不同干燥條件對降糖復(fù)合米品質(zhì)效果調(diào)控研究

劉震遠，杜美軍，賈曉昱，李悅明，李喜宏，，*，李海登

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津300457；2.天津農(nóng)科食品生物科技有限公司，天津300457；3.天津捷盛東輝保鮮科技有限公司，天津300403；4.長融匯通（天津）食品科技研發(fā)有限公司，天津 300457）

糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病，在我國中老年人群發(fā)病率較高而且難以根治。大米中淀粉含量較高，普通人群食用米飯后血糖指數(shù)上升，但在餐后3 h～6 h內(nèi)通過代謝作用血糖值即可恢復(fù)正常水平，但是糖尿病人食用后血糖指數(shù)則會快速上升并維持在較高水平，血糖值無法自主降低，嚴重威脅健康，所以糖尿病人生活中難以正常食用大米[1-3]。因此，研制一種可抑制糖尿病人餐后血糖值上升的復(fù)合米成為發(fā)展趨勢。降糖米是在營養(yǎng)強化米基礎(chǔ)上研制的一種針對糖尿病人專食的新型復(fù)合米。其以大米為基料，配以馬鈴薯全粉，木薯淀粉，大豆膳食纖維等作為輔料，經(jīng)螺桿擠壓熟化再造粒、干燥等工藝制成的人造大米。此方法研制成的復(fù)合米營養(yǎng)成分均勻，穩(wěn)定性強，加工過程中損失小[4]。

降糖米在前人研究下雖然已經(jīng)存在，但其降糖效果不明顯，導(dǎo)致很難被糖尿病人接受食用，國內(nèi)外對降糖米工藝優(yōu)化試驗鮮有報道[5]。降糖米的品質(zhì)與效果受多方面工藝條件影響，其中干燥條件作為關(guān)鍵控制點影響效果顯著[6]。馬文等[7]研究了5種干燥方式對復(fù)合米品質(zhì)調(diào)控效應(yīng)，闡明了不同干燥方式會對復(fù)合米外觀、食用品質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)產(chǎn)生影響。血糖指數(shù)（glycemic index，GI）是由加拿大臨床醫(yī)生Jenkins等專家提出[8]。為了方便檢測GI值變化，Capriles等[9]提供一種可以體外測定血糖指數(shù)的方法。該方法簡單易行，對復(fù)合米降糖效果可進行直觀測評。

本試驗在前人研究基礎(chǔ)上，確定降糖米配方，采用雙螺桿擠壓工藝擠壓成型后，分別采用熱風干燥、冷凍干燥2種方式制得降糖米成品。研究干燥條件對降糖米理化性質(zhì)、感官評價、蒸煮品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性等方面影響。為以后降糖米的研究提供一定的理論指導(dǎo)及依據(jù)，使降糖米產(chǎn)品有廣闊的發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米粉、馬鈴薯全粉、木薯淀粉、大豆膳食纖維、大豆蛋白、燕麥麩皮：天津金元寶濱海農(nóng)產(chǎn)品交易市場。

磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、瓜爾豆膠、胰酶（初始酶活：0.25%）、3，5-二硝基水揚酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）、酒石酸鉀鈉、麥芽糖：天津百奧泰科技發(fā)展有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

DSE32-I雙螺桿擠壓試驗機：濟南盛潤機械有限公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro Systems；HITACHI S-3000N型掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

配料→拌料→設(shè)置擠壓參數(shù)→進料→擠壓成型→旋切造粒→冷卻→測水分含量→干燥水分含量至11%～13%→成品→包裝

1.3.2 工藝參數(shù)設(shè)置

擠壓參數(shù)：Ⅰ區(qū)溫度：70℃；Ⅱ區(qū)溫度：110℃；Ⅲ區(qū)溫度：90 ℃。主軸轉(zhuǎn)速：17 Hz；進料轉(zhuǎn)速：7 Hz；切斷轉(zhuǎn)速：32 Hz。

熱風干燥：干燥溫度為45℃，干燥時間為6 h。冷凍干燥：干燥溫度為-60℃，干燥時間為24 h。干燥至水分含量11%～13%。

1.4 指標測定

1.4.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測定

隨機選取幾粒米，用手術(shù)刀切成薄片，將樣品放入Eico IB.5 incoater中用噴金鍍膜，用掃描電鏡觀察降糖米微結(jié)構(gòu)并拍照[10]。

1.4.2 蒸煮品質(zhì)的測定

加熱吸水率、膨脹率及米湯可溶性固形物含量的測定：參照王肇慈等的方法[11]。

1.4.3 質(zhì)構(gòu)的測定

質(zhì)構(gòu)剖面分析（texture profile analysis，TPA）方法測定時具體參數(shù)設(shè)置如下：測試前速度：2.00 mm/s，測試中速度：1.00 mm/s，測試后速度：1.00 mm/s，觸發(fā)力值5.0 g，壓縮程度70%，兩次壓縮間隔時間：5.00 s，測試探頭采用P/36R型，測試為壓力測試[12]。

1.4.4 感官評價

將降糖米和水以1∶0.8的質(zhì)量比混合于電飯煲中蒸煮15 min，并保溫12 min，后取出將做成的米飯放在盤子上品嘗評價。挑選10名食品專業(yè)的學(xué)生作為評價員組成評價組，每品嘗完一個樣品后用37℃左右純凈水漱口，每個樣品做3次重復(fù)試驗，取平均值。感官評價方法參照GB/T 15682-2008《糧油檢驗稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)感官評價方法》，并有所修改[13]，具體見表1。

表1 感官評價評分規(guī)則及分值表Table 1 The score rules and value of sensory evaluation

1.4.5 碳水化合物水解速率（血糖體外模擬消化試驗）

碳水化合物水解率試驗方法具體參照周林秀等[14]的測定方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SPSS13.0及Origin 8.5軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥條件對降糖復(fù)合米內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

不同干燥條件下降糖米的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過試樣橫切面的掃描電鏡圖來觀察，通過放大1 000倍掃描電子顯微鏡（SEM）照片可以清楚地觀測到大米的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 干燥條件對降糖復(fù)合米內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響Fig.1 Effect of drying conditions on internal structure of hypoglycemic composite rice

觀測干燥方法對大米內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。可以看出冷凍干燥條件下米粒截面裂紋較少，表面平滑度高。而熱風干燥表面出現(xiàn)明顯龜裂，截面凹槽較多，表面粗糙。這是因為熱風干燥條件下，外表面溫度較高，水分由內(nèi)向外遷移，當水分遷移速度低于溫度傳遞速度時，水分來不及轉(zhuǎn)移到表面，就會隨著表面水分的蒸發(fā)逸散，內(nèi)外水分分布不均勻，表面變得堅硬，隨著干燥繼續(xù)進行，米粒中心過于干燥，又會出現(xiàn)裂隙，從而形成表皮爆裂及米粒內(nèi)部出現(xiàn)氣孔、凹坑。原料中的支/直鏈淀粉在擠壓熟化中結(jié)構(gòu)遭到破壞，而在冷凍干燥過程中分子又會重新排列結(jié)晶，結(jié)構(gòu)均勻致密。同時形成少量的抗性淀粉，食用時不易被消化吸收，有效抑制餐后血糖上升。

2.2 干燥條件對降糖復(fù)合米蒸煮品質(zhì)的影響

干燥條件對降糖復(fù)合米蒸煮品質(zhì)的影響見圖2。

天然大米加熱吸水率及膨脹率值較低，米湯可溶性固形物含量較高[15]，這與天然大米復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)，而降糖米屬于人造米，其加熱吸水率、膨脹率及米湯可溶性固形物含量反映其質(zhì)構(gòu)的緊密性，加熱吸水率、膨脹率越大，米湯固體溶出物質(zhì)量越小，則說明重組降糖米質(zhì)構(gòu)致密性越好[16]。根據(jù)圖2可知，冷凍干燥處理時大米加熱吸水率、膨脹率均較高，峰值分別為287.14%、278.43%，而米湯可溶性固形物含量低至95.44 mg/g，差異顯著（p＜0.05）。表明了冷凍干燥的方式可以使米粒內(nèi)部孔隙更加致密均勻，分子網(wǎng)狀骨架支撐結(jié)構(gòu)韌性好，大分子組分物質(zhì)及進入內(nèi)部的水分被牢牢地鎖住保留在米粒內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)間，蒸煮效果最佳。

圖2 干燥條件對降糖復(fù)合米蒸煮品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of drying conditions on cooking quality of hypoglycemic compound rice

2.3 干燥條件對降糖復(fù)合米質(zhì)構(gòu)的影響

干燥條件對降糖型復(fù)合米質(zhì)構(gòu)的影響見表2。

表2 干燥條件對降糖型復(fù)合米質(zhì)構(gòu)的影響Table 2 Effect of drying conditions on texture of hypoglycemic composite rice

復(fù)合米與自然米內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異較大，蒸煮時易產(chǎn)生黏結(jié)、爆腰、斷裂等劣變，從而影響硬度、彈性、黏聚性等，回復(fù)性較低，隨之咀嚼度較差，嚴重影響食用口感、品質(zhì)[17]。根據(jù)表2可看出，與熱風干燥相比，冷凍干燥方式米粒硬度最低為721.758 g，而彈性值（0.875 mm）、黏聚性值（0.572 gs）、膠著度值（647.545 g）、咀嚼度值（575.009 g）、回復(fù)性值（0.188 gs）均高于熱風干燥。說明不同干燥方式對降糖米質(zhì)構(gòu)影響顯著。熱風干燥直吹米粒表面，其水分蒸發(fā)速度高于內(nèi)部，導(dǎo)致水分轉(zhuǎn)移速度低于蒸發(fā)速度，所以表皮變得堅硬，彈性、咀嚼度等均較差。冷凍干燥是米粒中的水分在低溫環(huán)境下生成均勻的冰晶后直接升華，不會影響內(nèi)部結(jié)構(gòu)，效果明顯優(yōu)于熱風干燥。

2.4 干燥條件對降糖復(fù)合米感官評價的影響

干燥條件對降糖復(fù)合米感官評價的影響見表3。

根據(jù)感官評價表3可以看出，冷凍干燥蒸煮后的米粒，其氣味、外觀結(jié)構(gòu)、適口性、滋味、冷飯質(zhì)地均為最高分值81.54。此時米粒具有較好的完整性與透明度，具有五谷特有的清香氣味，米飯松軟，口感適宜[18]。螺桿擠壓會使米粒結(jié)構(gòu)均勻致密，表面凹槽、孔隙較少，外觀良好。冷凍干燥讓米粒內(nèi)部結(jié)晶重新均勻排列，孔隙均勻，吸水膨脹效果好，還會生產(chǎn)少量抗性淀粉，降低餐后升糖指數(shù)。這與米粒微觀結(jié)構(gòu)觀察、蒸煮品質(zhì)測定分析結(jié)果一致。

表3 不同干燥條件復(fù)合米蒸煮后感官評價得分表Table 3 Sensory evaluation score of composite rice with different drying conditions

2.5 干燥條件對降糖復(fù)合米可利用碳水化合物水解速率的影響

干燥條件對消化液中麥芽糖釋放量的影響見圖3。

圖3 干燥條件對消化液中麥芽糖釋放量的影響Fig.3 Effect of drying conditions on maltose release from digestive juice

糖尿病人不適宜吃大米，食用后血糖快速上升而且無法自主下降。降糖米食用后會抑制血糖上升指數(shù)，因而可供糖尿病患者食用[19]。根據(jù)圖3可以看出，將不同干燥方式生產(chǎn)的降糖米與原米進行對比，通過體外模擬消化試驗觀測餐后3 h內(nèi)消化液中麥芽糖的釋放量，反映血糖變化指數(shù)。圖3中可以看出兩種干燥方式制得的降糖米均有效抑制血糖上升指數(shù)，明顯低于原米，其中冷凍干燥條件下消化液中麥芽糖釋放量更少，僅為243 mg/mL。

表4 干燥條件對體外消化模擬血糖值的影響Table 4 Effect of drying conditions on simulated blood glucose value in vitro digestion

根據(jù)消化液中麥芽糖釋放量計算出可利用碳水化合物水解率，進而得到不同處理的水解指數(shù)（hydrolysis index，HI）根據(jù)公式GI=39.71+0.549HI計算出最終預(yù)測血糖值[20]。由表4可以看出，原米GI值高達94.61%，冷凍干燥GI值僅為71.27%，與原米相比降低了23.34%。熱風干燥時加熱溫度過高與時間過長，對直鏈淀粉的破壞越大，從而越不容易形成抗性淀粉，反而增加了其消化率。冷凍干燥的方式會讓原料中的直鏈淀粉在擠壓熟化中結(jié)構(gòu)遭到破壞，在冷藏過程中又會重新排列結(jié)晶，形成少量的抗性淀粉，更難消化吸收，從而降低了米的升糖指數(shù)。

3 結(jié)論

本試驗研究了冷凍干燥與熱風干燥兩種干燥方式對降糖米品質(zhì)效果的影響。結(jié)果表明冷凍干燥制成的降糖米感官評價、蒸煮品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性均優(yōu)于熱風干燥。冷凍干燥條件下，在掃描電鏡下觀測到其表面平滑度最高，幾乎沒有凹槽，內(nèi)部結(jié)構(gòu)最為致密均勻。蒸煮后測出其加熱吸水率、膨脹率分別為287.14%、278.43%，米湯可溶性固形物含量僅為95.44 mg/g。質(zhì)構(gòu)與感官評價測出米粒具有良好的硬度、彈性、咀嚼度、黏結(jié)度等。體外模擬試驗得出冷凍干燥制成的大米降糖效果明顯優(yōu)于熱風干燥，可將餐后GI值控制到71.27%，較原米下降了23.34%。抑制升糖效果較為顯著，適宜糖尿病人食用。

該試驗對降糖米干燥方式進行了優(yōu)化選擇，為降糖米生產(chǎn)規(guī)律提供了理論依據(jù)，但其他方式的處理是否可以更好提高降糖米品質(zhì)及功效，仍需進一步研究探討。