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衡静,厉成菲,王汝华.红托竹荪挤压大米的工艺优化、消化性和抗氧化活性研究[J].农产品加工,2026,(02):16-21.

基金项目

天津市高等学校大学生创新创业训练计划项目（202410057259）

摘   要

利用挤压技术开发一种富含红托竹荪菌托粉的新型大米产品，以提升碎米的营养价值和功能性特征。通过响应面法优化了水分含量、挤压温度和红托竹荪菌托粉添加量三个因素对挤压大米综合评分的影响，并对其微观结构、淀粉水解率及抗氧化活性进行了分析。结果显示，最佳加工参数为水分含量32.97%、挤压温度104.26℃、红托竹荪菌托粉添加量3.19%，对应的综合评分为68.70。与普通大米相比，添加红托竹荪的挤压大米表现出更高的抗氧化活性和较低的快速消化淀粉（RDS）含量，同时增加了抗性淀粉（RS）含量。研究表明，通过挤压技术结合红托竹荪成分可以有效提升碎米的营养功能，为功能性食品的开发提供了新的途径。

关 键 词

红托竹荪; 挤压技术; 抗氧化活性;

淀粉水解率; 功能性食品

正   文

竹荪（Dictyophora spp.）作为一种食用真菌，在中国西南地区被广泛应用，并被视为功能性营养食品的重要成分。近年来，由于其营养价值和药用价值，竹荪受到了越来越多的关注。竹荪的子实体具有多种功能活性，包括增强免疫力、抗脂褐素、镇静精神、抗肿瘤、抗氧化和抗菌[1-4]。然而，竹荪菌托作为竹荪加工过程中的副产物通常被废弃，具有一定的环境危害，可以通过挤压等适当加工方法以开发新利用。与此同时，在大米加工过程中，大量碎米难以得到充分利用[5]。因此，有必要开发以碎米为原料、富含竹荪的适宜大米产品。

挤压技术是谷物加工中广泛应用的一种方法，能够显著改变谷物淀粉的结构和糊化程度，从而提升其消化性[5,6]。在众多挤压产品中，挤压大米因其良好的加工特性和营养价值而受到广泛关注。研究表明，添加某些天然物质可以进一步增强挤压大米的营养功能。例如，Zheng等人[7]通过将葡萄籽原花青素与碎米粉共同挤压，成功制备了富含抗氧化成分的挤压葡萄籽原花青素米，这种新型食品不仅具有潜在的健康益处，还显示出作为降糖主食的应用前景。Wang等人[8]的研究表明，通过挤压加工将碎米与紫色甘薯结合制成的新型大米产品，不仅改善了其结构性能，还降低了消化率，从而显著提升了碎米在食品工业中的潜在应用价值。基于上述研究结果，可以合理预期，通过挤压技术开发包含竹荪成分的膨胀米产品，不仅可以促进竹荪和碎米的有效利用，还能显著提高挤压米的整体营养价值。竹荪作为一种高营养价值的食用菌，其多糖和其他生物活性成分有望赋予挤压米更丰富的功能性特征，进一步拓展其在功能性食品领域的应用潜力。

本研究以碎米和红托竹荪菌托为主要原料制备挤压米。同时，采用响应面法优化了竹荪挤压米的工艺参数。此外，还对挤压米的微观结构、淀粉水解率和抗氧化活性与未破碎的正常大米进行了比较。

1   材料与方法

1.1   材料与仪器

1.1.1 实验材料

红托竹荪（Dictyophora rubrovolvata）由贵州盘正农业有限公司提供，菌托干燥粉碎过80目筛后在4℃冰箱保存备用；普通大米和碎米为同一品种，来自天津市宝坻区尔王庄米业合作社；醋酸、醋酸钠、三氯乙酸等分析纯试剂购自上海麦克林生化科技股份有限公司；葡萄糖淀粉酶（10万U/g）和α-淀粉酶（4万U/g）购自北京索莱宝科技有限公司。

1.1.2 试验仪器

CP214型电子天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司；Avanti JXN-26型高速落地式离心机，美国贝克曼库尔特有限公司；300-A型双螺杆挤压机，山东盛润机械有限公司；JXFSTPRP-192CL型高速冷冻研磨均质仪，上海净信实业发展有限公司；TA-XT Plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司。

1.2   试验方法

1.2.1 挤压大米的制备

将含有红托竹荪菌托干燥粉和米粉的混合原料通过双螺杆挤压机进行挤压。螺杆转速和进料速度分别设定为110转/分钟和95转/分钟。挤压完成后，样品立即在60℃下干燥4小时，然后在4℃下保存备用。

1.2.2 响应面优化设计

以Design-Expert 13统计分析软件中的Box-Benhnken Design的中心组和实验设计原理，在单因素试验的基础上，选取了A水分含量（%）、B挤压温度（℃）和C红托竹荪菌托粉添加量（%）这三个因素进行优化试验。同时，根据单因素试验结果确定了每个因素的三个水平，具体的响应面实验设计见表1。综合评分（响应值）根据感官和质地测试值得出。响应值=感官评分（50%）+质地评分（50%）。感官评分根据感官评价得出，质地评分=硬度（25%）+弹性（25%）+粘聚性（25%）+咀嚼性（25%）。

响应面试验因素与水平见表1。

1.2.3 感官评价

感官鉴评小组由10位通过培训熟悉试验程序的评审员组成。根据他们以往在感官评价方面的经验，使用了两种不同的挤压米配方进行感官测试。样品随机编号，由评审员独立客观地进行评价。每次评价每份样品之间都有一定的时间间隔。评价前用清水漱口，评审员之间不交流。对添加和未添加竹荪的两种挤压米的感官参数平均分进行比较和计算。评价方法根据GB/T15682-2008[9]并稍作修改，评价内容包括：气味（香气和异味）20分，外观结构（颜色、光泽和完整性）20分，适口性（粘性、软硬度和弹性）30分，滋味（纯正性和持久性）25分，冷饭质地（成团性、粘弹性和硬度）5分，总分最高100分。

1.2.4 质构分析

质构仪参数设置参考Rewthong等人^[10]的方法并稍作调整，探头型号选择P/36R。每份大米（普通大米、挤压大米和竹荪挤压大米）加1.2份水后在电饭煲中蒸煮10min，选取5粒蒸煮后的大米均匀地放置在测试台上。预测试速度、测试速度和后测试速度分别设置为5 mm/s、0.5 mm/s和5 mm/s，施加5×g的触发力和75%的目标形变量，校准高度为30 mm，循环测试5次，循环间隔时间3s。使用 Exponent 4.0 软件自动计算包括硬度、弹性、粘聚性和咀嚼性在内的TPA指标。随机选取六个样本进行测试，去除最大值和最小值后取平均值。

1.2.5 消化特性测试

根据Ye等人^[11]的方法适当修改后检测了挤压大米的消化特性。分别精确称取0.2 g普通大米、挤压大米和竹荪挤压大米样品粉末放入离心管中，加入5 mL pH5.2乙酸钠缓冲液后煮沸10min，之后在37℃水浴中冷却。将4 mL葡萄糖淀粉酶（20 U/mL）和16 mL α-淀粉酶（6.4 20 U/mL））混合37℃水浴5min后加入样品离心管中，在160 r/min，37℃恒温振荡水浴中保持。分别在 0min、10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min和180 min时吸取1 mL反应液，加入4 mL三氯乙酸终止反应，然后在5800×g下离心5min。取上清液，用DNS法测定还原糖含量，计算不同样品的水解率。根据Hagenimana 等人^[12]计算快速消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的含量。计算公式如下：

1.2.6 抗氧化活性测定

样品溶液的提取根据Kim等人^[13]的方法进行了改良。首先，分别精确称取1g普通大米、挤压大米和竹荪挤压大米样品，经干燥、粉碎并通过100目筛网后，加入20 mL 80%甲醇（v/v）。使用涡旋混合器进行均匀化处理，在160 r/min，37℃恒温振荡水浴中保持2 h。随后，4000/min离心10min，收集上清液，储存于4℃备用。

根据Donlao等人^[14]报道的方法稍作修改测定DPPH清除能力。将2 mL样品溶液与2 mL 0.1 mmol/L DPPH工作溶液（A_i）混合后在黑暗中反应30 min。使用酶标仪测定517 nm处的吸光度。另外，用同样的方法测定2 mL样品溶液加入2 mL无水甲醇（A_j）和2 mL无水甲醇和2 mL DPPH工作液（A₀）的吸光度值。清除率计算如下：

对ABTS⁺清除能力的检测根据Fang等人^[15]的方法进行了调整。首先制备ABTS⁺二铵盐溶液（7 mmol/L）和过硫酸钾溶液（2.4 mM/L）。将两种溶液按1:1混合，在暗处反应12 h。待自由基产生后，用无水甲醇稀释，在760 nm处测得吸光度值为0.68±0.02。在0.5 mL样品溶液中加入4 mL ABTS⁺反应6 min后测得吸光度值为A_i，0.5 mL提取液与4mL无水甲醇反应后的吸光度为A_j，0.5 mL无水甲醇与4 mL ABTS⁺反应后的吸光度为A₀。清除率计算如下：

对羟基自由基清除率的测定参照Smirnoff 等人^[16]的方法，稍加改进。在1mL提取液中依次加入1 mL Fe（Ⅱ）硫酸盐溶液（4.5 mmol/L）、1.5 mL水杨酸溶液（2 mmol/L）和2 mL H₂O₂溶液（1.2 mmol/L），在37℃水浴保持30 min，冷却后在562 nm处测量吸光度值A_i。以去离子水代替样品为空白样品测量吸光度值A₀，以去离子水代替水杨酸为对照样品测量吸光度值A_j。清除率计算如下：

1.3   数据处理

采用Origin2021和Design-Expert V8.0.6软件进行作图和响应面设计，每个数据测量3次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

如图1，单因素试验结果表明：水分含量为30%、挤压温度为100℃、红托竹荪菌托粉添加量为4%时挤压大米的综合评分最高。

2.2 响应面优化试验

基于单因素试验，在Box-Behnken设计原则下，以水分含量（A）、挤压温度（B）和竹荪添加量（C）为影响因素，挤压大米综合评分（Y）作为指标，方案与结果如表2所示。

软件预测二元多次回归方程为：Y= -1416.97 + 4.38A + 26.36B + 48.57C - 0.05AB - 0.26AC - 0.22BC - 0.11A² - 0.13B² - 3.12C²。其中Y为综合评分；A为竹荪添加量（%）；B为挤压温度（℃）；C为竹荪菌托粉含量（%）。各模型的方差分析结果见表 3。

对试验因素范围的分析表明，综合评分的P值排序为：C > B > A。在该模型中，R²和调整后R2adj分别为0.9973和0.9938，数值较高。调整后R2adj＞99%，可用于评估模型的适用性。通过方差分析，该模型的P值＜0.01，表明该模型具有显著性。根据响应面图（图2），可以直接获得各因素对综合评分的影响以及因素之间的相互作用。此外，预测模型表明，挤压大米的最佳加工参数为：水分含量32.97%、挤压温度104.26℃、竹荪菌托粉含量3.19%，综合预测得分为68.70。

实际上，优化后的参数为水分含量33%，挤压温度104℃和竹荪菌托粉含量3.2%。综合得分是68.85±1.63，与预测值接近。该模型也被证明可用于红托竹荪挤压大米的加工优化。

含水量和挤压温度、含水量和红托竹荪菌托粉添加量、挤压温度和红托竹荪菌托粉添加量交互作 用影响红托竹荪挤压大米综合评分的3D图见图 2。

2.3 消化性能分析

不同样品中淀粉的水解率见图 3。

结果表明，不同样品的水解率随消化时间的增加而增加。总体而言，各产品之间存在一些差异。首先，在0-20min内，三个样品的消化率相对较高。随后，在20min后消化速度变慢。特别是，挤压样品的消化率高于普通大米。添加了红托竹荪粉的挤压大米的消化速度比空白挤压大米慢，这是由于红托竹荪粉的加入增加了混合体系中蛋白质的比例，蛋白质与脂质与淀粉的结合更紧密，从而降低了淀粉的水解和淀粉的消化率[17]。此外，红托竹荪富含多糖、多酚等活性物质，这些物质可以与淀粉分子结合，从而影响其水解和淀粉的消化率[18]。通常，可快速水解为葡萄糖以提供能量的直链淀粉（RDS）能够迅速被分解。而支链淀粉（SDS）在小肠中的分解则是一个缓慢且持续的过程，对血糖水平的影响较小[19]。抗性淀粉（RS）被认为是膳食纤维的成分之一，也被认为有益健康[20]。

不同样品中RDS、SDS和RS的质量分数见表 4。

由表4可知，挤压后RDS和SDS的质量分数增 加，但RS值降低。这可能是由于挤压过程中淀粉的 糊化程度增加，这有利于消化并加速水解。然而，添加了红托竹荪菌托粉的挤压大米中 RDS的质量分数降低， RS的质量分数增加。因此，添加红托竹荪菌托粉可能会改变淀粉的比例，这有利于健康饮食。类似的研究表明，在膨化零食中添加食用菌粉可降低淀粉的消化率[21] 。

2.4 抗氧化能力分析

不同样品DPPH、ABTS⁺和OH^-自由基清除活性见图4。

如图4所示，空白样品经挤压处理后，DPPH^-、ABTS⁺和OH^-清除能力显著下降。类似的研究表明，挤压处理降低了精米的抗氧化活性^[22]。特别是添加红托竹荪粉后，抗氧化活性相对较高。相关报道显示，红托竹荪含有大量具有良好抗氧化活性的酚酸^[23]和多糖^[24]，这使其具有很强的抗氧化能力，从而使添加红托竹荪的挤压大米具有更好的抗氧化能力。

3 结论

试验成功开发了一款富含红托竹荪菌托粉的挤压大米产品，通过响应面法优化得到了最佳加工参数为含水量 32.97%，挤压温度 104.26 ℃，红托竹荪 菌托粉添加量 3.19%，该条件下挤压大米的综合评分 达到了 68.70 分。结果表明，添加红托竹荪菌托粉显 著提升了挤压大米的抗氧化能力，降低了其快速消 化淀粉（RDS）质量分数，增加了抗性淀粉 （RS） 质量分数，有助于改善其健康功效。 尽管挤压处理 会降低大米的抗氧化活性，加入红托竹荪菌托粉后， 这种负面影响得到了有效缓解。这主要归因于红托竹荪中丰富的酚酸和多糖成分，赋予了挤压大米更强的抗氧化能力。此外，红托竹荪中的生物活性物 质与淀粉分子之间的相互作用也影响了淀粉的水解过程，进一步减缓了淀粉的消化速度。综上所述，试验为解决竹荪加工副产物的浪费问题提供了一条可行路径，同时也展示了如何通过挤压技术将这些副产物转化为具有高附加值的功能性食品原料。未来，可进一步探索不同种类食用菌及其副产物在功能性食品开发中的潜力，以期为食品工业提供更多创新思路和技术支持。

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