糙米擠壓膨化對營養(yǎng)因子的影響

　　摘要以糙米為原料，采用擠壓膨化技術，通過改變擠壓機機筒溫度、物料水分、螺桿轉速、物料粒度等工藝參數(shù)，研究擠壓膨化對糙米中植酸和可溶性碳水化合物(WSC)等營養(yǎng)因子的影響。通過調(diào)控不同的擠壓膨化條件，如螺桿轉速、物料水分、物料粒度以及擠壓溫度等條件，了解不同條件對營養(yǎng)因子的影響，并通過單因素和響應面實驗得出最佳擠壓膨化方案。其結果為：溫度、粒度、水分含量及主機轉速對植酸的影響均較大，而溫度和螺桿轉速對WSC的影響較大;為了最大限度的保持糙米營養(yǎng)特性，應該盡量使水溶性碳水化合物含量較高，使植酸含量降到最低。所以在擠壓膨化中通過響應面實驗得出最佳優(yōu)化工藝參數(shù)為：粒度55.12、水分19.63%、溫度134.21℃、主機轉速21.41Hz。

　　關鍵詞糙米擠壓膨化營養(yǎng)因子可溶性碳水化合物植酸

　　水稻是除了小麥和玉米之外世界上最主要的農(nóng)作物之一。世界上種植水稻的國家有100多個，世界上有約一半的人口都在以大米作為主食。自古以來，稻米都是我國的傳統(tǒng)主食，在古代，人們所吃的大米都是糙米。盡管糙米中有更多的生物功能成分，但由于灰暗的外表和堅硬的質地使糙米的蒸煮性、口感和吸收性較差[1]，讓它不能作為現(xiàn)在的日常主食。人們目前食用的大米是糙米經(jīng)過碾制，通過去除果皮、種皮、糊粉層和胚而得來的。也就是人們所指的精白米。精白米口感好，且容易消化，但其營養(yǎng)不是最佳，缺乏對人體健康非常重要的一些成分，如礦物質、維生素、纖維素等[2]。

　　糙米中蛋白質、糖類、脂肪的含量同精白米相差不大，但維生素含量以及鈣、鐵、磷及纖維素含量均高于精白米。另外，糙米中含有豐富的生物活性成分，包括谷胱甘肽、谷維素、GABA、米糠脂多糖、神經(jīng)酰胺、米糠纖維、礦物質等，對人體健康非常有利。但是長期食用糙米會減少人體胰島素分泌，對糖尿病患者不利[3]。糙米經(jīng)過擠壓膨化之后不僅能夠獲得更好的食用口感，同時保留了糙米的營養(yǎng)成分。在擠壓膨化過程中，糙米水分、粒度、主機轉速、溫度等都會對擠壓膨化效果有影響。

　　糙米本身的脂肪和水分會對擠壓機腔起到潤滑的作用。水分能通過降溫來降低膨化度。水分太高會使機腔溫度和壓力下降，水分太低又會使原料在機腔內(nèi)摩擦生熱，使機腔內(nèi)壓力和溫度過高，導致出料困難、原料碳化堵塞等。粒度的選擇對擠壓膨化效果有很大影響，包括它對擠壓產(chǎn)品的質構的影響。螺桿轉速與物料在機腔內(nèi)停留時間有關，會對溫度和壓力造成影響。另外，在擠壓過程中，螺桿與螺套的間隙以及模頭出料截面積也會對膨化效果有影響。在擠壓操作過程中應合理設置參數(shù)，正確的使用擠壓機。

　　1材料和方法

　　1.1材料

　　1.1.1糙米原料

　　普通糙米(大連米業(yè)有限公司);

　　1.1.2主要試劑

　　濃硫酸：分析純，98%;苯酚(分析純重蒸餾試劑);葡萄糖(分析純);鉬酸鈉(分析純);氫氧化鉀(分析純);鹽酸(分析純);氧化鋅(分析純);三氯化鐵(分析純)。

　　1.1.3主要儀器

　　馬弗爐、篩子(20目～100目);分析天平：北京生產(chǎn);DS32～X雙螺桿擠壓機：濟南生產(chǎn);萬能高速粉碎機：香港生產(chǎn);WFJ2000型分光光度計：上海生產(chǎn);DT系列電子天平：江蘇生產(chǎn);80-2型離心沉淀機：江蘇生產(chǎn);水浴恒溫振蕩器;101A-2型干燥箱;六連磁力攪拌器。

　　1.2實驗方法

　　本實驗通過在擠壓過程中對不同條件的螺桿轉速、物料粒度、物料水分、擠壓溫度等單因素的控制分別擠壓出不同的糙米產(chǎn)品。然后對其中含有的水溶性碳水化合物以及植酸含量進行測定，并分別用響應面法進行處理，從而得出最優(yōu)條件。

　　1.2.1樣品前處理

　　1.2.1.1糙米過20目篩，篩除樣品中的灰塵，挑出雜質、霉變粒等。

　　1.2.1.2調(diào)整粉碎機，將粉碎機中的篩網(wǎng)換成孔徑1mm～2mm，并調(diào)試機器性能，注意操作規(guī)范性。

　　1.2.2糙米的擠壓工藝流程糙米→篩選→粉碎→過篩→稱重→調(diào)節(jié)含水量→調(diào)節(jié)螺桿轉速、膨化溫度→擠壓→烘干→粉碎→包裝。

　　1.2.3水溶性碳水化合物的測定水溶性碳水化合物測定方法使用苯酚—硫酸比色法[4]測定。

　　1.2.3.1實驗原理：多糖在硫酸的作用下先水解成單糖，然后經(jīng)脫水生成糖醛衍生物，再與苯酚反應會生成一種橙黃色的化合物。以比色法測定。

　　1.2.3.2制作標準曲線：將分析純葡萄糖在80℃下烘干至恒重，取1.00g加水轉入100mL容量瓶中，加0.5mL濃硫酸，定容至刻度即成1%葡萄糖標準液。然后用上述標液制成100mL的葡萄糖標液。然后分別取0mL、0.2mL、0.4mL、0.6mL、0.8mL、1.0mL的標液，并補蒸餾水至2mL。各加9%苯酚1.0mL以及濃硫酸5.0mL。搖勻冷卻，室溫放置30min之后，在490nm處測A值。將得出結果繪圖，得到標準曲線。

　　1.2.3.3樣品含量測定：稱取樣品0.3g加25mL蒸餾水，用磁力攪拌器勻質20min，離心10min，將上清液放入100mL容量瓶，定容。然后用漏斗過濾，取濾液1mL于試管中，加水1mL，其后步驟同上述作標準曲線的步驟，并測吸光度。

　　1.2.3.4結果計算可溶性糖含量(%)=從標準曲線查得糖的量(mg)×提取液體積(mL)×稀釋倍數(shù)/[測定用樣品液的體積(mL)×樣品重量(g)×103]×100即可溶性糖含量(%)=[C×100/(α×W×1000)]×100C———為標準曲線上查的得含糖量(mg)100———定容后體積(提取液體積×稀釋倍數(shù))α———吸取樣品液體積(mL)W———為樣品重量(g)

　　1.2.4植酸的測定

　　植酸的測定參照趙仁勇等測植酸的方法[5]。

　　1.2.5單因素實驗

　　對植酸和可溶性碳水化合物的單因素實驗的基本參數(shù)(單因素不變量)分別為：擠壓機Ⅲ區(qū)溫度120℃;粒度60目;主機轉速18Hz;水分20%。單因素變量設置：(1)水分：15%、20%、25%、30%、35%。(2)溫度：80℃、100℃、120℃、140℃、160℃。(3)螺桿轉速：10Hz、14Hz、18Hz、22Hz、26Hz。(4)粒度：20目、40目、50目、60目、70目、80目、100目。

　　2結果與分析

　　2.1樣品原始數(shù)據(jù)

　　2.2單因素實驗結果分析

　　2.2.1擠壓溫度對植酸含量的影響

　　通過單因素實驗結果，得出擠壓溫度與植酸含量的關系，隨著擠壓溫度的升高，糙米中植酸含量變化趨勢是先減少后增加。這是因為在溫度較低時，物料在擠壓時擠壓機內(nèi)部會因為溫度升高、高壓以及剪切的共同作用導致物料的細胞膜破裂，從而改變細胞的組織結構，導致植酸分子發(fā)生嚴重鈍化，降低植酸含量。但是，隨著溫度的不斷升高，淀粉會產(chǎn)生糊化現(xiàn)象，而且溫度越高糊化現(xiàn)象越嚴重[7]。這時逐漸增多的糊化淀粉基質會將植酸分子包裹起來，被破壞的程度就會越來越小，所以植酸含量會在120℃以后呈現(xiàn)上升的趨勢。通過圖1還可以得出在120℃時候植酸含量最低。

　　2.2.2物料水分對糙米植酸含量的影響

　　通過單因素實驗結果，得出物料水分含量與植酸含量的關系擠壓過程中糙米中植酸含量隨著含水量的增加呈現(xiàn)先降低再緩慢升高的趨勢。在擠壓膨化過程中，植酸會發(fā)生降解作用，具體的降解程度跟水分和溫度有關系。在其他膨化因素不變的情況下，水分的增加會影響螺桿對糙米的剪切力[8]。在低水分時，水分會增大螺桿對糙米的剪切力，從而使機腔內(nèi)摩擦增大，壓力升高，從而使機腔內(nèi)溫度升高，增加植酸的降解速度。

　　所以，在水分含量為15%～20%時，植酸的降解率是增加的，植酸含量呈現(xiàn)降低的趨勢。而在水分含量為20%～35%時，植酸含量又逐漸升高，也就意味著植酸的降解程度變得越來越低。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因為隨著水分含量不斷增加，溫度提供了水分的汽化，從而使溫度降低，降低了植酸的降解速率。在水分含量為20%時，植酸的含量最低。

　　2.2.3螺桿轉速對糙米植酸含量的影響

　　隨著螺桿轉速的增加，植酸含量呈現(xiàn)先降低后稍微升高的趨勢。這說明隨著螺桿轉速的增加，糙米中的植酸含量逐漸降低，這主要是因為隨著螺桿轉速增加，螺桿對糙米的剪切作用不斷加強，機腔內(nèi)摩擦力增大，溫度升高，植酸降解的程度不斷增強所致。隨著轉速的繼續(xù)增加，植酸的含量又緩慢升高，這可能是因為在溫度、水分、物料粒度不變的情況下，轉速繼續(xù)增加，物料橫向運動的速度增快，螺套與螺桿之間剪切混合的時間不夠，從而使植酸發(fā)生降解的時間縮短，有些植酸甚至來不及反應就直接出了擠壓機。這一結果同王石瑛[9]的擠壓實驗結果一致。

　　3結論

　　本實驗通過改變不同擠壓參數(shù)，如機筒溫度、主機轉速、物料水分、物料溫度等對糙米進行分別擠壓，研究擠壓膨化對糙米水溶性碳水化合物和植酸等營養(yǎng)因子的影響。在實驗過程中對雙螺桿擠壓機有了更深刻的認識和了解，對不同粒度的糙米粉其外觀、營養(yǎng)因子的含量有了初步的認識。通過實驗，得到以下結論：

　　3.1糙米在擠壓膨化后，水溶性碳水化合物含量隨著物料粒度的增加呈先增后降的趨勢;隨著物料水分的增加而降低;隨著擠壓溫度的增加呈現(xiàn)增高的趨勢;隨著主機轉速的不斷增加，WSC含量逐漸增加。

　　3.2糙米在擠壓膨化后，植酸含量隨著粒度增大呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢;與糙米水分含量的關系是隨著水分含量的增加植酸含量呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢;與機筒溫度的關系是隨著溫度的升高，植酸含量先減少后增加;隨著主機轉速的增加，植酸含量先降低后稍微增加。

　　3.3由響應面實驗可以得出使植酸含量最低同時又使WSC保持較高水平的最佳工藝參數(shù)為：粒度55.12、水分19.63%、溫度134.21℃、主機轉速21.41Hz。

　　3.4擠壓膨化對糙米營養(yǎng)因子的影響是很顯著的，不同的擠壓參數(shù)會對糙米營養(yǎng)因子的含量造成不一樣的影響。因此，在生產(chǎn)糙米產(chǎn)品時，應根據(jù)不同的需要設置不同的擠壓參數(shù)，從而得到更多的營養(yǎng)。

　　參考文獻

　　1周惠明，張民平.糙米中功能性成分的研究[J].食品科技，2003，(5)：7～8.

　　2謝海偉.食用糙米的應用前景和加工技術的探討[J].現(xiàn)代食品科技，2005，(2)：17～19.

　　3張守文.糙米的營養(yǎng)保健功能[J].糧食與飼料工業(yè)，2003，(12)：23～26.

　　4鐘建平，鐘春艷，趙道輝，等.苯酚～硫酸比色法測定保健食品多糖的研究[J].中國衛(wèi)生檢驗雜質，2001，11(6)：675～676.

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