預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)全谷物糙米粉品質(zhì)特性的影響

趙志浩，劉磊，張名位,*，張瑞芬，肖娟，魏振承，馬永軒

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350000）

全谷物是指其種皮、胚乳和胚的相對(duì)比例與天然谷物籽粒構(gòu)成相同的谷物原料。糙米是指脫除谷殼后的稻谷穎果，包含米糠、胚和胚乳，是一種典型的全谷物。相比于精米而言，糙米的米糠層中不僅含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物元素等營(yíng)養(yǎng)素[1-2]，而且還富含谷維素、酚酸、黃酮、谷甾醇、γ-氨基丁酸等多種植物活性成分[3-5]，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功效更高。然而，由于不易蒸煮、米飯適口性差等原因，糙米通常需要經(jīng)過加工后再食用。擠壓膨化是一種可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)攪拌、加熱、殺菌、膨化等多種基本操作的技術(shù)，具有效率高、能耗低、多功能、連續(xù)生產(chǎn)、衛(wèi)生環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[6-8]，利用擠壓膨化技術(shù)生產(chǎn)糙米速食粉、代餐粉等是糙米加工的重要方式。

早在1995年，金增輝[9]就開發(fā)出利用擠壓膨化加工速食糙米粉的方法。但一直以來，擠壓膨化糙米粉面臨沖調(diào)分散性差、沖調(diào)黏度過高等弊端，產(chǎn)品不易被消費(fèi)者接受。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化過程中添加α-淀粉酶可以提高產(chǎn)品水溶性、降低沖調(diào)黏度、提高淀粉消化率[10-11]，酶解輔助擠壓膨化已經(jīng)成為近年來的研究熱點(diǎn)。許亞翠等[10]研究發(fā)現(xiàn)添加高溫α-淀粉酶輔助擠壓膨化可降低米粉的結(jié)塊率和沖調(diào)黏度。Xu Enbo等[12-13]研究發(fā)現(xiàn)添加高溫α-淀粉酶處理提高了膨化糯米的水溶性指數(shù)（water solubility index，WSI），降低了其吸水性指數(shù)（water absorption index，WAI）。Myat等[14]研究發(fā)現(xiàn)，加入高溫α-淀粉酶在95 ℃和115 ℃下進(jìn)行擠壓膨化，膨化玉米淀粉的WSI分別由2.59%和2.81%提高到8.45%和8.56%。申德超等[15]研究發(fā)現(xiàn)，添加α-淀粉酶擠壓的大米作為啤酒輔料，糖化過程不易結(jié)塊，過濾速度提高。本課題組采取高溫α-淀粉酶輔助擠壓膨化的方法提高了發(fā)芽糙米粉的沖調(diào)分散性和淀粉消化性能[11]。這些研究共同表明，擠壓膨化過程中添加α-淀粉酶可以在一定程度上改善產(chǎn)品沖調(diào)分散性，但由于擠壓膨化工藝存在加工溫度高、作用時(shí)間短及水分含量低等特點(diǎn)，使得酶在短時(shí)間內(nèi)變性失活，導(dǎo)致酶解作用受到很大的限制，對(duì)糙米粉品質(zhì)的改善也相對(duì)有限。

本研究采用預(yù)酶解-擠壓膨化技術(shù)，即向原料中添加少量的水和高溫α-淀粉酶，在適當(dāng)溫度下先進(jìn)行預(yù)酶解處理，再對(duì)預(yù)酶解后的原料進(jìn)行擠壓膨化制備全谷物糙米粉。該技術(shù)使高溫α-淀粉酶在預(yù)處理和膨化兩個(gè)階段均能發(fā)揮水解作用，可以突破擠壓過程中高溫、短時(shí)、低水分含量等不利因素對(duì)酶解的限制，提高酶解效率，進(jìn)一步改善糙米粉品質(zhì)。本研究以普通糙米、紅色糙米、黑色糙米3 種糙米為原料，以預(yù)酶解-擠壓膨化制備的糙米粉作為實(shí)驗(yàn)組，未經(jīng)預(yù)酶解處理直接擠壓膨化制備的糙米粉作為對(duì)照組，分別測(cè)定其WSI、WAI、結(jié)塊率、分散時(shí)間、米糊黏度、色度、糊化度、感官評(píng)分以及淀粉、還原糖、總蛋白質(zhì)、可溶性蛋白含量等指標(biāo)，并對(duì)淀粉和蛋白質(zhì)進(jìn)行體外模擬消化，比較分析預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉沖調(diào)分散性、營(yíng)養(yǎng)消化性和感官特性等品質(zhì)特性的影響。旨在為改善膨化糙米粉食用品質(zhì)、促進(jìn)預(yù)酶解-擠壓膨化技術(shù)在谷物加工中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通糙米（‘合豐粘’）、紅色糙米（‘紅寶石’）、黑色糙米（‘龍錦1號(hào)’）由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所提供，下文分別簡(jiǎn)稱普通糙米、紅米和黑米；高溫α-淀粉酶（酶活力120 KNU-S/g） 諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司；胃蛋白酶（250 U/mg）、豬胰α-淀粉酶（50 U/mg） 美國(guó)Sigma-Aldrich公司；糖化酶（100 000 U/g） 江蘇銳陽生物科技有限公司；高峰氏淀粉酶（4 000 U/g） 上海源葉生物科技有限公司；胰蛋白酶（250 U/mg） 廣州齊云生物技術(shù)有限公司；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

XFB-1000型中藥粉碎機(jī) 吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠；LS-75HD型立式壓力蒸汽滅菌鍋 江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；DS30-II型雙螺桿膨化機(jī) 山東賽信膨化機(jī)械有限公司；DHG-9425電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；PCE-E3000型恒溫水浴振蕩器 蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司；Heraeus Multifuge X1型離心機(jī) 美國(guó)Thermo Scientific公司；AR-1500ex流變儀 美國(guó)TA公司；UltraScan VIS型色差儀 美國(guó)Hunter Lab公司；UV-1800型紫外-可見分光光度計(jì) 日本島津公司；K8400型蛋白質(zhì)分析儀 丹麥FOSS公司；SQP224型電子天平 賽多利斯（北京）科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

3 種糙米原料粉碎至60 目，將高溫α-淀粉酶液分散于一定量的蒸餾水中，以邊攪拌邊噴淋的方式調(diào)節(jié)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和加入高溫α-淀粉酶，使原料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到22%，添加1 500 U/g高溫α-淀粉酶，之后轉(zhuǎn)移至大燒杯中，保鮮膜封口，于蒸汽滅菌鍋中100 ℃加熱0.5 h進(jìn)行預(yù)酶解，流水冷卻至25 ℃。預(yù)酶解后的糙米粉利用雙螺桿膨化機(jī)進(jìn)行擠壓膨化，儀器參數(shù)參考張冬媛等[11]的方法并稍加修改。設(shè)置擠壓機(jī)前、中、后段溫度分別為60、98 ℃和134 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為29.6 Hz，進(jìn)料速率為300 g/min，制得預(yù)酶解-擠壓膨化糙米粉。以邊攪拌邊噴淋的方式調(diào)節(jié)原料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)至22%，在上述條件下進(jìn)行擠壓膨化，制得擠壓膨化糙米粉作為對(duì)照。擠出物均在55 ℃恒溫干燥箱中干燥2 h，粉碎并過60 目篩，低溫密封保存。實(shí)驗(yàn)分為6 組：擠壓膨化普通糙米粉（extruded brown rice fl our，E-Brown Rice）、預(yù)酶解-擠壓膨化普通糙米粉（extruded brown rice fl our pretreated by enzyme，EE-Brown Rice）、擠壓膨化紅米粉（extruded red rice flour，E-Red Rice）、預(yù)酶解-擠壓膨化紅米粉（extruded red rice fl our pretreated by enzyme，EE-Red Rice）、擠壓膨化黑米粉（extruded black rice fl our，E-Black Rice）、預(yù)酶解-擠壓膨化黑米粉（extruded black rice flour pretreated by enzyme，EE-Black Rice）。

1.3.2 水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》中方法測(cè)定水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3 徑向膨化率的測(cè)定

隨機(jī)選取10 段擠出物，用游標(biāo)卡尺測(cè)量直徑，徑向膨化率的計(jì)算公式如式（1）所示。1.3.4 WSI、WAI的測(cè)定

參考Anderson等[16]的方法并稍加改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取2.5 g樣品，置于100 mL離心管中，加去離子水30 mL，適當(dāng)混勻至所有樣品浸潤(rùn)，275 r/min下振搖30 min，然后3 000×g離心15 min，分離上清液和沉淀物。上清液倒入預(yù)先干燥至恒定質(zhì)量的鋁制扁形稱量瓶中，105 ℃蒸發(fā)至恒定質(zhì)量。WSI和WAI的計(jì)算公式如式（2）、（3）所示。

1.3.5 分散時(shí)間的測(cè)定

參考張冬媛等[11]的方法。準(zhǔn)確稱取2.5 g樣品，通過直徑為11.5 cm的漏斗加入到60 r/min磁力攪拌的70 ℃熱水中（200 mL燒杯中加入100 mL水），漏斗下端出口與液面的距離為12 cm，從樣品加入漏斗中開始計(jì)時(shí)，粉體分散均勻時(shí)終止計(jì)時(shí)，該段時(shí)間即為分散時(shí)間，重復(fù)5 次。

1.3.6 結(jié)塊率的測(cè)定

參考劉靜波等[17]的方法。準(zhǔn)確稱取20 g樣品，置于500 mL燒杯中，加入預(yù)熱至80 ℃的去離子水180 mL，靜置10 min后用預(yù)先干燥至恒質(zhì)量的20 目篩過濾，清水漂洗結(jié)塊，105 ℃干燥至恒質(zhì)量，連帶篩網(wǎng)稱質(zhì)量，減去篩網(wǎng)質(zhì)量即為結(jié)塊物的質(zhì)量。結(jié)塊率的計(jì)算公式如式（4）所示。

1.3.7 米糊黏度的測(cè)定

樣品經(jīng)105 ℃干燥至恒質(zhì)量，冷卻至室溫，稱取20 g，加入80 mL 80 ℃熱水，玻璃棒緩慢攪拌至均勻，制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的米糊。使用裝備40 mm直徑鋁平板夾具的AR-1500ex流變儀，設(shè)置夾具與樣品臺(tái)的間距為1 mm，溫度25 ℃，角頻率范圍0.01～200 rad/s。移取適量米糊樣品于樣品臺(tái)上，靜置10 min，操作流變儀下壓夾具，并移除夾具邊緣溢出的樣品，啟動(dòng)程序進(jìn)行測(cè)定。

1.3.8 色度的測(cè)定

使用UltraScan VIS型色差儀，選用CIELab色彩空間進(jìn)行色度測(cè)定，并計(jì)算色差值（ΔE*），計(jì)算公式如式（5）所示。

式中：ΔL*、Δa*和Δb*分別為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組亮度值、紅/綠值和黃/藍(lán)值的差值。

1.3.9 淀粉、還原糖含量的測(cè)定

淀粉含量的測(cè)定：酶水解法，參照GB 5009.9—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測(cè)定》。

還原糖含量的測(cè)定：參考文偉等[18]的方法并稍加改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取2 g樣品，置于100 mL離心管中，加去離子水30 mL，25 ℃振蕩30 min，4 000 r/min離心10 min，取上清液定容至50 mL，二硝基水楊酸法測(cè)定其還原糖含量，結(jié)果以每克干基中的葡萄糖質(zhì)量（mg/g）表示。

1.3.10 總蛋白質(zhì)含量、可溶性蛋白含量的測(cè)定

總蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：凱氏定氮法，參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》。

可溶性蛋白含量的測(cè)定：考馬斯亮藍(lán)法，參照方勇等[19]的方法。準(zhǔn)確稱取樣品1.0 g，加入9 mL生理鹽水，冰浴條件下機(jī)械均質(zhì)，懸濁液2 500 r/min離心10 min，取上清液定容至25 mL。取定容后的上清液50 μL，加入3.0 mL考馬斯亮藍(lán)顯色劑，混勻并靜置10 min，595 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A1。50 μL去離子水代替樣液作空白對(duì)照，測(cè)得吸光度A0，50 μL蛋白標(biāo)準(zhǔn)品（質(zhì)量濃度為0.563 g/L的牛血清白蛋白）作標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，測(cè)得吸光度A2。樣液可溶性蛋白質(zhì)量濃度計(jì)算公式如式（6）所示，樣品可溶性蛋白質(zhì)含量計(jì)算公式如式（7）所示。

1.3.11 淀粉糊化度的測(cè)定

采用碘分光光度法，參考Birch等[20]的方法并稍加改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取0.1 g樣品，使之均勻分散在49 mL去離子水中，加入1 mL濃度為10 mol/L的KOH溶液，緩慢磁力攪拌5 min，4 500×g離心10 min，取上清液1.0 mL，加入0.4 mL濃度為0.5 mol/L的HCl溶液，用去離子水定容至10 mL，再加0.1 mL碘液（0.5 g碘和2 g碘化鉀定容至50 mL），混合均勻后600 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A1；在測(cè)定過程中，將去離子水體積替換為47.5 mL，KOH溶液體積替換為2.5 mL，HCl溶液體積替換為1.0 mL，其他操作相同，所測(cè)得吸光度為A2。糊化度計(jì)算公式如式（8）所示。

1.3.12 淀粉體外消化特性的測(cè)定

參考Englyst等[21]的方法并稍加改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取0.3 g樣品，使樣品均勻分散于10 mL醋酸緩沖液（0.2 mol/L、pH 5.2），加入10 mL混合酶液（290 U/mL豬胰α-淀粉酶和15 U/mL糖化酶），37 ℃、120 r/min下水浴振蕩。分別反應(yīng)0、20、120 min后取1 mL酶解液，加入4 mL去離子水稀釋，立即沸水浴滅酶5 min，流水冷卻，6 000×g離心10 min，取上清液定容至10 mL，二硝基水楊酸法測(cè)定其還原糖含量。

淀粉體外消化特性通過測(cè)定快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉的比例來表征，其計(jì)算公式如式（9）～（11）所示。

式中：G20和G120分別為消化20 min和120 min后酶解液中還原糖的質(zhì)量/mg；FG為消化前酶解液中還原糖的質(zhì)量/mg；TS為樣品總淀粉的質(zhì)量/mg；RDS、SDS分別為快消化淀粉、慢消化淀粉比例/%。

1.3.13 蛋白質(zhì)體外消化特性的測(cè)定

參考甄紅敏等[22]的方法并稍加改進(jìn)。準(zhǔn)確稱取10 g樣品分散于200 mL濃度為0.1 mol/L的H C l溶液中，預(yù)熱至37 ℃，加入1 0 0 μ g胃蛋白酶（酶∶底物為1∶1 0 0，m/m），37 ℃水浴振蕩，分別在消化0、30、60、120 min后取酶解液10 mL，加入1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至7.0后，加入100 μg胰蛋白酶（酶∶底物為1∶100，m/m），37 ℃水浴振蕩，分別在消化30、60、90、120 min之后取酶解液10 mL。

所有酶解液取出后立即沸水浴5 min滅酶，流水冷卻后加入10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）溶液，混合均勻后8 000×g離心20 min，棄去上清液，向沉淀中加入10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10% TCA溶液洗滌，同樣條件下再次離心20 min。轉(zhuǎn)移沉淀，采用凱式定氮法測(cè)定其氮質(zhì)量。各取樣時(shí)間點(diǎn)的蛋白質(zhì)體外消化率計(jì)算公式如式（12）所示。

式中：N0為消化前樣品TCA溶液中不溶性氮質(zhì)量/mg；Nt表示消化時(shí)間t/min后樣品TCA溶液中不溶性氮質(zhì)量/mg。

1.3.14 感官評(píng)分的測(cè)定

參考張麗霞等[23]的方法并稍加改進(jìn)。稱取適量樣品于清潔的白色陶瓷盤中，保持樣品質(zhì)量一致，在明亮柔和的燈光下目測(cè)樣品色澤；將相同質(zhì)量的樣品倒入透明玻璃杯中，加入8 倍體積的80 ℃溫開水，攪拌均勻，觀察其沖調(diào)性并評(píng)分；嗅其氣味并品嘗其滋味，對(duì)米糊氣味和口感進(jìn)行評(píng)分；各單項(xiàng)評(píng)分采取百分制（表1）；統(tǒng)計(jì)各評(píng)定人員的單項(xiàng)評(píng)分，并根據(jù)各單項(xiàng)評(píng)分權(quán)重計(jì)算出綜合評(píng)分，公式如式（13）所示。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table1 Criteria for sensory evaluation of extruded rice fl our

1.3.15 粗脂肪、膳食纖維含量的測(cè)定

粗脂肪含量的測(cè)定：索氏提取法，參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》。

膳食纖維含量的測(cè)定：酶質(zhì)量法，參照GB 5009.88—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，除特殊說明，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為3 次平行測(cè)定結(jié)果，表示為±s，使用SPSS Statistics 19.0軟件進(jìn)行Duncan法多重比較及顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著；使用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 糙米原料主要化學(xué)成分的含量

表2 糙米原料的主要化學(xué)成分含量Table2 Chemical composition of brown rice

如表2所示，紅米的蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)到9.81 g/100 g，其次是黑米，而普通糙米的蛋白質(zhì)含量最低；黑米的粗脂肪含量最高，其次是普通糙米，紅米的粗脂肪含量最低；普通糙米的淀粉含量最高，而膳食纖維含量最低；黑米的淀粉含量最低，而膳食纖維含量最高；紅米的淀粉和膳食纖維含量均介于普通糙米和黑米之間。

2.2 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉擠出物徑向膨化率的影響

圖1 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉擠出物徑向膨化率的影響Fig.1 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on radial expansion ratio of brown rice extrudates

如圖1所示，預(yù)酶解-擠壓膨化處理顯著降低了3 種糙米粉的徑向膨化率（P＜0.05）。其中，普通糙米粉的徑向膨化率由2.02下降至1.15；紅米糙米粉由2.29下降至1.59；黑米糙米粉由2.08下降至1.12。

徑向膨化率是衡量膨化率的重要指標(biāo)。Mezreb等[24]研究發(fā)現(xiàn)添加蔗糖對(duì)擠壓膨化玉米和小麥的截面膨化率和軸向膨化率均有減小的作用；Keith等[25]研究發(fā)現(xiàn)向玉米和小麥混合粉中添加鹽和糖均具有減小擠出物徑向膨化率的作用。擠壓膨化過程中，物料在膨化機(jī)腔內(nèi)受到壓力和熱力的共同作用而形成熔融態(tài)，熔融體的黏度過低會(huì)導(dǎo)致擠出?？诤笃鋬?nèi)部氣泡易塌陷、破裂，最終導(dǎo)致擠出物的膨化率降低[26]。糙米粉在預(yù)酶解-擠壓膨化過程中，部分淀粉被高溫α-淀粉酶分解，轉(zhuǎn)化成糊精、低聚糖、麥芽糖和葡萄糖等小分子糖類。淀粉的相對(duì)含量減少導(dǎo)致擠壓機(jī)腔內(nèi)熔融體的黏度降低，進(jìn)而降低徑向膨化率。同時(shí)，小分子糖類的存在會(huì)使熔融體的表面張力增大，降低其玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，一方面使擠出瞬間熔融體的氣泡膨脹減弱；另一方面使熔融體經(jīng)過無定形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的過程延長(zhǎng)，進(jìn)而使氣泡收縮的時(shí)間延長(zhǎng)，收縮程度加大[27]。由于預(yù)酶解處理的酶添加量和水分含量相對(duì)較高，水解的淀粉含量相對(duì)較高，導(dǎo)致糙米粉的徑向膨化率降低幅度較大。另外，預(yù)酶解過程涉及濕熱作用，原料在這個(gè)過程中粉質(zhì)變軟也對(duì)膨化率的降低有一定影響。

2.3 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉沖調(diào)分散性的影響

如表3所示，預(yù)酶解-擠壓膨化處理顯著提高了3種糙米粉的WSI（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的WSI分別提高了2.04、1.35和1.71 倍。WAI均顯著降低（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的WAI分別降低了67.87%、60.96%和62.17%。分散時(shí)間均顯著縮短（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的分散時(shí)間分別縮短了66.61%、61.79%和64.30%。結(jié)塊率均顯著升高（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的結(jié)塊率分別提高了5.44、6.27 倍和3.07 倍。

表3 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉沖調(diào)分散性的影響Table3 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on dispersability of brown rice fl our

擠出物的WAI主要反映淀粉的持水性能，而WSI主要反映大分子降解的程度[28]。預(yù)酶解-擠壓膨化過程中高溫α-淀粉酶降解部分淀粉分子，使小分子糖類等可溶性物質(zhì)含量增加，同時(shí)淀粉結(jié)構(gòu)被破壞，與水作用后吸水和持水性能下降，宏觀表現(xiàn)為WSI上升而WAI下降。分散時(shí)間的結(jié)果也與WAI、WSI相對(duì)應(yīng)，經(jīng)預(yù)酶解-擠壓膨化的糙米粉分散時(shí)間更短，其原因在于經(jīng)過預(yù)酶解-擠壓膨化，淀粉含量降低、結(jié)構(gòu)松散、小分子親水物質(zhì)含量增加，糙米粉親水性增強(qiáng)，綜合表現(xiàn)為分散時(shí)間更短。Xu Enbo等[12-13]發(fā)現(xiàn)添加高溫α-淀粉酶的糯米和糯米、大豆混合物經(jīng)過擠壓膨化后，其WAI比不添加高溫α-淀粉酶均有下降，而WSI均有升高，與本研究結(jié)果一致。預(yù)酶解-擠壓膨化普通糙米粉的WSI達(dá)到55.93%，高于張冬媛等[11]發(fā)芽-擠壓-淀粉酶協(xié)同處理的42.06%和許亞翠等[10]直接添加高溫α-淀粉酶處理的10.91%，而WAI為1.96，低于張冬媛等[11]發(fā)芽-擠壓-淀粉酶協(xié)同處理的3.78，說明預(yù)酶解-擠壓膨化技術(shù)對(duì)糙米粉沖調(diào)分散性的改善更加顯著。

許亞翠等[10]研究發(fā)現(xiàn)在大米的擠壓膨化過程中，添加高溫α-淀粉酶使米粉的結(jié)塊率由32.0%下降到11.25%。張冬媛等[11]也發(fā)現(xiàn)在糙米擠壓膨化過程中，加入高溫α-淀粉酶使糙米粉結(jié)塊率降低。但本研究發(fā)現(xiàn)預(yù)酶解-擠壓膨化顯著提高糙米粉的結(jié)塊率。其原因可能是由于物料在機(jī)腔內(nèi)停留時(shí)間只有十幾秒至幾十秒，添加的酶制劑沒有足夠的反應(yīng)時(shí)間作用于物料，而本研究采用預(yù)酶解-擠壓膨化技術(shù)，預(yù)酶解處理于擠壓膨化前進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、原料酶解程度較高，擠壓后糙米粉中小分子糖和糊精含量更高，親水性更強(qiáng)。在加入熱水后，表層粉體迅速吸水，結(jié)塊率的測(cè)定過程中沒有攪拌操作，表層粉體附著在物料表面，阻礙內(nèi)部粉體吸收水分，最終形成內(nèi)部包裹干粉的團(tuán)塊結(jié)構(gòu)。而分散時(shí)間的測(cè)定方法是將粉體通過漏斗緩慢加入磁力攪拌的熱水中，所以并未形成結(jié)塊，分散時(shí)間更短。朱云輝等[29]在研制復(fù)合營(yíng)養(yǎng)粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)添加親水性較強(qiáng)的奶粉可以改善復(fù)合營(yíng)養(yǎng)粉的沖調(diào)性，但奶粉添加量過高時(shí)復(fù)合營(yíng)養(yǎng)粉的結(jié)塊率會(huì)增加。表層粉體親水性過強(qiáng)的同時(shí)缺乏攪拌，引起的移動(dòng)分散過慢可能是結(jié)塊率升高的共同原因。

2.4 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉米糊黏度的影響

圖2 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉米糊黏度的影響Fig.2 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on viscosity of brown rice paste

如圖2所示，預(yù)酶解-擠壓膨化使糙米粉的米糊黏度降低，預(yù)酶解-擠壓膨化糙米粉和對(duì)照組糙米粉均有剪切稀釋的性質(zhì)，但預(yù)酶解-擠壓膨化使糙米粉的米糊在較低的剪切速率下具有較低的黏度，黏度曲線趨于平直，剪切稀釋效應(yīng)與對(duì)照組相比不明顯，與2.3節(jié)中WSI、WAI和分散時(shí)間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，均證明了預(yù)酶解-擠壓膨化可以改善糙米粉的沖調(diào)性能。

2.5 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉色度的影響

表1 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉色度的影響Table1 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on color of brown rice fl our

如表4所示，與對(duì)照組相比，預(yù)酶解-擠壓膨化使紅米和黑米原料糙米粉的亮度值、紅/綠值和黃/藍(lán)值均顯著升高（P＜0.05）；但普通糙米粉的亮度值顯著升高（P＜0.05），而紅/綠值和黃/藍(lán)值顯著降低（P＜0.05）。與對(duì)照組相比，預(yù)酶解-擠壓膨化使糙米粉產(chǎn)生一定的色差，色差值均大于3，表示色差肉眼可分辨。

糙米原料在預(yù)酶解-擠壓膨化的過程中，與直接擠壓膨化相比，色度的變化主要有3 個(gè)方面的原因：首先，糙米原料經(jīng)過預(yù)酶解，還原糖含量升高，進(jìn)而對(duì)美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等非酶褐變具有促進(jìn)作用；其次，預(yù)酶解過程中的濕熱作用使糙米原料粉質(zhì)發(fā)生軟化，擠壓過程中粉體顆粒之間的摩擦力減小，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)腔內(nèi)壓力和溫度降低，對(duì)非酶褐變的反應(yīng)又具有抑制作用；最后，預(yù)酶解-擠壓膨化過程中由于高溫α-淀粉酶的酶解作用使糙米原料中的色素物質(zhì)得到釋放，對(duì)糙米粉色度產(chǎn)生一定影響。3 種原料經(jīng)過預(yù)酶解-擠壓膨化后亮度值均顯著增加，其中色素含量低、顏色更白的糙米原料紅/綠值和黃/藍(lán)值顯著降低，說明預(yù)酶解處理實(shí)際上抑制了擠壓膨化過程中的非酶褐變。紅米和黑米中花青素、花色苷和原花色素等有色物質(zhì)含量豐富[30-32]，淀粉酶分解淀粉的過程對(duì)這些物質(zhì)具有一定的釋放作用，所以其紅/綠值和黃/藍(lán)值顯著升高，普通糙米中這些色素物質(zhì)含量很低，則未表現(xiàn)出這種現(xiàn)象。

2.6 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉淀粉、還原糖、總蛋白質(zhì)、可溶性蛋白含量和糊化度的影響

表5 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉淀粉、還原糖、總蛋白質(zhì)、可溶性蛋白含量和糊化度的影響Table5 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on the contents of starch, reducing sugar and soluble/total protein,and gelatinization degree of brown rice fl our

如表5所示，與對(duì)照組相比，預(yù)酶解-擠壓膨化處理顯著降低了3 種糙米粉的淀粉含量（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉淀粉含量分別降低了29.22%、28.71%和26.70%；顯著提高了3 種糙米粉的還原糖含量（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉還原糖含量分別升高了70.09、93.25 倍和11.43 倍；顯著提高了3 種糙米粉的可溶性蛋白含量（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉可溶性蛋白含量分別提高了1.50、2.87 倍和2.27 倍；增加了3 種糙米粉的總蛋白質(zhì)含量，但差異不顯著；顯著降低了3 種糙米粉的淀粉糊化度（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉淀粉糊化度分別降低了19.53%、8.94%和13.13%。

預(yù)酶解-擠壓膨化過程中超過1/4的淀粉發(fā)生了水解。淀粉水解直接表現(xiàn)為淀粉含量的顯著降低和還原糖含量的顯著升高，而淀粉糊化度的降低和可溶性蛋白含量的提高則源于淀粉水解的間接作用。淀粉水解使與其緊密結(jié)合的蛋白質(zhì)暴露、分離[33]，導(dǎo)致可溶性蛋白含量提高。淀粉糊化度的降低有兩方面原因：一方面，物料在預(yù)酶解過程中受到濕熱作用，粉質(zhì)變軟，擠壓過程中的壓力和溫度降低；另一方面，糊化的淀粉被水解也是淀粉糊化度降低的一個(gè)重要因素[34]。

2.7 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉淀粉體外消化特性的影響

表6 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉淀粉體外消化特性的影響Table6 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on starch digestibility in vitro of brown rice fl our

如表6所示，與對(duì)照組相比，預(yù)酶解-擠壓膨化處理顯著降低了3 種糙米粉快消化淀粉的比例（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉快消化淀粉的比例分別降低了36.27%、13.85%和27.33%；顯著提高了3 種糙米粉抗性淀粉的比例（P＜0.05），普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉抗性淀粉的比例分別提高了152.80%、126.28%和99.53%；提高了普通糙米和黑米糙米粉慢消化淀粉的比例（分別提高了18.48和56.74%），但紅米糙米粉慢消化淀粉的比例顯著降低（P＜0.05）。預(yù)酶解-擠壓膨化減慢了糙米粉淀粉的體外消化速率。

預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉淀粉體外消化的影響主要由兩方面原因造成：一方面，如2.6節(jié)所述，淀粉水解的間接作用導(dǎo)致淀粉糊化度的降低，雖然未糊化的淀粉也能夠被體外消化過程中的淀粉酶水解，但是其水解速率遠(yuǎn)低于糊化后的淀粉；另一方面，淀粉含量降低的同時(shí)，糊精、麥芽糖、葡萄糖等小分子產(chǎn)物含量增加，體外消化模型的本質(zhì)是酶促反應(yīng)，底物濃度的降低和產(chǎn)物濃度的升高均能降低酶促反應(yīng)的速率。紅米糙米粉慢消化淀粉的比例顯著降低，與其他兩種原料的變化趨勢(shì)相反，其原因可能是原料種類不同，造成淀粉體外消化速率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)稍有不同，經(jīng)過特定反應(yīng)時(shí)間段的計(jì)算，得到慢消化淀粉比例下降的結(jié)果，但總體趨勢(shì)依然是淀粉體外消化速率減慢，快消化淀粉比例降低。

2.8 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉蛋白質(zhì)體外消化特性的影響

如圖3所示，與對(duì)照組相比，預(yù)酶解-擠壓膨化提高了3 種糙米粉的蛋白質(zhì)體外消化速率，且顯著提高了胃和腸消化終點(diǎn)處的消化率。腸消化終點(diǎn)處普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的蛋白質(zhì)體外消化率分別由72.55%、74.43%和70.68%提高至85.20%、83.06%和79.97%。

圖3 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉蛋白質(zhì)體外消化特性的影響Fig.3 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on protein digestibility in vitro of brown rice fl our

如2.6節(jié)所述，預(yù)酶解-擠壓膨化過程中淀粉的水解釋放了一定量的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)本來與淀粉互相結(jié)合而存在，淀粉被水解、結(jié)構(gòu)變松散之后，與這部分淀粉相結(jié)合的蛋白質(zhì)變?yōu)橛坞x態(tài)。同時(shí)，預(yù)酶解過程中的濕熱作用也可能使蛋白質(zhì)發(fā)生一定的熱變性，從而使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變松散、酶切位點(diǎn)更多地暴露出來，體外消化過程中更易被蛋白酶水解，導(dǎo)致蛋白質(zhì)體外消化速率和最終消化率均有所提高。

2.9 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉感官評(píng)分的影響

表7 預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉淀粉感官評(píng)分的影響Table7 Effect of enzymatic pretreatment and extrusion on sensory evaluation scores of brown rice fl our

如表7所示，與對(duì)照組相比，預(yù)酶解-擠壓膨化顯著提高了3 種糙米粉的沖調(diào)性單項(xiàng)評(píng)分和加權(quán)綜合評(píng)分（P＜0.05），但對(duì)色澤、氣味和口感沒有顯著影響，綜合感官評(píng)分的提高主要源于預(yù)酶解-擠壓膨化對(duì)糙米粉沖調(diào)性的改善。

3 結(jié) 論

預(yù)酶解-擠壓膨化處理使糙米粉的W S I顯著提高（P＜0.05），WAI、分散時(shí)間和米糊黏度顯著降低（P＜0.05），沖調(diào)分散性得到極大改善，沖調(diào)性評(píng)分和綜合感官評(píng)分顯著提高（P＜0.05）。普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的WSI分別提高了2.04、1.35 倍和1.71 倍，WAI分別降低了67.87%、60.96%和62.17%，分散時(shí)間分別縮短了66.61%、61.79%和64.30%。

預(yù)酶解-擠壓膨化使紅米和黑米糙米粉的亮度值、紅/綠值和黃/藍(lán)值均顯著升高（P＜0.05），但普通糙米粉的亮度值顯著升高（P＜0.05），而紅/綠值和黃/藍(lán)值顯著降低（P＜0.05），3 種糙米粉的色差值均大于3。

預(yù)酶解-擠壓膨化處理使糙米粉的淀粉含量和糊化度顯著降低（P＜0.05），還原糖、可溶性蛋白含量顯著提高（P＜0.05），淀粉體外消化速率減慢，快消化淀粉比例顯著降低（P＜0.05），蛋白質(zhì)體外消化速率加快，消化率提高。普通糙米、紅米和黑米3 種糙米粉的可溶性蛋白含量分別提高了1.50、2.87 倍和2.27 倍，淀粉含量分別降低了29.22%、28.71%和26.70%。

本研究結(jié)果可為改善糙米粉食用品質(zhì)、拓寬糙米的加工利用途徑提供指導(dǎo)。