黑小米与黄小米Mixolab流变学特性差异研究及其产品应用

李娟，许雪儿，尹仁文，王昕月，王莉，王韧，罗小虎，陈正行

(江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室；江南大学食品学院，江苏 无锡，214122)

黑小米与黄小米Mixolab流变学特性差异研究及其产品应用

李娟，许雪儿，尹仁文，王昕月，王莉，王韧，罗小虎，陈正行*

(江南大学，食品科学与技术国家重点实验室，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室；江南大学食品学院，江苏 无锡，214122)

通过对黑小米和黄小米进行营养组分差异分析，并采用Mixolab对黑小米和黄小米的流变学特性进行测定，研究比较了两者的蛋白质和淀粉等方面的功能特性，并采用3种不同工艺制作了小米锅巴。实验结果表明，黑小米较普通黄小米具有较高的营养价值，尤其在蛋白质、油脂和矿物盐类等方面都优于普通黄小米。Mixolab实验结果表明，黑小米具有较好的蛋白质稳定性、淀粉热黏度稳定性和加工特性。

黑小米；黄小米；营养成分；Mixolab；流变学特性；锅巴

黑小米是禾本科、狗尾草属，是小米众多品种中(绿、红、黄、白、黑五种颜色)的一种，被誉为“谷中之王”。黑小米营养丰富，含有蛋白质、脂肪、碳水化合物、钙、磷、铁、维生素等[1]。国外也有关于黑小米的报道，其粗蛋白含量为8%～11%[2]。有文献报道称，100 g黑小米中含钙29 mg，磷240 mg，铁4.7～7.8 mg，纤维素含量3.60%[3]。无论是煮饭或熬粥都容易被人体消化吸收，消化吸收率高达97.4%[4]。黑小米中丰富的营养元素，决定了其功能特性。大量科学研究表明，黑色作物具有治疗贫血[5]，抗动脉粥样硬化[6]，镇静和改善睡眠[7]等功效。任顺成等对10种天然黑色素提取液进行抗氧化性研究，黑小米色素提取液具有延缓猪油氧化的能力[8]。由于黑小米中也存在大量的“补血素”铁，且其中的黑色素具有良好的抗氧化性和稳定性，因此黑小米也具有营养保健和治疗的功效[9]。

Mixolab混合实验仪是一种多功能的检测谷物粉流变学和酶学特性的分析仪器，可同时测定谷物粉的粉质特性和黏度特性，相当于粉质仪与黏度仪的联合[10]。由于本实验研究对象为黑小米和黄小米，两者均为不含面筋蛋白的谷物，其流变学特性无法通过粉质仪和拉伸仪进行测试。因此，本研究通过利用Mixolab混合实验仪，实现了不含面筋蛋白谷物粉流变学特性的测定。目前，Mixolab混合实验仪已广泛应用于燕麦、荞麦、马铃薯等不含面筋蛋白作物的流变学特性测定中[11-13]。

本研究通过对黑小米和常见黄小米的基本成分进行测试比对，进一步证实了黑小米的营养价值。此外，利用Mixolab，研究比较了黑小米和黄小米的流变学特性，尤其是蛋白质和淀粉等组分的特性，为今后提高黑小米相关产品的应用性提供指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

黑小米，购自无锡欧尚超市(滨湖区高浪路店)；黄小米，华大基因新疆华小米；其他分析测试试剂，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 实验仪器

RVA 4500快速黏度分析仪，澳大利亚Perton公司；Mixolab混合实验仪，法国Chopin公司；UltraScan Pro1166色差仪，美国Hunterlab公司；Q-150A旗箭高速多功能粉碎机，上海冰都电器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 基本成分测定

蛋白质测定法参照《GB5009.5—2010食品中蛋白质的测定》。

脂肪测定法参照《GB/T 5009.6—2003食品中脂肪的测定》。

水分测定法参照《GB5009.3—2010 食品中水分的测定》。

灰分测定法参照《GB 5009.4—2010食品中灰分的测定》。

1.3.2 色差测定

首先，用中药粉粹机分别对黑小米和黄小米粉碎5 min后制得小米粉样。根据Ming-Chih Shih等人的色差测定方法，利用高精度分光测色仪分别对黑小米粉和黄小米粉的色泽(L、a*和b*值)进行测定。每个样品重复测定5次以上。样品的色差值使用CIE色彩空间模型表示，其中L*表示颜色的亮度(L*=0生成黑色，L*=100指示白色)；a*表示其在品红色和绿色之间的位置(负值指示绿色而正值指示品红)；b*表示其在黄色和蓝色之间的位置(负值指示蓝色而正值指示黄色)。

1.3.3 Mixolab测定

小米粉在进行Mixolab测定时，采用无面筋蛋白谷物的Chopin+90 g测试法。样品在加水混合形成粉团后，在恒温、升温及降温过程中，搅拌刀片(在恒定的转速下80 rpm/min)受到的扭矩随时间变化规律如图1 Mixolab标准测试曲线所示。

图1 混合实验仪测试曲线图Fig.1 Typical Mixolab curve

温度控制分为以下3个过程：(1)恒温过程，30 ℃恒温8 min；(2)升温过程，以4 ℃/min的速度升温到90 ℃，并在90 ℃保持7 min ；(3)降温过程，以4 ℃/ min的速度降温到50 ℃，并维持5 min，整个测定过程共45 min。

1.3.4 小米锅巴不同制作工艺比较

传统的锅巴加工方式多采用油炸法，因为油炸法所制的锅巴口感酥脆、色泽金黄，无论在口感、风味还是色泽方面都是其他加工方式所难以比拟的。但是，考虑到油炸的方式含油量较高且高温会破坏食品中的营养成分，因此在本研究中对烘焙法和真空微波干燥法进行了应用研究。

1.3.4.1 油炸法

称取黄小米、黑小米各100 g，清洗后分别浸泡2 h，料水比1∶2。将浸泡完成的小米沥干水分后上蒸笼隔水蒸20 min至熟透。把蒸熟的小米取出，用擀面杖碾碎并揉成团状，加入适量盐、孜然粉等调味料拌至均匀。为防止小米黏手可加入适量玉米淀粉以便成型和擀制。随后，将小米团多次擀制至薄片，并用刀切成正方形小块(1.5 cm×1.5 cm)。最后，将切成小块的小米锅巴胚放入八成热的油锅中(油温约180～200 ℃)，油炸1 min左右至锅巴漂浮在油面上即可。

1.3.4.2 焙烤法

小米锅巴胚的制备方法同1.3.4.1油炸法所述。后将小米锅巴胚表面刷油并放置于上火180 ℃和下火150 ℃的烤箱中烤制15 min。

1.3.4.3 真空微波干燥法

小米锅巴胚的制备方法同1.3.4.1油炸法所述。后将小米锅巴胚放置于真空微波干燥箱中，微波7 min。

1.3.5 小米锅巴感官评定

参照国家标准SB/T 10137—1993，选取10名有代表性的人员组成感官评定小组，并接受感官评价培训，采用满分5分制原则，每个项目满分5分，总分满分30分。其中：30～24分评为上、23～15分评为中、小于15评分为下。小米锅巴感官评定项目和评分标准如表1所示。

表1 小米锅巴感官评定及评分表Table 1 Sensory evaluation of millet crust

2 结果与讨论

2.1 黑小米与黄小米基本成分对比

根据国标的测定方法，分别对黑小米和黄小米的蛋白质、脂肪、灰分、水分和碳水化合物的含量进行测定。每个样品重复测定3次。黑小米与黄小米基本成分见表2。

表2 黑小米与黄小米基本成分对比表Table 2 Comparison of compositions between black millet and yellow millet

由表2可知，黑小米中的蛋白质、脂肪和灰分的含量都显著高于黄小米的含量。其中，黑小米的蛋白质含量高达9.71%，脂肪含量高达4.41%。有文献报道，小米富含优质油脂和不饱和脂肪酸。黑小米中的灰分含量显著高于黄小米的，表明黑小米中所含的矿物质和无机盐等的含量高于普通黄小米的含量。

综上所述，黑小米中的营养成分要优于普通黄小米的成分，进一步证明了黑小米具有良好的营养价值和应用前景。

2.2 黑小米与黄小米色差比较

黑小米与黄小米的色泽比较如表3所示：黑小米的亮度值(L)、红绿值(a*)和蓝黄值(b*)均存在显著的差异。由于黑小米色泽呈黑绿色，因此其L值低于小黄米的亮度值。黑小米的a*和b*值均小于黄小米的。

表3 黑小米与黄小米色泽对比表Table 3 Comparison of color between black millet and yellow millet

2.3 黑小米粉与黄小米粉Mixolab比较

由图2黑小米和黄小米Mixolab曲线可见，当小米粉样品加水混合后，形成了类似于小麦粉一样的粉团，且具有一定的粉质稠度，C1-C2阶段主要反映小米蛋白的加工特性。随着实验温度的升高，蛋白质由于受到热破坏的作用发生了弱化并达到最低点C2值。随着温度的持续升高，曲线表现出以淀粉为主的特性(C2-C3阶段)。由图2可以看出，小米粉样品的粘度在C2-C3阶段逐渐上升，是因为小米粉粉团的温度达到了其淀粉的起始糊化温度而发生糊化，使得粘度迅速上升。下面分别具体讨论黑小米粉和黄小米粉的蛋白相关特性和淀粉相关特性。

2.3.1 小米粉蛋白质特性

图2 小米粉样品Mixolab曲线图Fig.2 Mixolab curve of black millet and yellow millet

吸水率是指小米粉加水混合成团，达到目标稠度(特定软硬度1.1 Nm)的最大加水量。吸水率大小直接决定着谷物的加工特性。由表4可以看出，黑小米和黄小米粉的吸水率差异不显著。形成时间是小米粉样品加水开始到粉质曲线达到和保持最大稠度所需要的时间，反映谷物成团快慢。Mixolab实验结果表明，黑小米的形成时间显著长于黄小米的形成时间，说明黑小米中的蛋白质和淀粉等组分的功能特性和加工特性要优于黄小米。稳定时间是指在粉团揉和过程中维持在一个较高稠度值上的时间。由表4数据可以看出，黑小米和黄小米的稳定时间均较长，但差异不显著。此外，总的弱化值反映了小米粉团在搅拌和轻微加热状态下，粉团的稀释特性，是恒温弱化与升温弱化的总和。黑小米总的弱化值(C1-C2)值较黄小米总的弱化值小(表4)，说明黑小米粉团具有较强的蛋白质功能特性，而黄小米粉团中的蛋白质在受热情况下更易被破坏。综上所述，Mixolab实验结果表明，黑小米和黄小米之间在形成时间和稳定时间上的差异，反映了不同品种小米蛋白质成分数量和质量上的差距。

表4 黑小米与黄小米蛋白质特性Mixolab结果Table 4 Comparison of protein properties between black millet and yellow millet

2.3.2 小米粉淀粉特性

由表5可见，黑小米和黄小米在糊化黏度曲线参数上存在差异：黑小米较黄小米的峰值黏度(C3)和回生终点黏度(C5)均显著增大，两者的低谷黏度(C4)值差异不显著。黏度崩解值(C3-C4)，即峰值粘度与保持黏度的差值，反映谷物热黏度的稳定性。黑小米和黄小米的黏度崩解值均为负值，说明在温度保持阶段，小米粉的糊化黏度没有发生下降反而持续上升，表明黑小米和黄小米的热黏度稳定性都较好，且黄小米的热你那度稳定性略好于黑小米的热黏度稳定性。回生终点值(C5-C4)反映了样品的最终冷你那度的稳定性，回生终点值越大，表示随着时间的延长，谷物粉的冷粘度高，易发生淀粉的老化回生现象。与黄小米相比，黑小米具有较高的回生值，说明黑小米比黄小米具有更高的终点冷黏度。

表5 黑小米与黄小米淀粉特性Mixolab结果Table 5 Comparison of starch properties between black millet and yellow millet

起始糊化时间和起始糊化温度反映样品发生糊化的难易程度，起始糊化温度越低，糊化时间越早，则表明样品越易发生糊化。当淀粉分子处于水溶液体系中，在受到加热处理时，淀粉分子逐渐吸水膨胀，导致体系黏度上升，形成无定型态，即淀粉达到糊化状态。由表5可见，黑小米和黄小米的起始糊化时间差异不显著，但起始糊化温度差异显著，黄小米的起始糊化温度比黑小米的低，表明黄小米比黑小米稍微更易发生糊化。从β糊化速度和γ淀粉酶水解速度上看，黑小米和黄小米的糊化速度和淀粉酶对淀粉的水解速度之间差异不显著。

2.4 黑小米与黄小米锅巴感官评定结果

从感官评定的结果表6来看，比较油炸、烘烤和真空微波干燥3种加工工艺，对黑小米而言，采用烘烤的方法所制得的小米锅巴综合评分最高为24分。黄小米经烘烤(26分)和真空微波干燥(27分)工艺所制得的锅巴感官品质都评为上等。其余油炸的黑小米和黄小米锅巴，真空微波的黑小米锅巴感官评级为中级。这是由于油炸的方法相比其他两种加工工艺来说，小米锅巴虽然口感酥脆且风味较好，但是含油量过高，但是多吃容易产生油腻感，不能满足当今社会人们对健康的追求。烘烤和真空微波干燥的方法，虽然口感达不到油炸工艺酥脆的口感，但是其口感基本能符合感官评定员的要求。因此，综合考虑，在人们追求健康的今天，人们的感官评价标准也发生着变化，低脂无油的健康产品更能顺应时代发展的需求。

表6 小米锅巴感官评定评分表Table 6 Sensory evaluation scores

注：不同字母a,b表示差异显著。

综上所述，采用烘烤的方法所加工的锅巴，即有小米本身的香甜又有焙烤后特有的香气和色泽，且硬度值也在可接受的范围内，因此确定焙烤工艺上火180 ℃、下火150 ℃，烤制15 min为最优的工艺方法。黑小米和黄小米相比，其色泽虽没有黄小米诱人，但其入口的酥脆性较好，可能是由于黑小米有较好的蛋白加工特性。

3 结论

黑小米作为一种健康、时尚的食品，以其良好的营养功能特性和加工性能优势，在今后的产品加工应用中存在很大的发展前景。黑小米及小米制品有以下几种发展趋势：(1)黑小米中的黑色素物质或其他功能活性成分的研究；(2)超微粉碎技术应用于小米加工中，制成固体饮料或代餐谷物粉；(3)针对特殊人群，如婴幼儿、孕妇、老年人等，开发特殊人群满足其特殊营养需求的食品；(4)休闲食品等。

[1] 刘玉芳,李宏宪.青珍珠-黑小米栽培技术[J].河南农业,2009(11):46.

[2] DENNIS W， HANCOCK.The Mana gement and use of switch grass in Georgia[C].University of Georgia,2009:1-10.

[3] 张奇志,赖来展，廖均元，等.黑色食品的营养与功能研究进展[J].粮食食品科技,2006,14(6):11-14.

[4] 王淑荣.陕北黑小米中金属元素分析[J].中国食物与营养,2013,19(11):74-75.

[5] 顾德法,易扬华.紫黑米糯米皮层对促进小鼠骨髓祖细胞分化和脾淋巴细胞增殖的影响[J].中国水稻科学,1996,10(4):250-252.

[6] 凌文华,王琳琳.膳食黑米皮抑制高脂诱导的家兔动脉粥样硬化形成机制研究[C].广州：中华预防医学会第三届老年保健学术研讨会,2001:27-30.

[7] 黄玉,岑立烨.墨米提取物生物活性[C].天津：中国营养学会第二届营养资源学术会议论文汇编,1999:55-56.

[8] 任顺成,王国良，王鹏，等.10种天然黑色素提取液抗氧化研究[J].河南工业大学学报,2009,30(1):6-10.

[9] 任顺成,王国良，王鹏，等.十种天然黑色素稳定性研究[J].中国粮油学报,2009,24(6):137-142.

[10] 毛瑞,温纪平,李佳佳.小米粉混合面团的流变学特性研究进展[J].粮食与饲料工业,2012(1):36-38.

[11] HUANG Wei-ning,LI Ling-ling,WANG Feng.Effects of transglutaminase on the rheological and Mixolab thermomechanical characteristics of oat dough[J].Food Chemistry,2010,121(4):934-939.

[12] TORBICA A,HADNADEV M,DAPCEVIC T.Rheological,textural and sensory properties of gluten-free bread formulations based on rice and buckwheat flour[J].Food Hydrocolloids,2010,24(16):626-632.

[13] LIU Xing-li,MU Tai-hua,SUN Hong-nan.Influence of potato flour on dough rheological properties and quality of steamed bread.[J].Journal of Integrative Agriculture,2016,15 (11):2 666-2 676.

Differencesbetweenblackmilletandyellowmilletontheirnutrientsandrheologicalproperties

LI Juan,XU Xue-er,YIN Ren-wen,WANG Xin-yue,WANG Li,WANG Ren,LUO Xiao-hu,CHEN Zheng-xing*

(State Key Laboratory of Food Science & Technology,National Engineering Laboratory for Cereal Fermention Technology,School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

The differences between components of black millet and yellow millet were analyzed in this work.Besides,the rheological characteristics of black and yellow millet were measured by Mixolab in order to evaluate the functional properties of protein and starch in millet.The product of millet crust were also prepared by three different processing techniques.The results showed that the black millet has a higher nutritional value than the ordinary yellow millet,especially in protein,oil and mineral salts content.The results of Mixolab showed that the black millet had a relative good protein stability,starch thermostability and processing characteristics.

black millet; yellow millet,nutrients; Mixolab; rheological properties; millet crust

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013722

博士，讲师(陈正行教授为通讯作者，E-mail：zxchen2007@126.com)。

国家自然科学基金(31501407)；江南大学自主科研计划青年基金项目(JUSRP11705)

2016-12-31，改回日期：2017-02-14