擠壓膨化對紫糯全麥粉理化性質及抗氧化活性的影響

吳廣淼，張憲省，董海洲，侯漢學，張錦麗，*

（1．山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安271017；2．山東農業大學生命科學院，作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271017）

擠壓膨化對紫糯全麥粉理化性質及抗氧化活性的影響

吳廣淼1，張憲省2，董海洲1，侯漢學1，張錦麗1，*

（1．山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安271017；2．山東農業大學生命科學院，作物生物學國家重點實驗室，山東泰安271017）

通過改變擠壓膨化的工藝條件，分析了不同膨化條件下紫糯全麥粉的主要理化指標變化情況。結果表明：隨著膨化溫度、螺桿轉速的升高，紫糯全麥粉的膨化度、水溶性指數、總膳食纖維、可溶性膳食纖維以及總酚含量均有所升高，而吸水性指數則有所下降。擠壓膨化可使紫糯全麥粉的可溶性膳食纖維含量增加約6%～26%，總酚含量在膨化溫度160℃、物料含水量13%時，達到最高1.03mg/g。膨化紫麥粉的WSI和WAI分別比原料提高70%和37%；物料含水量的增加則使水溶性指數和總酚含量下降，吸水性指數及其他指標均有所升高；膨化產品的總抗氧化能力隨著膨化溫度、物料含水量以及螺桿轉速的增加均有所降低。

紫糯全麥粉，擠壓膨化，理化性質，抗氧化活性

由于全谷食品能夠改善人體健康，降低多種慢性病的發病率，因而成為世界各國膳食指南中重點推薦的食物之一[1]。全谷食品能夠降低肥胖癥、冠心病、高血壓和直腸癌的發病率[2-3]。全谷食品含有豐富的膳食纖維、維生素、礦質元素以及多種抗氧化活性物質是其具有以上功能的主要原因[4]。因而，全谷食品已成為世界各國健康食品研究與開發的熱點領域之一。

近年來，我國全麥食品的生產和消費量呈逐年上升趨勢[5]。但全麥食品的口感粗糙、品種相對單一仍然是影響全麥食品發展的主要因素。紫粒糯性小麥是紫粒小麥與普通糯麥雜交而成的小麥新品種，不僅含有豐富的賴氨酸、維生素和礦質元素，還含有大量的花色苷、類黃酮、酚酸、甾醇等功能性成分[6]。但目前市場上對紫麥的開發仍局限在全麥面包、面條等產品上，隨著人們生活節奏的加快，方便、快捷、營養、安全的食品越來越受到廣大消費者的青睞。因此通過擠壓膨化對紫糯小麥粉進行前處理，能為紫糯小麥粉的開發利用提供更廣闊的理論依據。

食品擠壓膨化加工技術正廣泛地應用于食品與飼料工業。通過擠壓加工后，物料特性發生了顯著變化[7]，大分子物質如淀粉、蛋白質、膳食纖維等在高溫、高壓、強剪切力的作用下被切斷成小分子物質，提高可溶性膳食纖維的含量，改善口感，同時通過美拉德反應、焦糖化反應，形成誘人的麥香味。

本文以紫粒糯性小麥為原料，研究擠壓膨化條件對紫糯全麥粉理化性質、總酚含量及抗氧化活性的影響，以期為紫糯小麥粉的開發利用提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

紫糯全麥粉山東紫諾生物產業有限公司，根據AACC（2000）方法測得紫糯小麥粉粉的理化指標為：水分11.40%，蛋白質15.80%，灰分1.95%，脂類2.18%，淀粉65.24%；支鏈淀粉占總淀粉的98.40%；其他試劑均為分析純。

DS56-X型雙螺桿膨化擠出機濟南高新開發區賽信機械有限公司；302型電熱鼓風干燥箱山東龍口市先科儀器公司；電磁攪拌器上海安亭電子儀器廠；AY220型仁電子分析天平日本島津公司；ZSH-200A型智能水分測定儀湖南湘儀天平儀器設備有限公司；KDN-04A型凱氏定氮儀上海新嘉電子有限公司；電子數顯千分尺桂林廣陸數字測控股份有限公司；LXJ-IIB型低速大容量多管離心機上海安亭科學儀器廠；99-IA型數顯恒溫磁力攪拌器江蘇金壇幣榮華儀器制造有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1膨化紫糯小麥粉粉的制備

1.2.1.1不同膨化溫度的擠壓膨化實驗在一定喂料速度下，擠壓機機頭?？字睆?mm，螺桿轉速300r/min，物料含水量為19%的工藝條件下，調節擠壓膨化三區溫度分別為140、150、160、170、180℃進行擠壓膨化，測定制品的各項理化指標。

1.2.1.2不同物料含水量的擠壓膨化實驗在一定喂料速度下，擠壓機機頭?？字睆?mm，螺桿轉速300r/min，三區膨化溫度為160℃的工藝條件下，配制含水量分別為13%、16%、19%、22%、25%的紫糯全麥粉，進行擠壓膨化，測定制品的各項理化指標。

1.2.1.3不同螺桿轉速的擠壓膨化實驗在一定喂料速度下，擠壓機機頭模孔直徑5mm，三區膨化溫度160℃的工藝條件下，采用物料含水量為19%的紫糯全麥粉分別在螺桿轉速為100、200、300、400、500r/min時進行擠壓膨化，測定制品的各項理化指標。

1.2.2成分測定總膳食纖維、可溶性膳食纖維含量的測定：酶重量法（AOAC991.43）。

1.2.3膨化度的測定[8]采用數顯電子千分尺測定樣品直徑，每個樣品隨機測定10次，求其平均值作為樣品的平均直徑d（mm）。平均直徑除以?？字睆剑?mm），其商為徑向膨化率。以徑向膨化率表示膨化度。

1.2.4水溶性指數（WSI）與吸水性指數（WAI）的測定取過80目篩的篩下物0.20g（干基，W0），放入已知重量的離心管（W1，g）中，加入20mL蒸餾水，攪拌，直至膨化物完全分散形成懸浮液體系；3000r/min離心10min；分離上清液和沉淀物，并將上清液慢慢倒入已恒重過的鋁盒（W2，g）中，烘干稱重（W3，g）。同時，對離心管及沉淀的凝膠重量（W4，g）進行稱量，計算公式為：

水溶性指數WSI（g/g，干基）=（W3-W2）/W0×100

吸水性指數WAI（g/g，干基）=（W4-W1）/W0×100

1.2.5總酚含量的測定采用Foiln-Ciocalteu法測定總酚含量。膨化后產品，磨粉過100目篩，于45℃烘箱中烘2～3h。用80%甲醇提取全麥粉，料液比1∶10，室溫下超聲波提取60min。4500r/min離心15min。取上清液得樣品的80%甲醇提取液，然后定容至10mL。置冰箱中冷藏保存，待用。

精確量取沒食子酸標準溶液（0.1mg/mL）0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mL于10mL容量瓶中，各加水6mL，搖勻，再加0.5mL FC試劑，充分搖勻，0.5～8min內加入飽和碳酸鈉溶液1.5mL，混勻定容，于765nm下比色，測定吸光度，同時以空白試劑做參比，以吸光度為縱坐標，溶液濃度為橫坐標，繪制標準曲線，求得回歸方程。y=0.1349x+0.0087，R2=0.9978

取0.5mL制備的樣品溶液，加入0.5mL FC試劑，混勻后再加入1.5mL碳酸鈉溶液，定容至10mL，室溫下暗處反應2h。在765nm處測定吸光值。根據回歸方程算出測量液中總酚的濃度。

1.2.6總抗氧化能力的測定采用總抗氧化能力檢測試劑盒（ABTS法）檢測紫糯小麥粉的總抗氧化能力。在96孔板的每個檢測孔中加入200μL ABTS工作液，空白對照孔中加入10μL 80%乙醇，標準曲線檢測孔內加入10μL各種濃度的Trolox標準溶液，樣品檢測孔內加入10μL各種樣品提取液，輕輕混勻。酶標儀檢測波長為734nm，根據標準曲線計算出樣品的總抗氧化能力。回歸方程為：y=-0.4812x+0.6208 R2=0.969。以Trolox作為標準品進行總抗氧化能力檢測，樣品的抗氧化能力可以用Trolox Equivalent Antioxidant Capacity（TEAC）來表示。

1.2.7數據處理采用SPSS 18.0軟件中的ANOVA模塊的Duncan方法對數據進行差異顯著性分析。

2　結果與分析

圖1　膨化溫度對紫糯小麥粉粉膨化度的影響Fig.1　Influence of temperature on the expansion ratio of purple waxy wheat flour

2.1擠壓條件對紫糯小麥粉膨化度的影響

2.1.1膨化溫度對紫糯小麥粉粉膨化度的影響從圖1可以看出，隨著膨化溫度的升高，膨化度呈現先上升后下降的趨勢。當膨化溫度為160℃時，膨化度達到最大值（2.515）。這是由于膨化溫度升高，物料內的水蒸氣壓力增大，造成在機頭處瞬間擠出時內外壓差增大，從而使物料的膨化度提高。當膨化溫度超過160℃時，物料黏度下降，淀粉受到的剪切作用減弱，造成膨化度較低。Oke等研究發現在100～150℃范圍內，溫度變化對山藥淀粉的膨化度具有顯著影響[8]。而Rodríguez-Miranda等研究結果表明，在140～180℃范圍內，擠出溫度對山芋/玉米混合粉的膨脹率影響較小[9]。不同研究中，機筒溫度對物料膨化度的影響不一致，可能與所使用原料性質、擠出機的結構不同有關。

2.1.2物料含水量對紫糯小麥粉粉膨化度的影響

水是谷物粉的主要軟化劑，它可使物料在擠出過程中發生玻璃化轉變，因而使物料易于變形和膨脹[8]。從圖2可以看出，物料含水量對膨化度具有顯著影響。當物料含水量在較低范圍時，隨著物料含水量的增加，膨化度略有提高。物料含水量為13%時，出現輕微的焦化和堵塞?？赚F象。當物料含水量超過16%時，膨化度隨含水量的增大呈線性降低。這是因為在物料含水量過高時表觀粘度降低，甚至呈流體狀態，其在擠出機機筒內所受剪切力、摩擦力減弱，在機頭處的壓力顯著降低，導致膨化度較低[10]。

2.1.3轉速對紫糯小麥粉粉膨化度的影響從圖3可以看出，在轉速100～400r/min范圍，膨化度隨轉速的加快而增大，當轉速為400r/min時，膨化度達到最大值（2.906）。當轉速超過400r/min時，膨化度隨著轉速的加快呈輕微下降的趨勢。這是由于轉速直接影響擠壓腔內剪切力和壓力的緣故。當轉速在100～400r/min范圍，隨著轉速的增加，產生的剪切力增大，在機頭處產生的壓力增大，造成在機頭處瞬間擠出時內外壓差增大，從而使膨化度增加。同時螺桿的攪拌使水分在物料中分散均勻，擠出物的結構和氣孔也較為均勻[9]。但擠出機轉速過高（超過400r/min），物料在機腔內滯留時間縮短，粘度降低，大分子物質未完全斷裂、降解就被擠壓出來，導致膨化度下降。

圖3　轉速對紫糯小麥粉粉膨化度的影響Fig.3　Influence of screw speed on the expansion ratio of purple waxy wheat flour

2.2擠壓條件對紫糯小麥粉粉WSI和WAI的影響

2.2.1膨化溫度對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響由圖4可以看出，在設定的溫度范圍內，隨著擠壓溫度的升高，WSI逐漸升高，實驗測得，未擠壓原料的WSI為0.19，相對較低，但隨著溫度的升高，淀粉的降解增加，水溶性成分增多，最終使產品的WSI增大。Ding等[10]在擠壓制備小麥粉膨化食品時得出類似的研究結果。WAI總體趨勢是逐漸降低，但仍高于未擠壓原料的WAI（2.73）。當溫度達到180℃時，又有所升高。但Anderson[11]在擠壓玉米粉過程中發現WAI隨著擠壓溫度的升高逐漸升高。這可能是因為本研究使用的小麥粉蛋白質含量較高，在擠出過程中蛋白質吸收較多的水分，抑制了淀粉的糊化，同時溫度升高促進了淀粉的熔融和糊精化，從而造成WAI的降低。

圖4　膨化溫度對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響Fig.4　Influence of temperature on the WSI and WAI of purple waxy wheat flour

圖5　轉速對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響Fig.5　Influence of screw speed on the WSI and WAI of purple waxy wheat flour

2.2.2轉速對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響WAI是擠出物吸收水分的數量，常用來表示淀粉的糊化程度。WSI表示擠出物中大分子降解成可溶性分子的程度。圖5為螺桿轉速對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響。隨著螺桿轉速的增加，剪切作用增強，使纖維、淀粉等大分子降解程度增大，因而WSI變大[12]。當轉速500r·min-1時，WSI可比原料提高約70%。在低螺桿轉速的條件下，有較多的未被破壞的聚合體鏈和親水性聚合物，這些聚合物能結合更多的水從而使WAI值更高；同時，低轉速使物料在機腔內停留時間長，淀粉蒸煮程度高，產品的WAI就高。

2.2.3物料含水量對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響

由圖6可知，隨著水分含量的增加，產品的WAI值顯著增大，WSI則逐漸降低。當物料含水量25%時，WAI最高可比原料提高37%。這可能是因為擠壓過程中水分的增加使得物料的流動性增大，降低了剪切力，促進了淀粉糊化，從而使物料的吸水性變大，溶解性降低。

圖6　物料含水量對紫糯小麥粉WSI和WAI的影響Fig.6　Influence of moisture content on the WSI and WAI of purple waxy wheat flour

2.3不同擠壓條件對紫糯小麥粉膳食纖維含量的影響

2.3.1膨化溫度對紫糯小麥粉總膳食纖維（TDF）和可溶性膳食纖維（SDF）含量的影響圖7是膨化溫度對紫糯小麥粉粉TDF和SDF含量的影響。未擠壓原料總膳食纖維和可溶性膳食纖維含量分別是13.76%和2.05%。由于受到剪切力和高溫作用，不溶性膳食纖維發生熱力分解，導致化學鍵（糖苷鍵等）的斷裂，實現不溶性膳食纖維（纖維素、半纖維素、木質素、不溶性果膠等）向可溶性膳食纖維的轉變[13]。較高的擠壓溫度有利于這一轉變的發生，但擠壓溫度過高會造成物料焦糊、色澤變化和營養損失。當溫度為180℃時，可溶性膳食纖維含量可比原料提高26%。隨著擠壓溫度的升高，總膳食纖維含量也略有升高。這可能是因為，隨著溫度的升高，擠壓過程中發生了復雜的物理化學反應，比如美拉德反應和焦糖化反應等，導致總膳食纖維的增高[14]。Bjorck等[15]和Ostergard等[16]分別在擠壓全小麥粉和全大麥粉時，也得出了相同的結論。

圖7　膨化溫度對紫糯小麥粉TDF和SDF含量的影響Fig.7　Influence of temperature on the TDF and SDF of purple waxy wheat flour

2.3.2物料含水量對紫糯小麥粉總膳食纖維（TDF）和可溶性膳食纖維（SDF）含量的影響從圖8可以看出，TDF和SDF含量均隨著含水量的增大先增大后降低。谷物粉在較高的水分含量下擠出時，會產生一種具有較高反應活性的糖苷類物質，這種物質與淀粉或水解的淀粉片段發生反應，形成具有分支結構的葡聚糖。這種葡聚糖具有抗酶解和抗消化的作用[17]。谷物粉在擠出過程中會生成RS3型抗性淀粉，且水分含量越高，其生成量越高[18]。本研究中，隨著水分含量的增高，TDF和SDF含量升高可能是生成了較多的分支葡聚糖或抗性淀粉。當含水量過高時，則不利于這些物質的生成。

2.3.3轉速對紫糯小麥粉總膳食纖維含量（TDF）和可溶性膳食纖維含量（SDF）的影響螺桿轉速對紫糯小麥粉TDF和SDF含量的影響見圖9。當其他條件不變時，螺桿轉速越高，機筒內的壓力越大，物料受到的摩擦力和剪切力越大，纖維物料分子裂解程度增大，因而SDF增大。螺桿轉速增大，也有利于抗消化復合物的形成，因而TDF也增大。轉速過高，物料在機筒內的停留時間過短，TDF和SDF含量的反而降低。

圖9　轉速對紫糯小麥粉TDF和SDF含量的影響Fig.9　Influence of screw speed on the TDF and SDF of purple waxy wheat flour

2.4擠壓條件對紫糯小麥粉總酚含量的影響

2.4.1膨化溫度對紫糯小麥粉總酚含量的影響由圖10可以看出，隨著膨化溫度的增加，紫糯小麥粉總酚含量顯著增加。這可能是由于有部分結合態的酚類物質被釋放出來，使總酚含量有所升高[19]。當溫度達到180℃時，總酚含量最高，但是仍低于紫糯小麥粉原料的總酚含量（0.64mg/g），可能是由于酚類化合物對熱較敏感，高溫導致酚類物質的降解；或者是酚類化合物的分子結構發生改變，導致總酚含量較低[20]。Zielinski等[21]研究也表明，高溫擠壓蕎麥粉后，總酚含量顯著低于未擠壓樣品，而且200℃擠出物的總酚含量高于120℃的總酚含量。

圖10　膨化溫度對紫糯小麥粉總酚含量的影響Fig.10　　Influence of temperature on the TPC ofpurple waxy wheat flour

2.4.2物料含水量對紫糯小麥粉總酚含量的影響

由圖11可以看出，在物料含水量13%時，總酚含量達到最高1.03mg/g。隨著物料含水量的增加，紫糯小麥粉總酚含量逐漸降低。Sharma等[20]和El-Hady等[22]也報道了類似的研究結果。增加物料含水量，可能主要增加了游離型酚酸的降解[23]。當物料含水量≥19%以后，總酚含量趨于穩定，這可能是由于對濕熱敏感酚酸大部分已被破壞，剩余的主要是穩定性較高的結合型酚酸[20]。

2.4.3轉速對紫糯小麥粉總酚含量的影響由圖12可以看出，隨著轉速的增加，紫糯小麥粉總酚含量有所增加，當轉速超過300r·min-1后總酚含量趨于穩定?？赡苁怯捎陔S著轉速的增加，更好的破壞了細胞壁，加速多酚類物質的釋放[20]，從而導致提取物中總酚含量的增加。同時，在膨化機內停留的時間較短，濕熱環境對紫糯小麥粉的破壞時間就縮短，總酚含量逐漸升高。

圖11　物料含水量對紫糯小麥粉總酚含量的影響Fig.11　Influence of moisture content on the TPC ofpurple waxy wheat flour

圖12　轉速對紫糯小麥粉總酚含量的影響Fig.12　Influence of screw speed on the TPC of purple waxy wheat flour

2.5擠壓條件對紫糯小麥粉總抗氧化能力的影響

2.5.1膨化溫度對紫糯小麥粉總抗氧化能力的影響由圖13可以看出隨著膨化溫度的升高，產品的總抗氧化能力整體呈下降趨勢，在180℃時有輕微升高。可能是由于游離型酚酸在高溫下受到破壞，抗氧化能力顯著降低而結合型酚酸抗氧化能力升高不明顯，使產品的總抗氧化能力下降[24]。高溫時抗氧化能力的增加可能是由于美拉德反應產生的色素所引起的[21]。

圖13　膨化溫度對紫糯小麥粉粉總抗氧化能力的影響Fig.13　Influence of temperature on the TEAC of purple waxy wheat flour

2.5.2物料含水量對紫糯小麥粉總抗氧化能力的影響由圖14可以看出，隨著物料含水量的增加，紫糯小麥粉的總抗氧化能力逐漸下降。這可能是由于隨著含水量的增加，提取物中游離型酚酸含量顯著降低，導致游離型酚酸的抗氧化能力也顯著下降，最終導致提取物的總抗氧化能力顯著下降。Sarawong等[23]在研究香蕉粉的擠壓膨化時也得出了相同的結論。

2.5.3轉速對紫糯小麥粉總抗氧化能力的影響由圖15可以看出，隨著轉速的增加，紫糯小麥粉的總抗氧化能力呈先下降后升高的趨勢。但擠壓產品抗氧化能力最低數值仍高于未擠壓原料的總抗氧化能力（5.57mmol/L Trolox/g）。雖然隨著轉速的升高，提取物中花青素等多酚類物質含量增加，但是其中主要起抗氧化作用的是游離型酚酸類物質[23]，所以隨著轉速的增加，總抗氧化能力并沒有同時呈升高趨勢。Sarawong等的研究發現隨著轉速的增加會導致抗氧化能力的增加。這可能是由于使用的原料不同，所表現出的抗氧化能力也不相同。

圖14　物料含水量對紫糯小麥粉總抗氧化能力的影響Fig.14　Influence of moisture content on the TEAC of purple waxy wheat flour

圖15　轉速對紫糯小麥粉總抗氧化能力的影響Fig.15　Influence of screw speed on the TEAC of purple waxy wheat flour

3　結論

紫糯全麥粉經過擠壓膨化后很多性質得到改善，而在不同的擠壓工藝條件下，紫糯全麥粉不同的理化指標發生的變化不同。提高擠壓膨化溫度和螺桿轉速，紫糯全麥粉的膨化度、水溶性指數、總膳食纖維、可溶性膳食纖維以及總酚的含量均有所升高；物料含水量升高可使水溶性指數和總酚含量外的其他理化指標均升高。膨化產品的總抗氧化能力隨著膨化溫度、物料含水量以及螺桿轉速的增加均有所降低。擠壓膨化紫糯全麥粉是制備即食沖調類食品的良好原料。

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Effects of extrusion on physiochemical properties and antioxidant activity of whole purple waxy wheat flour

WU Guang-miao1，ZHANG Xian-sheng2，DONG Hai-zhou1，HOU Han-xue1，ZHANG Jin-li1，*
（1.College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai’an 271017，China；2.College of Life Science，Shandong Agricultural University，State Key Laboratory of Crop Biology，Tai’an 271017，China）

The effects of the different extrusion conditions on the physiochemical properties of whole purple waxy wheat flour were investigated.The results showed that the expansion ratio，WSI，TDF，SDF，TPC increased and WAI decreased with the increase of barrel temperature and screw speed.SDF of the extrudate increased 6%～26%compared to raw purple waxy wheat flour.There was the highest TPC（1.03mg/g）at 160℃and 13%feed moisture.The WSI and WAI of puffing powder increased by 70%and 37%than the raw material.Increasing feed moisture content resulted in lower WSI and TPC，but higher WAI and some other properties.The total antioxidant activity significantly decreased with the increase of barrel temperature，screw speed and feed moisture content.

purple waxy wheat flour；extrusion；physiochemical property；antioxidant activity

TS210.4

A

1002-0306（2015）04-0120-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.017

2014－05－26

吳廣淼（1989-），女，碩士研究生，研究方向：糧油食品加工。

張錦麗（1974-），女，博士，副教授，主要從事食品生物技術方面的研究。

山東省科技發展計劃項目（2011GNC11311）。