不同葡萄糖当量值预消化大米膨化粉的理化性质和结构特性.pdf
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1、食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 29不同葡萄糖当量值预消化大米膨化粉的 理化性质和结构特性阮蕴莹1,2,邓媛元2,张 雁2,魏振承2,唐小俊2,李 萍2,张 元2,王智明2,刘 光2,张名位1,2,*(1.华南农业大学食品学院,广东 广州 510642;2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所,农业农村部功能食品重点实验室,广东省农产品加工重点实验室,广东 广州 510610)摘 要:采用预酶解-挤压膨化技术,以衡量糊精水解度的葡萄糖当量(dextrose equivalent,DE)值为指标,制备出不同DE值预消化大米膨化粉,并对其糊化特性、理化性质以及结构特性等指
2、标进行分析。结果表明,相比于大米膨化粉,预消化大米膨化粉随DE值增大,其水溶性指数最大提高了约1.5 倍,吸水性指数最大降低76%,滑角降低,Carr指数和Hausner比值升高,粉体冲调性和流动性明显提高;随DE值增大,预消化大米膨化粉最终黏度和回生值逐渐降低,降低幅度最大分别为37.79%和94.87%。经预酶解-挤压膨化后,预消化大米膨化粉中可溶性蛋白含量降低,而快消化淀粉含量则明显提高,但蛋白质二级结构和淀粉结晶结构无明显变化。研究结果为不同DE值预消化大米膨化粉替代麦芽糊精在特医食品中的应用提供一定理论基础。关键词:大米膨化粉;预酶解;挤压膨化;理化性质;结构特性Physicoche
3、mical and Structural Properties of Pre-digested Puffed Rice Flours with Different Dextrose Equivalent ValuesRUAN Yunying1,2,DENG Yuanyuan2,ZHANG Yan2,WEI Zhencheng2,TANG Xiaojun2,LI Ping2,ZHANG Yuan2,WANG Zhiming2,LIU Guang2,ZHANG Mingwei1,2,*(1.College of Food Science,South China Agricultural Unive
4、rsity,Guangzhou 510642,China;2.Sericultural&Agri-food Reasearch Institute,Key Laboratory of Functional Foods,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing,Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou 510610,China)Abstract:In the presen
5、t study,pre-digested puffed rice flours with different dextrose equivalent(DE)values were prepared by using enzymatic pretreatment and extrusion,and their gelatinization characteristics,physicochemical and structural properties were analyzed.The results showed that compared with puffed rice flour,th
6、e water solubility index of pre-digested puffed rice flour increased by up to about 1.5 times with an increase in DE value,the water absorption index decreased by up to 76%,the slip angle decreased,the Carr index and Hausner ratio increased,and the reconstitutability and fluidity improved obviously.
7、Moreover,the final viscosity and setback value of pre-digested puffed rice flour decreased with increasing DE value,decreasing by up to 37.79%and 94.87%,respectively.Moreover,after enzymatic pretreatment and extrusion,the soluble protein content of pre-digested puffed rice flour decreased,and the co
8、ntent of rapidly digestible starch increased significantly,while the secondary structure of protein and the crystalline structure of starch did not change significantly.The results provide a theoretical basis for the application of pre-digested puffed rice flour instead of maltodextrin in foods for
9、special medical purpose.Keywords:puffed rice flour;enzymatic pretreatment;extrusion;physicochemical properties;structural propertiesDOI:10.7506/spkx1002-6630-20221022-222中图分类号:TS213.3 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)14-0029-08收稿日期:2022-10-22基金项目:广东省重点研发计划项目(2019B020213002);广东省现代农业产业共性关键技术研发创新团队建设项目(2022
10、KJ117);广东省现代农业产业技术体系水稻创新团队项目(2022KJ105);广东省农业科学院农业优势产业学科团队建设项目(202108TD);广东省财政厅专项(粤财农2022167号);广东省农业科学院科技创新战略专项资金项目(高水平农科院建设)(R2020PY-JX009);广东特支计划项目(2019BT02N112);广州市科技计划项目(202201011834)第一作者简介:阮蕴莹(1997)(ORCID:0000-0001-7059-309X),女,硕士研究生,研究方向为农产品加工。E-mail:winnie-*通信作者简介:张名位(1966)(ORCID:0000-0003-34
11、64-8994),男,研究员,博士,研究方向为功能食品。E-mail:30 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学引用格式:阮蕴莹,邓媛元,张雁,等.不同葡萄糖当量值预消化大米膨化粉的理化性质和结构特性J.食品科学,2023,44(14):29-36.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221022-222.http:/RUAN Yunying,DENG Yuanyuan,ZHANG Yan,et al.Physicochemical and structural properties of pre-digested puffed rice flours w
12、ith different dextrose equivalent valuesJ.Food Science,2023,44(14):29-36.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221022-222.http:/特殊医学用途配方食品是为特定疾病人群提供营养支持而专门加工配制的配方食品。目前,我国特医食品市场主要被国外特医品牌所垄断,自主知识产权的产品少1。国外品牌产品大多采用蛋白质、碳水化合物和油脂等单体营养素加工而成,色香味食物感差,影响了患者长期食用依从性2。同时,有研究表明,作为特医食品原料中主要
13、碳水化合物营养素之一的麦芽糊精会导致肠道损伤3-4、炎症5和促进有害微生物的增殖和定植6等变化。因此,研发适合国人饮食习惯且无健康隐患的特医食品基料对推动我国特医食品产业发展具有重要作用。大米是我国居民食用的主要粮食作物之一,其含有特殊的谷物风味,无致敏性,淀粉(碳水化合物)含量占比超80%,故可作为麦芽糊精的替代物应用到特医食品中。大米挤压膨化处理是将大米粉应用到特医食品的主要途径,但膨化大米粉的黏度远高于麦芽糊精,易引起粉剂产品冲调性问题和乳剂产品稳定性问题。使用生物酶水解结合挤压膨化处理谷物原料可改变原料物理和结构特性。赵志浩等7对糙米粉进行预酶解-挤压膨化处理,发现提高了糙米粉的冲调分
14、散性,降低了米糊黏度,使糙米粉的品质得到明显提升。刘磊等8研究了玉米全粉经过预酶解-挤压膨化处理后的品质特性变化规律,发现预酶解-挤压膨化处理使玉米全粉的冲调分散性得到改善,还原糖、脂肪含量上升,有效提高了玉米全粉的食用品质。此外,也有学者探究了蒸汽酶解调质-挤压膨化工艺对速食米粉品质特性的影响9,发现与直接挤压膨化处理相比,经过蒸汽酶解调质-挤压膨化工艺制得的速食米粉的冲调特性及预消化性均得到明显改善。但上述研究仅测定了样品中的还原糖含量,无法准确得知样品经过酶解处理后的水解度。葡萄糖当量(dextrose equivalent,DE)值作为衡量麦芽糊精水解程度的指标,指的是淀粉水解物中还原
15、糖含量(以葡萄糖表示)占总固形物含量(干物质含量)的百分比10。DE值越高,代表产品中淀粉水解程度越高。本研究借鉴前人研发的预酶解-挤压膨化改善大米粉特性技术,参照麦芽糊精DE值指标,制备不同DE值预消化大米基质粉,并进一步评价其吸水性指数(water absorption index,WAI)、水溶性指数(water solubility index,WSI)、粉体流动性、糊化度、糊化特性、可溶性蛋白含量及淀粉体外消化特性,以及采用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等对其结构进行分析,以期为大米粉替代麦芽糊精在特医食品中的应用提供一定理论基础。1 材料与方法1.1 材料与试剂大米
16、(丝苗米)广东海纳农业有限公司;耐高温-淀粉酶(150 000 U/mL)宁夏夏盛实业集团有限 公司;猪胰-淀粉酶(8 U/mg)美国Sigma-Aldrich有限公司;淀粉葡萄糖苷酶(262 U/mL)上海阿拉丁生化科技股份有限公司;其他试剂均为国产分析纯。1.2 仪器与设备FMHE36-24双螺杆挤压机 湖南富马科食品工程技术有限公司;YZM-M60X70BI脉动真空压力蒸汽灭菌器 广州市豪尔生医疗设备有限公司;LG-01高速中药粉碎机 瑞安市百信制药机械有限公司;DHG-9425电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;StarchMaster2 RVA快速黏度分析仪 瑞典Perte
17、n公司;S-3400N-II扫描电子显微镜 日本日立公司;VERTEX33傅里叶变换红外光谱仪、D8 ADVANCE X射线衍射仪 德国Bruker公司。1.3 方法1.3.1 预酶解-挤压膨化大米粉的制备取耐高温-淀粉酶酶液,加入去离子水分别配制成浓度为0、250、500、750、1 000 U/g的酶液,将酶液均匀喷洒至粉碎成100 目的大米粉中,送入脉动真空压力蒸汽灭菌器进行预酶解处理,随后送入双螺杆挤压机进行挤压膨化处理。其中,预酶解处理条件为温度95、时间25 min;双螺杆挤压机处理条件为出料口温度160、螺杆转速200 r/min、喂料速率16 kg/h、水分质量分数15%。待设
18、备出料稳定后收集挤出物,挤出物在50 恒温干燥箱中干燥3 h并粉碎至过100 目筛,对样品的DE值进行测定,获得不同DE值预酶解-挤压膨化大米粉(以下简称预消化大米膨化粉),密封并在4 保存备用。1.3.2 DE值测定还原糖含量的测定:参考文伟等11的方法并稍作修改。准确称取消化大米膨化粉2.00 g于50 mL离心管中,食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 31加入去离子水30 mL,室温下200 r/min振荡30 min,随后4 000 r/min离心10 min,取上清液定容至50 mL,采用 3,5-二硝基水杨酸比色法测定其还原糖含量。总固形物含量的测定:参照GB
19、5009.32016食品中水分的测定的直接干燥法12。按下式计算DE值:DE/%?100?(1)1.3.3 WAI和WSI测定参考Anderson等13的方法并稍作修改。准确称取不同DE值预消化大米膨化粉2.50 g于50 mL离心管中,加入30 mL去离子水,室温下250 r/min振荡30 min,随后4 000 r/min离心15 min,分离上清液和沉淀物。上清液倾倒于已质量恒定的称量盒内,在105 烘箱中烘干至质量恒定。按下式计算WAI和WSI:?WAI?(2)?100?WSI/%?(3)1.3.4 粉体流动性测定1.3.4.1 休止角测定参照马永轩等14的方法。准确称取不同DE值预
20、消化大米膨化粉3.00 g,取一块玻璃板平铺在桌面,将玻璃漏斗置于铁架台上,使其下端距桌面玻璃板3 cm,将样品从玻璃漏斗中自由下落,在玻璃板中央形成圆锥体,测量圆锥体的底面直径(d)和圆锥体的高度(h)。按下式计算休止角:2hd?/?arctan(4)1.3.4.2 滑角测定参照Ileleji等15的方法。准确称取不同DE值预消化大米膨化粉3.00 g于玻璃板上,将玻璃板一端置于水平面上,另一端缓缓抬升至约90%的样品发生移动,测定玻璃板长度(L)和玻璃板上端与水平面的垂直距离(h)。按下式计算滑角:hL?/?arcsin(5)1.3.4.3 Carr指数和Hausner比值测定参照陈盛君等
21、16的方法。准确称取不同DE值预消化大米膨化粉10.00 g装入25 mL量筒中,记录最初的松体积(V1),于水平台面上轻敲至粉体达到最紧实状态,记录最终体积(V2)。按下式计算Carr指数和Hausner比值:V1?V2V1Carr?/%?100(6)V1V2Hausner?(7)1.3.5 糊化度测定参考Birch等17的方法并稍作修改。采用碘分光光度法,准确称取不同DE值预消化大米膨化粉100 mg于100 mL离心管中,加入49 mL去离子水使其溶解,加入1 mL 10 mol/L KOH溶液,缓慢磁力搅拌5 min,随后4 500g离心10 min。取上清液1.0 mL,加入0.4
22、mL 0.5 mol/L HCl溶液,用去离子水定容至10 mL,再加0.1 mL碘液(0.5 g碘和2 g碘化钾定容至50 mL),混合均匀后在600 nm波长下测定吸光度(A1)。重复上述操作,将去离子水体积替换为47.5 mL,KOH溶液体积替换为2.5 mL,HCl溶液体积替换为1.0 mL,其他操作相同,所测吸光度记为A2。按下式计算糊化度:A1A2?/%?100(8)1.3.6 糊化特性测定参照GB/T 248522010大米及米粉糊化特性测定 快速粘度仪法18。准确称取不同DE值预消化大米膨化粉(3.000.01)g于RVA快速黏度分析仪配套的样品筒中,加入(25.000.01)
23、mL去离子水,用配套的搅拌器上下快速搅动10 次使试样分散。样品先在38 加热1 min,随后以12/min速率升温至95,保温5 min,然后以12/min速率降温至38,保温1 min;搅拌器转速在开始10 s内上升到960 r/min,之后保持在160 r/min。根据计算机屏幕显示的黏度变化曲线,记录主要参数包括峰值黏度、最低黏度、最终黏度、衰减值和回生值。1.3.7 可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法19。准确称取不同DE值预消化大米膨化粉1.00 g,加入9 mL生理盐水,在冰浴条件下进行机械均质,悬浊液于2 500 r/min离心10 min。取上清定容至25 mL即为样液。取样
24、液100 L,加入考马斯亮蓝染色液1 mL,充分混匀后室温静置35 min,于595 nm波长下测定吸光度,代入标准曲线计算得可溶性蛋白含量。可溶性蛋白含量用牛血清白蛋白当量表示,牛血清白蛋白标准溶液(0.00.2 mg/mL)的标准曲线为 y1.738 6x,R20.997 5。1.3.8 快消化淀粉含量测定参考王琳20的方法并稍作修改。准确称取不同DE值预消化大米膨化粉200 mg于50 mL离心管中,加入7.5 mL乙酸钠缓冲液(0.1 mol/L,pH 6.0)使其充分溶解,使用磁力搅拌器100 恒温搅拌30 min,转速600 r/min,使样品均匀糊化,冷却后加入0.75 mL混合
25、酶液(混合酶液制备步骤如下:称取1.5 g猪胰-淀粉酶于50 mL离心管中,加入5 mL 0.1 mol/L乙酸钠缓冲液涡旋均匀后,于磁力搅拌器中搅拌10 min,随后在4 000 r/min离心10 min;在上清液中加入0.5 mL淀粉葡萄糖苷酶,即为混合酶液),置于37 水浴中以300 r/min水浴振荡。分别在反应第32 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学0、20分钟取100 L酶解液,置于装有900 L无水乙醇离心管中终止酶解,涡旋均匀,随后在4 000 r/min离心10 min,采用GOPOD试剂法测定上清液中葡萄糖含量。按下式计算快消化淀粉含量:TSG20?
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