利用虫草素糙米植被复合米的新方法

    作者；张毅

  稻谷经砻谷机脱壳后成为糙米，糙米再经过加工碾去皮层和胚，留下的胚乳即为大米，也称精白米。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，人们对大米的色、香、味及口感等方面的要求越来越高，由此而来大米的加工精度也越来越高，大米的微量元素保留率、各种营养成分（除淀粉外）也呈大幅度降低趋势。大米中微量元素的含量并不丰富，见表1。

值要比精白米高，特别是膳食纤维、矿物质微量元素和维生素含量明显高于精制大米。但由于糙米皮层含有大量纤维素，作为主食直接食用不利于人体正常的消化吸收，另外糙米的吸水性和膨胀性较差，用糙米煮饭，时间长、出饭率低，且颜色深、口感差。

    北虫草，又称北冬虫夏草、蛹虫草，其营养和药用价值可与冬虫夏草媲美，其主要功效成分虫草素的含量甚至远远超过了野生冬虫夏草。虫草素即3’一脱氧腺嘌呤核苷，是一种核苷类抗生素。虫草素具有抗癌，抗菌，消炎，抗病毒，调节人体内分泌和增强人体免疫功能，具有良好的临床应用前景。研究表明虫草素有抗菌抗病毒、抗肿瘤，增强免疫力，调节代谢和预防心血管疾病等作用。

    由于天然冬虫夏草资源的短缺与消费者对相关虫草资源的旺盛需求，促进了以大米为培养基的人工栽培北虫草生产规模的大幅增长。据不完全统计，2013年北虫草日均产量为11.85 t。而以大米或碎大米为原料的北虫草子实体被采收后，残留了大量的废弃培养基。研究表明（表2），北虫草培养基中虫草素的含量与子实体相近甚至更高。虫草培养基中蛋白质的淀粉含量较高，蛋白质达16.5 g/100 g，氨基酸含量为11.7%，故虫草培养基有较高的利用价值。

    虫草复合米是通过将虫草培养基和糙米粉碎、配比、制粒、烘干等一系列工序精制而成的新型主食。虫草复合米食用方便，口感细腻，营养全面，易消化吸收；虫草复合米不易产生“回生”现象，便于长期存储。

1  材料与方法

1.1材料和试剂

    糙米，购于武商量贩超市（品牌：燕之坊）；虫草培养基由湖北省农科院农产品加工与核农技术研究所提供。

    淀粉酶：河南豫中生物有限公司。

    五水合硫酸铜、硫酸钾、碘化钾、氢氧化钠、五水合硫代硫酸钠、甲基红、无水乙醚、95%乙醇、硫酸、盐酸、硼酸、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂等均为分析纯：国药集团；乙腈（色谱纯）：德国Merck公司。

1.2试验仪器与设备

    FW100高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；RVA super4快速黏度分析仪：瑞典波通；Q-10型差示扫描量热仪：美国TA公司；DS32Ⅱ双螺杆挤压膨化机：济南赛信机械有限公司；TG16-WS台式高速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；SB-5200 DTN超声波清洗机：宁波新芝生物科技股份有限公司；Aailent 1260高效液相色谱仪。

1.3虫草复合米的加工工艺

    复合米加工技术是人造米加工技术的改进和延伸，人造米加工技术最先由美国的Cox J和Cox D在20世纪80年代后期研究开发而成[9] 。加工工艺为：

    原料->粉碎->混合调质->制粒->冷却->微波烘干

->振动冷却->分级->包装

    虫草培养基和糙米分别粉碎后，按照一定比例加入搅拌器，添加适量水分，在搅拌机内充分混合调质，然后送入双螺杆挤压机。在挤压机内，物料受到高强度的剪切、挤压和高温成熔融状态，淀粉限制性糊化，然后在高压下从机头模孔处挤出，被旋切刀切成米粒形状。

    米粒在风机的作用下，冷却、分散、输送进入凉米器进行冷却，冷却一段时间后，送人微波烘干机进行烘干，达到安全水分后，再次冷却、分级和包装。

1.4虫草复合米制备单因素试验

1．4.1虫草培养基的含量

    虫草培养基的含量关系到虫草素的含量，通过预试验得知通过双螺杆挤压过程后虫草素的含量损失极少，可以忽略影响，但考虑到虫草培养基的添加量对复合米的糊化度影响，故以复合米的糊化度作为目标值对虫草培养基的添加量进行选择。拟定原料水分为40%，套筒温度为80℃，螺杆转速为250 r/min，考察不同的虫草培养基含量对复合米的影响。

1.4.2原料水分

    以复合米的糊化度作为目标值对原料水分进行选择。选取虫草培养基含量为30%，预定套筒温度为80℃，螺杆转速为250r/min，考察不同的水分含量对复合米的影响。

1.4.3套筒温度

    双螺杆挤压机主要分三区，第1区为喂料区，第Ⅱ区为挤压区，第Ⅲ区为熟化区，试验第1区喂料区选择80 0C，第Ⅲ区熟化区为70 0C，主要考虑第Ⅱ区挤压区不同温度对虫草复合米的成型影响。挤压室温度越高，糊化度越高。反之，糊化度越低。为保证复合米具有良好的蒸煮性能和感官品质，工艺对原料进行限制性糊化。

    拟定虫草培养基含量为30%，原料水分为45%,螺杆转速为250 r/min，考察不同的套筒温度对复合米的影响。

1.4.4螺杆转速

    螺杆转速也影响糊化度，转速越大，物料在机内停留的时间越短，糊化度越低。以复合米的糊化度作为目标值对螺杆转速进行选择。选取虫草培养基含量为30%，原料水分为45%，套筒温度为100℃，考察不同的螺杆转速对复合米的影响。

1.5虫草复合米制备正交试验

    以单因素试验为基础，选取虫草培养基含量、原料水分、螺杆转速和套筒温度为因素，以糊化度为指标，进行了正交试验。

1.6虫草复合米的营养成分测定及分析

1.6.1虫草素的测定

    对核苷物质的检测方法，主要分为光谱法和色谱法两类，色谱法主要包括有薄层色谱扫描法( TLCS)、毛细管电泳法、高效液相色谱法( HPLC)和紫外光分光光度法等，而目前较多的用于测定虫草素的方法是HPLC法。虫草素的测定依照NYT 2116-2012“虫草制品中虫草素和腺苷的测定高效液相色谱法”。

1.6.2基础营养成分

    蛋白质的测定，GB 5009.5-2010“食品安全国家标准食品中蛋白质的测定”；脂肪的测定，GB/T5512-2008“粮油检验粮食中粗脂肪含量测定”；淀粉含量的测定，GB/T 5009.9-2008“粮油检验粮食、油料中淀粉含量测定”；水分含量的测定，GB 5497-1985“粮食、油料检验水分测定法”。

1.7 RVA测定

    用快速黏度分析仪测定淀粉黏滞特性，用TCW( Thermal cycle for windows)配套软件进行分析。测定按AACC规程(199561-2002)要求，即含水率不同，对应称取糙米粉或复合米粉不同，加蒸馏水的量不同。

    测定中，加热过程从25 0C开始至95 0C，以120C/min的速率进行加热，然后在95℃保温3 min;冷却过程从95℃开始至25℃，以12℃/min的速率进行冷却，然后在25℃保温5 min[11]。

    搅拌器初始10 s内转速为960 r/min，之后维持在160 r/min。淀粉的黏滞性用以RVU为单位的黏滞性谱( RVA)来表示，1 RVU-12 mPa．s。

1.8 DSC测定

    用杜邦坩埚称取5 mg左右的糙米粉或复合米粉，按1:2（质量比）的比例加入重蒸水，制备成样品，密封后置于4 0C冰箱中隔夜平衡，用差示扫描量热仪( DSC)进行测定。扫描温度范围为10℃~100 0C，扫描速率为100C/min。测定时以空坩埚作为对照，载气为氮气，氮气的流速为20 mUmin。

1.9糊化度

    糊化度按照酶水解法进行。

2结果与讨论

2.1单因素试验

2.1.1虫草培养基的含量

    依照初定的水分含量、套筒温度和螺杆转速，分别选取20%，25%，30%，35%和40%的虫草素培养基添加量进行单因素试验（见图1）。从图1可以看出当虫草素培养基含量为20%～25%糊化度呈上升趋势，25%～30%时糊化度下降，30%～400/0时糊化度随虫草培养基含量增加而升高，其中虫草培养基为30%时，糊化度最低。虫草素复合米以糊化度为标准，糊化度越低越好，因此，选择30%的虫草素培养基添加量。

2.1.2套筒温度

    根据虫草培养基含量的单因素试验结果，选取虫草培养基含量为30%、水分含量为40%、螺杆转速为250 r/min，分别选取套筒温度为70℃，80℃，90℃，100℃和110℃，进行单因素试验（见图2）。从图2可以看出当套筒温度为70℃~80℃，糊化度随温度升高而升高，当温度在800C~90℃时，糊化度随温度升高而降低，在90℃～110℃糊化度随温度升高而升高，其中温度为90 0C，糊化度最低。

2.1.3原料水分

    根据虫草培养基和套筒温度的单因素试验，选取虫草培养基含量为30%、套筒温度为90℃、螺杆转速为250 r/min，分别选取含水量35%，40%，45%，50%和55%进行单因素试验（见图3）。从图3可以看出当水分含量在30%~35%糊化度随水分含量增加而增加，当水分含量为35%~40%糊化度随水分增加而降低，在40%~50%糊化度随水分含量增加而升高，其中水分含量为40%时，糊化度最低。

2.1.4螺杆转速

    根据虫草培养基、水分含量和套筒温度单因素试验，选取虫草培养基含量为30%、套筒温度为90℃、水分含量为40%，分别选取螺杆转速为200，250，300, 350和400 r/min进行单因素试验（见图4）。从图4可以看出当螺杆转速为300 r/min时，糊化度最低。

2.2正交试验

    选取虫草培养基含量、含水量、套筒温度和螺杆转速四个主要参数为因素，采用L(45)进行正交试验设计（见表3）。

    按照表4，最优方案条件：A4B1C2D2，虫草素含量为35%，含水量为35%，套筒温度为90℃，螺杆转速为300 r/min进行验证试验，得到样品，相同方法测得糊化度为68.13%，从而得出虫草复合米的最优方案是：虫草素含量为35%，含水量为35%，套筒温度为90℃，螺杆转速为300 r/min。

    通过单因素试验和正交试验，以糊化度为目标值，再通过验证试验，得出成型较好的虫草复合米的最优方案是虫草素含量为35%，含水量为35%，套筒 温度为90℃，螺杆转速为300 r/min。

  2.3虫草复合米的安全性评价及营养分析

  2.3.1  虫草复合米的安全性评价

    根据卫生部《保健食品检验与评价技术规范》（2003版）对人工培养的蛹虫草（北虫

草）进行了急性毒性、小鼠骨髓细胞微核试验、小鼠精子畸形试验、Ames试验和大鼠30 d喂养试验。结果表明，蛹虫草对雌、雄小鼠和雌、雄大鼠进行急性毒性试验，结果该样品LD50>10.0 g/kg．BW，属实际无毒物质；Ames试验、小鼠骨髓细胞微核试验和小鼠精子畸变试验等三项遗传毒性试验检测均为阴性；30 d喂养试验3个剂量组大鼠各项指标与对照组比较均无显著性差异。证实蛹虫草属实际无毒级。

    根据蛹虫草的毒理学试验和对虫草复合米的原料分析，可知虫草复合米是安全性高的，日常食用有助于人体对虫草素的吸收和利用。2.3.2虫草复合米的营养成分测定及分析

2.3.2.1虫草素的测定

    图5质量浓度为5 ug/mL的虫草素标准品液相色谱图，保留时间为7.501 min,峰面积为325.900，峰高为28.900。

    图6为虫草复合米液相色谱图，保留时间为7.463min，峰面积为165.355，峰高为14.862。

    由表5和图7可知，虫草复合米样品溶液中虫草素的质量浓度为2.57 ug/mL，从而得知虫草复合米中虫草素的含量为0.514 g/kg。2.3.2.2基础营养成分（参见表6）

2.4 RVA测定

    快速黏度分析仪( RVA)特征值主要用峰值黏度、崩解值、最终黏度和回生值等表示（见表7和图8）。

    崩解值、最终黏度和回生值低于糙米，其峰值时间则高于糙米。表明虫草复合米具有良好的热糊稳定性和冷糊稳定性，感官品质较普通糙米好。

2.5 DSC测定

  结果（见表8和图9）表明，复合米的起始温度、

峰值温度高于糙米，热焓值低于糙米，这种现象可以

解释为：玻璃态向高弹态的转变实际上是淀粉链段

从有序到无序的过程，而复合米经过挤压已经实现了

一定程度的无序化。所以在转变过程中所需的热量

要少。

3结论

    1)虫草复合米的最优参数条件是：虫草素含量为35%，含水量为35%，套筒温度为90 0C，螺杆转速为300 r/min。

2)虫草复合米安全性加好，营养丰富，淀粉含量变化很小，蛋白质和脂肪的含量增加，虫草素的含量为0.514 g/kg。

4摘要

以糙米为主要原料，辅以虫草培养基，通过双螺杆挤压技术制备富含虫草素的糙米复合米。选取虫草培养基含量、含水量、套筒温度、螺杆转速四个技术参数为主要因素，制得糊化度较低的富含虫草素的糙米复合米（简 称虫草复合米），得到最佳参数。通过快速黏度仪(RVA)、差示量热扫描仪(DSC)等测得品质指标。最佳工艺参数为：虫草培养基含量35%、含水量35%、套筒温度90℃、螺杆转速300 r/min。检测数据显示虫草复合米的蛋白质、脂肪以及虫草素含量明显高于原糙米。