传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉品质的影响

郭项雨，任 清*，张 晓

(北京工商大学食品学院，食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京 100048)

传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉品质的影响

郭项雨，任 清*，张 晓

(北京工商大学食品学院，食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京 100048)

通过扫描电子显微镜及X射线衍射仪观察炒制裸燕麦淀粉的形貌及晶体特征，并测定其理化特性及消化特性。结果表明：与未炒制裸燕麦淀粉相比，炒制裸燕麦淀粉的外貌及晶体特征发生明显改变，并且其直链淀粉含量明显下降，蓝值及糊化温度降低，慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量较低；而透明度及溶解度增加，易消化淀粉(RDS)含量较高，两种裸燕麦淀粉的析水率均达到50%以上。

裸燕麦；炒制；淀粉品质

裸燕麦(Avena sativa L.)属禾本科裸燕麦属，是世界八大粮食作物之一，可分为皮裸燕麦(A.sativa L.)和裸燕麦(A.nuda L.)。裸燕麦又称莜麦，我国栽培以裸燕麦为主。裸燕麦营养成分丰富，并具有降低胆固醇、降低血糖、降低血压、促进血液循环、维持正常新陈代谢活动等保健功效，已被广泛应用于食品[1]、饲料[2-3]、医药[4]、化妆品[5]和工业原料[6-7]等领域。随着人们对裸燕麦认识的深入，裸燕麦加工工艺的研究也逐渐成为关注的热点。目前，国内外学者对燕麦制粉前不同的热处理方式[8-9]，不同热处理方式的灭酶效果[10-11]以及经热处理后，燕麦的加工特性[12-13]展开了研究。中国传统裸燕麦食品的制作方式是先对裸燕麦籽粒进行高温炒制，然后磨制成粉，再制作成食品。传统高温炒制工艺是裸燕麦加工“三熟”过程中的“一熟”，是区别于其他谷类加工特有的工序，其目的是灭活裸燕麦籽粒中的脂肪酶，防止裸燕麦酸败，从而改善裸燕麦制品的口感并延长其货架期[14]，然而对于传统高温炒制工艺对裸燕麦品质有何影响，目前还未见报道。

大量研究表明，淀粉的结构与理化特性直接影响面粉的加工性能和食用品质。为了确定传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉品质的影响，本实验结合刘刚等[15]对未炒制裸燕麦淀粉的提取方法，采用稀碱法提取炒制裸燕麦淀粉。通过研究炒制工艺前后裸燕麦淀粉品质发生的变化，为裸燕麦淀粉制品的加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

裸燕麦品种坝莜一号 河北省张家口市农业科学院裸燕麦研究所；直链淀粉标准品、支链淀粉标准品、猪胰α-淀粉酶(酶活力29U/mg) 美国 Sigma 公司；糖化酶(酶活力105U/mL) 北京迪朗生化科技公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

5136LM型扫描电子显微镜 捷克Tescan公司；7000S/L型X射线衍射仪 日本岛津公司；Q200型差示扫描量热仪 美国TA公司；5810R型离心机 美国Beckman公司。

1.3 方法

1.3.1 裸燕麦传统炒制工艺

炒制工艺在河北省张家口市农业科学院裸燕麦研究所完成。首先将裸燕麦籽粒去杂，然后淘洗，再打开裸燕麦炒制专用锅，当锅底中心温度为350～400℃时，倒入裸燕麦籽粒并开始炒制，裸燕麦籽粒表面温度达100～120℃时，炒制5min后，即得炒制裸燕麦籽粒。

1.3.2 炒制裸燕麦淀粉的提取工艺

炒制裸燕麦→磨粉→脱脂(石油醚)→调浆(m底物:m水＝1:25)→调节pH 11→搅拌→过滤去除筛上物→10000r/min离心10min→沉淀→冷冻干燥12h→粉碎过100目→炒制裸燕麦淀粉

1.3.3 裸燕麦淀粉形貌特征观察

将样品用双面胶固定在样品台上，喷金后，将样品置于扫描电子显微镜中观察其形貌特征。

1.3.4 裸燕麦淀粉晶体特性测定

采用X射线衍射仪观察其晶体特征。将炒制裸燕麦淀粉置于样品室，设置程序为扫描范围：10.000°～80.000°，步长：0.0200°，扫描速度：8.000°/min，开始测试。

1.3.5 裸燕麦淀粉中直链淀粉及支链淀粉含量、蓝值和透明度的测定

直链淀粉含量测定方法参见国标GB/T 15683 —2008《大米直链淀粉含量的测定》进行测定。

1.3.6 裸燕麦淀粉的溶解度及膨胀度的测定

采用顾正彪等[18]方法并做改进：配制50mL质量分数2%的淀粉乳，在一定温度(分别取30、40、50、60、70℃)条件下，加热搅拌30min后，以3000r/min离心20min，取上层清液离心蒸干，于105℃条件下继续烘干至恒质量后称质量，得到被溶解淀粉量，计算其溶解度(S)；由离心管中膨胀淀粉质量计算其膨胀度。绘制其与温度变化曲线，测定如公式(2)。

式中：m1为清液烘干至恒质量后的残留物质量/g；m为样品干基质量/g；m2为沉淀物质量/g。

1.3.7 裸燕麦淀粉糊化特性的测定

参考李新华等[19]的方法测定裸燕麦淀粉糊化特性。

1.3.8 裸燕麦淀粉冻融稳定性的测定

改进李忠海等[20]的方法，称取一定量淀粉配成6%淀粉乳，沸水浴加热搅拌15min，冷却至室温，取一定量淀粉糊至于离心管中，-20℃保存24h，室温解冻，3000r/min离心15min，称取沉淀物质量，计算析水率，并绘制析水率与时间(1、2、3、4、5、10d)的变化曲线。

1.3.9 裸燕麦淀粉消化特性的测定

Englyst等[21]将淀粉分为易消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉3类，国内外学者通过体外模拟胃肠道环境，测定各类淀粉含量[22-25]。改进Englyst的方法，取试样0.5g，加入10mL水，10mL质量浓度为5g/100mL的瓜尔果胶缓冲液，5mL醋酸钠溶液，并加入10mL混酶(猪胰淀粉酶4500U/mL与糖化酶15U/mL混合)，于37℃恒温水浴锅中反应，作用20、120min后，取反应液0.5mL加入4mL 80%乙醇灭酶，离心，用DNS法测定还原糖含量，折算酶解的淀粉质量。

1.3.10 数据处理

应用SPSS16.0软件对数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉形貌特征的影响

图1 未炒制(A)和炒制(B)裸燕麦淀粉电镜图(×3000)Fig.1 Scanning electron micrographs of non-fired and fried naked oat starches(×3000)

由图1可知，未炒制裸燕麦淀粉颗粒形状不规则，粒径大小不一，并且结合在一起；而炒制裸燕麦淀粉多为棱角型，分散均匀，粒径差距不大。这种变化可能是由于炒制过程中，淀粉颗粒受热，破坏了淀粉分子间或颗粒内部的化学键，导致其形貌特征发生变化。

2.2 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉晶体特性的影响

淀粉由结晶态和非晶态组成。当晶体为单晶或由较大颗粒单晶组成的多晶体系时，呈现较强的尖峰衍射特征，多晶体系中微晶的衍射特征与微晶粒度大小有关，微晶粒度较大时，呈现尖峰衍射特征，反之则呈现非晶态的弥散衍射特征[26]。非晶态的弥散衍射特征峰型可近似的看成是对称的。

图2 未炒制(A)和炒制(B)裸燕麦淀粉X射线衍射图Fig.2 X-ray diffraction pattern of non-fired (A) and fried (B) naked oat starches

由图2可知，炒制前后裸燕麦淀粉均含有尖峰衍射特征，说明其含有晶体结构；从衍射角为29°后，峰型平稳，其表现为右半侧的非晶态衍射特征，说明炒制前后裸燕麦淀粉均含有结晶区和非结晶区。未炒制裸燕麦淀粉的结晶区中，不仅含有尖峰衍射特征，而且还含有弥散衍射特征，其为短程有序、长程无序状态的晶粒度较小的微晶结构；而炒制裸燕麦淀粉结晶区只含有一个尖峰衍射特征，其晶粒度较大。由此可知，炒制工艺破坏了裸燕麦淀粉结晶区的结构。

2.3 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉理化特性的影响

表1 裸燕麦淀粉理化特性Table 1 Physical and chemical properties of naked oat starch

由表1可知，与未炒制燕麦淀粉相比，炒制裸燕麦淀粉直链淀粉含量及透明度发生极显著性变化(P＜0.01)，蓝值发生显著变化(P＜0.05)。由于直链淀粉的显色度高于支链淀粉，故含有较高直链淀粉的试样其蓝值就相应较高。糊化过程中，直链淀粉分子从淀粉颗粒中逸出，直链淀粉易重新排列和缔合而发生凝沉现象。由于炒制裸燕麦淀粉直链淀粉含量低，故其透明度反而高。

2.4 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉的溶解度及膨胀度的影响

图3 裸燕麦淀粉溶解度Fig.3 Solubility of naked oat starch

由图3可知，炒制裸燕麦淀粉的溶解度明显高于未炒制裸燕麦淀粉，并且在40～60℃明显增加，由于高温炒制使淀粉晶体分子间氢键被破坏，粒径小，结构松散，导致其溶解度迅速增加。

图4 裸燕麦淀粉膨胀度Fig.4 Swelling degree of naked oat starch

由图4可知，在50℃前，炒制裸燕麦淀粉膨胀度高于未炒制裸燕麦淀粉，之后迅速增加；而从60℃开始，未炒制裸燕麦淀粉膨胀度高于炒制裸燕麦淀粉。这可能是由于60℃后，未炒制裸燕麦粉淀粉结构遭到破坏，部分淀粉受热吸水发生糊化现象，导致其膨化度增加，而炒制工艺已经破坏了裸燕麦淀粉的结构，炒制裸燕麦淀粉吸水能力不再增加，故其膨胀度不再增加。

2.5 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉糊化特性的影响

表2 裸燕麦淀粉的糊化特性Table 2 Gelatinization temperature of naked oat starch

由表2可知，炒制裸燕麦淀粉糊化温度和热焓均低于未炒制裸燕麦淀粉。Sakonidou等[27]指出加热可以破坏淀粉颗粒之间的氢键，使淀粉分子膨胀，并最终导致淀粉颗粒破裂，使得淀粉变得易糊化。炒制工艺使得裸燕麦淀粉分子的结构发生改变，氢键和结晶区发生断裂，产生了部分糊化作用。破坏分子间氢键需要外能，分子间结合力大，排列紧密的，拆开微晶束所需的外能就大，因此未炒制裸燕麦淀粉需要较高的糊化温度。

2.6 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉冻融稳定性的影响

图5 裸燕麦淀粉析水度Fig.5 Water-holding capacity of naked oat starch

由图5可知，未炒制裸燕麦淀粉析水率高于炒制裸燕麦淀粉，并且它们的析水率都很高。应用于冷冻食品的淀粉糊，需要在低温下冷冻，或者经过多次的冷冻、融化，若淀粉糊的冻融稳定性不好，经冷冻和重新融化后，胶体结构被破坏析出游离水分，使食品不能保证原有的质构，影响食品的品质，裸燕麦淀粉糊冻融稳定性差，说明裸燕麦淀粉不宜于制成冷冻食品。

2.7 传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉消化特性的影响

图6 不同类型淀粉的百分含量Fig.6 RS, SDS and RDS strach contents of naked oat starch

由图6可知，炒制工艺导致RDS含量增加，SDS和RS含量下降。由方差分析可知，与未炒制燕麦淀粉相比，炒制燕麦淀粉所含的RS、SDS、RDS均发生显著变化(P＜0.05)。Guraya等[28]对脱支大米淀粉的研究表明，消化性与淀粉颗粒大小有直接的联系，颗粒越大消化速率越低。Snow等[29]也指出，颗粒大小在决定消化速率中起着重要的作用。炒制工艺破坏了淀粉结构，粒径变小，增强了裸燕麦淀粉的可消化性，因而炒制裸燕麦淀粉更易加工成休闲食品。

3 结 论

本研究明确了传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉外貌特征和晶体特性、理化特性及消化特性的影响。炒制工艺导致裸燕麦淀粉颗粒受热，破坏了淀粉颗粒的结晶区结构，导致其外貌特征发生明显变化；高温导致淀粉颗粒间的氢键遭到破坏，进而引起糊化起始温度降低。同时，传统高温炒制工艺导致裸燕麦淀粉直链淀粉含量下降，这使得淀粉颗粒的蓝值升高，透明度降低，溶解度和膨胀度均发生明显变化，易消化淀粉含量增加。本实验通过研究传统高温炒制工艺对裸燕麦淀粉品质的影响，为裸燕麦淀粉制品的加工及利用提供了科学依据。对于传统高温炒制工艺对裸燕麦品质的其他影响，还有待下一步研究。

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Effect of Traditional High-Temperature Frying on Quality of Naked Oat Starch

GUO Xiang-yu，REN Qing*，ZHANG Xiao
(Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients, School of Food and Chemical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)

Using scanning electron microscope and X-ray diffraction, the granular morphology and crystal characteristics of fried naked oat starch were examined. At the same time, physicochemical properties and digestibility were also investigated. Compared with non-fried naked oat starch, the appearance and crystal characteristics of fried naked oat starch changed greatly; meanwhile, its amylose content, blue value, gelatinization temperature and swelling degree revealed an obvious decrease and the contents of SDS and RS were lower, whereas fried naked oat starch exhibited a significant increase in the transparence and solubility as well as higher RDS content. Furthermore, both the water separation rates of non-fried and fried naked oat starches were higher than 50%.

naked oat；frying；quality of starch

TS201.2

A

1002-6630(2012)11-0052-05

2011-06-13

国家现代农业(燕麦荞麦)产业技术体系项目(CARS-08-D-3)

郭项雨(1986—)，男，硕士研究生，研究方向为食品生物技术。E-mail：elitegxy@163.com

*通信作者：任清(1969—)，男，副教授，博士，研究方向为生物活性成分的分离提取及功能。E-mail：renqing@th.btbu.edu.cn