葛根是豆科葛属植物的块状茎，在中国、日本等国已有千年栽培历史，现在主要分布在热带和温带地区[1]。全球共有葛属植物15～20 种，具有药用价值的有6 种，其中以野葛[Pueraria lobata（Willd.）Ohwi]和粉葛（Pueraria thomsonii Benth）较为常见[2-3]。葛根中富含淀粉、蛋白质、膳食纤维和黄酮类活性物质，具有很高的药用价值和食用价值，因此其被列入第一批“药食同源”名单[4]。
虽然野葛和粉葛都可以用于食品和中药，但是粉葛因淀粉含量高、纤维含量低更倾向于用于食品，而野葛主要用于中医药物和活性物质的提取[5]。葛根的食用价值主要是葛根淀粉加工，通过加工去除了葛根中粗纤维，大幅提升了其食用口感，但是在加工过程功能性成分含量大大降低。在市售葛根淀粉中，除大豆苷元（0.011 mg/g，干基）外，未检测到包括大豆苷、染料木苷、染料木素和葛根素的异黄酮；而手工制备的葛根淀粉中能够检测到上述全部异黄酮，含量为8.28 mg/100 g（干基），葛根素占比超过85%[5-6]。此外，葛根淀粉中淀粉含量超过95%（干基），膳食纤维含量不到1%[7]。葛根淀粉作为一种具有生理功能的淀粉被人们熟知和接受，人们一般将从市场上购买的葛根淀粉通过沸水冲调成为糊状直接食用[8-9]。此外，还有将葛根淀粉用于速溶葛粉、果冻和软糖的制备；此外，其作为配料可以制备面条、面包、粉丝、葛桃酥、葛根薯片、葛粉芝麻饼、葛糕、葛粉米饼等，但是由于葛根淀粉价格高，能够在市面上销售的产品较少[10-11]。为了能够保留葛根中全部的营养成分，近年来越来越多的研究将葛根通过干燥、粉碎制备成葛根全粉并作为原料用于各种食品的制备，全粉的制备极大保留了葛根中的功能活性物质和膳食纤维，同时强化了相关产品的营养特性[10]。简梦娇等[12]将葛根全粉添加到小麦粉中制备了功能强化葛根面条，全粉添加量为20%时面条品质较好。将葛根全粉用于仙草冻的制备中，葛根全粉能够显著提高仙草冻黄酮含量[13]。
挤压处理是一个集成连续熟化、混合和成型等多功能、低成本和高效的加工方式，在这个过程中物料经历各种变化，如淀粉糊化、淀粉变性、各种大分子物质被降解成小分子，进而改善产品的品质[14]。近年来，有研究通过挤压处理将碎米与其他物料再次成型制备具有不同营养特性的重组米，如通过挤压制备低血糖生成指数、高纤维和富硒特性的重组米[15-17]。孙威等[18]比较添加10%的葛根全粉重组米与籼米和碎米重组米，发现葛根全粉重组米吸水率、膨胀率、固体溶出物含量增加，糊化温度显著降低，淀粉颗粒明显减少，内部结构更均匀；但是对于不同添加量葛根全粉对重组米蒸煮特性、质构特性和微观结构还不明确，因此本研究评价不同葛根全粉添加量对重组米蒸煮特性、质构特性和微观结构的影响，以期为葛根全粉重组米制备提供理论基础。
1 材料和方法
1.1 主要材料和设备
粘米粉：市售；葛根全粉：湖北葛娃食品有限公司；市售重组米（配料：大米、磷酸酯双淀粉、单双甘油脂肪酸酯）：日照尚健食品有限公司；市售原米（金龙鱼大米）：益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司；盐酸、氢氧化钠、碘、碘化钾、碳酸钠、无水乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；芦丁（分析纯）、没食子酸（纯度98%）：上海源叶生物科技有限公司。
DS-32 双螺杆挤压膨化机：济南赛信机械有限公司；TA-XTPlus 质构仪：英国Stable Micro System；CS-600C 型分光测色仪：杭州彩谱科技有限公司；QUANTA 200 扫描电镜：新西兰FEI 公司；SD-900 小型离子溅射仪；北京博远微纳科技有限公司；HSJ-6 水浴恒温磁力搅拌器：武汉科尔仪器设备有限公司；GZX-9240 MBE 电热鼓风干燥箱：上海博迅实业有限公司医疗设备厂；TDL-80-2S 低速台式离心机：上海安亭科学仪器厂；SF30FC0063 苏泊尔电饭锅：浙江苏泊尔股份有限公司。
1.2 方法
1.2.1 重组米的制备
在预试验的基础上，在物料水分25%、喂料速度19 Hz、螺杆转速20 Hz、挤压温度90 ℃（螺杆三区温度，另外二区温度80 ℃，一区温度50 ℃）下对葛根和米粉混合物进行挤压处理，通过切刀将挤压物切成米粒形状，通过干燥使重组米水分含量小于8%。在试验中葛根全粉添加量为0%、4%、8%、12%、16%、20%，并以市售原米和重组米为对比，研究各项指标。
1.2.2 重组米的色差测定
将干燥后的米粒粉碎过80 目筛网，用色差计测定L*值、a*值和b*值，以市售原米L*参值、a*参值和b*参值为参比计算ΔE 值，计算公式如下。
1.2.3 糊化度测定
采用碱法测定糊化度[19]。取0.2 g 样品悬浮于98 mL 蒸馏水中，加入KOH 溶液（10 mol/L）2 mL，室温100 r/min 磁力搅拌5 min，4 500 r/min 离心10 min。取上清液0.2 mL，加HCl 溶液（0.2 mol/L）0.2 mL 和蒸馏水15 mL，最后加入碘溶液（1 g 碘、4 g 碘化钾溶解到100 mL 蒸馏水中）0.2 mL，在600 nm 波长处测定吸光度A1。另取0.2 g 样品悬浮于95 mL 蒸馏水中，加入KOH 溶液（10 mol/L）5 mL，磁力搅拌5 min，4 500 r/min离心10 min，取上清液0.2 mL，加入HCl 溶液（0.5 mol/L）0.2 mL 中和，再加入蒸馏水15 mL，最后加入碘液0.2 mL，在600 nm 波长处测定吸光度A2。糊化度（X，%）按下式计算。
1.2.4 碘蓝值测定
参照上官佳等[20]的方法并作部分改动。准确称取煮熟后米饭3.00 g 于50 mL 比色管中，加水至25 mL，40 ℃水浴振荡60 min 后定容至50 mL，室温3 000×g离心后取上清液5 mL，加入KI-I2 溶液（1 g 碘、4 g 碘化钾溶解于100 mL 蒸馏水中）0.5 mL、0.1 mol/L HCI 溶液0.5 mL，用蒸馏水定容至50 mL，放置15 min 后于620 nm 测吸光度A，按上述方法做空白试验，碘蓝值按照下式计算。
式中：X 为碘蓝值，%；A 为熟米饭在经KI-I2 溶液显色后在620 nm 处的吸光度。
1.2.5 蒸煮特性
参照邓慧清等[21]的方法并作调整。称取样品5 g（精确到0.001 g）于恒重的离心管中，加入25 mL 蒸馏水，蒸锅中蒸15 min，冷却至室温后4 000 r/min 下离心10 min。弃上清液，称取离心管及沉淀总质量，之后离心管和沉淀在105 ℃烘箱中烘干至恒重，蒸煮吸水率（X1，%）和蒸煮损失率（X2，%）按照下式计算，
式中：M0 为重组米蒸煮前质量，g；M1 为离心管的质量，g；M2 为重组米蒸煮离心后离心管及沉淀总质量，g；M3 为重组米蒸煮离心后离心管及沉淀干燥衡重后的总质量，g。
按照上述方法对20 g 的样品进行蒸煮，采用离心（3 500 r/min，30 min）方法将米粒和米汤分离，采用小米置换的方法测定重组米蒸煮前后体积，按照下式计算膨胀率（X，mL/g）。
式中：V0 和V1 为重组米蒸煮前后的体积，mL；M0为重组米蒸煮前质量，g。
1.2.6 质构特性
称取样品米约10 g 放入铝盒中，加入15 mL 蒸馏水，放入已预热的蒸锅中蒸15 min，关火后再焖5 min，蒸熟后冷却至室温并用锡纸包裹起来防止水分流失，测定时选取4 粒饱满无残破的米饭放在质构仪载物台上进行测定。全质构分析探头型号：P/36 R；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。
1.2.7 主要营养成分
按照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》测定重组米淀粉含量；按照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》测定脂肪含量；按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》测定蛋白质含量；采用福林酚和氯化铝比色法分别测定多酚和黄酮含量[22]，具体方法如下：称取2.0 g 样品于50 mL 离心管中，加入10 mL 80% 乙醇溶液混匀。于30 ℃下超声（45 kHz）辅 助 提 取1 h，后 于3 500 r/min 下 离 心10 min，将上清液倒入25 mL 容量瓶中备用，之后重复上述提取一次，用80%乙醇溶液定容至25 mL，备用。总黄酮含量测定：取1.0 mL 上清液于10 mL 刻度试管中，加入0.5 mL 5%亚硝酸钠溶液，摇匀后静置6 min，再加入0.5 mL 10%硝酸铝溶液，摇匀静置6 min，再加入4 mL 1 mol/L 氢氧化钠溶液，以80%乙醇溶液定容至10 mL 刻度线，静置15 min 后于510 nm 处测定吸光度，根据芦丁标准曲线换算出总黄酮含量。总酚含量测定：取0.5 mL 上清液于10 mL 刻度试管中，加入2 mL 蒸馏水，1 mL 10% 福林酚试剂，混匀后静置8 min，加2 mL 碳酸钠溶液（75 g/L），用蒸馏水定容至10 mL 刻度线，涡旋混匀后避光反应60 min 后于765 nm 处测定吸光度，根据没食子酸标准曲线换算出总酚含量。
1.2.8 重组米的形态结构
用导电胶将样品固定在样品台上，喷金后用扫描电镜对重组米横截面进行观察。
1.3 数据处理
试验结果以重复试验所得数据的平均值±标准差表示，列表或采用Origin 2018 对所得数据进行作图处理。用SPSS 通过一元方差分析进行多个组间平均数的比较，如组间存在显著性差异（p＜0.05），则采用Duncan 检验进行组间多重比较。
2 结果与分析
2.1 葛根全粉添加对重组米色差影响
葛根全粉添加对重组米色差影响见表1。
表1 葛根全粉添加对重组米色差影响
Table 1 Effect of P.lobata powder addition on color difference of recombinant rice
注：同列不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。
样品市售重组米市售原米葛根全粉添加量0%葛根全粉添加量4%葛根全粉添加量8%葛根全粉添加量12%葛根全粉添加量16%葛根全粉添加量20%L*值84.21±0.17b 87.81±0.22a 84.11±1.27b 75.09±0.27c 73.57±0.35d 70.40±0.78e 67.33±0.62f 64.77±0.86g a*值-0.42±0.02f-0.35±0.02f-0.37±0.03f 1.26±0.08e 2.42±0.08d 3.06±0.06c 3.66±0.15b 4.08±0.24a b*值4.08±0.13h 3.42±0.01g 5.88±0.25f 9.60±0.50e 12.19±0.36d 13.60±0.20c 14.24±0.43b 14.89±0.49a ΔE 4.30±0.07g 0.00 5.06±0.50f 14.93±0.48e 17.58±0.41d 21.74±0.72c 24.21±0.58b 26.60±0.91a
由表1 可知，市售原米L*值最高，a*值和b*值最低，分别为87.81、-0.35 和3.42。市售重组米L*值显著低于市售原米（p＜0.05），b*值显著高于市售原米（p＜0.05），而a*值无显著性差异（p＞0.05）。随着葛根全粉添加量的增加，重组米L*值显著降低（p＜0.05），而a*值和b*值显著增加（p＜0.05），添加量0% 时L*值、a*值、b*值分别为84.11、-0.37 和5.88，而在添加量为20% 时L*值、a*值、b*值分别为64.77、4.08 和14.89。此外，以市售原米作为参比计算ΔE 发现，市售重组米ΔE 值为4.30；而随着葛根全粉添加量的增加重组米ΔE 显增加（p＜0.05），在葛根全粉添加量为20%时ΔE 值最高，为26.60。野生葛根含有较多黄酮类化合物[23]，因此多被用于制备葛根茶，通过经浸泡得到深色的茶汤[24]，在挤压过程中淀粉和蛋白发生降解和变性，加速美拉德反应，使产品的颜色变暗[25]，但在本试验中这种色差主要是由于葛根中黄酮类物质的溶出所导致。
2.2 葛根全粉添加对重组米糊化度和碘蓝值影响
葛根全粉添加对重组米糊化度和碘蓝值影响见图1。
图1 葛根全粉添加对重组米糊化度和碘蓝值影响
Fig.1 Effect of P.lobata powder addition on the gelatinization degree and iodine blue value of recombinant rice
由图1 可知，重组米在葛根全粉添加量为0% 时糊化度最小，为69.27%，而市售重组米和其他重组米糊化度范围为85.68%～91.40%，但是这些样品糊化度之间无显著性差异（p＞0.05）。本试验中，葛根全粉添加量为0% 时糊化度不到70%，这可能由于开始机筒温度较低造成的。市售重组米的碘蓝值为19.18；而葛根全粉添加量为0% 时碘蓝值最高，为20.35，且随着葛根全粉添加量的增加碘蓝值呈下降的趋势，在添加量20% 时最低，为15.55。碘蓝值间接表示游离淀粉的含量，反映了淀粉在挤压过程中被破坏的程度。葛根淀粉中直链淀粉含量较高[26]，其可以与脂类形成复合物，使得直链淀粉不易溶出[27]。
2.3 葛根全粉添加对重组米蒸煮特性影响
葛根全粉添加对重组米蒸煮特性影响见表2。
表2 葛根全粉添加对重组米蒸煮特性影响
Table 2 Effect of P.lobata powder addition on cooking characteristics of recombinant rice
注：同列不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。
样品市售重组米市售原米葛根全粉添加量0%葛根全粉添加量4%葛根全粉添加量8%葛根全粉添加量12%葛根全粉添加量16%葛根全粉添加量20%蒸煮吸水率/%423.25±15.93a 176.84±5.55c 223.52±4.20b 217.84±10.66b 227.60±8.48b 235.17±13.22b 224.41±1.47b 222.52±9.80b蒸煮损失率/%12.23±0.92a 10.07±0.86b 11.89±0.89a 9.81±0.14b 9.95±0.11b 13.29±0.5a 12.01±0.53a 12.39±1.52a膨胀率/（mL/g）2.23±0.11a 1.11±0.06b 1.02±0.01bc 0.68±0.05e 0.64±0.00e 0.51±0.05f 0.84±0.05d 0.93±0.05cd
由表2 可知，市售原米蒸煮吸水率最低，为176.84%；市售重组米蒸煮吸水率最高，为423.25%，为市售原米的蒸煮吸水率的2.44 倍；而添加葛根全粉的重组米蒸煮吸水率范围为217.84%～235.17%，不同添加量之间蒸煮吸水率无显著性差异（p＞0.05）。市售原米蒸煮损失率为10.07%，而市售重组米蒸煮损失率为12.23%；而随着葛根全粉添加量的增加蒸煮损失率呈现先降低后增加趋势，在葛根全粉添加量4%时最低，为9.81%；而在添加量范围12%～20%时蒸煮损失率显著增加，但是不同添加量之间无显著差异（p＞0.05）。市售重组米膨胀率最高，为2.23 mL/g；市售原米的膨胀率1.11 mL/g；而随着葛根全粉添加量的增加膨胀率先减小后增加，在添加量为12% 时膨胀率最低为0.51 mL/g。市售重组米具有较高的蒸煮吸水率和膨胀率主要是在制备过程中加入了吸水性更强的食品胶，在增强重组米强度的同时使其具有高蒸煮吸水率和膨胀率，但是其加入食品胶后重组米硬度较低，结构较为松散，蒸煮时部分成分溶出使其具有较高蒸煮损失率。本试验为了更好保证重组米的成型选用黏米粉作为原料，相比籼米具有更高黏性，因此用其制备的重组米具有更高的蒸煮吸水率，通过挤压、干燥后重组米结构紧密，蒸煮吸水率较市售重组米低[28]。随着葛根全粉添加量的增加，膳食纤维含量增加及V-型结晶结构的产生抑制了淀粉的膨胀，使其具有较低蒸煮损失率和膨胀率降低[29]，但当膳食纤维过多时会导致重组米结构松散，蒸煮损失率和膨胀率有增加的趋势。
2.4 葛根全粉添加对重组米主要营养成分影响
葛根全粉添加对重组米主要营养成分影响见表3。
表3 葛根全粉添加对重组米主要营养成分影响
Table 3 Effect of P.lobata powder addition on main nutrient components of recombinant rice
注：同列不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。
样品市售重组米市售原米葛根全粉添加量0%葛根全粉添加量4%葛根全粉添加量8%葛根全粉添加量12%葛根全粉添加量16%葛根全粉添加量20%淀粉含量/%81.65±0.35b 77.49±0.26e 79.70±0.48d 82.24±0.27ab 82.56±0.35a 81.79±0.14b 81.78±0.47b 80.71±0.14c粗蛋白含量/%5.32±0.03g 7.54±0.05e 6.85±0.10f 7.80±0.13d 8.52±0.17b 8.31±0.04c 8.49±0.11b 8.74±0.05a脂肪含量/%0.38±0.01e 0.67±0.04cd 0.61±0.01d 0.71±0.03c 1.00±0.06b 1.01±0.03b 1.32±0.02a 1.35±0.04a黄酮含量/（mg/g）0.26±0.08f 1.05±0.03d 0.18±0.03g 0.78±0.03e 1.14±0.01d 1.87±0.05c 2.39±0.01b 3.80±0.11a多酚含量/（mg/g）0.12±0.02g 0.53±0.02f 0.13±0.01g 0.90±0.00e 1.36±0.00d 1.91±0.01c 2.09±0.02b 2.42±0.02a
由表3 可知，市售重组米淀粉含量为81.65%，粗蛋白含量5.32%，脂肪含量0.38%，黄酮和多酚含量分别为0.26 mg/g 和0.12 mg/g。市售原米中淀粉含量显著低于市售重组米（p＜0.05），而其他组分显著高于市售重组米（p＜0.05），其中黄酮和多酚含量分别为1.05 mg/g 和0.53 mg/g，这说明市售重组米主要以淀粉为主，而功能性活性物质含量较低。当葛根全粉添加量为0%时，重组米中黄酮和多酚含量也较低，分别为0.18 mg/g 和0.13 mg/g，这可能由于米粉加工工艺造成大米中活性物质的丢失。随着葛根全粉添加量的增加重组米的中的黄酮和多酚含量显著增加（p＜0.05），在添加量20%时最高，分别为3.80 mg/g 和2.42 mg/g，相对于原米其含量增加2.62 倍和3.56 倍，葛根中活性物质得到极大保留。淀粉含量有下降趋势，在葛根全粉添加量为20% 时淀粉含量为80.71%；粗蛋白和脂肪含量随着全粉添加量的增加呈上升趋势，葛根全粉添加量为20% 时，粗蛋白和脂肪含量分别为8.74% 和1.35%，这主要是因为在葛根全粉中有较多粗蛋白和能被石油醚溶出的物质较多。
2.5 葛根全粉添加对重组米质构影响
葛根全粉添加对重组米质构影响见表4。
表4 葛根全粉添加对重组米质构影响
Table 4 Effect of P.lobata powder addition on texture of recombinant rice
注：同列不同小写字母表示差异显著（p＜0.05）。
咀嚼性132.53±9.06g 198.75±19.59f 493.78±23.62ab 425.36±26.76c 513.09±47.39a 456.46±30.65bc 360.67±24.98d 311.48±15.3e样品市售重组米市售原米葛根全粉添加量0%葛根全粉添加量4%葛根全粉添加量8%葛根全粉添加量12%葛根全粉添加量16%葛根全粉添加量20%硬度/g 218.90±11.89e 432.23±20.08d 713.85±53.68ab 656.51±20.68b 738.45±59.05a 757.53±38.3a 592.26±33.55c 586.98±43.61c黏性/（g·s）24.74±1.83d 7.71±0.69e 137.17±7.49a 127.3±16.82a 137.88±9.93a 126.40±12.52a 62.32±6.34b 36.56±1.94c弹性/%77.48±1.03e 60.85±4.64f 81.73±1.59bc 82.87±0.94abc 85.64±1.64a 84.33±1.13ab 81.03±1.08cd 78.37±4.07de
由表4 可知，市售原米的硬度、黏性、弹性和咀嚼性分别为432.23 g、7.71 g·s、60.85% 和198.74。与市售原米相比，市售重组米具有较低硬度和咀嚼性、较高黏性和弹性，其分别为218.90 g、132.52、24.74 g·s 和77.48%。本试验制备的重组米与市售重组米和市售原米相比，硬度、黏性、弹性和咀嚼性都显著性增加（p＜0.05），但是在添加量0%～12% 范围内其变化范围不大，如在0%～12% 范围黏性无显著性差异；随着葛根全粉添加量的增加，质构指标显著下降（p＜0.05），在添加量为20% 时，硬度为586.98 g，黏性为36.56 g·s，弹性为78.37%，咀嚼性为311.47。但是与市售原米和市售重组米相比，硬度、黏性和咀嚼性还是显著高于前两者。与市售原米相比，市售重组米因加入食品胶使其具有较强的吸水率，进而导致其硬度和咀嚼性较低，黏性较高。用粘米粉通过挤压制备的重组米表面坚硬水分不易渗入，因此导致其具有较高的硬度、咀嚼性和弹性，但是其长时间的蒸煮也会导致其黏度升高；但是过多葛根全粉添加也会导致重组米中膳食纤维升高，进而降低重组米的硬度、黏性和咀嚼性。
2.6 葛根全粉添加对重组米外观和微观形态影响
不同重组米外观图见图2。
图2 重组米的外观照片
Fig.2 Images of recombinant rice
由图2 可知，市售重组米呈透明状，而添加量0%时重组米呈不透明状；随着葛根全粉添加量的增加，重组米的颜色加深，这主要是葛根全粉中浸出物溶出造成的。此外在制备过程中发现，当葛根全粉添加量16%～20%时，挤出的重组米较软，表面不光滑，这主要是较多葛根全粉造成重组米结构不够紧密，这与质构硬度、咀嚼性下降变化趋势相一致。因此根据产品的特性和加工操作可行性，重组米中葛根全粉添加量为12%较为合适。
不同重组米截面微观结构图见图3。
图3 重组米扫描电镜图
Fig.3 SEM images of recombinant rice
由图3 可知，在原米的截面看到紧密堆积、呈多边形的大米淀粉，而市售重组米截面紧密，在部分地方能看到淀粉糊化断裂后形成不光滑表面。而在本试验制备的重组米截面上看不到淀粉颗粒，说明淀粉在挤压成型过程中被糊化；此外，本试验制备的重组米截面呈蜂窝状，有密集的微孔，这些微孔主要是由于水分蒸发造成的，这与刘成梅等[30]研究结果相同。
3 结论
研究发现，随葛根全粉添加量的增加重组米的L*值降低，而ΔE 值增加。重组米在葛根全粉添加量为0%时糊化度最低，为69.27%；随着添加量的增加糊化度增加，但是不同添加量之间无显著性差异（p＞0.05）；碘蓝值随着葛根全粉添加量的增加而呈减小的趋势，20%时最低，为15.55。不同葛根全粉添加量下重组米蒸煮吸水率无显著性差异，蒸煮吸水率范围为217.84%～235.17%，高于市售原米，但是低于市售重组米；蒸煮损失率和膨胀率都随着添加量的增加呈先减小后增加趋势。葛根全粉的添加显著增加重组米的黄酮 和 多 酚 含 量（p＜0.05），添 加 量20% 时 分 别 为3.80 mg/g 和2.42 mg/g，相对于原米其含量增加2.62 倍和3.56 倍。与市售重组米和原米相比，重组米截面呈蜂窝状，有密集的微孔，葛根全粉的添加后硬度、黏性、弹性和咀嚼性在增加。综上，重组米中葛根全粉添加量为12%较为合适。
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