秈米籽粒莧擠壓米的研制

喬艷秋，胡 楊，王雪松，汪 磊，沈汪洋，3，4

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023；2.中糧米業(yè)（仙桃）有限公司，湖北仙桃 433000；3.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430023；4.湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430023）

秈米籽粒莧擠壓米的研制

喬艷秋1，胡 楊1，王雪松1，汪 磊2，*沈汪洋1，3，4

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023；2.中糧米業(yè)（仙桃）有限公司，湖北仙桃 433000；3.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430023；4.湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430023）

以秈米為主要原料，添加籽粒莧全粉，通過(guò)雙螺桿擠壓機(jī)制備出具有更高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的秈米籽粒莧擠壓米。選取套筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、單甘脂添加量、籽粒莧全粉添加量、水分添加量作為主要因素，以糊化度為考查標(biāo)準(zhǔn)，制備出糊化度低的秈米籽粒莧擠壓米，得到最佳的工藝參數(shù)。通過(guò)快速黏度儀（RVA）、電鏡（SEM）、差式量熱掃描儀（DSC）等方法對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。

秈米；籽粒莧；擠壓米；工藝參數(shù)；品質(zhì)

籽粒莧是莧科莧屬的一年生草本植物，屬于C4植物，由莖、葉和籽粒3個(gè)部分組成，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有50多個(gè)品種[1]。籽粒莧莧籽中的蛋白質(zhì)含量和品質(zhì)皆高于一般谷物，且氨基酸配比平衡，其蛋白質(zhì)品質(zhì)超過(guò)了大豆，接近于牛奶，并富含賴氨酸和人體必需脂肪酸，很適合人類營(yíng)養(yǎng)需要，籽粒莧蛋白質(zhì)中含有6%的賴氨酸，為大米的2倍，是玉米、小麥的3倍[2]。粒莧籽具有明顯的降低血脂和延緩衰老作用，因其含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、糖類，被廣泛運(yùn)用于飼料、食品和藥品等領(lǐng)域[3]。據(jù)了解，已有學(xué)者研制出一種色濃、味鮮、口感醇厚、營(yíng)養(yǎng)豐富的籽粒莧醬油，其氨基酸總量比原來(lái)提高了35.1%，其中谷氨酸提高38.6%，賴氨酸提高22.8%，無(wú)鹽固形物含量提高18.0%[4]。

秈米是我國(guó)產(chǎn)量最大的稻米種類，產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良、營(yíng)養(yǎng)豐富，除用作糧食外，還是食品加工原料，秈米的蛋白質(zhì)含量，平均約9.3%，粳米平均約為8.8%，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較粳米高，是一種很有食用潛力的谷物[5]。由于籽粒莧中含有豐富的賴氨酸，其含量大約是稻米的2倍、小麥的3倍、玉米和高粱的4倍，而賴氨酸恰恰是人類營(yíng)養(yǎng)所必需的[6-9]。試驗(yàn)旨在通過(guò)擠壓技術(shù)重新造粒生產(chǎn)秈米籽粒莧擠壓米，使籽粒莧的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到充分利用，提高了籽粒莧的綜合利用程度和經(jīng)濟(jì)效益，也為籽粒莧的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秈米，中糧米業(yè)仙桃有限公司提供；籽粒莧，市售；單甘酯、五水合硫酸銅、硫酸鉀、碘化鉀、氫氧化鈉、五水合硫代硫酸鈉、甲基紅、無(wú)水乙醚、95%乙醇、硫酸、鹽酸、硼酸、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍(lán)指示劑等試劑，均為國(guó)產(chǎn)分析純，其中秈米和籽粒莧均過(guò)100目篩備用。

1.2 試驗(yàn)儀器

YB-1000A型高速多功能粉碎機(jī)，永康市速鋒工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；RVA Super4型快速黏度分析儀，瑞典波通公司產(chǎn)品；DS32Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機(jī)，濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司產(chǎn)品；Q2000差示掃描量熱儀，美國(guó)TA公司產(chǎn)品；S-3000N型掃描電子顯微鏡，日本日立公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 擠壓米的制備工藝

圖1 擠壓膨化造粒工藝

擠壓膨化造粒工藝見(jiàn)圖1。

1.3.2 秈米籽粒莧擠壓米正交試驗(yàn)

依次進(jìn)行螺桿轉(zhuǎn)速、水分添加量、套筒溫度、單甘酯添加量、籽粒莧全粉添加量5個(gè)單因素的優(yōu)化試驗(yàn)，在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗(yàn)的優(yōu)化工藝。

正交因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.3 秈米籽粒莧擠壓米的營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定及分析

（1）基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分。主要測(cè)定秈米籽粒莧擠壓米的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉的含量（此項(xiàng)送檢由武漢食品藥品化妝品檢驗(yàn)所檢測(cè)）。

（2）秈米和擠壓米R(shí)VA測(cè)定。RVA測(cè)定采用實(shí)驗(yàn)室前期研究者晏夢(mèng)婷等人[10]的方法。

（3） 秈米和擠壓米的DSC測(cè)定[11]。用杜邦坩堝稱取3 mg左右的秈米粉或擠壓米粉，按1∶2（質(zhì)量比）的比例加入重蒸水，制備成樣品，密封后置于4℃冰箱中隔夜平衡，用差示掃描量熱儀（DSC）進(jìn)行測(cè)定。掃描溫度范圍為10～100℃，掃描速率為10℃/min。測(cè)定時(shí)，以空坩堝作為對(duì)照，載氣為氮?dú)猓獨(dú)獾牧魉贋?0 mL/min。每個(gè)樣品至少做2個(gè)平行樣，結(jié)果取平均值。

（4）秈米和擠壓米的電鏡測(cè)定[12]。用電子掃描顯微鏡觀察擠壓米的顆粒形態(tài)。選取飽滿、完整度高的秈米和秈米籽粒莧擠壓米，擦干凈，將米粒切成厚度約為1 mm的薄片，選擇直徑最大的作為觀察樣本，然后將其固定在樣品臺(tái)上，噴金，加速電壓為15 kV。

（5）秈米和擠壓米的糊化度測(cè)定[13]。稱取粉碎過(guò)60目篩的樣品各1 g，分別放入2個(gè)100 mL的錐形瓶中（A1、A2），另取一錐形瓶A0不加試樣做空白試驗(yàn)。3個(gè)錐形瓶中均加入蒸餾水50 mL，搖勻，將A1錐形瓶在電爐上用小火微沸糊化20 min，避免燒干，不停搖動(dòng)，然后冷卻至室溫。在A0，A1，A23個(gè)錐形瓶中，分別加入稀釋的糖化酶5 mL，搖勻后于50℃下恒溫水浴保溫1 h，并不時(shí)搖蕩，及時(shí)取出立即加入2 mL鹽酸（1 mol/L） 終止反應(yīng)，將3個(gè)錐形瓶?jī)?nèi)的反應(yīng)物定容至100 mL，然后過(guò)濾備用。移取濾液各10 mL分別放入3個(gè)250 mL碘量瓶中，均準(zhǔn)確加入10 mL碘液（0.05 mol/L） 及18 mL氫氧化鈉（0.1 mol/L） 溶液，蓋塞，在暗處放置15 min，然后迅速各加入2 mL硫酸（10%），用硫代硫酸鈉（0.05 mol/L） 溶液滴定至無(wú)色。記錄各用去硫代硫酸鈉溶液的體積。

式中：V0——滴定空白消耗硫代硫酸鈉的體積；

V1——滴定完全糊化樣品消耗硫代硫酸鈉的體積；

V2——滴定樣品消耗硫代硫酸鈉的體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 籽粒莧理化指標(biāo)

籽粒莧蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維的含量都高于小麥、大米和玉米的含量。莧菜籽蛋白質(zhì)的一大優(yōu)點(diǎn)是賴氨酸含量高，氨基酸的組成接近FAO/WHO的推薦值，并且籽粒莧中的礦物質(zhì)含量比其他糧食中的礦物質(zhì)含量都豐富。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

選取螺桿轉(zhuǎn)速、水分添加量、套筒溫度、單甘酯添加量、籽粒莧全粉添加量5個(gè)因素作為主要因素，進(jìn)行正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，在擠壓的過(guò)程中，對(duì)糊化度影響的主次因素為螺桿轉(zhuǎn)速＞水分添加量＞套筒溫度＞單甘脂添加量＞籽粒莧全粉添加量，最優(yōu)組合為A2B2C1D2E2，即螺桿轉(zhuǎn)速130 r/min，水分添加量17%，套筒溫度50℃，單甘脂添加量0.2%，籽粒莧添加量10%。

在此最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得秈米籽粒莧擠壓米糊化度為0.80，糊化度值較低。

2.3 秈米籽粒莧擠壓米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

2.3.1 基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分

基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表3。

表3 基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)成分

此數(shù)據(jù)表明秈米籽粒莧擠壓米的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)含量明顯高于秈米原料，所以其含有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。

2.3.2 RVA測(cè)定結(jié)果與分析

RVA測(cè)定值見(jiàn)表4。

表4 RVA測(cè)定值/mPa·s-1

峰值黏度是反映淀粉的吸水率和增稠性[14]，是由于淀粉吸收水分之后膨脹導(dǎo)致相互摩擦，而使黏度增加，最終黏度的值越高代表其淀粉糊的硬度就越大，回生值代表著淀粉的老化程度，回生值越低，淀粉老化程度越大，所以可以得出秈米籽粒莧擠壓米的淀粉老化程度高于秈米，淀粉糊的硬度低于秈米，淀粉的膨脹力也低于秈米。崩解值是最高黏度（Peak viscosity value，PKV） 與熱漿黏度（Hot paste value，HPV） 的差值，是反映淀粉在高溫下耐剪切力的能力[15]，即淀粉的熱糊穩(wěn)定性。崩解值越大，則淀粉的熱糊穩(wěn)定性越差。從表4可以看出，秈米籽粒莧擠壓米的峰值黏度、保持黏度、崩解值、最終黏度和回生值都低于秈米，說(shuō)明秈米-籽粒莧擠壓米具有良好的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性，可能是在擠壓的過(guò)程中淀粉分子的原始結(jié)構(gòu)遭到了破壞，淀粉分子的相對(duì)分子質(zhì)量減少，導(dǎo)致其黏度值和崩解值下降[16]。

2.3.3 DSC測(cè)定值的結(jié)果與分析

DSC測(cè)定值見(jiàn)表5。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表5 DSC測(cè)定值

由表5可以看出，秈米測(cè)量出開(kāi)始糊化的溫度為60.79℃，大于秈米籽粒莧擠壓米測(cè)量出的57.62℃，秈米測(cè)量出的峰值溫度為72.29℃，大于秈米籽粒莧擠壓米測(cè)量出的58.63℃，秈米測(cè)量出來(lái)的熱焓值為7.275 J/g，大于秈米籽粒莧擠壓米測(cè)量出的0.340 9 J/g。因?yàn)閿D壓的過(guò)程對(duì)淀粉的結(jié)構(gòu)已經(jīng)打亂了一部分，所以再次向無(wú)序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的時(shí)候所需要的能量就比較少。同時(shí)，也可能因?yàn)閿D壓米的糊化度比較高，造成糊化度較高的原因可能是溫度較高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)加快，同時(shí)糊化度也會(huì)增加。與此同時(shí)，糊化度也隨著水分添加量的增加而下降，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而降低。秈米的起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值都高于秈米籽粒莧擠壓米。經(jīng)過(guò)擠壓，其起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值都降低了，莊海寧等人[16]進(jìn)行了類似的研究，發(fā)現(xiàn)起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值都隨著糊化度的增加而降低。這種現(xiàn)象可能是玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變，實(shí)際上是淀粉鏈段從有序到無(wú)序的過(guò)程，而擠壓米經(jīng)過(guò)擠壓已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定程度的無(wú)序化，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中所需的熱量較少[17]。

2.3.4 電鏡測(cè)定

秈米電鏡掃描見(jiàn)圖2，秈米-籽粒莧擠壓米電鏡掃描見(jiàn)圖3。

圖2 秈米電鏡掃描

圖3 秈米-籽粒莧擠壓米電鏡掃描

分析掃描電子顯微鏡圖可以看出，秈米淀粉顆粒表面較為光滑，只是有一些較大的顆粒，但是具有規(guī)則的表面，彼此的結(jié)合也比較緊密；經(jīng)過(guò)擠壓膨化之后的秈米-籽粒莧擠壓米，由于糊化的原因，淀粉的顆粒增大，表明有少許的裂紋，但是總體感官還是接近于秈米的外觀，所以由此看來(lái)秈米擠壓米的外觀更優(yōu)于秈米擠壓米的外觀，具有更光滑的外表和更少的斷層。

3 結(jié)論

秈米籽粒莧擠壓米的制備最佳工藝方案為螺桿轉(zhuǎn)速130 r/min，水分添加量17%，套筒溫度50℃，單甘脂添加量0.2%，籽粒莧添加量10%。通過(guò)RVA測(cè)定秈米籽粒莧擠壓米的峰值黏度、保持黏度、崩解值、最終黏度和回生值均低于秈米，其峰值時(shí)間則高于秈米。表明秈米籽粒莧擠壓米具有良好的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性。通過(guò)差示掃描量熱儀測(cè)得秈米籽粒莧擠壓米的起始溫度、峰值溫度低于秈米，熱焓值低于秈米，因?yàn)椴ＡB(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變實(shí)際上是淀粉鏈段從有序到無(wú)序的過(guò)程，而復(fù)合米經(jīng)過(guò)擠壓已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一定程度的無(wú)序化，所以在轉(zhuǎn)變過(guò)程中所需的熱量要少。通過(guò)電子掃描顯微鏡觀察得出秈米籽粒莧擠壓米的外觀結(jié)構(gòu)不如秈米原料緊密，存在較多的裂紋和較大的顆粒。

[1]薛麗芝.籽粒莧在食品工業(yè)中的研究進(jìn)展及前景 [J].食品工業(yè)，2016（5）：257-260.

[2]徐明生，上官新晨，吳少福，等.籽粒莧蛋白質(zhì)的提取研究 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003（1）：43-45.

[3]孫鴻良．籽粒莧100問(wèn) [M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，1997：32-81．

[4]范曉君.秈米甜酒的制作工藝研究 [G]//中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).提高全民科學(xué)素質(zhì)、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家——2006中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集.中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2006：5-8.

[5]金增輝．營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化米及其加工方法 [J]．糧食與油脂，2004 （9）：40-43．

[6]張錫洲，李廷軒，王昌全．富鉀植物籽粒莧研究進(jìn)展[J]．中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2005，21（4）：230-235．

[7]王雋英，曹衛(wèi)東，郭永蘭，等．富鉀綠肥籽粒莧的研究 [J]．中國(guó)土壤與肥料，1999（4）：36-39．

[8]Bunce J A．Effects of environment during growth on the sensitivity of leaf conductance to changes in humidity[J]．Global Change Biology，1998 （3）：269-274．

[9]Piha M I.Yield potential， fertility requirements， and drought tolerance of grain amaranth compared with maize under Zimbabwean conditions[J] ．Tropical Agriculture，1995 （7）：157-162．

[10]晏夢(mèng)婷，周堅(jiān)，沈汪洋.糙米重組米的糊化特性研究[J].糧食與飼料工業(yè)，2014（7）：1-4.

[11]王娜，吳娜娜，譚斌.發(fā)芽糙米粉理化性質(zhì)研究 [J].食品工業(yè)科技，2015（8）：99-102.

[12]劉方，聶婷婷，沈汪洋，等.蟲(chóng)草素糙米復(fù)合米的研制 [J].食品工業(yè)，2015（11）：73-78.

[13]安紅周，張康逸，李盤(pán)欣.谷物早餐食品擠壓工藝的優(yōu)化研究 [J].食品科技，2008，33（4）：33-37.

[14]陳江楓，馮琳，玉瓊廣，等.交聯(lián)琥珀酸酯木薯淀粉的黏度特性研究 [J].糧食與飼料工業(yè)，2011（6）：28-31.

[15]宋志剛，王建華，王漢忠．粉葛淀粉的理化特性應(yīng)用化學(xué) [J]．應(yīng)用化學(xué)，2006，23（9）：974-977．

[16]莊海寧．雙螺桿擠壓機(jī)生產(chǎn)人造米及擠壓系統(tǒng)模型的研究 [D]．無(wú)錫：江南大學(xué)，2011.

[17]丁文平，檀亦兵，丁霄霖.水分含量對(duì)大米淀粉糊化和回生的影響 [J].糧食與飼料工業(yè)，2003（8）：44-45，47.◇

Study on Preparation of Indica Rice Grain Amaranth Reformed Rice

QIAO Yanqiu1，HU Yang1，WANG Xuesong1，WANG Lei2，*SHEN Wangyang1，3，4
（1.College of Food Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430023，China；2.COFCO Rice（Xiantao） Limited，Xiantao，Hubei 433000，China；3.Key Laboratory of the Deep Processing of Bulk Grain and Oil Authorized by Ministry of Education，Wuhan，Hubei 430023，China；4.Hubei Key Laboratory for Processing and Transformation of Agricultural Product，Wuhan，Hubei 430023，China）

In this study，the indica rice was used as the main raw material to add the grain amaranth powder，and the extruded rice with the higher nutritional value was prepared by the twin-screw extruded.The effects of sleeve temperature，screw speed，addition amount of monoglyceride，adding amount of grain amaranth and amount of water were taken as the main factors.The gelatinization degree was determined by the degree of gelatinization.Get the best process parameters.And the product quality was tested by rapid visco-analyser（RVA），scanning electron microscope（SEM） and differential scanning calorimeter（DSC） .

indica rice；grain amaranth；reformed rice；process parameter；quality

TS213

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.10.032

1671-9646（2017） 10b-0009-04

2017-08-23

糧食公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“營(yíng)養(yǎng)主食再生米制粒工藝及設(shè)備研究”（201313011-5）。

喬艷秋（1994— ），女，在讀碩士，研究方向?yàn)楣任镔Y源綜合利用開(kāi)發(fā)。

*通訊作者：沈汪洋（1978— ），男，博士，副教授，研究方向?yàn)楣任镔Y源綜合利用開(kāi)發(fā)。