擠壓膨化與重組造粒茯苓復配谷物產品功能成分分析及淀粉體外消化特性評價

李學琴 秦禮康 朱 怡

(貴州大學釀酒與食品工程學院1，貴陽 550025)(貴州大學明德學院2，貴陽 550025)(貴州省植保植檢站3，貴陽 550001)

茯苓(Poriacocos)為多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核，屬于藥食同源型的傳統(tǒng)中藥材[1]。現(xiàn)代醫(yī)學研究表明，茯苓水溶性多糖及三萜作為其最主要的功能活性成分[2，3]，具有降糖降脂[4，5]、抗氧化[6]等藥理作用。但茯苓多糖多為堿溶性多糖，不溶于水，無生理活性，而能發(fā)揮藥理活性作用的水溶性多糖含量極少[7]。同時，正是由于其非水溶性限制了茯苓在食品加工中的應用。因此，提高茯苓水溶性，進而提升其加工適性，是茯苓深加工產業(yè)發(fā)展化的關鍵。

擠壓膨化是一種高新技術，食品物料在高溫、高壓和高剪切的聯(lián)合作用下，淀粉、蛋白質、脂肪等生物大分子的結構發(fā)生變化[8]，產品的消化性、速食性、滅酶性等趨于最大，并且具有獨特的風味和質構[9]，但茯苓中的多糖水溶性及三萜含量會發(fā)生何種變化鮮有研究。同時，茯苓主含多糖和三萜，少含淀粉和纖維，單獨難以膨化。因此，作者前期將茯苓以4種不同比例分別與淀粉含量較高的薏米、紅米、苦蕎3種藥食同源型谷物進行復配，采用雙螺桿擠壓機擠壓膨化制得茯苓復合營養(yǎng)粉，并對產品的沖調性能進行評價，確定茯苓與相應谷物復配時茯苓最適添加量為20%[10]；后將茯苓以最適添加量分別與此3種谷物進行復配，進行重組并造粒，制得茯苓復配谷物的重組米產品，并對其物性動態(tài)進行了研究[11]。本研究將對茯苓以最適添加量與3種谷物復配的營養(yǎng)粉及重組米產品的特征功能成分(主要為茯苓水溶性多糖及三萜、紅米多酚、苦蕎黃酮、薏苡仁酯)進行分析與比較，并對產品的快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)及抗性淀粉(RS)含量進行跟蹤，進一步計算出淀粉的水解指數(shù)與血糖負荷評估值，用以評價產品的預期血糖反應，以期為茯苓產品在品質特性方面的研究提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

茯苓片：2017年產，經熱風干燥，含水量7%左右；薏米、紅米、苦蕎：市售(2017年產)。

1.1.2 試劑

去氫土莫酸、去氫茯苓酸、3-表去氫茯苓酸、蘆丁、沒食子酸、Folin-CioCaLteu試劑、葡萄糖含量檢測試劑盒、糖化酶(100 000 U/g)、胰酶、胃蛋白酶；乙腈、甲醇：色譜純；所有分離用有機溶劑均為分析純，所用標準品純度均大于98%。

1.2 儀器與設備

FMHE36-24型雙螺桿擠壓機；H2-16KR型臺式高速冷凍離心機；L5S型紫外可見分光光度計；SER148型脂肪測定儀；Agilent 1200系列高效液相色譜儀；SAF-680T型酶標儀。

1.3 方法

1.3.1 樣品實驗室制作工藝流程

前處理：選用新鮮、無霉變、無病蟲害的茯苓片(干燥)、薏米、紅米及苦蕎，分別粉碎過80目篩。

營養(yǎng)粉制作：將茯苓粉分別與紅米粉、薏米粉或苦蕎粉按1 ∶4的比例混合均勻并調節(jié)水分至17%左右，在Ⅳ區(qū)溫度為160 ℃的雙螺桿擠壓機中進行膨化，膨化產品立即放入60 ℃干燥箱中進行干燥，干燥后用超微粉碎機進行粉碎并過100目篩，制得營養(yǎng)粉產品(同時做全谷物的對照品)。

重組米制作：將茯苓粉分別與紅米粉、薏米粉或苦蕎粉按1 ∶4的比例混合均勻并調節(jié)水分至35%左右，在Ⅳ區(qū)溫度為130 ℃的雙螺桿擠壓機中進行擠壓重組并將擠出物切割成米粒狀。米粒立即放入45 ℃干燥箱中進行干燥至含水量12%以下，制得重組米產品(同時做全谷物的對照品)。

1.3.2 特征功能成分含量的測定

產品功能成分的測定中，每組實驗均設置2組平行，實驗結果取平均值；紅米多酚、薏苡仁酯和苦蕎黃酮的含量已換算成占紅米、薏仁和苦蕎原料質量的的百分比。

1.3.2.1 薏苡仁酯的測定

參考黨娟等[12]的條件及方法，薏苡仁酯含量計算公式為：

薏苡仁酯含量(mg/g)=[(B-A)×145.16]/G

式中：A為樣品消耗的鹽酸液體積/mL；B為空白實驗消耗的鹽酸液體積/mL；G為樣品質量/g。

1.3.2.2 紅米多酚的測定

采用Foiln-Ciocalte比色法，以沒食子酸為標準物。樣品的處理參照胡柏等[13]的方法及條件，提取液等量稀釋后于765 nm波長處掃描測定吸光值。

1.3.2.3 苦蕎黃酮的測定

采用NaNO2-Al(NO2)3比色法，以蘆丁為標準物。樣品的處理參照董施彬等[14]測定藜麥總黃酮的方法及條件提取液等量稀釋后于510 nm波長處掃描測定吸光值。

1.3.2.4 水溶性多糖的測定

采用苯酚-硫酸法，在蒸餾水為溶劑的體系下測定[15]。水溶性多糖的提取參考楊宗渠等[16]的方法略作修改：精密稱取待測樣品5 g，加入95%的乙醇300 mL回流2 h，揮干乙醇，殘渣加入30 mL蒸餾水回流提取1 h，趁熱抽濾，殘渣再用30 mL蒸餾水回流提取1 h，重復操作2次，將濾液合并并定容至100 mL，待用。

復配產品中茯苓水溶性多糖的換算采用差量法進行計算：

測定原料谷物及全谷物產品的水溶性多糖含量(m1及m2)，計算經擠壓膨化或重組造粒后谷物水溶性多糖的相對增量M：

M=m2-m1

1 g復配產品中含谷物0.8 g，計算出0.8 g谷物原料經擠壓膨化或重組造粒后水溶性多糖的含量N：

N=[0.8m1(1+M)]

1 g復配產品中含茯苓0.2 g，測定茯苓復配谷物產品的總水溶性多糖含量Q，進一步計算出復配產品茯苓水溶性多糖含量Q1：

Q1=(Q-N)/0.2

1.3.2.5 3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸的測定

供試品溶液的制備參照文獻[17]，稱取樣品時將樣品質量換算至含茯苓2 g；

對照品溶液的制備：分別精密稱取3-表去氫茯苓酸3.0 mg、去氫茯苓酸9.0 mg、去氫土莫酸3.0 mg分別置于10 mL 容量瓶中，用甲醇溶解并定容至刻度，配成對照品儲備液。

陰性樣品的制備：將全谷物營養(yǎng)粉和重組米按供試品溶液制備的方法進行處理，制成不含茯苓的陰性對照溶液。

色譜分析條件[18]：色譜柱：Hanbon Phecda C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱溫30 ℃；流動相：乙腈(A)-0.1%磷酸水溶液(B)(70 ∶30)；流速1.0 mL/min；紫外檢測波長210 nm；進樣量10 μL。

線性關系的考察：分別吸取對照品3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸儲備液各1 mL于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，得到混合對照品的10倍稀釋液，按相同方法制得20倍、30倍、40倍、50倍稀釋液，按色譜條件分別進樣。以對照品溶液進樣量為橫坐標(X)，峰面積為縱坐標(Y)繪制對照品的標準曲線。

1.3.3 預期血糖反應的評價

1.3.3.1 樣品的前處理

常壓烹調處理：取200 g樣品，按1 ∶5的比例加水蒸煮，取煮熟的樣品按樣品質量：水的體積=1 ∶2的比例加水后在勻漿機內加工5 min，取樣測定。

1.3.3.2 不同類型淀粉含量測定及HI和EGL的計算

快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)、總淀粉(TS)含量的測定：取1.3.7.1中的樣品進行體外模擬消化實驗，體外模擬消化實驗按Englyst[19]等的酶解方法進行測定。

HI和EGL的計算公式為：

HI=(α1/α2)×100%

EGL=HI×w1

式中：α1和α2分別為樣品消化曲線和對照樣品消化曲線與x軸間的面積；w1為樣品中所含淀粉的質量分數(shù)，按照 Englyst 酶解方法測定并計算。

加入酶液后，于0、2、5、10、20、30、60、120、180 min 取樣測定還原糖質量分數(shù)，研究各樣品淀粉水解率隨水解時間的變化規(guī)律，并對其血糖負荷進行評估。

測定結果中RDS、SDS、RS的含量均已換算成占樣品總淀粉含量的百分比。

2 結果與分析

2.1 特征功能成分分析

2.1.1 紅米多酚

紅米中的功能性成分主要為多酚類物質，其具有較好的降血糖、抗氧化等功效[20]，而茯苓不含多酚，產品中的多酚均來自紅米。如圖1所示，相比原料紅米，全紅米營養(yǎng)粉、茯苓復配紅米營養(yǎng)粉、全紅米重組米、茯苓復配紅米重組米的多酚質量分數(shù)分別降低了17.67%、17.88%和8.15%、9.15%。營養(yǎng)粉多酚含量下降明顯，這是因為擠壓膨化時物料在擠壓機腔體內受到的最高溫度高達160 ℃，明顯超出多酚類物質穩(wěn)定存在的溫度上限(140 ℃)[21]，而在重組造粒時擠壓機腔體內受到的最高溫度為130 ℃，此時多酚類物質基本能穩(wěn)定存在。

注：小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，余同。圖1 擠壓膨化或重組造粒對紅米多酚含量的影響

2.1.2 薏苡仁酯

薏米含有的主要功能成分薏苡仁酯具有抗癌、增強免疫力、降血糖、鎮(zhèn)痛等功效[22]。如圖2所示，原料薏米、全薏米營養(yǎng)粉、茯苓復配薏米營養(yǎng)粉、全薏米重組米、茯苓復配薏米重組米薏苡仁酯含量呈現(xiàn)出的差異均不顯著(P>0.05)，表明擠壓膨化和重組造粒對薏苡仁酯含量影響均不大，這與周閑容[23]對薏苡仁膨化后薏苡仁酯含量的研究結果一致。

圖2 擠壓膨化或重組造粒對薏苡仁酯含量的影響

2.1.3 苦蕎黃酮

苦蕎是營養(yǎng)豐富的雜糧作物，其中含有的大量黃酮類物質具有明顯的抗氧化、抗腫瘤、清除自由基等功效[24]。如圖3所示，與原料苦蕎相比，全苦蕎營養(yǎng)粉、茯苓復配苦蕎營養(yǎng)粉、全苦蕎重組米及茯苓復配苦蕎重組米黃酮含量均下降，這一結果與蔡亭等[30]的研究結果相似。黃酮含量的降低，是因為物料在擠壓機腔體內受高溫處理后，導致熱敏性的游離黃酮發(fā)生降解，使得總黃酮含量降低[25]。與原料苦蕎相比，全苦蕎、茯苓復配苦蕎的營養(yǎng)粉和重組米黃酮含量分別降低了18.93%、18.59%和6.69%、10.82%，表明雙螺桿擠壓機套筒溫度越高，黃酮的損失率越大。

圖3 擠壓膨化或重組造粒對苦蕎黃酮含量的影響

2.1.4 茯苓水溶性多糖

原料茯苓水溶性多糖質量分數(shù)為(5.21±0.33) mg/g，如圖4所示，通過擠壓膨化和重組造粒，紅米、薏米、苦蕎的復配營養(yǎng)粉產品茯苓水溶性多糖含量增加了52.21%、56.81%、56.43%，紅米、薏米、苦蕎的復配重組米產品茯苓水溶性多糖含量增加了54.70%、60.46%、54.70%，這與顧回美等[26]對銀耳多糖的研究結果相似。其原因可能是茯苓在高溫、高壓、高剪切力的聯(lián)合作用下，其堿溶性多糖中葡聚糖的致密結構遭到破壞或超聚結構發(fā)生解體[27]，使得水溶性多糖含量增加。

圖4 擠壓膨化或重組造粒對茯苓水溶性多糖含量的影響

2.1.5 3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸

2.1.5.1 線性關系的考察

3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸回歸方程分別為：Y=18005X+0.6619，r=0.9999；Y=1678.3X+2.5718，r=0.9999；Y=13614X-18.31，r=0.9998。

3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸分別在0.006～0.300 mg/mL、0.018～0.900 mg/mL、0.006～0.300 mg/mL的范圍內呈良好的線性范圍。

2.1.5.2 3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸和去氫土莫酸含量

如表1所示，通過擠壓膨化和重組造粒，3種三萜酸含量稍有增加或降低，但差異均不顯著(P>0.05)。3種三萜酸含量基本沒有發(fā)生變化，可能是3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸和去氫土莫酸3種三萜酸較耐高溫，在60～160 ℃的溫度范圍內能穩(wěn)定存在，也可能是物料在擠壓機腔體內停留的時間較短，3種三萜酸還未來得及發(fā)生降解或變性，就又被從模頭擠出。

表1 擠壓膨化或重組造粒對茯苓3種三萜酸含量的影響/mg/g

注：表中數(shù)值均為占茯苓質量的百分比；同列不同字母表示顯著差異(α=0.05)，余同。

2.2 預期血糖反應評價

2.2.1 快消化和慢消化淀粉

圖5 擠壓膨化或重組造粒對產品快消化淀粉含量的影響

食用快消化淀粉含量高的食材是餐后血糖快速升高的主要原因，這不利于糖尿病等慢性病人控制餐后血糖[28]。如圖5、圖6所示，相比原料谷物，經過擠壓膨化或重組造粒，快消化淀粉含量增加，而慢消化淀粉含量減少，這與梁曉麗等[29]的研究結果一致。全谷物產品的快消化、慢消化淀粉含量與復配茯苓的產品相比，差異不顯著，表明添加茯苓對產品中快消化、慢消化淀粉含量無太大影響。與原料谷物相比，營養(yǎng)粉快消化淀粉含量增加了12.90%～24.12%，重組米快消化淀粉含量分別增加了6.79%～10.56%，營養(yǎng)粉慢消化淀粉含量分別減少了27.94%～41.44%，重組米慢消化淀粉含量分別減少了21.73%～35.41%。富含淀粉的食材在較高的溫度條件下糊化度升高，而較高的壓力使得水解率顯著提高，糊化度的升高可能會使食材顆粒減小，總表面積增大，增加了淀粉與水解酶的接觸，從而加速消化[30]；另外，較高的溫度和壓力可將包裹淀粉的細胞壁破壞，減弱淀粉與蛋白質、纖維等物質的作用，增加了其與消化酶的接觸面積[31]，這導致了營養(yǎng)粉中快消化淀粉含量高于重組米的快消化淀粉含量。

圖6 擠壓膨化或重組造粒對產品慢消化淀粉含量的影響

2.2.2 抗性淀粉

圖7 擠壓膨化或重組造粒對產品抗性淀粉含量的影響

抗性淀粉含量較多的食品具有吸收慢的代謝特點，對調節(jié)血糖穩(wěn)態(tài)、降低餐后血糖、降低餐后胰島素分泌、增強胰島素敏感性有一定作用[32]。如圖7所示，通過擠壓膨化或重組造粒，抗性淀粉含量增加：相比原料谷物，紅米、薏米、苦蕎的營養(yǎng)粉抗性淀粉含量分別增加了29.03%、20.54%和14.97%，紅米、薏米、苦蕎的重組米抗性淀粉含量分別增加了43.30%、24.20%和18.06%。這是因為隨著擠壓機腔體溫度的升高，淀粉分子鏈完全展開，尤其是直鏈淀粉分子游離逸出，呈無序的運動狀態(tài)，容易相互靠近，形成分子間氫鍵，從而有利于抗性淀粉的形成。左光明等[33]的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，抗性淀粉含量增加，到 130 ℃時達最高值，超此溫度后，淀粉分子鏈發(fā)生一定程度的斷裂，降低淀粉分子之間的聚合度，抗性淀粉含量反而略有下降，這也是營養(yǎng)粉中抗性淀粉含量低于或顯著低于重組米中抗性淀粉含量的原因。

2.2.3 水解指數(shù)和預期血糖負荷值

食物中碳水化合物的HI可對食物的血糖指數(shù)(GI)進行預測，而EGL綜合考慮了食物中碳水化合物的含量和消化速度，可對食物的血糖負荷(GL)進行預測[34]。有研究證實淀粉HI和GI之間有好的相關性，而EGL與GL也有較高相關性，能較可靠地預測碳水化合物食品餐后的血糖反應[35]。

如表2所示，通過擠壓膨化或重組造粒，產品HI均減小：與對照組相比，全谷物營養(yǎng)粉HI降低了7.77%～8.86%，復配營養(yǎng)粉HI降低了23.23%～25.58%，全谷物重組米HI降低了10.19%～19.61%，復配重組米HI降低了26.36%～34.40%；全谷物重組米與全谷物營養(yǎng)粉相比，HI降低了2.11%～12.84%，而復配重組米與復配營養(yǎng)粉相比，HI降低了4.08%～14.49%。結果表明：相比擠壓膨化，重組造粒更易降低淀粉HI，食用后引起的餐后血糖反應較小。

表2 擠壓膨化或重組造粒對產品總淀粉含量、水解指數(shù)和血糖負荷評估值的影響

注：產品的HI和EGL以復配的原料谷物HI和EGL作為對照； “—”代表該樣品為原料，未經過任何加工處理。

與對照組相比，全谷物營養(yǎng)粉EGL降低了19.96%～21.43%，復配營養(yǎng)粉EGL降低了46.22%～48.00%，全谷物重組米EGL降低了15.73%～26.55%，復配重組米EGL降低了46.60%～50.78%，且差異顯著(P<0.05)。相比全谷物營養(yǎng)粉，復配營養(yǎng)粉EGL下降了32.42%～34.15%；而相比全谷物重組米，復配重組米EGL顯著下降了32.99%～36.63%，這是因為食物對餐后血糖的影響不僅與食物中糖類的含量有關，還與糖類的類型等有關[36]，茯苓中基本不含淀粉，復配茯苓的產品中淀粉相對含量低于相應的全谷物產品，因此食用后對餐后血糖的影響較小，引起的血糖負荷也較小，利于維持餐后血糖的穩(wěn)態(tài)。

3 結論

茯苓與3種淀粉含量較高的藥食同源型谷物復配，解決了茯苓單獨難以膨化的問題，且復合營養(yǎng)粉和重組米產品功能特性優(yōu)于單一原料。

在功能成分分析方面，茯苓與谷物原料復配后擠壓膨化和重組造粒，茯苓三萜、薏苡仁酯含量無顯著變化；雖紅米多酚和苦蕎黃酮會發(fā)生部分損失，但茯苓水溶性多糖含量增加率高達52.57%～61.08%。

在體外消化特性評價方面，擠壓膨化和重組造粒均可使RDS和RS含量增加，SDS含量降低，進一步導致HI及EGL的減小，使得人體在進食該種產品后，餐后血糖上升較慢，血糖負荷較小。尤其與茯苓復配的產品，淀粉相對含量低，HI和EGL的降低甚至達34.40%和50.78%，更有利于維持餐后血糖的穩(wěn)態(tài)。