蟲草復合米的研制

劉方 聶婷婷 沈汪洋 等

摘要：以粳米為主要原料，輔以蟲草培養基，通過雙螺桿擠壓技術制備富含蟲草素的粳米復合米。選取蟲草培養基含量、含水量、套筒溫度、螺桿轉速4個技術參數為主要因素，制得糊化度較低的富含蟲草素的粳米復合米（簡稱蟲草復合米），確定最佳參數。通過快速黏度儀（RVA）、差示量熱掃描儀（DSC）等測得品質指標。最佳工藝參數為：蟲草培養基含量30%、含水量50%、套筒溫度80 ℃、螺桿轉速250 r/min。檢測數據顯示蟲草復合米的蛋白質、脂肪以及蟲草素含量明顯高于粳米。

關鍵詞：蟲草素；粳米；復合米；擠壓

中圖分類號：TS213.3；S567.3+5 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）04-0997-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.04.045

Preparation of Compound Japonica Rice with Cordycepin

LIU Fang1，NIE Ting-ting1，SHEN Wang-yang1，2，YAO Di1，GUO Ji1，CHEN Xuan1，

YANG Guo-yan1，ZHOU Jian1，2，GAO Hong3，CHENG Wei3

（1.College of Food and Science Engineering， Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China；

2.Hubei Collaborative Innovation Center for Processing of Agricultural Products， Wuhan 430023，China；

3.Institute of Agri-products Processing and Nuclear-agricultural Technology ，Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064，China）

Abstract：In this experiment， polished restructuring japonica rice was taken as the main raw material， supplemented by cordyceps culture medium， the restructuring japonica rice rich in cordycepin was prepared by a twin-screw extrusion techno logy. Select media content， moisture content， barrel temperature， screw speed as the main factors， the lower the degree of compound rice with cordycepin was obtainedand the optimal parameter were analyzed.Through rapid viscometer （RVA）， diffe rential scanning calorimetry（DSC）， the quality parameters were measured. And the optimal parameters were： cordyceps culture medium content 30%， water content 50% ， barrel temperature 80 ℃， screw speed 250 r/min.The data showed that protein， fat and cordycepin content was significantly higher than those of polished japonica rice.

Key words：cordycepin； japonica rice； restructuring rice； extrusion

復合米（重組米）是一種高濃度營養的強化米，指淀粉類原料添加各種營養強化物質，用人工方法造粒、糊化、干燥制成與天然大米相似之顆粒[1]。它在碎米利用、營養強化、功能調配、工業生產等方面具有獨特的優勢。早在20世紀80年代，一些發達國家就己生產人造米，其優點是：人造米的粒形、粒度酷似大米，色澤相似；因主要成分是大米，故主要基礎營養成分和食味與普通大米相近；可根據需要進行營養強化，可針對不同人群制成各種強化米；原料選擇上廣泛，能將碎米等資源充分利用，擠壓膨化工藝中經過了高溫熟化，易貯藏、易蒸煮[2]。

北蟲草，又稱北冬蟲夏草、蛹蟲草，其營養和藥用價值可與冬蟲夏草媲美，其主要功效成分蟲草素的含量甚至遠遠超過了野生冬蟲夏草。蟲草素即3′-脫氧腺嘌呤核苷，是一種核苷類抗生素。蟲草素具有抗癌、抗菌、消炎、抗病毒、調節人體內分泌和增強人體免疫功能，具有良好的臨床應用前景[3，4]。研究表明蟲草素有抗菌、抗病毒[5]、抗腫瘤[6]，增強免疫力，調節代謝和預防心血管疾病等作用。由于天然冬蟲夏草資源的短缺與消費者對相關蟲草資源的旺盛需求，促進了以大米為培養基的人工栽培北蟲草生產規模的大幅增長。據不完全統計，2013年北蟲草日均產量為11.85 t[7]。而以大米或碎大米為原料的北蟲草子實體被采收后，殘留了大量的廢棄培養基。研究表明（表1），北蟲草培養基中蟲草素的含量與子實體相近甚至更高。蟲草培養基中蛋白質和淀粉含量較高，蛋白質達16.5 g/100 g，氨基酸含量為11.7%，故蟲草培養基有較高的利用價值。

蟲草復合米是將蟲草培養基和粳米通過粉碎、配比、制粒、烘干等一系列工序精制而成的新型主食。蟲草復合米食用方便，口感細膩，營養全面，易消化吸收；蟲草復合米不易產生“回生”現象，便于長期存儲。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

粳米購于武商量販超市（產于東北），蟲草培養基由湖北省農業科學院農產品加工與核農技術研究所提供。

試劑：淀粉酶（河南豫中生物有限公司）。

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、亞甲基藍指示劑等均為國藥集團（分析純）。乙腈為德國Merck公司（色譜純）。

1.2 儀器

FW100 高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司），RVA super4快速黏度分析儀（瑞典波通儀器公司），Q-10型差示掃描量熱儀（美國TA公司），DS32 Ⅱ雙螺桿擠壓膨化機（濟南賽信機械有限公司），TG16-WS臺式高速離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司），SB-5200 DTN超聲波清洗機（寧波新芝生物科技股份有限公司），Aailent 1260 高效液相色譜儀。

1.3 方法

1.3.1 蟲草復合米的加工工藝 復合米加工技術是人造米加工技術的改進和延伸，人造米加工技術最先由美國的Cox J和Cox D在20世紀80年代后期研究開發而成。工藝流程為：原料→粉碎→混合調質→制粒→冷卻→微波烘干→冷卻→分級→包裝[8]。

蟲草培養基和粳米分別粉碎后，按照一定比例加入到攪拌器，添加適量水分，在攪拌機內充分混合調質，然后送入雙螺桿擠壓機。在擠壓機內，物料受到高強度地剪切、擠壓和高溫成熔融狀態，淀粉限制性糊化，然后在高壓下從機頭模孔處擠出，被旋切刀切成米粒形狀。米粒在風機的作用下，冷卻、分散、輸送進入涼米器進行冷卻，冷卻一段時間后，送入微波烘干機進行烘干，達到安全水分后，再次冷卻、分級和包裝。

1.3.2 單因素試驗

1）蟲草培養基的含量。蟲草培養基的含量關系到蟲草素的含量，通過預試驗得知通過雙螺桿擠壓過程后蟲草素的含量損失極少，影響可以忽略，但考慮到蟲草培養基的添加量對復合米的糊化度影響，故以復合米的糊化度[9]作為目標值對蟲草培養基的添加量進行選擇。擬定原料含水量為40%，套筒溫度為80 ℃，螺桿轉速為250 r/min，考察不同的蟲草培養基含量對復合米的影響。

2）含水量。以復合米的糊化度作為目標值對原料水分進行選擇。根據蟲草添加量單因素試驗結果，選取蟲草培養基含量為30%，預定套筒溫度為80 ℃，螺桿轉速為250 r/min，考察不同的含水量對復合米的影響。

3）套筒溫度。雙螺桿擠壓機主要分三區，第I區為喂料區，第Ⅱ區為擠壓區，第Ⅲ區為熟化區，本試驗第I區喂料區選擇80 ℃，第Ⅲ區熟化區為70 ℃，主要考慮第Ⅱ區擠壓區不同溫度對蟲草復合米的成型影響。擠壓區溫度越高，糊化度越高。反之，糊化度越低。為保證復合米具有良好的蒸煮性能和感官品質，本工藝對原料進行限制性糊化。擬定蟲草培養基含量為30%，原料含水量為40%，螺桿轉速為250 r/min，考察不同的套筒溫度對復合米的影響。

4）螺桿轉速。螺桿轉速也影響糊化度，轉速越大，物料在機內停留的時間越短，糊化度越低。以復合米的糊化度作為目標值對螺桿轉速進行選擇。選取蟲草培養基含量為30%，原料含水量為40%，套筒溫度為90 ℃，考察不同的螺桿轉速對復合米的影響。

1.3.3 正交試驗 以單因素試驗為基礎，選取蟲草培養基含量、原料含水量、螺桿轉速、套筒溫度為因素，以糊化度為指標，進行了正交試驗，因素與水平見表2。

1.3.4 蟲草復合米的營養成分測定及安全性評價

1）蟲草素的測定。對核苷物質的檢測方法，主要分為光譜法和色譜法兩類，色譜法主要包括有薄層色譜掃描法（TLCS）、毛細管電泳法、高效液相色譜法（HPLC）和紫外分光光度法等，而目前較多的用于測定蟲草素的方法是HPLC法[10]。本試驗蟲草素依照NYT 2116-2012測定。

2）基礎營養成分。蛋白質參照GB5009.5-2010測定；脂肪參照GB/T5512-2008測定；淀粉含量參照GB/T5009.9-2008測定；含水量參照GB 5497-1985測定。

3）蟲草復合米的安全性評價。依據《保健食品檢驗與評價技術規范》2003版，用蟲草復合米作為受試樣品進行小鼠急性經口毒性試驗，在兩周內觀察小鼠中毒和死亡情況。

1.3.5 RVA測定 用快速黏度分析儀測定淀粉黏滯特性，用TWC配套軟件進行分析。測定按AACC規程要求，即含水率不同，對應稱取粳米粉或復合米粉，加蒸餾水的量不同。

測定中，加熱過程從25 ℃開始至95 ℃，以12 ℃/min的速率進行加熱，然后在95 ℃保溫3 min；冷卻過程從95 ℃開始至25 ℃，以12 ℃/min的速率進行冷卻，然后在25 ℃保溫5 min[11]。攪拌器初始10 s內轉速為960 r/min，之后維持在160 r/min。淀粉的黏滯性用以RVU為單位的黏滯性譜（RVA）來表示，1RVU=12 mPa.s。

1.3.6 DSC測定 用杜邦坩堝稱取5 mg左右的粳米粉或復合米粉，按1∶2（質量比）的比例加入重蒸水，制備成樣品，密封后置于4 ℃冰箱中隔夜，用差示掃描量熱儀（DSC）進行測定。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。

1.3.7 糊化度 糊化度按照酶水解法進行[12-15]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 蟲草培養基的含量 依照初定的水分含量、套筒溫度和螺桿轉速，分別選取20%、25%、30%、35%、40%的蟲草素培養基進行單因素試驗（圖1）。從圖1可以看出，當蟲草素含量為20%～25%糊化度呈上升趨勢，25%～30%時糊化度下降，30%～35%時糊化度隨蟲草素含量增加而升高，其中蟲草素為30%時，糊化度最低。蟲草素復合米以糊化度為標準，糊化度越低越好，因此，選擇30%的蟲草素培養基。

2.1.2 套筒溫度 選取30%蟲草培養基、水分含量為40%、螺桿轉速為250 r/min，選取套筒溫度分別為70、80、90、100、110 ℃進行單因素試驗（圖2）。從圖2可以看出，當套筒溫度為70～80 ℃，糊化度隨溫度升高而不變，當溫度在80～90 ℃時，糊化度隨溫度升高而降低，在90～110 ℃糊化度隨溫度升高而升高，其中溫度為90 ℃，糊化度最低。

2.1.3 原料含水量 選取30%蟲草培養基、套筒溫度為90 ℃、螺桿轉速為250 r/min，選取含水量分別為35%、40%、45%、50%、55%進行單因素試驗（圖3）。從圖3可以看出，當含水量在35%～40%糊化度隨含水量增加而下降，當含水量為40%～45%糊化度隨含水量增加而升高，其中含水量為40%時，糊化度最低。

2.1.4 螺桿轉速 選取30%蟲草培養基、套筒溫度為90 ℃、含水量為40%，選取螺桿轉速分別為200、250、300、350、400 r/min進行單因素試驗（圖4）。從圖4可以看出，當螺桿轉速為300 r/min時，糊化度最低。

2.2 正交試驗結果

選取蟲草培養基含量、含水量、套筒溫度、螺桿轉速4個主要參數為因素，試驗結果見表3。由表3可知，C>A>B>D，最優方案為A3B4C1D1，即蟲草素含量為30%，含水量為50%，套筒溫度為80 ℃，螺桿轉速為250 r/min，按照此條件進行驗證試驗，測得糊化度為68.58%，低于其他各組。

2.3 蟲草復合米的安全性評價及營養分析

2.3.1 蟲草復合米的安全性評價 在兩周觀察期內小鼠未見明顯中毒癥狀，亦無小鼠死亡，MTD值大于15.0 g/kg（BW），按急性毒性分級標準評價，該受試樣品屬無毒級。

2.3.2 蟲草復合米的營養成分測定

1）蟲草素的測定。由表4和圖5、圖6、圖7可知，蟲草復合米樣品溶液中蟲草素的濃度為2.48 μg/mL，從而得知蟲草復合米中蟲草素的含量為0.496 g/kg。

2）基礎營養成分。基礎營養成分見表5。

2.4 RVA測定

快速黏度分析儀（RVA）特征值主要用峰值黏度、崩解值、最終黏度和回生值等表示（表6）。由表6可知，蟲草復合米的峰值黏度、保持黏度、崩解值、最終黏度和回生值均低于粳米，其峰值時間則高于粳米。表明蟲草復合米具有良好的熱糊穩定性和冷糊穩定性，感官品質較普通粳米好。

2.5 DSC測定

DSC測定結果見表7。由表7可知，復合米的起始溫度、峰值溫度高于粳米，熱焓值低于粳米，這種現象可以作如下解釋：玻璃態向高彈態的轉變實際上是淀粉鏈段從有序到無序的過程，而復合米經過擠壓已經實現了一定程度的無序化，所以在轉變過程中所需的熱量要少。

3 小結

蟲草復合米的最優參數條件是蟲草培養基添加量為30%，含水量為50%，套筒溫度為80 ℃，螺桿轉速為250 r/min。蟲草復合米安全性好，營養豐富，淀粉含量變化很小，蛋白質和脂肪的含量增加，蟲草素的含量為0.496 g/kg。蟲草復合米食用方便，口感細膩，營養全面，易消化吸收，不易產生“回生”，便于長期存儲。

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