超高壓處理對(duì)黑大麥加工特性的影響

朱 創(chuàng)，楊 麗，宋立華

（上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院 上海 200240）

黑大麥?zhǔn)瞧胀ù篼湹淖兎N，原產(chǎn)于埃塞俄比亞，我國(guó)從秘魯引進(jìn)后經(jīng)過多次雜交育種，基本克服了野生黑大麥產(chǎn)量低、易倒伏的缺點(diǎn)，并賦予其產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)等新優(yōu)勢(shì)[1]。如今，黑大麥已有多個(gè)品種，在新疆、青海等多地推廣種植。黑大麥與普通大麥相比，具有“三高二低”的營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，即高蛋白、高纖維素、高維生素，低脂肪和低糖[2]。此外，黑大麥中不飽和脂肪酸含量較高，其中亞油酸占脂肪酸的4.3%，油酸占32.8%[3]。與普通大麥相比，黑大麥中鈣的含量高達(dá)9.49%，鐵和鋅的含量分別是大麥的3 倍和1 倍，硒的含量為25.00%～34.38%[3]。黑大麥因含有豐富的氨基酸、不飽和脂肪酸和微量元素而具有預(yù)防老年癡呆[3]，防治貧血和毛發(fā)脫落[3]，增強(qiáng)免疫力[4]等功效。

黑大麥雖具有豐富的營(yíng)養(yǎng)，但由于其富含纖維素，質(zhì)地較硬，傳統(tǒng)的加熱手段很難使生淀粉糊化[2]，從而影響黑大麥的口感和加工特性。黑大麥與黑芝麻、黑豆等黑色作物相比，開發(fā)利用仍不成規(guī)模。

當(dāng)前對(duì)黑大麥的處理主要采用擠壓膨化技術(shù)[2]，該技術(shù)耗能高，且高溫易造成熱敏營(yíng)養(yǎng)元素的損失，因此有必要探求其它食品加工技術(shù)對(duì)黑大麥進(jìn)行加工、利用。有研究表明，超高壓（Ultrahigh pressure，UHP）處理作為一種純物理加工技術(shù)，在稻谷加工中不但可明顯縮短加工時(shí)間[5]，提高稻米色澤[6]，增加香氣成分[7]，有效改善稻谷的食用質(zhì)地[8-9]，還可減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失[10-13]。本研究采用超高壓技術(shù)處理黑大麥，對(duì)不同超高壓條件下黑大麥的熟化時(shí)間、熱物性、感官及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，探尋超高壓處理對(duì)黑大麥加工特性的影響規(guī)律，為黑大麥的加工提供一種經(jīng)濟(jì)、便捷的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

黑大麥，產(chǎn)自青海，由青海省西寧市澤華綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)合作社提供。經(jīng)稻谷脫殼機(jī)脫殼后備用，水分含量（10±0.4）%。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平（YP2002N），上海菁華科技儀器有限公司；差示掃描量熱儀（DSC 204F1），德國(guó)Netzsch 公司；高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 【Sirion 200（SEM）& INCA X-Act （EDS）】，美國(guó) FEI；超高壓處理設(shè)備（RANAISI），上海詩斯自動(dòng)化設(shè)備有限公司；電磁爐，浙江蘇泊爾股份有限公司；蒸鍋，?？铺夭讳P鋼制品廠；質(zhì)構(gòu)儀（TA.XT.Plus），英國(guó)SMSTA 公司；冷凍干燥機(jī)（2.5 L），美國(guó)LABCONCO 公司；多功能粉碎機(jī)（圣順200T），浙江武義海納電器有限公司；標(biāo)準(zhǔn)100 目篩，浙江飛達(dá)金屬砂篩廠；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（YHG-9030A），上海姚氏儀器設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 UHP 處理 將黑大麥分為14 組，每2 組1個(gè)平行，分為未處理組和超高壓組（100，300 MPa和600 MPa，分別保壓5，15 min）。每組稱取250 g 樣品于同樣大小的盛滿水的塑料瓶中，試驗(yàn)全程恒溫，勻速升壓。

1.3.2 熟化時(shí)間的測(cè)定 將150 mL 水加至250 mL 燒杯中，煮沸。挑選顆粒飽滿、外表完整的黑大麥10 g 放入沸水中，蒸煮15 min 后，每隔1 min用漏勺取出10 粒黑大麥，分別置于載玻片中央，用另一載玻片擠壓。若黑大麥中心透明、無實(shí)心白點(diǎn)，則說明已煮熟，該時(shí)間記為熟化時(shí)間[10]。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 取20 g 黑大麥，用清水淘洗3 次，瀝干，置于鋁盒中，加入20 g 水，加蓋后置于蒸鍋蒸煮30 min，保溫15 min。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：探頭P/50，測(cè)試前速度1 mm/s，測(cè)試速度0.5 mm/s，測(cè)試后速度1 mm/s，壓縮比70%。

1.3.4 熱物性的測(cè)定 取一定量冷凍干燥的黑大麥于多功能粉碎機(jī)中，黑大麥的量應(yīng)覆蓋粉碎機(jī)的刀片，打粉后過100 目篩，收集粉末，備用。

用電子天平準(zhǔn)確稱量4.00 mg 黑大麥粉末，置于鋁制坩堝中，記錄其質(zhì)量，加入12 μL 超純水，混合均勻后密封坩堝，置4 ℃冰箱平衡24 h 后放入差示掃描量熱儀中。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：起始溫度30 ℃，終止溫度110 ℃，升溫速率10 ℃/min。

1.3.5 感官評(píng)定 取各組黑大麥20 g （處理?xiàng)l件見表1），用清水淘洗3 次，瀝干，置于鋁盒中，加入20 g 水，加蓋后置于蒸鍋蒸煮30 min，保溫15 min。選擇10 名品評(píng)員，男、女各半，分別從氣味、外形、適口性、滋味和冷飯質(zhì)地5 個(gè)方面評(píng)價(jià)超高壓處理前、后和不同處理?xiàng)l件下黑大麥的感官特性變化。

表1 超高壓處理?xiàng)l件Table 1 The treatment condition of UHP

根據(jù)《糧油檢驗(yàn)稻谷、大米蒸煮食用品質(zhì)研究感官評(píng)定法》（GB/T 15682-2008）設(shè)定評(píng)分表（表2）。評(píng)分50 以下為很差，51～60 分為差，61～70 分為一般，71～80 分為較好，81～90 分為好，90 分以上為很好。

表2 感官評(píng)定指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation indexes and scoring criteria

（續(xù)表2）

1.3.6 微觀結(jié)構(gòu)觀察 將未處理和經(jīng)100，300，600 MPa 超高壓處理的黑大麥取出瀝干，在35 ℃條件下烘至原重，將烘干的米粒從中掰斷，均勻放在噴金機(jī)的臺(tái)面上，在真空條件下噴上1 層炭和金，用掃描電鏡 （Scanning electron microscopy，SEM）觀察。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理對(duì)黑大麥?zhǔn)旎瘯r(shí)間的影響

圖1反映黑大麥在不同超高壓處理?xiàng)l件下熟化時(shí)間的變化。同一壓力條件下，保壓時(shí)間對(duì)黑大麥?zhǔn)旎瘯r(shí)間的影響不顯著。而壓力300 MPa 和600 MPa 較100 MPa 能顯著降低黑大麥的熟化時(shí)間（P＜0.05）。當(dāng)壓力600 MPa，保壓時(shí)間15 min時(shí)，黑大麥?zhǔn)旎瘯r(shí)間最短，約21 min，相比未處理組下降約13 min，降幅38%。谷物熟化時(shí)間反映谷物蒸煮過程中內(nèi)部淀粉糊化的難易程度。高嘉琦[14]以大米和燕麥為對(duì)象，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)600 MPa 處理15 min，大米和燕麥中淀粉糊化度達(dá)到85%的時(shí)間分別下降了52.1%和59.6%。Yu 等[15]發(fā)現(xiàn)糙米經(jīng)500 MPa 處理后，熟化時(shí)間與未處理組相比下降了60%，說明超高壓能極大地改善了淀粉的熟化時(shí)間。

圖1 不同超高壓處理?xiàng)l件對(duì)黑大麥?zhǔn)旎瘯r(shí)間的影響Fig.1 Effect of different UHP processing condition on the cooking time of black barley

2.2 超高壓處理對(duì)黑大麥質(zhì)構(gòu)的影響

圖2a～g 顯示未處理黑大麥和壓力100，300，600 MPa 下分別保壓5 min 和15 min 的黑大麥的質(zhì)構(gòu)曲線。硬度是指使樣品達(dá)到一定形變所需要的力[16]，它是人們咀嚼食品時(shí)最直觀的體驗(yàn)，表現(xiàn)為圖2的上第1 個(gè)峰值。由該曲線可直觀看出，超高壓能明顯降低黑大麥的硬度。

表3列出不同UHP 處理?xiàng)l件對(duì)黑大麥硬度、彈性、黏聚性及咀嚼性的影響。結(jié)合圖2和表3數(shù)據(jù)可知，隨著處理壓力的升高和保壓時(shí)間的延長(zhǎng)，黑大麥的硬度均呈降低趨勢(shì)，與已有研究中超高壓加工對(duì)糙米的影響結(jié)果相似[17]。在600 MPa、保壓15 min 時(shí)，黑大麥的硬度降至最低，較未處理時(shí)下降了22.3%；在相同時(shí)間條件下，壓力為300 MPa 時(shí)，黑大麥硬度較未處理組有顯著變化（P＜0.05），提示：黑大麥最低超高壓處理?xiàng)l件為300 MPa，保壓15 min。超高壓能使黑大麥的硬度下降可能與其促進(jìn)了淀粉的水合進(jìn)程有關(guān)[18]。

圖2 不同超高壓處理?xiàng)l件下黑大麥的質(zhì)構(gòu)曲線Fig.2 Texture profile analysis of black barley under different UHP processing condition

食品的彈性越大，在口中的嚼勁越強(qiáng)。從表3可知，當(dāng)保壓5 min 時(shí)，各UHP 處理壓力對(duì)黑大麥彈性均無顯著影響。當(dāng)保壓15 min 時(shí)，600 MPa 處理組較未處理組和100 MPa 處理組黑大麥彈性差異顯著（P＜0.05）。

咀嚼性是用來描述將固體物品咀嚼成能吞咽狀態(tài)所需的能量，咀嚼性越小，所需能量越少[10]。從表3可看出，處理壓力越高，保壓時(shí)間越長(zhǎng)，黑大麥的咀嚼性越低，這與硬度的變化規(guī)律基本相同。當(dāng)黑大麥在600 MPa 條件下保壓15 min，其咀嚼性較未處理下降38.2%。

黏聚性指樣品經(jīng)第一次壓縮后對(duì)第二次壓縮的相對(duì)抵抗力[19]?；貜?fù)性表示樣品經(jīng)第1 次壓縮后回彈的力，是第1 次壓縮過程樣品釋放的彈性能與壓縮時(shí)探頭的耗能之比[16]。從表3數(shù)據(jù)可看出UHP 處理?xiàng)l件下黑大麥黏聚性及回復(fù)性均無顯著變化（P＞0.05）。

表3 不同超高壓處理?xiàng)l件對(duì)黑大麥質(zhì)構(gòu)的影響Table 3 Effect of different UHP processing condition on the texture of black barley

2.3 超高壓處理對(duì)黑大麥糊化特性的影響

表4顯示不同超高壓條件對(duì)黑大麥淀粉糊化特性的影響?？梢钥闯?，超高壓處理能降低黑大麥中淀粉糊化的起始溫度和糊化焓，使其更易糊化。將黑大麥在600 MPa 保壓15 min，其糊化焓降低了14.4%。超高壓處理對(duì)淀粉糊化的峰值溫度和終止溫度無影響。一般來講，壓力越大，時(shí)間越長(zhǎng)，水分含量越高，淀粉糊化程度越高[20]。Stolt 等[21]研究大麥淀粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，超高壓處理能顯著降低大麥淀粉的糊化特性，當(dāng)其在550 MPa 條件下處理5 min，淀粉完全糊化，DSC 曲線上的峰消失。Ahmed等[22]研究發(fā)現(xiàn)，印度香米在550 MPa 條件下處理15 min，糊化程度達(dá)47.8%。另外，Tan 等[23]發(fā)現(xiàn)粳米經(jīng)500 MPa，20 ℃處理后，糊化程度達(dá)72%。以上結(jié)果均提示超高壓處理可有效改善谷物的糊化特性，而對(duì)不同的谷物，改善加工特性所需UHP條件有所不同。

表4 不同超高壓處理?xiàng)l件對(duì)黑大麥中淀粉糊化特性的影響Table 4 Effect of different UHP processing condition on the starch gelatinization of black barley

2.4 超高壓處理對(duì)黑大麥?zhǔn)秤闷焚|(zhì)的影響

圖3a 顯示未處理黑大麥與在壓力100，300，600 MPa 下處理5 min 的黑大麥在氣味、光澤度、滋味等8 個(gè)指標(biāo)方面的評(píng)分。黑大麥軟硬度評(píng)分隨壓力的上升呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。經(jīng)600 MPa 處理5 min 的黑大麥軟硬度評(píng)分為81 分，而未處理的黑大麥軟硬度評(píng)分僅49 分；黑大麥的完整性和冷飯質(zhì)地的評(píng)分在壓力100 MPa 下幾乎無變化，而將壓力提至300 MPa 時(shí)，黑大麥軟硬度和冷飯質(zhì)地的評(píng)分發(fā)生顯著變化（P＜0.05）。這與用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定硬度的結(jié)果一致，說明超高壓可改善麥?？诟校鴫毫?00 MPa 可使黑大麥的完整性評(píng)分發(fā)生顯著變化（P＜0.05）。本試驗(yàn)所用UHP 條件對(duì)黑大麥的氣味、滋味、光澤度、黏性、彈性的評(píng)分均無顯著影響。

圖3b 顯示未處理黑大麥和在壓力100，300，600 MPa 下處理15 min 的黑大麥在氣味、光澤度等8 個(gè)指標(biāo)方面的評(píng)分。黑大麥的軟硬度評(píng)分隨處理壓力的升高顯著上升，經(jīng)600 MPa 處理15 min 的黑大麥軟硬度評(píng)分為81 分，較未處理時(shí)上升53 分，表明此時(shí)黑大麥軟硬度較好；光澤度和冷飯質(zhì)地的評(píng)分隨壓力升高而增加。不同壓力對(duì)黑大麥的氣味、光澤度、黏性、滋味的評(píng)分無顯著影響。當(dāng)壓力為100 MPa 時(shí)，黑大麥的軟硬度評(píng)分有顯著變化（P<0.05）；當(dāng)壓力為300 MPa 時(shí)，麥粒的完整性、彈性和冷飯質(zhì)地的評(píng)分發(fā)生顯著變化（P<0.05）。

圖3 不同超高壓處理5 min 和15 min 對(duì)黑大麥?zhǔn)秤闷焚|(zhì)的影響Fig.3 Edible quality of black barley treated with different UHP for 5 min and 15 min

2.5 超高壓處理對(duì)黑大麥超微結(jié)構(gòu)的影響

圖4所示為黑大麥淀粉顆粒經(jīng)超高壓處理后的形態(tài)變化?？梢钥闯觯刺幚砗诖篼湹牡矸垲w粒排列整齊，顆粒間邊界分明。當(dāng)保壓5 min 時(shí)，100 MPa 壓力下淀粉顆粒的大小和外觀與未處理組相比變化不大；300 MPa 淀粉顆粒間輕微擠壓，排列出現(xiàn)紊亂；600 MPa 壓力下淀粉顆粒邊界不清，明顯粘連，說明淀粉已被糊化。當(dāng)保壓15 min 時(shí)，100 MPa 壓力下部分淀粉顆粒粘連，邊界模糊；當(dāng)壓力300 MPa 時(shí)，淀粉顆粒間幾乎全部擠壓，難以區(qū)分；當(dāng)壓力600 MPa 時(shí)淀粉顆粒被擠壓成片狀，甚至出現(xiàn)網(wǎng)狀空洞，顯示淀粉顆粒已被全部糊化，說明超高壓破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水分更易滲入淀粉顆粒內(nèi)部，使得黑大麥的硬度下降，從而改善了黑大麥的口感。這個(gè)結(jié)果與上述結(jié)果相一致。同時(shí)說明在同一壓力下，隨保壓時(shí)間的增加，淀粉顆粒的不完整性均增加，糊化程度也增加。Xia 等[24]發(fā)現(xiàn)，在500 MPa 的超高壓下，糙米淀粉顆粒的糊化程度異常明顯。師學(xué)文[25]研究發(fā)現(xiàn)蕎麥淀粉在400 MPa 的壓力下處理40 min 后，淀粉顆粒表面嚴(yán)重凹陷，失去原有結(jié)構(gòu)，粘連成一片。黑大麥在食品工業(yè)上應(yīng)用的局限一部分原因是來自于其富含粗纖維，傳統(tǒng)的熱加工手段需很長(zhǎng)的時(shí)間才能使其內(nèi)部的淀粉糊化，而超高壓處理直接作用于淀粉本身，使淀粉顆粒溶脹分裂，內(nèi)部的氫鍵和晶體結(jié)構(gòu)斷裂，促進(jìn)淀粉糊化[26]，有效改善了黑大麥的加工特性。

圖4 超高壓處理對(duì)黑大麥超微結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of different UHP processing condition on ultrastructure of black barley

3 結(jié)論

在食用品質(zhì)方面，適當(dāng)超高壓處理能明顯改善黑大麥的硬度和咀嚼性。在加工特性方面，超高壓可降低谷物糊化焓，改變淀粉顆粒規(guī)則的排列結(jié)構(gòu)，促進(jìn)糊化，縮短蒸煮時(shí)間，從而改善黑大麥的加工品質(zhì)