低GI擠壓重組米配方優(yōu)化及食用品質(zhì)評價(jià)

張 陽， 張 琪， 鄧?yán)幔?鐘 耕

(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院1，重慶 400715)(重慶市生物技術(shù)研究所有限責(zé)任公司2，重慶 401121)

食物血糖生成指數(shù)(glycemic index，GI)反映了含有葡萄糖的食物對餐后血糖的影響程度[1]，根據(jù)GI值可以將食物分為高GI食物(GI≥70)、中GI食物(55

擠壓技術(shù)應(yīng)用于制備重組米的研究主要涉及擠壓工藝優(yōu)化[5]、食用品質(zhì)改良[6]等方面。目前，擠壓重組米在食用口感上與普通大米還具有一定差距[7]，在降低重組米GI值的同時(shí)還應(yīng)考慮改善其食用品質(zhì)。魔芋粉、抗性糊精都是低血糖成分原料，能顯著降低重組米的GI值[8，9]，但是重組米食用品質(zhì)不佳[10]，如食用口感不好(彈性、咀嚼性差)，且蒸煮后米飯吸水過分膨脹，導(dǎo)致米粒不成型或粘結(jié)成塊等問題，因此在擠壓重組米制作過程中需要添加一定量的品質(zhì)改良劑，以改變產(chǎn)品的質(zhì)量從而更容易被大眾接受。常用的品質(zhì)改良劑有乳化劑、黏合劑和凝膠類添加劑等，主要是改善產(chǎn)品質(zhì)地結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的彈性、光滑性得到提高，使產(chǎn)品煮后不易粘結(jié)[11]。聚甘油酯是一種天然且安全性高的新型乳化劑，能使存在多相體系的食品中各組分相互融合。添加適量的聚甘油酯可增加潤滑作用[12]，減少雙螺桿擠壓過程中的機(jī)械摩擦力，改善擠壓對重組米品質(zhì)造成的不良影響。酸改性淀粉現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，其經(jīng)過加熱再冷卻過程可形成強(qiáng)凝膠，具有極強(qiáng)的黏接力[13]，可改善產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，提高其彈性。李堯堯[14]研究發(fā)現(xiàn)改性紅薯淀粉和魔芋粉以不同比例復(fù)合并加入到面條制作中，可使面條的GI值降低，且面條的感官評分維持在較高水平。此外經(jīng)酸改性后的淀粉，抗性淀粉含量明顯增加[15]，而高抗性淀粉含量物質(zhì)可顯著降低人體血糖上升速率[16]。目前將酸改性淀粉應(yīng)用于改善擠壓重組米食用品質(zhì)的研究鮮有報(bào)道，因此可將酸改性淀粉加入到重組米制作中作為品質(zhì)改良劑，在提高重組米品質(zhì)的基礎(chǔ)上輔助降低重組米的血糖指數(shù)。

本研究基于特殊人群對主食產(chǎn)品的需求，將大米粉與酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯以一定比例復(fù)配，經(jīng)雙螺桿擠壓制備低GI重組米，探究其最優(yōu)配方工藝，并評價(jià)其食用品質(zhì)，為研發(fā)低GI且食用品質(zhì)佳的擠壓重組米以及低GI飲食人群專用主食的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料大米(桂朝大米)、市售粳米(東北稻花香)、市售秈米(花田貢米)；玉米淀粉(制備酸改性淀粉的原料)、抗性糊精、魔芋粉、聚甘油酯；鹽酸、氫氧化鈉：分析純；α-淀粉酶(3 700 U/g)、胃蛋白酶(3 000 U/g)、豬胰酶(4 000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(100 000 U/mL)。

1.2 儀器與設(shè)備

WLG10A實(shí)驗(yàn)用微型雙螺桿擠出機(jī)，TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀，759型紫外—可見分光光度計(jì)，H1850臺式高速離心機(jī)，Phenom Pro-17A00403型掃描電鏡。

1.3 方法

1.3.1 酸改性淀粉制備及流度測定

1.3.1.1 酸改性淀粉制備

參照文獻(xiàn)[17]制備酸改性淀粉。

1.3.1.2 酸改性淀粉流度測定

流度是酸改性淀粉的質(zhì)量檢測重要指標(biāo)，一般酸改性淀粉的流度控制在45～65內(nèi)[18]，使用漏斗法測定[19]。

1.3.2 擠壓重組米制備

將大米粉碎過100目篩，與一定量的酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯乳化液混合均勻，最終混合物含水量30%，經(jīng)溫度100 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速43 r/min擠壓，制得重組米于室溫放置1 h，再在45 ℃恒溫干燥箱中干燥2～3 h，冷卻后包裝。

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)

所有添加物料均以大米粉替代率計(jì)算占比：

a)抗性糊精9%、魔芋粉0.5%、聚甘油酯0.4%，以質(zhì)構(gòu)、感官和吸水率為綜合指標(biāo)，計(jì)算酸改性淀粉15%、30%、45%、60%、75%時(shí)重組米綜合評分。

b)酸改性淀粉45%、魔芋粉0.5%、聚甘油酯0.4%，以質(zhì)構(gòu)、感官和吸水率為綜合指標(biāo)，計(jì)算抗性糊精5%、7%、9%、11%、13%時(shí)重組米綜合評分。

c)酸改性淀粉45%、抗性糊精9%、聚甘油酯0.4%，以質(zhì)構(gòu)、感官和吸水率為綜合指標(biāo)，計(jì)算魔芋粉0.2%、0.35%、0.5%、0.65%、0.8%時(shí)重組米綜合評分。

d)酸改性淀粉45%、抗性糊精9%、魔芋粉0.5%，以質(zhì)構(gòu)、感官和吸水率為綜合指標(biāo)，計(jì)算聚甘油酯0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%時(shí)重組米綜合評分。

1.3.4 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉、聚甘油酯4個(gè)因素，分別選取3個(gè)水平，進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.3.5 感官評價(jià)

按照GB/T 15682—2008 《糧油檢驗(yàn) 稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價(jià)方法》測定。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)特性測定

參照文獻(xiàn)[20]的方法并修改：去掉表層米飯，在中間層隨機(jī)取3粒完整米飯，平行放置在載物臺，測定模式：TPA；探頭型號：P/36R；測前速度：1 mm/s，測時(shí)速度：2 mm/s，測后速度：1 mm/s；觸發(fā)力：5 g；壓縮力度：50%；時(shí)間間隔：5 s。每個(gè)樣品重復(fù)取樣測定7次。

1.3.7 蒸煮品質(zhì)測定

參照文獻(xiàn)[21]的方法，對大米吸水率、膨脹率、米湯pH、米湯干物質(zhì)、米湯碘藍(lán)值進(jìn)行測定。

1.3.8 綜合評分

大米的食用品質(zhì)評價(jià)方法主要有感官評價(jià)、質(zhì)構(gòu)評價(jià)、蒸煮品質(zhì)評價(jià)[22-24]。使用感官評價(jià)結(jié)合質(zhì)構(gòu)和蒸煮品質(zhì)指標(biāo)對大米進(jìn)行綜合評價(jià)，可以綜合考慮各有關(guān)因素的影響，從更深層次上作出準(zhǔn)確、客觀與科學(xué)的評價(jià)。重組米綜合評價(jià)指標(biāo)選擇參照文獻(xiàn)[25]稍作修改，由感官評分、質(zhì)構(gòu)評分、蒸煮吸水率指標(biāo)評分3部分構(gòu)成。綜合評分權(quán)重參照文獻(xiàn)[26，27]設(shè)定：綜合評分(滿分100分)=感官評分(0.4)+質(zhì)構(gòu)評分(0.3)+吸水率評分(0.3)；其中質(zhì)構(gòu)評分參考王會然等[28]的方法，質(zhì)構(gòu)評分(100分)=硬度(25分)+黏附性(25分)+彈性(25分)+咀嚼性(25分)；質(zhì)構(gòu)和吸水率指標(biāo)的評分計(jì)算方法如下：

式中：C為此指標(biāo)的滿分值(即100或25)；D為該指標(biāo)對應(yīng)的評分值；A為該指標(biāo)最大值與最小值之差；B為該指標(biāo)測定值與最小值之差。

其中，由于大米感官品質(zhì)硬度越大，米飯口感越差，硬度值對應(yīng)的評分?jǐn)?shù)值計(jì)算公式為：

1.3.9 體外模擬消化

體外模擬消化參照文獻(xiàn)[29，30]的方法進(jìn)行測定。

淀粉水解率計(jì)算公式：

式中：W為淀粉的水解率/%；Gt為取樣時(shí)間點(diǎn)消化液中葡萄糖含量/mg；0.9為葡萄糖換算為淀粉的系數(shù)；TS為總淀粉含量/mg。

淀粉的消化率曲線可以擬合為一階方程[31]：

Ct=C∞(1-e-kt)

式中：Ct為t時(shí)間淀粉水解率/%；C∞為淀粉的最終水解率/%；k為淀粉體外消化的一級速率常數(shù)/min-1。水解曲線面積(AUC)可通過動力學(xué)方程的積分求得。將樣品的AUC除以參考樣品(白面包)的AUC計(jì)算水解指數(shù)(hydrolysis index，HI)。

血糖生成指數(shù)參考前人方法[32，33]計(jì)算：

GI=0.862HI+8.198

1.3.10 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察

用導(dǎo)電雙面膠將粉末顆粒均勻固定在金屬樣品平臺上，真空噴金后，置于掃描電子顯微鏡下觀察，分別用300、5 000放大倍數(shù)對樣品進(jìn)行觀察和拍照。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，采用SPSS 24軟件處理數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不同組之間差異采用單因素ANOVA方法比較，P<0.05表示差異顯著。采用Origin Pro9.1軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯添加量對擠壓重組米的綜合評分影響見圖1。

圖1 不同物質(zhì)的添加量對擠壓重組米的影響

2.1.1 酸改性淀粉添加量對擠壓重組米的影響

酸改性淀粉的流度在45～65范圍內(nèi)。酸改性淀粉在加熱后流體流動性好，經(jīng)過冷卻老化，會因黏結(jié)力強(qiáng)而形成穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)體。由圖1可知，隨著酸改性淀粉添加量增加，綜合評分先上升后下降，添加量30%時(shí)，擠壓重組米的綜合評分最高。擠壓重組米需要經(jīng)過高溫?cái)D壓再冷卻的過程，利用酸改性淀粉的高流動性、低黏度特性，可以使各物料在高溫?cái)D壓過程中能更好的融合，重組米擠出后冷卻，酸改性淀粉的凝膠能力使擠壓重組米結(jié)構(gòu)更緊密，蒸煮后米粒完整性更好，米飯彈性、咀嚼性增強(qiáng)。當(dāng)酸改性淀粉添加量過多時(shí)，一方面，減少了物料中大米粉占比，影響重組米感官評分；另一方面，由于酸改性淀粉具有較高的水溶性，重組米蒸煮時(shí)吸水量變大，米飯容易不成形，影響口感。

2.1.2 抗性糊精添加量對擠壓重組米的影響

由圖1可知，抗性糊精添加量在9%時(shí)，擠壓重組米評分最高，但是隨著添加量增大，綜合評分下降?？赡苁怯捎诳剐院H水性強(qiáng)，添加量過多，在高溫?cái)D壓時(shí)，抗性糊精與物料中淀粉競爭水，導(dǎo)致淀粉糊化不完全，使擠壓重組米結(jié)構(gòu)不夠緊密，蒸煮后食用口感不佳。

2.1.3 魔芋粉添加量對擠壓重組米的影響

由圖1可知，隨著魔芋粉的增加，擠壓重組米的綜合評分增加，在魔芋粉添加量0.65%時(shí)，擠壓重組米評分最高，添加量過多，綜合評分呈下降趨勢，這是由于魔芋粉中的纖維吸水過多，妨礙了水分子與物料中其他淀粉顆粒的接觸，從而影響了淀粉顆粒的糊化[34]，導(dǎo)致擠出的重組米糊化程度不夠，結(jié)構(gòu)松散，蒸煮后淀粉容易溶出，米粒易裂開，綜合評分下降。

2.1.4 聚甘油酯添加量對擠壓重組米的影響

由圖1可知，聚甘油酯添加量在0.4%時(shí)，擠壓重組米評分最高，在擠壓過程中，不同的物料在聚甘油酯乳化液作用下混合更均勻，受到的機(jī)械力減少，擠壓重組米表面更光滑。當(dāng)添加量過大時(shí)，導(dǎo)致擠壓系統(tǒng)內(nèi)的摩擦作用減弱，物料停留時(shí)間減少，糊化度下降，擠壓重組米品質(zhì)降低。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)表2中極差R值分析可知，各個(gè)因素對擠壓重組米綜合品質(zhì)影響程度依次為酸改性淀粉添加量>魔芋粉添加量>聚甘油酯添加量>抗性糊精添加量，由k值可知擠壓重組米最優(yōu)制備配比為：酸改性淀粉添加量30%、抗性糊精添加量9%、魔芋粉添加量0.5%、聚甘油酯添加量0.5%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)按照最優(yōu)配方進(jìn)行，得到擠壓重組米吸水率、質(zhì)構(gòu)和感官評分分別為27.06、20.00、33.36，綜合評分為80.42。

表2 正交優(yōu)化擠壓重組米生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.3 體外消化實(shí)驗(yàn)

由圖2和表3可知，擠壓重組米的最終水解速率(180 min時(shí))最低，k值最小，表明擠壓重組米消化速率最慢。市售秈米、粳米GI值均高于70，為高GI食物，而擠壓重組米血糖指數(shù)為48.26為低GI食物。由于在物料中加入了酸改性淀粉，以及抗性糊精和魔芋粉，改變了物料中淀粉的組成成分，擠壓過后淀粉結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化[35]，因此擠壓重組米在體外消化過程中不能或很難被酶水解[36]，從而淀粉水解速率低，計(jì)算得出的GI值也低。

圖2 市售大米與擠壓重組米在消化過程中的淀粉水解曲線

表3 市售大米與擠壓重組米的最終水解率(C∞)、反應(yīng)動力學(xué)常數(shù)(k)、體外水解指數(shù)(HI)和血糖生成指數(shù)(GI)

2.4 SEM

市售粳米和市售秈米的結(jié)構(gòu)基本一致，故用市售粳米作為重組米微觀形貌的對照。由圖3所示，放大倍數(shù)在300時(shí)，可觀察到市售大米顆粒破碎程度高，擠壓重組米完整性更高；放大倍數(shù)在5 000時(shí)，可觀察到市售大米顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面有細(xì)小裂縫和細(xì)碎顆粒；而擠壓重組米結(jié)構(gòu)較為致密，表面沒有裂縫。這是由于在高溫?cái)D壓作用下，物料流動狀態(tài)更強(qiáng)，使各物料之間融合更均勻，再加上物料中的酸改性淀粉具有良好的黏接力，擠出冷卻后產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更緊密，表面更加細(xì)膩[37]。

注：a和b分別為市售大米、擠壓重組米放大300倍；c和d分別為市售大米、擠壓重組米放大5 000倍。圖3 市售大米和擠壓重組米的SEM圖

2.5 感官評價(jià)

由表4可知，擠壓重組米氣味評分低于市售大米，可能是因?yàn)榇竺追叟c酸改性淀粉等物質(zhì)經(jīng)過重新混勻、擠壓等過程后，蒸煮后米飯香氣減弱，導(dǎo)致分?jǐn)?shù)偏低。擠壓重組米顏色沒有市售大米評分高，是由于高溫?cái)D壓過程中物料發(fā)生了美拉德反應(yīng)[38]，擠出產(chǎn)品顏色發(fā)黃，但是與市售大米相比，擠壓重組米飯粒完整性更好。在適口性上擠壓重組米黏性、彈性分?jǐn)?shù)比市售大米高，并且口感滑爽，有一定的黏性，但不黏牙，米飯有嚼勁。擠壓重組米感官總分比市售秈米高，但是低于市售粳米，主要原因是由于市售粳米有濃郁的米飯香氣，但是在口感方面比擠壓重組米稍差。

表4 市售大米與擠壓重組米感官評價(jià)結(jié)果

2.6 質(zhì)構(gòu)特性

由表5可知，擠壓重組米硬度和市售大米沒有顯著性差異，黏附性顯著低于市售大米，黏附性是模擬食物和其他物體(舌、牙、口腔)附著時(shí)剝離它們所需要的力，說明擠壓重組米沒有市售大米黏牙。擠壓重組米彈性、內(nèi)聚性、膠著性、咀嚼性、回復(fù)性顯著大于市售大米，是因?yàn)閿D壓重組米內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，蒸煮后米粒不容易爆花或者破裂，此外加入的酸改性淀粉凝膠能力好，使擠壓重組米口感也更有彈性、咀嚼性，與感官評價(jià)中適口性結(jié)果保持一致。

2.7 蒸煮品質(zhì)

由表6可知，擠壓重組米吸水率、膨脹率都顯著低于市售大米，一方面是由于擠壓過后一些吸水性大分子遭到破壞[39]；另一方面由于擠壓重組米的結(jié)構(gòu)較緊密，蒸煮后米粒不易膨脹吸水，從而影響吸水率、膨脹率。米湯干物質(zhì)表示米湯的濃度，即蒸煮過程中溶解在水中的物質(zhì)，米湯中的干物質(zhì)越多，米飯的食味越好[40]。擠壓重組米米湯干物質(zhì)與市售秈米無顯著性差異，但是顯著低于市售粳米，由于擠壓重組米的內(nèi)部淀粉顆粒之間結(jié)合緊密，淀粉顆粒在蒸煮時(shí)能較好地維持結(jié)構(gòu)，增加了溶出物的溶出難度。擠壓重組米的米湯碘藍(lán)值比市售大米低，因?yàn)閿D壓處理使直鏈淀粉與脂類物質(zhì)形成復(fù)合物[41]，從而使直鏈淀粉不易溶出，表現(xiàn)為米湯碘藍(lán)值低。

表5 市售大米與擠壓重組米質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果

表6 市售大米與擠壓重組米蒸煮品質(zhì)結(jié)果

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得出擠壓重組米的最優(yōu)制備配方為大米粉添加量60%，酸改性淀粉添加量30%，抗性糊精添加量9%，魔芋粉添加量0.5%，聚甘油酯添加量0.5%。在該條件下，米飯GI值48.26，為低GI擠壓重組米。從感官評價(jià)、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮品質(zhì)、掃描電鏡綜合來看，擠壓重組米蒸煮后米飯香氣沒有市售大米明顯，不易被人們接受，但是食用口感更有彈性、嚼勁，易被人們接受；擠壓重組米蒸煮后米粒結(jié)構(gòu)完整性更好，吸水率更低，不易裂開、黏接成塊或團(tuán)，外觀得到明顯改善。