茍學(xué)磊，羅曉莉，吳素蕊，曹晶晶，張微思

1.云南省食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（昆明 650221）；2.中華全國供銷合作總社昆明食用菌研究所（昆明 650221）

稻米作為主要的食物來源，提供了世界膳食能量供應(yīng)的20%，但其也存在淀粉含量高、必需營養(yǎng)元素含量低等缺點。稻谷在碾制過程中產(chǎn)生的碎米利用率較低，因之導(dǎo)致的糧食資源利用不充分也是目前關(guān)注的問題之一。因此，以大米為原料，添加適量的營養(yǎng)元素生產(chǎn)營養(yǎng)強化大米或擠壓重組米的擠壓技術(shù)逐漸成為解決上述問題的重要技術(shù)手段。

擠壓技術(shù)是通過壓力使物料流經(jīng)模頭，并伴以擠壓、糊化或其他攪拌程序，使淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性，不同營養(yǎng)成分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成復(fù)合體，使最終的產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)、理化特性和性狀發(fā)生改變，并最終形成新產(chǎn)品的綜合性技術(shù)[1-3]。目前，食品擠壓加工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于組織化蛋白生產(chǎn)及休閑食品等新型或傳統(tǒng)食品的持續(xù)性生產(chǎn)過程[4-5]。雙螺桿擠壓機在加工含水量很小的物料及時間、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)控制方面具有很大的優(yōu)勢[6-7]，其在擠壓加工過程中的應(yīng)用更為廣泛。

文章主要從雙螺桿熱擠壓工藝出發(fā)，從擠壓過程中物料組成、擠壓工藝參數(shù)及儲存方式等因素對擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量影響進行了綜合性的概述與討論，以期為擠壓米的高效開發(fā)和利用提供參考。

1 物料組成對擠壓米品質(zhì)影響

在擠壓米制作過程中添加谷物、豆類、果蔬、凝膠劑乳化劑等原料，不僅可以滿足消費者對于飲食營養(yǎng)健康的需求，也有利于提高產(chǎn)品的品質(zhì)，改善產(chǎn)品的感官屬性。

在擠壓米中添加谷物或豆類，不僅可引入相應(yīng)原料的顏色，強化擠壓產(chǎn)品營養(yǎng)及風(fēng)味，也有助于改善產(chǎn)品延展性、水溶性、吸水性、持水性等特性[8-9]。其主要原因在于谷物、豆類中的蛋白質(zhì)及淀粉在擠壓過程中會產(chǎn)生交聯(lián)作用，影響重組米斷面凹坑和氣泡數(shù)，從而影響產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[10]。果蔬類成分主要影響擠壓米的營養(yǎng)成分含量及可消化性等功能特性，對于產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的影響程度則較小[4]。

瓜爾膠、豆膠及葫蘆巴膠等膠劑有助于改善產(chǎn)品硬度、酥脆性，單硬脂酸甘油酯等乳化劑則主要用于改善產(chǎn)品蒸煮特性、降低產(chǎn)品黏性并防止產(chǎn)品凝膠化[11]。

從總體上來看，物料組成中淀粉組成及含量是影響擠壓米質(zhì)構(gòu)、蒸煮特性及感官評價的主要因素[12-13]，因為不同來源的淀粉種類、鏈長度、分布及聚合度間存在較大差異。例如，直鏈淀粉與支鏈淀粉會顯著影響擠壓米硬度與咀嚼性等感官品質(zhì)[14]，抗性淀粉會影響擠壓米的蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特征[15]，高直鏈玉米淀粉易降低大米淀粉的水解速率和GI值，并促進重組米淀粉老化[16]。另外，添加α-淀粉酶改變淀粉結(jié)構(gòu)既可有效改善擠壓重組米體外消化特征并延緩血糖吸收[17]，也能顯著改善產(chǎn)品膨化度、產(chǎn)品密度、吸水性、水溶性指數(shù)及黏性等理化指標(biāo)，并通過控制總酚含量保持擠壓重組米的抗氧化活性[18]。

2 工藝參數(shù)控制對擠壓米品質(zhì)影響

擠壓過程中工藝參數(shù)控制主要是為了彌補組分變化和調(diào)節(jié)最終產(chǎn)品屬性，其直接影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性及營養(yǎng)組分。機筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度及物料含水量等操作參數(shù)決定質(zhì)量溫度、模頭壓力及單位機械能等系統(tǒng)參數(shù)，這些系統(tǒng)參數(shù)則直接影響擠壓米的理化性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味及接受度，因此，正確的工藝參數(shù)控制有利于獲得預(yù)期的擠壓產(chǎn)品。

2.1 溫度對擠壓米品質(zhì)影響

質(zhì)量溫度，主要由機筒溫度和模頭溫度決定。由于物料通過螺桿過程中機筒表面與物料顆粒產(chǎn)生摩擦生熱，因此產(chǎn)品溫度通常高于機筒溫度[19]。此外，較高的喂料速度會增加機筒及模頭中物料致密性，從而促進剪應(yīng)力和溫度升高，進一步導(dǎo)致產(chǎn)品溫度升高。擠壓過程中的剪切力會使淀粉糊化溫度會升高7~9℃，物料水分較低時，糊化溫度則會提高18~20 ℃，耐熱α-淀粉酶有利于降低產(chǎn)品溫度并最終影響淀粉變性和糊化過程[18]。模頭溫度對擠壓米復(fù)水率及綜合質(zhì)構(gòu)也有較大的影響，模頭溫度較低時物料熟化程度不夠，模頭溫度過高則會使物料膨化，使擠出物中含有較多空氣，從而影響擠出物蒸煮特性[20]。

2.2 模頭壓力及扭矩對擠壓米品質(zhì)影響

模頭壓力是物料通過模頭流動阻力的指示器，擠壓機扭矩則是機器正常運轉(zhuǎn)的指標(biāo)。模壓和扭矩隨物料含水量、溫度和螺桿轉(zhuǎn)速升高而降低，因為熱擠壓過程中較高的含水量會改變直鏈淀粉結(jié)構(gòu)，增加物料的融化塑性，降低融化黏性及彈性，從而降低機筒、螺桿及物料間的摩擦力，進一步影響淀粉凝膠化及單位機械能，最終使產(chǎn)品的延展性降低[21]。當(dāng)物料含水量較低時，較高的機筒溫度會形成蒸汽壓梯度，從而使機筒內(nèi)壓力升高，進而影響產(chǎn)品密度及硬度[22]。

2.3 單位機械能對擠壓米品質(zhì)影響

單位機械能是擠壓機傳輸物料消耗的總機械能與擠壓機中物料流速的比值，與物料糊化溫度直接相關(guān)[23]，其主要影響擠壓過程中淀粉轉(zhuǎn)化程度及產(chǎn)品的膠黏性，單位機械能越高，淀粉凝膠化程度及產(chǎn)品延展性越好[21,24]。在熱擠壓條件下，直鏈淀粉含量與單位機械能呈反比，因此，可通過調(diào)整物料組成改變擠壓過程中的單位機械能以改善產(chǎn)品質(zhì)量。例如，向物料中添加綠豆和蘋果渣可提高單位機械能，添加豌豆粉及莧菜則能降低單位機械能[4]。加入耐熱α-淀粉酶時，由于淀粉發(fā)生酶解，單位機械能也會降低[18]。此外，單位機械能還與物料含水量及螺桿轉(zhuǎn)速相關(guān)，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速升高、物料含水量較低時，單位機械能增加，淀粉凝膠化及產(chǎn)品延展性升高[23,25-26]。

3 擠壓工藝參數(shù)對擠壓米營養(yǎng)成分影響

在擠壓米生產(chǎn)過程中，一、二級控制參數(shù)不僅影響產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)，還會對擠壓米中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及纖維素等營養(yǎng)成分造成顯著影響[27-28]。

3.1 擠壓工藝對擠壓米中淀粉影響

淀粉的晶體結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)通常會因擠壓過程中高溫、高壓及高剪切力影響發(fā)生凝膠化、糊化及解聚等反應(yīng)而發(fā)生改變[29]。淀粉凝膠化及晶體結(jié)構(gòu)破壞會增加擠壓米膨脹度及吸水能力，且內(nèi)部更容易形成氣泡結(jié)構(gòu)[30]。研究表明，在溫度、含水量及螺桿轉(zhuǎn)速的共同作用下，物料中碳水化合物含量可由初始的53%下降至1%~8%[31]。淀粉結(jié)構(gòu)改變不僅影響擠壓米質(zhì)構(gòu)特性及蒸煮品質(zhì)，也顯著影響淀粉消化特性。當(dāng)物料含水量較低或機筒溫度較高時，淀粉的共價鍵被破壞且發(fā)生凝膠化現(xiàn)象，其消化特性增加[32]。但在擠壓過程中其與脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等形成復(fù)合物，從而形成耐性淀粉，則會使消化特性降低[33]。

3.2 擠壓工藝對擠壓米中蛋白質(zhì)影響

作為熱不穩(wěn)定性成分，物料中的蛋白質(zhì)也會受到擠壓過程的影響。擠壓會導(dǎo)致非共價分子間相互作用、共價交聯(lián)及蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-淀粉相互作用等多種分子間相互反應(yīng)[31]。物料含水量較低時，蛋白質(zhì)含量直接影響擠壓米硬度、脆度及苦味度。物料含水量較高時，由于二硫鍵交聯(lián)作用，蛋白質(zhì)發(fā)生聚集反應(yīng)，將淀粉包裹從而形成蛋白質(zhì)-淀粉復(fù)合體，從而形成耐性淀粉[32]。此外，擠壓過程中的高溫高壓會使蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而使氨基酸含量顯著降低。提高物料含水量可有效降低剪切力及單位機械能，從而降低氨基酸流失[34]。

3.3 擠壓工藝對擠壓米中脂質(zhì)影響

脂質(zhì)在擠壓米生產(chǎn)過程中起塑化劑或乳化劑作用，可以賦予產(chǎn)品較好的質(zhì)構(gòu)特性。但當(dāng)機筒溫度在100~200 ℃時，脂質(zhì)與直鏈淀粉或蛋白質(zhì)間發(fā)生相互作用形成復(fù)合體，使脂質(zhì)含量下降，并改變擠壓米質(zhì)構(gòu)。擠壓過程中高溫使不飽和脂肪酸氧化形成過氧化氫脂質(zhì)，從而使產(chǎn)品中脂質(zhì)含量下降[35]。脂質(zhì)-淀粉復(fù)合體的形成受擠壓過程參數(shù)及淀粉與脂質(zhì)本身的特性綜合影響。當(dāng)物料含水量較低、機筒溫度較高時，會促進該過程發(fā)生。物料含水量較高時，機筒內(nèi)物料黏性及模壓降低，物料中脂質(zhì)也會大量流失。此外，高溫及高螺桿轉(zhuǎn)速也會造成擠壓產(chǎn)品中脂質(zhì)流失，從而影響產(chǎn)品的營養(yǎng)組成及硬度[26]。

3.4 擠壓工藝對擠壓米中其他營養(yǎng)成分影響

擠壓米生產(chǎn)過程除對碳水化合物、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)這三類主要營養(yǎng)成分造成損失外，對抗氧化成分、維生素、礦物質(zhì)及纖維素等營養(yǎng)成分也會造成較大的影響。其中，總酚類抗氧化活性成分受擠壓溫度、物料含水量及螺桿轉(zhuǎn)速影響，但多個研究報道間存在較大的差異[22,36-37]?？傮w而言，擠壓過程中條件變化使結(jié)合酚類從物料的細胞基質(zhì)中析出或使酚類化合物分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化是造成總酚含量變化的主要原因[36]。物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速及溫度也會使物料中易提取酚類物質(zhì)含量發(fā)生變化，并破壞細胞壁結(jié)構(gòu)，造成多種生物活性成分失活[38]。一些不溶性纖維素受溫度、螺桿轉(zhuǎn)速及單位機械能影響可轉(zhuǎn)化為可溶性纖維素，但總纖維素含量降低[39]。另外，有研究報道稱在擠壓米生產(chǎn)過程中，鐵、鈣、磷及銅含量會有顯著升高[40]，這可能是由于擠壓過程中螺桿、模頭等零部件磨損等因素所致。在擠壓過程中，維生素穩(wěn)定性隨溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、物料含水量、喂料速度及模頭直徑等因素升高而降低，脂溶性維生素更易受氧氣及高溫影響[41]。

4 其他影響擠壓米品質(zhì)的因素研究

擠壓米產(chǎn)品質(zhì)量除生產(chǎn)過程中各參數(shù)控制直接決定外，也受生產(chǎn)、干燥、包裝及貯藏方式等因素的影響。例如，不同生產(chǎn)技術(shù)（熱擠壓、冷擠壓和包膜）生產(chǎn)的擠壓營養(yǎng)強化米在不同儲藏條件下維生素A、鐵和鋅的儲藏穩(wěn)定性研究結(jié)果顯示擠壓工藝更有利于營養(yǎng)強化米中維生素A等營養(yǎng)成分的保存[42]。電熱干燥重組營養(yǎng)強化米致密性、質(zhì)構(gòu)特性、蒸煮品質(zhì)、適口性、冷飯質(zhì)地及感官評價較優(yōu)，而微波干燥米粒蒸煮后外觀結(jié)構(gòu)更好，冷凍干燥重組營養(yǎng)強化米膠著性和咀嚼性最佳[43]。此外，包裝方式也會影響產(chǎn)品的最終品質(zhì)。研究表明，擠壓營養(yǎng)強化米的最佳包裝方式為罐裝，最佳貯藏溫度為4 ℃。在此條件下貯藏6個月，擠壓營養(yǎng)強化米中VC和VD3的損失率在20%以下，VB的損失率在5%以下，酸價小于1.0 mg/g，水分低于8%[44]。

5 結(jié)語

食品擠壓技術(shù)在開發(fā)新型食品方面具有重要意義，雖然通過調(diào)整物料組成、控制擠壓機參數(shù)等方法能生產(chǎn)出與自然大米質(zhì)構(gòu)參數(shù)接近的高質(zhì)量擠壓米，但不當(dāng)?shù)牟僮鳁l件及物料配方可能造成產(chǎn)品品質(zhì)降低及營養(yǎng)損失。擠壓機加工工藝參數(shù)和物料配方的最佳選擇和控制有助于開發(fā)具有更好感官屬性和接受度高的產(chǎn)品。一、二級參數(shù)、生產(chǎn)方式、包裝及儲藏方式等因素顯著影響擠壓米的理化、蒸煮、質(zhì)地、糊化和營養(yǎng)性能，這些信息有利于大家了解并預(yù)測擠壓機在擠壓米生產(chǎn)過程中的相關(guān)作用，并通過這些信息進行更理性的產(chǎn)品設(shè)計。

目前，消費者對健康、營養(yǎng)產(chǎn)品的需求日益增長，擠壓米產(chǎn)品在解決天然大米營養(yǎng)成分不足及碎米等大米副產(chǎn)物利用率不高等方面具有廣闊的發(fā)展前景，雖然目前市場上存在多種擠壓米產(chǎn)品，但在擠壓米開發(fā)方面依然有許多問題需要進一步解決。因為盡管目前通過優(yōu)化物料組成及加工過程中一、二級參數(shù)，可以獲得具有很好質(zhì)構(gòu)參數(shù)的擠壓米產(chǎn)品，但擠壓工藝使物料中淀粉、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等成分結(jié)構(gòu)及理化特性發(fā)生了顯著性變化，加之?dāng)D壓工藝中一、二級參數(shù)與產(chǎn)品參數(shù)間復(fù)雜的相互作用關(guān)系，導(dǎo)致擠壓米在質(zhì)地和食味等方面依然與天然大米相去甚遠，使消費者對于擠壓米產(chǎn)品的接受度并不高。因此，除了對擠壓機加工條件和原料配方進行優(yōu)化選擇和控制外，我們也許還需要考慮開發(fā)除擠壓工藝之外的新的工藝進行相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)，因為擠壓米工藝過程具有改變物料組成成分原有理化特性的先天不足之處，而這也是影響產(chǎn)品最終品質(zhì)及消費者接受度的根本原因。此外，目前對于擠壓米品質(zhì)評價主要集中于質(zhì)構(gòu)、蒸煮品質(zhì)及口感評價這幾個方面。雖然很多文獻表明其生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、蒸煮品質(zhì)等參數(shù)與天然米接近，且口感評價綜合得分也較高，但消費者對形成的產(chǎn)品評價較低，這說明目前所使用的擠壓米評價體系與現(xiàn)實消費需求間相關(guān)性不高。因此，進行新工藝開發(fā)并建立準確的質(zhì)量評價體系是之后進行擠壓米的研究的重點之一。最后，我們還需要注意的是產(chǎn)品開發(fā)是系統(tǒng)性的，除生產(chǎn)工藝外，擠壓米后續(xù)的干燥、包裝及貯藏方式等因素也會影響擠壓米質(zhì)構(gòu)及其營養(yǎng)成分的保存率，因此，我們也需要綜合性、系統(tǒng)性考察后續(xù)工藝對擠壓米產(chǎn)品質(zhì)量的影響作用。