全谷物糙米是稻谷脱去稻壳后的颖果，与普通精米相比，包含完整的果皮、种皮、珠心层和胚，含有丰富的营养成分和多酚等活性物质，具有抗氧化、抗衰老以及预防退行性疾病等功能[1-3]。然而糙米不易蒸煮、适口性差，因此，糙米多经加工后再食用。挤压膨化加工技术是集混合、搅拌、破碎、加热、杀菌、膨化及成型等为一体的高新技术，具有效率高、能耗低、多功能、连续生产、卫生环保等优点[4-6]。挤压过程中，在高温、高压、高剪切力的作用下，淀粉、蛋白质、脂肪、粗纤维等大分子物质被切断成小分子物质[7]，可有效提高全谷物糙米的食用性。

但是，单独采用挤压膨化工艺制得的全谷物糙米粉存在冲调分散性差、黏度高等问题，食用不方便。前期学者研究发现，通过添加α-淀粉酶预酶解后挤压膨化可以提高谷物粉水溶性、降低冲调黏度[8-9]。近年来，预酶解辅助挤压膨化已成为研究热点。然而，全谷物先经预酶解处理再挤压膨化虽可改善其品质特性，但此工艺操作不便且复杂。本研究在前人研究的基础上采用高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合加工技术，即挤压膨化的同时通过水分调节管道注入液态高温α-淀粉酶，该技术在挤压膨化的同时发生酶解反应，操作简便，且可有效改善糙米粉品质。以普通糙米、红米、黑米3 种糙米为原料，比较分析了高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理与直接挤压膨化制得的糙米粉品质差异，探讨高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉理化和营养特性的影响，旨在为改善全谷物糙米粉食用品质提供技术参考，进一步促进全谷物的加工利用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

普通糙米、红米、黑米，深圳市滕泰农业科技有限公司；高温α-淀粉酶(酶活力40 000 U/g)，江苏锐阳生物科技有限公司；其他试剂均为国产分析纯，广州齐云生物技术有限公司 。

1.2 仪器与设备

LS- 75HD型立式压力蒸汽灭菌锅，江阴滨江医疗设备有限公司；MY- 56型双螺杆膨化机，江苏牧羊集团有限公司； K8400型蛋白质分析仪，瑞典FOSS公司；Biofuge Stratos Sorvall型高速冷冻离心机，美国Thermo公司；UV- 1240型紫外可见分光光度计，日本岛津分析仪器公司；D- 500型高剪切均质分散乳化机，德国WIGGENS公司；PCE- E3000型恒温水浴振荡器，苏州威尔实验用品有限公司；AR- 1500ex型流变仪，美国TA公司；UltraScan VIS型色差仪，美国Hunter Lab公司。

1.3 实验方法

1.3.1 挤压膨化工艺

3种糙米粉碎至10～20目，利用双螺杆膨化机进行挤压膨化，膨化机前、中、后段温度分别为80、130、150 ℃，挤压膨化过程通过水分调节管道加入液态高温α-淀粉酶，制得加酶膨化粉，高温α-淀粉酶最终添加量相当于750 U/g(以糙米质量计)；挤压膨化过程中加入蒸馏水，制得未加酶膨化粉作为对照。膨化后样品粉碎后过80目筛，密封保存以备后续实验分析。

1.3.2 径向膨化率的测定

随机选取5 段膨化物，用游标卡尺测量其直径，径向膨化率计算见式(1)。

径向膨化率=d(挤出)/d(模具) 。

(1)

式(1)中，d(挤出)为挤出物直径，mm；d(模具)为模具直径，mm。

1.3.3 分散时间的测定

参考张冬媛等[9]的方法略加修改。准确称取5 g样品，通过直径11.5 cm的漏斗加入到60 r/min磁力搅拌的60 ℃温水中(200 mL烧杯中加入100 mL水)，样品加入漏斗开始计时，粉体分散均匀终止计时，此段时间即为分散时间，重复实验3 次。

1.3.4 结块率的测定

参考刘静波等[10]的方法略加修改。准确称取20 g样品，置于500 mL烧杯中，加入预热至60 ℃的温水150 mL，静置10 min后用干燥至恒重的20目筛网过滤，清水漂洗结块，105 ℃干燥至恒重。结块率的计算见式(2)。

结块率

(2)

式(2)中，m0为筛网和结块质量，g；m1为筛网质量，g；m2为样品质量，g。

1.3.5 水溶性指数和吸水性指数的测定

水溶性指数(water solubility index, WSI)和吸水性指数(water absorption index, WAI)的测定参照Anderson等[11]的方法略加修改。准确称取2.5 g样品置于50 mL离心管中，加入30 mL去离子水，以275 r/min的速率振摇30 min，然后4 000 r/min离心15 min，分离上清液和沉淀物；上清液倾倒于恒重的称量盒中，在105 ℃的烘箱中蒸发至恒重。WSI和WAI按式(3)和式(4)计算：

(3)

(4)

式(3)、式(4)中，m1为上清液残余物干质量，g；m2为样品干质量，g；m3为沉淀物质量，g。

1.3.6 还原糖含量的测定

参考文伟等[12]的方法。准确称取2 g样品，置于100 mL离心管中，加去离子水30 mL，25 ℃振荡30 min，4 000 r/min离心10 min，取上清液定容至50 mL，二硝基水杨酸法测定其还原糖含量，结果以每克干基中的葡萄糖质量(mg/g)表示。

1.3.7 总蛋白质含量、可溶性蛋白含量的测定

总蛋白质含量的测定： 凯氏定氮法，《GB 5009.5—2016 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》。

可溶性蛋白质含量的测定：参照方勇等[13]的方法。称取1.0 g样品，加入9 mL生理盐水，冰浴条件下匀浆，悬浊液2 500 r/min下离心10 min，上清液定容至25 mL。取定容后的上清液50 μL，加入3.0 mL考马斯亮蓝显色剂，混合均匀并静置10 min，595 nm波长测定吸光度A1。50 μL去离子水代替样液作空白对照，测定吸光度A0；50 μL蛋白质标准品(质量浓度为0.563 g/L的牛血清白蛋白)作为标准对照，测定吸光度A2。可溶性蛋白质含量计算见式(5)。

w(可溶性蛋白质)

(5)

式(5)中，w(可溶性蛋白质)，mg/g；R=0.563。

1.3.8 糊化度的测定

参照文献[14-15]略加修改。准确称取0.1 g样品，分散于49 mL的去离子水中，添加1.0 mL 10 mol/L的 KOH溶液，以10 r/min速率在磁力搅拌器中搅拌5 min，悬浮液5 000 r/min离心10 min；吸取1.0 mL上清液，混合0.6 mL的0.5 mol/L盐酸，用去离子水定容至10 mL，最后添加0.1 mL的碘液(0.5 g晶体碘和2 g KI溶于50 mL去离子水)，混匀后在600 nm波长处测定吸光值A1；上述步骤中KOH的体积替换为2.5 mL，盐酸的体积替换为1.5 mL，其他相同，测得吸光值A2。糊化度(degree of gelatinization，DG)按式(6)计算：

(6)

1.3.9 黏度的测定

参照赵志浩等[8]的方法略加修改。称取20 g样品，加入80 mL 80 ℃热水，缓慢搅拌至均匀。设置流变仪夹具与样品台间距为1 mm，温度25 ℃，角频率范围0.01～200 rad/s。取适量米糊样品于样品台上，静置10 min，启动程序进行测定。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 17.0统计软件单因子方差分析(one way ANOVA)进行组间差异比较，显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 全谷物糙米粉径向膨化率分析

径向膨化率是衡量膨化效果的重要指标，高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉径向膨化率的影响见图1。由图1可以看出，3种全谷物糙米经过高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其径向膨化率均显著降低(P<0.05)。普通糙米由2.0降低到1.2，红米由2.5降低到1.6，黑米由2.1降低到1.2。这可能是由于高温α-淀粉酶将部分淀粉降解为多糖，导致3种全谷物糙米粉的径向膨化率大幅降低。

不同字母表示差异显著(P<0.05)。
图1 高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉径向膨化率的影响
Fig.1 Effect of thermostable α-amylase assisted extrusion treatment on radial expansion rate of whole brown rice flour

2.2 全谷物糙米粉冲调分散性分析

WSI表明粉体溶于水的能力，常作为评价淀粉分子降解程度的指标；而WAI表明淀粉在水中溶胀形成凝胶的能力；分散时间表明粉体溶于水的速度，结块率表明粉体溶于水的结块情况，这4个指标可用来衡量粉体的冲调特性。高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉冲调分散性的影响见表1。由表1可知，3种全谷物糙米经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其WSI均显著升高，WAI显著降低，WSI分别升高了2.51倍、1.89倍和2.73倍，WAI分别降低了77.29%、33.41%和67.44%。3种全谷物糙米经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其分散时间和结块率均显著降低，分散时间分别减少了64.60%、60.66%和65.40%，结块率分别降低了75.57%、84.64%和75.24%。这可能是因为经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理，部分淀粉转化为糖类，可溶性物质和小分子亲水物质含量增加，结构松散，糙米粉亲水性增强[16]。

2.3 全谷物糙米粉还原糖、总蛋白质和可溶性蛋白质含量分析

高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉还原糖、总蛋白质和可溶性蛋白质含量的影响见表2。由表2可知，3种全谷物糙米经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其还原糖含量显著提高，分别提高了66.63倍、102.07倍和15.06倍。由此表明，高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对淀粉等大分子成分有一定的降解作用。淀粉基物料在升压、升温、剪切和酶的共同作用下发生了部分降解，高分子的结构键断裂变成了低分子产物，如淀粉结构中的糖苷键断裂使其成为葡萄糖、麦芽糖等[17]。

表1 高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉冲调分散性的影响

Tab.1 Effects of thermostable α-amylase assisted extrusion treatment on dissolving dispersibility of whole brown rice flour

组别WSI/%WAI分散时间/s结块率/%糙米未加酶19.42±0.21b4.58±0.01e26.30±1.32c17.23±1.03d糙米加酶68.23±3.65e1.04±0.04a9.31±0.78a4.21±0.31b红米未加酶16.59±0.12a4.34±0.03d29.18±1.90d20.31±1.54e红米加酶47.91±0.15c2.89±0.01c11.48±1.32b3.12±0.33a黑米未加酶16.93±0.30a4.76±0.02f35.03±3.12e23.14±1.21f黑米加酶63.17±4.07d1.55±0.03b12.12±1.02b5.73±0.29c

同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

由表2可知，高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理可提高3种全谷物糙米粉的总蛋白质含量，但提高不显著；而其可溶性蛋白质含量显著提高，分别提高了32.37%、17.38%和22.12%。这可能是因为高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理使部分淀粉水解，与其紧密结合的蛋白质暴露、分离[18]。

表2 高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉还原糖、总蛋白质和可溶性蛋白质含量的影响

Tab.2 Effects of thermostable α-amylase assisted extrusion treatment on contents of reducing sugar, total

protein and soluble protein of whole brown rice flour mg/g

组别还原糖总蛋白质可溶性蛋白质糙米未加酶3.31±0.32a70.13±0.96a3.46±0.48a糙米加酶223.84±9.86c70.42±1.34ab4.58±0.90b红米未加酶2.36±0.01a75.94±1.00c5.41±0.38c红米加酶243.25±8.79d76.02±0.24d6.35±0.26d黑米未加酶15.36±4.21b70.50±2.30b5.38±0.19c黑米加酶246.71±10.42d70.65±0.05b6.57±0.38d

不同字母表示同列数据差异显著(P<0.05)。

2.4 全谷物糙米粉糊化度分析

高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉糊化度的影响见图2。由图2可知，3种全谷物糙米经过高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其糊化度均显著降低(P<0.05)。普通糙米由88%降低到70%，红米由91%降低到83%，黑米由93%降低到80%。这可能是由于3种全谷物糙米粉在高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理过程中受到湿热作用，粉质变软及压力和温度的降低造成的。此外，淀粉的部分水解也是其糊化度降低的一个重要原因[19]。

不同字母表示差异显著(P<0.05)。
图2 高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉糊化度的影响
Fig.2 Effect of thermostable α-amylase assisted extrusion treatment on degree of gelatinization of whole brown rice flour

2.5 全谷物糙米粉黏度分析

图3 高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉黏度的影响
Fig.3 Effect of thermostable α-amylase assisted extrusion treatment on dissolving viscosity of whole brown rice flour

粉体冲调黏度直接影响其冲调分散性，高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉黏度的影响见图3。由图3可知，3种全谷物糙米经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其冲调黏度均显著下降，加酶和未加酶处理的糙米粉均有剪切稀释特性，经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其糙米粉在低剪切速率下具有较低黏度，黏度曲线趋于平直，但剪切稀释效应与未加酶处理相比不明显，说明高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理可降低糙米粉的黏度，改善糙米粉的冲调特性。

3 结 论

3种全谷物糙米经过高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后径向膨化率、糊化度、WAI、分散时间、结块率均显著降低(P<0.05)，WSI均显著升高(P<0.05)。此外，3种全谷物糙米经处理后冲调黏度呈下降趋势，加酶处理的糙米粉在低剪切速率下具有较低黏度，其黏度曲线趋于平直，但剪切稀释效应与未加酶处理相比不明显。3种全谷物糙米经高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理后其还原糖、可溶性蛋白质和总蛋白质含量均提高。总体来说，高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理可显著改善全谷物糙米粉的冲调和营养特性，研究结果以期为改善全谷物糙米的食用品质，拓宽加工利用途径提供一定参考。

参考文献：

[1] 齐希光，张冬媛，张晖，等. 双酶协同滚筒干燥加工冲调糙米粉的工艺研究[J]. 中国粮油学报，2017，32(10)：139-147.

QI X G, ZHANG D Y, ZHANG H, et al. Drying of brown rice powder using drum combined with two enzymes [J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2017,32(10):139-147.

[2] 于巍，周坚，徐群英，等. 糙米与精米的营养价值与质构特性比较研究[J]. 食品科学，2010，31(9)：95-98.

YU W, ZHOU J, XU Q Y, et al. Comparison on nutritional values and textural properties of brown rice and milled rice [J].Food Science, 2010,31(9):95-98.

[3] SUKSOMBOON A，LIMROONGREUNGRAT K，SANGNARK A，et al. Effect of extrusion conditions on the physicochemical properties of a snack made from purple rice and soybean flour blend[J]. International Journal of Food Science and Technology，2011(1)：201-208.

[4] MIRIAM M S, SOLANGE G C B, CARLOS T S D, et al. Characterisation and potential application of pineapple pomace in an extruded product for fibre enhancement[J]. Food Chemistry, 2014,163: 23-30.

[5] 叶琼娟, 杨公明, 张全凯, 等. 挤压膨化技术及其最新应用进展[J].食品安全质量检测学报，2013，4(5)：1329-1334.

YE Q J, YANG G M, ZHANG Q K, et al. The new application and progress of extrusion technology [J]. Journal of Food Safety and Quality,2013,4(5):1329-1334.

[6] QI P X, ONWULATA C I. Physical properties, molecular structures, and protein quality of texturized whey protein isolate: effect of extrusion temperature [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(9): 4668-4675.

[7] DING Q B, PAUL A, GREGORY T, et al. The effect of extrusion conditions on the physicochemical properties and sensory characteristics of rice-based expanded snacks[J].Journal of Food Engineering, 2005, 66(3): 283-289.

[8] 赵志浩，刘磊，张名位，等. 预酶解- 挤压膨化对全谷物糙米粉品质特性的影响[J]. 食品科学，2019，40(1)：108-116.

ZHAO Z H, LIU L, ZHANG M W, et al. Combined effect of enzymatic pretreatment and extrusion on quality properties of brown rice flour[J].Food Science,2019,40(1):108-116.

[9] 张冬媛，邓媛元， 张名位，等. 发芽- 挤压- 淀粉酶协同处理对速食糙米粉品质特性的影响[J]. 中国农业科学， 2015，48(4)：759-768.

ZHANG D Y, DENG Y Y, ZHANG M W, et al. Effect of germination-extrusion-amylase assisted processing on quality properties of brown rice powder[J]. Scientia Agricultural Sinica,2015,48(4):759-768.

[10] 刘静波， 马爽，刘博群，等. 喷雾干燥条件对高铁蛋粉溶解特性的影响[J]. 农业工程学报，2011，27(11)：365-371.

LIU J B, MA S, LIU B Q, et al. Effects of spray-drying technology on solubility of Fe enrichment egg powder[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2011,27(11):365-371.

[11] ANDERSON A H, PEPLINSKI A J. Gelatinization of gorn grits by roll cooking, extrusion cooking and steaming[J]. Die Starke,1970,22(4): 130-134.

[12] 文伟， 张名位，刘磊，等. 乳酸菌发酵对脱脂米糠中糖和酚类物质含量的影响[J]. 现代食品科技，2016，32(2)： 137-141.

WEN W, ZHANG M W, LIU L, et al. Effects of lactic acid bacteria fermentation on the content of sugars and polyphenols of defatted rice bran[J]. Modern Food Science & Technology,2016,32(2):137-141.

[13] 方勇， 王红盼，杨文建，等. 金针菇复配发芽糙米挤压膨化工艺及产品品质特性[J]. 中国农业科学， 2016，49(4)：727-738.

FANG Y, WANG H P, YANG W J, et al. Extrusion process of germinated brown rice compounded of flammulina velutipes and extrudant quality properties[J]. Scientia Agricultural Sinica,2016,49(4):727-738.

[14] BIRCH G G, PRIESTLEY R J. Degree of gelatinization of cooked rice [J]. Die Starke，1973(3): 98-100.

[15] VIDYA S, RAVI R, BHATTACHARYA S. Effect of thermal treatment on selected cereals and millets flour dough and their baking quality[J]. Food and Bioprocess Technology, 2012, 6(5): 1218-1227.

[16] BIRCH G G, PRIESTLEY R J. Degree of gelatinization of cooked rice[J]. Starch-Starke, 1973, 25(3): 98-100.

[17] 韩永斌，刘桂林，史晓媛，等.挤压膨化对发芽糙米梨花性质的影响[J].中国粮油学报，2010，25(12)：2-5.

HAN Y B, LIU G L, SHI X Y, et al. Effects of extrusion on physiochemical property of germinated brown rice[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2010,25(12):2-5.

[18] DE MESA-STONESTREET J N, ALAVI S, GWIRTZ J. Extrusion-enzyme liquefaction as a method for producing sorghum protein concentrates[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 108(2): 365-375.

[19] 冯秋娟，肖志刚，郑广钊，等. 低温加酶挤压玉米淀粉糊化度的研究[J]. 食品工业科技，2011， 32(8)：287-290.

FENG Q J, XIAO Z G, ZHENG G Z, et al. Study on the gelatinization of corn starch by enzyme-added extrusion at low temperature[J]. Science and Technology of Food Industry,2011,32(8):287-290.

Effect of Thermostable α-Amylase Assisted Extrusion Treatment on Quality Properties of Whole Brown Rice Flour

MA Yongxuan， ZHANG Mingwei， ZHANG Ruifen， LIU Lei， JIA Xuchao， HUANG Fei， DONG Lihong， BAI Yajuan

(Sericultural & Agri-Food Research Institute Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Guangzhou 510610, China)

Abstract： Using regular brown rice, red rice and black rice as raw material, the radial expansion rate, water soluble index, water absorption index, dispersion time, agglomerate rate,paste viscosity, gelatinization degree, reducing sugar and protein contents of brown rice flour produced by thermostable α-amylase assisted extrusion treatment was measured. The results showed that after thermostable α-amylase assisted extrusion treatment, the radial expansion rate and gelatinization degree in three types of whole brown rice were reduced significantly (P<0.05). The water soluble index was increased (P<0.05) by 2.51 times, 1.89 times and 2.73 times, respectively. And the water absorbent index was decreased significantly (P<0.05) by 77.29%, 33.41% and 67.44%.The dispersion time and agglomeration rate were also reduced significantly (P<0.05). The dispersion time was reduced by 64.60%, 60.66% and 65.40%, respectively. The agglomeration rate was reduced by 75.57%, 84.64% and 75.24%. The dissoving viscosity decreased significantly (P<0.05). The whole brown rice flour treated with enzyme had lower viscosity at low shear rate, and its viscosity curve tended to be straight. The content of reducing sugar and soluble protein was increased significantly (P<0.05), while the content of total protein had on obvious change (P>0.05).

Keywords： thermostable α-amylase; extrusion; whole brown rice; dissoving dispersibility; nutritional properties

doi:10.3969/j.issn.2095-6002.2020.01.015

文章编号：2095-6002(2020)01-0111-06

引用格式：马永轩，张名位，张瑞芬，等. 高温α-淀粉酶- 挤压膨化耦合处理对全谷物糙米粉品质的影响[J]. 食品科学技术学报，2020,38(1):111-116.

MA Yongxuan，ZHANG Mingwei，ZHANG Ruifen，et al. Effect of thermostable α-amylase assisted extrusion treatment on quality properties of whole brown rice flour[J]. Journal of Food Science and Technology, 2020,38(1):111-116.

中图分类号： TS213.3

文献标志码：A

收稿日期： 2019-04-17

基金项目： 国家重点研发计划项目(2016YFD0400702)；广州市科技计划项目(201704020039；201803010079)。

第一作者： 马永轩，男，副研究员，主要从事农产品加工方面的研究。

(责任编辑：张逸群)