傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉品質(zhì)的影響

郭項雨，任 清*，張 曉

(北京工商大學食品學院，食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京 100048)

傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉品質(zhì)的影響

郭項雨，任 清*，張 曉

(北京工商大學食品學院，食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京 100048)

通過掃描電子顯微鏡及X射線衍射儀觀察炒制裸燕麥淀粉的形貌及晶體特征，并測定其理化特性及消化特性。結(jié)果表明：與未炒制裸燕麥淀粉相比，炒制裸燕麥淀粉的外貌及晶體特征發(fā)生明顯改變，并且其直鏈淀粉含量明顯下降，藍值及糊化溫度降低，慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量較低；而透明度及溶解度增加，易消化淀粉(RDS)含量較高，兩種裸燕麥淀粉的析水率均達到50%以上。

裸燕麥；炒制；淀粉品質(zhì)

裸燕麥(Avena sativa L.)屬禾本科裸燕麥屬，是世界八大糧食作物之一，可分為皮裸燕麥(A.sativa L.)和裸燕麥(A.nuda L.)。裸燕麥又稱莜麥，我國栽培以裸燕麥為主。裸燕麥營養(yǎng)成分豐富，并具有降低膽固醇、降低血糖、降低血壓、促進血液循環(huán)、維持正常新陳代謝活動等保健功效，已被廣泛應用于食品[1]、飼料[2-3]、醫(yī)藥[4]、化妝品[5]和工業(yè)原料[6-7]等領域。隨著人們對裸燕麥認識的深入，裸燕麥加工工藝的研究也逐漸成為關(guān)注的熱點。目前，國內(nèi)外學者對燕麥制粉前不同的熱處理方式[8-9]，不同熱處理方式的滅酶效果[10-11]以及經(jīng)熱處理后，燕麥的加工特性[12-13]展開了研究。中國傳統(tǒng)裸燕麥食品的制作方式是先對裸燕麥籽粒進行高溫炒制，然后磨制成粉，再制作成食品。傳統(tǒng)高溫炒制工藝是裸燕麥加工“三熟”過程中的“一熟”，是區(qū)別于其他谷類加工特有的工序，其目的是滅活裸燕麥籽粒中的脂肪酶，防止裸燕麥酸敗，從而改善裸燕麥制品的口感并延長其貨架期[14]，然而對于傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥品質(zhì)有何影響，目前還未見報道。

大量研究表明，淀粉的結(jié)構(gòu)與理化特性直接影響面粉的加工性能和食用品質(zhì)。為了確定傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉品質(zhì)的影響，本實驗結(jié)合劉剛等[15]對未炒制裸燕麥淀粉的提取方法，采用稀堿法提取炒制裸燕麥淀粉。通過研究炒制工藝前后裸燕麥淀粉品質(zhì)發(fā)生的變化，為裸燕麥淀粉制品的加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

裸燕麥品種壩莜一號 河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學院裸燕麥研究所；直鏈淀粉標準品、支鏈淀粉標準品、豬胰α-淀粉酶(酶活力29U/mg) 美國 Sigma 公司；糖化酶(酶活力105U/mL) 北京迪朗生化科技公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

5136LM型掃描電子顯微鏡 捷克Tescan公司；7000S/L型X射線衍射儀 日本島津公司；Q200型差示掃描量熱儀 美國TA公司；5810R型離心機 美國Beckman公司。

1.3 方法

1.3.1 裸燕麥傳統(tǒng)炒制工藝

炒制工藝在河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學院裸燕麥研究所完成。首先將裸燕麥籽粒去雜，然后淘洗，再打開裸燕麥炒制專用鍋，當鍋底中心溫度為350～400℃時，倒入裸燕麥籽粒并開始炒制，裸燕麥籽粒表面溫度達100～120℃時，炒制5min后，即得炒制裸燕麥籽粒。

1.3.2 炒制裸燕麥淀粉的提取工藝

炒制裸燕麥→磨粉→脫脂(石油醚)→調(diào)漿(m底物:m水＝1:25)→調(diào)節(jié)pH 11→攪拌→過濾去除篩上物→10000r/min離心10min→沉淀→冷凍干燥12h→粉碎過100目→炒制裸燕麥淀粉

1.3.3 裸燕麥淀粉形貌特征觀察

將樣品用雙面膠固定在樣品臺上，噴金后，將樣品置于掃描電子顯微鏡中觀察其形貌特征。

1.3.4 裸燕麥淀粉晶體特性測定

采用X射線衍射儀觀察其晶體特征。將炒制裸燕麥淀粉置于樣品室，設置程序為掃描范圍：10.000°～80.000°，步長：0.0200°，掃描速度：8.000°/min，開始測試。

1.3.5 裸燕麥淀粉中直鏈淀粉及支鏈淀粉含量、藍值和透明度的測定

直鏈淀粉含量測定方法參見國標GB/T 15683 —2008《大米直鏈淀粉含量的測定》進行測定。

1.3.6 裸燕麥淀粉的溶解度及膨脹度的測定

采用顧正彪等[18]方法并做改進：配制50mL質(zhì)量分數(shù)2%的淀粉乳，在一定溫度(分別取30、40、50、60、70℃)條件下，加熱攪拌30min后，以3000r/min離心20min，取上層清液離心蒸干，于105℃條件下繼續(xù)烘干至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量，得到被溶解淀粉量，計算其溶解度(S)；由離心管中膨脹淀粉質(zhì)量計算其膨脹度。繪制其與溫度變化曲線，測定如公式(2)。

式中：m1為清液烘干至恒質(zhì)量后的殘留物質(zhì)量/g；m為樣品干基質(zhì)量/g；m2為沉淀物質(zhì)量/g。

1.3.7 裸燕麥淀粉糊化特性的測定

參考李新華等[19]的方法測定裸燕麥淀粉糊化特性。

1.3.8 裸燕麥淀粉凍融穩(wěn)定性的測定

改進李忠海等[20]的方法，稱取一定量淀粉配成6%淀粉乳，沸水浴加熱攪拌15min，冷卻至室溫，取一定量淀粉糊至于離心管中，-20℃保存24h，室溫解凍，3000r/min離心15min，稱取沉淀物質(zhì)量，計算析水率，并繪制析水率與時間(1、2、3、4、5、10d)的變化曲線。

1.3.9 裸燕麥淀粉消化特性的測定

Englyst等[21]將淀粉分為易消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉3類，國內(nèi)外學者通過體外模擬胃腸道環(huán)境，測定各類淀粉含量[22-25]。改進Englyst的方法，取試樣0.5g，加入10mL水，10mL質(zhì)量濃度為5g/100mL的瓜爾果膠緩沖液，5mL醋酸鈉溶液，并加入10mL混酶(豬胰淀粉酶4500U/mL與糖化酶15U/mL混合)，于37℃恒溫水浴鍋中反應，作用20、120min后，取反應液0.5mL加入4mL 80%乙醇滅酶，離心，用DNS法測定還原糖含量，折算酶解的淀粉質(zhì)量。

1.3.10 數(shù)據(jù)處理

應用SPSS16.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉形貌特征的影響

圖1 未炒制(A)和炒制(B)裸燕麥淀粉電鏡圖(×3000)Fig.1 Scanning electron micrographs of non-fired and fried naked oat starches(×3000)

由圖1可知，未炒制裸燕麥淀粉顆粒形狀不規(guī)則，粒徑大小不一，并且結(jié)合在一起；而炒制裸燕麥淀粉多為棱角型，分散均勻，粒徑差距不大。這種變化可能是由于炒制過程中，淀粉顆粒受熱，破壞了淀粉分子間或顆粒內(nèi)部的化學鍵，導致其形貌特征發(fā)生變化。

2.2 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉晶體特性的影響

淀粉由結(jié)晶態(tài)和非晶態(tài)組成。當晶體為單晶或由較大顆粒單晶組成的多晶體系時，呈現(xiàn)較強的尖峰衍射特征，多晶體系中微晶的衍射特征與微晶粒度大小有關(guān)，微晶粒度較大時，呈現(xiàn)尖峰衍射特征，反之則呈現(xiàn)非晶態(tài)的彌散衍射特征[26]。非晶態(tài)的彌散衍射特征峰型可近似的看成是對稱的。

圖2 未炒制(A)和炒制(B)裸燕麥淀粉X射線衍射圖Fig.2 X-ray diffraction pattern of non-fired (A) and fried (B) naked oat starches

由圖2可知，炒制前后裸燕麥淀粉均含有尖峰衍射特征，說明其含有晶體結(jié)構(gòu)；從衍射角為29°后，峰型平穩(wěn)，其表現(xiàn)為右半側(cè)的非晶態(tài)衍射特征，說明炒制前后裸燕麥淀粉均含有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。未炒制裸燕麥淀粉的結(jié)晶區(qū)中，不僅含有尖峰衍射特征，而且還含有彌散衍射特征，其為短程有序、長程無序狀態(tài)的晶粒度較小的微晶結(jié)構(gòu)；而炒制裸燕麥淀粉結(jié)晶區(qū)只含有一個尖峰衍射特征，其晶粒度較大。由此可知，炒制工藝破壞了裸燕麥淀粉結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)。

2.3 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉理化特性的影響

表1 裸燕麥淀粉理化特性Table 1 Physical and chemical properties of naked oat starch

由表1可知，與未炒制燕麥淀粉相比，炒制裸燕麥淀粉直鏈淀粉含量及透明度發(fā)生極顯著性變化(P＜0.01)，藍值發(fā)生顯著變化(P＜0.05)。由于直鏈淀粉的顯色度高于支鏈淀粉，故含有較高直鏈淀粉的試樣其藍值就相應較高。糊化過程中，直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中逸出，直鏈淀粉易重新排列和締合而發(fā)生凝沉現(xiàn)象。由于炒制裸燕麥淀粉直鏈淀粉含量低，故其透明度反而高。

2.4 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉的溶解度及膨脹度的影響

圖3 裸燕麥淀粉溶解度Fig.3 Solubility of naked oat starch

由圖3可知，炒制裸燕麥淀粉的溶解度明顯高于未炒制裸燕麥淀粉，并且在40～60℃明顯增加，由于高溫炒制使淀粉晶體分子間氫鍵被破壞，粒徑小，結(jié)構(gòu)松散，導致其溶解度迅速增加。

圖4 裸燕麥淀粉膨脹度Fig.4 Swelling degree of naked oat starch

由圖4可知，在50℃前，炒制裸燕麥淀粉膨脹度高于未炒制裸燕麥淀粉，之后迅速增加；而從60℃開始，未炒制裸燕麥淀粉膨脹度高于炒制裸燕麥淀粉。這可能是由于60℃后，未炒制裸燕麥粉淀粉結(jié)構(gòu)遭到破壞，部分淀粉受熱吸水發(fā)生糊化現(xiàn)象，導致其膨化度增加，而炒制工藝已經(jīng)破壞了裸燕麥淀粉的結(jié)構(gòu)，炒制裸燕麥淀粉吸水能力不再增加，故其膨脹度不再增加。

2.5 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉糊化特性的影響

表2 裸燕麥淀粉的糊化特性Table 2 Gelatinization temperature of naked oat starch

由表2可知，炒制裸燕麥淀粉糊化溫度和熱焓均低于未炒制裸燕麥淀粉。Sakonidou等[27]指出加熱可以破壞淀粉顆粒之間的氫鍵，使淀粉分子膨脹，并最終導致淀粉顆粒破裂，使得淀粉變得易糊化。炒制工藝使得裸燕麥淀粉分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，氫鍵和結(jié)晶區(qū)發(fā)生斷裂，產(chǎn)生了部分糊化作用。破壞分子間氫鍵需要外能，分子間結(jié)合力大，排列緊密的，拆開微晶束所需的外能就大，因此未炒制裸燕麥淀粉需要較高的糊化溫度。

2.6 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

圖5 裸燕麥淀粉析水度Fig.5 Water-holding capacity of naked oat starch

由圖5可知，未炒制裸燕麥淀粉析水率高于炒制裸燕麥淀粉，并且它們的析水率都很高。應用于冷凍食品的淀粉糊，需要在低溫下冷凍，或者經(jīng)過多次的冷凍、融化，若淀粉糊的凍融穩(wěn)定性不好，經(jīng)冷凍和重新融化后，膠體結(jié)構(gòu)被破壞析出游離水分，使食品不能保證原有的質(zhì)構(gòu)，影響食品的品質(zhì)，裸燕麥淀粉糊凍融穩(wěn)定性差，說明裸燕麥淀粉不宜于制成冷凍食品。

2.7 傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉消化特性的影響

圖6 不同類型淀粉的百分含量Fig.6 RS, SDS and RDS strach contents of naked oat starch

由圖6可知，炒制工藝導致RDS含量增加，SDS和RS含量下降。由方差分析可知，與未炒制燕麥淀粉相比，炒制燕麥淀粉所含的RS、SDS、RDS均發(fā)生顯著變化(P＜0.05)。Guraya等[28]對脫支大米淀粉的研究表明，消化性與淀粉顆粒大小有直接的聯(lián)系，顆粒越大消化速率越低。Snow等[29]也指出，顆粒大小在決定消化速率中起著重要的作用。炒制工藝破壞了淀粉結(jié)構(gòu)，粒徑變小，增強了裸燕麥淀粉的可消化性，因而炒制裸燕麥淀粉更易加工成休閑食品。

3 結(jié) 論

本研究明確了傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉外貌特征和晶體特性、理化特性及消化特性的影響。炒制工藝導致裸燕麥淀粉顆粒受熱，破壞了淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)，導致其外貌特征發(fā)生明顯變化；高溫導致淀粉顆粒間的氫鍵遭到破壞，進而引起糊化起始溫度降低。同時，傳統(tǒng)高溫炒制工藝導致裸燕麥淀粉直鏈淀粉含量下降，這使得淀粉顆粒的藍值升高，透明度降低，溶解度和膨脹度均發(fā)生明顯變化，易消化淀粉含量增加。本實驗通過研究傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥淀粉品質(zhì)的影響，為裸燕麥淀粉制品的加工及利用提供了科學依據(jù)。對于傳統(tǒng)高溫炒制工藝對裸燕麥品質(zhì)的其他影響，還有待下一步研究。

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Effect of Traditional High-Temperature Frying on Quality of Naked Oat Starch

GUO Xiang-yu，REN Qing*，ZHANG Xiao
(Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients, School of Food and Chemical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

Using scanning electron microscope and X-ray diffraction, the granular morphology and crystal characteristics of fried naked oat starch were examined. At the same time, physicochemical properties and digestibility were also investigated. Compared with non-fried naked oat starch, the appearance and crystal characteristics of fried naked oat starch changed greatly; meanwhile, its amylose content, blue value, gelatinization temperature and swelling degree revealed an obvious decrease and the contents of SDS and RS were lower, whereas fried naked oat starch exhibited a significant increase in the transparence and solubility as well as higher RDS content. Furthermore, both the water separation rates of non-fried and fried naked oat starches were higher than 50%.

naked oat；frying；quality of starch

TS201.2

A

1002-6630(2012)11-0052-05

2011-06-13

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(燕麥蕎麥)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-08-D-3)

郭項雨(1986—)，男，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：elitegxy@163.com

*通信作者：任清(1969—)，男，副教授，博士，研究方向為生物活性成分的分離提取及功能。E-mail：renqing@th.btbu.edu.cn