在众多粗谷物中,青稞因其丰富的营养价值受消费者青睐。黑青稞是青稞的一种特殊品种,因其籽粒颜色呈现黑色、紫黑色或黑褐色而得名[1]。富含酚类化合物、膳食纤维、花青素和β-葡聚糖等[1],并且较普通品种的青稞具有更大的多酚含量优势[2]。酚类物质被广泛证明可以抑制淀粉消化并减缓餐后葡萄糖的释放,具有控制餐后血糖水平和降低胰岛素应激反应的潜力[3]。因此,黑青稞在低血糖生成指数(glycemic index,GI)方便食品领域具有重要的开发价值。
挤压加工是一种多功能技术,其利用强热、强压和机械剪切使淀粉形成更短的链并破坏氢键,结构的变化会大大降低抗性淀粉的含量,从而影响淀粉的消化率[4]。同时,大量研究发现挤压过程中压力的释放和水分的蒸发会使淀粉形成疏松多孔的结构,从而有助于淀粉与多酚、β-葡聚糖、脂肪等成分形成复合物,提高淀粉抗消化性[5]。例如,TANG等[6]发现,直链淀粉在挤压过程中对多酚具有保护作用,导致荞麦面条的多酚含量和抗氧化活性显著增加,同时直链淀粉易与多酚形成复合物,提高抗性淀粉含量。由淀粉与脂质、多酚等小分子通过自组装形成的V型复合物通常被定义为5型抗性淀粉(resistant starch type 5, RS5),其发挥抗消化作用的机理涉及物理屏障、分子构象、热力学稳定性以及酶抑制等多个方面,这些因素共同构成了RS5抵抗消化酶攻击的防御体系,这使其能够顺利通过上消化道而不被分解,最终到达结肠被肠道微生物发酵[7]。本实验室之前的研究结果显示,蒸汽爆破(steam explosion,SE)技术可以显著提高黑青稞游离多酚的释放量[8]。鉴于此,SE处理后的挤压黑青稞米可能有更多多酚与淀粉结合形成复合物,从而具有提高挤压黑青稞米抗消化性的潜力。
因此,本研究以黑青稞为原料,探究SE对挤压黑青稞米营养成分、理化特性、蒸煮品质和质构特性的影响,同时对挤压黑青稞米进行体外消化实验,探究SE是否促进了挤压黑青稞米的抗消化性。旨在为开发低GI且营养品质良好的方便食品提供理论参考,并为黑青稞的加工利用提供新途径。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
黑青稞,西藏自治区昌都市察雅县;籼米,荆门我家庄园富硒米业有限公司;β-葡聚糖试剂盒,上海将来实业股份有限公司;葡萄糖试剂盒,南京建成生物工程研究所;直链淀粉试剂盒、芦丁标准品,北京索莱宝科技有限公司;α-淀粉酶(50 U/mg)、糖化酶(100 000 U/mL),美国Sigma-Aldrich公司;中性蛋白酶(100 U/mg),上海源叶生物科技有限公司;β-葡聚糖酶(BR),南京草本源生物科技有限公司;其余试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
QB-200汽爆机,清正生态科技(苏州)有限公司;MG65-30双螺杆挤压膨化机、FS370脉冲除尘粉碎机组,山东铭本机械科技有限公司;KjelFlex K-360凯氏定氮仪,瑞士BuCHI公司;TA-XT plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司;RVA-TecMaster快速黏度分析仪,瑞典波通仪器有限公司;DSC4000型差示扫描量热仪,珀金埃尔默公司;Phenom Pro扫描电镜,荷兰Phenom Word公司,Bio Tek ELx800酶标仪,美国Biotek公司。
1.3 实验方法
1.3.1 汽爆黑青稞粉的制备
根据本实验室之前的研究结果[8],选择SE压力、时间和初始含水率分别为2.0 MPa、30 s、12%,未经SE处理组命名为C-F,SE处理组命名为SE-F。样品粉碎过80目筛,4 ℃贮存。
1.3.2 挤压黑青稞米的制备
用双螺杆挤压膨化机对C-F、SE-F进行挤压造粒。加工参数如下:添加物料质量分数15%的水分,主机频率20.0 Hz,喂料频率15.0 Hz,旋切频率15.0 Hz,1区常温,2～7区温度分别设定为55、65、75、90、75、55 ℃。挤出米粒于70 ℃烘箱干燥1.5 h,部分粉碎过80目筛,于4 ℃密封保存。经SE处理制得的挤压黑青稞米命名为SE-R,以未经SE处理的挤压黑青稞米为对照组,命名为C-R。
1.3.3 基本营养成分的测定
参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》、GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》、GB 5009.5—2025《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》、GB 5009.6—2025《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》、GB 5009.9—2023《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》测定样品基本营养成分。
1.3.4 活性成分的测定
1.3.4.1 β-葡聚糖含量的测定
按试剂盒说明测β-葡聚糖含量。
1.3.4.2 多酚含量的测定
参考廖超等[9]的方法提取并测定游离多酚和结合多酚的含量。取样品1.0 g,加25 mL体积分数80%甲醇溶液,5 000 r/min离心15 min,取上清液旋蒸,80%甲醇溶液定容到10 mL容量瓶,作游离酚提取液。
为提取结合酚,用20 mL蒸馏水清洗上述残渣。除水后,将样品与20 mL 4 mol/L NaOH溶液在超声波浴中混合2 h。然后用6 mol/L HCl溶液将混合物的pH值调至4.5～5.5,3 000 r/min离心15 min,上清液用作结合酚提取液。取提取液100 μL,加入400 μL纯水、100 μL福林酚和1.2 mL 75 g/L的Na2CO3溶液,避光反应2 h,765 nm处测吸光度。
1.3.4.3 黄酮含量的测定
参考谢勇[10]的方法略作修改。1 mL多酚提取液与4 mL蒸馏水、0.3 mL 50 g/L的NaNO2溶液和0.3 mL 100 g/L的10%Al(NO3)3溶液混合,再加2 mL 1 mol/L NaOH溶液,510 nm处测吸光度。
1.3.5 挤压黑青稞米理化特性的测定
1.3.5.1 糊化度的测定
称取样品140 mg,1份制备全糊化组,1份为实验组。参考魏星等[11]的方法略作修改,用分光光度计于420 nm处测吸光值。糊化度计算如公式(1)所示:
糊化度
(1)
式中:An,实验组的吸光值;As,全糊化组的吸光值;A0,空白的吸光值。
1.3.5.2 糊化特性
参考高纪儒[12]的方法并略作修改,用快速黏度分析仪测定糊化特性。取样品3.0 g,加入25 mL蒸馏水混匀,设置程序如下:50 ℃、960 r/min保持10 s,160 r/min保持1 min,以12 ℃/min的升温速率加热到95 ℃并保持2.5 min,以12 ℃/min的降温速率冷却到50 ℃并保持1 min。
1.3.5.3 热力学性质
取3 mg挤压黑青稞米粉,加入9 μL的蒸馏水,于4 ℃冰箱中平衡过夜。用差示扫描量热仪测定样品热力学特性。参数设置如下:温度区间为30～100 ℃,升温速率为12 ℃/min。
1.3.6 挤压黑青稞米蒸煮品质的测定
1.3.6.1 最佳蒸煮时间
参照WU等[13]的方法并稍作修改。将1.0 g米放入100 mL蒸馏水中煮,每隔一段时间取出部分米粒,用2块玻璃板按压,直至没有白芯或硬芯,所用时长即为最佳蒸煮时间。
1.3.6.2 蒸煮损失率
收集最佳烹饪时间的米汤。随后,将其倒入另1个提前恒重的烧杯中并干燥至恒重。按公式(2)计算蒸煮损失:
蒸煮损失
(2)
式中:m1,收集所有米汤的恒重烧杯质量;m0,提前恒重的烧杯质量;mR,挤压黑青稞米的质量。
1.3.6.3 吸水率
将在最佳蒸煮时间制得的米放在滤纸上吸干表面水分,冷却20 min,称重。按公式(3)计算吸水率:
吸水率
(3)
式中:mR2,蒸煮后的挤压黑青稞米质量;mR,蒸煮前的挤压黑青稞米质量。
1.3.7 挤压黑青稞米质构特性的测定
将在最佳烹饪时间煮熟的4种挤压黑青稞米吸干表面水分,冷却20 min,用质构仪分析其硬度和黏性。选用P36/R探头,测试前、中和后速度分别为2、1、1 mm/s,进行2次压缩,触发力5.0 g,压缩比90%。
1.3.8 挤压黑青稞米微观结构的测定
将冻干后的挤压黑青稞米垂直切成薄片以获得横截面。使用导电胶将样品安装在载物台上,然后溅射镀金。通过扫描电镜在10 kV电压条件下以500倍观察样品微观结构。
1.3.9 体外消化特性
1.3.9.1 挤压黑青稞米的体外消化特性
参考YIN等[14]的方法并略作修改。取1.0 g在最佳蒸煮时间制得的米饭,与20 mL乙酸钠缓冲液(0.2 mol/L,pH 5.2)混合,于小型破碎机中搅打5 s以模拟口腔物理破碎,准备5 mL用乙酸钠缓冲液溶解的混酶液(α-淀粉酶600 U/mL,糖化酶400 U/mL),酶液与加了样品的缓冲液均于37 ℃中保温10 min后再混合,之后以160 r/min、37 ℃于水浴摇床中进行体外模拟肠消化,在指定的时间间隔取出0.1 mL消化液并立即与0.9 mL无水乙醇混合以终止酶促反应。按照葡萄糖试剂盒说明测定葡萄糖含量。分别按照公式(4)～公式(9)计算快消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)、慢速消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)、抗性淀粉含量、淀粉水解率、水解指数、估计血糖指数。
(4)
(5)
抗性淀粉/%=1-RDS-SDS
(6)
式中:m0,0 min时样品葡萄糖质量,mg;m20,消化20 min时的葡萄糖质量,mg;m120,消化120 min时的葡萄糖质量,mg;TS,样品中总淀粉质量,mg。
淀粉水解率
(7)
式中:Gh,水解产生的葡萄糖质量浓度,g/L;Si,原料中淀粉质量浓度,g/L;0.9,葡萄糖与葡萄糖酐的换算系数。
水解指数
(8)
式中:AUC样品,样品水解曲线下面积;AUC对照,白面包水解曲线下面积。
估计血糖指数=0.862×水解指数+8.198
(9)
1.3.9.2 全糊化黑青稞粉和挤压米的体外模拟肠消化
糊化度是影响淀粉消化率的关键因素,因此,为探究挤压前后的消化情况,将黑青稞粉及挤压米全糊化处理,以此排除糊化度的影响。参考LIU等[15]的方法并略作修改,将1.0 g C-F、SE-F和粉碎过筛的C-R、SE-R分别加入20 mL乙酸钠缓冲液中,充分混合后于沸水浴中糊化30 min,自然冷却后,于37 ℃水浴保温10 min,分别命名为G-C-F、G-SE-F和G-C-R、G-SE-R。后续测定方法同1.3.9.1节。
1.3.9.3 消化动力学
参考ZOU等[16]的方法,使用一阶速率方程研究黑青稞粉和挤压米的消化动力学,如公式(10)所示:
C=(100-C∞)×exp(-kt)+C∞
(10)
式中:C,消化时间t时未消化淀粉的占比;C∞,消化无限时间时未消化淀粉的占比;k,消化速率常数,min-1;t,消化时间,min。
1.4 数据处理与分析
所有实验重复3次,结果以“平均值±标准差”表示。使用SPSS 27.0和Origin 8.5进行数据处理及绘图,P<0.05表示有显著性差异。
2 结果与分析
2.1 黑青稞粉和挤压米的基本营养成分分析
由表1可知,与C-F组相比,SE-F组水分含量降低,这是因为释放压力瞬间黑青稞内部水蒸气挥发,而SE-R的水分含量高于C-R,这可能是因为挤压形成多孔网络,这种结构变化使其更容易吸附蒸汽中的水分[8],而蛋白质含量显著低于C-R,这是因为在SE处理的高温高压过程中部分含氮物质溶解以及蛋白质发生变性[17]。但总体而言,SE处理整体上保持了黑青稞的基本营养价值,这对新型健康食品开发具有重要意义。较F组而言,R组的水分、脂肪、蛋白质和总淀粉含量均显著降低,直链淀粉含量上升。这是因为在挤压过程中较高的温度与剪切力相结合,水分蒸发,蛋白质发生降解或与其他营养物质如淀粉交联形成新的化合物,部分固体脂质熔化成液态油而从黑青稞内部迁移出来,或形成含有不饱和脂肪酸的直链淀粉-脂质复合物[18]。而挤压导致直链淀粉含量增加,可能是支链淀粉的α-1,6糖苷键在剪切力作用下断裂,掉落的支链片段通过表面张力变成螺旋直链淀粉[19]。值得注意的是,SE-R与SE-F的淀粉含量无显著差异,这可能是因为SE处理使得淀粉分子已部分降解,结构更疏松,水分分布更均匀,减少了挤压过程中局部高温导致的淀粉热分解[20]。这对于深入研究加工过程与营养成分之间的关系具有重要意义。
表1 黑青稞粉及挤压黑青稞米的基本成分(干基) 单位:g/100 g
Table 1 Basic composition of black barley flour and extruded black barley rice (dry basis)
组别水分含量 脂肪含量蛋白质含量总淀粉含量直链淀粉含量CF13.13±0.02Aa1.68±0.08Aa10.92±0.28Aa82.50±1.53Aa7.77±0.49BaR8.93±0.03Bb0.84±0.01Ba9.81±0.04Ba74.40±1.53Ba13.58±0.75AaSEF11.81±0.12Ab1.70±0.03Aa11.13±0.28Aa78.38±2.25Aa9.20±0.93BaR9.54±0.06Ba0.84±0.02Ba9.69±0.03Bb77.50±1.63Aa12.42±0.58Aa
注:同一列的的小写字母上标表示组间差异(C和SE),大写字母上标表示组内差异(F和R)。
2.2 黑青稞粉和挤压黑青稞米的活性成分分析
β-葡聚糖在维持细胞结构完整性以及青稞的生理特性方面发挥着作用。由图1-a可知,经SE处理后,黑青稞粉的β-葡聚糖含量显著降低,这与谢勇[10]发现SE处理降低了青稞β-葡聚糖得率的结果一致。挤压后,C-R和SE-R的β-葡聚糖含量无显著性差异。而SE-R与C-R的β-葡聚糖含量相较于SE-F与C-F均有所降低,可能是因为挤压过程中的高温和剪切作用导致β-(1,3)和β-(1,4)糖苷键发生断裂,同时,在螺杆持续的挤压作用下,β-葡聚糖可能与其他分子结合,导致挤压米的β-葡聚糖含量低于黑青稞粉。
a-β-葡聚糖含量;b-多酚含量;c-黄酮含量
图1 黑青稞粉和挤压米的β-葡聚糖、多酚和黄酮含量
Fig.1 The content of β-glucan, polyphenols, and flavonoids in black barley flour and extruded rice
注:不同小写字母表示组间差异(C和SE),不同大写字母表示组内差异(F和R)。
由图1-b可知,SE-F的游离多酚含量显著高于C-F,结合多酚含量显著低于C-F,这说明SE处理破坏了部分多酚与细胞壁的结合,释放出更多游离多酚。C-R和SE-R游的离多酚和结合多酚含量无显著性差异。挤压后,C组和SE组游离多酚含量分别下降9.61%和27.76%,结合多酚含量分别上升了1.54%和16.52%,这可能是因为强挤压作用促进了游离多酚与膳食纤维、蛋白质和淀粉等结合转变为结合多酚,且部分游离多酚在高温高压条件下降解。
由图1-c可知,SE-F的总黄酮含量低于C-F,这说明SE处理的高温高压条件导致不稳定的黄酮类物质发生降解。C-R和SE-R的游离黄酮含量无显著性差异。挤压过程中的高温可能破坏热不稳定的黄酮类化合物,尤其是糖苷键易断裂,导致游离黄酮减少,因此C组和SE组的游离黄酮含量均显著降低,但结合多酚含量均有不同程度的增加,这可能是挤压作用导致游离态活性物质损失的同时可能也促进了醚类和酯类共价键、疏水键或氢键的形成,使游离黄酮与膳食纤维和蛋白质等结合,转变为结合黄酮[21],这与前面多酚含量变化一致。通过精准掌握这些变化,有助于在保障黑青稞产品品质的同时,尽可能减少活性成分的损失。
2.3 挤压黑青稞米的理化特性分析
2.3.1 糊化特性分析
快速黏度分析仪的测定值在一定程度上反映食物的食用品质。由表2可以看出,较C-R而言,SE-R的峰值黏度、谷值黏度和终值黏度均显著降低。这表明SE处理降低了黑青稞淀粉的有序性和淀粉分子量,导致总体黏度降低[22]。回生值反映了淀粉的成胶能力,回生值越低,淀粉越不易老化变硬,米饭的食用品质更好。崩解值可以反映淀粉的热稳定性,崩解值越低,淀粉的抗剪切能力越高。结果显示,SE提高了挤压黑青稞米的抗老化能力,同时提高了淀粉颗粒的抗热和抗剪切能力,推动了黑青稞米在挤压食品市场中的可持续发展。
表2 挤压黑青稞米的糊化特性和热力学特性
Table 2 Pasting and thermodynamic properties of extruded black barley rice
组别糊化度/%糊化特性热力学特性峰值黏度/cP谷值黏度/cP终值黏度/cP回生值/cP崩解值/cPT0/℃Tp/℃Tc/℃ΔH/(J/g)C-R80.49±3.17a1 311.33±22.19a983.50±4.95a315.5±13.44a2 060.33±18.23a1 067.00±14.14a57.14±1.05b61.85±1.44b68.52±1.45b0.25±0.01aSE-R83.94±1.83a622.33±17.56b438.330±31.9b184.00±21.66b1 260.00±27.22b821.67±41.24b79.42±0.35a83.58±0.24a88.75±1.18a0.03±0.00b
注:不同小写字母表示各组间差异显著(P<0.05)(下同)。
2.3.2 热力学特性分析
由表2可知,经SE处理后的挤压黑青稞米的起始温度(T0)、峰值温度(Tp)和终止温度(Tc)均显著上升,糊化焓(ΔH)显著下降。蒸汽爆破使部分淀粉颗粒发生糊化,形成的凝胶阻碍了进一步挤压过程中黑青稞内部水分的迁移,导致糊化温度升高。SE处理使挤压黑青稞米的糊化焓降低了88%,这说明SE处理破坏了淀粉的有序结构,使得挤压黑青稞米糊化所需能量大幅降低,变得更易蒸煮。这有助于精准控制蒸煮条件,降低能源消耗,提高生产效率。
2.4 挤压黑青稞米的蒸煮品质分析
最佳蒸煮时间、蒸煮损失和吸水率是评价挤压米蒸煮品质的重要指标。由表3可以看出,与C-R对比,SE-R的吸水率显著降低,最佳蒸煮时间缩短,而蒸煮损失显著增加。这表明SE处理可能导致淀粉发生预糊化以及结构变化,阻碍了亲水基团与水分子的接触,导致吸水率降低同时缩短了蒸煮时间。蒸煮过程中的固体损失主要是由于米粒表面松散的糊化淀粉发生了溶解,这主要取决于糊化淀粉的百分比和围绕糊化淀粉的回生淀粉网络结构的强度[23]。SE-R的蒸煮损失显著高于C-R,这与表2中SE-R糊化度较高结果一致。
表3 挤压黑青稞米的蒸煮和质构特性
Table 3 Cooking and textural characteristics of extruded black barley rice
组别蒸煮特性质构特性最佳蒸煮时间/min蒸煮损失/%吸水率/%硬度/g黏性/(g·s)C-R6.32±0.37a26.90±1.5b81.66±7.36a2 362.49±21.97a-77.78±4.81bSE-R5.56±0.35a37.99±4.13a65.09±5.99b556.62±51.43b-19.63±2.16a
2.5 挤压黑青稞米的质构特性分析
米饭的硬度和黏性被认为是影响消费者偏好最重要的2个因素。硬度与粗糙度和残余松散颗粒呈正相关,而黏性与内聚性、咬合均匀性和黏牙性紧密相关[24]。由表3可以看出,SE处理后的挤压黑青稞米的硬度显著降低,黏性显著升高。直链淀粉含量高,米饭较坚硬和粗糙,因此,出现上述现象的部分原因可能是经SE处理制得的挤压米直链淀粉含量较低(表1),从而表现出低硬度和高黏性。一般来说,米饭的硬度越小、黏性越大,食用品质越佳。因此,SE处理可以进一步提高挤压黑青稞米的食用品质。
2.6 挤压黑青稞米的微观结构分析
由图2可以看出,C-R的结构更致密,且有一条明显的裂纹,这是蒸煮过程水进入谷物内部的通道[25],因此表现出更高的硬度与吸水率(表3)。SE处理剧烈破坏了黑青稞皮层纤维,在后续的粉碎和挤压过程更容易形成细腻均匀的结构[26],因此,SE-R切面的组织结构更加均匀,这使水分能更均匀地渗透到黑青稞内部,导致淀粉糊化度更高(表2),蒸煮所需能量最低(表3)。
a-未经SE处理挤压黑青稞米;b-经SE-R处理挤压黑青稞米
图2 挤压黑青稞米的扫描电镜图
Fig.2 Scanning electron microscopy image of extruded black barley rice
注:放大倍数500倍。
2.7 体外消化特性分析
2.7.1 挤压黑青稞米的体外消化特性
为了解SE处理对挤压黑青稞米消化性的影响,进行了体外消化实验。由图3-a可知,SE-R较C-R表现出更低的水解率,消化120 min时,SE-R和C-R的淀粉水解率分别为62.46%和69.69%。首先,SE处理可能引发了黑青稞淀粉内部结构的重排,致使其结晶区域与无定形区域的比例发生改变,进而干扰消化酶与淀粉分子的相互作用,同时,SE处理可能通过打断或修饰支链淀粉的分支结构,减少酶作用位点,从而延缓淀粉的水解进程[27];其次,SE处理的高温高压条件使蛋白质变性,使其在淀粉周围形成屏障,降低了消化酶的可及性,从而降低了淀粉的水解率[28];最后,SE处理还可能引发黑青稞内部的一系列生化反应,导致挤压米中含有更多具有抗消化特性的复合物,比如多酚、β-葡聚糖与淀粉之间通过化学键或物理相互作用形成的复合物,这些复合物增加了淀粉分子在消化过程中的稳定性,使得消化酶难以对其进行有效的水解作用[29]。
a-挤压黑青稞米水解曲线;b-全糊化黑青稞粉和挤压米的水解曲线;c-挤压黑青稞米的估计血糖指数
图3 挤压黑青稞米、全糊化黑青稞粉和挤压米的水解曲线和挤压黑青稞米的估计血糖指数
Fig.3 Hydrolysis curves of extruded black barley rice, fully pasted black barley flour and extruded rice, and the estimated glycemic index of extruded black barley rice
注:不同小写字母表示各组间差异显著(P<0.05)。
由表4可知,SE处理显著降低了挤压黑青稞米的RDS含量,显著增加了抗性淀粉含量。为进一步了解SE处理对挤压黑青稞米消化的影响,采用一阶动力学方程进行分析,结果如图4-a～图4-b所示。R2均不小于0.981 9,表明该方程能很好地预测挤压黑青稞米的消化情况。SE处理后,C∞值增加,k值降低,这可能是因为SE释放了更多的β-葡聚糖(图1),水热条件下形成了高黏度环境,导致水解速率降低[30]。计算估计血糖指数值发现C-R的估计血糖指数为73.64,属于高GI食物,而SE-R的估计血糖指数为66.01,属于中GI食物(图3-c)。由此可见,SE处理具备降低挤压黑青稞米的淀粉水解率以及餐后血糖水平的潜力,展现了该工艺用来提升谷物食品营养特性和消化特性的潜力。
表4 挤压米、全糊化黑青稞粉和全糊化挤压米的消化参数
Table 4 Digestion paramete resistant starch of extruded rice, fully gelatinized black barley flour, and fully gelatinized extruded rice
组别RDS/%SDS/%抗性淀粉/%动力学参数C∞/%kR2C-R28.28±2.27a41.42±4.07a30.31±2.58b11.612 20.014 00.981 9SE-R21.09±0.77b41.37±2.29a37.54±1.58a20.686 20.013 60.996 8G-C-F30.48±1.62Aa 45.23±0.85Aa24.29±0.80Ba4.800 50.014 20.978 0G-C-R30.02±0.99Aa 36.44±1.58Ba33.54±2.50Aa16.819 80.017 30.976 6G-SE-F32.46±0.15Aa41.80±1.77Ab25.73±1.91Ba0.161 70.013 00.965 0G-SE-R29.52±0.89Ba38.76±0.73Aa31.72±1.58Aa16.574 40.015 50.973 4
a-C-R;b-SE-R;c-G-C-F;d-G-C-F;e-G-SE-F;f-G-SE-R
图4 挤压米、全糊化黑青稞粉和全糊化挤压米的一阶动力学
Fig.4 First-order dynamic of extruded rice, fully gelatinized black barley flour and fully gelatinized extruded rice
2.7.2 全糊化黑青稞粉和挤压米消化特性对比分析
黑青稞粉经过挤压造粒制得挤压米,由图3-b可明显看出,在模拟肠消化全过程中,无论是C组还是SE组,其R组淀粉水解率均低于F组。这一结果表明,挤压处理可能一方面促进了直链淀粉之间或者直链淀粉与支链淀粉之间的相互作用,造成淀粉结构发生改变;另一方面可能促进了淀粉与脂质、多酚和黄酮之间的相互作用[31],导致R组消化率均低于F组。R组的抗性淀粉含量较F组均显著增加,一阶动力学模型结果显示挤压米的C∞值较黑青稞粉明显增大,其中G-SE组的C∞值由F组的0.161 7提高至R组的16.574 4(表4)。
YANG等[32]发现,挤压处理可使淀粉从典型的A型结晶结构转变为B型和V型结晶结构的混合物。因此,出现上述结果的原因可能是在挤压作用下,脂质、β-葡聚糖、多酚和黄酮等物质进入直链淀粉的有序且堆叠状的单螺旋空腔中,形成具有抗消化特性的V型晶体结构,即RS5,这与前文中R组的脂肪、β-葡聚糖、游离多酚和游离黄酮含量较F组均降低的结果一致。
3 结论
本研究探究了SE处理对挤压黑青稞米的营养成分、品质及消化性的影响。结果表明SE处理不会使挤压黑青稞米的基本营养价值受到明显损失。在加工品质方面,SE处理显著降低了黑青稞米的回生值、糊化焓、蒸煮时间和硬度,增加了黏性,使其组织结构更加均匀,从而改善了挤压黑青稞米的食用品质。在消化特性层面,SE处理提高了挤压黑青稞米抗性淀粉含量,降低了消化速率,使其由原来的高GI(73.64)食物变为中GI(66.01)食物,另外,与黑青稞粉相比,挤压可能促进了游离态活性物质与淀粉的结合,SE处理释放的活性物质通过挤压可能更多地与直链淀粉结合形成抗消化的复合物。综上所述,SE技术能够改善挤压黑青稞米的品质并有效降低淀粉水解速率,对于血糖控制和健康饮食具有重要意义,为其在低GI挤压食品开发领域的应用提供了理论参考依据。但本研究中使用的体外消化模型并不能完全真实模拟人体生理消化,解决此限制将是未来研究的重点。
[1] GUO T L, HORVATH C, CHEN L, et al.Understanding the nutrient composition and nutritional functions of highland barley (Qingke):A review[J].Trends in Food Science &Technology, 2020, 103:109-117.
[2] DENG J L, XIANG Z Y, LIN C B, et al.Identification and quantification of free, esterified, and insoluble-bound phenolics in grains of hulless barley varieties and their antioxidant activities[J].LWT, 2021, 151:112001.
[3] SUN L J, MIAO M.Dietary polyphenols modulate starch digestion and glycaemic level:A review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2020, 60(4):541-555.
[4] ZHENG J, HU R, YOU Y M, et al.Combination of extrusion and bamboo leaf flavonoids modulates in vitro maize starch digestion:Insight into the molecular mechanisms and multi-scale structure[J].Food Chemistry, 2025, 473:143080.
[5] CHENG A W, HOU C Y, SUN J Y, et al.Effect of steam explosion on phenolic compounds and antioxidant capacity in adzuki beans[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2020, 100(12):4495-4503.
[6] TANG P Q, ZHANG S Y, MENG L H, et al.Effects of different content of EGCG or caffeic acid addition on the structure, cooking, antioxidant characteristics and in vitro starch digestibility of extruded buckwheat noodles[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 252:126426.
[7] GUTIéRREZ T J, TOVAR J.Update of the concept of type 5 resistant starch (RS5):Self-assembled starch V-type complexes[J].Trends in Food Science &Technology, 2021, 109:711-724.
[8] 王洁, 曾志龙, 王豪缘, 等.蒸汽爆破对黑青稞营养成分释放及消化性的影响[J].食品工业科技, 2025, 46(8):222-230.WANG J, ZENG Z L, WANG H Y, et al.Effect of steam explosion on the release of nutrients and digestibility of black barley[J].Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(8):222-230.
[9] 廖超, 谢勇, 覃小丽, 等.不同干燥方式对发芽青稞活性成分的影响[J].食品与发酵工业, 2020, 46(21):139-146.LIAO C, XIE Y, QIN X L, et al.Effect of different drying methods on the bioactive components of germinated highland barley[J].Food and Fermentation Industries, 2020, 46(21):139-146.
[10] 谢勇. 不同热加工全谷青稞营养功能及对2型糖尿病的改善效果[D].重庆:西南大学, 2021.XIE Y.Nutritional functions of whole-grain hullessbarley treated by various thermal processingand its alleviative effect on type 2 diabetic rats[D].Chongqing:Southwest University,2021
[11] 魏星, 李小平, 王晓龙, 等.加压煮制对干面条煮制品质的影响[J].中国粮油学报, 2024, 39(5):156-164.WEI X, LI X P, WANG X L, et al.Effect of pressure cooking on cooking quality of dry noodles[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2024, 39(5):156-164.
[12] 高纪儒. 高温流化对青稞米蒸煮品质的影响研究[D].无锡:江南大学, 2022.GAO J R.Effect of high-temperature air fluidizationon the cooking quality of highland barley[D].Wuxi:Jiangnan University,2022.
[13] WU J Y, CHEN J, LIU W, et al.Effects of aleurone layer on rice cooking:A histological investigation[J].Food Chemistry, 2016, 191:28-35.
[14] YIN X X, ZHENG Y X, KONG X L, et al.RG-? pectin affects the physicochemical properties and digestibility of potato starch[J].Food Hydrocolloids, 2021, 117:106687.
[15] LIU Q, WANG Y H, YANG Y Y, et al.Structure, physicochemical properties and in vitro digestibility of extruded starch-lauric acid complexes with different amylose contents[J].Food Hydrocolloids, 2023, 136:108239.
[16] ZOU Y J, LI X X, YU J, et al.The effect of nanochitin on gastrointestinal digestion of starch and protein:Role of surface charge and size[J].Food Hydrocolloids, 2024, 146:109312.
[17] 洪晴悦. 不同热加工对青稞主要生物活性成分和体外消化与肠菌发酵特性的影响[D].重庆:西南大学,2021.Hong Q Y.Effects of different thermal processing on main bioactive components, in vitro digestion and fermentation characteristics of Qingke[D].Chongqing:Southwest University,2021.
[18] TORRES-AGUILAR P C, HAYES A M R, YEPEZ X, et al.Formation of slowly digestible, amylose-lipid complexes in extruded wholegrain pearl millet flour[J].International Journal of Food Science &Technology, 2023, 58(3):1336-1345.
[19] LI B, ZHANG Y T, XU F, et al.Supramolecular structure of Artocarpus heterophyllus Lam seed starch prepared by improved extrusion cooking technology and its relationship with in vitro digestibility[J].Food Chemistry, 2021, 336:127716.
[20] 曲美霖, 冯瑜霞, 胡俊君, 等.不同压力蒸汽爆破处理对绿豆淀粉品质的影响[J].食品研究与开发, 2024, 45(13):32-38.QU M L, FENG Y X, HU J J, et al.Effects of different steam pressure explosion treatments on quality of mung bean starch[J].Food Research and Development, 2024, 45(13):32-38.
[21] 曾子聪. 挤压加工对糙米多酚及其抗氧化性影响的研究[D].南昌:南昌大学, 2019.ZENG Z C.Study on influence of extrusion processing on phenolic compounds and antioxidant activity of brown rice[D].Nanchang:Nanchang University,2019.
[22] BHINDER S, KAUR A, SINGH B, et al.Proximate composition, amino acid profile, pasting and process characteristics of flour from different Tartary buckwheat varieties[J].Food Research International, 2020, 130:108946.
[23] YU X S, WANG L S, ZHANG J J, et al.Effects of screw speed on the structure and physicochemical properties of extruded reconstituted rice composed of rice starch and glutelin[J].Food Structure, 2023, 36:100313.
[24] LI H Y, GILBERT R G.Starch molecular structure:The basis for an improved understanding of cooked rice texture[J].Carbohydrate Polymers, 2018, 195:9-17.
[25] OGAWA Y, GLENN G M, ORTS W J, et al.Histological structures of cooked rice grain[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(24):7019-7023.
[26] PANG T R, WANG L, KONG F, et al.Steam explosion pretreatment:Dramatic reduction in energy consumption for wheat bran grinding[J].Journal of Cereal Science, 2024, 117:103893.
[27] HAN Z, SHI R, SUN D W.Effects of novel physical processing techniques on the multi-structures of starch[J].Trends in Food Science &Technology, 2020, 97:126-135.
[28] MA Y S, XU D, SANG S Y, et al.Effect of superheated steam treatment on the structural and digestible properties of wheat flour[J].Food Hydrocolloids, 2021, 112:106362.
[29] WANG Z G, WANG S L, XU Q H, et al.Synthesis and functions of resistant starch[J].Advances in Nutrition, 2023, 14(5):1131-1144.
[30] XIE J J, CHENG L, LI Z F, et al.Effect of non-starch components on the structural properties, physicochemical properties and in vitro digestibility of waxy highland barley starch[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 255:128013.
[31] GOEL C, SEMWAL A D, KHAN A, et al.Physical modification of starch:Changes in glycemic index, starch fractions, physicochemical and functional properties of heat-moisture treated buckwheat starch[J].Journal of Food Science and Technology, 2020, 57(8):2941-2948.
[32] YANG W H, ZHENG Y X, SUN W X, et al.Effect of extrusion processing on the microstructure and in vitro digestibility of broken rice[J].LWT, 2020, 119:108835.