擠壓糊化處理對苦蕎粉理化性質(zhì)的影響

周星杰，余少璟，陳 凱，吉夢瑩，辰巳英三，欒廣忠,*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.日本國際農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)研究中心，日本 筑波 305-8686）

苦蕎（Fagopyrum tartaricum（L.）Gaerth）亦稱為韃靼蕎麥，蓼科蕎麥屬，一年生草本植物，適宜生長于寒冷地區(qū)[1]。主要分布于我國西南地區(qū)的云南、四川、貴州等省，其中四川省涼山州是我國苦蕎種植面積最大的產(chǎn)區(qū)[2]?？嗍w具有豐富的營養(yǎng)價值，其蛋白、脂肪、維生素以及微量元素普遍高于小麥、玉米等主要糧食作物，而且還含有禾谷類糧食所缺少的類黃酮和葉綠素[3]。此外，苦蕎籽粒中含有生物類黃酮、多肽、糖醇及D-手性肌醇等功能活性成分，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、清除自由基等保健和生理功能[4]。

苦蕎中面筋蛋白含量低，不能形成具有黏彈性的面團(tuán)，而且苦蕎粉加水后，蘆丁會被蘆丁降解酶迅速降解成槲皮素，導(dǎo)致苦蕎面制品口感苦澀，影響其在饅頭、面條等主食中的應(yīng)用。擠壓技術(shù)屬于干法預(yù)糊化技術(shù)，是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型等過程為一體的高新技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于谷物加工中[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)擠壓技術(shù)能夠有效地改善不同植物來源的面粉和淀粉的功能性質(zhì)及其營養(yǎng)價值[7-8]。物料在擠壓處理過程中受到高溫高剪切的作用，造成淀粉顆粒部分解體，組織中排列緊密的膠束被破壞，發(fā)生分子間的相互交聯(lián)，形成了網(wǎng)狀的空間結(jié)構(gòu)[9]。在對苦蕎的研究中，王思明等[10]發(fā)現(xiàn)在擠壓膨化過程中脂肪可以與淀粉形成一種淀粉-脂肪復(fù)合物，該復(fù)合物會對膨化效果產(chǎn)生影響。Sensoy等[11]的研究表明擠壓處理不影響蕎麥粉中蘆丁含量和抗氧化活性。鞏發(fā)永[12]對比了擠壓膨化和氣流膨化對苦蕎粉的影響，發(fā)現(xiàn)二者均能明顯改善苦蕎粉的水溶性、吸水性以及延展性；王盼等[13]研究發(fā)現(xiàn)擠壓條件對苦蕎粉水化特性、糊化特性和凝膠特性均有顯著影響。以上相關(guān)研究側(cè)重于擠壓處理條件對苦蕎粉理化性質(zhì)的影響，而擠壓處理過程中淀粉糊化是一個重要的現(xiàn)象，但目前關(guān)于糊化程度和苦蕎粉理化性質(zhì)關(guān)系的研究較少。本實驗通過擠壓糊化處理得到不同糊化度苦蕎粉，并研究其理化性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)，期望為苦蕎面制品的開發(fā)以及在面條、饅頭、餃子皮等主食中的應(yīng)用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎籽粒：品種為西農(nóng)9940，2015年種植并收獲于陜西省靖邊縣，由喬溝灣鄉(xiāng)紅盛小雜糧專業(yè)合作社提供。

α-淀粉酶（酶活力3 700 U/g） 北京索萊寶生物科技有限公司；蕓香葉苷（純度≥95%） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蘆丁（純度≥98%） 天津一方科技有限公司；槲皮素（純度≥98%） 上海阿拉丁生化科技有限公司；糖化酶（酶活力10萬 U/mL） 上海晶純生化科技股份有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FW-400A傾斜式高速萬能粉碎機(jī) 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；8400全自動凱氏定氮儀 丹麥福斯儀器有限公司；DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；DK-98-I電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；UV/V-1600型紫外-可見分光光度計 上海美譜達(dá)儀器有限公司；TG16-WS離心機(jī)湘儀離心機(jī)儀器有限公司；RE52-86A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海亞榮生化儀器廠；YJP100單螺桿擠壓膨化機(jī)由山東理工大學(xué)研制；Mastersize2000激光粒度分析儀 英國馬爾文公司；Q2000差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA儀器公司；臺式掃描電子顯微鏡 日本日立公司；CM-5分光測色計 日本柯尼卡美能達(dá)控股公司；快速黏度分析儀（rapid visco analyzer，RVA） 瑞典波通儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 不同糊化度苦蕎粉的制備

用實驗室粉碎機(jī)將苦蕎籽粒粉碎30 s，過30 目篩，棄去外殼，將篩下物繼續(xù)粉碎2 min，過80 目篩，得苦蕎粉。通過調(diào)節(jié)苦蕎粉水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速、溫度、模孔大小得到不同糊化度的苦蕎粉，以不經(jīng)任何處理苦蕎粉作為對照。然后利用粉碎機(jī)粉碎4 min，過80 目篩，備用。

1.3.2 苦蕎粉粒徑測定

取少量苦蕎粉，通過激光粒度儀進(jìn)行粒度分析，重復(fù)3 次。并用Mastersizer 2000分析軟件處理數(shù)據(jù)，粒徑用體積平均粒徑D[4,3]表示。

1.3.3 苦蕎粉糊化度的測定

糊化度的測定參考熊易強(qiáng)[14]的方法，糊化度按式（1）計算。

1.3.4 苦蕎粉主要化學(xué)成分測定

苦蕎粉的主要化學(xué)成分分別按以下方法測定。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：參照GB/T 5009.3—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》；蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)：參照GB/T 5009.5—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》；淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)：參照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》；脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)：參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：參照GB/T 5009.4—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》。

1.3.5 苦蕎粉總黃酮含量測定

苦蕎粉中總黃酮的提取及測定參照田漢英等[15]的方法，將苦蕎粉與甲醇溶液按料液比1∶20混勻，超聲提?。?0 Hz、25 ℃）10 min，3 500 r/min離心12 min取上清液，重復(fù)提取3 次。合并3 次提取液，于45 ℃真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后用甲醇溶解并定容至25 mL，冷凍貯藏備用。測定總黃酮含量前，將提取液溫度恢復(fù)至室溫后，采用NaNO2-Al(NO3)3法測定。

1.3.6 苦蕎粉破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定

苦蕎粉中破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)參照GB/T 9826—2008《糧油檢驗 小麥粉破損淀粉測定 α-淀粉酶法》中的方法進(jìn)行測定。

1.3.7 苦蕎粉色度的測定

苦蕎粉色度值采用CM-5分光測色計參考Martínez等[16]的方法測定，將樣品平鋪到培養(yǎng)皿中，通過D65光源，10o觀察角進(jìn)行觀察，重復(fù)3 次。

1.3.8 苦蕎粉吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)測定

吸水性指數(shù)（water absorbability index，WAI）和水溶性指數(shù)（water solubility index，WSI）的測定參照Anderson等[17]的方法。準(zhǔn)確稱取2.500 g樣品，加入20 mL蒸餾水，振蕩分散，30 ℃下保溫30 min，每隔5 min手搖30 s，3 000 r/min離心15 min。上清液傾倒于恒質(zhì)量的鋁盒中，在105 ℃的烘箱中蒸發(fā)至恒質(zhì)量。計算公式如式（2）、（3）所示。

1.3.9 苦蕎粉保水性測定

參照AACC 56-20 Hydration Capacity of Pregelatinized Cereal Products方法測定。

1.3.10 苦蕎粉糊化特性測定

參考LS/T 6101—2002《谷物黏度測定 快速黏度儀法》，取不同糊化度的苦蕎粉3.500 g，加入25.0 mL的蒸餾水，按14%濕基校正試樣質(zhì)量與加水量，放入專用鋁制測量筒內(nèi)，用攪拌槳上下攪拌5～8 次后，上機(jī)進(jìn)行測定，重復(fù)測定2 次。

1.3.11 苦蕎粉熱力學(xué)特性測定

采用DSC儀測定不同糊化度苦蕎粉的熱力學(xué)特性。稱取3 mg苦蕎粉和9 μL蒸餾水，加入DSC儀坩堝內(nèi)。DSC測定條件：起始溫度20 ℃，終止溫度120 ℃，升溫速率為10 ℃/min，重復(fù)測定3 次。

1.3.12 苦蕎粉微觀結(jié)構(gòu)觀察

取一定量不同糊化度的苦蕎粉均勻地灑在黑色雙面膠上并固定在載物臺上，用鍍金機(jī)噴金后用掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為2 000[18]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用DPS7.05軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，多重比較采用Duncan’s新復(fù)極差法分析，P＜0.05表示有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同糊化度苦蕎粉的制備

表1 擠壓機(jī)參數(shù)設(shè)置及所得苦蕎粉糊化度Table 1 Extrusion parameters setting and gelatinization degree of tarkary buckwheat flour

通過調(diào)節(jié)物料含水量、螺桿轉(zhuǎn)速、擠壓溫度等擠壓條件成功制得不同糊化度的苦蕎粉。擠壓條件及所得擠壓糊化苦蕎粉的糊化度見表1。未進(jìn)行擠壓糊化處理的苦蕎粉作為對照，也測得18.2%的糊化度，這可能是由于機(jī)械粉碎過程中機(jī)械撞擊、剪切等產(chǎn)生的高溫造成少量苦蕎粉糊化。

圖1 不同糊化度苦蕎粉的DSC曲線Fig. 1 DSC curves of tartary buckwheat flour with different gelatinization degrees

表2 不同糊化度苦蕎粉的熱力學(xué)特性Table 2 Thermal properties of tartary buckwheat flour with different gelatinization degrees

不同糊化度苦蕎粉熱特性分析見圖1。可以看出吸收峰隨著糊化度的增加逐漸變小，說明隨著糊化度升高，苦蕎粉的焓值?H減小，糊化度為94.2%的苦蕎粉的焓值為0，說明苦蕎粉幾乎完全被糊化；這一測定結(jié)果與糊化度的測定結(jié)果相對應(yīng)。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析見表2，發(fā)現(xiàn)隨著糊化度增加，T0、Tp呈上升趨勢（P＜0.05），說明苦蕎粉的起始糊化溫度、峰值溫度增大，這可能是因為在擠壓處理的過程中易糊化淀粉先糊化造成的。而Tc無顯著變化（P＞0.05），說明擠壓糊化處理對糊化終止溫度未產(chǎn)生影響。

2.2 苦蕎粉主要化學(xué)成分

不同糊化度苦蕎粉中水分、淀粉、粗蛋白、粗脂肪、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和總黃酮含量見表3。

表3 苦蕎粉中主要化學(xué)成分Table 3 Major chemical components of tartary buckwheat flour

與對照相比，擠壓糊化處理后苦蕎粉中淀粉、粗蛋白和灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體變化不顯著（P＞0.05）。而粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)及總黃酮含量隨糊化度升高明顯降低（P＜0.05）。本研究中擠壓處理理論上不會造成脂肪或黃酮類物質(zhì)的減少，測定值之所以降低可能是因為擠壓過程中脂肪與直鏈淀粉結(jié)合形成淀粉脂絡(luò)合物[19]，蛋白質(zhì)與黃酮類物質(zhì)結(jié)合[20]，從而影響其提取所致。

2.3 不同糊化度苦蕎粉的色度

苦蕎粉色度之間的差異可用測色儀測定結(jié)果來定量表示，從表4可知，隨糊化度增加，苦蕎粉亮度顯著下降（P＜0.05）。a*值隨糊化度增加，先減小后增大，總體上為中性色。而從b*值來看，苦蕎粉顏色均偏黃色，且隨糊化度增加先升高后降低。擠壓處理后苦蕎粉顏色的變化，可能與苦蕎粉中黃酮類物質(zhì)、多酚類物質(zhì)等呈色物質(zhì)的含量有關(guān)[21-22]。

表4 不同糊化度苦蕎粉的色度Table 4 Color parameters of tartary buckwheat flour with different gelatinization degrees

2.4 不同糊化度苦蕎粉的破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、保水性、WAI和WSI

保水性可表示粉體的持水能力[23]，破損淀粉對面粉品質(zhì)產(chǎn)生顯著的影響，其吸水率比未破損淀粉的吸水率高2.5 倍左右[24]；WAI表征的是樣品在水中分散吸水的能力；WSI表征的是樣品在水中的溶解能力[25]。從表5可看出，與對照相比，破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加（P＜0.05），說明擠壓糊化處理過程中大量淀粉組織結(jié)構(gòu)被破壞。糊化度為37.7%苦蕎粉的保水性和WAI略低于對照，但無顯著性差異。繼續(xù)增加苦蕎粉的糊化度，其WAI和保水性均顯著增加（P＜0.05），這是因為淀粉糊化破壞了顆粒完整性，致使淀粉分子溶出，水分子通過氫鍵與直鏈/支鏈淀粉分子的游離羥基結(jié)合，導(dǎo)致苦蕎粉對水的吸收量增多，結(jié)合力增強(qiáng)[26]。糊化度對WSI的影響并不規(guī)律，進(jìn)一步對苦蕎粉的粒徑分析發(fā)現(xiàn)，對照組以及糊化度為37.7%、56.3%、74.3%、94.2%苦蕎粉的體積平均粒徑分別為71.25、28.95、93.19、43.62、252.93 μm，所以糊化度對WSI的影響并不規(guī)律可能與苦蕎粉的顆粒度有關(guān)。當(dāng)糊化度為94.2%時，苦蕎粉的WSI最高，是對照的2.6 倍。此外，糊化度為37.7%苦蕎粉的保水性和WAI略低與對照也可能與粒徑有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)一定范圍內(nèi)減小粒徑可以增加水合能力，但粒徑過小破壞了蛋白質(zhì)和纖維的結(jié)構(gòu)，反而使水合能力降低[27]。

表5 不同糊化度苦蕎粉的破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、WAI、WSI和保水性Table 5 WAI, WSI, water retaining capacity and proportion of damaged starch of tartary buckwheat flour with different gelatinization degrees

2.5 不同糊化度苦蕎粉的糊化特性

糊化特性是食品加工中的重要性質(zhì)，它直接影響了淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用。谷值黏度表示在蒸煮溫度下已經(jīng)破碎淀粉的蒸煮或熱糊的穩(wěn)定性[28]；最終黏度表示的是形成黏性糊狀物的能力，主要取決于可溶性直鏈淀粉在冷卻時的回生能力；回生值是最終黏度和谷值黏度之間的差，是由冷卻階段線性直鏈淀粉分子的締合導(dǎo)致的回生，是評定面包老化程度的常用指標(biāo)[29]。從表6可以看出，隨糊化度增加，谷值黏度、最終黏度、回生值顯著減小（P＜0.05），說明糊化度高的苦蕎粉在冷卻過程中不易變硬、老化。峰值時間縮短（P＜0.05），說明糊化度越高，在加熱過程中，苦蕎粉吸水膨脹形成膠體的時間越短，縮短了達(dá)到峰值所需時間。峰值黏度表征淀粉顆粒破損前的最大膨脹度，也是淀粉顆粒膨脹和破損的平衡點[30]，擠壓糊化后苦蕎粉峰值黏度均低于對照組的（P＜0.05）；表明在擠壓糊化處理的過程中，淀粉發(fā)生糊化，淀粉顆粒膨脹并破裂，膨脹能力明顯降低，進(jìn)而使峰值黏度減小。此外除糊化度為56.3%以外，擠壓糊化處理組苦蕎粉的衰減值均高于對照組苦蕎粉（P＜0.05），說明經(jīng)過擠壓糊化后苦蕎粉熱穩(wěn)定性變差。

表6 不同糊化度苦蕎粉的糊化特性Table 6 Gelatinization properties of tartary buckwheat flour with different gelatinization degrees

2.6 不同糊化度苦蕎粉的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 不同糊化度苦蕎粉的微觀結(jié)構(gòu)Fig. 2 Microstructure of of tartary buckwheat flour with different gelatinization degrees

從圖2可以看出，在相同放大倍數(shù)下，對照組的苦蕎粉顆粒表面比較光滑，且多以圓形或不規(guī)則多邊形形態(tài)存在，而隨糊化度升高，苦蕎粉顆粒形態(tài)發(fā)生了很大的變化，糊化度為37.7%時，苦蕎粉顆?；颈３衷嗍w粉顆粒形態(tài)，但糊化度繼續(xù)增加，完整的顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，可見苦蕎粉顆?；ハ囵ず隙兇螅砻孀兊帽容^粗糙，有內(nèi)凹和小孔存在，且無固定的形態(tài)。這可能是因為糊化度較高時，擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速增加，淀粉在擠壓過程中由固態(tài)經(jīng)過渡態(tài)變成熔融態(tài)，冷卻形成不固定的形態(tài)[31]。這也一定程度上解釋了為什么擠壓處理后破損淀粉含量升高、水合特性增強(qiáng)。

3 結(jié) 論

以上結(jié)果表明，擠壓糊化處理后苦蕎粉的理化性質(zhì)發(fā)生了顯著變化。擠壓糊化處理后苦蕎粉中的淀粉、粗蛋白和灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不明顯，總黃酮含量和粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，破損淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，水合能力增強(qiáng)，顏色變深。快速黏度分析結(jié)果表明擠壓糊化處理后苦蕎粉的糊化黏度降低，在冷卻過程中不易老化變硬，但熱穩(wěn)定性變差；掃描電子顯微鏡結(jié)果表明擠壓糊化處理后苦蕎粉顆粒完整性被破壞，隨糊化度增加，苦蕎粉顆粒圓形或不規(guī)則多邊形形態(tài)逐漸消失，形成較大的無規(guī)則形狀顆粒，表面變得粗糙，且有裂紋和小孔存在。擠壓糊化處理可以作為改善苦蕎粉性質(zhì)的一種有效技術(shù)手段，為苦蕎面制品的進(jìn)一步開發(fā)提供參考。

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