擠壓雜糧重組米糊化特性研究

李兆釗 吳衛(wèi)國(guó),2 廖盧艷,2 何 彪

(1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2. 湖南省發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

雜糧主要指除稻米和小麥之外的谷物、大豆和薯類(lèi)的總稱(chēng)[1]。雜糧作為一類(lèi)重要的食品原料不僅具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)還具有許多生理功能，經(jīng)常食用雜糧可以預(yù)防熱性疾病和心腦血管疾病，還有調(diào)節(jié)血糖等作用。但由于雜糧口感粗糙，適口性較差，導(dǎo)致人們對(duì)其的接受程度不高。同時(shí)由于國(guó)家糧食儲(chǔ)備的需要以及市場(chǎng)需求的不斷調(diào)整，每年都會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?chǔ)藏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、食用品質(zhì)下降的陳化大米，造成資源的浪費(fèi)。而現(xiàn)在通過(guò)有效的加工技術(shù)如擠壓加工技術(shù)，可以以陳化大米粉為主料，雜糧(蕎麥、燕麥麩皮、藜麥、鷹嘴豆、青稞)為輔料，進(jìn)行混合復(fù)配，通過(guò)擠壓成型、切割造粒得到雜糧擠壓重組米，既可以改善雜糧適口性差的問(wèn)題，同時(shí)可以提高低值大米如陳米、碎米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食用價(jià)值，提高雜糧和低值大米資源的有效利用率，實(shí)現(xiàn)物盡其用。

近年來(lái)，擠壓重組米加工技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究越來(lái)越多，王嫻等[2]研究了菊粉、大豆多糖與燕麥麩皮等輔料添加對(duì)擠壓重組米的食用品質(zhì)及其消化性質(zhì)的影響；祁湛瑤等[3]以大米、玉米以及常見(jiàn)的食用菌為原料通過(guò)擠壓加工技術(shù)制備了高膳食纖維擠壓重組米；田颯颯[4]進(jìn)行了青稞擠壓重組復(fù)配米的理化特性研究，得到了與粳米蒸煮品質(zhì)相近，接近秈米質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的復(fù)配米；Kim等[5]通過(guò)擠壓加工技術(shù)，以大米粉、玉米粉、馬鈴薯粉等為主要原料，制備得到營(yíng)養(yǎng)豐富的功能性重組米；吳偉等[6]以大豆膳食纖維和碎米粉為原料，研究了大豆膳食纖維對(duì)擠壓重組米的食用品質(zhì)與蒸煮特性的影響；張彥軍等[7]通過(guò)響應(yīng)面方法分析優(yōu)化了米糠重組米的擠壓工藝參數(shù)，得到了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，質(zhì)構(gòu)特性與天然精白米接近的米糠重組米。目前擠壓重組米領(lǐng)域的研究[8-9]主要集中在加工工藝、品質(zhì)改良劑等對(duì)擠壓重組米的品質(zhì)的影響等方面，關(guān)于不同雜糧品質(zhì)特性對(duì)擠壓重組米的影響研究尚不多，而大米制品中的淀粉特性會(huì)很大程度影響到其加工特性與品質(zhì)特性，有研究[10-11]表明不同谷物雜糧添加物如麥麩、馬鈴薯全粉、米糠等對(duì)大米粉的糊化特性有顯著性影響，而就不同雜糧輔料添加對(duì)重組米粉的糊化特性的影響鮮有報(bào)道。

試驗(yàn)擬以陳化秈米粉為主要原料，蕎麥、青稞、藜麥、鷹嘴豆、燕麥麩皮為輔料，經(jīng)過(guò)擠壓加工技術(shù)制備為擠壓重組米，研究不同雜糧添加物及其添加量對(duì)擠壓雜糧重組米粉糊化特性的影響規(guī)律，旨在為研發(fā)加工特性和食用品質(zhì)俱佳的擠壓雜糧重組米提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

早秈陳米：余赤，湖南金健米制食品有限公司；

蕎麥：黑龍江省五常市楊粉房制米廠(chǎng)；

燕麥麩皮：張家口橋西區(qū)楊氏兄弟糧油加工廠(chǎng)；

藜麥：晉北農(nóng)家特產(chǎn)店；

青稞：青海鑫寧生物科技有限公司；

鷹嘴豆：烏魯木齊西域之尚電子商務(wù)有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

電子天平：AEY-200型，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司；

快速黏度分析儀：RVA-3D型，澳大利亞Newport科學(xué)儀器公司；

雙螺桿擠壓膨化機(jī)：GTS75型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；

蘇泊爾電飯煲：CFXB16YA3-30型，杭州蘇泊爾電器有限公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：101-2AB型，天津市泰斯特儀器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA-XT2i Plus型，英國(guó)Stable Micro Systems公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 配料設(shè)計(jì)

(1) 對(duì)照組：早秈陳米粉(過(guò)60目篩)。

(2) 試驗(yàn)組：在對(duì)照組的基礎(chǔ)上，分別添加占進(jìn)料干基比重為5%，10%，15%，20%，25%的蕎麥粉、燕麥麩皮粉、藜麥粉、青稞粉、鷹嘴豆粉(過(guò)60目篩)。

1.3.2 雜糧重組米擠壓制備

原料挑選→粉碎過(guò)篩→按比例混合→喂料→擠壓熟化→切割造粒→氣流干燥→冷卻→成品

(1) 原料預(yù)處理：原料粉碎后要求過(guò)60目篩。

(2) 原料配制與混勻：以早秈陳米粉為基礎(chǔ)，將占進(jìn)料干基不同比重的蕎麥粉、燕麥麩皮粉、藜麥粉、青稞粉、鷹嘴豆粉分別添加進(jìn)去進(jìn)行配粉并混勻，備用。

(3) 擠壓與成型：混粉在雙螺桿擠壓機(jī)中擠壓熟化后，通過(guò)特定的模具進(jìn)行切割造粒，得到具有米粒大小和形狀的重組米。雙螺桿擠壓機(jī)參數(shù)設(shè)置：喂料速率250 g/min，物料加水量26%，螺桿轉(zhuǎn)速150 r/min，擠壓機(jī)腔體溫度從進(jìn)料端到出料端的各區(qū)(T2～T6)溫度依次為60，140，150，70，60 ℃。

(4) 干燥：制備的擠壓重組米剛開(kāi)始在溫度為45 ℃的流化床中初步干燥10 min，再置于烘箱中40 ℃烘干至重組米水分含量低于12%，取出備用。

1.3.3 原料大米和雜糧的成分分析

(1) 總淀粉含量的測(cè)定：按GB 5009.9—2016中酶水解法執(zhí)行。

(2) 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：按GB 5009.5—2016中凱氏定氮法執(zhí)行。

(3) 膳食纖維含量的測(cè)定：按GB 5009.88—2014執(zhí)行。

1.3.4 糊化特性測(cè)定 根據(jù)文獻(xiàn)[12]，用快速黏度儀RVA對(duì)淀粉糊化參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。各重組米粉碎過(guò)60目篩，測(cè)定含水率，根據(jù)樣品的含水率得到樣品的干基重量，固定加水量為25 mL，將樣品加入RVA專(zhuān)用鋁盒內(nèi)，用攪拌器將樣品攪拌均勻(淀粉懸浮液放置不能超過(guò)1 min)，然后放入儀器中進(jìn)行測(cè)定。采用升溫/降溫循環(huán)，糊化程序：50 ℃保持1 min，4 min內(nèi)加熱至95 ℃保溫5.5 min，4 min 內(nèi)冷卻至50 ℃并在50 ℃保持4 min。另外旋轉(zhuǎn)漿在起始10 s內(nèi)旋轉(zhuǎn)速度為960 r/min，以后保持160 r/min至結(jié)束。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理 采用Excle軟件和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，用Origin軟件繪圖，所有數(shù)據(jù)均為3次平行試驗(yàn)的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜糧成分組成

原料大米及雜糧的基本成分含量見(jiàn)表1。

表1 原料中基本組分物質(zhì)含量

2.2 雜糧添加量對(duì)擠壓雜糧重組米峰值黏度的影響

單因素方差分析結(jié)果表明，不同的雜糧添加物的添加量對(duì)重組米的峰值黏度均具有顯著性影響(P<0.05)。由圖1可知，隨著藜麥、青稞添加量的增加，重組米的峰值黏度逐漸升高；當(dāng)添加量為25%時(shí)，藜麥重組米的峰值黏度由718 Pa·s增加至883 Pa·s(增加率23%)，青稞重組米的峰值黏度由718 Pa·s增加至868 Pa·s(增加率20.9%)。添加鷹嘴豆和蕎麥可以顯著降低重組米峰值黏度(P<0.05)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，鷹嘴豆重組米的峰值黏度由718 Pa·s降低至440 Pa·s(降低率38.7%)，蕎麥重組米的峰值黏度由718 Pa·s降低至675 Pa·s(降低率6%)。而隨著燕麥麩皮添加量的增加，重組米的峰值黏度先降低后升高，當(dāng)添加量為10%時(shí)，燕麥麩皮重組米的峰值黏度由718 Pa·s降低為532 Pa·s(降低率25.9%)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，燕麥麩皮重組米的峰值黏度增加至1 238 Pa·s(增加率132.7%)，較對(duì)照組的增加了72.4%。說(shuō)明添加藜麥、青稞能促進(jìn)淀粉的膨脹，提高淀粉糊的黏性，提高重組米的峰值黏度，其提高程度與添加量呈正比。而添加鷹嘴豆和蕎麥對(duì)淀粉的膨脹具有抑制作用，能降低淀粉糊的黏性，可能與鷹嘴豆中較高的蛋白質(zhì)含量有關(guān)，蛋白質(zhì)在淀粉糊化過(guò)程中能與淀粉相互作用形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而保護(hù)淀粉顆粒，抑制淀粉吸水膨脹，降低峰值黏度[13-14]。而小添加量的燕麥麩皮可以抑制淀粉的膨脹，降低峰值黏度，當(dāng)添加量>15%時(shí)將促進(jìn)淀粉的膨脹，提高峰值黏度，可能是由于燕麥麩皮含有豐富的膳食纖維，少量的膳食纖維會(huì)阻礙水分子進(jìn)入淀粉顆粒的無(wú)定形區(qū)域，從而抑制淀粉的膨脹，而大量的膳食纖維在擠壓加工過(guò)程中能對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用，增加未糊化淀粉濃度，提高重組米峰值黏度。

圖1 雜糧添加量對(duì)重組米峰值黏度的影響

Figure 1 Effects of different additions of coarse grains on peak viscosity of reconstituted rice

2.3 雜糧添加量對(duì)重組米谷值黏度的影響

由單因素方差分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同的雜糧添加物的添加量對(duì)谷值黏度的影響均具有顯著差異性(P<0.05)。由圖2可知，添加蕎麥、青稞可以顯著提高重組米谷值黏度(P<0.05)，且隨著添加量的增加而提高；當(dāng)添加量為25%時(shí)，蕎麥重組米的谷值黏度由243 Pa·s增加至268 Pa·s(增加率10.3%)，青稞重組米的谷值黏度由243 Pa·s增加至301 Pa·s(增加率23.9%)。添加鷹嘴豆可以顯著降低重組米谷值黏度(P<0.05)，且與添加量呈依賴(lài)關(guān)系；當(dāng)添加量為25%時(shí)，鷹嘴豆重組米的谷值黏度由243 Pa·s降低至57 Pa·s(降低率76.54%)。隨著燕麥麩皮添加量的增加，重組米的谷值黏度呈先降低后升高的趨勢(shì)；當(dāng)燕麥麩皮添加量為10%時(shí)，重組米谷值黏度由243 Pa·s降低至104 Pa·s(降低率57.2%)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，燕麥麩皮重組米的谷值黏度增加至197 Pa·s(增加率89.4%)，較對(duì)照組的降低了18.9%。隨著藜麥添加量的增加，重組米的谷值黏度先升高后降低，當(dāng)添加量為5%時(shí)，藜麥重組米的谷值黏度由243 Pa·s增加至294 Pa·s(增加率21%)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，藜麥重組米的谷值黏度降低至257 Pa·s(降低率12.6%)，較對(duì)照組的增加了5.8%。說(shuō)明添加蕎麥、青稞會(huì)提高重組米粉的谷值黏度，提高其高溫耐剪切能力，其提高程度隨添加量的增大而增加。添加鷹嘴豆和燕麥麩皮均會(huì)降低重組米粉的谷值黏度，使重組米的高溫耐剪切力下降，其中燕麥麩皮在添加量為10%時(shí)重組米粉的谷值黏度最低，當(dāng)添加量>10%時(shí)，開(kāi)始隨著添加量的增加不斷增大，當(dāng)添加量為25%時(shí)，其谷值黏度仍然顯著低于對(duì)照組。藜麥添加量在5%時(shí)，重組米粉的高溫耐剪切性最強(qiáng)，當(dāng)添加量>5%后開(kāi)始隨著添加量的增加而逐漸降低，添加量為25%時(shí)其谷值黏度依然顯著高于對(duì)照組。

2.4 雜糧添加量對(duì)重組米最終黏度的影響

單因素方差分析結(jié)果表明，不同的雜糧添加物的添加量對(duì)最終黏度的影響均具有顯著差異性(P<0.05)。由圖3可知，添加蕎麥、青稞、藜麥可以顯著增加重組米最終黏度(P<0.05)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，蕎麥重組米的最終黏度由339 Pa·s增加至416 Pa·s(增加率22.7%)，青稞重組米的最終黏度由339 Pa·s增加至437 Pa·s(增加率28.9%)，藜麥重組米的最終黏度增加至468 Pa·s(增加率38.1%)。添加鷹嘴豆可以顯著降低重組米最終黏度(P<0.05)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，鷹嘴豆重組米的最終黏度由339 Pa·s降低至212 Pa·s(降低率37.5%)。隨著燕麥麩皮添加量的增加，重組米的最終黏度先降低后增加，當(dāng)添加量為10%時(shí)，燕麥麩皮重組米的最終黏度由339 Pa·s降低至297 Pa·s(降低率12.4%)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，燕麥麩皮重組米的最終黏度增加至508 Pa·s(增加率71%)，較對(duì)照組的增加49.9%。說(shuō)明添加蕎麥、青稞、藜麥會(huì)使重組米的最終黏度增加，提高淀粉糊的硬度，且隨添加量的增加而不斷提高，可能與直鏈淀粉含量有關(guān)，這是因?yàn)橹辨湹矸酆吭诶鋮s過(guò)程中容易發(fā)生重排，直鏈淀粉含量越高，淀粉糊冷卻凝膠強(qiáng)度越大，最終黏度越大[15]。添加少量的燕麥麩皮會(huì)使重組米糊的硬度下降，降低重組米的最終黏度，當(dāng)添加量>20%時(shí)，燕麥麩皮重組米糊的硬度明顯提高，其最終黏度大于對(duì)照組。隨著鷹嘴豆添加量的增加，重組米糊的硬度不斷降低，可能是由于鷹嘴豆中較高的蛋白質(zhì)含量導(dǎo)致[16]。

圖2 雜糧添加量對(duì)重組米谷值黏度的影響

Figure 2 Effects of different additions of coarse grains on the trough viscosity of reconstituted rice

2.5 雜糧添加量對(duì)重組米衰減值的影響

由單因素方差分析結(jié)果可知，不同的雜糧添加物的添加量對(duì)衰減值的影響均具有顯著差異性(P<0.05)。圖4表明，添加蕎麥和鷹嘴豆可以顯著降低重組米衰減值(P<0.05)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，蕎麥重組米的衰減值由475 Pa·s降低至407 Pa·s(降低率14.3%)，鷹嘴豆重組米的衰減值由475 Pa·s降低至383 Pa·s(降低率19.4%)。添加燕麥麩皮、藜麥在添加量較小時(shí)衰減值會(huì)隨添加量的增加而降低，當(dāng)添加量較大時(shí)衰減值隨添加量的增加而增加；當(dāng)燕麥麩皮添加量為10%時(shí)，燕麥麩皮重組米的衰減值由475 Pa·s降低至428 Pa·s(降低率9.9%)，當(dāng)燕麥麩皮添加量為25%時(shí)，重組米衰減值增加至1 040 Pa·s(增加率143%)，較對(duì)照組重組米的衰減值增加了118.9%。當(dāng)添加量為5%時(shí)，藜麥重組米的衰減值由475 Pa·s降低至413 Pa·s(降低率13.1%)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，藜麥重組米的衰減值增加至626 Pa·s(增加率51.6%)，較對(duì)照組重組米的衰減值增加了31.8%。添加青稞會(huì)使重組米的衰減值隨添加量的增加而增加；當(dāng)添加量為25%時(shí)，青稞重組米的衰減值由475 Pa·s增加至567 Pa·s(增加率19.4%)。表明添加蕎麥和鷹嘴豆以及少量的燕麥麩皮、藜麥、青稞能降低重組米的衰減值，提高重組米淀粉糊的耐熱穩(wěn)定性，可能與其淀粉含量或者顆粒特性有關(guān)[17]。當(dāng)燕麥麩皮和藜麥添加量>15%時(shí)，重組米的衰減值明顯高于對(duì)照組。當(dāng)青稞添加量>20%時(shí)，重組米糊的熱穩(wěn)定性顯著高于對(duì)照組，可能是由于青稞淀粉易吸水膨脹，膨脹后淀粉強(qiáng)度低且易破裂，從而降低了重組米糊的熱穩(wěn)定[18]。

圖3 雜糧添加量對(duì)重組米最終黏度的影響

Figure 3 Effects of different additions of coarse grains on the final viscosity of reconstituted rice

2.6 雜糧添加量對(duì)重組米回生值的影響

由圖5可知，不同的雜糧添加物對(duì)回生值的影響均具有顯著差異性(P<0.05)。添加蕎麥、青稞、藜麥、燕麥麩皮、鷹嘴豆均會(huì)顯著增加重組米的回生值(P<0.05)；當(dāng)添加量為25%時(shí)，蕎麥重組米的回生值由95.7 Pa·s增加至148.0 Pa·s(增加率56.4%)，青稞重組米的回生值由95.7 Pa·s增加至136.0 Pa·s(增加率42.1%)，藜麥重組米的回生值由95.7 Pa·s增加至211.0 Pa·s(增加率120.5%)，燕麥麩皮重組米的回生值由95.7 Pa·s增加至310.7 Pa·s(增加率224.7%)，鷹嘴豆重組米的回生值由95.7 Pa·s增加至155.0 Pa·s(增加率62%)。結(jié)果表明，添加雜糧會(huì)加速重組米的回生現(xiàn)象，其中燕麥麩皮對(duì)重組米回生現(xiàn)象的影響程度最大，燕麥麩皮重組米更易回生，可能與雜糧輔料中的淀粉含量、直支比，蛋白質(zhì)、膳食纖維以及脂肪含量等影響因素有關(guān)[19]。

圖4 雜糧添加量對(duì)重組米衰減值的影響

Figure 4 Effects of different additions of coarse grains on the breakdown value of reconstituted rice

圖5 雜糧添加量對(duì)重組米回生值的影響

Figure 5 Effects of different additions of coarse grains on the set-back value of reconstituted rice

3 結(jié)論

蕎麥、青稞、藜麥、鷹嘴豆和燕麥麩皮5種雜糧的添加均能顯著影響重組米的糊化特性，且隨著添加量的變化，重組米的糊化特性也隨之發(fā)生改變。5種雜糧添加物對(duì)重組米黏度和衰減值有著不同的影響，添加鷹嘴豆會(huì)顯著降低重組米的黏度和衰減值；添加蕎麥、藜麥均會(huì)降低重組米的峰值黏度，增加重組米的谷值黏度和最終黏度；添加蕎麥和少量的藜麥會(huì)降低衰減值，而藜麥添加量>15%時(shí)會(huì)顯著增加重組米的衰減值；添加青稞會(huì)顯著增加重組米的黏度和衰減值；添加燕麥麩皮會(huì)顯著降低谷值黏度，少量燕麥麩皮添加會(huì)降低重組米的峰值黏度、最終黏度和衰減值。5種雜糧添加物均會(huì)顯著提高重組米的回生值，降低重組米的口感，因此如何降低雜糧重組米的回生值，抑制雜糧重組米的老化回生，提升雜糧重組米的品質(zhì)是后續(xù)雜糧重組米的一個(gè)重要研究方向。

由于不同雜糧的主要理化成分和分子結(jié)構(gòu)存在較大差異，而且在擠壓加工過(guò)程中不同雜糧的加工特性也存在差異，所以不同雜糧對(duì)重組米的糊化特性的影響存在較大差異，后續(xù)可以對(duì)擠壓雜糧重組米的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和淀粉晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，進(jìn)一步探索不同雜糧對(duì)重組米糊化特性的影響規(guī)律和相關(guān)機(jī)理。