稻米粉-馬鈴薯全粉混合粉的顆粒結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

徐 忠，閆宇航，陳鳳蓮，張 娜

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院 哈爾濱 150076）

我國是世界稻米主產(chǎn)區(qū)之一，稻米年產(chǎn)量已達到2.1 億t[1-2]。隨著稻米加工技術(shù)和人們消費水平的不斷提升，對稻米食品種類和營養(yǎng)品質(zhì)的需求也日益增加[3-4]。稻米粉是稻米主食和休閑食品加工的主要原料，稻米食品的開發(fā)主要是將稻米粉和其它主糧配合使用。馬鈴薯具有糧食和蔬菜的雙重屬性，馬鈴薯全粉作為馬鈴薯深加工產(chǎn)品，有效保留了其營養(yǎng)物質(zhì)，可以作為馬鈴薯類食品的原料[5-7]。

目前關(guān)于稻米粉和馬鈴薯全粉混合粉的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的研究報道較少，研究內(nèi)容也不夠深入[8]。本文以稻米粉和馬鈴薯全粉為原料，分析不同質(zhì)量比的稻米-馬鈴薯混合粉的理化性質(zhì)，為稻米食品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻米粉，黑龍江北大荒米業(yè)集團有限公司；馬鈴薯雪花全粉（簡稱“馬鈴薯全粉”），黑龍江北大荒全粉有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA new pluse 質(zhì)構(gòu)儀、TA new pluse 旋轉(zhuǎn)流變儀，上海瑞芬國際貿(mào)易有限公司；Frontier 型紅外光譜測量儀、DSC4000 差式掃描熱量儀，珀金埃爾默儀器公司；X`PertPro 射線衍射光譜儀，荷蘭帕納客公司；SU8010 掃描電鏡，日本日立公司；Super3 快速黏度分析儀，澳大利亞新港科技公司；S3500 激光衍射式粒度分析儀，美國麥奇克公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 混粉的營養(yǎng)成分測定 混粉中的水分（GB 5009.3-2016）、蛋白質(zhì)（GB 5009.5-2016）、脂肪（GB 5009.6-2016）、纖維素（GB 5009.10-2003）、灰分（GB 5009.4-2016）、淀粉（GB 5009.9-2016）和維生素C（GB 5009.86-2016）含量均按照國標方法測定。

1.3.2 混粉的制備 稻米粉與馬鈴薯全粉按10∶0，9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5，4∶6，3∶7，2∶8，1∶9，0∶10的質(zhì)量比充分混勻后，過100 目篩，備用。

1.3.3 電鏡掃描分析 參考孫京田等[9]的方法，取適量混粉進行掃描電鏡分析，樣品干燥后備用，將樣品少量鋪平在導電膠雙面膠上，在紅外燈下噴金。用電子顯微鏡掃描后，選取不同放大倍數(shù)的視野進行拍攝。

1.3.4 紅外光譜分析 按照1∶3 的質(zhì)量比將待測樣品與KBr 充分混合研磨，烘干備用，于磨具中用壓片機進行壓片，置于FT-IR 紅外光譜儀中測量并繪制紅外光譜圖[10]。

1.3.5 熱特性分析 按照Gomanda 等[11]的方法，用差示掃描量熱儀測定。記錄DSC 的曲線走勢。每個樣本做3 次試驗取平均值，相變起始溫度為T0，峰值溫度為Tp，終止溫度為Tc，焓變?yōu)椤鱄。

1.3.6 X-衍射分析 根據(jù)趙凱等[12]的方法，采用片狀樣品衍射法：在步長為0.05°，掃描速率為14.28 s/步，管壓為40 kV，管流為30 mA 的條件下進行壓片掃描，使用X-射線衍射光譜儀進行測定。

1.3.7 粒徑分析 參考眭紅衛(wèi)等[13]的方法，使用激光衍射式粒度分析儀前需提前預熱30 min，空白對照采用蒸餾水，待對照組測定完畢后，將樣品放入儀器中進行測定，結(jié)果與圖譜自動進行分析。

1.3.8 質(zhì)構(gòu)特性測定 參考郎凱紅[14]的方法配制20%的混合粉懸浮液置于100 mL 的燒杯中，玻璃棒攪拌均勻，待懸浮液靜止后，蒸制20 min，取出后冷卻至室溫，于冰箱中恒溫（4 ℃）冷藏保存24 h，取出后切成1 cm×1 cm×1 cm 的正方體備用。

1.3.9 流變特性測定 參考張煜等[15]的方法并稍作改動。分別稱取混合粉150 g，加入適量蒸餾水均勻攪拌，直至輕微變成絮狀，然后用手掌將其揉搓成面團，直至無顆粒狀且面團表面光滑，無起皮現(xiàn)象后，用保鮮膜保存好備用，以免操作等待過程中面團干燥。

1.3.10 糊化特性測定 參考Sun 等[16]的方法并適當修改，稱取3 g 混粉樣品，加水25 mL，在STDI 模式下測定，并記錄。

1.3.11 溶解度和膨脹度測定 參考井月欣等[17]的方法，稱取混粉1 g（精確至0.01）放入帶蓋離心管中，加入蒸餾水并用玻璃棒攪拌，待水位至50 mL 刻度線處，在恒溫振蕩水浴鍋中，分別在50，60，70，80，90 ℃下振蕩加熱糊化30 min 后，用離心機（3 000 r/min，25 min）離心完畢后，取上清液置于蒸發(fā)皿中，于恒溫干燥箱中烘干至恒重，稱量計數(shù)，計算溶解度，見式（1）。

離心管中剩余質(zhì)量計數(shù)，為膨脹淀粉質(zhì)量，計算膨脹度，見式（2）。

1.3.12 凍融穩(wěn)定性測定 參考田建珍等[18]的方法，配制混粉淀粉乳（3%干基），于沸水浴中加熱至糊化，室溫冷卻后置于冰箱中，在-20 ℃恒溫冷凍24 h，取出后室溫解凍。然后用離心機離心（3 000 r/min，10 min）后，得到沉淀物，稱量其質(zhì)量，計算析水率，見式（3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻米粉和馬鈴薯全粉的營養(yǎng)成分分析

由表1 可知，稻米粉與馬鈴薯全粉的淀粉含量占比最大，混粉的蛋白質(zhì)、纖維素和維生素C 的含量均高于純稻米粉，且纖維素的含量差異較大。其中，混粉的脂肪含量和水分含量均低于純稻米粉。

表1 稻米粉和馬鈴薯全粉的營養(yǎng)組成Table 1 Nutritional composition of rice meal and potato whole meal

2.2 稻米粉和馬鈴薯全粉的微觀形貌

馬鈴薯全粉和稻米粉的微觀形貌如圖1 所示，稻米粉的顆粒表面較為光滑，且形狀不規(guī)則；馬鈴薯全粉的顆粒表面凹凸不平，且形狀不規(guī)則，這是由馬鈴薯全粉的加工工序所致。

2.3 混粉的紅外光譜

通過紅外光譜（圖2）可以看出，隨著馬鈴薯全粉比例的增加，混粉的峰形基本一致，無明顯變化，這說明稻米粉與馬鈴薯全粉混合并未發(fā)生官能團的變化[19]。光譜3 443 cm-1附近出現(xiàn)了較強的寬峰，這是薯類作物特有的吸收峰，反映的是羥基（O－H）的伸縮振動；1 645 cm-1左右出現(xiàn)1 個吸收峰，此峰對應的是（C＝O）的伸縮運動，可能是馬鈴薯全粉中果膠中的醛酮類化合物所引起[20-21]；在570 cm-1附近的吸收峰是淀粉中吡喃環(huán)的骨架模式振動所產(chǎn)生的[22]。

圖2 不同比例混粉的紅外光譜Fig.2 Ir spectra of mixed powders in different proportions

圖3 不同比例混合粉的衍射峰譜Fig.3 Diffraction peak spectra of different mixing ratios

2.4 混粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)

通過X-射線光譜可以分析出，稻米全粉（比例為10∶0）的衍射曲線不具備特定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，然而隨著馬鈴薯全粉占比增加，可以看出部分衍射峰強度增強，說明馬鈴薯全粉的添加對混粉的結(jié)晶性有一定提高。

2.5 混粉的熱力學特征

由表2 可知，隨著馬鈴薯全粉比例的增加，T0、Tp、TC和△H 均有所增加，是由于稻米粉顆粒與馬鈴薯全粉顆粒狀態(tài)不同，淀粉顆粒無定形區(qū)的比例逐漸減小，而結(jié)晶區(qū)比例逐漸增大，導致糊化溫度逐漸升高，因此糊化所需的熱量隨之變大。

表2 稻米-馬鈴薯混粉熱特性比較Table 2 Comparison of thermal characteristics of rice-potato mixture

2.6 混粉的粒度

由表3 可知，稻米全粉與馬鈴薯全粉的D50值與平均粒徑相差較大，說明隨著馬鈴薯全粉添加量增加，混粉粒徑增大幅度增加，由于馬鈴薯全粉的粒徑普遍大于稻米全粉，因此使得混粉顆粒粒徑大小不夠均勻。

表3 稻米-馬鈴薯混粉粒度分布比較Table 3 Grain size of rice-potato mixture powder

2.7 混粉的質(zhì)構(gòu)特性

從表4 可以看出，混粉復配比例對其回復性、內(nèi)聚性都有影響，其中，混粉的硬度、彈性、咀嚼性隨著馬鈴薯全粉在混粉中比例的增大而減小。混粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性與稻米粉和馬鈴薯全粉的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量有關(guān)，直鏈淀粉含量增加，分子間的作用就會變大[23]，而支鏈淀粉使得分子相互纏繞，凝膠軟結(jié)構(gòu)不易被破壞[24]。

表4 稻米-馬鈴薯混粉的質(zhì)構(gòu)特性比較Table 4 Comparison of texture characteristics of rice-potato flour mixture

2.8 混粉的流變特性

從圖4 和圖5 中可以看出，混粉面團的儲能模量和耗能模量隨著頻率的增大而增大，馬鈴薯全粉占比越大，混粉面團的儲能模量和耗能模量也越大。這說明馬鈴薯全粉的加入可明顯改善混粉面團的流變性[25]。

圖4 不同混合比例對面團G′的影響Fig.4 Influence of different mixing ratio on G′of mixed flour dough

圖5 不同混合比例對面團G″的影響Fig.5 Influence of different mixing ratio on G″of mixed flour dough

2.9 混粉的糊化特性

從表5 可以看出，稻米-馬鈴薯混粉的各項指標都隨著馬鈴薯全粉占比的增大而降低，這是由于稻米淀粉和馬鈴薯淀粉的微晶結(jié)構(gòu)不同，稻米淀粉的微晶結(jié)構(gòu)更加復雜，水分子進入需要的能量較大，所以混粉的糊化溫度會隨馬鈴薯全粉比例的增大而大[26-27]。SBV 值表示老化趨勢，隨著馬鈴薯全粉在混粉中比例的增大，混粉的老化程度逐漸減弱。隨著馬鈴薯全粉在混粉中比例的增大，混粉的凝膠穩(wěn)定性提高。BDV 值為淀粉崩解時的穩(wěn)定性，數(shù)值越小則表示穩(wěn)定性越高[28-29]。

表5 稻米-馬鈴薯混粉的糊化特性比較Table 5 Comparison of gelatinization characteristics of rice-potato flour mixture

2.10 混粉的溶解度和膨脹度

從圖6 和圖7 可以看出，混粉的溶解度和膨脹度與溫度變化成正比，且與馬鈴薯全粉添加比例也成正比，這是由于馬鈴薯全粉的吸水能力更強，且顆粒相對較大，由于馬鈴薯全粉顆粒有帶負電荷的磷酸酯基團，其親水能力大于淀粉分子中的羥基，更有利于吸水膨脹。

圖6 不同混粉比例對溶解度的影響Fig.6 Influence of different mixing ratio on solubility of mixed powder

圖7 不同混粉比例對膨脹度的影響Fig.7 Influence of different mixing ratio on swelling degree of mixing powder

2.11 混粉的凍融穩(wěn)定性

圖8 是不同比例下混合粉凍融穩(wěn)定性的比較，隨著馬鈴薯全粉占比增加，析水率逐漸下降。這說明與稻米全粉相比，馬鈴薯全粉的凍融穩(wěn)定性更好。這是因為稻米全粉與馬鈴薯全粉經(jīng)過糊化后，馬鈴薯全粉與水分子的作用強于稻米全粉，分子鏈減小，使得凍融過程中水析出少。

圖8 不同混粉比例對凍融穩(wěn)定性的影響Fig.8 Influence of different mixing ratio on freeze-thaw stability of mixing powder

3 結(jié)論

稻米-馬鈴薯混粉的理化性質(zhì)，隨馬鈴薯全粉添加量的變化，發(fā)生了明顯的改變?；旆壑须S馬鈴薯全粉占比增大，混粉的營養(yǎng)成分逐漸升高，糊化特性參數(shù)隨之升高，質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)有明顯降低，儲能模量和耗能模量有所提高，溶脹度與凍融穩(wěn)定性與馬鈴薯全粉的添加量成正比。馬鈴薯全粉與稻米粉進行復配可改善混粉的理化性質(zhì)，在混粉食品加工過程中，可根據(jù)不同需求確定混粉比例。