加工方式對全谷物粳米制品體外消化特性的影響

楊新生，翟小童，譚 斌，劉艷香，劉 明，吳娜娜，肖志剛

（1．沈陽師范大學，遼寧沈陽 110034；2．國家糧食局科學研究院，北京 100037）

加工方式對全谷物粳米制品體外消化特性的影響

楊新生1，2，翟小童2，譚 斌2，劉艷香2，劉 明2，吳娜娜2，肖志剛1

（1．沈陽師范大學，遼寧沈陽 110034；2．國家糧食局科學研究院，北京 100037）

在體外“三段式”模擬消化體系下，評價了以同一品種粳糙米與粳白米為原料通過傳統(tǒng)蒸制、煮制以及現(xiàn)代擠壓加工方式制得的飯類、粥類和速食粥類制品的消化特性、葡萄糖擴散以及流變特性。結(jié)果表明，精白米制品初始還原糖含量（35%～50%）高于糙米制品（10%～25%）；精白米制品在消化反應(yīng)30～45 min后上升趨勢變緩，而糙米飯類、粥類制品在消化過程持續(xù)90 min時仍有增長。糙米飯、粥、速食粥制品的血糖生成指數(shù)（GI）分別為76．51、83．78和65．49，分別低于精白米米飯、粥、速食粥制品的81．62、85．61和82．94。粥類制品在體外消化過程中葡萄糖擴散速率較快，擴散量大；糙米飯與精白米飯的葡萄糖擴散速率分別為0．08和0．17 g／min；糙米速食粥的葡萄糖擴散速率于消化反應(yīng)30 min后開始升高，整體擴散量較少。不同加工方式都會影響米制品的消化特性，擠壓加工對提高糙米制品消化體系粘度，降低糙米制品消化速率，葡萄糖擴散具有較為明顯的作用。

全谷物；粳米制品；蒸煮；擠壓膨化；體外消化特性；葡萄糖擴散；流變特性

長期以來，為了追求良好的食用品質(zhì)和感官享受，精加工米面制品已成為我國居民糧食消費的主要品種，導致我國初期代謝綜合癥、肥胖癥、Ⅱ型糖尿病、冠心病、癌癥等慢性疾病高發(fā)呈增加的趨勢［1］。研究表明，長期攝入血糖生成指數(shù)（GI值）較低的食物，延緩食物的消化和吸收速率對慢性疾病的防治具有重要作用［2］，經(jīng)常食用全谷物制品將降低慢性疾病的患病風險［3］，食品的餐后消化規(guī)律和對血糖的影響與其組成成分和加工方式密切相關(guān)［4］。我國約有3／5的人口以稻米為主食［5］，傳統(tǒng)的食用方式以粒食為主，包括蒸制或煮制的白米飯、白米粥等，南方地區(qū)較為常見的還有米線、米粉等。糙米是一種典型的全谷物，其糠層含有非淀粉多糖、脂類、維生素、礦物元素和各種生理活性物質(zhì)［6］，如同一個“營養(yǎng)素包”，相較于精白大米營養(yǎng)更為豐富［7］。為解決糙米制品“不好吃”、顏色較暗、貨架期較短等問題，擠壓膨化、超微粉碎等加工方式的運用，在提升了糙米制品的食用品質(zhì)和方便性的同時，豐富了市場上產(chǎn)品的多樣性。目前，國內(nèi)外針對稻米制品的消化特性以及加工方式對其消化規(guī)律影響的系統(tǒng)研究依然缺乏。本研究通過對不同粳米制品消化過程的三段式體外模擬，評價了糙米、白米制品的餐后消化和葡萄糖擴散規(guī)律，探討了傳統(tǒng)的蒸煮加工方式和現(xiàn)代擠壓加工方式對其消化特性的影響，以期為全谷物糙米制品的科學生產(chǎn)和消費提供理論參考。

1 材料與方法

1．1 儀器與設(shè)備

TYQLQ－40型谷物篩選去石組合機：山東汶上凱華機械有限公司；LM400－3G礱谷脫殼糙米機：山東汶上凱華機械有限公司；CBS300BS碾米機：日本佐竹株式會社；SR－DE電飯煲：日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社；Fibertec 2010纖維測定儀：丹麥福斯特卡托公司；快速定氮儀：德國Elementar Analysensysteme GmbH公司；FMHE36雙螺桿擠壓機：湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；FW－135型中草藥粉碎機：天津泰斯特公司；磁力攪拌水浴鍋：金壇市良友儀器有限公司；TA－XT2質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro Systems公司；T6紫外可見分光光度計：北京譜析通用儀器有限責任公司；AR－ 2000動態(tài)流變儀：上海曲晨機電技術(shù)有限公司。

1．2 材料與試劑

粳稻（HYJ），產(chǎn)地黑龍江，2015年收獲；糙米：通過中試設(shè)備去石、壟谷制成；精白米：糙米經(jīng)碾米機2次碾磨制得精白米，糙出白率約為89%。

α－淀粉酶（A3176－500KU）、脂肪酶（L3126－500G）、胃蛋白酶（77161－100G）、胰蛋白酶（T1426－250MG）、膽鹽（48305－50G－F）：均購于sigma公司。

葡萄糖、氯化鉀、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉、氯化鈉、六水合氯化鎂、碳酸銨、二水合氯化鈣、3，5—二硝基水楊酸、苯甲酸、酒石酸鉀鈉、苯酚、氫氧化鈉、亞硫酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉：均為國產(chǎn)分析純。

1．3 實驗方法

1．3．1 基本組分測定

水分含量測定：采用AACC 44－19，135℃干燥法；蛋白質(zhì)含量測定：采用GB／T 24318—2009，杜馬斯燃燒法；總淀粉含量測定：采用Megazyme總淀粉測定試劑盒（K－TAST 04／2009）測定；直鏈淀粉含量測定：采用Megazyme直鏈淀粉測定試劑盒（KAMYZ 07／11）測定；粗纖維含量測定：GB／T 5009．10－2003，植物類食品中粗纖維的測定；可利用碳水化合物計算參照Frias．J［8］等人的方法。

1．3．2 米制品制作

米飯的制作參照GB／T 15682—2008并稍作改動，將洗好的米加入1．6倍的水，用電飯煲的“標準”檔位制作，燜制時間為15 min。米粥的制作在范志紅等人的［9］實驗方法上稍作改動，其中，糙米粥中加水6倍，于4℃下浸泡24 h，用電飯煲“稀粥”檔位，常壓煮制1 h；精白米粥加水8倍，常壓煮制1 h。擠壓速食粥的制作方法為：稻米原料經(jīng)過粉碎、水分調(diào)節(jié)后，使用雙螺桿擠壓機擠壓，高速旋轉(zhuǎn)切刀切割造粒制成速食粥。擠壓工藝參數(shù)為：機筒溫度Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)溫度分別為60、90、115～120、40、30℃，物料水分16%，喂料速度18 kg／min，螺桿轉(zhuǎn)速180 r／min，烤爐溫度250℃。

1．3．3 消化過程的體外模擬方法

食物在人體口腔和胃腸道消化過程的三段式體外模擬參照M．Minekus［10］等人的方法并稍作改動，每組平行實驗3次。稱取米飯、米粥、速食粥樣品各25 g待測，口腔模擬階段加入α－淀粉酶（7．5 U／mL），體系溫度37℃，消化時間2 min。胃部模擬階段加入胃蛋白酶（100 U／mL），用1M HCl調(diào)pH至3．0，體系溫度37℃，消化時間為2 h。腸道模擬階段加入α－淀粉酶（10 U／mL）、胰蛋白酶（5 U／mL）和脂肪酶（10 U／mL），用1M NaOH調(diào)節(jié)pH至7．0，體系溫度37℃，分別于消化時間為0、5、10、20、30、45、60、90、120和180 min時均勻取樣3 mL，于沸水浴中滅酶5 min后，冷卻至室溫，用于還原糖含量和粘度測定。

1．3．4 還原糖含量測定

采用3，5—二硝基水楊酸法測定還原糖。以1 mg／mL葡萄糖為標準樣品，以葡萄糖毫克數(shù)為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制標準曲線，求得回歸方程。將1．3．3中待測樣品離心（3 500 r／min）10 min，取上清液測定還原糖含量。待測樣品中還原糖含量（%）采用以下公式計算。

1．3．5 米制品的GI值計算

根據(jù)Goni等人［11］的方法，分別計算在模擬體系下，樣品的水解指數(shù)（HI）和GI值。

1．3．6 消化過程中葡萄糖擴散測定

參照Fabek等人［12］的方法并稍作改動。按照1．3．3的方法進行口腔和胃部消化過程的體外模擬，腸道反應(yīng)階段的模擬實驗在分子截留量為8 000～12 000 Da的透析袋（美國Viskase公司）中進行。將透析袋兩端扎緊放入450 mL磷酸鈉緩沖液中，保持振蕩使消化反應(yīng)充分，分別于消化時間為0、5、10、20、30、45、60、90、120和180 min時均勻取樣1 mL，取上清液測定還原糖含量。每次取樣后需在反應(yīng)體系內(nèi)加入等體積的磷酸鈉緩沖液。

1．3．7 粘度測定

參照Fabek［12］等人的方法并稍作改動。流變儀選用配件為φ 40 mm、1°的錐形板，間距設(shè)定為50 μm，剪切速率為0．2～600 s－1，檢測時體系溫度為（37±0．1）℃。1．3．3中待測樣品每次均勻取樣2 mL用于粘度測定，平行實驗3次。

1．4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 21進行分析處理，方差分析選取Ducan檢驗，在P＜0．05檢驗水平對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 加工方式對粳米制品基本組分的影響

為探討不同加工方式對粳米制品體外消化特性的影響，測定了由同一來源粳糙米和粳白米制成的米飯、米粥、速食粥等加工制品的基本組成，計算了不同米制品中可利用碳水化合物的含量。由表1可知，不同粳米制品基本組分之間的差別主要在于糙米和精白米之間的差異。糙米制品間基本組成成分差別不大，其中，總淀粉和蛋白質(zhì)含量平均為74．53%和9．56%，與精白米制品相比，糙米制品總淀粉含量低約10%，而蛋白質(zhì)含量高約15．7%。此外，精白米制品中幾乎不含粗纖維，而糙米制品中粗纖維含量顯著提高。

表1 不同加工方式米制品主要組分%

由表2可知，飯類和速食粥類制品中水分含量較粥類制品低，分別為61．54%、60%和88．89%；飯類和速食粥類制品的可利用碳水化合物含量約為31%～34%，遠高于粥類制品的8%～10%。因此，為了使可利用碳水化合物含量達到一致，需消耗粥類制品的量約為飯類和速食粥類制品的3．5倍。與糙米制品相比，精白米制品中可利用碳水化合物含量略高，即可利用碳水化合物含量相同時，糙米制品消耗量較大。

表2 不同加工方式的米制品碳水化合物利用量

2．2 加工方式對粳米制品體外消化特性的影響

選擇典型的粳糙米和粳白米制品作為研究對象，探討了不同加工方式對粳米制品消化特性的影響，以及糙米與白米制品之間消化特性的差異。不同加工方式對粳米制品體外消化過程中還原糖釋放量的影響結(jié)果如圖1所示，所有制品的還原糖釋放速率均基于制品干重計算，用以評價不同米制品的消化程度與進程。從整體來看，精白米制品較糙米制品更易被快速消化。精白米制品初始還原糖含量（35%～50%）高于糙米制品（10%～25%），還原糖釋放量較高，在消化過程中還原糖釋放速率更快。精白米制品在消化反應(yīng)30～45 min后上升趨勢變緩，而糙米飯類、粥類制品在消化過程持續(xù)90 min時仍有增長。已有研究表明，其原因主要在于糙米表皮富含非淀粉多糖的糠層結(jié)構(gòu)在消化過程中起到了屏障的作用，阻礙了消化酶反應(yīng)的進程［13］。

圖1 加工方式對粳米制品體外消化過程中還原糖釋放量的影響

粥類比飯類制品初始還原糖含量高，還原糖釋放量大，體外消化過程還原糖釋放速率稍快，原因可能是與蒸制加工相比，煮制過程米淀粉在熱和水作用下糊化程度更高，淀粉的膨脹和破裂導致可溶性淀粉更多，更易于被消化酶利用降解［14］。Snow和O’Dea等人研究表明米糠層的物理形態(tài)對于米制品的消化吸收起著重要作用［15］，圖1中糙米粥的消化速率接近于精白米粥，可能是煮制過程破壞了米糠層對淀粉的包裹狀態(tài)，淀粉與消化酶充分接觸進而發(fā)生水解。精白米速食粥的還原糖釋放量高于精白米飯，糙米速食粥在消化過程前20 min時略高于糙米飯，隨后遠低于糙米飯的還原糖釋放量?？赡苁怯捎诓糠执竺椎矸劢?jīng)過擠壓糊化降解生成糊精、麥芽糖等小分子，導致還原糖含量增加［16］，另一方面在高溫、高壓、高剪切力作用下，糙米制品中水溶性非淀粉多糖含量增加［17］，消化液的粘度增大，因此延緩淀粉的消化速率［13］。

通過計算得到的不同加工方式對粳米制品GI值的影響結(jié)果如表3所示。精白大米制品自身GI值較高［18］，為81．62，與Goni等人1996年的實驗結(jié)論一致。糙米制品的GI值范圍在65～84之間，低于精白米制品。粥類制品GI值高于飯類，精白米速食粥GI值（82．94）略高于精白米飯GI值（81．62），低于精白米粥GI值（85．61）。糙米速食粥GI值最低，為65．49，表明擠壓加工對降低糙米制品餐后血糖反應(yīng)具有較為明顯的作用。

表3 加工方式對粳米制品GI值的影響

2．3 加工方式對粳米制品體外消化過程中葡萄糖擴散的影響

用于模擬消化過程中小腸內(nèi)葡萄糖擴散實驗結(jié)果如圖2所示。從整體來看，與飯類和速食粥類相比，粥類制品在體外消化過程葡萄糖的擴散速率較快，擴散量大，糙米粥與精白米粥變化趨勢接近，100g制品在消化反應(yīng)進行5 min后葡萄糖擴散量約以0．3 g／min的速率增加，至90 min后減緩為0．2 g／min。糙米飯的葡萄糖擴散量低于精白米飯，二者均于消化反應(yīng)15 min后檢測到較為明顯的葡萄糖擴散程度，擴散速率分別約為0．08、0．17 g／min，以上結(jié)論與2．2中實驗結(jié)果表明的粥類消化速率較快、白米飯比糙米飯消化更快一致，符合Sagum等人的研究結(jié)論［19］。精白米速食粥在消化過程葡萄糖擴散的趨勢接近于精白米飯，糙米速食粥的葡萄糖擴散速率于消化反應(yīng)30 min后開始升高，整體擴散量較小。一方面可能是由于糙米糠層中非淀粉多糖的物理“屏障”作用延緩了制品的消化進程以及水解產(chǎn)物的向外釋放，另一方面是由于擠壓過程，水不溶性非淀粉多糖轉(zhuǎn)化為可溶性非淀粉多糖，從而在消化體系中形成黏性膠體，阻礙了葡萄糖擴散。

圖2 加工方式對粳米制品體外消化過程中葡萄糖擴散的影響

2．4 加工方式對粳米制品體外消化體系流變特性的影響

不同米制品消化前后體系的表觀粘度與剪切速率之間的應(yīng)變關(guān)系如圖3所示。隨著剪切速率的遞增，制品消化體系粘度下降，屬于剪切變稀型流體。消化開始前，速食粥類制品體系粘度大于飯類、粥類制品，糙米速食粥粘度稍大于精白米速食粥，糙米、精白米飯類制品體系粘度差別不大，精白米粥體系粘度遠大于糙米粥。經(jīng)過3 h消化后，所有制品體系粘度均有較大幅度下降，精白米制品較糙米制品下降幅度更大，不同制品間粘度差異縮小，速食糙米粥體系粘度較高，糙米粥體系粘度最低。結(jié)合2．2與2．3的結(jié)果分析，消化過程中影響制品體系粘度的主要因素為糊化淀粉的消化降解，其次為非淀粉多糖的組成和結(jié)構(gòu)對體系粘度的影響。蒸制、煮制加工可改變非淀粉多糖的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但對體系粘度的改變不大，擠壓加工過程中隨著部分水不溶性非淀粉多糖轉(zhuǎn)化為水溶性非淀粉多糖，一方面通過改變非淀粉多糖與淀粉的結(jié)合形態(tài)影響制品與消化酶的相互作用，另一方面由于水溶性非淀粉多糖含量的增加影響了消化體系的粘度。

圖3 加工方式對粳米制品體外消化體系流變特性的影響

為探究擠壓加工對糙米和精白米制品消化特性的影響，比較了消化過程糙米速食粥和精白米速食粥體系粘度變化的差異，如圖4所示。隨著消化時間的延長，糙米速食粥與精白米速食粥體系粘度均有降低。精白米速食粥在消化開始后10 min內(nèi)體系粘度劇降，隨后下降趨勢平緩，其原因主要是由于制品中的淀粉在前10 min內(nèi)的快速消化降解。與之相比，消化前糙米速食粥體系粘度稍大，隨著消化反應(yīng)的推進，體系粘度逐步遞減，在反應(yīng)終止時（180 min）體系粘度扔大于精白米制品。鑒于糙米與精白米制品基本組成的差異，這一結(jié)論表明通過擠壓加工的米糠層部分可以增大體系粘度并在一定程度上抑制淀粉的水解程度和速度。

圖4 擠壓加工對粳米速食粥制品消化體系粘度的影響

3 結(jié)論

與全谷物糙米制品比較，精白米制品更易被快速消化，葡萄糖擴散速率較快，糙米制品的GI值低于精白米制品。不同加工方式會影響米制品的消化特性，煮制的粥類制品比蒸制的飯類制品更易被消化，還原糖釋放量較高。擠壓加工對提高糙米制品消化體系粘度，降低糙米制品消化速率、葡萄糖擴散具有較為明顯的作用。

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Effects of processing methods on the in vitro digestion characteristics of rice products

YANG Xin－sheng1，2，ZHAI Xiao－tong2，TAN Bin2，LIU Yan－xiang2，LIU Ming2，WU Na－na2，XIAO Zhi－gang1
（1．Shenyang Normal University，Shenyang Liaoning 110034；2．Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037）

In order to evaluate the different effects of processing techniques on the in vitro digestion characteristics of rice products and brown rice products，steaming，boiling and extrusion techniques were used to make rice products，and their digestion characteristics，glucose diffusion and rheological property during digestion were stimulated by an in vitro oral－gastric－intestinal tract model．The results show that the glucose contents of white rice products（WRP）were 35% ～50%，higher than those of brown rice products（BRP）which were about 10% ～25%．The digestion rate of WRP slowed down after 30～45 min，while BRP could last for 90 min．The glycemic index（GI）of cooked BR，BR porridge and BR instant porridge were 76．51，83．78 and 65．49，all less than WR products（81．62，85．61 and 82．94，respectively）．The porridge products performed higher glucose diffusion with more rapid rate than other type of products．The glucose diffusion rates of cooked BR and WR were 0．08g／min and 0．17g／min．The glucose diffusion of BR instant porridge stared to increase after 30min digestion，with smaller amount．In conclusion，processing techniques affect the digestion characters of rice products．Extrusion could apparently enhance the viscosity of the digestion systems，decrease the digestion and glucose diffusion rates of brown rice produces．

whole grain；rice products；cooking；extrusion；in vitro digestion characteristics；glucose diffusion；rheology properties

TS 210．1

A

1007－7561（2017）02－0005－06

2016－11－23

楊新生，1992年出生，女，碩士研究生．

肖志剛，1972年出生，教授，博士，博士生導師．