置25 min后測定。以支鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)為橫坐標，以吸光度值為縱坐標繪制標準曲線。另外分別取支鏈淀粉標準工作液 2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 ml于100 ml燒杯中，此后步驟同直鏈淀粉標準曲線的繪制。以直鏈淀粉質(zhì)量分數(shù)為橫坐標，以吸光度值為縱坐標繪制標準曲線。

阿拉伯木聚糖的測定按照地衣酚-鹽酸法[10]測定：

取100 mg樣品于具塞試管中，加入20 ml的2 mol/l鹽酸溶液，蓋上塞子，100℃水浴2 h，冷卻，過濾。取1 ml濾液于5 ml刻度試管中，稀釋至5 ml。準確移取1 ml稀釋液于15 ml刻度試管中，依次加入2 ml蒸餾水、0.3 ml 1%的地衣酚-乙醇溶液、3 ml 0.1%的Fe-Cl3-濃鹽酸溶液，渦旋混合儀上混合均勻。沸水浴中加熱30 min后迅速冷卻至室溫。采用雙波長法測定反應液吸光度值，其中主波長為670 nm，基線波長為580 nm，反應液吸光度值為ΔA（670-580）。

木糖標準曲線的繪制：首先配制100 μg/ml的木糖標準液，分別吸取0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 ml木糖標準液于15 ml試管中，分別補加蒸餾水，使總體積達到3 ml，然后按照上述地衣酚-鹽酸法進行測定，以吸光度值ΔA（670-580）為縱坐標，木糖濃度（c）為橫坐標，繪制標準曲線。

以木糖質(zhì)量分數(shù)為橫坐標，以吸光度值為縱坐標繪制標準曲線。

樣品中戊聚糖含量計算公式：

其中：c為木糖濃度；n為稀釋倍數(shù)；m為樣品重量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

變異系數(shù)是衡量資料中各觀測值變異程度的一個統(tǒng)計量[11]。當進行兩個或多個資料變異程度的比較時，如果度量單位與平均數(shù)相同，可以直接利用標準差來比較。如果單位和（或）平均數(shù)不同時，就不能用標準差比較其變異程度，需采用標準差與平均數(shù)的比值（相對值）來比較。變異系數(shù)可以消除單位和（或）平均數(shù)不同對兩個或多個資料變異程度比較的影響。

標準差與平均數(shù)的比值稱為變異系數(shù)，記為CV，

其中：SD為標準差；MN為平均數(shù)。

變異系數(shù)不僅受變量值離散程度的影響，而且還受變量值平均水平大小的影響。一般來說，變量值平均水平高，其離散程度的測度值也大，反之越小[12]。變異系數(shù)的標準值大小，與被檢量的大小、允許被檢量變化范圍的大小、對被檢量觀測值波動要求的嚴格程度等有關(guān)[13]。因此，變異系數(shù)的大小，同時受平均數(shù)和標準差兩個統(tǒng)計量的影響[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)質(zhì)溫度對膨化玉米品質(zhì)的影響

2.1.1 調(diào)質(zhì)溫度對膨化玉米營養(yǎng)品質(zhì)影響的基本參數(shù)估計（見表1）

表1結(jié)果表明，調(diào)質(zhì)溫度在60～85℃的變化范圍內(nèi)，膨化玉米各項指標的變化情況如下：

淀粉糊化度：膨化玉米的淀粉糊化度平均值為94.33%，變幅為86.71%～99.51%，調(diào)質(zhì)溫度在60～85℃范圍內(nèi)，對淀粉糊化度的影響不大，變異系數(shù)為5.40%；

水分含量：膨化玉米的水分含量平均值為7.82%，變幅為7.30%～8.33%，樣品間存在差異，變異系數(shù)為4.87%；

粗蛋白：膨化玉米中的粗蛋白含量平均值為9.28%，變幅為9.18%～9.46%，樣品間差異不大，變異系數(shù)為1.24%；

可溶性蛋白：膨化玉米中可溶性蛋白的平均值為4.80%，變幅為4.23%～5.41%，差異較明顯，變異系數(shù)為9.94%；

蛋白溶解度：蛋白溶解度是可溶性蛋白與粗蛋白的比值，平均值為51.64%，變幅為45.34%～57.16%，變異系數(shù)為9.59%，調(diào)質(zhì)溫度對蛋白溶解度的影響較大；

直鏈淀粉：膨化玉米中直鏈淀粉含量平均值為18.24%，變幅為17.52%～18.65%，調(diào)質(zhì)溫度在60～85℃范圍內(nèi)對支鏈淀粉影響不大，變異系數(shù)為2.99%；

支鏈淀粉：膨化玉米中的支鏈淀粉含量平均值為85.17%，變幅為81.79%～90.51%，樣品間差異不大，變異系數(shù)為3.90%；

阿拉伯木聚糖：膨化玉米中的阿拉伯木聚糖的含量平均值為1.86%，變幅為1.52%～2.22%，樣品間差異顯著，變異系數(shù)為14.34%，即調(diào)質(zhì)溫度可以顯著促進阿拉伯木聚糖的降解。

根據(jù)表1結(jié)果，調(diào)質(zhì)溫度在60～85℃范圍內(nèi)，膨化玉米的淀粉糊化度、水分含量、粗蛋白、粗脂肪、直鏈淀粉和支鏈淀粉的變化不顯著，可溶性蛋白（蛋白溶解度）和阿拉伯木聚糖發(fā)生顯著變化，各項指標變異程度依次為：CV阿拉伯木聚糖＞CV可溶性蛋白＞CV蛋白溶解度＞CV淀粉糊化度＞CV水分＞CV支鏈淀粉＞CV直鏈淀粉＞CV粗脂肪＞CV粗蛋白。

表1 膨化玉米評價指標的基本參數(shù)估計

2.1.2 調(diào)質(zhì)溫度對膨化玉米營養(yǎng)品質(zhì)影響的相關(guān)性分析(見表2)

表2 膨化玉米評價指標的相關(guān)性分析

從膨化玉米各項指標的相關(guān)性分析結(jié)果來看，淀粉糊化度與可溶性蛋白、阿拉伯木聚糖存在相關(guān)性，R2＞0.9，其余各項指標之間相關(guān)性不大，R2＜0.6。

2.2 膨化溫度對膨化玉米品質(zhì)的影響

2.2.1 膨化溫度對膨化玉米營養(yǎng)品質(zhì)影響的基本參數(shù)估計(見表3)

表3 膨化玉米評價指標的基本參數(shù)估計

表3結(jié)果表明，膨化溫度在120℃～150℃的變化范圍內(nèi)，膨化玉米的水分、可溶性蛋白（蛋白溶解度）、直鏈淀粉及阿拉伯木聚糖的變化較顯著，其余指標變化不大，各項指標變化程度依次為：CV水分＞CV蛋白溶解度＞CV可溶性蛋白＞CV直鏈淀粉＞CV阿拉伯木聚糖＞CV支鏈淀粉＞CV淀粉糊化度＞CV粗脂肪＞CV粗蛋白。

2.2.2 膨化溫度對膨化玉米營養(yǎng)品質(zhì)影響的相關(guān)性分析(見表4)

表4 膨化玉米評價指標的相關(guān)性分析

膨化玉米各項指標的相關(guān)性分析結(jié)果表明，膨化溫度在120～150℃范圍內(nèi)遞增，膨化溫度與淀粉糊化度呈線性正相關(guān)，R2＞0.6；膨化溫度對可溶性蛋白（蛋白溶解度）的影響較大，二者呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)，R2＞0.9；阿拉伯木聚糖與淀粉糊化度、支鏈淀粉及粗脂肪存在線性相關(guān)性；其余各項指標之間相關(guān)性不大，R2＜0.6。

2.3 調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度對膨化玉米品質(zhì)的綜合影響

2.3.1 膨化參數(shù)現(xiàn)場記錄結(jié)果

表5 膨化參數(shù)現(xiàn)場記錄

2.3.2 調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度對膨化玉米營養(yǎng)品質(zhì)影響的基本參數(shù)估計(見表6）

淀粉糊化度：膨化玉米的淀粉糊化度平均值為84.78%，變幅為62.39%～100%，不同來源的膨化玉米淀粉糊化度差異較大，變異系數(shù)為16.35%；

水分含量：膨化玉米的水分含量平均值為8.81%，變幅為11.42%～5.29%，差異較明顯，變異系數(shù)為18.66%；

粗蛋白：膨化玉米中的粗蛋白含量平均值為8.89%，變幅為9.14%～8.52%，樣品間存在差異，變異系數(shù)為1.97%；

可溶性蛋白：膨化玉米中可溶性蛋白的平均值為6.26%，變幅為7.01%～5.63%，差異較明顯，變異系數(shù)為7.01%；

蛋白溶解度：蛋白溶解度是可溶性蛋白與粗蛋白的比值，平均值為70.44%，變幅為77.21%～63.09%，變異系數(shù)為6.67%；

直鏈淀粉：膨化玉米中直鏈淀粉含量平均值為20.27%，變幅為15.22%～23.87%，樣品間差異較明顯，變異系數(shù)為13.85%；

支鏈淀粉：膨化玉米中的支鏈淀粉含量平均值為77.73%，變幅為72.81%～83.81%，樣品間差異較大，變異系數(shù)為4.89%；

表6 加工溫度對膨化玉米評價指標的基本參數(shù)估計

阿拉伯木聚糖：膨化玉米中的阿拉伯木聚糖的含量平均值為2.03%，變幅為1.57%～2.52%，樣品間差異較大，變異系數(shù)為12.30%；

表6結(jié)果表明，溫度變化范圍較大時，調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度逐漸升高，膨化玉米的粗蛋白和粗脂肪變化不明顯，其余各項指標均發(fā)生顯著變化，其中淀粉糊化度和阿拉伯木聚糖變化最顯著，CV水分＞CV淀粉糊化度＞CV直鏈淀粉＞CV阿拉伯木聚糖＞CV可溶性蛋白＞CV蛋白溶解度＞CV支鏈淀粉＞CV粗蛋白＞CV粗脂肪。

表7 膨化玉米評價指標的相關(guān)性分析

2.3.3 膨化玉米評價指標的相關(guān)性分析(見表7)

根據(jù)表7結(jié)果，在調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度雙因子作用下，調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度均對淀粉糊化度有顯著影響，R2＞0.9；粗蛋白與調(diào)質(zhì)溫度、膨化溫度及淀粉糊化度之間存在相關(guān)性，R2＞0.6；支鏈淀粉與粗脂肪和阿拉伯木聚糖之間存在相關(guān)性，R2＞0.6；其余各項指標之間相關(guān)性不大。

3 討論

膨化加工過程中，調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度均有助于促進淀粉糊化，粗蛋白含量變化不明顯，但可溶性蛋白顯著減少，從而導致蛋白溶解度降低。膨化溫度穩(wěn)定在145～150℃，調(diào)質(zhì)溫度在60～85℃區(qū)間內(nèi)遞增，淀粉糊化度的變幅為86.71%～99.51%，變異系數(shù)為5.40%，蛋白溶解度的變異系數(shù)為9.59%，而調(diào)質(zhì)溫度穩(wěn)定在75～80℃，膨化溫度在120～150℃區(qū)間內(nèi)遞增，淀粉糊化度的變幅為90.47%～100%，變異系數(shù)為4.19%，蛋白溶解度的變異系數(shù)為13.60%，該結(jié)果表明：①調(diào)質(zhì)溫度對淀粉糊化度的影響比膨化溫度的影響更顯著；②當調(diào)質(zhì)溫度較低時，需要高溫膨化才能實現(xiàn)較高的淀粉糊化度，當調(diào)質(zhì)溫度達到75℃時，膨化溫度120℃即可實現(xiàn)90%糊化，即高溫調(diào)質(zhì)低溫膨化更有利于膨化加工；③相對于高溫調(diào)質(zhì)，高溫膨化對蛋白溶解度的破壞性較大。玉米膨化加工主要目的是提高玉米的淀粉糊化度，但是，蛋白溶解度也是衡量玉米營養(yǎng)價值的重要指標，因此，高溫調(diào)質(zhì)、低溫膨化能提高玉米的營養(yǎng)利用價值，降低能耗，提高膨化加工效率。

4 結(jié)論

①改變調(diào)質(zhì)溫度，阿拉伯木聚糖和可溶性蛋白（蛋白溶解度）發(fā)生顯著變化，其余各項指標變化不明顯；淀粉糊化度與可溶性蛋白及阿拉伯木聚糖存在顯著的線性相關(guān)性，其余各項指標之間無顯著相關(guān)性。

②改變膨化溫度，可溶性蛋白（蛋白溶解度）和發(fā)生顯著變化，膨化溫度在120～150℃內(nèi)，淀粉糊化度的變幅為90.47%～100%，變異系數(shù)為4.19%。

③同時改變調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度，當溫度變化范圍較廣時，膨化玉米的各項指標均發(fā)生較大變化，其中淀粉糊化度和阿拉伯木聚糖的變化較顯著，調(diào)質(zhì)溫度和膨化溫度均與淀粉糊化度呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)。

④以淀粉糊化度和可溶性蛋白（蛋白溶解度）為評價指標，對膨化玉米的品質(zhì)進行評價，將有助于建立膨化玉米品質(zhì)評價指標體系。