秈米籽粒莧擠壓米的研制

喬艷秋，胡 楊，王雪松，汪 磊，沈汪洋，3，4

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023；2.中糧米業(yè)（仙桃）有限公司，湖北仙桃 433000；3.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室，湖北武漢 430023；4.湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點實驗室，湖北武漢 430023）

秈米籽粒莧擠壓米的研制

喬艷秋1，胡 楊1，王雪松1，汪 磊2，*沈汪洋1，3，4

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430023；2.中糧米業(yè)（仙桃）有限公司，湖北仙桃 433000；3.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室，湖北武漢 430023；4.湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點實驗室，湖北武漢 430023）

以秈米為主要原料，添加籽粒莧全粉，通過雙螺桿擠壓機制備出具有更高營養(yǎng)價值的秈米籽粒莧擠壓米。選取套筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、單甘脂添加量、籽粒莧全粉添加量、水分添加量作為主要因素，以糊化度為考查標(biāo)準(zhǔn)，制備出糊化度低的秈米籽粒莧擠壓米，得到最佳的工藝參數(shù)。通過快速黏度儀（RVA）、電鏡（SEM）、差式量熱掃描儀（DSC）等方法對產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行檢測。

秈米；籽粒莧；擠壓米；工藝參數(shù)；品質(zhì)

籽粒莧是莧科莧屬的一年生草本植物，屬于C4植物，由莖、葉和籽粒3個部分組成，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有50多個品種[1]。籽粒莧莧籽中的蛋白質(zhì)含量和品質(zhì)皆高于一般谷物，且氨基酸配比平衡，其蛋白質(zhì)品質(zhì)超過了大豆，接近于牛奶，并富含賴氨酸和人體必需脂肪酸，很適合人類營養(yǎng)需要，籽粒莧蛋白質(zhì)中含有6%的賴氨酸，為大米的2倍，是玉米、小麥的3倍[2]。粒莧籽具有明顯的降低血脂和延緩衰老作用，因其含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、糖類，被廣泛運用于飼料、食品和藥品等領(lǐng)域[3]。據(jù)了解，已有學(xué)者研制出一種色濃、味鮮、口感醇厚、營養(yǎng)豐富的籽粒莧醬油，其氨基酸總量比原來提高了35.1%，其中谷氨酸提高38.6%，賴氨酸提高22.8%，無鹽固形物含量提高18.0%[4]。

秈米是我國產(chǎn)量最大的稻米種類，產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良、營養(yǎng)豐富，除用作糧食外，還是食品加工原料，秈米的蛋白質(zhì)含量，平均約9.3%，粳米平均約為8.8%，其營養(yǎng)價值較粳米高，是一種很有食用潛力的谷物[5]。由于籽粒莧中含有豐富的賴氨酸，其含量大約是稻米的2倍、小麥的3倍、玉米和高粱的4倍，而賴氨酸恰恰是人類營養(yǎng)所必需的[6-9]。試驗旨在通過擠壓技術(shù)重新造粒生產(chǎn)秈米籽粒莧擠壓米，使籽粒莧的營養(yǎng)物質(zhì)得到充分利用，提高了籽粒莧的綜合利用程度和經(jīng)濟效益，也為籽粒莧的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秈米，中糧米業(yè)仙桃有限公司提供；籽粒莧，市售；單甘酯、五水合硫酸銅、硫酸鉀、碘化鉀、氫氧化鈉、五水合硫代硫酸鈉、甲基紅、無水乙醚、95%乙醇、硫酸、鹽酸、硼酸、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍(lán)指示劑等試劑，均為國產(chǎn)分析純，其中秈米和籽粒莧均過100目篩備用。

1.2 試驗儀器

YB-1000A型高速多功能粉碎機，永康市速鋒工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；RVA Super4型快速黏度分析儀，瑞典波通公司產(chǎn)品；DS32Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化機，濟南賽信機械有限公司產(chǎn)品；Q2000差示掃描量熱儀，美國TA公司產(chǎn)品；S-3000N型掃描電子顯微鏡，日本日立公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 擠壓米的制備工藝

圖1 擠壓膨化造粒工藝

擠壓膨化造粒工藝見圖1。

1.3.2 秈米籽粒莧擠壓米正交試驗

依次進(jìn)行螺桿轉(zhuǎn)速、水分添加量、套筒溫度、單甘酯添加量、籽粒莧全粉添加量5個單因素的優(yōu)化試驗，在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗的優(yōu)化工藝。

正交因素與水平設(shè)計見表1。

表1 正交因素與水平設(shè)計

1.3.3 秈米籽粒莧擠壓米的營養(yǎng)成分測定及分析

（1）基礎(chǔ)營養(yǎng)成分。主要測定秈米籽粒莧擠壓米的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、淀粉的含量（此項送檢由武漢食品藥品化妝品檢驗所檢測）。

（2）秈米和擠壓米RVA測定。RVA測定采用實驗室前期研究者晏夢婷等人[10]的方法。

（3） 秈米和擠壓米的DSC測定[11]。用杜邦坩堝稱取3 mg左右的秈米粉或擠壓米粉，按1∶2（質(zhì)量比）的比例加入重蒸水，制備成樣品，密封后置于4℃冰箱中隔夜平衡，用差示掃描量熱儀（DSC）進(jìn)行測定。掃描溫度范圍為10～100℃，掃描速率為10℃/min。測定時，以空坩堝作為對照，載氣為氮氣，氮氣的流速為20 mL/min。每個樣品至少做2個平行樣，結(jié)果取平均值。

（4）秈米和擠壓米的電鏡測定[12]。用電子掃描顯微鏡觀察擠壓米的顆粒形態(tài)。選取飽滿、完整度高的秈米和秈米籽粒莧擠壓米，擦干凈，將米粒切成厚度約為1 mm的薄片，選擇直徑最大的作為觀察樣本，然后將其固定在樣品臺上，噴金，加速電壓為15 kV。

（5）秈米和擠壓米的糊化度測定[13]。稱取粉碎過60目篩的樣品各1 g，分別放入2個100 mL的錐形瓶中（A1、A2），另取一錐形瓶A0不加試樣做空白試驗。3個錐形瓶中均加入蒸餾水50 mL，搖勻，將A1錐形瓶在電爐上用小火微沸糊化20 min，避免燒干，不停搖動，然后冷卻至室溫。在A0，A1，A23個錐形瓶中，分別加入稀釋的糖化酶5 mL，搖勻后于50℃下恒溫水浴保溫1 h，并不時搖蕩，及時取出立即加入2 mL鹽酸（1 mol/L） 終止反應(yīng)，將3個錐形瓶內(nèi)的反應(yīng)物定容至100 mL，然后過濾備用。移取濾液各10 mL分別放入3個250 mL碘量瓶中，均準(zhǔn)確加入10 mL碘液（0.05 mol/L） 及18 mL氫氧化鈉（0.1 mol/L） 溶液，蓋塞，在暗處放置15 min，然后迅速各加入2 mL硫酸（10%），用硫代硫酸鈉（0.05 mol/L） 溶液滴定至無色。記錄各用去硫代硫酸鈉溶液的體積。

式中：V0——滴定空白消耗硫代硫酸鈉的體積；

V1——滴定完全糊化樣品消耗硫代硫酸鈉的體積；

V2——滴定樣品消耗硫代硫酸鈉的體積。

2 結(jié)果與討論

2.1 籽粒莧理化指標(biāo)

籽粒莧蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維的含量都高于小麥、大米和玉米的含量。莧菜籽蛋白質(zhì)的一大優(yōu)點是賴氨酸含量高，氨基酸的組成接近FAO/WHO的推薦值，并且籽粒莧中的礦物質(zhì)含量比其他糧食中的礦物質(zhì)含量都豐富。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

選取螺桿轉(zhuǎn)速、水分添加量、套筒溫度、單甘酯添加量、籽粒莧全粉添加量5個因素作為主要因素，進(jìn)行正交試驗。

正交試驗結(jié)果見表2。

由表2可以看出，在擠壓的過程中，對糊化度影響的主次因素為螺桿轉(zhuǎn)速＞水分添加量＞套筒溫度＞單甘脂添加量＞籽粒莧全粉添加量，最優(yōu)組合為A2B2C1D2E2，即螺桿轉(zhuǎn)速130 r/min，水分添加量17%，套筒溫度50℃，單甘脂添加量0.2%，籽粒莧添加量10%。

在此最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行驗證試驗，測得秈米籽粒莧擠壓米糊化度為0.80，糊化度值較低。

2.3 秈米籽粒莧擠壓米的營養(yǎng)品質(zhì)

2.3.1 基礎(chǔ)營養(yǎng)成分

基礎(chǔ)營養(yǎng)成分見表3。

表3 基礎(chǔ)營養(yǎng)成分

此數(shù)據(jù)表明秈米籽粒莧擠壓米的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)含量明顯高于秈米原料，所以其含有的營養(yǎng)價值更高。

2.3.2 RVA測定結(jié)果與分析

RVA測定值見表4。

表4 RVA測定值/mPa·s-1

峰值黏度是反映淀粉的吸水率和增稠性[14]，是由于淀粉吸收水分之后膨脹導(dǎo)致相互摩擦，而使黏度增加，最終黏度的值越高代表其淀粉糊的硬度就越大，回生值代表著淀粉的老化程度，回生值越低，淀粉老化程度越大，所以可以得出秈米籽粒莧擠壓米的淀粉老化程度高于秈米，淀粉糊的硬度低于秈米，淀粉的膨脹力也低于秈米。崩解值是最高黏度（Peak viscosity value，PKV） 與熱漿黏度（Hot paste value，HPV） 的差值，是反映淀粉在高溫下耐剪切力的能力[15]，即淀粉的熱糊穩(wěn)定性。崩解值越大，則淀粉的熱糊穩(wěn)定性越差。從表4可以看出，秈米籽粒莧擠壓米的峰值黏度、保持黏度、崩解值、最終黏度和回生值都低于秈米，說明秈米-籽粒莧擠壓米具有良好的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性，可能是在擠壓的過程中淀粉分子的原始結(jié)構(gòu)遭到了破壞，淀粉分子的相對分子質(zhì)量減少，導(dǎo)致其黏度值和崩解值下降[16]。

2.3.3 DSC測定值的結(jié)果與分析

DSC測定值見表5。

表2 正交試驗結(jié)果

表5 DSC測定值

由表5可以看出，秈米測量出開始糊化的溫度為60.79℃，大于秈米籽粒莧擠壓米測量出的57.62℃，秈米測量出的峰值溫度為72.29℃，大于秈米籽粒莧擠壓米測量出的58.63℃，秈米測量出來的熱焓值為7.275 J/g，大于秈米籽粒莧擠壓米測量出的0.340 9 J/g。因為擠壓的過程對淀粉的結(jié)構(gòu)已經(jīng)打亂了一部分，所以再次向無序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的時候所需要的能量就比較少。同時，也可能因為擠壓米的糊化度比較高，造成糊化度較高的原因可能是溫度較高時，分子的熱運動就會加快，同時糊化度也會增加。與此同時，糊化度也隨著水分添加量的增加而下降，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而降低。秈米的起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值都高于秈米籽粒莧擠壓米。經(jīng)過擠壓，其起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值都降低了，莊海寧等人[16]進(jìn)行了類似的研究，發(fā)現(xiàn)起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓值都隨著糊化度的增加而降低。這種現(xiàn)象可能是玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變，實際上是淀粉鏈段從有序到無序的過程，而擠壓米經(jīng)過擠壓已經(jīng)實現(xiàn)了一定程度的無序化，在轉(zhuǎn)變過程中所需的熱量較少[17]。

2.3.4 電鏡測定

秈米電鏡掃描見圖2，秈米-籽粒莧擠壓米電鏡掃描見圖3。

圖2 秈米電鏡掃描

圖3 秈米-籽粒莧擠壓米電鏡掃描

分析掃描電子顯微鏡圖可以看出，秈米淀粉顆粒表面較為光滑，只是有一些較大的顆粒，但是具有規(guī)則的表面，彼此的結(jié)合也比較緊密；經(jīng)過擠壓膨化之后的秈米-籽粒莧擠壓米，由于糊化的原因，淀粉的顆粒增大，表明有少許的裂紋，但是總體感官還是接近于秈米的外觀，所以由此看來秈米擠壓米的外觀更優(yōu)于秈米擠壓米的外觀，具有更光滑的外表和更少的斷層。

3 結(jié)論

秈米籽粒莧擠壓米的制備最佳工藝方案為螺桿轉(zhuǎn)速130 r/min，水分添加量17%，套筒溫度50℃，單甘脂添加量0.2%，籽粒莧添加量10%。通過RVA測定秈米籽粒莧擠壓米的峰值黏度、保持黏度、崩解值、最終黏度和回生值均低于秈米，其峰值時間則高于秈米。表明秈米籽粒莧擠壓米具有良好的熱糊穩(wěn)定性和冷糊穩(wěn)定性。通過差示掃描量熱儀測得秈米籽粒莧擠壓米的起始溫度、峰值溫度低于秈米，熱焓值低于秈米，因為玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變實際上是淀粉鏈段從有序到無序的過程，而復(fù)合米經(jīng)過擠壓已經(jīng)實現(xiàn)了一定程度的無序化，所以在轉(zhuǎn)變過程中所需的熱量要少。通過電子掃描顯微鏡觀察得出秈米籽粒莧擠壓米的外觀結(jié)構(gòu)不如秈米原料緊密，存在較多的裂紋和較大的顆粒。

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Study on Preparation of Indica Rice Grain Amaranth Reformed Rice

QIAO Yanqiu1，HU Yang1，WANG Xuesong1，WANG Lei2，*SHEN Wangyang1，3，4
（1.College of Food Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan，Hubei 430023，China；2.COFCO Rice（Xiantao） Limited，Xiantao，Hubei 433000，China；3.Key Laboratory of the Deep Processing of Bulk Grain and Oil Authorized by Ministry of Education，Wuhan，Hubei 430023，China；4.Hubei Key Laboratory for Processing and Transformation of Agricultural Product，Wuhan，Hubei 430023，China）

In this study，the indica rice was used as the main raw material to add the grain amaranth powder，and the extruded rice with the higher nutritional value was prepared by the twin-screw extruded.The effects of sleeve temperature，screw speed，addition amount of monoglyceride，adding amount of grain amaranth and amount of water were taken as the main factors.The gelatinization degree was determined by the degree of gelatinization.Get the best process parameters.And the product quality was tested by rapid visco-analyser（RVA），scanning electron microscope（SEM） and differential scanning calorimeter（DSC） .

indica rice；grain amaranth；reformed rice；process parameter；quality

TS213

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.10.032

1671-9646（2017） 10b-0009-04

2017-08-23

糧食公益性行業(yè)科研專項“營養(yǎng)主食再生米制粒工藝及設(shè)備研究”（201313011-5）。

喬艷秋（1994— ），女，在讀碩士，研究方向為谷物資源綜合利用開發(fā)。

*通訊作者：沈汪洋（1978— ），男，博士，副教授，研究方向為谷物資源綜合利用開發(fā)。