低GI挤压重组米配方优化及食用品质评价

张 阳， 张 琪， 邓利玲， 钟 耕

(西南大学食品科学学院1，重庆 400715)(重庆市生物技术研究所有限责任公司2，重庆 401121)

食物血糖生成指数(glycemic index，GI)反映了含有葡萄糖的食物对餐后血糖的影响程度[1]，根据GI值可以将食物分为高GI食物(GI≥70)、中GI食物(55

挤压技术应用于制备重组米的研究主要涉及挤压工艺优化[5]、食用品质改良[6]等方面。目前，挤压重组米在食用口感上与普通大米还具有一定差距[7]，在降低重组米GI值的同时还应考虑改善其食用品质。魔芋粉、抗性糊精都是低血糖成分原料，能显著降低重组米的GI值[8，9]，但是重组米食用品质不佳[10]，如食用口感不好(弹性、咀嚼性差)，且蒸煮后米饭吸水过分膨胀，导致米粒不成型或粘结成块等问题，因此在挤压重组米制作过程中需要添加一定量的品质改良剂，以改变产品的质量从而更容易被大众接受。常用的品质改良剂有乳化剂、黏合剂和凝胶类添加剂等，主要是改善产品质地结构，使产品的弹性、光滑性得到提高，使产品煮后不易粘结[11]。聚甘油酯是一种天然且安全性高的新型乳化剂，能使存在多相体系的食品中各组分相互融合。添加适量的聚甘油酯可增加润滑作用[12]，减少双螺杆挤压过程中的机械摩擦力，改善挤压对重组米品质造成的不良影响。酸改性淀粉现已广泛应用于医药、食品等领域，其经过加热再冷却过程可形成强凝胶，具有极强的黏接力[13]，可改善产品的结构，提高其弹性。李尧尧[14]研究发现改性红薯淀粉和魔芋粉以不同比例复合并加入到面条制作中，可使面条的GI值降低，且面条的感官评分维持在较高水平。此外经酸改性后的淀粉，抗性淀粉含量明显增加[15]，而高抗性淀粉含量物质可显著降低人体血糖上升速率[16]。目前将酸改性淀粉应用于改善挤压重组米食用品质的研究鲜有报道，因此可将酸改性淀粉加入到重组米制作中作为品质改良剂，在提高重组米品质的基础上辅助降低重组米的血糖指数。

本研究基于特殊人群对主食产品的需求，将大米粉与酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯以一定比例复配，经双螺杆挤压制备低GI重组米，探究其最优配方工艺，并评价其食用品质，为研发低GI且食用品质佳的挤压重组米以及低GI饮食人群专用主食的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料大米(桂朝大米)、市售粳米(东北稻花香)、市售籼米(花田贡米)；玉米淀粉(制备酸改性淀粉的原料)、抗性糊精、魔芋粉、聚甘油酯；盐酸、氢氧化钠：分析纯；α-淀粉酶(3 700 U/g)、胃蛋白酶(3 000 U/g)、猪胰酶(4 000 U/g)、葡萄糖淀粉酶(100 000 U/mL)。

1.2 仪器与设备

WLG10A实验用微型双螺杆挤出机，TA-XT2i质构分析仪，759型紫外—可见分光光度计，H1850台式高速离心机，Phenom Pro-17A00403型扫描电镜。

1.3 方法

1.3.1 酸改性淀粉制备及流度测定

1.3.1.1 酸改性淀粉制备

参照文献[17]制备酸改性淀粉。

1.3.1.2 酸改性淀粉流度测定

流度是酸改性淀粉的质量检测重要指标，一般酸改性淀粉的流度控制在45～65内[18]，使用漏斗法测定[19]。

1.3.2 挤压重组米制备

将大米粉碎过100目筛，与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匀，最终混合物含水量30%，经温度100 ℃、螺杆转速43 r/min挤压，制得重组米于室温放置1 h，再在45 ℃恒温干燥箱中干燥2～3 h，冷却后包装。

1.3.3 单因素实验

所有添加物料均以大米粉替代率计算占比：

a)抗性糊精9%、魔芋粉0.5%、聚甘油酯0.4%，以质构、感官和吸水率为综合指标，计算酸改性淀粉15%、30%、45%、60%、75%时重组米综合评分。

b)酸改性淀粉45%、魔芋粉0.5%、聚甘油酯0.4%，以质构、感官和吸水率为综合指标，计算抗性糊精5%、7%、9%、11%、13%时重组米综合评分。

c)酸改性淀粉45%、抗性糊精9%、聚甘油酯0.4%，以质构、感官和吸水率为综合指标，计算魔芋粉0.2%、0.35%、0.5%、0.65%、0.8%时重组米综合评分。

d)酸改性淀粉45%、抗性糊精9%、魔芋粉0.5%，以质构、感官和吸水率为综合指标，计算聚甘油酯0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%时重组米综合评分。

1.3.4 正交优化实验

根据单因素实验结果，根据酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉、聚甘油酯4个因素，分别选取3个水平，进行正交优化实验设计如表1所示。

表1 正交优化实验设计表

1.3.5 感官评价

按照GB/T 15682—2008 《粮油检验 稻谷、大米蒸煮食用品质感官评价方法》测定。

1.3.6 质构特性测定

参照文献[20]的方法并修改：去掉表层米饭，在中间层随机取3粒完整米饭，平行放置在载物台，测定模式：TPA；探头型号：P/36R；测前速度：1 mm/s，测时速度：2 mm/s，测后速度：1 mm/s；触发力：5 g；压缩力度：50%；时间间隔：5 s。每个样品重复取样测定7次。

1.3.7 蒸煮品质测定

参照文献[21]的方法，对大米吸水率、膨胀率、米汤pH、米汤干物质、米汤碘蓝值进行测定。

1.3.8 综合评分

大米的食用品质评价方法主要有感官评价、质构评价、蒸煮品质评价[22-24]。使用感官评价结合质构和蒸煮品质指标对大米进行综合评价，可以综合考虑各有关因素的影响，从更深层次上作出准确、客观与科学的评价。重组米综合评价指标选择参照文献[25]稍作修改，由感官评分、质构评分、蒸煮吸水率指标评分3部分构成。综合评分权重参照文献[26，27]设定：综合评分(满分100分)=感官评分(0.4)+质构评分(0.3)+吸水率评分(0.3)；其中质构评分参考王会然等[28]的方法，质构评分(100分)=硬度(25分)+黏附性(25分)+弹性(25分)+咀嚼性(25分)；质构和吸水率指标的评分计算方法如下：

式中：C为此指标的满分值(即100或25)；D为该指标对应的评分值；A为该指标最大值与最小值之差；B为该指标测定值与最小值之差。

其中，由于大米感官品质硬度越大，米饭口感越差，硬度值对应的评分数值计算公式为：

1.3.9 体外模拟消化

体外模拟消化参照文献[29，30]的方法进行测定。

淀粉水解率计算公式：

式中：W为淀粉的水解率/%；Gt为取样时间点消化液中葡萄糖含量/mg；0.9为葡萄糖换算为淀粉的系数；TS为总淀粉含量/mg。

淀粉的消化率曲线可以拟合为一阶方程[31]：

Ct=C∞(1-e-kt)

式中：Ct为t时间淀粉水解率/%；C∞为淀粉的最终水解率/%；k为淀粉体外消化的一级速率常数/min-1。水解曲线面积(AUC)可通过动力学方程的积分求得。将样品的AUC除以参考样品(白面包)的AUC计算水解指数(hydrolysis index，HI)。

血糖生成指数参考前人方法[32，33]计算：

GI=0.862HI+8.198

1.3.10 扫描电子显微镜(SEM)观察

用导电双面胶将粉末颗粒均匀固定在金属样品平台上，真空喷金后，置于扫描电子显微镜下观察，分别用300、5 000放大倍数对样品进行观察和拍照。

1.4 数据统计与分析

所有实验重复3次，采用SPSS 24软件处理数据，实验结果用平均值±标准差表示，不同组之间差异采用单因素ANOVA方法比较，P<0.05表示差异显著。采用Origin Pro9.1软件绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

酸改性淀粉、抗性糊精、魔芋粉和聚甘油酯添加量对挤压重组米的综合评分影响见图1。

图1 不同物质的添加量对挤压重组米的影响

2.1.1 酸改性淀粉添加量对挤压重组米的影响

酸改性淀粉的流度在45～65范围内。酸改性淀粉在加热后流体流动性好，经过冷却老化，会因黏结力强而形成稳定的凝胶结构体。由图1可知，随着酸改性淀粉添加量增加，综合评分先上升后下降，添加量30%时，挤压重组米的综合评分最高。挤压重组米需要经过高温挤压再冷却的过程，利用酸改性淀粉的高流动性、低黏度特性，可以使各物料在高温挤压过程中能更好的融合，重组米挤出后冷却，酸改性淀粉的凝胶能力使挤压重组米结构更紧密，蒸煮后米粒完整性更好，米饭弹性、咀嚼性增强。当酸改性淀粉添加量过多时，一方面，减少了物料中大米粉占比，影响重组米感官评分；另一方面，由于酸改性淀粉具有较高的水溶性，重组米蒸煮时吸水量变大，米饭容易不成形，影响口感。

2.1.2 抗性糊精添加量对挤压重组米的影响

由图1可知，抗性糊精添加量在9%时，挤压重组米评分最高，但是随着添加量增大，综合评分下降。可能是由于抗性糊精亲水性强，添加量过多，在高温挤压时，抗性糊精与物料中淀粉竞争水，导致淀粉糊化不完全，使挤压重组米结构不够紧密，蒸煮后食用口感不佳。

2.1.3 魔芋粉添加量对挤压重组米的影响

由图1可知，随着魔芋粉的增加，挤压重组米的综合评分增加，在魔芋粉添加量0.65%时，挤压重组米评分最高，添加量过多，综合评分呈下降趋势，这是由于魔芋粉中的纤维吸水过多，妨碍了水分子与物料中其他淀粉颗粒的接触，从而影响了淀粉颗粒的糊化[34]，导致挤出的重组米糊化程度不够，结构松散，蒸煮后淀粉容易溶出，米粒易裂开，综合评分下降。

2.1.4 聚甘油酯添加量对挤压重组米的影响

由图1可知，聚甘油酯添加量在0.4%时，挤压重组米评分最高，在挤压过程中，不同的物料在聚甘油酯乳化液作用下混合更均匀，受到的机械力减少，挤压重组米表面更光滑。当添加量过大时，导致挤压系统内的摩擦作用减弱，物料停留时间减少，糊化度下降，挤压重组米品质降低。

2.2 正交实验

根据表2中极差R值分析可知，各个因素对挤压重组米综合品质影响程度依次为酸改性淀粉添加量>魔芋粉添加量>聚甘油酯添加量>抗性糊精添加量，由k值可知挤压重组米最优制备配比为：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%。验证实验按照最优配方进行，得到挤压重组米吸水率、质构和感官评分分别为27.06、20.00、33.36，综合评分为80.42。

表2 正交优化挤压重组米生产工艺实验设计与结果

2.3 体外消化实验

由图2和表3可知，挤压重组米的最终水解速率(180 min时)最低，k值最小，表明挤压重组米消化速率最慢。市售籼米、粳米GI值均高于70，为高GI食物，而挤压重组米血糖指数为48.26为低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，改变了物料中淀粉的组成成分，挤压过后淀粉结构也发生变化[35]，因此挤压重组米在体外消化过程中不能或很难被酶水解[36]，从而淀粉水解速率低，计算得出的GI值也低。

图2 市售大米与挤压重组米在消化过程中的淀粉水解曲线

表3 市售大米与挤压重组米的最终水解率(C∞)、反应动力学常数(k)、体外水解指数(HI)和血糖生成指数(GI)

2.4 SEM

市售粳米和市售籼米的结构基本一致，故用市售粳米作为重组米微观形貌的对照。由图3所示，放大倍数在300时，可观察到市售大米颗粒破碎程度高，挤压重组米完整性更高；放大倍数在5 000时，可观察到市售大米颗粒内部结构表面有细小裂缝和细碎颗粒；而挤压重组米结构较为致密，表面没有裂缝。这是由于在高温挤压作用下，物料流动状态更强，使各物料之间融合更均匀，再加上物料中的酸改性淀粉具有良好的黏接力，挤出冷却后产品结构更紧密，表面更加细腻[37]。

注：a和b分别为市售大米、挤压重组米放大300倍；c和d分别为市售大米、挤压重组米放大5 000倍。图3 市售大米和挤压重组米的SEM图

2.5 感官评价

由表4可知，挤压重组米气味评分低于市售大米，可能是因为大米粉与酸改性淀粉等物质经过重新混匀、挤压等过程后，蒸煮后米饭香气减弱，导致分数偏低。挤压重组米颜色没有市售大米评分高，是由于高温挤压过程中物料发生了美拉德反应[38]，挤出产品颜色发黄，但是与市售大米相比，挤压重组米饭粒完整性更好。在适口性上挤压重组米黏性、弹性分数比市售大米高，并且口感滑爽，有一定的黏性，但不黏牙，米饭有嚼劲。挤压重组米感官总分比市售籼米高，但是低于市售粳米，主要原因是由于市售粳米有浓郁的米饭香气，但是在口感方面比挤压重组米稍差。

表4 市售大米与挤压重组米感官评价结果

2.6 质构特性

由表5可知，挤压重组米硬度和市售大米没有显著性差异，黏附性显著低于市售大米，黏附性是模拟食物和其他物体(舌、牙、口腔)附着时剥离它们所需要的力，说明挤压重组米没有市售大米黏牙。挤压重组米弹性、内聚性、胶着性、咀嚼性、回复性显著大于市售大米，是因为挤压重组米内部结构更加紧密，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胶能力好，使挤压重组米口感也更有弹性、咀嚼性，与感官评价中适口性结果保持一致。

2.7 蒸煮品质

由表6可知，挤压重组米吸水率、膨胀率都显著低于市售大米，一方面是由于挤压过后一些吸水性大分子遭到破坏[39]；另一方面由于挤压重组米的结构较紧密，蒸煮后米粒不易膨胀吸水，从而影响吸水率、膨胀率。米汤干物质表示米汤的浓度，即蒸煮过程中溶解在水中的物质，米汤中的干物质越多，米饭的食味越好[40]。挤压重组米米汤干物质与市售籼米无显著性差异，但是显著低于市售粳米，由于挤压重组米的内部淀粉颗粒之间结合紧密，淀粉颗粒在蒸煮时能较好地维持结构，增加了溶出物的溶出难度。挤压重组米的米汤碘蓝值比市售大米低，因为挤压处理使直链淀粉与脂类物质形成复合物[41]，从而使直链淀粉不易溶出，表现为米汤碘蓝值低。

表5 市售大米与挤压重组米质构特性结果

表6 市售大米与挤压重组米蒸煮品质结果

3 结论

通过单因素实验和正交优化实验得出挤压重组米的最优制备配方为大米粉添加量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%。在该条件下，米饭GI值48.26，为低GI挤压重组米。从感官评价、质构特性、蒸煮品质、扫描电镜综合来看，挤压重组米蒸煮后米饭香气没有市售大米明显，不易被人们接受，但是食用口感更有弹性、嚼劲，易被人们接受；挤压重组米蒸煮后米粒结构完整性更好，吸水率更低，不易裂开、黏接成块或团，外观得到明显改善。