超微處理擠壓改性蕎麥粉添加對(duì)面團(tuán)特性和全蕎麥面條品質(zhì)特性的影響

吳 迪 高 利 祝日倩 湯曉智

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院;江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心;江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023)

蕎麥?zhǔn)俏覈?guó)一種重要的雜糧作物，是蓼科蕎麥屬的雙子葉植物，種植面積超70萬(wàn)公頃，每年產(chǎn)量超75萬(wàn)t[1]。蕎麥的主要成分是淀粉，同時(shí)富含20種氨基酸，組成平衡。此外，蕎麥中還含有豐富的膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)及大量的植物化學(xué)素。蕎麥具有降低血糖、血脂、膽固醇和血壓,防治心腦血管和其他慢性疾病及抗癌抗腫瘤等功能特性[2]。面條作為我國(guó)傳統(tǒng)的主食食品，深受消費(fèi)者青睞，但目前市場(chǎng)上鮮見(jiàn)無(wú)添加的全蕎麥面條[3]。這是由于蕎麥粉中膳食纖維含量高，不含面筋蛋白[4]，難以形成面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致蕎麥面條難以成型、適口性差、斷條率高、韌性差、渾湯嚴(yán)重，極大制約了蕎麥面條相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

超微粉碎是一種新型的食品加工技術(shù)，可明顯降低高膳食纖維谷物的粒徑，賦予其粉體良好的理化性質(zhì)[5]，有效改善食品的口感[6,7]，使人體更好地吸收食品中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8,9]。利用超微粉碎對(duì)蕎麥進(jìn)行預(yù)處理可有效改善蕎麥粉體的色澤、吸濕性、溶脹度和溶解性，使其更適于雜糧食品的開(kāi)發(fā)[10]。汪麗萍等[11]將經(jīng)超微粉碎處理的苦蕎粉與小麥粉混合并制成掛面，產(chǎn)品的口感良好。利用超微粉碎技術(shù)對(duì)蕎麥進(jìn)行前處理可以改善蕎麥面條的品質(zhì)。

同樣地，擠壓改性技術(shù)也是一種安全、簡(jiǎn)便、綠色的加工方式，包含混合、蒸煮、捏合、剪切、成型等過(guò)程[12]。它主要通過(guò)水分、熱量和機(jī)械作用改變粉體中淀粉、蛋白及其脂質(zhì)復(fù)合物的微結(jié)構(gòu)和理化特性，以此改善食品的流變、質(zhì)構(gòu)特性[13]。利用擠壓改性蕎麥粉，可以使蕎麥的糊化度、膨脹勢(shì)和水合度大幅上升，同時(shí)促進(jìn)蛋白分子之間交聯(lián)[14]。Wang等[15]報(bào)道擠壓改性之后的蕎麥粉具有類似水或者膠水的動(dòng)態(tài)黏性行為，當(dāng)其和小麥粉共同制備蕎麥鮮面時(shí)，添加了50%蕎麥的鮮面條依然具有良好的蒸煮、質(zhì)構(gòu)特性和感官評(píng)定結(jié)果。

相比傳統(tǒng)的擠壓技術(shù)，改良擠壓技術(shù)(IECT)作為一種新出現(xiàn)的物理改性手段，具有較長(zhǎng)的螺桿、較低的轉(zhuǎn)速以及加工溫度，可賦予改性材料更好的理化特性(質(zhì)構(gòu)、凝膠和凍融穩(wěn)定等[16])和品質(zhì)特性(蒸煮、營(yíng)養(yǎng)和消化特性等[17,18])。前期研究發(fā)現(xiàn)，在較低的擠出溫度(70 ℃)、含水量(30%)和螺桿轉(zhuǎn)速(60 r/min)條件下，制得的物理改性蕎麥粉可以起到親水膠體的作用，賦予蕎麥面條良好的品質(zhì)，展現(xiàn)了其作為新型食品添加劑的潛力[19]。但不同比例的物理改性粉添加對(duì)面團(tuán)特性及面條品質(zhì)的影響尚不清晰。

本研究旨在聯(lián)合超微粉碎技術(shù)和改良擠壓改性技術(shù)對(duì)蕎麥粉進(jìn)行物理改性，制成面團(tuán)并最終制得無(wú)添加的全蕎麥面條。通過(guò)在超微蕎麥粉中添加不同比例的物理改性蕎麥粉(簡(jiǎn)稱改性粉)，研究添加量對(duì)面團(tuán)特性和面條品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

蕎麥(干基)：蛋白質(zhì)13.59%，總淀粉68.13%，脂質(zhì)2.55%，粗纖維1.44%，灰分1.76%，直鏈淀粉28.70%。

J-50氣流粉碎機(jī)，超速離心粉碎儀，K-360凱氏定氮分析儀，B-811索氏抽提儀，F(xiàn)ibertec1023纖維測(cè)試儀，SINMAG攪拌機(jī)，DSE-20型雙螺桿擠壓實(shí)驗(yàn)室工作站，SCIENTZ-12N冷凍干燥機(jī)，S3500激光粒度分析儀，臺(tái)式TM-3000掃描電鏡，Anton Paar MCR 302動(dòng)態(tài)流變儀，TA-XT2i 型質(zhì)構(gòu)分析儀。

1.2 方法

1.2.1 改性蕎麥粉的制備

1.2.1.1 粗制蕎麥粉的制備

將蕎麥經(jīng)超速離心粉碎儀磨(篩網(wǎng)直徑 0.5 mm)，制備粗制蕎麥粉。

1.2.1.3 改性蕎麥粉的制備

利用雙螺桿擠壓機(jī)在六個(gè)溫區(qū)溫度分別為40、60、60、70、70、70 ℃，含水量(濕基)為30%，螺桿轉(zhuǎn)速為60 r/min條件下對(duì)粗制蕎麥粉進(jìn)行擠壓改性[19]。

1.2.1.2 超微蕎麥粉的制備

利用氣流式超微粉碎機(jī)對(duì)粗蕎麥粉(0%的對(duì)照樣品)和擠壓改性蕎麥粉進(jìn)行超微處理。超微處理?xiàng)l件：粉碎壓力為12 MPa，進(jìn)料壓力為10 MPa，進(jìn)料速度為145 r/min。

1.2.2 超微粉粒度分析

樣品在濕法模式下測(cè)試，濕法測(cè)試前，樣品與蒸餾水 1∶50 混合均勻，測(cè)試時(shí)以超純水作為背景。采用 S3500 激光粒度分析儀測(cè)試樣品粒度分布，借助系統(tǒng)自帶軟件分析。超微后，蕎麥粉D50由82.27 μm下降到20.57 μm。

1.2.3 混粉

將超微后的改性粉和超微蕎麥粉按0∶100、5∶95、10∶90、15∶85、20∶80的比例充分混合均勻。

1.2.4 蕎麥面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的測(cè)試

利用混合實(shí)驗(yàn)儀研究蕎麥面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性。檢測(cè)時(shí)，設(shè)定面團(tuán)的總質(zhì)量為90 g。將蕎麥粉放入攪拌缽中進(jìn)行攪拌，然后按照達(dá)到最佳稠度最大扭矩(C1)為1.1 Nm的要求加入一定量的水。測(cè)試的初始溫度為30 ℃，保溫 8 min，然后以 4 ℃/min的速度升溫至90 ℃，保溫 8 min后，再以 4 ℃/min 的速度降溫至50 ℃。攪拌速度始終為80 r/min，由實(shí)驗(yàn)曲線可得到面團(tuán)吸水率、面團(tuán)形成時(shí)間、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、峰值扭矩、回生值等參數(shù)。每個(gè)樣品重復(fù)3次操作。

1.2.5 蕎麥面團(tuán)拉伸特性的測(cè)試

將1.2.3制備的蕎麥面團(tuán)取出，用搟面杖將面團(tuán)壓平，置于帶槽的底座上，然后將上部的平板置于面團(tuán)樣品的頂部，并通過(guò)擰緊夾子將其牢固地向下推，直到底槽里形成面團(tuán)條，壓模靜置45 min后，逐個(gè)取出面團(tuán)條，面條的拉伸阻力采用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試模式選擇拉伸測(cè)試，測(cè)試參數(shù)：速度3.3 mm/sec，測(cè)試距離20.00 mm，觸發(fā)力5.0 g。

1.2.6 蕎麥面團(tuán)流變性能的測(cè)試

將1.2.3制備的蕎麥面團(tuán)取出，用保鮮膜包裹，在室溫下松弛15 min，然后切取一小塊面團(tuán)放于流變儀平臺(tái)正中央，降下平板，刮去樣品邊緣多余的部分，用礦物質(zhì)油密封防止水分蒸發(fā)，并在平臺(tái)上平衡5 min，使殘余的應(yīng)力松弛。測(cè)試采用直徑25 mm 的平板(轉(zhuǎn)子：PP25)，平板直徑為25 mm，平板間距2 mm。測(cè)試溫度為25 ℃，應(yīng)變?yōu)?.5%，頻率變化范圍為0.1～20 Hz，測(cè)試樣品G′、G″以及tanδ的變化。

1.2.7 蕎麥面團(tuán)掃描電鏡的測(cè)試

將1.2.5得到的松弛面團(tuán)樣品，倒入塑料模具中，用 3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸緩沖液沖洗后，再用30%、50%、70%、90%和100%的乙醇梯度洗脫，經(jīng)冷凍干燥后，離子濺射噴金，置于掃描電子顯微鏡下觀察，取200/500倍圖片保存。

1.2.8 全蕎麥面條的制作

參考張健等[20]的方法，面條制作過(guò)程中不添加其他添加劑。作為對(duì)照的小麥面條使用市售中筋小麥粉按照與蕎麥面條相同方法制成。

1.2.9 全蕎麥面條的蒸煮特性分析

最佳蒸煮時(shí)間的測(cè)定：取約15 cm長(zhǎng)的全蕎麥面條(1.2.8制備)，放入盛有30倍質(zhì)量沸水的燒杯中，保持水的微沸狀態(tài)，觀察全蕎麥面條。每隔一段時(shí)間取一段在兩塊透明玻璃板中間輕輕按壓，若硬芯消失則認(rèn)為已煮好，記錄時(shí)間。

蒸煮損失和吸水率的測(cè)定：稱取 5 g(長(zhǎng)度約為 15 cm)全蕎麥面條(干質(zhì)量為m0)放入盛有30倍質(zhì)量沸水的燒杯中，煮至最佳蒸煮時(shí)間后挑出全蕎麥面條，置于濾網(wǎng)上用 50 mL 蒸餾水淋洗 30 s，瀝水 5 min，稱量全蕎麥面條的質(zhì)量(m1)后將其置于 105 ℃ 干燥箱中干燥至恒定質(zhì)量(m2)，按公式計(jì)算蒸煮損失和吸水率。

蒸煮損失=[(m0-m2)/m0]×100%

式中：m0為105 ℃下恒重法測(cè)得全蕎麥面條的干質(zhì)量/g；m2為105 ℃下恒重法測(cè)得全蕎麥面條經(jīng)蒸煮后的干質(zhì)量/g。

吸水率=[(m1-5)/5]×100%

式中：m1為5 g全蕎麥面條煮后的濕質(zhì)量。

斷條率的測(cè)定：取 30 根直徑均勻，長(zhǎng)度約15 cm的全蕎麥面條煮至最佳蒸煮時(shí)間后，淋洗、瀝水并記錄斷條數(shù)(n)。

斷條率=[n/30]×100%

式中：n為30根全蕎麥面條經(jīng)蒸煮后的斷條數(shù)。

1.2.10 全蕎麥面條的質(zhì)構(gòu)特性分析

采用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定全蕎麥面條的質(zhì)構(gòu)特性。取3根長(zhǎng)10 cm左右煮熟的面條平鋪于測(cè)試臺(tái)上，保持面條的間距一致，然后進(jìn)行TPA測(cè)定。具體參數(shù)為，測(cè)試探頭：P/36R，測(cè)試前速度：5.00 mm/s，測(cè)試速度：1.00 mm/s，測(cè)試后速度：5.00 mm/s，形變量：75%，觸發(fā)力：5.0 g，間隔時(shí)間：5 s，數(shù)據(jù)采集：400 pp/s。每個(gè)樣品做6次平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果取平均值。

1.2.11 全蕎麥面條感官評(píng)價(jià)的測(cè)試

選取10位經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的參試者，評(píng)價(jià)結(jié)果根據(jù)格拉布斯準(zhǔn)則剔除異常值，其余數(shù)據(jù)平均值即為面條樣品最終得分，滿分100分[21]。對(duì)蕎麥面條的色澤、表觀狀態(tài)、適口性等進(jìn)行綜合評(píng)分，評(píng)分采用百分制，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。以同樣制備方法得到的小麥面條作為對(duì)照。

表1 蕎麥面條的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)樣品平行測(cè)3次，取平均值，利用SPSS 18.0 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并用Duncan法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性粉添加量對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性和拉伸特性的影響

改性粉添加量對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械特性和拉伸特性的影響見(jiàn)表2。隨改性粉添加量的增加，面團(tuán)的吸水率呈遞增的趨勢(shì)，這主要是由于改性粉中較高比例的糊化淀粉使吸水性能增強(qiáng)[22]。形成時(shí)間呈先遞減后遞增的趨勢(shì)，穩(wěn)定時(shí)間趨勢(shì)相反，在添加量為5%時(shí)的最短形成時(shí)間和最長(zhǎng)穩(wěn)定時(shí)間說(shuō)明在5%添加量時(shí)可以快速形成面團(tuán)且具有最高的穩(wěn)定性，而隨添加量繼續(xù)增加，面團(tuán)的穩(wěn)定性下降，這是因?yàn)檫m量的改性粉可起到黏結(jié)劑的作用，且類似于親水性膠體，吸水后形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，誘導(dǎo)全蕎麥面團(tuán)形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[15]；但當(dāng)添加量過(guò)高時(shí)(>15%)，由于蕎麥擠壓改性過(guò)程中淀粉降解產(chǎn)生的分子量較小物質(zhì)(如糊精等)的含量較高，不利于面團(tuán)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[23]。加熱和冷卻過(guò)程中，面團(tuán)的峰值扭矩和回生值均呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，峰值扭矩降低是因?yàn)楦男苑厶砑恿康脑黾訉?dǎo)致面團(tuán)體系中未糊化淀粉含量下降，回生值降低可能是因?yàn)槎替溞》肿拥拇嬖赱24]，類似于非淀粉多糖，一定程度上阻止淀粉分子的重新結(jié)合，抑制回生[25]。

表2 添加不同比例改性粉面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性和拉伸特性數(shù)據(jù)

面團(tuán)的拉伸阻力隨改性粉添加量的增加，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明過(guò)多改性粉的添加反而會(huì)使面團(tuán)的強(qiáng)度降低。添加量5%時(shí)，面團(tuán)的拉伸阻力最大，其趨勢(shì)與Mixolab中面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間趨勢(shì)相一致[26]。

2.2 改性粉添加量對(duì)面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響

改性粉添加量對(duì)面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響見(jiàn)圖1。由圖1a可知，超微蕎麥粉(添加量0%)面團(tuán)結(jié)構(gòu)中有明顯較大空洞和裂縫結(jié)構(gòu)，面團(tuán)結(jié)構(gòu)松散，不緊密。當(dāng)添加量為5%和10%時(shí)，面團(tuán)結(jié)構(gòu)緊實(shí)且連續(xù)均勻，空洞較小，說(shuō)明此時(shí)改性粉在面團(tuán)體系中起到黏結(jié)作用，使面團(tuán)結(jié)構(gòu)比較均勻穩(wěn)定；在添加量為15%和20%時(shí)，整體上看面團(tuán)結(jié)構(gòu)分布不均勻，既有緊密區(qū)，又有松散區(qū)，面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)始出現(xiàn)較大的孔洞和裂縫，這可能由于過(guò)量的改性粉添加會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)中的小分子糊精等物質(zhì)的增加，不利于面團(tuán)中淀粉、蛋白質(zhì)和其他組分更好地黏結(jié)在一起，導(dǎo)致面團(tuán)的結(jié)構(gòu)不連續(xù)且不穩(wěn)定。

圖1 不同物理改性粉添加量面團(tuán)的掃描電鏡圖

2.3 改性粉添加量對(duì)面團(tuán)流變特性的影響

改性粉添加量對(duì)面團(tuán)的流變特性的影響見(jiàn)圖2。不同添加量面團(tuán)的G′和G″值均隨頻率的增加而增大，且G′>G″，表明面團(tuán)呈現(xiàn)彈性流體特性[27]。隨添加量的增加，面團(tuán)的G′和G″均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在添加量為5%時(shí)達(dá)到最高，說(shuō)明此時(shí)擠壓改性蕎麥粉的黏結(jié)性及其凝膠性使面團(tuán)比較均勻致密，增強(qiáng)了面團(tuán)的黏彈性。此時(shí)面團(tuán)的損耗角正切值最低，證明了其具有最佳的黏彈特性[28]。當(dāng)擠壓蕎麥粉增至20%時(shí)，面團(tuán)中的短鏈小分子過(guò)多，總淀粉含量減少，導(dǎo)致面團(tuán)結(jié)構(gòu)的整體松散(圖1a)，使G′和G″降低，tanδ升高。

圖2 不同改性粉添加量面團(tuán)的動(dòng)態(tài)流變曲線

2.4 改性粉添加量對(duì)面條蒸煮特性的影響

由表3可以看出，與小麥面條相比，蕎麥面條的吸水率較低，這是由于小麥面條中含有較多的面筋蛋白，面筋蛋白易于吸水形成面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，小麥面條的蒸煮損失和斷條率也相對(duì)較低。隨添加量的增加，蕎麥面條的吸水率、蒸煮損失和斷條率均呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)，蒸煮時(shí)間呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。這主要與面條體系中的淀粉和改性粉比例相關(guān)，少量的改性粉(5%)可以起到黏結(jié)作用，其凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成使面團(tuán)更穩(wěn)定(如圖1b)，從而蒸煮損失和斷條率顯著降低；而過(guò)多的改性粉添加，面團(tuán)結(jié)構(gòu)變得松散，蒸煮過(guò)程中淀粉容易溢出，從而導(dǎo)致面條蒸煮損失和斷條率的升高。值得注意的是，當(dāng)添加量為5%時(shí)，蕎麥面條的蒸煮損失和斷條率與同樣制備方法的小麥面條接近，蒸煮時(shí)間較之更低。

表3 添加不同比例改性粉所制面條的蒸煮特性

2.5 改性粉添加量對(duì)面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

蕎麥面條和小麥面條的質(zhì)構(gòu)特性見(jiàn)表4。與小麥面條相比，蕎麥面條的硬度明顯較高，主要是因?yàn)槠浜休^多的膳食纖維。隨改性粉添加量的增加，蕎麥面條的硬度、彈性和咀嚼度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)添加量為5%時(shí)，蕎麥面條的彈性和咀嚼度分別為0.78和1 092.43 g，高于小麥面條的彈性0.77和咀嚼度703.87 g，說(shuō)明此時(shí)蕎麥面條具有較好的彈性和口感。這主要是因?yàn)槊鎴F(tuán)形成了比較連續(xù)均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖1b)，增加了面團(tuán)的強(qiáng)度，也使面團(tuán)的彈性和咀嚼度增加[29]。

表4 添加不同比例改性粉所制面條的質(zhì)構(gòu)特性

2.6 改性粉添加量對(duì)面條感官評(píng)價(jià)的影響

通過(guò)比較超微和擠壓改性技術(shù)聯(lián)合改性制得蕎麥面條與小麥面條感官品質(zhì)的差異可知(表5)，小麥粉的感官評(píng)定總分最高，超微蕎麥粉和添加5%改性粉的蕎麥面條感官評(píng)定總分分別為75.2和88.4。小麥粉中富含面筋蛋白，在制作過(guò)程中易于形成面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此小麥面條的韌性較高，咀嚼的過(guò)程中也更有彈性。僅利用超微技術(shù)也可以改善蕎麥面條的效果，但與小麥面條的品質(zhì)仍有較大的差距。而添加5%的改性粉制作的蕎麥面條，其感官評(píng)定總分已接近小麥面條，在咀嚼的過(guò)程中彈性較好，適口性的評(píng)定值也較高，同時(shí)其光滑性和食味評(píng)定值已高于小麥面條。此外，與小麥粉相比，蕎麥粉具有獨(dú)特的風(fēng)味，使其食味評(píng)分略高。

表5 蕎麥面條感官評(píng)定值

3 結(jié)論

不同改性粉回添量對(duì)于蕎麥面團(tuán)的加工特性和全蕎麥面條的食用品質(zhì)影響顯著。改性粉中的糊化淀粉可以有效增強(qiáng)面團(tuán)的吸水性能，類似親水膠體，誘導(dǎo)面團(tuán)形成穩(wěn)定、連續(xù)、均勻和致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這有利于面條蒸煮、質(zhì)構(gòu)特性和感官評(píng)定的改善；但添加量過(guò)高時(shí)，小分子量糊精等的存在一定程度上會(huì)阻止淀粉、蛋白質(zhì)和其它組分的黏結(jié)，造成面團(tuán)結(jié)構(gòu)的松散不連續(xù)和面團(tuán)強(qiáng)度的降低，導(dǎo)致面條品質(zhì)不佳。其中，當(dāng)添加量為5%時(shí)，全蕎麥面條具有最好的蒸煮、質(zhì)構(gòu)特性和感官評(píng)分。品質(zhì)數(shù)據(jù)整體上接近甚至超過(guò)對(duì)照小麥面條的數(shù)據(jù)。本研究表明將擠壓改性和超微粉碎后的物理改性蕎麥粉進(jìn)行適量回添可以顯著改善面團(tuán)的加工特性和面條的食用品質(zhì)。