蓝莓渣复合籼米膨化工艺优化及抗氧化活性研究

张新振 杨 涛 蒋依婷 琚飞龙 高 洋 孙 玥 李雪玲 梁 进

大米加工过程中通常会产生许多碎米，其营养成分和整米相近，但价格相对低廉，因此可对碎米开展增值化利用[1]。蓝莓可以鲜食，也可加工成果汁或果酒,蓝莓加工后的余渣中仍富含酚类等活性物质[2-4]。焦妍津[5]研究发现，蓝莓果渣中的花青素和黄酮醇含量分别为2.551，1.677 mg/g，且均高于蓝莓鲜果中的。目前，有关蓝莓果渣类食品有蓝莓渣发酵产品[6]、蓝莓渣膳食纤维蛋糕[7]、蓝莓渣曲奇饼干[8]、蓝莓果渣挂面[9]、蓝莓果渣混合果酱[10]等。然而，以蓝莓果渣复合籼米粉为原料制备膨化米果类休闲食品的相关研究尚未见报道。 研究拟对蓝莓渣复合籼米的膨化工艺进行优化，并探究蓝莓渣籼米果对DPPH自由基和ABTS自由基的清除率，旨在为膨化型蓝莓渣籼米果类休闲食品的产业化开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

籼米粉：安徽省皖瑶湖食品有限公司；

蓝莓果渣：安徽独秀山蓝莓科技有限公司；

2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)：纯度>98%，阿拉丁试剂(上海)有限公司；

其他试剂：国产分析纯；

水分测定仪：HE83/02型，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司；

高速多功能粉碎机：SS-1022型，永康市铂欧五金制品有限公司；

双螺杆实验机：DSE32-1型，济南盛润膨化机械有限公司；

电热鼓风干燥箱：GZX-9146MBE型，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；

电子天平：JM-A1002型，诸暨市超则衡器设备有限公司；

台式低速离心机：TD4A型，长沙英泰仪器有限公司；

数显恒温水浴锅：HH-2型，金坛市杰瑞尔电器有限公司；

紫外可见分光光度计：UV9000型，上海元析有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 单因素试验

(1) 物料水分含量：设定挤压膨化温度(挤压机一区、二区、三区与四区温度)为50-80-120-140 ℃,螺杆转速120 r/min，考察物料水分含量(12%，14%，16%，18%，20%)对蓝莓渣籼米果综合得分的影响。

(2) 膨化温度：设定物料水分含量16%，螺杆转速120 r/min，考察挤压膨化温度(50-80-100-120，50-80-110-130，50-80-120-140，50-80-130-150，50-80-140-160 ℃)对蓝莓渣籼米果综合得分的影响。

(3) 螺杆转速：设定挤压膨化温度50-80-120-140 ℃，物料水分含量16%，考察螺杆转速(120,140,160,180,200 r/min)对蓝莓渣籼米果综合得分的影响。

1.2.2 正交试验 在单因素试验基础上，以物料水分含量、挤压膨化温度和螺杆转速为影响因素，以蓝莓渣籼米果综合得分为响应值，采用三因素三水平的正交试验优化蓝莓渣籼米果的膨化工艺。

1.2.3 膨化度测定 采用径向膨化度[11]，按式(1)进行计算。

(1)

式中：

D——径向膨化度；

d——10个随机样品横截面直径的平均值，mm；

d0——模具口直径，取4.2 mm。

1.2.4 花色苷含量测定 参照胡秋丽等[12]的方法提取蓝莓渣花色苷，参照于泽源等[13]的方法测定花色苷含量，并按式(2)和式(3)进行计算。花色苷含量表示为每克样品中含有矢车菊-3-葡萄糖苷(C3G)的质量(mg C3G/g)。

A=(A520 nm，pH 1.0-A700 nm，pH 1.0)-(A520 nm，pH 4.5-A700 nm，pH 4.5)，

(2)

(3)

式中：

c——样品中花色苷含量，mg C3G/g；

A——样品液的吸光值；

A520 nm、A700 nm——样品液在520，700 nm处的吸光值；

DF——稀释倍数；

Mw——矢车菊素-3-葡萄糖苷的相对分子质量，449.2；

Ma——矢车菊素-3-葡萄糖苷的消光系数，26 900 L/(mol·cm)；

L——比色皿光程，1 cm；

m——样品质量，g。

花色苷含量评分采用线性插值法[14]，按式(4)进行换算。

(4)

式中：

SH——花色苷含量得分；

Ymax——花色苷含量最大值，mg C3G/g；

Y——花色苷含量值，mg C3G/g；

Ymin——花色苷含量最小值，mg C3G/g。

1.2.5 感官评分 根据GB 17401—2014并稍加修改。由10名食品专业的人员组成评价员，按表1进行感官评分。

1.2.6 综合评分 分别以膨化度(F1)、花色苷含量(F2)、感官评分(F3)为评价指标，并对各指标赋予不同的权重系数，按式(5)进行多指标综合评分(F)[15]。

F=0.3F1+0.3F2+0.4F3。

(5)

1.2.7 体外抗氧化分析

(1) 样品液制备：根据Qiu等[16]的方法并稍加调整。用粉碎机将膨化籼米果以及膨化蓝莓渣籼米果粉碎，取2 g 样品粉加入体积分数为80%的甲醇溶液40 mL提取2次，200 r/min、37 ℃水浴振荡1 h，4 000 r/min离心5 min，合并上清液于冰箱待用。

(2) 总黄酮含量测定：根据Wu等[17]的方法稍加修改，取2 mL样品和0.5 mL质量分数为5%的亚硝酸钠溶液，混匀，静置6 min，加入0.5 mL质量分数为10%的硝酸铝溶液，混匀，静置6 min，加入2 mL质量分数为4%的氢氧化钠溶液，混匀，静置15 min。测定510 nm处混合溶液的吸光度。以芦丁作为标准溶液绘制校准曲线(0.2～1.0 μg/mL，R2=0.997 7)。

表1 蓝莓渣籼米果评分标准Table 1 Scoring standard of blueberry residue indica rice fruit

(3) DPPH自由基清除率测定：根据文献[18-19]并修改。用无水甲醇将DPPH配置成 0.06 mmol/L的溶液，取1 mL提取液与4 mL DPPH溶液混合，避光反应30 min。使用无水甲醇作为空白，测定517 nm处吸光度值，并按式(6)计算DPPH自由基清除率。

(6)

式中：

R——自由基清除率，%；

A0——空白组吸光度值；

A1——对照组吸光度值；

A2——样品组吸光度值。

(4) ABTS自由基清除率测定：根据文献[20-21]并修改。将5 mL 7.4 mmol/L ABTS溶液与5 mL 2.6 mmol/L 过硫酸钾溶液混匀，避光静置15 h。用无水甲醇将混合液稀释至吸光度值为0.70±0.02。避光条件下，吸取0.2 mL样品溶液，加入4 mL ABTS混合液，反应6 min，测定734 nm处吸光度值，并按式(6)计算ABTS自由基清除率。

1.3 数据处理

使用Office软件计算花色苷浓度和综合得分，SPSS 26.0软件处理正交试验数据，Origin 2019软件制图。

2 结果与分析

2.1 混合原料粉比例的确定

在物料水分含量为16%，挤压膨化温度为50—80—120—140 ℃，螺杆转速为160 r/min的条件下，将不同复配比的蓝莓渣粉和籼米粉进行膨化加工。当蓝莓渣粉添加量为12%时，膨化米果中花色苷含量较高为0.167 5 mg C3G/g，膨化度适中，有蓝莓的酸甜味，蓝莓和米粉的味道均可被尝出，同时色泽较好。因此，确定混合原料粉的适宜配比为m蓝莓渣粉∶m籼米粉为12∶88。

2.2 单因素试验

2.2.1 物料水分含量对蓝莓渣籼米果品质的影响 由图1 可知，蓝莓渣籼米果的膨化度随物料水分含量的增加先增大后减小，可能是由于物料水分含量太少，水分汽化程度较低，机筒内外压差不明显，导致膨胀度减小，与文献[22]的趋势一致。蓝莓渣籼米果的花色苷含量随物料水分含量的升高而增加，可能是由于随着物料水分含量的升高，物料中的水分吸收机腔内大量的汽化潜热，导致物料的升温速率下降，从而使得花色苷的损失减少[23]。蓝莓渣籼米果的感官评分随物料水分含量的升高先升高后降低，可能是由于物料水分含量较低时，挤压过程中易出现模口堵塞现象，致使膨化产品严重焦化；而物料水分含量较高时，膨化产品的含水量会随之增加，致使产品成型和口感变差[24]。

2.2.2 挤压膨化温度对蓝莓渣籼米果品质的影响 由图2 可知，蓝莓渣籼米果的膨化度随挤压膨化温度的升高先增大后减小，可能是由于温度的升高，水分子的热运动随之加快，淀粉逐渐发生降解且糊化的程度也逐渐增大，从而使得膨化度提高；而温度较高会导致产品中的气泡过早破裂，膨化度降低[25]。蓝莓渣籼米果的花色苷含量随挤压膨化温度的升高而降低，可能是由于花色苷是一种热敏性活性物质，不耐热，温度升高会使花色苷分解[26]。蓝莓渣籼米果的感官评分随挤压膨化温度的升高先升高后降低，可能是由于温度较低时，淀粉糊化度较低，导致膨化产品的感官较差；而温度较高时，膨化产品会过度焦糊化，致使产品口感变差，感官评分降低[5]。

图1 物料水分含量对综合得分的影响Figure 1 Effects of moisture content of material on comprehensive score

2.2.3 螺杆转速对蓝莓渣籼米果品质的影响 由图3可知，蓝莓渣籼米果的膨化度和感官评分均随螺杆转速的升高先升高后降低，可能是由于螺杆转速较低时，物料所受剪切力小，不利于产品膨化，导致感官较差；随着螺杆转速的升高，物料受到的剪切力随之升高，淀粉分子间氢键被破坏，从而增加了分子的结构空间，有利于水分子的均匀渗入并发生溶胀，膨化度提高；而过高的螺杆转速会使物料在机筒内的停留时间缩短，使得物料吸收热量不足，水分不能充分汽化，淀粉糊化度程度较低，从而导致了膨化度和感官评分的降低[27-28]。蓝莓渣籼米果的花色苷含量随螺杆转速的升高先升高后降低再升高，当螺杆转速为140 r/min时，产品花色苷含量最高，可能是由于螺杆转速较低时，机筒内物料吸热不充分，升温速度慢，导致花色苷含量升高；当螺杆转速>140 r/min时，物料在机筒内的停留时间缩短，但物料所受剪切力随之增大，温度随之上升，导致花色苷含量减少；当螺杆转速为200 r/min时，虽然物料所受剪切力增大，但物料在机筒内的停留时间过短，温度还未上升，因此花色苷含量上升。

2.3 正交试验

在单因素试验基础上，以物料水分含量、挤压膨化温度和螺杆转速为因素，以综合得分为响应值，采用三因素三水平正交试验优化蓝莓渣籼米果的膨化工艺。正交试验因素水平见表2，正交试验设计及结果见表3。

由表3可知，影响蓝莓渣籼米果品质的因素主次顺序为B>A>C，蓝莓渣籼米果的最优工艺组合为A2B1C2，即物料水分含量为16%，挤压膨化温度为50-80-110-130 ℃，螺杆转速为160 r/min。由表4可知，物料水分含量以及挤压膨化温度对蓝莓渣籼米果品质的影响显著(P<0.05)。

进一步对最优配方进行验证实验，即在物料水分含量为16%，挤压膨化温度为50-80-110-130 ℃，螺杆转速为160 r/min时重复实验3次，所得蓝莓渣籼米果的综合平均得分为62.23，色泽呈紫色且口感酥脆。由独立样本检验表(表5)可知，F=9.750，显著性P为0.035<0.05，所以不假定等方差；而Sig.(双尾)为0.841>0.05，故两组数据无显著性差异，说明在正交试验的最优条件下制得的蓝莓渣籼米果品质最好。

表3 正交试验设计及结果Table 3 Orthogonal experimental design and results

表4 正交试验方差分析表†Table 4 Variance analyses of orthogonal test

2.4 体外抗氧化活性

2.4.1 总黄酮含量 由图4可知，膨化籼米果的总黄酮含量相对于膨化蓝莓渣籼米果的较低，可能是因为在挤压重组的高温高压过程中其黄酮类物质遭到破坏导致的结果。而样品的总黄酮含量显著上升，可能是因为样品中加入的蓝莓渣粉中含有一定量的黄酮类物质[29]。

2.4.2 DPPH自由基清除率 由图5可知，膨化籼米果对DPPH自由基具有一定的清除能力，可能是由于籼米粉在挤压加工过程中发生了美拉德反应，而美拉德反应产物具有一定的抗氧化能力[30]。与膨化籼米果相比，经优化后的膨化蓝莓渣籼米果对DPPH自由基的清除能力显著提高，可能是因为蓝莓渣粉中含有花色苷，而花色苷具有较强的抗氧化能力[31]。

表5 独立样本检验表Table 5 Testing table of independent samples

图4 膨化籼米果和膨化蓝莓渣籼米果的总黄酮含量Figure 4 Contents of total flavonoids in puffed indica rice fruit and puffed blueberry residue indica rice fruit

图5 膨化籼米果和膨化蓝莓渣籼米果对DPPH自由基清除率的影响Figure 5 Effects of puffed indica rice fruit and puffed blueberry residue on DPPH free radical clearance

2.4.3 ABTS自由基清除率 由图6可知，膨化籼米果对ABTS自由基具有一定的清除能力，可能是由于籼米粉中含有维生素E及维生素B等抗氧化物质[32]，且籼米粉在挤压加工过程中可能发生了美拉德反应。与膨化籼米果相比，经优化后的膨化蓝莓渣籼米果对ABTS自由基的清除能力显著提高，可能是加入的蓝莓渣粉中含有花色苷和黄酮醇[33]等抗氧化物质。

图6 膨化籼米果和膨化蓝莓渣籼米果对ABTS自由基清除率的影响Figure 6 Effects of puffed indica rice fruit and puffed blueberry residue on ABTS radical clearance

3 结论

蓝莓渣复合籼米的最佳膨化工艺为蓝莓渣粉添加量12%，物料水分含量16%，挤压膨化四区温度50-80-110-130 ℃，螺杆转速160 r/min。相对于膨化籼米果，蓝莓渣籼米果对DPPH自由基和ABTS自由基的清除率分别提高了60.19%，73.67%，具有良好的抗氧化特性。后续可通过一些技术手段对蓝莓渣籼米果的抗氧化机理进行研究。