白燕2號燕麥的雙螺桿擠出物的理化特性分析

舒 恒，蔣 旭，王新康，李慧慧，袁娟麗，陳紅兵，高金燕，*

（1.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.南昌大學食品學院，江西 南昌 330031；3.南昌大學藥學院，江西 南昌 330006；4.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047）

白燕2號燕麥的雙螺桿擠出物的理化特性分析

舒 恒1，2，蔣 旭1，2，王新康2，李慧慧2，袁娟麗1，3，陳紅兵1，4，高金燕2，*

（1.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.南昌大學食品學院，江西 南昌 330031；3.南昌大學藥學院，江西 南昌 330006；4.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047）

為探究雙螺桿擠壓處理對白燕2號燕麥理化特性的影響，以白燕2號裸燕麥全顆粒為原料進行擠壓處理，并對燕麥擠出物的品質進行檢測與表征。結果表明，在喂料水分22%、螺桿轉速42 Hz、喂料速率26 Hz、終端溫度160 ℃等典型擠壓條件下，燕麥擠出物的膨化率為1.16；擠壓過程中發生了美拉德反應，L*降低，a*降低，b*增加，ΔE降低；總氨基酸含量減少了5.44%，各種氨基酸含量呈整體下降趨勢；擠壓后物料微觀結構表面粗糙、富有層次感。燕麥擠出物吸水性指數上升378.4%，水溶性指數下降1.08%，可溶性β-葡聚糖含量提高了62.0%，模擬體內消化后，燕麥擠出物提取液表觀黏度增大；擠壓過程中同時發生了分子的解聚反應和聚合反應。由此可見，雙螺桿擠壓是一種有潛力提高全燕麥品質的加工技術。

白燕2號燕麥；雙螺桿擠壓；β-葡聚糖；理化特性

舒恒， 蔣旭， 王新康， 等. 白燕2號燕麥的雙螺桿擠出物的理化特性分析［J］. 食品科學， 2016， 37（15）: 83-87. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201615014. http://www.spkx.net.cn

SHU Heng， JIANG Xu， WANG Xinkang， et al. Analysis of physicochemical properties of twin-screw extruded oats of the cultivar ‘Baiyan No. 2’［J］. Food Science， 2016， 37（15）: 83-87. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201615014. http://www.spkx.net.cn

燕麥β-葡聚糖具有降低人體血清中膽固醇水平，調節餐后血糖和胰島素水平，影響胃腸道中與飽腹感有關的激素分泌，以及調節免疫功能等功效。美國和歐盟先后宣稱食用燕麥β-葡聚糖對保持血液中正常的膽固醇水平有幫助［1-2］。燕麥β-葡聚糖降低膽固醇和血糖水平的功效主要歸功于其中的可溶性β-葡聚糖，并與其β-（1→3）糖苷鍵和β-（1→4）糖苷鍵的比例、黏度以及分子質量有關［3-4］。人們發現，不同的加工方法對燕麥葡聚糖的生理功能會產生影響。有研究［5-7］認為加工會改變β-葡聚糖的萃取率和分子質量分布，但是不會對其結構產生影響。Dongowski等［8］對β-葡聚糖的質量分數分別為2%和4%燕麥粉和燕麥麩皮進行擠壓和高溫滅菌操作，然后對4 種來源的β-葡聚糖的流變學特性進行了研究，結果顯示2%的燕麥麩皮β-葡聚糖的表觀黏度最高，而從高溫滅菌燕麥中提取的2% β-葡聚糖的表觀黏度最低。

迄今為止，報道的與燕麥產品相關的加工方法主要包括熱處理、擠壓、均質、磨粉、氧化處理、發酵等［9］。其中，食品擠壓加工技術作為集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型等為一體的高新技術，正在廣泛地應用于食品與飼料工業［10］。與傳統加工方式相比，擠壓加工具有生產效率高、生產成本低、原料適用性廣、浪費少、無廢棄物、產品種類多等優點［11］。目前國內外有一些燕麥麩皮擠壓的文獻報道。比如，栗紅瑜等［12］發現，燕麥麩皮經擠壓膨化后表面呈顯著孔蜂窩狀，有效成分的溶出特性有明顯變化。Tosh等［13］研究了燕麥麩皮在不同擠壓參數條件下擠壓前后的物理和營養特性的變化，發現燕麥β-葡聚糖的分子質量下降導致了萃取液的表觀黏度的下降，在高強度的擠壓條件下有解聚反應發生，細胞壁的完整性受到破壞，β-葡聚糖分散到整個谷物內部，并且隨著β-葡聚糖分子質量的下降，燕麥麩皮擠出物的硬度和密度也發生了變化。Zhang Min等［14］探索了擠壓對燕麥麩皮中的可溶性膳食纖維的影響，結果顯示擠壓后燕麥麩皮中的可溶性膳食纖維的產量、組成、熱力學性質、流變學性質和功能性質都有所改善。Makowska等［15］將比例為20%的燕麥麩皮加入到80%的玉米中進行混合擠壓，發現擠出物具有很好的感官的同時提高了玉米零食的膳食價值。但遺憾的是，全燕麥擠壓的研究還鮮有報道。

白燕2號裸燕麥是吉林省白城市農業科學院以加拿大引入的燕麥F4代材料為基礎，經系譜法選育而成的燕麥新品種。該品種營養豐富，適應性強，且被證明有降血脂功效［16］，目前已在燕麥主產區廣泛種植。本實驗采用濟南賽信DS 32-I型雙螺桿擠壓設備，在前期探索工作的基礎上，選用一個典型的擠壓條件下對白燕2號裸燕麥籽粒進行擠壓，并對燕麥擠出物的理化特性進行表征，旨在探討擠壓這種加工方式在全燕麥膳食纖維資源開發利用中的現實意義，為開發利用我國廣闊的燕麥資源提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

裸燕麥品種為白燕2號，吉林省白城市農業科學院提供。

唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰酵素 美國Sigma公司；混鏈β-葡聚糖檢測試劑盒 愛爾蘭Megazyme公司；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等常規試劑 西隴化工股份有限公司。

1.2儀器與設備

DS32-I型雙螺桿擠壓機 濟南賽信機械有限公司；UV WinLab V6紫外-可見分光光度計 美國PerkinElmer公司；鍍鉻游標卡尺 上海精美量具廠；WSC-S測色色差計 上海精密科學儀器有限公司；高速冷凍離心機 美國Thermo公司；Discovery HR-2流變儀美國TA公司；S-433D氨基酸分析儀 德國Sykam公司；JSM-6701F型冷場發射掃描電子顯微鏡 日本電子株式會社；1260型高效液相色譜儀 美國Agilent公司。

1.3方法

1.3.1燕麥擠壓

燕麥除雜后，取10 g燕麥粉碎后用水分測定儀測定水分。另稱2 kg燕麥根據初始水分調整水分至22%，裝入自封袋中密閉封存潤麥12 h后，用DS 32-I型雙螺桿擠壓機對潤麥后的全燕麥顆粒進行擠壓， 擠壓工藝條件：螺桿轉速42 Hz，喂料速率26 Hz，3 個區的溫度分別設置為80-140-165 ℃。擠壓后的燕麥在烘箱中40 ℃條件下12 h烘干，樣品全部粉碎過30 目篩密封保存。

1.3.2膨化率的測定

擠出物的直徑和出料口的內徑的比值來定義一個擠出物的膨脹率［17］。將樣品截為5 cm長的小段，用游標卡尺在小段的中央測定產品的直徑，隨機選擇樣品測量15 次，出料口的直徑為4.5 mm。

1.3.3色澤的測定

將樣品在40 ℃條件下烘48 h，粉碎過30 目篩。用WSC-S測色色差計測定樣品色澤，用L*、a*、b*色度空間表示。L*值為明度指數，反映白度和亮度綜合值，該值越大，表明被測物越白亮。a*和b*值為彩度指數，兩者共同決定色調。a*值為正值表示偏紅，負值表示偏綠，值越大表示偏向越嚴重。b*值為正表示偏黃，負值表示偏藍?！鱁表示樣品與標準白色瓷板的色差，值越大表示與標準白色瓷板差別越大。每組實驗重復5 次。

1.3.4氨基酸組成分析

氨基酸測定采用酸水解法，參照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》執行。

1.3.5電子顯微鏡顯微特征觀察

用JSM-6701F型冷場發射掃描電子顯微鏡，經1 000 倍放大，觀察樣品表觀結構。

1.3.6吸水性指數和水溶性指數

參考Andersson等［5］方法測定樣品的吸水性指數和水溶性指數。步驟如下：樣品40 ℃烘干24 h，粉碎，過50 目篩，測水分，稱干基細粉2.5 g（m0），放入已知質量的離心管（m1）中，加入30 mL蒸餾水，振蕩，直至膨化物被完全分散。30 ℃水浴中保持30 min，間隔10 min手搖30 s。4 000 r/min離心20 min。將上清液倒入已知質量（m2）鋁盒中，105 ℃烘至恒質量（m3），稱取沉淀物和離心管的總質量（m4）。重復2 次。

式中：m0為樣品干基質量/g；m1為離心管恒質量/g；m2為鋁盒恒質量/g；m3為鋁盒+干物質質量/g；m4為離心管+凝膠物質質量/g。

1.3.7可溶性β-葡聚糖的提取及含量的測定

參考Beer等［18］模擬體內生理消化的方法，提取樣品中的可溶性β-葡聚糖。具體步驟為：準確稱取10 g樣品，加入95 mL pH 6.9的磷酸鹽緩沖液，37 ℃孵育15 min。加入58.5 U唾液淀粉酶繼續在37 ℃條件下孵育15 min。用6 mol/L鹽酸調pH值至2.0，加入700 U胃蛋白酶，37 ℃孵育30 min。再用3 mol/L氫氧化鈉調pH值至6.9，加入0.625 mg胰酵素，37 ℃孵育90 min后9 000×g離心10 min，上清液即為可溶性β-葡聚糖提取液。

采用改進Meagzyme混鏈β-葡聚糖檢測試劑盒方法對提取液中可溶性β-葡聚糖含量進行測定。每個樣品至少重復測定3 次。

式中：△A為葡糖苷酶反應后的510 nm波長處的吸光度與試劑反應空白的吸光度之差；m1為標準葡萄糖的吸光度換算成葡萄糖的質量/mg；m為樣品的干質量/mg。

1.3.8β-葡聚糖提取液黏度的測定

用Discovery HR-2流變儀測定消化后β-葡聚糖提取液的黏度。參數為：平板夾具直徑40 mm，間隙（gap）設置為1 000 μm，37 ℃孵育樣品90 s，剪切速率335 s-1，測定時間180 s，每隔9 s 獲取1 個黏度數據，最后黏度為20 個數值的平均值。

1.3.9可溶性β-葡聚糖提取液組分分子質量分布

用Agilent 1260 LC來測定燕麥擠壓前后可溶性β-葡聚糖提取液中組分的分子質量。將1.3.7節得到的可溶性β-葡聚糖提取液稀釋到質量濃度1 mg/mL，過0.22 μm NC膜。

色譜條件：線性凝膠色譜柱（7.8 mm×300 mm）；2410示差折光檢測器；流動相：0.02 g/100 mL疊氮化鈉水溶液；進樣量：10 μL；流速：0.6 mL/min；柱溫：35 ℃。

1.4數據統計

采用SPSS 17.0軟件進行數據分析，以P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著，用單因素方差分析程序進行分析。數據均以±s表示。

2　結果與分析

2.1膨化率與色澤

燕麥擠壓后，在高溫和高壓下，物料膨脹，顏色也會發生變化，結果見表1。燕麥擠出物的膨化率約為1.16。低于報道的鷹嘴豆、小麥和小米等擠壓產物的膨化率［19-21］。究其原因，可能是高脂肪含量、高葡聚糖含量和相對少的淀粉含量導致燕麥擠出物膨化率偏小。

表1　擠出物的膨化率及色澤變化Table 1 Effect of extrusion on expansion and color characteristics of productsducts

燕麥是個多組分的基質，里面富含蛋白質和糖類，在高溫高壓下極易發生美拉德反應，而且從顏色上可以表現出差異。由表1可知，燕麥擠出物粉末明顯比未擠壓燕麥粉末顏色更暗，顏色更偏綠，更偏黃。在L*、a*和b*的綜合作用下，擠壓后△E值顯著下降（P＜0.05）。另有研究顯示，經遠紅外熱處理后，燕麥粉顏色變化呈相同趨勢［22］。由此可見，擠壓作為一種熱處理方式，在改變燕麥粉顏色方面可能和遠紅外熱處理作用機制相同。

2.2氨基酸組成

由表2可知，總的氨基酸含量由19.14%降低到13.70%。在測定的17 種氨基酸中，除甘氨酸外，其余16 種氨基酸的含量都有降低，其中酪氨酸降低幅度最大，達到了49.33%。結合色澤變化，推測燕麥擠壓過程中氨基酸參與發生了美拉德反應。

表2　燕麥擠壓前后氨基酸組成變化Table 2 Changes in amino acid composition during oat extrusion

2.3電子顯微鏡顯微分析

擠壓是一個劇烈的加工過程，對擠出物會產生重要影響，尤其對其微觀結構。圖1為擠壓處理前后燕麥磨粉后過50 目篩樣品掃描電子顯微鏡觀察圖，擠壓前的燕麥粉的表面更加光滑、平實、顆粒分散，而擠壓后的燕麥擠出物粉末表面粗糙、富有層次感、并且存在空穴。擠出物粉末表面的這種結構有利于物料中有效成分的溶解逸出，改善有效成分的傳質方式和速率，對于提高有效成分的提取效率可能有所幫助。

2.4燕麥擠壓物的吸水性指數和水溶性指數

表3　擠壓對產品吸水性指數和水溶性指數的影響Table 3 Effect of extrusion on water absorption index and water solubility index of extruded oats

由表3可知，擠壓后燕麥的吸水性指數顯著增大（P＜0.05），水溶性指數略微減小（P＞0.05）。結合圖1中燕麥擠壓后的表觀結構，擠壓后燕麥顆粒表面的空穴使其可以截留住更多的水分，增強物料持水性。

2.5燕麥擠壓物可溶性β-葡聚糖含量

據文獻報道，β-葡聚糖的溶解性與分子的聚合度和β-（1→3）糖苷鍵含量有關［23］。一般而言，水溶性β-葡聚糖中的β-（1→4）糖苷鍵與β-（1→3）糖苷鍵含量之比約為2.3∶1，而非水溶性β-葡聚糖中這一比值較高。加工可以提高燕麥中可溶性β-葡聚糖的含量。如李小鵬［24］利用燕麥麩皮為原料進行擠壓，結果顯示擠壓能夠提高可溶性β-葡聚糖的得率。栗紅瑜等［12］采用雙螺桿擠壓工藝條件：溫度190 ℃、水分含量14%、螺桿轉速30 Hz、進料速率72 kg/h對燕麥麩皮進行擠壓，最終使燕麥麩皮中葡聚糖含量提高了48.7%。

表4　擠壓對燕麥可溶性-葡聚糖含量及表觀黏度的影響Table 4 Effect of extrusion on soluble -glucan content and viscosity of oats

由表4可知，本實驗中燕麥擠出物的可溶性β-葡聚糖含量顯著高于未擠壓燕麥（P＜0.05）。燕麥經過擠壓后，測得可溶性β-葡聚糖含量提高了62.0%。

2.6燕麥擠壓物表觀黏度

燕麥降血脂功能性質主要歸功于其可溶性β-葡聚糖形成的高黏度溶液。而β-葡聚糖溶液的黏度受溶質濃度和分子質量大小綜合影響。一般而言，濃度越大，分子質量越大，黏度越大。由表4可知，燕麥和燕麥擠出物經體外模擬消化后，燕麥擠出物模擬消化液的黏度明顯大于未擠壓燕麥模擬消化液的黏度（P＜0.05）。由此推測，在合適的條件下擠壓處理燕麥對于燕麥降血脂功能可能有潛在的積極作用。

2.7燕麥擠壓物可溶性β-葡聚糖提取液中組分分子質量分布

表5　樣品提取液中組分分子質量分布Table 5 Average molecular weight distribution of soluble β-glucans in s in extrudate extract ract

由于提取液是個復雜體系，里面包含很多組分。由表5可知，在未擠壓的樣品提取液中組分的分子質量集中分布在103～105D，而經過擠壓后，樣品提取液中組分分子質量呈現兩極分化現象，在分子質量在103～105D區間沒有組分存在，尤其值得注意的是分子質量在105D以上的組分占到了總組分的35.05%，一般而言，組分分子質量越大，質量濃度越高，溶液黏度越大，此結果與2.6節結果一致。此結果說明，擠壓過程中，燕麥中有的組分發生了降解，同時也有聚合反應產生。

3　結 論

研究表明擠壓過程中燕麥出現了輕微膨化現象，而且美拉德反應的發生導致了一些性狀的改變，包括色澤的變化和氨基酸含量的下降。掃描電子顯微鏡分析結果顯示，擠壓加工能夠對燕麥的微觀結構產生影響，繼而影響產品的持水性和有效成分的溶出。燕麥擠出物經模擬體內生理消化后，提取液中可溶性β-葡聚糖含量有顯著增加，內容物分子質量呈現兩極分化現象，表觀黏度增大。由此推測，雙螺桿擠壓是一種有潛力提高全燕麥品質的加工技術。

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Analysis of Physicochemical Properties of Twin-Screw Extruded Oats of the Cultivar ‘Baiyan No. 2’

SHU Heng1，2， JIANG Xu1，2， WANG Xinkang2， LI Huihui2， YUAN Juanli1，3， CHEN Hongbing1，4， GAO Jinyan2，*
（1. State Key Laboratory of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330047， China； 2. School of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330031， China； 3. School of Pharmaceutical Science， Nanchang University，Nanchang 330006， China； 4. Sino-German Joint Research Institute， Nanchang University， Nanchang 330047， China）

This study investigated the changes in physicochemical properties of ‘Baiyan No. 2’ oats after twin-screw extrusion. It was shown that when the extrusion conditions were set as feed moisture content 22%， temperature 160 ℃，and screw speed 42 Hz with a fixed feeding rate of 26 Hz， the expansion ratio of oat extrudate was 1.16. Maillard reaction occurred during extrusion， resulting in changes in color and amino acid content. L*， a* and ΔE decreased， while b* increased. Total amino acid content decreased by 5.44%. Compared to the original material， oat extrudate had a layered rough surface. Water absorption index increased by 378.4%， water solubility index decreased by 1.08%， soluble betaglucan content increased by 62.0%， apparent viscosity of the extract of in vitro digested oat extrudate increased， and both polymerization and depolymerization reaction occurred during extrusion. Conclusively， twin-screw extrusion is a kind of processing technique that has the potential to improve wholegrain oat quality.

‘Baiyan No. 2’ oat； twin-screw extrusion； β-glucan； physicochemical properties

10.7506/spkx1002-6630-201615014

TS210.1

A

1002-6630（2016）15-0083-05

2015-10-08

科技部國際科技合作專項（2013DFG31380）；江西省對外科技合作計劃項目（20121BDH80019）；江西省科技計劃項目（20132BBG70101）

舒恒（1991—），男，碩士研究生，研究方向為食品科學與工程。E-mail：1031851249@qq.com

高金燕（1967—），女，教授，碩士，研究方向為食品營養與安全。E-mail：gaojy2013@ncu.edu.cn

引文格式：