挤压膨化对婴幼儿颗粒面中淀粉结构及消化特性的影响.DOC

1、挤压膨化对婴幼儿颗粒面 中淀粉结构及消化 特性 的影响 谢岩黎 * 张春雨 王小丽 （ 河南工业大学粮油食品学院 ， 郑州 450001） 摘要 ：辅食的适时适度添加对婴幼儿的体智发育至关重要， 本研究以黑小麦、黑米、黑豆和黑芝麻为原料， 采 用挤压膨化技术生产 婴幼儿 颗粒面，并利用扫描电镜、 X-衍射、 RVA 和体外消化速率测定等手段研究了挤压膨化对婴幼儿颗粒面 中淀粉 结构及消化特性 的影响。 结果表明： 加工后淀粉圆形的颗粒结构消失，且 挤压膨化 淀粉颗粒破碎后重组的颗粒结构表面碎片及粗糙度增高，表面 致密度降低 ； 衍射角 13和 20.5出现很 强的峰 ， 表明挤压膨化使淀粉 晶

2、型 从 A 型转变成 V 型 ； 挤压膨化颗粒面 中淀粉 比传统挂面工艺生产的颗粒面 中的淀粉有更高的峰值粘度和衰减值，更 低的回生值和峰值时间； 体外模拟 消化实验 中 ， 传统挂面工艺颗粒 面 和挤压膨化颗粒面 淀粉 消化 率 分别为 85.13%和 92.44%（ P0.05），挤压膨化提高 了颗粒面 淀粉 消化率和消化速率 。 关键词 ：婴幼儿颗粒面 挤压膨化 淀粉 消化率 中图分类号 ： 文献标识码： A 文章编号： 20170471 Effects of extrusion for the starch structure and digestive characteristics

3、 of cereal granule noodle Xie Yanli* Zhang Chunyu Wang Xiaoli (Grain and Food College, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China) Abstract: Dietary supplement plays an important role to the infants body growth and brain development. We use the wheat triticale, black rice, black bean an

4、d black sesame to produce the granule noodles by extruder; The starch structure and digestive characteristics of the product was investigated by scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), rapid viscosity analysis (RVA) and vitro digestion rate. The result shows that the circular gr

5、anular structure of original starch disappeared, the roughness and the crushed pieces at the recombined granular surface were squeezed to increase, and the surface density was reduced. The distinctive peak appeared at 2=13 and 20.5 indicates that the starch structure change to V-type from A-type. Co

6、mparing to traditional granule noodles, the extrusive granule noodles hade higher peak viscosity and setback viscosity, lower consistence viscosity and peak time. In vitro simulated digestion experiments, the digestibility of traditional granule noodles and extrusive granule noodles was 85.13% and 9

7、2.44% (P0.05), respectively. The results show that the digestibility and digestion rate of starch was significantly increased by extrusion process. * 基金项目 ： 国家重点研发计划专项课题 （ 2017YFD0400200），河南省科技厅重点科技攻关项目（ 162102210039） ，河南省谷物资源转化与利用省级重点实验室资助课题（ PL2017009） ， 河南工业大学 “省属高校基本科研业务费专项资金 ”(2014YWJC06) 收稿日期

8、： 2017-11-27 作者简介 ： 谢岩黎 ， 女 ， 1971 年 3 月出生，教授，食品营养与安全。 Keywords: infant granule noodles, extrusion, starch, digestibility 辅食是指 婴幼儿 食用 除母乳外的、对婴幼儿身体发育起到辅助作用的食物。 由于纯母乳喂养无法满足 7-24 月龄婴幼儿的营养需求 ， 且婴幼儿的胃肠道发育和肠道菌群的形成等需要多样化食物的刺激 ， 因而此阶段辅食的种类和营养素含量对婴幼儿的健康成长十分重要1。 黑小麦 中蛋白质和铁、硒等矿物 元素含量 均高于 普通小麦 2； 黑芝麻中的不饱和脂肪酸含量超

9、过 70%，钙、铁、锌和硒的含量也很丰富 3-4； 黑米中蛋白质 和脂肪 含量 也 都 高于普通稻米 5； 黑豆 中含有 大量优质蛋白质 6；除此之外，黑米、黑豆中还有丰富的 花青素 7-8，根据 世界卫生组织的统计数据，全球约有 5 亿妇女和 3 亿儿童患有缺铁性贫血 9； Mu 10等人研究证明黑豆种皮提取物可以 调控 铁调节蛋白基因 （ HAMP） 的表达量 ，提高红细胞计数、血红蛋白浓度和血细胞比容，从而 改善缺铁性贫血 ； 最新的 研究表明，花青素能够与 Fe（ II）/Fe（ III） 螯合， 使二价铁 保持还原状态， 并 对三价铁有增溶作用，提高铁的生物相容性 8、11。 目前中

10、国市场上婴幼儿辅食种类有限，主要为米粉、粥、菜泥、果泥， 具有中国特色的颗粒面是新兴的一种婴幼儿辅食，采用传统挂面工艺生产， 但是由于 食用前需经过蒸煮处理 ，与冲泡即食的米粉相比不够方便 ，因而市场占有率不高 。 挤压膨化技术是广泛应用于食品生产的集压缩、混合、混炼、熔融、膨化、成型等功能于一体的食品生产技术，产品具有形状多样、营养保留高和消化吸收率高的特点 12。 目前，挤压 膨化 技术主要 用于早餐谷物制品、休闲零食等产品的生产， 有 关研究主要集中于 挤压导致的营养成分 变化、挤压条件对产品品质的影响 等方面，利用 挤压膨化技术生产 即食性 婴幼儿食品 并对其 淀粉 结构和 消化 特性

11、进行研究 的报道 很少 13-14。 针对这种现状，本研究 以添加黑米、黑豆、黑芝麻的黑小麦为原料，采 用挤压膨化技术 生产 即食 婴幼儿颗粒面，并利用多种分析手段研究挤压膨化对婴幼儿颗粒面 中淀粉结构及消化特性 的影响 。 1 材料与方法 1.1 颗粒面 黑小麦 （焦作市河禾源米业有限公司赠送）； 黑米、黑豆、黑芝麻 购自上海颐生农产品有限公司 。 1.2 试剂 猪胰 a-淀粉酶（ 50 U/mg，分析纯）， Sigma 公司；淀粉糖化酶（ 106 U/g）、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、 3,5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠均为国产分析纯。 1.3 仪器设备 Quanta 200 环境扫描电镜，美国

12、 FEI 公司； E-1010 离子溅射仪，日立有限公司； XPert PRO，荷兰 PANalytical； RVA-4 快速黏度分析仪，澳大利亚 Newport Scientific。 1.4 婴幼儿颗粒面的制备 黑小麦和黑米磨粉，过 80 目筛；黑豆粉碎后过 80 目筛， 145烘烤 45 min 去除豆腥味；黑芝麻 140烘烤 40 min，粉碎后过 80 目筛。按照黑小麦面粉 80%，黑豆 11.36%，黑米 8.37%，黑芝麻 0.27%的比例进行配粉，加水量 24%搅拌成絮状。传统挂面工艺生产颗粒面在此基础上采用低温长时烘干技术， 35条件下干燥 8 h。挤压膨化工艺生产颗粒面条

13、件为温度 165，螺杆转速 10 Hz，物料含水量 24%， 65条件下干燥 8 h，最终得到的颗粒面直径为 0.45-0.9 mm。 1.5 扫描电镜 将 样品 放置于载物台上，利用离子溅射仪喷金后， 20 kV 的加速电位拍摄图像，观察不同倍数下的样品颗粒形貌。 1.6 X-衍射 测试条件的参数为：铜靶；管压管流： 40 kV/30 mA；步长 0.02；扫描速度 8 /min；衍射角 2 ；扫描范围： 3-40。 1.7 糊化特性的测定 称取 3g 待测样品（以水分含量 14%计），和蒸馏水于 RVA 专用的铝盒中混匀，调成一定浓度的乳状液。测试 条件： 50保持 1 min,以 12

14、/min 的速度升温至 95保持 2.5 min，以 12 /min 的速度降温至 50保持 2 min， 搅拌器在起始 10 s 内转动速度为 960 r/min， 以后保持在 160 r/min， 完成测定共消耗时间 13 min。通过 RVA 的测试 TCW 软件分析得到 6个特征参数：峰值粘度、最低粘度、衰减值、最终粘度、回生值和峰值时间。 1.8 体外消化速率分析 分别取 1.5 g 原料 配方粉、 煮熟 后吸干水分 的 传统挂面工艺生产的 颗粒面和 热水冲泡 后吸干水分的 挤压膨化 生产 的颗粒面，粉碎后加入少量 pH6.9 的磷酸盐缓冲液 ， 混匀后转入比色管 ， 定容至 25

15、mL，每种样品制备 6 个平行样品溶液。样品溶液在恒温震荡水浴锅中 37预热 5 min， 然后 加入 a-淀粉酶（ 300 U/mL）和糖化酶（ 2500 U/mL）各 5 mL，以 37、 100 r/min 的条件水解一定时间（ 0.5、 1.0、 1.5、 2.0、 2.5、 3.0 h），沸水浴灭酶 5 min。酶解液以3000 r/min 的速度离心 20 min，取 0.5 mL 上清液用蒸馏水稀释一定倍数，吸取稀释样 液 0.5 mL，采用 DNS 法测定葡萄糖含量。 按下列公式计算平均消化速率 ，绘制消化速率曲线。 （ 1） （ 2） （ 1）式中， G(t) 水解一定时间后

16、所产生的葡萄糖质量， mg； C 标准曲线中的葡萄糖的量， mg； V 上清液的总体积， mL； f 稀释倍数； （ 2）式中， m 样品质量， g； d 物料初始淀粉含量 %； t 水解时间， h； G0 游离的葡萄糖的量， mg； W 平均消化速率， mg/(gh)。 1.9 统计分析 使用 Origin 8.5 软件进行实验数据的分析处理 ，利用 SPSS 20 软件对 实验结果的显著性差异进行分析 ， P0.05 表明结果之间具有显著性差异 。 2 结果与讨论 2.1 扫描电镜观察结果 由图 1.可以看出， 图 a 中原 物料的淀粉结构呈现卵圆形、圆形， 颗粒表面光滑 。图 b、c 是

17、 原物料分别经传统挂面工艺生产的颗粒面、挤压膨化生产的颗粒面 的扫描电镜照片， 可以 观察到 经过加工后， 淀粉 卵圆形和圆形的 结构 消失 ， 破碎后的淀 粉颗粒发生了重组 ， 形成了较大 的 不规则 的颗粒 结构 。 图 c 中物料的 颗粒大小明显低 于 图 b 中的物料， 这主要因为在挤压机 的 高温、高压作用下，物料受热膨胀，原有淀粉晶体在高剪切力作用下破碎， 重组后的淀粉颗粒 表面 碎片 增加 ， 表面粗糙度提高， 致密度降低， 与 前人 错误 !未找到引用源。 相关研究 结果一致 。 a 原 物料 （ 1K 和 3K） b 传统挂面工艺生产的颗粒面 （ 1K 和 3K） c 挤压膨

18、化 生产的颗粒面 （ 1K 和 3K） 图 1. 三种物料样品的扫描电镜 图 片 2.2 糊化特性分析 RVA 图 谱与一些食品的食味品质 有一定的关系 1 8 -20。峰值黏度指在机械剪切力作用下，淀粉糊化 引起的 黏度增加与淀粉颗粒破裂 引起的 黏度减小间的平衡点黏度值 19； 最低黏度代表淀粉颗粒溶胀程度与破裂程度之间的平衡 ； 衰减值反映淀粉热糊的稳定性 （ 抗剪切和耐热性能 ） ，衰减值越大，说明越多的淀粉颗粒在加热中破裂，内部淀粉分子被释放出来，食味越好 ； 最终黏度 反映了 由于温度降低后被直 链淀粉和支链淀粉所包围的水分子运动变弱而使黏度再次上升 的现象； 回生值表示淀粉的稳定

19、性和老化速度 ，回生值越大淀粉越易老化 。 表 1. 三种物料的黏度曲线特征值 样品 峰值黏度 /cp 最低黏度 /cp 衰减值 /cp 最终黏度 /cp 回生值 /cp 峰值时间 /min a 原物料 1071 560 511 1135 575 5.73 b 挂面工艺颗粒面 324 295 29 582 287 7 c 挤压膨化 颗粒面 340 152 188 265 113 4.73 由表 1.黏度曲线特征值分析来看 ， 与原物料 相 比，挤压膨化 颗粒面 和 传统挂面工艺颗粒面 的峰值黏度、最低黏度、 衰减值 、最终黏度、回生值均下降； 挤压膨化物料的峰值时间最小，说明原物料经挤压膨化加

20、工后，糊化所需时间更短，符合即食婴幼儿食品的定位； 与 传统挂面工艺颗粒面 相比 ， 挤压膨化物料的 峰值粘度 和 衰减值 更 高 ， 回生值 更小，说明 挤压膨化物料具有 更 好的食味 ， 糊化后的稳定性 更 好，凝胶化程度 较 低，老化速度 较 慢 。 2.3 X-射线衍射分析 X-衍射图谱可以反映 淀粉 不同的 结晶 型， 淀粉 根据 晶型结构 可 分为 A 型、 B 型和 C 型。在 X-衍射图谱中， A 型淀粉出现较强衍射峰对应衍射角度为 15、 17、 18、 23， B 型淀粉出现较强衍射峰对应衍射角度为 5.6、 15、 17、 22、 24， C 型淀粉在 X-衍射图谱中是

21、A型和 B 型淀粉的综合 23。 此 外，糊化后的淀粉与类脂物及相关化合物 （通常是直链淀粉与脂肪酸或磷脂） 形成复合物后 可 产生 V 型淀粉 ，在衍射角度 7.4、 13、 20.5出现较强衍射峰 24。 5 10 15 20 25 30 35 40衍射角 2 / abc图 2. 三种物料样品的 X-衍射图 a-原物料； b-传统挂面工艺颗粒面 ； c-挤压膨化 颗粒面 从 图 2.可以看出， a 中较强吸收峰对应的角度表明原物料中的 淀粉属于 A 型结晶 ； 传统挂面工艺颗粒面的 A 型结晶的特征峰 强度减小 或 消失 ； 颗粒面 经过挤压膨化作用后， A 型结晶的 特征峰不仅减小 及

22、部分消失，还在衍射角 13及 20.5的地方出现了较强衍射峰。 传统挂面工艺颗粒面经过烘干、水煮后 ，淀粉 原本 的晶体结构受到较大程度的破坏， 导致 其对应的衍射峰消失，淀粉微晶区变小，无定形区变大 ； 挤压膨化后 不仅 淀粉 原本 的衍射峰消失 ，还 有新的衍射峰出现，是因 为原物料受到强机械力和高温的作用，物料 中 淀粉 原本的 结构受到了严重破坏，淀粉氢键断裂降解 的 同时形成了新的结晶区 ，产生了 V 型淀粉 25-26。 2.4 淀粉 体外消化速率分析 从 图 3.可以看出， 传统挂面工艺颗粒面 和挤压膨化 颗粒面 中的淀粉在淀粉酶作用下的消化速率远远高于原物料，这是因为 烘干 、

23、 水煮 、 挤压膨化加工方式都使物料中的大部分淀粉糊化， 从 胶束状淀粉链构成的 -淀粉变成了容易消化 的 -淀粉 ； 挤压膨化 颗粒面 的消化 速率高于 传统挂面工艺颗粒面 ，是因为物料在挤压机内受到高温高压作用 ， 部分淀粉发生降解生成糊精和还原糖 ，同时 相邻淀粉间的主要和 次级价键 、 氢键 被破坏 ，产品疏松多孔，增加了与淀粉酶的接触机会 27-28。 随时间的 延长 ，底物浓度 不断下降， 三者的消化速率均呈现下降的趋势 ； 挤压膨化 颗粒面 和 传统挂面工艺颗粒面 的消化速率 差距随着时间推移 不断 减小，这可能因为挤压膨化产生的糊精和还原糖等被消耗完毕， 剩余 化合物 与酶类的

24、反应速率 差别变小 。 表 2. 三种样品 的 消化率 样品 消化率 （ 3h） 原物料 28.74%a 传统挂面工艺颗粒面 85.13%b 挤压膨化颗粒面 92.44%c 0 1 2 30100200300400500600700消化速率/mg/(gh)时间 /habc图 3. 三种物料在淀粉酶作用下消化速率曲线 a-原物料； b-传统挂面工艺颗粒面 ； c-挤压膨化 颗粒面 从 表 2.数据可知 ， 原物料、 传统挂面工艺颗粒面 、挤压膨化 颗粒面 的消化率分别为28.74%、 85.13%、 92.44%， 三种物料 经 3 h 消化后的消化率差异显著 （ P0.05） 。 由此可见，挤

25、压膨化加工的颗粒面的消化 速 率 和消化率均 高于 传统 挂面工艺 颗粒面，挤压膨化的方法可以用来生产加工易消化的食品， 适用于 婴幼儿 食品的 生产。 3 结论 本 研究 以添加了黑米、黑豆、黑芝麻的黑小麦为原料， 对比 研究了 传统工艺制备的颗粒面和 挤压膨化 制备的颗粒面 中淀粉的表观形态、结晶特性、糊化特性及体外消化特性进行了研究 。 （ 1） 电镜扫描发现，挤压膨化使颗粒面 中 的 淀粉结构发生了 变化， 原有的淀 粉圆形颗粒结构消失， 挤压膨化后 重组的淀粉颗粒结构表面碎片及粗糙度增高，表面 致密度降低 ； （ 2） RVA 测定发现，挤压膨化颗粒面 比传统挂面工艺颗粒面 具有更高

26、的峰值粘度和衰减值，更 低的回生值和峰值时间，表明挤压膨化使颗粒面的糊化特性更适合婴幼儿的食用特点； （ 3） X 衍射测定发现衍射角 13和 20.5出现很强的峰 ， 表明挤压膨化使颗粒面中的淀粉晶型从 A 型转变成 V 型。 （ 4）淀粉 体外消化实验的结果表明 ， 相比传统挂面工艺颗粒面， 挤压膨化的颗粒面消化率和消化速率更高， 3 h 消化试验 后传统挂面和挤压膨化技术生产的颗粒面消化速率分别为 85.13%和 92.44%（ P0.05） 。 参考文献 ： 1 杨月欣 , 苏 宜 香 , 汪 之 顼 , 等 .724 月 龄 婴 幼 儿 喂 养 指 南 J. 临床儿科杂志 ,2106

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