不同粒徑小米粉對面團流變特性及饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響

李少輝，生慶海，趙 巍，宋佳寧，李朋亮，張愛霞，劉敬科,*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所，國家谷子改良中心，河北省雜糧研究實驗室，河北 石家莊 050035；2.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050071）

谷子是起源于我國的古老農(nóng)作物，因其具有節(jié)水抗逆、環(huán)境友好和生態(tài)適應(yīng)性廣等優(yōu)點，作為物質(zhì)文化和精神文明的標志被廣為推崇。谷子的食用部分稱為小米，營養(yǎng)豐富且健康，具有良好的食用品質(zhì)。到目前為止，谷子的深加工仍處于起步階段，其市場空間巨大，小米饅頭的主食化開發(fā)可有力拓展谷子消費市場，實現(xiàn)谷子的高附加值深加工和資源高效利用。由于小米中缺乏面筋蛋白，若直接加工成產(chǎn)品，則饅頭組織及感官品質(zhì)較差，故需搭配一定比例的含面筋蛋白的小麥粉，以獲得高品質(zhì)的小米饅頭。

小米饅頭的加工過程中，小米粉的添加可對面團流變特性及饅頭的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響，淀粉的直支比和損傷程度是影響面團流變學(xué)特性的重要因素。直支比是小米粳糯性質(zhì)的關(guān)鍵指標，快速黏度分析儀可有效表征含淀粉樣品的糊化特性。劉輝等通過快速黏度分析儀結(jié)合直鏈淀粉含量對27 種不同品質(zhì)的小米品種進行了有效區(qū)分并評價了它們的食用品質(zhì)，體現(xiàn)出粳糯性質(zhì)對加工的重要性。在加工過程中，不同的面制品如饅頭、面條和糕點對面團的流變學(xué)特性有不同要求，這些指標都決定了最終產(chǎn)品的加工特性和產(chǎn)品品質(zhì)。谷物原料的碾磨都會產(chǎn)生損傷淀粉，不同粒徑的面粉損傷淀粉的含量有所不同，其表現(xiàn)出的流變學(xué)特性在食品加工過程中也不同，合適的損傷淀粉含量可提高食品的加工特性和改善成品品質(zhì)。靳志強等對小米粉粒徑的研究發(fā)現(xiàn)小米磨制過程中造成的淀粉損傷可能比粒徑對小米粉及其加工制品品質(zhì)有更為重要的影響。

然而，到目前為止，鮮有從小米粉原料糊化、流變特性到制品特性的系統(tǒng)性研究。本研究將以6 種糯性和粳性小米粉為研究對象，同時分析不同粒徑小米粉的糊化特性、流變特性以及小米饅頭質(zhì)構(gòu)特性，并通過主成分分析為小米饅頭主食化加工相關(guān)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冀谷39、豫谷18和匯華金米3 種粳性谷子和冀創(chuàng)1號、濟谷18和汾特5號3 種糯性谷子由河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所馬莊實驗站種植并提供。高筋小麥粉五得利面粉集團有限公司；酵母 湖北宜昌市安琪酵母股份有限公司。

石油醚、戊二醛 成都西亞化工股份有限公司；硫酸銅 天津博迪化工股份有限公司；氫氧化鉀、氫氧化鈉、-淀粉酶、碳酸鈉、磷酸鹽緩沖液、乙醇、叔丁醇國藥集團化學(xué)試劑有限公司；濃硫酸、酚酞 天津市大茂化學(xué)試劑廠；3,5-二硝基水楊酸溶液、乙酸異戊酯上海凜恩科技發(fā)展有限公司；碘化鉀 天津市永大化學(xué)試劑有限公司；以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SY88-TH礱谷機 韓國雙龍機械產(chǎn)業(yè)株式會社；MF10粉碎機 德國IKA集團；AG285電子天平梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；恒溫培養(yǎng)箱美國Percival科技公司；UV-1801紫外-可見分光光度計北京北分瑞利分析儀器有限責(zé)任公司；SD matic損傷淀粉測定儀 法國肖邦公司；RVA-TecMaster快速黏度分析儀瑞士波通儀器公司；KVC3100和面機 英國凱伍德集團；TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司；HR-10混合型流變儀 美國TA儀器公司；S-4800-I掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司；真空冷凍干燥機 德國Christ公司。

1.3 方法

1.3.1 小米粉的碾磨篩制

谷子經(jīng)礱谷機脫殼，再由粉碎機粉碎得到小米粉，經(jīng)標準篩篩選得到40、60、80、100、120 目不同粒徑小米粉。對照樣品為小麥粉。

1.3.2 小米粉基本成分測定

水分測定參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》中直接干燥法；灰分測定參照GB 5009.4—2016《食品中灰分的測定》中灼燒法；脂肪測定參照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》中索氏抽提法；蛋白質(zhì)測定參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》中凱氏定氮法。淀粉測定參照GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》中酶水解法。

1.3.3 小米粉淀粉直支比和損傷淀粉測定

淀粉直支比測定采用宋建民等的雙波長法，直鏈淀粉的測量波長為514 nm，參比波長為414 nm，直鏈淀粉標準曲線為＝8.692 9－0.040 6，＝0.991 6；支鏈淀粉的測量波長為531 nm，參比波長為760 nm，支鏈淀粉標準曲線為＝2.317 1－0.004 6，＝0.997 1。損傷淀粉測定參照GB/T 31577—2015《小麥粉損傷淀粉測定 安培計法》。

1.3.4 小米粉糊化特性測定

根據(jù)水分含量計算后，稱一定質(zhì)量樣品放入鋁缽中，然后用攪拌葉將小米粉快速攪拌，使之混勻。將鋁缽和攪拌葉放入快速黏度儀安裝好，測試程序如下：50 ℃保持1 min，12 ℃/min升溫到95 ℃保持2.5 min，之后降溫到50 ℃保持1.5 min。前10 s攪拌速度為960 r/min，之后保持在160 r/min。得到峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度、回生值、峰值時間、糊化溫度，實驗以小麥粉為對照。

1.3.5 面團制備及流變測定

面團制備參照張愛霞等，并適當修改。將不同粒徑小米粉按照小米粉∶小麥粉＝3∶7（/）混合，分別加入混合面粉總質(zhì)量0.75%的酵母粉和總質(zhì)量50%的38 ℃溫水。置于和面機以最低檔攪拌均勻，調(diào)至一檔攪拌10 min至面團光滑成型。放進溫度38 ℃、濕度85%醒發(fā)箱中醒發(fā)60 min，取出揉搓均勻光滑后進行流變測定，得到儲能模量（’），損耗模量（”）和損耗正切（tan）。

流變測定參數(shù)設(shè)置：振蕩頻率模式；溫度25 ℃；應(yīng)變1%；角頻率1～100 rad/s。夾具參數(shù)設(shè)置：平板夾具直徑40 mm；測試間隙1 mm；加樣間隙45 000 μm。

1.3.6 面團掃描電鏡觀察

用液氮冷凍發(fā)酵面團后用2.5%戊二醛固定，0.1 mol/L磷酸緩沖液漂洗3 次，依次用60%、70%、80%、90%、100%（/）乙醇溶液梯度洗脫。洗脫后用醋酸異戊酯置換乙醇2 次后，浸泡于叔丁醇中冷凍干燥。干燥后的樣品經(jīng)離子濺射噴金后，置于掃描電子顯微鏡下放大3 000 倍觀察拍照。以小麥面團為對照。

1.3.7 饅頭制備及質(zhì)構(gòu)測定

參照Li Shaohui等的方法并適當修改：取1.3.5節(jié)的混合面粉300 g，室溫條件下加入150 mL水、0.75%（/）酵母。置于和面機和面10 min至面團光滑均勻，將面團放入溫度38 ℃、濕度85%醒發(fā)箱中醒發(fā)60 min。醒發(fā)后平均分為6 份，用模具制成圓形，再次醒發(fā)5 min。將其放入鍋中蒸30 min，饅頭出鍋后冷卻60 min，進行質(zhì)構(gòu)測定，得到硬度、膠黏性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性。以小麥粉饅頭為對照。

采用TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀的TPA模式，測試量程500 N；測試探頭為P75壓盤式探頭；測試速率30 mm/min；壓縮形變量為30%；觸發(fā)類型設(shè)置為Auto；起點觸發(fā)力1 N；數(shù)據(jù)采集頻率100 Hz。

1.3.8 饅頭的高徑比和比容測定

參照Li Shaohui等方法，測量饅頭高徑比，并用直接稱質(zhì)量結(jié)合體積置換法測定饅頭比容。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實驗重復(fù)3 次，利用SPSS17.0軟件處理數(shù)據(jù)，采用Duncan新復(fù)極差法進行多重比較，用Simca-P13軟件對所得小米粉和小米饅頭實驗參數(shù)進行主成分分析，并用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 小米粉基本成分分析

表1 小米粉基本組分含量及直支比Table 1 Contents of basic components and amylose/amylopectin ratio of foxtail millet flour

如表1所示，各品種小米粉的粗脂肪相對含量為1.18%～2.84%，其中冀谷39含量最高，豫谷18含量最低；粗蛋白相對含量為11.04%～12.10%，濟谷18含量最高，冀創(chuàng)1號含量最低；淀粉相對含量為60.19%～72.90%，冀谷39含量最高，汾特5號含量最低。淀粉直支比在一定程度上表現(xiàn)了小米的粳糯性質(zhì)。由表1可知，各品種小米淀粉直支比為0.21～0.39，其中粳性小米的直鏈含量較高，糯性小米的直鏈含量較低。

2.2 小米粉損傷淀粉分析

損傷淀粉是樣品碾磨過程中碾碎的淀粉，也稱為機械活化淀粉。在碾磨過程中，淀粉顆粒會受到剪切、撞擊、碰撞和摩擦等各種力的作用，破碎成較小的顆粒。由圖1可知，不同目數(shù)各品種小米的損傷淀粉碘吸收率為41.78%～97.79%，隨著小米粉目數(shù)的增加，即研磨粒徑的減小，冀谷39和匯華金米分別在60 目時急劇升高，并在80 目時降低，隨后又逐漸增加；其他品種小米粉損傷淀粉碘吸收率呈逐漸增加趨勢。因此，小粒徑小米粉有更多的損傷淀粉。除80 目和100 目的冀谷39和濟谷18外，在相同目數(shù)下粳性小米比糯性小米損傷淀粉碘吸收率大。這可能因為糯性小米含少量小分子質(zhì)量的支鏈淀粉，且同等條件下粳性小米支鏈淀粉與直鏈淀粉所受機械損傷更大。損傷淀粉具有更高的吸水能力和酶促水解速率，易被酵母發(fā)酵。Wang Shujun等研究發(fā)現(xiàn)適量添加含損傷淀粉的小麥面粉可以改善面包制作過程中的面團質(zhì)量，而過多的淀粉破壞則可能導(dǎo)致面團發(fā)黏。損傷淀粉的結(jié)構(gòu)使其具有滿足特定食品工業(yè)要求的特性，可擴大在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

圖1 不同粒徑小米粉損傷淀粉含量Fig. 1 Damaged starch contents of foxtail millet flours with different particle sizes

2.3 小米粉糊化特性分析

升溫過程中淀粉會膨脹增大，淀粉分子大小形態(tài)、直支比、損傷淀粉程度和實驗條件等均會對淀粉的糊化特性產(chǎn)生影響。如表2所示，隨著小米粉粒徑的減小，粳性和糯性小米粉呈現(xiàn)各自不同的變化趨勢；相同目數(shù)下，粳性小米粉較糯性小米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值大。糯性小米粉崩解值隨粒徑的減小呈先上升后下降的趨勢，崩解值越大，表明淀粉顆粒越不穩(wěn)定。糊化溫度反映了小米粉糊化的難易程度，在較大粒徑40～60 目時，多數(shù)品種小米粉（除豫谷18外）糊化溫度較高，粒徑在100～120 目時糊化溫度較低。由此可見，糯性樣品的崩解值和糊化溫度和小米粉的粒徑有關(guān)，粳性樣品的糊化溫度也與粒徑有關(guān)。

回生值越小表明抗老化性能越好。由表2可知，各目數(shù)粳性小米粉回生值大且集中，糯性小米粉各目數(shù)回生值小且分散。這與Xiao Huaxi和Wang Chao等的結(jié)果一致。這可能因為在溫度下降階段，直鏈淀粉含量高的粳性樣品較支鏈淀粉含量高的糯性樣品凝膠迅速，淀粉分子迅速聚集，分子間作用力增強，黏度增加。

表2 小米粉糊化特征參數(shù)Table 2 Pasting properties of foxtail millet flours with different particle sizes

直支比是影響小米產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。直鏈淀粉分子糊化膨脹過程需消耗能量，達到峰值黏度完全糊化后釋放能量；而一般支鏈淀粉較直鏈淀粉分子質(zhì)量大，且支鏈淀粉的多個長鏈可以互相包裹支撐且不易破裂。所以，小米中直鏈淀粉含量直接影響淀粉糊化特性的各特征值大小。由表2可知，粳性小米峰值黏度為1 439.67～2 552.00 mPa·s，崩解值為245.33～1 040.33 mPa·s；糯性小米峰值黏度為658.67～1 758.33 mPa·s，崩解值為130.00～612.67 mPa·s。結(jié)合表1可知，粳性小米比糯性小米淀粉的直支比大，粳性小米直鏈含量較高且峰值黏度較大，糯性小米直鏈淀粉含量低峰值黏度較小，直鏈淀粉高的粳性小米具有較高的崩解值，推斷此現(xiàn)象與直鏈淀粉分子纏繞結(jié)合更緊密需消耗比支鏈淀粉更多的能量才能打開有關(guān)。此外，劉輝等研究發(fā)現(xiàn)小米的直鏈淀粉含量與回生值呈正相關(guān)，與衰減值呈負相關(guān)，這在一定程度上印證了本研究的結(jié)果。但劉輝等研究的小米直鏈淀粉含量僅限于25%～35%，未涉及直鏈淀粉含量低的糯性小米的研究。張艷霞等對含較少直鏈淀粉的稻米淀粉的糊化特性進行研究，發(fā)現(xiàn)崩解值與直鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，這支持了直鏈淀粉含量高崩解值大的分析結(jié)果。

2.4 混合面團流變學(xué)特性分析

圖2 添加不同粒徑小米面團的G’（A）、G”（B）及tanδ（C）Fig. 2 G’ (A), G” (B) and tanδ (C) of doughs added with foxtail millet flours with different particle sizes

由于小米不含面筋蛋白，小米的添加破壞了小麥粉中原有淀粉和蛋白的結(jié)構(gòu)，損傷淀粉在新面團形成過程中，親水性基團與水分子結(jié)合，使面團吸水率過高、黏性比例增大。由圖2可知，各品種小米面團的”均小于’，豫谷18、汾特5號、濟谷18和冀創(chuàng)1號品種各目數(shù)的小米面團總體的’與”隨角頻率增加而上升，是弱凝膠動態(tài)流變特性的典型表現(xiàn)。40、80、100 目的汾特5號小米面團tan略大于1，其余各目數(shù)、各種類小米面團tan均小于1。tan越大，表明混合面團的黏性比例越大，流動性強，反之則彈性比例較大。隨著角頻率的升高，各品種小米面團的tan整體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，說明混合體系隨著角頻率增加，在較低角頻率范圍內(nèi)具有更高的彈性，在較高角頻率范圍內(nèi)黏性比例更高，表明混合體系的結(jié)構(gòu)在高角頻率下不穩(wěn)定，易被破壞。此外，匯華金米40 目小米粉的’與”在較大角頻率處隨角頻率的增加而略有下降，可能是由于與其他品種和目數(shù)的小米粉相比，40 目匯華金米的吸水率和持水性有所不同，但是tan隨角頻率的變化趨勢并未顯示明顯的變化，表明未對凝膠特性造成實質(zhì)的影響?？梢妱討B(tài)流變研究關(guān)系到相關(guān)食品加工特性和成品的品質(zhì)，對于食品生產(chǎn)與加工具有重要的指導(dǎo)意義。

2.5 混合面團掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)分析

為從微觀角度綜合判斷粳性小米粉與糯性小米粉之間的區(qū)別，依據(jù)小米粉糊化參數(shù)的一致性與面團流變特性，選取粳性匯華金米和糯性汾特5號進行掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察。由圖3可見，橢球狀淀粉大顆粒和球狀淀粉小顆粒與面筋蛋白有較大程度的結(jié)合，隨著添加小米粉粒徑的減小及損傷程度的增加，淀粉顆粒出現(xiàn)變形、凹陷甚至碎屑；它們與面筋蛋白的接觸面積增加，以共價和非共價鍵鑲嵌于面筋網(wǎng)絡(luò)空隙中，但過多的損傷淀粉顆粒吸水膨脹會使整個面筋網(wǎng)絡(luò)受到破壞，不足以撐起整個緊密的體系。圖3中100 目和120 目小米粉混合面團的電鏡微觀結(jié)構(gòu)顯示碎片狀淀粉增多，面筋蛋白有斷裂的現(xiàn)象，這會造成面團松散，失去彈性。

圖3 不同粒徑小米粉添加的面團微觀結(jié)構(gòu)Fig. 3 Microstructure of doughs added with foxtail millet flours with different particle sizes observed under scanning electron microscope

2.6 添加不同粒徑小米粉的饅頭質(zhì)構(gòu)特性分析

由圖4可知，隨著目數(shù)的增加，小米饅頭的硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性、彈性和膠黏性變化無明顯規(guī)律，但有些品種例如濟谷18和冀谷39的硬度和膠黏性隨著目數(shù)的增加呈增大趨勢，趨勢較為明顯。硬度和咀嚼性通常呈正相關(guān)。硬度和咀嚼性的數(shù)值越小，表示饅頭或面包越柔軟。內(nèi)聚性是饅頭內(nèi)部收縮力的表現(xiàn)。由于小米粉不含面筋，所以小米粉的添加會對內(nèi)聚性造成負面影響，進而影響?zhàn)z頭的彈性。圖4中與小麥粉饅頭的對比發(fā)現(xiàn)，各品種小米饅頭的彈性是下降最明顯的指標，可見不同粒徑及損傷程度的小米粉的添加對饅頭的彈性指標造成了負面影響。綜上可知，本研究中小米粉的添加（即損傷淀粉）會對饅頭的質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生影響，并對饅頭的硬度、咀嚼性和彈性等有一定程度的負面影響。此外，食用損傷淀粉過多的食品會對人們的健康產(chǎn)生不良影響。Wang Shujun與Mulla等發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉加工食品中隨著淀粉破壞程度的增加，與衰老有關(guān)的自由基數(shù)量不斷增加。而Liu Rong等通過模型發(fā)現(xiàn)面包中適當水平的損傷淀粉（15.37%～18.65%）有很好的質(zhì)構(gòu)和感官評價。因此，損傷淀粉的添加量很重要，適當?shù)牡矸蹞p傷不僅對淀粉類食品加工有益，還能促進人們的飲食健康。

圖4 添加不同粒徑小米粉的饅頭質(zhì)構(gòu)特性Fig. 4 Textural characteristics of steamed breads added with foxtail millet flours with different particle sizes

2.7 小米饅頭品質(zhì)相關(guān)指標主成分分析

圖5 小米粉及小米饅頭特征參數(shù)的主成分得分圖（A）及載荷圖（B）Fig. 5 PCA score plot (A) and loading plot (B) of characteristic parameters of foxtail millet flour and steamed bread incorporated with foxtail millet flour

3 結(jié) 論

基于損傷淀粉和直支比研究不同粳糯小米粉的糊化特性、面團的流變特性和饅頭的質(zhì)構(gòu)特性，結(jié)果表明：隨著小米粉粒徑的減小，大部分品種（豫谷18、濟谷18、冀創(chuàng)1號和汾特5號）損傷淀粉的含量逐漸增加；受直支比的影響，糯性小米粉崩解值隨粒徑的減小呈先上升后下降的趨勢；相同目數(shù)下，粳性小米粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值較糯性小米粉大。流變學(xué)研究表明，豫谷18、汾特5號、濟谷18和冀創(chuàng)1號品種各目數(shù)小米面團的tan較小麥面團有所升高，其’、”隨角頻率增加而總體上升。掃描電鏡觀察顯示小米粉的添加使面團結(jié)構(gòu)更加松散。隨著添加小米粉的粒徑減小，饅頭的多數(shù)質(zhì)構(gòu)參數(shù)無明顯變化規(guī)律，但一些品種的硬度和咀嚼性有增大趨勢。主成分分析表明饅頭咀嚼性、損傷淀粉、峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回生值可作為區(qū)分粳糯品種和饅頭品質(zhì)特征的指標。不同粒徑的小米粉物化特性方面還需更深入的研究，本研究為擴大小米粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)和實踐參考。