《食品科学》：江南大学焦爱权副教授等：不同亲水胶体对挤压重组米理化性质、食用品质和消化性的影响

米饭是世界范围内的主食之一，重组米作为一种既能满足人们生活需求，又符合人们传统饮食习惯的新型主食，有着巨大的市场需 求 。在工艺优化、营养强化和降低消化等方面，挤压重组米的研究已取得一定的突破和进展。但 目前挤压重组米在食用品质上与天然大米还存在较大差距。 亲水胶体作为一种绿色安全的食品级添加剂，具有良好的持水能力，能够促进水分子的迁移和分布，从而形成稳定的凝胶结构 。

食品科学与资源挖掘全国重点实验室江南大学食品学院张裕聪、杨月月、焦爱权*等 从改善挤压重组米的理化性质、食用品质和消化性出发，通过系统表征，探究两种植物型和两种微生物型亲水胶体可得然胶（CG）、魔芋胶（KGM）、海藻酸钠（SA）、黄原胶（XG）对重组米糊化特性和水分分布的影响，同时分析所制备重组米蒸煮品质、质构特性、回生特性和体外消化性的影响规律，以期为挤压重组米的实际生产和改良提供参考。

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亲水胶体对挤压重组米水分分布的影响

样品米中水分迁移、水的存在状态等信息对于了解重组米干燥后的品质及后续储藏保存具有重要意义。由图1可知，所有的样品米在0.01～1 000 ms均存在2 个峰，表明样品中存在两种迁移速率不同的水分子，第1个峰（T21）为强结合水，该部分水能与淀粉紧密结合，流动性弱；第2个峰（T22）为弱结合水，流动性较弱，但与T21相比具有较大的自由度。由于天然大米与重组米都经过严格的干燥工序，因此都不存在流动性很强的自由水。从T2曲线可以看出，T21为T2图谱的主峰，表明米粒中以强结合水为主，水与淀粉、胶体、蛋白质等发生不同程度的结合。

对样品弛豫时间图谱中两个峰进行积分计算，得到两个峰面积占比，分别为A21和A22。如表1所示，相较于NR，ER的结合水含量降低且强结合水比例下降，表明淀粉经过挤压后与水分子之间的氢键作用被破坏，导致部分结合水被挤出，水分流动性增强。加入亲水胶体，样品米中弱结合水A22减小，强结合水A21增加，表明亲水胶体与水分子通过氢键结合，促进了弱结合水向强结合水转变。另一方面，加入亲水胶体后，样品米中结合水的T2也呈现下降的趋势，T2越小，水分迁移速率越慢，这是由于亲水胶体与淀粉之间形成了更为致密的网络结构，抑制了水分在米粒中的迁移，从而使淀粉与水的结合更为紧密，该现象说明4 种亲水胶体均可以提高重组米的持水性和水分稳定性，使重组米在干燥后不易起裂纹并有利于后续储藏保存。

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亲水胶体对挤压重组米色度的影响

重组米的颜色是评价其感官品质重要指标之一，影响消费者对重组米类产品的接受程度，如表2所示，相较于NR，ER的L*值下降，a*值无明显变化，说明挤压过程中美拉德反应活跃。亲水胶体的加入使挤压重组米的a*值和b*值略微上升，表明样品的红色和黄色变深，同时L*值进一步下降。CG和XG的颜色相比KGM和SA偏黄，因此不同重组米之间颜色的差异可能是由于所含亲水胶体不同导致。此外，胶体中的多糖与籼米粉中的蛋白质在高温条件下也会发生美拉德反应，使样品的颜色变得更深，同时温度会显著影响美拉德反应的程度导致米粒呈现正常白偏黄的颜色。

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亲水胶体对挤压重组米外观形貌的影响

重组米的外观直接影响其食用品质和商品流通性，外观完整、形态圆润的重组米更容易吸引消费者眼球。如图2所示，ER-CG和ER-KGM在外观、透明度方面与NR高度相似，而ER、ER-SA和ER-XG表面粗糙，米粒中含有固形物，与NR的差别较大。此外，ER、ER-XG的表面和米粒边缘不规整，这可能是由于重组米在挤出模头时，物料出现了黏刀、甩尾的现象，米粒无法被顺利流畅地切割，导致有多余的物料黏附在米粒上，影响成品米粒的外形。这类现象可以表征重组米在制备过程中物料的黏度和切割特性。体视显微镜图表明，ERCG、ER-KGM、ER-SA在挤出时黏度适中，利于切割成型，这可能与亲水胶体的加入使重组米的微孔减少、结构比较致密有关。而ER-XG在挤压生产过程中存在轻微切割甩尾现象，需要添加额外工序保证其外观与天然大米相仿。

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亲水胶体对重组米蒸煮品质的影响

蒸煮特性也是重组米需要重点关注的指标之一，与小麦粉不同，籼米粉中缺少面筋蛋白，且经过挤压后淀粉出现易烂、易黏连、易糊汤等问题，本研究测定样品的熟化时间、吸水率、膨胀率及蒸煮损失率以分析亲水胶体对重组米蒸煮品质的影响。由表3可知，相较于天然大米，挤压重组米的熟化时间显著缩短，膨胀率显著降低（P＜0.05），一方面由于淀粉在挤压过程中已经发生了部分糊化，挤压重组米中一些吸水性大分子被破坏；另一方面由于重组米的结构较紧密，蒸煮后米粒不易膨胀吸水。添加亲水胶体后，重组米的熟化时间有所增加，这是由于亲水胶体与淀粉分子竞争水分或与淀粉形成了复合物，限制了淀粉的吸水糊化。挤压处理后淀粉降解程度高，淀粉颗粒被严重破坏，导致蒸煮过程物质溶出较多，表现出最高的蒸煮损失率，而亲水胶体能够加固凝胶网络，显著降低ER的蒸煮损失率（P＜0.05），使其与天然大米相近。同时，亲水胶体与淀粉之间形成致密的网状结构会阻碍淀粉吸水膨胀，从而影响吸水率与膨胀率，但胶体之间并无显著差异（P＞0.05）。综上，添加亲水胶体后重组米膨胀率差，因此，本研究未实现改善食用品质的目标。

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亲水胶体对挤压重组米质构特性的影响

由表4可知，相比于NR，ER的硬度、弹性、咀嚼性均显著下降（P＜0.05），这是由于淀粉在挤压机内已经部分糊化并且挤压机的剪切作用破坏了淀粉的凝胶网络结构，这也是导致重组米口感软烂缺乏嚼劲的原因之一。添加亲水胶体后，重组米的硬度、咀嚼性均得到改善且更富有弹性，硬度和咀嚼性的增加可能是由于亲水胶体分散在重组米的体系中，在较低水分条件下蒸煮后增强了重组米凝胶强度，进而提升了重组米的硬度和咀嚼性。CG加热后凝胶强度较高，对重组米硬度提升最为显著；SA和XG具有良好的增稠性，对重组米弹性提升较大；KGM对硬度和咀嚼性的提升效果不如CG。黏附性用于模拟食物附着口腔时剥离所需要的力，是评价重组米是否黏牙的重要指标之一。除CG之外，其他3 种亲水胶体均会导致重组米黏附性增加，说明ER-CG比其他重组米更不黏牙，这可能是由于其他3 种胶体均为水溶性胶体，自身黏度较大导致重组米之间相互黏连，而CG在水中只分散不可溶，与水相互作用时减弱了淀粉与水的结合进而导致重组米黏附性下降。

对比可知，ER-CG在硬度、弹性、咀嚼性和黏附性等指标上都与天然大米更接近，综合各项指标来看更贴近天然大米的质构属性，这与其加热到80 ℃以上形成热不可逆凝胶分散穿插在混合体系中有关，有助于重组米蒸煮后形成更加致密的结构。口感与质构特性的关联性，尤其是人造米的口感与质构特性的关联性需要深入探讨，简单的数据比较不能真正反映人造米的实际口感。如果人造米的吸水率、膨胀率不高，口感则无法比拟天然大米。

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亲水胶体对挤压重组米感官评分的影响

由表5可知，所有挤压重组米中，ER-CG的感官评分最高，该重组米外形完整有光泽、软硬适中、口感好，具有浓郁的米饭香气且冷饭质地松散。而ER外形不规整、色泽暗淡、口感软烂缺乏嚼劲，香气和滋味都明显低于NR，感官评分偏低。ER-KGM、ER-SA、ER-XG相较于ER-CG，适口性和冷饭质地均有所下降，这3 款重组米口感略软、有黏性、基本不黏牙，ER-SA和ER-XG更富有弹性，这与质构特性中硬度、黏附性、弹性的结果一致。ER-CG由于硬度和黏附性更接近NR，在食用时拥有更好的适口性。根据感官评价结果，挤压重组米在气味评分上低于NR，这是由于磨粉、混合、挤压导致小部分香味物质流失，同时颜色评分也不如NR，是由于高温挤压过程中发生了美拉德反应，这与色度的测定结果一致。4 种亲水胶体均能提高重组米的感官品质，相较而言，CG的效果更好，不仅能改善口感，还能改善冷饭质地。

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亲水胶体对挤压重组米糊化特性的影响

PV是淀粉颗粒溶胀破裂时的黏度，如表6所示，与NR相比，ER的PV由3 274 cP降低至395.5 cP，这是由于淀粉在挤压过程中已经部分糊化，淀粉颗粒破裂导致溶胀度减弱，从而极大缩短了再糊化所需要的时间，故重组米的黏度整体显著下降。CG使混合体系的黏度进一步降低，这是由于CG与淀粉结合后，在高温条件下形成不可逆凝胶，包裹淀粉颗粒的表面从而抑制剩余淀粉颗粒的溶胀，导致黏度进一步降低。这与先前李才明等报道的CG降低米粉终值黏度的结果相似。曲卓婷报道了这种黏度的下降可能是由于CG与淀粉分子相互作用，形成一种结构稳定的缠结物，从而抑制了淀粉的膨胀和溶解。KGM对混合体系黏度影响不显著，而SA和XG会增加混合体系的黏度，这可能是因为浸出的直链淀粉在遇到这两种胶体时发生了协同作用导致黏度增加，在相同添加量条件下，XG的黏度比SA的黏度大。

BD值可反映淀粉颗粒在加热糊化过程中被破坏的程度，数值越小说明体系的热稳定性和抗剪切能力越好，挤压处理后，BD值由1 189.50 cP降低至248.50 cP，而CG、KGM、SA 3 种亲水胶体均会进一步降低挤压重组米糊化的BD值，说明亲水胶体参与的体系更加稳定，这归因于抑制了ER的吸水膨胀。

SB值通常被用来反映淀粉糊冷却过程中短期老化的程度，挤压处理后SB值显著降低至93.50 cP，说明挤压重组米不易回生。而加入亲水胶体后SB值进一步降低，尤其是ER-CG的SB值降低至61.67 cP，这是由于亲水胶体分布于淀粉凝胶中干扰了淀粉分子的运动，阻碍淀粉分子的重排。此外，挤压处理进一步促进了胶体与淀粉的结合，更大程度阻碍了直链淀粉的相互作用，从而抑制重结晶的发生。

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亲水胶体对挤压重组米短程有序结构的影响

如图3A所示，在4 000～400 cm-1波数范围内，样品都呈现出形状相似但强度不同的图谱，表明挤压处理和亲水胶体的加入都未产生新的共价相互作用，主要依靠氢键。在3 000～3 600 cm-1范围内出现一个强吸收峰，此处吸收峰与羟基振动和氢键作用的强度有关。与NR相比，ER的吸收峰由3 295.47 cm-1移至3 281.15 cm-1，表明挤压处理打开了淀粉分子链之间的缠结，促进了淀粉与水分子间氢键的结合。加入亲水胶体后，吸收峰的位置进一步向低波数位移且该处吸收峰变得更加平坦，表明亲水胶体与淀粉分子间形成的氢键数量更多，作用强度更大。

此外，对800～1 200 cm-1范围内的光谱条带进行去卷积处理，如图3B所示。通过1 047 cm-1和1 022 cm-1处峰强度的比值反映淀粉中结晶区和无定形区的数量关系，从而分析淀粉的短程有序结构。如表7所示，挤压处理后，淀粉的1 047 cm-1/1 022 cm-1比值由1.830降至0.957，表明挤压处理严重破坏了淀粉的有序结构。亲水胶体的加入对短程有序结构的影响并不显著，这可能是由于胶体干扰了淀粉分子的重排和重结晶从而导致短程有序结构紊乱，导致1 047 cm-1/1 022 cm-1比值与未加胶体时无显著差异。

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亲水胶体对挤压重组米长程有序结构的影响

XRD可以测定淀粉的长程有序结构从而反映淀粉的老化程度。如图4所示，根据图谱中衍射峰图形的差异，可将淀粉分为不同晶型：A型晶体的衍射峰在15°、17°、18°和23°处；B型晶体的衍射峰在5.6°、17°、22°和24°处；V型晶体的衍射峰在7.4°、13°和20°处。由NR的衍射图谱可知，NR在15°和23°的位置分别有一个单峰，在17°和18°的位置上有一个未分离的双峰，是典型的A型淀粉结晶峰。挤压处理后，籼米粉原先的特征峰全部消失，但在13°和20°两处出现了新的结晶峰，这是V型结晶的特征衍射峰，表明挤压处理破坏了籼米粉原先的晶体结构但促进了V型结晶的生成。亲水胶体的加入并没有改变挤压重组米中淀粉的晶型，但衍射峰的强度有所变化，说明挤压过程中，CG、KGM、SA、XG仅改变了淀粉的结晶度，而对晶体结构没有影响。

淀粉的回生程度与结晶度呈正相关，经过挤压处理，淀粉的相对结晶度由27.85%降低至20.83%（表7），这是由于挤压过程中淀粉部分糊化，进一步说明原淀粉中晶体结构被破坏。糊化后的淀粉在冷却干燥的过程中又会发生老化，使结晶度提高，结晶度降低说明回生受到抑制，除XG外，ER-CG、ER-KGM和ER-SA的相对结晶度分别为15.50%、17.81%和18.85%，均显著低于ER，表明亲水胶体的加入抑制了挤压重组米中淀粉的老化，这是由于挤压体系中，剪切力促进了胶体与水分子的运动，破坏淀粉分子之间的氢键导致双螺旋解体，进而抑制淀粉回生时有序结构的形成，此外CG的空间位阻阻碍了淀粉分子的重排，也会抑制重结晶的发生，这可能是CG抑制回生效果更好的原因之一，这与糊化特性的结果一致。

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亲水胶体对挤压重组米体外消化率的影响

通过淀粉体外模拟消化实验测定了所有样品米的RDS、SDS和RS含量。如表8所示，体外消化性的分析结果表明，籼米粉经过挤压后RDS的含量上升，RS含量下降，说明挤压过程提高了籼米粉的消化性。亲水胶体加入后，重组米的RDS含量下降，SDS和RS的含量上升，其中ER-KGM的RDS含量最低，RS含量最高，具有最好的抗消化性，这是由于KGM不仅能形成“屏障效应”，阻碍淀粉与淀粉酶的结合，还能与酶发生相互作用，改变淀粉酶的空间结构从而抑制淀粉酶的活性。ER-CG、ER-SA、ER-XG的抗消化性均低于ER-KGM，但都高于NR和ER，这可能是因为挤压促进籼米粉和亲水胶体形成紧密且有序的结构，使亲水胶体覆盖在淀粉颗粒上，在淀粉颗粒周围形成了一层物理屏障，并减小酶与淀粉分子的可接触面积，从而降低了淀粉的水解速率。淀粉抗消化性的提高可能也与亲水胶体的加入能够抑制淀粉的溶胀有关。

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结 论

本实验探究了4 种不同亲水胶体对挤压重组米食用品质的影响，研究表明4 种亲水胶体对挤压重组米的水分分布、质构特性、糊化特性、结构性能、消化率有不同的影响。在1%的添加量下，4 种重组米中ER-CG的品质最好，具有更接近NR的质构和外观、较低的糊化黏度和结晶度，表明CG对于增加重组米的硬度和咀嚼性、降低黏附性、延缓米粒的老化、改善重组米的品质特性有良好的效益。ER-KGM具有良好的外观和优异的抗消化性，可用于开发低GI食品。SA和XG有良好的增稠作用，使得ER-SA和ER-XG具有较高的糊化黏度，但两款重组米外观粗糙不规整，与NR有较大差异，并且抗老化能力较差。本研究结果可为亲水胶体在挤压重组米中的应用提供参考。

本文《不同亲水胶体对挤压重组米理化性质、食用品质和消化性的影响》来源于《食品科学》2024年45卷15期，作者：张裕聪, 杨月月, 周童童, 金征宇, 焦爱权。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20230913-119。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：芳华；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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