舒 恒 1，2，蒋 旭 1，2，王新康 2，李慧慧 2，袁娟丽 1，3，陈红兵 1，4，高金燕 2，*
（1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学食品学院，江西 南昌 330031；3.南昌大学药学院，江西 南昌 330006；4.南昌大学中德联合研究院，江西 南昌 330047）
摘 要：为探究双螺杆挤压处理对白燕2号燕麦理化特性的影响，以白燕2号裸燕麦全颗粒为原料进行挤压处理，并对燕麦挤出物的品质进行检测与表征。结果表明，在喂料水分22%、螺杆转速42 Hz、喂料速率26 Hz、终端温度160 ℃等典型挤压条件下，燕麦挤出物的膨化率为1.16；挤压过程中发生了美拉德反应，L*降低，a*降低，b*增加，ΔE降低；总氨基酸含量减少了5.44%，各种氨基酸含量呈整体下降趋势；挤压后物料微观结构表面粗糙、富有层次感。燕麦挤出物吸水性指数上升378.4%，水溶性指数下降1.08%，可溶性β-葡聚糖含量提高了62.0%，模拟体内消化后，燕麦挤出物提取液表观黏度增大；挤压过程中同时发生了分子的解聚反应和聚合反应。由此可见，双螺杆挤压是一种有潜力提高全燕麦品质的加工技术。
关键词：白燕2号燕麦；双螺杆挤压；β-葡聚糖；理化特性
舒恒， 蒋旭， 王新康， 等. 白燕2号燕麦的双螺杆挤出物的理化特性分析［J］. 食品科学， 2016， 37（15）: 83-87. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201615014. http://www.spkx.net.cn
SHU Heng， JIANG Xu， WANG Xinkang， et al. Analysis of physicochemical properties of twin-screw extruded oats of the cultivar ‘Baiyan No. 2’［J］. Food Science， 2016， 37（15）: 83-87. （in Chinese with English abstract） DOI:10.7506/spkx1002-6630-201615014. http://www.spkx.net.cn
燕麦β-葡聚糖具有降低人体血清中胆固醇水平，调节餐后血糖和胰岛素水平，影响胃肠道中与饱腹感有关的激素分泌，以及调节免疫功能等功效。美国和欧盟先后宣称食用燕麦β-葡聚糖对保持血液中正常的胆固醇水平有帮助 ［1-2］。燕麦β-葡聚糖降低胆固醇和血糖水平的功效主要归功于其中的可溶性β-葡聚糖，并与其β-（1→3）糖苷键和β-（1→4）糖苷键的比例、黏度以及分子质量有关 ［3-4］。人们发现，不同的加工方法对燕麦葡聚糖的生理功能会产生影响。有研究 ［5-7］认为加工会改变β-葡聚糖的萃取率和分子质量分布，但是不会对其结构产生影响。Dongowski等 ［8］对β-葡聚糖的质量分数分别为2%和4%燕麦粉和燕麦麸皮进行挤压和高温灭菌操作，然后对4 种来源的β-葡聚糖的流变学特性进行了研究，结果显示2%的燕麦麸皮β-葡聚糖的表观黏度最高，而从高温灭菌燕麦中提取的2% β-葡聚糖的表观黏度最低。
迄今为止，报道的与燕麦产品相关的加工方法主要包括热处理、挤压、均质、磨粉、氧化处理、发酵等 ［9］。其中，食品挤压加工技术作为集混合、搅拌、破碎、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型等为一体的高新技术，正在广泛地应用于食品与饲料工业 ［10］。与传统加工方式相比，挤压加工具有生产效率高、生产成本低、原料适用性广、浪费少、无废弃物、产品种类多等优点 ［11］。目前国内外有一些燕麦麸皮挤压的文献报道。比如，栗红瑜等 ［12］发现，燕麦麸皮经挤压膨化后表面呈显著孔蜂窝状，有效成分的溶出特性有明显变化。Tosh等 ［13］研究了燕麦麸皮在不同挤压参数条件下挤压前后的物理和营养特性的变化，发现燕麦β-葡聚糖的分子质量下降导致了萃取液的表观黏度的下降，在高强度的挤压条件下有解聚反应发生，细胞壁的完整性受到破坏，β-葡聚糖分散到整个谷物内部，并且随着β-葡聚糖分子质量的下降，燕麦麸皮挤出物的硬度和密度也发生了变化。Zhang Min等 ［14］探索了挤压对燕麦麸皮中的可溶性膳食纤维的影响，结果显示挤压后燕麦麸皮中的可溶性膳食纤维的产量、组成、热力学性质、流变学性质和功能性质都有所改善。Makowska等 ［15］将比例为20%的燕麦麸皮加入到80%的玉米中进行混合挤压，发现挤出物具有很好的感官的同时提高了玉米零食的膳食价值。但遗憾的是，全燕麦挤压的研究还鲜有报道。
白燕2号裸燕麦是吉林省白城市农业科学院以加拿大引入的燕麦F4代材料为基础，经系谱法选育而成的燕麦新品种。该品种营养丰富，适应性强，且被证明有降血脂功效 ［16］，目前已在燕麦主产区广泛种植。本实验采用济南赛信DS 32-I型双螺杆挤压设备，在前期探索工作的基础上，选用一个典型的挤压条件下对白燕2号裸燕麦籽粒进行挤压，并对燕麦挤出物的理化特性进行表征，旨在探讨挤压这种加工方式在全燕麦膳食纤维资源开发利用中的现实意义，为开发利用我国广阔的燕麦资源提供理论基础。
1.1 材料与试剂
裸燕麦品种为白燕2号，吉林省白城市农业科学院提供。
唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰酵素 美国Sigma公司；混链β-葡聚糖检测试剂盒 爱尔兰Megazyme公司；磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等常规试剂 西陇化工股份有限公司。
1.2 仪器与设备
DS32-I型双螺杆挤压机 济南赛信机械有限公司；UV WinLab V6紫外-可见分光光度计 美国PerkinElmer公司；镀铬游标卡尺 上海精美量具厂；WSC-S测色色差计 上海精密科学仪器有限公司；高速冷冻离心机 美国Thermo公司；Discovery HR-2流变仪美国TA公司；S-433D氨基酸分析仪 德国Sykam公司；JSM-6701F型冷场发射扫描电子显微镜 日本电子株式会社；1260型高效液相色谱仪 美国Agilent公司。
1.3 方法
1.3.1 燕麦挤压
燕麦除杂后，取10 g燕麦粉碎后用水分测定仪测定水分。另称2 kg燕麦根据初始水分调整水分至22%，装入自封袋中密闭封存润麦12 h后，用DS 32-I型双螺杆挤压机对润麦后的全燕麦颗粒进行挤压， 挤压工艺条件：螺杆转速42 Hz，喂料速率26 Hz，3 个区的温度分别设置为80-140-165 ℃。挤压后的燕麦在烘箱中40 ℃条件下12 h烘干，样品全部粉碎过30 目筛密封保存。
1.3.2 膨化率的测定
挤出物的直径和出料口的内径的比值来定义一个挤出物的膨胀率 ［17］。将样品截为5 cm长的小段，用游标卡尺在小段的中央测定产品的直径，随机选择样品测量15 次，出料口的直径为4.5 mm。
1.3.3 色泽的测定
将样品在40 ℃条件下烘48 h，粉碎过30 目筛。用WSC-S测色色差计测定样品色泽，用L*、a*、b*色度空间表示。L*值为明度指数，反映白度和亮度综合值，该值越大，表明被测物越白亮。a*和b*值为彩度指数，两者共同决定色调。a*值为正值表示偏红，负值表示偏绿，值越大表示偏向越严重。b*值为正表示偏黄，负值表示偏蓝。△E表示样品与标准白色瓷板的色差，值越大表示与标准白色瓷板差别越大。每组实验重复5 次。
1.3.4 氨基酸组成分析
氨基酸测定采用酸水解法，参照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》执行。
1.3.5 电子显微镜显微特征观察
用JSM-6701F型冷场发射扫描电子显微镜，经1 000 倍放大，观察样品表观结构。
1.3.6 吸水性指数和水溶性指数
参考Andersson等 ［5］方法测定样品的吸水性指数和水溶性指数。步骤如下：样品40 ℃烘干24 h，粉碎，过50 目筛，测水分，称干基细粉2.5 g（m 0），放入已知质量的离心管（m 1）中，加入30 mL蒸馏水，振荡，直至膨化物被完全分散。30 ℃水浴中保持30 min，间隔10 min手摇30 s。4 000 r/min离心20 min。将上清液倒入已知质量（m 2）铝盒中，105 ℃烘至恒质量（m 3），称取沉淀物和离心管的总质量（m 4）。重复2 次。
式中：m 0为样品干基质量/g；m 1为离心管恒质量/g；m 2为铝盒恒质量/g；m 3为铝盒+干物质质量/g；m 4为离心管+凝胶物质质量/g。
1.3.7 可溶性β-葡聚糖的提取及含量的测定
参考Beer等 ［18］模拟体内生理消化的方法，提取样品中的可溶性β-葡聚糖。具体步骤为：准确称取10 g样品，加入95 mL pH 6.9的磷酸盐缓冲液，37 ℃孵育15 min。加入58.5 U唾液淀粉酶继续在37 ℃条件下孵育15 min。用6 mol/L盐酸调pH值至2.0，加入700 U胃蛋白酶，37 ℃孵育30 min。再用3 mol/L氢氧化钠调pH值至6.9，加入0.625 mg胰酵素，37 ℃孵育90 min后9 000×g离心10 min，上清液即为可溶性β-葡聚糖提取液。
采用改进Meagzyme混链β-葡聚糖检测试剂盒方法对提取液中可溶性β-葡聚糖含量进行测定。每个样品至少重复测定3 次。
式中：△A为葡糖苷酶反应后的510 nm波长处的吸光度与试剂反应空白的吸光度之差；m 1为标准葡萄糖的吸光度换算成葡萄糖的质量/mg；m为样品的干质量/mg。
1.3.8 β-葡聚糖提取液黏度的测定
用Discovery HR-2流变仪测定消化后β-葡聚糖提取液的黏度。参数为：平板夹具直径40 mm，间隙（gap）设置为1 000 μm，37 ℃孵育样品90 s，剪切速率335 s -1，测定时间180 s，每隔9 s 获取1 个黏度数据，最后黏度为20 个数值的平均值。
1.3.9 可溶性β-葡聚糖提取液组分分子质量分布
用Agilent 1260 LC来测定燕麦挤压前后可溶性β-葡聚糖提取液中组分的分子质量。将1.3.7节得到的可溶性β-葡聚糖提取液稀释到质量浓度1 mg/mL，过0.22 μm NC膜。
色谱条件：线性凝胶色谱柱（7.8 mm×300 mm）；2410示差折光检测器；流动相：0.02 g/100 mL叠氮化钠水溶液；进样量：10 μL；流速：0.6 mL/min；柱温：35 ℃。
1.4 数据统计
采用SPSS 17.0软件进行数据分析，以P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著，用单因素方差分析程序进行分析。数据均以±s表示。
2.1 膨化率与色泽
燕麦挤压后，在高温和高压下，物料膨胀，颜色也会发生变化，结果见表1。燕麦挤出物的膨化率约为1.16。低于报道的鹰嘴豆、小麦和小米等挤压产物的膨化率 ［19-21］。究其原因，可能是高脂肪含量、高葡聚糖含量和相对少的淀粉含量导致燕麦挤出物膨化率偏小。
表1 挤出物的膨化率及色泽变化
Table 1 Effect of extrusion on expansion and color characteristics of productsducts
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。
样品膨化率L*a*b*ΔE未挤压燕麦86.23±0.441.49±0.0513.57±0.1030.51±0.43 a燕麦挤出物1.16±0.0376.99±0.31-1.72±0.70 22.24±0.4323.90±0.47 b
燕麦是个多组分的基质，里面富含蛋白质和糖类，在高温高压下极易发生美拉德反应，而且从颜色上可以表现出差异。由表1可知，燕麦挤出物粉末明显比未挤压燕麦粉末颜色更暗，颜色更偏绿，更偏黄。在L*、a*和b*的综合作用下，挤压后△E值显著下降（P＜0.05）。另有研究显示，经远红外热处理后，燕麦粉颜色变化呈相同趋势 ［22］。由此可见，挤压作为一种热处理方式，在改变燕麦粉颜色方面可能和远红外热处理作用机制相同。
2.2 氨基酸组成
由表2可知，总的氨基酸含量由19.14%降低到13.70%。在测定的17 种氨基酸中，除甘氨酸外，其余16 种氨基酸的含量都有降低，其中酪氨酸降低幅度最大，达到了49.33%。结合色泽变化，推测燕麦挤压过程中氨基酸参与发生了美拉德反应。
表2 燕麦挤压前后氨基酸组成变化
Table 2 Changes in amino acid composition during oat extrusion
氨基酸氨基酸含量/（g/100 g）损失率/%未挤压燕麦燕麦挤出物天冬氨酸1.691.0339.05苏氨酸0.660.4728.79丝氨酸1.030.6635.92谷氨酸4.593.0932.68甘氨酸1.031.69-64.08丙氨酸0.940.6629.79胱氨酸0.380.2826.32缬氨酸0.940.6629.79甲硫氨酸0.280.1932.14异亮氨酸0.660.4728.79亮氨酸1.410.9433.33酪氨酸0.750.3849.33苯丙氨酸0.940.5640.43组氨酸0.7 50.5625.33赖氨酸0.840.5633.33精氨酸1.310.8435.88脯氨酸0.940.6629.79合计19.1413.7028.42
2.3 电子显微镜显微分析
挤压是一个剧烈的加工过程，对挤出物会产生重要影响，尤其对其微观结构。图1为挤压处理前后燕麦磨粉后过50 目筛样品扫描电子显微镜观察图，挤压前的燕麦粉的表面更加光滑、平实、颗粒分散，而挤压后的燕麦挤出物粉末表面粗糙、富有层次感、并且存在空穴。挤出物粉末表面的这种结构有利于物料中有效成分的溶解逸出，改善有效成分的传质方式和速率，对于提高有效成分的提取效率可能有所帮助。
图1 燕麦挤压前（A）后（B）扫描电子显微镜图（×1 0000）
Fig. 1 Scanning electron micrographs of raw （A） and extruded （B） oat （×1 000）
2.4 燕麦挤压物的吸水性指数和水溶性指数
表3 挤压对产品吸水性指数和水溶性指数的影响
Table 3 Effect of extrusion on water absorption index and water solubility index of extruded oats
样品吸水性指数/%水溶性指数/%未挤压燕麦204.1±0.6 a7.91±0.02燕麦挤出物582.5±6.6 b6.83±0.17
由表3可知，挤压后燕麦的吸水性指数显著增大（P＜0.05），水溶性指数略微减小（P＞0.05）。结合图1中燕麦挤压后的表观结构，挤压后燕麦颗粒表面的空穴使其可以截留住更多的水分，增强物料持水性。
2.5 燕麦挤压物可溶性β-葡聚糖含量
据文献报道，β-葡聚糖的溶解性与分子的聚合度和β-（1→3）糖苷键含量有关 ［23］。一般而言，水溶性β-葡聚糖中的β-（1→4）糖苷键与β-（1→3）糖苷键含量之比约为2.3∶1，而非水溶性β-葡聚糖中这一比值较高。加工可以提高燕麦中可溶性β-葡聚糖的含量。如李小鹏 ［24］利用燕麦麸皮为原料进行挤压，结果显示挤压能够提高可溶性β-葡聚糖的得率。栗红瑜等 ［12］采用双螺杆挤压工艺条件：温度190 ℃、水分含量14%、螺杆转速30 Hz、进料速率72 kg/h对燕麦麸皮进行挤压，最终使燕麦麸皮中葡聚糖含量提高了48.7%。
表4 挤压对燕麦可溶性-葡聚糖含量及表观黏度的影响
Table 4 Effect of extrusion on soluble -glucan content and viscosity of oats
样品可溶性β-葡聚糖含量/%表观黏度/（mPa·s）未挤压燕麦3.16±0.00 a1.89±0.00 a燕麦挤出物5.12±0.02 b57.11±4.47 b
由表4可知，本实验中燕麦挤出物的可溶性β-葡聚糖含量显著高于未挤压燕麦（P＜0.05）。燕麦经过挤压后，测得可溶性β-葡聚糖含量提高了62.0%。
2.6 燕麦挤压物表观黏度
燕麦降血脂功能性质主要归功于其可溶性β-葡聚糖形成的高黏度溶液。而β-葡聚糖溶液的黏度受溶质浓度和分子质量大小综合影响。一般而言，浓度越大，分子质量越大，黏度越大。由表4可知，燕麦和燕麦挤出物经体外模拟消化后，燕麦挤出物模拟消化液的黏度明显大于未挤压燕麦模拟消化液的黏度（P＜0.05）。由此推测，在合适的条件下挤压处理燕麦对于燕麦降血脂功能可能有潜在的积极作用。
2.7 燕麦挤压物可溶性β-葡聚糖提取液中组分分子质量分布
表5 样品提取液中组分分子质量分布
Table 5 Average molecular weight distribution of soluble β-glucans in s in extrudate extract ract
处理0～10 3D所占比例/%10 3～10 5D所占比例/%＞10 5D所占比例/%未挤压燕麦提取液0.3098.940.76燕麦挤出物提取液64.950.0035.05
由于提取液是个复杂体系，里面包含很多组分。由表5可知，在未挤压的样品提取液中组分的分子质量集中分布在10 3～10 5D，而经过挤压后，样品提取液中组分分子质量呈现两极分化现象，在分子质量在10 3～10 5D区间没有组分存在，尤其值得注意的是分子质量在10 5D以上的组分占到了总组分的35.05%，一般而言，组分分子质量越大，质量浓度越高，溶液黏度越大，此结果与2.6节结果一致。此结果说明，挤压过程中，燕麦中有的组分发生了降解，同时也有聚合反应产生。
研究表明挤压过程中燕麦出现了轻微膨化现象，而且美拉德反应的发生导致了一些性状的改变，包括色泽的变化和氨基酸含量的下降。扫描电子显微镜分析结果显示，挤压加工能够对燕麦的微观结构产生影响，继而影响产品的持水性和有效成分的溶出。燕麦挤出物经模拟体内生理消化后，提取液中可溶性β-葡聚糖含量有显著增加，内容物分子质量呈现两极分化现象，表观黏度增大。由此推测，双螺杆挤压是一种有潜力提高全燕麦品质的加工技术。
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Analysis of Physicochemical Properties of Twin-Screw Extruded Oats of the Cultivar ‘Baiyan No. 2’
SHU Heng
1，2， JIANG Xu
1，2， WANG Xinkang
2， LI Huihui
2， YUAN Juanli
1，3， CHEN Hongbing
1，4， GAO Jinyan
2，*
（1. State Key Laboratory of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330047， China； 2. School of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang 330031， China； 3. School of Pharmaceutical Science， Nanchang University，Nanchang 330006， China； 4. Sino-German Joint Research Institute， Nanchang University， Nanchang 330047， China）
Abstract：This study investigated the changes in physicochemical properties of ‘Baiyan No. 2’ oats after twin-screw extrusion. It was shown that when the extrusion conditions were set as feed moisture content 22%， temperature 160 ℃，and screw speed 42 Hz with a fixed feeding rate of 26 Hz， the expansion ratio of oat extrudate was 1.16. Maillard reaction occurred during extrusion， resulting in changes in color and amino acid content. L*， a* and ΔE decreased， while b* increased. Total amino acid content decreased by 5.44%. Compared to the original material， oat extrudate had a layered rough surface. Water absorption index increased by 378.4%， water solubility index decreased by 1.08%， soluble betaglucan content increased by 62.0%， apparent viscosity of the extract of in vitro digested oat extrudate increased， and both polymerization and depolymerization reaction occurred during extrusion. Conclusively， twin-screw extrusion is a kind of processing technique that has the potential to improve wholegrain oat quality.
Key words：‘Baiyan No. 2’ oat； twin-screw extrusion； β-glucan； physicochemical properties
DOI：10.7506/spkx1002-6630-201615014
中图分类号：TS210.1
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2016）15-0083-05
收稿日期：2015-10-08
基金项目：科技部国际科技合作专项（2013DFG31380）；江西省对外科技合作计划项目（20121BDH80019）；江西省科技计划项目（20132BBG70101）
作者简介：舒恒（1991—），男，硕士研究生，研究方向为食品科学与工程。E-mail：1031851249@qq.com
*通信作者：高金燕（1967—），女，教授，硕士，研究方向为食品营养与安全。E-mail：gaojy2013@ncu.edu.cn
引文格式：