低GI擠壓重組米配方優化及食用品質評價

張 陽， 張 琪， 鄧利玲， 鐘 耕

(西南大學食品科學學院1，重慶 400715)(重慶市生物技術研究所有限責任公司2，重慶 401121)

食物血糖生成指數(glycemic index，GI)反映了含有葡萄糖的食物對餐后血糖的影響程度[1]，根據GI值可以將食物分為高GI食物(GI≥70)、中GI食物(55

擠壓技術應用于制備重組米的研究主要涉及擠壓工藝優化[5]、食用品質改良[6]等方面。目前，擠壓重組米在食用口感上與普通大米還具有一定差距[7]，在降低重組米GI值的同時還應考慮改善其食用品質。魔芋粉、抗性糊精都是低血糖成分原料，能顯著降低重組米的GI值[8，9]，但是重組米食用品質不佳[10]，如食用口感不好(彈性、咀嚼性差)，且蒸煮后米飯吸水過分膨脹，導致米粒不成型或粘結成塊等問題，因此在擠壓重組米制作過程中需要添加一定量的品質改良劑，以改變產品的質量從而更容易被大眾接受。常用的品質改良劑有乳化劑、黏合劑和凝膠類添加劑等，主要是改善產品質地結構，使產品的彈性、光滑性得到提高，使產品煮后不易粘結[11]。聚甘油酯是一種天然且安全性高的新型乳化劑，能使存在多相體系的食品中各組分相互融合。添加適量的聚甘油酯可增加潤滑作用[12]，減少雙螺桿擠壓過程中的機械摩擦力，改善擠壓對重組米品質造成的不良影響。酸改性淀粉現已廣泛應用于醫藥、食品等領域，其經過加熱再冷卻過程可形成強凝膠，具有極強的黏接力[13]，可改善產品的結構，提高其彈性。李堯堯[14]研究發現改性紅薯淀粉和魔芋粉以不同比例復合并加入到面條制作中，可使面條的GI值降低，且面條的感官評分維持在較高水平。此外經酸改性后的淀粉，抗性淀粉含量明顯增加[15]，而高抗性淀粉含量物質可顯著降低人體血糖上升速率[16]。目前將酸改性淀粉應用于改善擠壓重組米食用品質的研究鮮有報道，因此可將酸改性淀粉加入到重組米制作中作為品質改良劑，在提高重組米品質的基礎上輔助降低重組米的血糖指數。

本研究基于特殊人群對主食產品的需求，將大米粉與酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯以一定比例復配，經雙螺桿擠壓制備低GI重組米，探究其最優配方工藝，并評價其食用品質，為研發低GI且食用品質佳的擠壓重組米以及低GI飲食人群專用主食的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料大米(桂朝大米)、市售粳米(東北稻花香)、市售秈米(花田貢米)；玉米淀粉(制備酸改性淀粉的原料)、抗性糊精、魔芋粉、聚甘油酯；鹽酸、氫氧化鈉：分析純；α-淀粉酶(3 700 U/g)、胃蛋白酶(3 000 U/g)、豬胰酶(4 000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(100 000 U/mL)。

1.2 儀器與設備

WLG10A實驗用微型雙螺桿擠出機，TA-XT2i質構分析儀，759型紫外—可見分光光度計，H1850臺式高速離心機，Phenom Pro-17A00403型掃描電鏡。

1.3 方法

1.3.1 酸改性淀粉制備及流度測定

1.3.1.1 酸改性淀粉制備

參照文獻[17]制備酸改性淀粉。

1.3.1.2 酸改性淀粉流度測定

流度是酸改性淀粉的質量檢測重要指標，一般酸改性淀粉的流度控制在45～65內[18]，使用漏斗法測定[19]。

1.3.2 擠壓重組米制備

將大米粉碎過100目篩，與一定量的酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯乳化液混合均勻，最終混合物含水量30%，經溫度100 ℃、螺桿轉速43 r/min擠壓，制得重組米于室溫放置1 h，再在45 ℃恒溫干燥箱中干燥2～3 h，冷卻后包裝。

1.3.3 單因素實驗

所有添加物料均以大米粉替代率計算占比：

a)抗性糊精9%、魔芋粉0.5%、聚甘油酯0.4%，以質構、感官和吸水率為綜合指標，計算酸改性淀粉15%、30%、45%、60%、75%時重組米綜合評分。

b)酸改性淀粉45%、魔芋粉0.5%、聚甘油酯0.4%，以質構、感官和吸水率為綜合指標，計算抗性糊精5%、7%、9%、11%、13%時重組米綜合評分。

c)酸改性淀粉45%、抗性糊精9%、聚甘油酯0.4%，以質構、感官和吸水率為綜合指標，計算魔芋粉0.2%、0.35%、0.5%、0.65%、0.8%時重組米綜合評分。

d)酸改性淀粉45%、抗性糊精9%、魔芋粉0.5%，以質構、感官和吸水率為綜合指標，計算聚甘油酯0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%時重組米綜合評分。

1.3.4 正交優化實驗

根據單因素實驗結果，根據酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉、聚甘油酯4個因素，分別選取3個水平，進行正交優化實驗設計如表1所示。

表1 正交優化實驗設計表

1.3.5 感官評價

按照GB/T 15682—2008 《糧油檢驗 稻谷、大米蒸煮食用品質感官評價方法》測定。

1.3.6 質構特性測定

參照文獻[20]的方法并修改：去掉表層米飯，在中間層隨機取3粒完整米飯，平行放置在載物臺，測定模式：TPA；探頭型號：P/36R；測前速度：1 mm/s，測時速度：2 mm/s，測后速度：1 mm/s；觸發力：5 g；壓縮力度：50%；時間間隔：5 s。每個樣品重復取樣測定7次。

1.3.7 蒸煮品質測定

參照文獻[21]的方法，對大米吸水率、膨脹率、米湯pH、米湯干物質、米湯碘藍值進行測定。

1.3.8 綜合評分

大米的食用品質評價方法主要有感官評價、質構評價、蒸煮品質評價[22-24]。使用感官評價結合質構和蒸煮品質指標對大米進行綜合評價，可以綜合考慮各有關因素的影響，從更深層次上作出準確、客觀與科學的評價。重組米綜合評價指標選擇參照文獻[25]稍作修改，由感官評分、質構評分、蒸煮吸水率指標評分3部分構成。綜合評分權重參照文獻[26，27]設定：綜合評分(滿分100分)=感官評分(0.4)+質構評分(0.3)+吸水率評分(0.3)；其中質構評分參考王會然等[28]的方法，質構評分(100分)=硬度(25分)+黏附性(25分)+彈性(25分)+咀嚼性(25分)；質構和吸水率指標的評分計算方法如下：

式中：C為此指標的滿分值(即100或25)；D為該指標對應的評分值；A為該指標最大值與最小值之差；B為該指標測定值與最小值之差。

其中，由于大米感官品質硬度越大，米飯口感越差，硬度值對應的評分數值計算公式為：

1.3.9 體外模擬消化

體外模擬消化參照文獻[29，30]的方法進行測定。

淀粉水解率計算公式：

式中：W為淀粉的水解率/%；Gt為取樣時間點消化液中葡萄糖含量/mg；0.9為葡萄糖換算為淀粉的系數；TS為總淀粉含量/mg。

淀粉的消化率曲線可以擬合為一階方程[31]：

Ct=C∞(1-e-kt)

式中：Ct為t時間淀粉水解率/%；C∞為淀粉的最終水解率/%；k為淀粉體外消化的一級速率常數/min-1。水解曲線面積(AUC)可通過動力學方程的積分求得。將樣品的AUC除以參考樣品(白面包)的AUC計算水解指數(hydrolysis index，HI)。

血糖生成指數參考前人方法[32，33]計算：

GI=0.862HI+8.198

1.3.10 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察

用導電雙面膠將粉末顆粒均勻固定在金屬樣品平臺上，真空噴金后，置于掃描電子顯微鏡下觀察，分別用300、5 000放大倍數對樣品進行觀察和拍照。

1.4 數據統計與分析

所有實驗重復3次，采用SPSS 24軟件處理數據，實驗結果用平均值±標準差表示，不同組之間差異采用單因素ANOVA方法比較，P<0.05表示差異顯著。采用Origin Pro9.1軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯添加量對擠壓重組米的綜合評分影響見圖1。

圖1 不同物質的添加量對擠壓重組米的影響

2.1.1 酸改性淀粉添加量對擠壓重組米的影響

酸改性淀粉的流度在45～65范圍內。酸改性淀粉在加熱后流體流動性好，經過冷卻老化，會因黏結力強而形成穩定的凝膠結構體。由圖1可知，隨著酸改性淀粉添加量增加，綜合評分先上升后下降，添加量30%時，擠壓重組米的綜合評分最高。擠壓重組米需要經過高溫擠壓再冷卻的過程，利用酸改性淀粉的高流動性、低黏度特性，可以使各物料在高溫擠壓過程中能更好的融合，重組米擠出后冷卻，酸改性淀粉的凝膠能力使擠壓重組米結構更緊密，蒸煮后米粒完整性更好，米飯彈性、咀嚼性增強。當酸改性淀粉添加量過多時，一方面，減少了物料中大米粉占比，影響重組米感官評分；另一方面，由于酸改性淀粉具有較高的水溶性，重組米蒸煮時吸水量變大，米飯容易不成形，影響口感。

2.1.2 抗性糊精添加量對擠壓重組米的影響

由圖1可知，抗性糊精添加量在9%時，擠壓重組米評分最高，但是隨著添加量增大，綜合評分下降。可能是由于抗性糊精親水性強，添加量過多，在高溫擠壓時，抗性糊精與物料中淀粉競爭水，導致淀粉糊化不完全，使擠壓重組米結構不夠緊密，蒸煮后食用口感不佳。

2.1.3 魔芋粉添加量對擠壓重組米的影響

由圖1可知，隨著魔芋粉的增加，擠壓重組米的綜合評分增加，在魔芋粉添加量0.65%時，擠壓重組米評分最高，添加量過多，綜合評分呈下降趨勢，這是由于魔芋粉中的纖維吸水過多，妨礙了水分子與物料中其他淀粉顆粒的接觸，從而影響了淀粉顆粒的糊化[34]，導致擠出的重組米糊化程度不夠，結構松散，蒸煮后淀粉容易溶出，米粒易裂開，綜合評分下降。

2.1.4 聚甘油酯添加量對擠壓重組米的影響

由圖1可知，聚甘油酯添加量在0.4%時，擠壓重組米評分最高，在擠壓過程中，不同的物料在聚甘油酯乳化液作用下混合更均勻，受到的機械力減少，擠壓重組米表面更光滑。當添加量過大時，導致擠壓系統內的摩擦作用減弱，物料停留時間減少，糊化度下降，擠壓重組米品質降低。

2.2 正交實驗

根據表2中極差R值分析可知，各個因素對擠壓重組米綜合品質影響程度依次為酸改性淀粉添加量>魔芋粉添加量>聚甘油酯添加量>抗性糊精添加量，由k值可知擠壓重組米最優制備配比為：酸改性淀粉添加量30%、抗性糊精添加量9%、魔芋粉添加量0.5%、聚甘油酯添加量0.5%。驗證實驗按照最優配方進行，得到擠壓重組米吸水率、質構和感官評分分別為27.06、20.00、33.36，綜合評分為80.42。

表2 正交優化擠壓重組米生產工藝實驗設計與結果

2.3 體外消化實驗

由圖2和表3可知，擠壓重組米的最終水解速率(180 min時)最低，k值最小，表明擠壓重組米消化速率最慢。市售秈米、粳米GI值均高于70，為高GI食物，而擠壓重組米血糖指數為48.26為低GI食物。由于在物料中加入了酸改性淀粉，以及抗性糊精和魔芋粉，改變了物料中淀粉的組成成分，擠壓過后淀粉結構也發生變化[35]，因此擠壓重組米在體外消化過程中不能或很難被酶水解[36]，從而淀粉水解速率低，計算得出的GI值也低。

圖2 市售大米與擠壓重組米在消化過程中的淀粉水解曲線

表3 市售大米與擠壓重組米的最終水解率(C∞)、反應動力學常數(k)、體外水解指數(HI)和血糖生成指數(GI)

2.4 SEM

市售粳米和市售秈米的結構基本一致，故用市售粳米作為重組米微觀形貌的對照。由圖3所示，放大倍數在300時，可觀察到市售大米顆粒破碎程度高，擠壓重組米完整性更高；放大倍數在5 000時，可觀察到市售大米顆粒內部結構表面有細小裂縫和細碎顆粒；而擠壓重組米結構較為致密，表面沒有裂縫。這是由于在高溫擠壓作用下，物料流動狀態更強，使各物料之間融合更均勻，再加上物料中的酸改性淀粉具有良好的黏接力，擠出冷卻后產品結構更緊密，表面更加細膩[37]。

注：a和b分別為市售大米、擠壓重組米放大300倍；c和d分別為市售大米、擠壓重組米放大5 000倍。圖3 市售大米和擠壓重組米的SEM圖

2.5 感官評價

由表4可知，擠壓重組米氣味評分低于市售大米，可能是因為大米粉與酸改性淀粉等物質經過重新混勻、擠壓等過程后，蒸煮后米飯香氣減弱，導致分數偏低。擠壓重組米顏色沒有市售大米評分高，是由于高溫擠壓過程中物料發生了美拉德反應[38]，擠出產品顏色發黃，但是與市售大米相比，擠壓重組米飯粒完整性更好。在適口性上擠壓重組米黏性、彈性分數比市售大米高，并且口感滑爽，有一定的黏性，但不黏牙，米飯有嚼勁。擠壓重組米感官總分比市售秈米高，但是低于市售粳米，主要原因是由于市售粳米有濃郁的米飯香氣，但是在口感方面比擠壓重組米稍差。

表4 市售大米與擠壓重組米感官評價結果

2.6 質構特性

由表5可知，擠壓重組米硬度和市售大米沒有顯著性差異，黏附性顯著低于市售大米，黏附性是模擬食物和其他物體(舌、牙、口腔)附著時剝離它們所需要的力，說明擠壓重組米沒有市售大米黏牙。擠壓重組米彈性、內聚性、膠著性、咀嚼性、回復性顯著大于市售大米，是因為擠壓重組米內部結構更加緊密，蒸煮后米粒不容易爆花或者破裂，此外加入的酸改性淀粉凝膠能力好，使擠壓重組米口感也更有彈性、咀嚼性，與感官評價中適口性結果保持一致。

2.7 蒸煮品質

由表6可知，擠壓重組米吸水率、膨脹率都顯著低于市售大米，一方面是由于擠壓過后一些吸水性大分子遭到破壞[39]；另一方面由于擠壓重組米的結構較緊密，蒸煮后米粒不易膨脹吸水，從而影響吸水率、膨脹率。米湯干物質表示米湯的濃度，即蒸煮過程中溶解在水中的物質，米湯中的干物質越多，米飯的食味越好[40]。擠壓重組米米湯干物質與市售秈米無顯著性差異，但是顯著低于市售粳米，由于擠壓重組米的內部淀粉顆粒之間結合緊密，淀粉顆粒在蒸煮時能較好地維持結構，增加了溶出物的溶出難度。擠壓重組米的米湯碘藍值比市售大米低，因為擠壓處理使直鏈淀粉與脂類物質形成復合物[41]，從而使直鏈淀粉不易溶出，表現為米湯碘藍值低。

表5 市售大米與擠壓重組米質構特性結果

表6 市售大米與擠壓重組米蒸煮品質結果

3 結論

通過單因素實驗和正交優化實驗得出擠壓重組米的最優制備配方為大米粉添加量60%，酸改性淀粉添加量30%，抗性糊精添加量9%，魔芋粉添加量0.5%，聚甘油酯添加量0.5%。在該條件下，米飯GI值48.26，為低GI擠壓重組米。從感官評價、質構特性、蒸煮品質、掃描電鏡綜合來看，擠壓重組米蒸煮后米飯香氣沒有市售大米明顯，不易被人們接受，但是食用口感更有彈性、嚼勁，易被人們接受；擠壓重組米蒸煮后米粒結構完整性更好，吸水率更低，不易裂開、黏接成塊或團，外觀得到明顯改善。