魔芋精粉-氫氧化鈣對(duì)小米面條品質(zhì)的影響

李嘉欣 吳彤嬌 韓 雪 趙丹丹 王成祥 李雪梅 郝建雄

(河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院1，石家莊 050000)(河北同福粥道食品有限公司2，石家莊 050000)

谷子(Foxtail millet)，也稱為粟，去殼后為小米[1]，是我國(guó)一種重要的雜糧作物。小米具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用價(jià)值，因此對(duì)于小米制品的開(kāi)發(fā)還有很大的研究空間。此外，利用雜糧谷物開(kāi)發(fā)新型面條產(chǎn)品，一直是相關(guān)企業(yè)和開(kāi)發(fā)人員探索的課題，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了各種雜糧類面條產(chǎn)品[2]，如燕麥面條、蕎麥面條、玉米面條、小米面條等。但雜糧不含有面筋蛋白，所以在加工雜糧面條的過(guò)程中，往往需要通過(guò)添加一些面條改良劑來(lái)提高面條的烹調(diào)品質(zhì)、感官品質(zhì)。

在中國(guó)，堿水面條深受消費(fèi)者的歡迎，其制作工藝簡(jiǎn)單，在做面條時(shí)向和的面里加入堿水即可。添加適當(dāng)?shù)膲A可以使面粉在加熱的條件下，吸收水分，使面條達(dá)到良好的黏彈性，同時(shí)堿水還有防腐作用、中和酸性等功能。Brenda等[3]研究了浸泡時(shí)間和氫氧化鈣濃度對(duì)玉米粉吸水性及糊化特性的影響，結(jié)果表明，在堿性溶液中玉米的果皮被降解、胚乳的結(jié)構(gòu)軟化、鈣離子和水進(jìn)入淀粉顆粒使其膨脹，失去了原本的晶體結(jié)構(gòu)增大體系吸水性。研究表明，氫氧化鈣對(duì)淀粉的糊化、結(jié)構(gòu)及凝膠特性都有不同程度的影響[4，5]。

魔芋葡甘聚糖(KGM)是一種從魔芋塊莖中提取出來(lái)的親水性復(fù)合多糖，主要由D-甘露聚糖和D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵連接而成的高分子化合物，其摩爾比約為1.6∶1。葡甘露聚糖主鏈含有5%到10%個(gè)乙?；〈臍埢鵞6]。在適宜的堿性條件下加熱后，葡甘聚糖分子發(fā)生脫氨基作用，相互纏結(jié)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終形成熱穩(wěn)定性不可逆凝膠[7]。魔芋精粉富含葡甘聚糖膳食纖維，具有降低血糖、血脂、膽固醇，調(diào)節(jié)腸道菌群等生物活性[8-10]。由于魔芋葡甘聚糖有益于身體健康且吸水能力強(qiáng)，溶膠黏度高，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)，作為增稠劑、凝膠劑、質(zhì)地改良劑以及吸水劑[4]。

目前，對(duì)于魔芋精粉面條改良方面的研究主要集中在魔芋精粉與堿性鹽對(duì)于小麥粉面條加工性能的研究和以魔芋為基礎(chǔ)的面條制備，而利用魔芋精粉與氫氧化鈣聯(lián)合改善小米等雜糧制品品質(zhì)的研究較少，因此本研究將氫氧化鈣與魔芋精粉復(fù)配，考察小米面團(tuán)的熱力學(xué)特性、質(zhì)構(gòu)特性、感官評(píng)價(jià)及微觀結(jié)構(gòu)，探究小米面條的優(yōu)化條件，為小米面條的后續(xù)開(kāi)發(fā)研究以及解決雜糧谷物中由于缺少面筋蛋白而難以形成面團(tuán)的問(wèn)題提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米粉：張家口農(nóng)業(yè)科學(xué)院，品種為“蔚縣 8311”(收獲于2015年)。

魔芋精粉；氫氧化鈣、戊二醛、乙醇、叔丁醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

MTA9家用全自動(dòng)面條機(jī)，Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡，H-1650離心機(jī)，TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀，SHA-C水浴恒溫振蕩器，DFY-500搖擺式高速中藥粉碎機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 混合小米粉的制備

向小米粉和含有0.2%氫氧化鈣的小米粉中添加體積分?jǐn)?shù)分別為0、0.5%、1%、1.5%和2%的魔芋精粉，將小米粉充分混勻，備用。

1.3.2 熱水膨脹度

稱取小米粉樣品置于離心管(M0)中,加入去離子水使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。旋渦振蕩器混勻，將離心管置于95 ℃水浴鍋中振蕩加熱5 min，快速取出在冰浴中冷卻至室溫，3 000 r/min離心10 min。棄去上清液，稱重(M2)，將離心管及沉淀置于80 ℃恒溫干燥箱中烘至恒重(M1)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次，計(jì)算公式為：

式中：M0為離心管質(zhì)量/g；M1為棄去上清液后離心管質(zhì)量/g；M2為烘干至恒重后離心管質(zhì)量/g。

1.3.3 Mixolab參數(shù)測(cè)定

采用Mixolab 2混合實(shí)驗(yàn)儀測(cè)定小米面團(tuán)的熱力學(xué)特性。參照ISO 17718: 2013《揉混和加熱條件下測(cè)定全麥粉和面粉的流變學(xué)特性》標(biāo)準(zhǔn)，以檢測(cè)小麥全粉樣品(面粉和水)總質(zhì)量75 g，Chopin+標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法為基礎(chǔ)，改良為Chopin+ 90 g的檢測(cè)方法。方法除樣品總質(zhì)量為90 g外，其他條件均與Chopin+條件相同，具體參數(shù)為：在30 ℃下初始混合8 min；面團(tuán)以4 ℃/min的速度加熱到90 ℃，然后在90 ℃保持7 min。面團(tuán)以相同的速度冷卻到50 ℃；面團(tuán)在50 ℃下保溫5 min。在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，混合速度為80 r/min。通過(guò)Mixolab標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢測(cè)指標(biāo)可全面反映小米蛋白質(zhì)和淀粉的加工特性。

1.3.4 小米面條的制備

參考日本工業(yè)制備面條[11]結(jié)合中國(guó)傳統(tǒng)方法制備小米面條，分別稱取150 g含有0、0.5%、1.0%和1.5%魔芋精粉的小米粉或氫氧化鈣-小米粉混合粉(含0.2%氫氧化鈣)于不銹鋼盆中，加入90 mL去離子水，不斷攪拌揉搓成面團(tuán)。將面團(tuán)用保鮮膜包裹后再裹一層濕潤(rùn)的紗布，靜置20 min后，放入壓面機(jī)中壓制成面條。

1.3.5 小米面條蒸煮品質(zhì)的測(cè)定

按照1.3.4制成面條后，取50 g放入500 mL沸水中進(jìn)行蒸煮，每隔30 s取出一根面條，用小刀切斷面條，觀察橫切面直至面條截面硬芯消失，顏色均一為止，所用時(shí)間即為該樣品的最佳蒸煮時(shí)間。再取50 g面條放入500 mL沸水鍋中，煮到最佳蒸煮時(shí)間，快速撈出于冰水浴中冷卻，瀝干面條表面的水分并稱重(M3)。將面條放入125 ℃烘箱中烘至恒重(M1)，同時(shí)稱取50 g生面條相同條件下烘干至恒重(M2)。計(jì)算面條的吸水率及蒸煮損失，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次，計(jì)算公式為：

式中：M1為烘干至恒重后熟面條質(zhì)量/g；M2為烘干至恒重后生面條質(zhì)量/g；M3為瀝干水分后熟面條質(zhì)量/g。

1.3.6 小米面條質(zhì)地評(píng)價(jià)

小米面條的質(zhì)地采用TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析通過(guò)儀器配套的質(zhì)地軟件(version 1.2)分析。每種樣品重復(fù)測(cè)試6次。為了防止面條放置過(guò)程中質(zhì)地的變化影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每次測(cè)定樣品分批制備，并保證在制作結(jié)束后5 min內(nèi)完成面條堅(jiān)實(shí)度的測(cè)試。面條的堅(jiān)實(shí)度測(cè)試用于評(píng)價(jià)面條抗形變的能力，采用P/5探頭進(jìn)行測(cè)定。探頭移動(dòng)距離0.5 mm，探頭在測(cè)試前、測(cè)試中及測(cè)試后移動(dòng)速度分別為10.0、5.0、10.0 mm/s，數(shù)據(jù)采集為400 pps，探測(cè)力為5.0 g。每次取3根長(zhǎng)10 cm的面條并排放置于測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試并記錄。

1.3.7 小米面條微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析

取2.5 mm煮熟的小米面條樣品浸泡于0.1 mol/L磷酸緩沖液(pH=7.4，含2.5%戊二醛)中，4 ℃固定4 h。用磷酸緩沖液沖洗3次后，分別用60%、70%、80%、95%和100%的乙醇溶液浸泡15 min進(jìn)行脫水[12]。脫水完成后浸泡于叔丁醇中-80 ℃冷凍，真空干燥，噴金，在15 kV的工作電壓下通過(guò)Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

除面條的質(zhì)地評(píng)價(jià)每組樣品重復(fù)測(cè)定6次外，其余每個(gè)樣品均重復(fù)測(cè)定3次，所有數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS Statistics 17.0軟件通過(guò)單因素方差分析的鄧肯多重比較法(P<0.05)進(jìn)行分析，采用Origin Pro.8.0軟件繪制圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋精粉-氫氧化鈣對(duì)小米粉熱水膨脹度的影響

由圖1可以看出，添加魔芋精粉可以顯著增大小米粉的熱水膨脹度，且當(dāng)添加量為0.5%時(shí)熱水膨脹度最大，隨著添加量的增加熱水膨脹度減小，且無(wú)顯著影響。此外，添加了氫氧化鈣后小米粉的熱水膨脹度降低，說(shuō)明0.2%的氫氧化鈣可以顯著抑制小米粉的熱水膨脹。且鈣離子的添加可以顯著抑制魔芋精粉對(duì)小米粉熱水膨脹度的增大效應(yīng)。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，余同。

小米粉的熱水膨脹度實(shí)際上就是淀粉分子的熱水膨脹度，其反映了淀粉分子與水分子之間相互作用力的大小[13]。魔芋葡甘聚糖具有非常高的保水能力，溶于水后可以形成高黏性的溶液，常被用于吸水材料，由于強(qiáng)吸水性食用后會(huì)產(chǎn)生飽腹感，并且非常黏稠，能夠延緩食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收，常被用作饑餓抑制劑[14]。因此，魔芋精粉對(duì)小米粉熱水膨脹度的影響主要是由于魔芋葡甘聚糖強(qiáng)大的吸水性，導(dǎo)致更多水分進(jìn)入小米粉內(nèi)部，淀粉顆粒吸水膨脹。

為保證一致性，本研究中氫氧化鈣的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用0.2%(以小米粉為基準(zhǔn))。魔芋葡甘聚糖在堿性條件下發(fā)生脫乙?；磻?yīng)，失去乙?；哪в笃细示厶欠肿娱g可形成更多的氫鍵，魔芋精粉的抗水性大大增強(qiáng)[15]。因此添加了氫氧化鈣的小米粉和魔芋精粉混合后的熱水膨脹度要顯著低于不添加氫氧化鈣組。

2.2 魔芋精粉-氫氧化鈣對(duì)小米面團(tuán)熱力學(xué)特性的影響

如表1所示，添加魔芋精粉后顯著增大了小米粉的吸水率，這是由于魔芋精粉中的魔芋葡甘聚糖有強(qiáng)吸水性，添加魔芋精粉后魔芋葡甘聚糖分布在小米粉體系內(nèi)部從而加大了小米粉的吸水率。形成時(shí)間指小米粉從加水開(kāi)始到達(dá)到最大稠度和保持最大稠度所需要的時(shí)間，反映了小米粉成團(tuán)的快慢。穩(wěn)定時(shí)間是面團(tuán)在揉和過(guò)程中維持在一個(gè)較高稠度值上的時(shí)間。小米粉的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間比小麥粉短，其原因是小米粉中不含有面筋蛋白，不能形成與小麥粉一樣的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[16]。添加魔芋精粉后沒(méi)有增大小米面團(tuán)的形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，說(shuō)明添加魔芋精粉并沒(méi)有增加小米粉中的面筋而是作為一種增稠劑來(lái)對(duì)小米粉團(tuán)進(jìn)行改性。

由表1可見(jiàn)，添加魔芋精粉后其崩解值增大，但回生值顯著減小。這是因?yàn)镸ixolab主要檢測(cè)小米粉面團(tuán)的糊化特性[17]。當(dāng)小米粉在混面缽中充分?jǐn)嚢杌靹虺擅鎴F(tuán)時(shí)，在加熱條件下面團(tuán)內(nèi)部的淀粉顆粒在魔芋葡甘聚糖分子的包裹下開(kāi)始糊化且不易冷凝，從而減小小米面團(tuán)的回生作用。添加魔芋精粉后小米粉的糊化階段呈現(xiàn)鋸齒狀，添加氫氧化鈣后可顯著消除曲線的波動(dòng)性形成光滑的糊化曲線。這主要是因?yàn)樵谥行曰蛉跛嵝缘臈l件下，魔芋精粉乙?；目臻g位阻作用阻礙了魔芋葡甘聚糖分子間相互靠近，進(jìn)而阻礙凝膠的形成導(dǎo)致糊化曲線產(chǎn)生波動(dòng)。當(dāng)添加氫氧化鈣后，在加熱的條件下，魔芋葡甘聚糖分子發(fā)生了脫乙?；饔?，是分子間相互靠近形成熱不可逆的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即溫度達(dá)到200 ℃，凝膠結(jié)構(gòu)仍可以保持穩(wěn)定[18]。說(shuō)明氫氧化鈣和魔芋精粉對(duì)小米粉面團(tuán)的熱力學(xué)特性的影響具有協(xié)同效應(yīng)。

2.3 魔芋精粉-氫氧化鈣對(duì)小米面條蒸煮品質(zhì)的影響

如圖2所示，添加魔芋精粉面條的吸水率隨魔芋精粉的添加量的增加而顯著增加，當(dāng)添加氫氧化鈣后更是促進(jìn)了魔芋精粉對(duì)面條吸水率的影響，顯著增大了面條的吸水性。添加魔芋精粉后面條的蒸煮損失呈先減小后增大的趨勢(shì)，且添加氫氧化鈣可有效促進(jìn)魔芋精粉抑制小米面條蒸煮損失的效果。說(shuō)明魔芋精粉和氫氧化鈣在對(duì)小米面條的蒸煮品質(zhì)的影響方面有協(xié)同作用。

圖2 魔芋精粉和氫氧化鈣對(duì)小米面條蒸煮損失和吸水率的影響

魔芋精粉的添加顯著增大了小米面條的吸水性，降低了面條的蒸煮損失，這是由于魔芋精粉的強(qiáng)吸水性，形成穩(wěn)定的膠體，將淀粉顆粒有效地包裹在凝膠結(jié)構(gòu)內(nèi)部，減少淀粉的滲出從而降低面條的蒸煮損失[19]。

2.4 魔芋精粉-氫氧化鈣對(duì)小米面條質(zhì)構(gòu)特性及感官品質(zhì)的影響

由表2可知，添加魔芋精粉后生小米面條的內(nèi)聚性增大而其他指標(biāo)均有所降低。當(dāng)氫氧化鈣和魔芋精粉共同作用后，生小米面條的內(nèi)聚性、膠黏性、耐嚼性以及回復(fù)性均有增加，面條的硬度和彈性降低。對(duì)于熟化后的小米面條，添加魔芋精粉顯著增大了面條的硬度、膠黏性和耐嚼性，對(duì)面條的回復(fù)性無(wú)明顯影響。Zhou等[20]的研究同樣得出，魔芋精粉能夠顯著增大面條的硬度和黏度。這主要是因?yàn)槟в笃细示厶堑母呶栽谑旎倪^(guò)程中在面條表面迅速的形成了半固體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的黏性水層。同時(shí)，氫氧化鈣增強(qiáng)面團(tuán)的吸水性與魔芋葡甘聚糖起到了協(xié)同作用，增強(qiáng)了面條的質(zhì)地性能。

表2 魔芋精粉和氫氧化鈣對(duì)小米面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

由圖3可以看出，隨魔芋精粉的添加小米面條的綜合感官可接受度逐漸升高，在添加量為1.5%時(shí)綜合感官可接受度達(dá)到最大值，當(dāng)添加量達(dá)到2.0%時(shí)綜合感官可接受度顯著降低。這是由于魔芋精粉本身有種魚腥味，當(dāng)添加量過(guò)多時(shí)會(huì)掩蓋小米面條原有的香味，從而影響面條的口感。

圖3 魔芋精粉和氫氧化鈣對(duì)小米面條綜合感官可接受度的影響

2.5 魔芋精粉-氫氧化鈣對(duì)小米面條微觀結(jié)構(gòu)的影響

從圖4可以看出純小米面條的微觀結(jié)構(gòu)比較疏松，有明顯的空隙且可以看到較為完整的淀粉顆粒。在添加了1.0%魔芋精粉后可以明顯看到有結(jié)構(gòu)緊密，有拉絲狀、延展性的面筋結(jié)構(gòu)，但空隙明顯。Wang等[21]在研究魔芋葡甘聚糖對(duì)小麥面筋蛋白熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)的影響中觀察到，魔芋精粉能夠促進(jìn)蛋白形成結(jié)構(gòu)緊密的面筋結(jié)構(gòu)是因?yàn)?，蛋白質(zhì)之間存在二硫鍵，這些二硫鍵通過(guò)巰基-二硫鍵交換反應(yīng)從而延緩蛋白質(zhì)交聯(lián)，而魔芋葡甘聚糖能夠打開(kāi)延緩蛋白質(zhì)交聯(lián)的巰基-二硫鍵交換反應(yīng)使蛋白質(zhì)重新排列。添加1.5%魔芋精粉后結(jié)構(gòu)更加緊密且有延展性的面筋結(jié)構(gòu)外(圖4中未顯示)，且有不規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，這可能是因?yàn)樵诟邷貤l件下部分二硫鍵的交聯(lián)加強(qiáng)導(dǎo)致的。

注：魔芋精粉和氫氧化鈣添加量以小米粉(m/m)為基準(zhǔn)計(jì)算。

與單純添加魔芋精粉的小米面條相比，添加氫氧化鈣后的面條的微觀結(jié)構(gòu)更加緊密，面筋結(jié)構(gòu)的拉伸結(jié)構(gòu)更加明顯。添加1.0%魔芋精粉和0.2%氫氧化鈣的小米面條可以觀察到較為光滑的面筋結(jié)構(gòu)。添加量為1.5%魔芋精粉和0.2%氫氧化鈣的小米面條面筋結(jié)構(gòu)緊密、均一且空隙小。說(shuō)明添加氫氧化鈣和魔芋精粉可以明顯改善小米面條內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)特征，魔芋精粉對(duì)于蛋白質(zhì)的促交聯(lián)作用使蛋白質(zhì)形成更穩(wěn)定的小聚集體，氫氧化鈣通過(guò)中和電荷與離子橋的作用促進(jìn)了大聚集體的形成[22，23]。兩者使用起到了協(xié)同作用，改善了整體的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

研究魔芋精粉-氫氧化鈣復(fù)配后對(duì)小米面條的吸水性、熱力學(xué)特性、感官質(zhì)地及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，添加魔芋精粉可以顯著增大小米粉的熱水膨脹度，但添加氫氧化鈣后會(huì)有顯著(P<0.05)抑制作用。添加魔芋精粉后顯著增大了小米面團(tuán)的吸水率，減小了回生作用，提高了面條的加工效益。魔芋精粉和氫氧化鈣可顯著增大熟面條的硬度、膠黏性和耐嚼性，降低面條的蒸煮損失。當(dāng)添加量為1.5%魔芋精粉和0.2%氫氧化鈣時(shí)綜合感官可接受度最高，由于魔芋精粉本身有魚腥味，2.0%時(shí)感官評(píng)分最低。通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)觀察可得出，添加魔芋精粉后可觀察到面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊密、均一且有延展性，添加氫氧化鈣后網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加緊密光滑。說(shuō)明添加魔芋精粉和氫氧化鈣對(duì)小米面條品質(zhì)的改善具有協(xié)同作用。