挤压膨化对谷物营养成分的影响

（1.广西师范大学生命科学学院，广西桂林541004；2.桂林西麦生物技术开发有限公司，广西桂林541004）

摘要：采用挤压膨化技术处理大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦，分析这些谷物在处理前后的淀粉、直链淀粉、粗蛋白质、粗脂肪、还原糖、膳食纤维和矿物元素等营养成分含量影响。结果显示，挤压膨化后大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦的淀粉、粗蛋白质、粗脂肪和矿物元素含量降低（P＞0.05），还原糖含量显著增加（P＜0.05），直链淀粉和膳食纤维含量提高（P＞0.05）。

食品挤压膨化加工技术是集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型等为一体的高新技术[1]，正广泛应用于食品工业。通过挤压膨化处理，食品中主要组分会发生复杂的理化反应，质构、组织和外观都发生了很大的变化。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，如长链淀粉切断成水溶性淀粉、糊精、还原糖等[2]，部分蛋白质裂解为肽和氨基酸，因而味美可口、易于消化吸收。因此，挤压膨化是提高谷物食用性、改善冲调性，开发功能性谷物食品的一个有效途径。目前已有研究采用挤压膨化技术开发以玉米、大米、小杂粮或其混合粉为基质材料的早餐谷物食品、休闲谷物食品、婴幼儿食品等新型谷物食品，但挤压膨化对谷物淀粉、蛋白质、脂肪、膳食纤维和矿物元素等营养成分的影响报道极少。本试验探讨了经过挤压膨化前后主要谷物的营养成分的变化情况，旨在为挤压膨化技术在谷物产品加工中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试大米、玉米、小麦、燕麦、荞麦：均由桂林力源粮油食品有限公司提供，原料包装贮藏于0℃～4℃冰箱中。

1.2 仪器与试剂

SX2000-80单螺杆挤压膨化机：山东赛信膨化机械有限公司；Brookfield DV-II流变仪：美国Brookfield公司；凯氏定氮仪：上海浦东物理光学仪器厂；SZF-06B型索氏抽提器：上海新嘉电子有限公司；UV-2802型紫外可见分光光度计：美国尤尼科公司；火焰原子吸收光谱仪；H1650-W台式高速离心机：杭州汇尔仪器设备有限公司；电热恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械厂；高速粉碎机：上海标本模型厂；DKZ-450B型电热恒温振荡水槽：上海森信实验仪器有限公司。

牛血清蛋白、牛血清白蛋白（BSA）、考马斯亮蓝G-250、亮氨酸、a-淀粉酶（酶活 3 700 U/g）、中性蛋白酶（酶活60万U/g）及分析纯柠檬酸、柠檬酸钠、酒石酸钾钠、葡萄糖、苯酚、硫酸、乙醇、亚硫酸钠和磷酸等均购于国药集团化学试剂有限公司。

1.3 样品处理

大米、小麦、玉米、燕麦和荞麦经过筛选和清洗等预处理后，分成两份，一份直接粉碎后过60目筛；另一份利用单螺杆挤压机进行膨化，粉碎并过60目筛。样品储藏于干燥器中备用。

1.4 测定指标与方法

水分含量参照GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》；蛋白质含量参照GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》；粗脂肪含量参照GB/T 5512-2008《粮油检验粮食中粗脂肪含量测定》；淀粉含量参照GB/T 5514-2008《粮油检验粮食、油料中淀粉含量测定》；直链淀粉含量定参照GB/T 15683-2008《大米直链淀粉含量的测定》；还原糖含量釆用3，5-二硝基水杨酸法测定；膳食纤维含量参照GBT5009.88-2008《食品中膳食纤维的测定》；矿物元素含量的测定采用原子吸收分光光度计法。

1.3 统计分析

试验数据用SPSS 17.0统计软件进行单因素方差分析及Duncan氏多重比较，以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 挤压膨化对谷物淀粉、直链淀粉、粗蛋白质、粗脂肪、膳食纤维和还原糖的影响

挤压膨化对5种谷物干物质、淀粉、直链淀粉、粗蛋白质、粗脂肪、膳食纤维和还原糖的影响见表1。

从表1可以看出，比较挤压膨化前后5种谷物营养组成的变化，发现大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦挤压膨化后的水分、淀粉、粗蛋白质和粗脂肪的含量均略有降低（P>0.05），直链淀粉和膳食纤维含量提高（P>0.05），还原糖含量显著提高，分别提高了88.52%（P<0.05）、104.86%（P<0.01）、134.62%（P<0.01）、77.55%（P<0.05）和 46.12%（P<0.05）。

2.2 挤压膨化对谷物矿物元素含量的影响

挤压膨化对5种谷物矿物元素Ca、Mg、Zn、Na、K、Fe和Cu含量的影响见表2。

大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦经挤压膨化后，其矿物元素Ca、Mg、Zn、Na、K、Fe和Cu的含量均较挤压膨化前略有下降，但变化均不明显（P>0.05）。

3 讨论

3.1 挤压膨化对谷物淀粉、粗蛋白质、粗脂肪和膳食纤维的影响

淀粉是谷物中的主要组成成分，在挤压膨化过程中，在高温、高剪切环境下，剪切作用“撕裂”淀粉粒，打开分子间的氢键，催进淀粉糊化[3-4]，淀粉的结晶部分在受热及剪切作用下发生熔融[5]。因此，挤压过程中淀粉相互转换不同于一般的糊化现象，它是一个非平衡态过程，在此过程中，淀粉糊化和熔融同时进行[5]。伴随淀粉糊化的进行，在挤压过程中淀粉还发生降解反应[6]，以糊化淀粉、熔融淀粉和降解淀粉混合物的形式存在[7]，从而导致挤压膨化后大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦淀粉含量下降，还原糖增加。

谷物中的蛋白质以蛋白体或基质蛋白的形式存在，由于挤压过程中的热和剪切作用使维持蛋白质三级、四级结构的作用力减弱，蛋白质发生不可逆变性，改变蛋白质的结构和溶解性[6]。一部分蛋白质裂解为多肽和氨基酸，蛋白质的消化率提高。这表现为谷物经挤压膨化后其中的蛋白质含量降低。小米挤压后清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量均降低[8]，本研究显示，挤压膨化后大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦的粗蛋白含量均降低。

在挤压过程中，谷物中的脂肪能够与淀粉形成复合物，不仅影响产品的膨化效果，还会影响淀粉的溶解性和消化率。挤压食品相比其他类型食品具有较长的货架期，其原因是由于脂肪在挤压过程中能够与淀粉和蛋白质形成复合体，脂肪复合体的生成，使脂肪受到淀粉和蛋白质的保护作用，对降低脂肪的氧化速度和氧化程度，延长产品的货架期起到了积极的作用。挤压膨化可能会降低脂肪的营养价值，其机制包括氧化、氢化及顺反异构化作用。挤压膨化后，脂肪含量会随直链淀粉-脂复合物的形成而减少，不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸之间的比例会有所降低，反式脂肪酸会有所增加，膨化后脂肪含量降低[9]。

谷物中的纤维素在挤压加工过程中，发生了物理变化、化学变化和生物化学变化。有关纤维素在挤压过程中的变化，由于挤压设备和原料的不同，国内外研究结果不尽相同，但比较一致的结果是认为挤压可使可溶性膳食纤维的含量显著增加。这主要是由于高温、高压、高剪切的作用使纤维分子间化学键裂解，导致分子的极性发生变化所致。膳食纤维在高温条件下受到强烈的剪切、碾磨和摩擦作用，分子化学键断裂，极性变化，水性提高。因此，挤压膨化工艺可以有效地将不可溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维[10]。

3.2 挤压膨化对谷物矿物元素的影响

矿物元素是生命活动所必须的营养物质，它们在新陈代谢的各个方面均具有重要的作用。挤压膨化加工对谷物中矿物元素含量的影响资料极少，本研究结果显示，大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦经过挤压膨化后，其矿物元素Ca、Mg、Zn、Na、K、Fe和Cu含量均略有降低，但变化均不明显，矿物元素的减少是否与谷物挤压膨化过程中淀粉、粗蛋白质、粗脂肪、膳食纤维含量的变化相关有待进一步深入研究。

4 结论

大米、玉米、小麦、燕麦和荞麦经过挤压膨化后，淀粉、粗蛋白质、粗脂肪和矿物元素含量降低，直链淀粉和膳食纤维的含量增加，但变化的差异均不明显，还原糖含量显著提高。

[1] 高福成.现代食品工程高新技术 [M].北京：中国轻工业出版社,1997：10-35

[2] Ding Qing-bo,Ainsworth P,Tucker G,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

[3] 熊善柏,赵思明,冯醒桥,等.淀粉在过量水分下糊化机理研究[J].粮食与油脂,2001(9)：2-4

[4] Wang S S,Chang W C,Zheng X,et al.Application of an energy equivalent concept to study the kinetics of starch conversion during extrusion[M].New York：Food extrusion science and technology,1992：165-176

[5] Hoover R.Composition,molecular structure and physicochemical propertiesoftuberandrootstarches[J].Carbohydrate Polymers,2001,5(3)：253-267

[6] Wen L F,Rodis P,Wasserman B P.Starch fragmentation and protein insolubilization during twin-screw extrusion of com meal[J].Cereal Chemistry,1990,67(3)：268-275

[7] Kokini J L,Lai L S,Chedid L.Effect of starch structure on starch rheological properties[J].Food Technology,1992,46(6)：124-139

[8]Ummadi P L,Chenoweth W L,Ng P K W.Change's in solubility and distribution of semolina proteins due to extrusion processing[J].Cereal Chemistry,1995,72(6)：564-567

[9] 于功明,陆晓滨,王成忠,等.挤压膨化食品的营养学评价[J].食品营养,2003,24(2)：78-80

[10]单成俊,周剑忠,黄开红,等.挤压膨化提高甘薯渣中可溶性膳食纤维含量的研究[J].江西农业学报,2009,21(6)：90-91

LI Lu1，2，XIANG Shan-shan1，BIN Shi-yu1，*，YE Quan-qing1
（1.College of Life Science，Guangxi Normal University，Guilin 541004，Guangxi，China；2.Guilin Ximai Biotechnology Development Limited Company，Guilin 541004，Guangxi，China）

Abstract：The objective of this study was to evaluate effects of extruded and un-extruded different cereals（e.g.，rice，corn，wheat，oats and buckwheat）on the nutritional components，which include the concentration change of starch，amylose，crude protein，crude fat，reducing sugar，dietary fiber and mineral element.The results showed that，the contents of starch，crude protein，crude fat and mineral element in extruded rice，corn，wheat，oats and buckwheat were slightly decreased（P＞0.05）and reducing sugar content were slightly increased（P＜0.05），however，amylose and dietary fiber slightly increased（P＞0.05），slightly increased to some extent.

基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目（桂科转14122008-19）作者简介：李璐（1977—），女（汉），工程师，本科，研究方向：生物技术与食品加工。

*通信作者：宾石玉（1963—），男（汉），教授，博士研究生，研究方向：食品营养。