不同熱處理方式對燕麥粉體特性和面團流變特性的影響

周慧寧，田玉潭，李海峰

（寧夏大學，寧夏銀川750021）

燕麥在植物學的分類上屬于一年生禾本科草本植物，分為“皮燕麥”和“裸燕麥”兩種，其他國家多種植皮燕麥，而我國卻以種植“裸燕麥”為主[1]。燕麥含有豐富的營養(yǎng)成分，含有人體所必需的8種氨基酸，其中膳食纖維可以促進消化，加快腸道蠕動[2]，此外，燕麥中所含的β-葡聚糖還有降血脂、降低膽固醇的作用[3]，隨著人們的生活水平不斷提升，對于食物的營養(yǎng)以及自身的身體健康越來越重視。因此，燕麥也成為人們公認的健康食物之一。

燕麥粉作為燕麥加工的初級產(chǎn)品，富含脂酶、脂肪氧化酶及其他水解酶[4]，易發(fā)生一系列氧化反應使燕麥粉氧化酸敗而影響營養(yǎng)和口感，燕麥不含面筋蛋白，主要依賴淀粉的黏結性來形成面團，其粉質特性對后期燕麥產(chǎn)品的加工有影響，導致燕麥的應用受限，致使燕麥不能形成規(guī)?；纳a(chǎn)。因此一般需要進行滅酶熱處理，以防酸敗，延長貨架期?，F(xiàn)在，熱處理方式不斷發(fā)展，其在燕麥滅酶方面的應用也逐漸增多，如蒸制（常壓和高壓）、炒制、烘烤、微波處理以及擠壓膨化等。滅酶熱處理對燕麥粉中淀粉、蛋白質、脂肪和β-葡聚糖均有不同程度的影響[5]。不同濕熱處理可通過引起直鏈與支鏈淀粉的重組影響燕麥淀粉的理化及消化特性[6]。郭麗娜等[7]研究了燕麥片加工過程中蒸煮、烘干和微波烘烤等工藝對其營養(yǎng)品質及加工特性的影響，發(fā)現(xiàn)蒸煮和微波烘烤后燕麥蛋白質消化率顯著提升。閆希瑜[8]研究表明，燕麥粉隨著貯藏時間的變長，脂肪氧化加劇，脂肪酸值、丙二醛表現(xiàn)出上升的變化規(guī)律，炒制燕麥粉、超微燕麥粉脂肪酸值和丙二醛含量的增加小于燕麥片粉。在我國，燕麥主要以燕麥粉形式進行消費，針對不同熱處理燕麥的粉體特性和面團流變特性等方面還鮮見研究，企業(yè)在選擇燕麥粉加工產(chǎn)品時沒有參考標準，不同燕麥面制品對于燕麥粉的理化特性有不同的要求，基于此原因，本課題研究常壓蒸制、炒制、微波對燕麥粉理化及面團加工特性的影響，為燕麥專用粉的生產(chǎn)提供一定的理論指導，為企業(yè)生產(chǎn)燕麥傳統(tǒng)食品給予理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

1.1.1 材料

燕麥（裸燕麥）：市售。

1.1.2 儀器與設備

100目標準分樣篩：天臺華展篩網(wǎng)廠；G80F20-CN2L-B8（SO）微波爐：格蘭仕微波生活電器有限公司；VM0181 食物攪拌機：Vita-Mix Manufacturing Corporation；SQP電子天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；HR-2000多功能粉體物理特性測試儀：丹東市恒瑞儀器有限公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；TA.XT Plus質構儀：英國Godalming公司；C21-HK2103E多功能電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；蒸煮鍋：邯鄲市永年區(qū)鼎碩貿易有限公司；H32114炒鍋：鑄味品牌工廠店。

1.2 方法

1.2.1 燕麥粉的制備

燕麥粉的制備方法見表1。

表1 燕麥粉的制備方法Table 1 Preparation methods of oat flour

1.2.2 燕麥粉粉體特性的測定

1.2.2.1 振實密度

依據(jù)國標GB/T 5162-2006《金屬粉末振實密度的測定》測試。每個樣品測定3次，取平均值。分別讀取量筒內試樣的體積 V1、V2、V3，計算振實密度 ρp。

式中：ρp為振實密度，g/cm3；M為振實后樣品的質量，g；V1、V2、V3分別為第 1 次、第 2 次、第 3 次振實后樣品的體積，cm3。

1.2.2.2 松裝密度

依據(jù)國標GB/T 16913-2008《粉塵物性試驗方法》進行測試。連續(xù)試驗3次。取平均值計算松裝密度ρa。

式中：ρa為松裝密度，g/cm3；M為松裝后樣品的質量，g。

1.2.2.3 休止角

依據(jù)美國ASTM D6393-99《Standard Test Method for Bulk Solids Characterization by Carr Indices》標準進行測試。從3個不同位置測定休止角，取平均值θr。

式中：θr為休止角，°；θr1、θr2、θr3分別為第 1 次、第 2次、第3次測量的休止角，°。

1.2.2.4 崩潰角

依據(jù)美國ASTM D6393-99《Standard Test Method for Bulk Solids Characterization by Carr Indices》標準進行測試，用測角器測定3個不同的位置的崩潰角，平均值即為崩潰角θf。

式中：θf為崩潰角，°；θf1、θf2、θf3分別為第 1 次、第 2次、第3次測量的崩潰角，°。

1.2.2.5 壓縮度

式中：Cp為壓縮度；ρp為振實密度，g/cm3；ρa為松裝密度，g/cm3。

1.2.3 燕麥面團質地剖面分析法（texture profile analysis，TPA）測試

TPA是通過質構儀探頭模仿人咀嚼的過程，進行兩次壓縮，測試與電腦連接，繪出質構特性曲線。測試的主要參數(shù)有硬度、膠黏性、黏聚性、黏著性、彈性等。利用儀器分析來模擬人的感官評價，能夠較好地反映食品品質的優(yōu)劣。

參照于迪迪等[9]方法，分別稱取50 g預處理的燕麥粉，通過預試驗確定不同熱處理燕麥面團的最小加水量，在形成面團的基礎上每次增加3%，增加3次，梯度為3%（燕麥在微波烘烤的過程中淀粉顆粒形成無定形空囊增多，加水量高）。在7 min～10 min內和成面團，制成直徑2 cm，高3 cm的模型，用塑料袋包裹，靜置10 min。

測定參數(shù)：采用p/5探頭，測前速度1.0 mm/s，測中速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，間隔5 s，觸發(fā)力5 g，每個樣品重復3次，求平均值。

1.2.4 燕麥面團的應力松弛試驗

應力松弛就是給試樣瞬時加載，并使其發(fā)生相應變形，然后保持這一變形，研究其內部應力隨時間變化的過程，是一種研究黏彈性材料的常用試驗方法，其結果可以很好地反映出材料內部的結構構成和黏彈性狀態(tài)，在預測食品質構特性和口感品質方面起到非常重要的作用。

參照張晶等[10]方法，分別稱取50 g預處理的燕麥粉，通過預試驗確定不同熱處理燕麥面團的最小加水量，在形成面團的基礎上每次增加3%，增加3次，梯度為3%（燕麥在微波烘烤的過程中淀粉顆粒形成無定形空囊增多，加水量高）。在7 min～10 min內和成面團，制成直徑2 cm，高3 cm的模型，用塑料袋包裹，靜置10 min。

測定參數(shù)：探頭P/50，測試速度1.0 mm/s，壓縮變形10%，觸發(fā)力5 g，釋放時間100 s，每一個樣品重復4次，求平均值。

面團的應力-時間曲線通過麥克斯韋模型進行剖析：

式中：σ（t）為應力，N；ε0為壓縮比；E1為第一要素彈性模量，N·m-2；E2為殘余應力，N·m-2；η 為阻力系數(shù)，N·m-2·s；τ為松弛時間，s；τ=η/E1。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理方法

采用Execl 2010對粉體特性數(shù)據(jù)進行整理作圖，用SPSS 23.0對面團的質構特性進行方差分析，對面團的應力松弛特性進行回歸分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同熱處理方式燕麥粉粉體特性的比較研究

粉體的組織形態(tài)是通過大量的形狀、尺寸不同的細小顆粒堆積而成的。經(jīng)過堆積后，顆粒之間接觸，結合到一起，形成中間體。粉體的特性不只是和某個顆粒的形態(tài)相關，與中間體的性質也有密切的關系，表示中間體性質的參數(shù)有振實密度、松裝密度等[11]。同時，粉體顆粒在流動的過程中相互之間存在著摩擦力、黏聚力等，為了體現(xiàn)出粉體的這一流動特性，通常用休止角、崩潰角、壓縮度等指標來表示。粉體的這些特性對于企業(yè)的加工生產(chǎn)、包裝、貯藏等具有重大的意義。

用多功能粉體物理特性測試儀對燕麥粉進行測試，測試結果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 不同熱處理方式對燕麥粉振實密度和松裝密度的影響Fig.1 Influence of different heat treatment methods on vibratory density and loose packing density of oat powder

從圖1中可以看出，就振實密度而言，常壓蒸制>微波>炒制>對照，就松裝密度而言，炒制>常壓蒸制>對照>微波，說明熱處理可以改變燕麥粉的振實密度和松裝密度，從而改變粉體的流動性。

圖2 不同熱處理方式對燕麥粉休止角和崩潰角的影響Fig.2 Effects of different heat treatment methods on the resting angle and collapse angle of oat powder

從圖2中可以看出，經(jīng)過不同熱處理方式所測得的燕麥粉的休止角和崩潰角呈現(xiàn)相同的變化趨勢，炒制<對照<常壓蒸制<微波，休止角越小，流動性越好[12]，反之越差。粉末的流動性與粉末顆粒的各種性質有關，包括粒徑大小、粒徑分布、顆粒形狀、顆粒表面粗糙度以及粒子之間的相互作用力[13]。不同熱處理的燕麥粉其微觀形態(tài)不同，微波處理燕麥粉顆粒大小不一，表面粗糙，裂痕較多，淀粉顆粒間相互吸附，黏聚性較大，淀粉表面光滑度差于其他3種燕麥粉[14]，也使得粉體的休止角和崩潰角增大，休止角越小，流動性越好，反之越差。

由圖3可知，不同熱處理方式對燕麥粉壓縮度的影響為炒制<對照<常壓蒸制<微波。并且，壓縮度越小，流動性越好，反之越差。因此，可以得出炒制燕麥粉的流動性最好，微波燕麥粉的流動性最差。

圖3 不同熱處理方式對燕麥粉壓縮度的影響Fig.3 Effects of different heat treatments on the compression of oat flou

2.2 不同熱處理方式燕麥面團的質構特性的比較研究

對于經(jīng)過不同熱處理制得的燕麥粉，形成的燕麥面團的質地都是有差異的。通過TPA檢測后，可以獲知硬度、黏著性、黏聚性、彈性、膠黏性等參數(shù)，這些參數(shù)很好地反映出面團的質地以及結合程度，能夠在生產(chǎn)加工燕麥主食方面提供良好的理論依據(jù)。

用質構儀對4種燕麥面團進行TPA測試，測試曲線如圖4所示，TPA測試結果見表2。

圖4 燕麥面團典型質構特性曲線Fig.4 Typical texture characteristics of oat dough

2.2.1 不同熱處理對燕麥面團硬度的影響

由表2可知，在每一種熱處理方式中，燕麥面團的硬度都隨著加水量的增加而減小，面團吸水過多后之間的結合力變弱。對于不同的熱處理方式針對同樣的加水量梯度3%而言，差異性明顯。對照、常壓蒸制、炒制、微波燕麥粉制得的面團的硬度分別降低了170.68、175.48、301.14、254.18 g，炒制粉制得面團硬度降低最大，對照面團降低最小。

2.2.2 不同熱處理對燕麥面團黏著性的影響

由表2可以看出，在每一種處理方式中，面團黏著性隨著加水量的增加先增大后減小。說明隨著加水量的增加，達到某一臨界點，探針很難與面團分離。但是，隨著加水量進一步增加，糊化后的淀粉吸水膨脹，黏度得到稀釋。針對同樣的加水量梯度，不同熱處理燕麥面團的差異性較明顯，對照、常壓蒸制、炒制、微波燕麥粉制得的面團的黏著性分別減小了235.51、336.37、165.59、185.16 g·s，常壓蒸制燕麥粉制得面團黏著性降低最大，炒制燕麥粉制得面團降低最小。

表2 面團TPA質構指標Table 2 Texture indexes of dough TPA

2.2.3 不同熱處理對燕麥面團黏聚性的影響

由表2可知，不同熱處理之間，面團的黏聚性差異性不明顯。在對照組中，不同的加水量之間幾乎沒有差異性，其他處理也接近相同。黏聚性是面團在形成時，所需要的內部結合力，說明不同熱處理的燕麥粉形成面團時所需要的力幾乎是一樣的[15]。

2.2.4 不同熱處理對燕麥面團彈性的影響

從表2中可以得出，不同熱處理面團之間的彈性幾乎沒有差異性。同一熱處理中，加水量不同，差異性更小。不同熱處理在不同加水量時所具有的彈性也是接近相同的。

2.2.5 不同熱處理對燕麥面團膠黏性的影響

由表2可以得知，在對照和炒制處理中，膠黏性幾乎是隨著加水量的增加先增大后減小，在常壓蒸制和微波處理中，其變化隨著加水量的增加逐漸減小。針對同樣的加水量梯度，對照、常壓蒸制、炒制、微波燕麥粉制得面團的膠黏性總體減小量分別為118.44、101.45、40.79、76.77 N，對照組面團膠黏性降低最大，炒制降低最小。

2.3 不同熱處理方式燕麥面團的應力松弛特性的比較研究

通過測定面團的應力松弛可以很好地反映出面團的黏彈性。其體現(xiàn)出的是面團在測試后恢復的狀況，體現(xiàn)出受損傷的狀況，表現(xiàn)出面團的松弛特性。測試曲線如圖5所示，測試結果見表3。

圖5 燕麥面團典型應力松弛曲線Fig.5 Stress relaxation curve for oatmeal dough

2.3.1 不同熱處理對燕麥面團E2的影響

從表3可知，對照組隨著加水量的增加，E2先增大后減小再增大，差異性明顯。微波處理與對照組的變化趨勢相同，但微波處理內部并無差異性。常壓蒸制的E2隨著加水量的增加先增大后減小，內部差異性較明顯，炒制處理的E2逐漸減小，差異性較明顯。針對相同的加水量梯度，不同熱處理之間差異性較明顯，對照組和微波的 E2分別增加了 4.91（N·m-2·107）和0.66（N·m-2·107），相對較高，常壓蒸制和炒制分別減小了 1.37（N·m-2·107）和 6.14（N·m-2·107），相對較低。E2越小，面團被壓后的變化越小，硬度越低，很容易恢復其形變。蛋白質與水結合后，水分子吸附在蛋白質周圍，形成水化層[16]。使得其體積變大，妨礙了E2產(chǎn)生的形變，經(jīng)不同熱處理后，蛋白質的結構發(fā)生變化，形成面團時，蛋白質與水結合的體積變化不相同，導致E2變化不同。

表3 面團應力松弛參數(shù)Table 3 Stress relaxation parameters of dough

2.3.2 不同熱處理對燕麥面團τ的影響

由表3可以看出，對照組的τ值隨著加水量的增加先增大后減小再增大，內部無明顯差異性。常壓蒸制呈現(xiàn)出逐步增大的趨勢，且內部差異性較明顯。炒制處理的變化趨勢是先增大后減小，具有明顯的差異性。微波處理先減小后增大，基本不變。針對同樣的加水量梯度，微波、對照組、常壓蒸制的燕麥粉制得面團的 τ值分別增大了 0、0.08、0.45 s、，炒制減小了 0.62 s，松弛時間變化量極小，應力降低速度均衡，幾乎無彈性變化。

2.3.3 不同熱處理對燕麥面團η的影響

從表3中可以得到，隨著加水量的增加，對照組的η值先增大后減小再增大，差異性較明顯。常壓蒸制和微波處理呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，且差異性明顯。炒制處理的η值隨著加水量的增加逐步減小，內部差異性明顯。針對相同的加水量梯度，對照組的η值增加了2.39（N·m-2·s·108），常壓蒸制、炒制和微波分別減小了 1.41（N·m-2·s·108）、9.89（N·m-2·s·108）、1.93（N·m-2·s·108），炒制面團的 η 值大大減小，受到的黏度阻力小，松弛時間短。脂肪會降低淀粉凝膠的硬度，增加其黏度[17]。燕麥面團中的β-葡聚糖會導致面團表觀黏度增大，經(jīng)不同熱處理后，脂肪與淀粉結合的程度不同[18]，淀粉熱處理后的變化程度不一，黏度下降的程度也不相同，致使η變化的程度也有差異。

3 結論

熱處理能夠改變燕麥粉的流動性，就休止角、壓縮度、崩潰角3個表征粉體流動性的參數(shù)而言，炒制<對照<常壓蒸制<微波，休止角、崩潰角、壓縮度越小，粉體的流動性越好。炒制處理燕麥粉的流動性最好。這對于企業(yè)的加工、包裝、貯藏提供了合適的參考。

在同樣的加水量梯度（3%）下，不同熱處理對于燕麥面團的硬度、黏著性、膠黏性影響較大，差異性明顯，但對于黏聚性和彈性的影響相對較小。炒制燕麥粉制得面團硬度降低最大，黏著性降低最小，膠黏性降低最小。對照面團硬度降低最小，膠黏性降低最大，常壓蒸制燕麥粉制得面團黏著性降低最大?？梢缘贸?，炒制粉制得面團質地較柔軟，內部結構疏松，黏性大，黏附性較強。對照面團質地較硬，常壓蒸制粉制得面團內部結構松散，黏附性差。

在同樣的加水量梯度（3%）下，不同熱處理對于燕麥面團的E2和η影響較大，但對于τ的影響極小。常壓蒸制和炒制的殘余應力（E2）都降低，且炒制降低最大，E2越小，硬度低，容易恢復形變。同時，炒制的阻尼系數(shù)（η）大大減小，松弛時間短。

綜上所述，根據(jù)不同熱處理方式對于燕麥粉體特性和面團流變特性的影響，研究結果表明炒制處理的燕麥粉及面團同時兼具較好的燕麥粉體特性和面團流變特性。因此，炒制處理適宜在燕麥主食中應用。