不同糊化度苦蕎粉理化性質(zhì)和體外消化性的研究

李云龍 董桂梅 董吉林 申瑞玲

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西功能食品研究院1，太原 030031) (鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院2，鄭州 450001)

近年來，全谷物食品的攝入量與健康的關(guān)系備受關(guān)注?？嗍w是一種重要的全谷物，在我國主要分布于云南、四川、貴州等地。近年來，苦蕎食品的加工得到了極大的關(guān)注，主要集中于饅頭、面條、面包等食品中。但由于苦蕎中面筋蛋白含量低，面團(tuán)缺乏黏彈性和延展性，使得苦蕎制品中苦蕎的添加量有限(20%～40%)；苦蕎粉加水后其蘆丁被快速水解為槲皮素和蕓香糖，致使苦蕎食用口感較差[1]。這些特性對苦蕎的加工品質(zhì)產(chǎn)生極大的影響，限制了苦蕎在主食中的應(yīng)用。

有研究表明擠壓膨化可以提高苦蕎的凝膠特性，改善苦蕎的吸水性和糊化特性；且苦蕎粉糊化度越高，形成的面團(tuán)黏彈性提高，內(nèi)部形成連續(xù)、均勻的結(jié)構(gòu)[2]。此外，擠壓膨化過程中的高溫高壓環(huán)境使酶失去活性，阻止了槲皮素的生成。研究表明，提高擠壓溫度和物料含水量可以顯著影響淀粉的糊化度，而螺桿轉(zhuǎn)速對淀粉的糊化度無顯著影響[3]。擠壓產(chǎn)品的糊化度是淀粉糊化和降解作用的結(jié)果，其大小會影響產(chǎn)品的品質(zhì)[4]。Fu 等[5]研究不同糊化度玉米淀粉的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)特性，結(jié)果表明隨糊化度的增大，玉米淀粉結(jié)晶度及糊化焓降低；徐芬等[6]探究不同糊化度馬鈴薯淀粉的黏度和凝膠特性，結(jié)果表明不同糊化度馬鈴薯淀粉的黏度及凝膠特性發(fā)生顯著改變。但是目前國內(nèi)外對不同糊化度苦蕎粉的理化性質(zhì)及消化性研究有限，故本實(shí)驗(yàn)通過擠壓膨化制備不同糊化度的苦蕎粉，研究了不同糊化度苦蕎粉的粒徑、營養(yǎng)成分、水合特性、以及體外模擬消化等指標(biāo)，以期得到消化特性良好的苦蕎粉，旨在為苦蕎粉的深度利用和開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

苦蕎粉(全粉、芯粉)、總淀粉測試試劑盒、α-淀粉酶溶液(3 000 U/mL)、淀粉葡萄糖苷酶(3 300 U/mL)；甲醇、乙醇等試劑均為分析純。

1.2 主要儀器

HL-100型高速多功能粉碎機(jī)，Process 11臺式同向雙螺桿擠出實(shí)驗(yàn)機(jī)，KDN103F型自動(dòng)定氮儀，S3500型激光粒度分析儀，X. rite 色差計(jì)，JSM-6490LV掃描電子顯微鏡(SEM)，RVA4500型快速黏度測定儀。

1.3 方法

1.3.1 不同糊化度苦蕎全粉與芯粉的制備

參考趙芳芳[7]方法，稍加修改，制備不同糊化度苦蕎粉。分別將苦蕎全粉(WF)與芯粉(CF)，在螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min，擠壓溫度為135～175 ℃，含水量為26%～28%下，得到不同糊化度的苦蕎全粉分別記為WF1～WF5，芯粉記為CF1～CF5。利用高速多功能粉碎機(jī)粉碎，過100目篩，備用；以未經(jīng)過任何處理的苦蕎全粉與芯粉為對照。

1.3.2 苦蕎全粉與芯粉糊化度的測定

參考熊易強(qiáng)[8]方法，稍加修改。準(zhǔn)確稱取0.15 g樣品2份，其中1份加15 mL 緩沖液，混合均勻，沸水浴1 h，即為全糊化樣品，另1份為待測樣品，向樣品加入1 mL 酶液，40 ℃水浴加熱30 min。取一空白試管，操作相同，作為空白對照組。加2 mL 10% ZnSO4·7H2O 和1 mL 0.5 mol/L NaOH，用水稀釋至25 mL，混合均勻。準(zhǔn)確吸取0.1 mL 溶液，加入2 mL 銅試劑，沸水浴2 min，后加入2 mL磷鉬酸試劑，沸水浴2 min，加水稀釋至25 mL，混合均勻，于420 nm處測吸光度值。計(jì)算公式為：

式中：A0為空白度吸光板；A1為全糊化樣品吸光度；A2為待測樣品吸光度。

1.3.3 不同糊化度苦蕎粉基本營養(yǎng)成分

蛋白質(zhì)含量的測定參照GB 5009.5—2016；脂肪含量測定參照GB/T 5009.6—2016；灰分含量的測定參照GB 5009.4—2016；膳食纖維的測定參照AOAC 985.29；總黃酮含量的測定：參考文獻(xiàn)[9]，以蘆丁為標(biāo)品，標(biāo)準(zhǔn)曲線為：Y=0.58X+0.006 5，R2=0.999 3。

1.3.4 不同糊化度苦蕎粉粒徑的測定

準(zhǔn)確稱取0.6 g樣品，加12 mL去離子水，超聲處理30 min，混合均勻，用激光粒度分析儀在0.1～5 000 nm 范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3.5 不同糊化度苦蕎粉色度的測定

將樣品平鋪于比色皿中，用X.rite 色差計(jì)測定L*、a*和b*值。總色差ΔE公式為：

式中：ΔE為總色差；ΔL、Δa、Δb為對照組與處理組L*、a*、b*值之間的差異。

1.3.6 不同糊化度苦蕎粉水合特性的測定

參照Heo[10]方法,稍加修改。準(zhǔn)確稱取0.100 g樣品，加入20 mL蒸餾水，30 ℃下保溫30 min，每隔5 min振蕩30 s，3 000 r/min離心10 min。上清液傾倒于恒重的培養(yǎng)皿中，在105 ℃的烘箱中蒸發(fā)至恒重。

式中：m為樣品質(zhì)量；m1為干燥至恒重的上清液質(zhì)量；m2為離心管中沉淀的質(zhì)量。

1.3.7 不同糊化度苦蕎粉糊化特性的測定

參照 GB/T 24853—2010測定樣品。準(zhǔn)確稱取苦蕎粉3.0 g，加入25.0 mL蒸餾水，按14%濕基計(jì)算，按程序升溫：樣品從50～95 ℃，保持1 min，在3 min內(nèi)將至50 ℃，保持2 min。

1.3.8 不同糊化度苦蕎粉消化性的測定

1.3.8.1 體外苦蕎粉消化性的測定

參考Englyst[11]的方法并適當(dāng)修改。稱取相當(dāng)于500 mg淀粉的苦蕎粉，加入 10 mL 的0.2 mol/L 的醋酸鈉緩沖液，于沸水浴中30 min。冷卻至室溫后于37 ℃ 水浴鍋加熱5 min，后加入1 mL α-淀粉酶和4 mL 淀粉葡萄糖苷酶，分別在0、5、10、20、30、45、60、90、120和180 min時(shí)取樣0.5 mL，后加入4.5 mL 無水乙醇，4 000 r/min離心15 min，吸取上清液，用DNS法測樣品中葡萄糖含量，計(jì)算樣品水解率，快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量，每個(gè)樣品測定3次，計(jì)算公式為：

式中：Gt為水解t時(shí)間產(chǎn)生的葡萄糖含量；G20為樣品酶水解20 min后產(chǎn)生的葡萄糖含量；G120為樣品酶水解120 min 后產(chǎn)生的葡萄糖含量；FG為酶水解前樣品中葡萄糖含量；TS為總淀粉含量；m為樣品質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用 SPSS 26.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Duncan’s 多重比較檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，數(shù)據(jù)繪圖采用 Origin 2019。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同糊化度苦蕎粉的制備

糊化度是衡量谷物熟化的程度，高糊化度苦蕎粉有利于提高面團(tuán)的成型。由表1可知，全粉和芯粉的糊化度最高分別為97.65%和95.60%，說明其基本完全熟化且有可能以更大的添加比例應(yīng)用到主食食品中。

表1 擠壓膨化機(jī)參數(shù)設(shè)置及苦蕎粉糊化度

2.2 不同糊化度苦蕎粉基本成分分析

由表2可知，全粉的蛋白、膳食纖維和總黃酮含量明顯高于芯粉，表明全粉具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。與未糊化全粉和芯粉相比，高糊化度全粉和芯粉的蛋白質(zhì)含量增加，但無顯著性差異(P>0.05)；但水分、脂肪、淀粉和總黃酮含量隨著糊化度的增大明顯降低且存在顯著差異(P<0.05)，這是因?yàn)榭嗍w粉在擠壓膨化時(shí)，處于高溫和高壓的環(huán)境中，使水分受熱蒸發(fā)而減少；在擠壓加熱中脂肪與淀粉和蛋白質(zhì)形成復(fù)合物造成游離脂肪的減少[12]；淀粉充分糊化后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷裂打開，致使淀粉分解一部分流失；由于黃酮具有熱不穩(wěn)定性，隨著糊化度的增加會導(dǎo)致其含量降低。

表2 不同糊化度全粉和芯粉的基本成分

2.3 不同糊化度苦蕎粉色度的分析

由表3可知，與未擠壓苦蕎粉相比，全粉和芯粉的L*顯著降低(P<0.05)，說明其亮度降低。隨著糊化度的增大，全粉和芯粉的a*值先增大后降低，說明其紅色變淺；全粉的b*值先增大后降低，芯粉的b*值顯著降低，說明其黃色變淺；當(dāng)苦蕎粉糊化度達(dá)最大值時(shí)，總色差值ΔE最小。這些顏色上的差異可能與黃酮、多酚類物質(zhì)有關(guān)[13]，也可能與高溫下發(fā)生的美拉德反應(yīng)等有關(guān)[14]。

表3 不同糊化度全粉和芯粉的色度

2.4 不同糊化度苦蕎粉的粒徑分析

由圖1可知，擠壓膨化后全粉和芯粉的粒徑顯著增大，這是因?yàn)閿D壓物料釋放的瞬間，體積瞬間變大，形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)[15]，類似的變化可見于小米粉、燕麥全粉[16,17]。隨著糊化度的增大，全粉和芯粉的粒徑存在顯著差異(P<0.05)，變化趨勢為先增大后減小。當(dāng)全粉糊化度為100%，芯粉糊化度為95.60%時(shí)，平均粒徑最小分別為186.18 μm和207.83 μm，表明糊化度越大，大分子淀粉顆粒破碎，形成更多粒徑小而不完整的淀粉顆粒。

圖1 不同糊化度全粉和芯粉的粒徑分布

2.5 不同糊化度苦蕎粉水合特性的測定

吸水性指數(shù)和膨脹勢既可反映樣品的持水性能和淀粉的吸水溶脹能力，又可以反映面條的光滑程度和膨脹度[18]；水溶性指數(shù)可以反映樣品在水中的溶解能力以及在面條蒸煮中的可溶性物質(zhì)的損失量[19]。由表4可知，全粉的吸水性指數(shù)和膨脹勢均小于芯粉，說明芯粉制作的面條光滑，口感較好。與未經(jīng)擠壓的苦蕎粉相比，隨著糊化度的增大，苦蕎全粉與芯粉的吸水性指數(shù)和膨脹勢均升高，水溶性指數(shù)減小，可能是因?yàn)閿D壓破壞淀粉的完整性，淀粉分子溶出，致使水分子通過氫鍵與游離羥基結(jié)合，增大了苦蕎粉的吸水性指數(shù)和膨脹勢[20]。

表4 不同糊化度全粉和芯粉的WAI、WSI和SP

2.6 不同糊化度苦蕎粉糊化特性的分析

由表5可知，擠壓膨化后全粉和芯粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值顯著減小(P<0.05)，這與周星杰[21]研究結(jié)果一致。峰值黏度和谷值黏度的降低是因?yàn)楹^程中的淀粉顆粒的完整性被破壞，淀粉由大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)[22]。衰減值的大小反映淀粉糊的熱穩(wěn)定性，全粉和芯粉糊化度越高衰減值越大，說明其熱穩(wěn)定性較差?；厣捣从车矸酆姆€(wěn)定性及評價(jià)食品老化程度常用指標(biāo)[23]。高糊化度的全粉和芯粉回生值最小，說明其淀粉糊較為穩(wěn)定且制作的食品老化程度慢,保質(zhì)期相對延長。

表5 不同糊化度全粉和芯粉的糊化特性

2.7 不同糊化度苦蕎粉消化性的分析

從圖2可知，在整個(gè)消化過程中，擠壓膨化后的全粉和芯粉的淀粉水解率均高于未擠壓膨化全粉和芯粉，且不同糊化度苦蕎全粉和芯粉消化特性存在顯著性差異(P<0.05)，隨著糊化度的不斷增大，全粉和芯粉的淀粉水解率也不斷增大。在0～20 min內(nèi)，不同糊化度苦蕎粉(全粉、芯粉)水解速率增長較快，20～180 min內(nèi)淀粉水解速率增長緩慢且逐漸趨于平穩(wěn)，這是因?yàn)榈矸鄯肿影l(fā)生凝沉，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到重新排列，逐漸趨于穩(wěn)定[24]。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為180 min時(shí)，高糊化度苦蕎全粉和芯粉的淀粉水解率分別為80.62%、82.37%，這可能是因?yàn)楦吆鹊目嗍w粉被分解得更完全，淀粉分子的無定形區(qū)被快速分解，使樣品中還原糖含量增加，提高淀粉消化率[25]。結(jié)果進(jìn)一步證明高糊化度的全粉和芯粉更易消化吸收。

圖2 不同糊化度全粉和芯粉的淀粉水解曲線

2.8 不同糊化度苦蕎粉中快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉的變化

由表6可知，與未擠壓膨化苦蕎粉相比，隨著糊化度的增大，擠壓膨化后的全粉和芯粉的RDS含量顯著升高(P<0.05)，SDS含量顯著降低(P<0.05)，RS含量降低無顯著性變化。這是因?yàn)楦吆葧?dǎo)致淀粉結(jié)構(gòu)完全破壞而使RDS含量升高，淀粉的糊化降解在一定程度上降低RS含量[26]。高糊化度的全粉和芯粉有較多的快消化淀粉含量，是因?yàn)檩^高的溫度和壓力將淀粉細(xì)胞壁破壞，使得淀粉與蛋白質(zhì)、纖維等物質(zhì)的作用減弱，增大了消化酶與樣品的接觸面積。

表6 不同糊化度全粉和芯粉的體外消化

3 結(jié)論

擠壓膨化后高糊化度的苦蕎全粉和芯粉的蛋白質(zhì)和灰分含量無顯著變化，水分、脂肪、淀粉和黃酮含量降低；粒徑先增大后減??；水合特性增強(qiáng)，顏色變深；快速黏度分析結(jié)果表明高糊化度的全粉和芯粉的黏度低，但熱穩(wěn)定性變差，在不同的擠壓條件下可以顯著影響苦蕎粉的營養(yǎng)、理化特性及糊化特性。淀粉體外消化結(jié)果表明高糊化度的全粉和芯粉有較好的消化率且易于消化吸收，擠壓膨化可以提高苦蕎粉的消化特性。