ACIM制粉对苦荞粉及其挂面品质的影响

高彩凤 魏 婷 方 纯 李云龙 刘 佳 王 敏

(西北农林科技大学食品科学与工程学院1，杨凌 712100) (山西省农业科学院农产品加工研究所2，太原 030031) (北京协同创新研究院3，北京 100094)

苦荞[Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn.]是我国一种传统的小杂粮作物。苦荞富含黄酮、多酚类化合物、抗性淀粉、蛋白质和膳食纤维等多种生物活性物质，具有消炎、抑菌、降压、降血脂等保健功能，能够改善糖尿病、心血管疾病等慢性疾病[1]，因此被认为是一种药食两用的粮食资源。在追求食疗食补的今天，苦荞更受慢性病患者特别是糖尿病人群的青睐，目前在慢性病防治上具有较大的开发应用价值[2]。近年来，以苦荞作为原、辅料应用于功能性食品的开发逐渐受到人们的关注[3]。

苦荞挂面是目前开发最多的苦荞制品之一。但现阶段市场上的苦荞挂面主要存在两方面不足：一方面为了追求口感及保质期，在苦荞加工过程中会将富含酚类、黄酮类等多种功能活性物质的苦荞壳及麸皮[4]弃掉，从而导致其营养及功能特性大大降低；另一方面为了追求营养及保健功能，利用苦荞籽粒全粉制备挂面，但现有的磨粉设备精细化程度不够，并且苦荞壳及麸皮的加入会使得挂面难以成型，导致挂面颗粒度明显、口感粗糙、消费者接受程度低。因此，目前市场上大部分苦荞挂面都选择通过添加品质改良剂或膨化处理的方式来改善挂面品质[5-7]，而关于通过改变加工方式、磨粉设备的研究报道并不多。

制粉是将苦荞进行深加工的重要前提和基础。不同的磨粉设备对苦荞粉的粉质特性和营养品质产生较大的影响[8-9]。微粉技术是一种新型的食品加工方法，应用微粉设备制备的粉体物料具有独特的理化性质，如良好的吸附性、溶解性、分散性、化学和生物活性等[10-12]。Niu等[13]研究了超微粉碎对全麦粉及其面条品质的影响，发现超微粉碎可以通过减小全麦面粉的粒径来提高面条品质。ACIM是一种新型的超微磨粉设备[14]，它的原理是利用主机腔体中高速旋转的锤头对物料的剧烈冲击，以及颗粒之间的相互冲击、碰撞、摩擦、剪切力等实现对苦荞种子的超细粉碎[15-16]。目前将该设备用于苦荞磨粉中还鲜有报道。因此针对市场现有的不足，本研究采用此新型磨粉设备对苦荞籽粒进行微粉处理，比较微粉处理与普通粉碎处理对苦荞粉及其挂面品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西农9940苦荞种子，2016年7月由陕西省榆林市靖边县提供。小麦粉、食盐：市售。

α-淀粉酶、胃蛋白酶、芦丁、福林酚试剂、DPPH、Trolox、TPTZ、ABTS：美国Sigma公司；葡萄糖、3.5-二硝基水杨酸、氢氧化钠、重蒸酚、亚硫酸钾钠、四水合硫酸钾钠、石油醚、乙酸铅、柠檬酸、硫酸、碳酸钠、没食子酸、亚硝酸钠、硝酸铝、铁氰化钾、三氯乙酸、三氯化铁等均为分析纯试剂。

胃蛋白酶液：称取0.5 g胃蛋白酶用KCl-HCl缓冲液(pH 1.5)溶解并定容至5 mL，混匀，现配现用。

淀粉酶液：将含有2.6 IU酶活力的α-淀粉酶用乙酸钠缓冲液(pH 6.9)溶解并定容至5 mL，现配现用。

1.2 仪器与设备

LNI-66A气流分级式冲击磨：四川绵阳流能粉体设备有限公司；FW100高速万能粉碎机：上海楚定分析仪器有限公司；UV-1800紫外/可见分光光度计：上海美普达公司；1030自动定氮仪：瑞士托卡特公司；M6粗纤维提取测定仪：瑞典特卡托公司；RVA-4快速黏度分析仪：澳大利亚新港科技有限公司；JSM-6360LV扫描电镜：日本JEOL公司；MS-2000激光粒度分析仪：英国马尔文公司；HXT-150压面机：天津市长寿机械厂；TAXTPLUS/50质构仪：英国Stable Micro system公司；TH2-82恒温振荡器：常州国华电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 苦荞粉的制备

取适量苦荞籽粒，用FW100型高速万能粉碎机粉碎，过100目筛，得到普通苦荞粉，样品装于密封袋中-20 ℃保存待用。

苦荞微粉的制备：取适量苦荞籽粒，用LNI-66A型ACIM对其进行粉碎，过200目筛，得到苦荞微粉，样品装于密封袋中-20 ℃保存待用。

1.3.2 挂面的制备

采用制备的两种苦荞粉，以小麦粉和苦荞粉的总质量为基数，将小麦粉、苦荞粉、食盐分别按照85%、15%、2%的比例混匀；将混粉以及小麦粉分别加适量水搅拌至面粉可手握成团。面团在25 ℃条件下醒发50 min后，重复5次折叠压片，然后经刀具切成宽2 mm、厚1.2 mm的面条，将制得的面条悬挂自然晾干，密封保存备用。

1.3.3 微粉处理对苦荞粉基本营养及功能性物质含量的影响

总淀粉含量测定：参照GB/T 5009.9—2008。粗脂肪含量测定：参照GB/T 5009.6—2003。蛋白质含量测定：参照 GB/5009.5—2010。粗纤维含量测定：参照GB/T 5515—2008。灰分含量测定：参照GB 5009.4—2010。

总酚、总黄酮含量测定：参考Gao等[17]的方法测定苦荞粉提取液中总酚、总黄酮含量。

芦丁、槲皮素含量测定：参考Guo 等[18]的方法测定苦荞粉中芦丁、槲皮素含量。

1.3.4 微粉处理对苦荞粉理化性质的影响

粒径分布测定：取少量苦荞粉样品，用蒸馏水作为分散剂，使用激光粒度分析仪测定苦荞粉的粒径分布。

苦荞粉颗粒微观形态观察：采用扫描电镜对苦荞粉样品的微观结构进行观察。将少量苦荞粉分散在载物台上的双面导电胶上，用洗耳球反复吹去多余的样品，真空条件下进行喷金处理，在扫描电镜下观察样品的形态结构。扫描电镜工作电压为100 V，加速电压为15 KV。

1.3.5 微粉处理对苦荞粉加工特性的影响

苦荞粉水和特性的测定：参考Liu等[19]的方法测定苦荞粉水合特性。准确称取苦荞粉样品0.1 g，加入10 mL蒸馏水，混匀，分别在50、60、70、80、90 ℃条件下振荡加热30 min。待冷却后在3 000 r/min的条件下离心20 min。取上清液于质量为m1的铝盒中，105 ℃烘至恒重，称重记录为m2；同时称量离心后的下层沉淀物质量m3。持水力、溶解度和膨胀性分别按照公式计算：

苦荞粉糊化特性分析：参考何财安等[20]的方法测定苦荞粉糊化特性。参照LS-T6101—2002谷物黏度测定法对样品进行测定。按14%湿基的比例加入水和样品并制成悬浮液，然后对悬浮液进行处理：样品在50 ℃保持1 min，3.7 min内加热至95 ℃并保持2.5 min，在3.8 min内降温至50℃保持2 min。记录样品黏度变化曲线，读取黏度测定参数。

1.3.6 微粉处理在苦荞挂面中的应用1.3.6.1 苦荞挂面煮制特性分析

吸水率测定：参考栗丽萍等[21]并略作修改。称取适量面条，记为m0，在200 mL 烧杯中添加适量蒸馏水，煮至面条中心白色硬核消失，迅速捞出面条在凉水中冷却30 s，滤纸上晾置5 min后立即称取熟面条的质量m。以小麦粉挂面为对照，数据重复测定3次。

煮制损失测定：称取面条适量，记为m0，在200 mL烧杯中添加适量蒸馏水，煮至面条中心白色硬核消失，捞出面，条面汤晾凉后定容至100 mL容量瓶。量取20 mL至于恒重的铝盒中(m1)，105 ℃烘至恒重，记为m2，根据下列公式计算煮制损失率[22-23]。煮制损失率按干物质占生面条的质量分数表示。以小麦粉挂面为对照，数据重复测定3次。

1.3.6.2 苦荞挂面感官品质分析

选择10名具有食品知识背景的人参与，严格遵循实验室感官评价操作标准，根据表1[24]的标准和方法进行评定。

1.3.6.3 苦荞挂面体外模拟淀粉消化研究

参考马雨杰等[25]的方法并略作修改。取5.00 g左右的熟面条于100 mL烧杯中，加水均质后转移至100 mL容量瓶，定容。摇匀后吸取1 mL面条匀浆液(相当于50 mg测试样)于50 mL锥形瓶中，再加10 mL pH 1.5的HCl-KCl缓冲液，得到样品液。然后加入0.2 mL胃蛋白酶液，在40 ℃水浴中匀速振荡60 min，冷却后加入0.5 mol乙酸钠(pH=6.9)将消化液体积补充至25 mL，摇匀后加入5 mL α-淀粉酶(2.6 IU)，在37 ℃水浴中匀速振荡。分别在水解0、10、20、30、60、90、120、150、180 min时吸取1 mL消化液，并迅速置于沸水中灭酶5 min。采用DNS法测定各时间点消化液中葡萄糖的含量。以小麦粉挂面为对照，数据重复测定3次。

1.3.6.4 苦荞挂面血糖生成指数计算

淀粉的体外消化水解曲线遵循一级反应方程式，通过对曲线下面积(Area under curves, AUC)的计算，能够得出挂面的淀粉水解指数(Hydrolysis Index, HI)，并根据HI值预测苦荞挂面的估计血糖生成指数(Estimated Glycemic Index, EGI )。具体公式为：

EGI=39.71+0.549×HI

1.3.7 数据分析

实验所有数据重复测定3次，求取平均值，最终数据均用(X±SD)表示，采用SPSS 20.0软件对数据进行方差分析(ANOVA)和显著性检验，用Origin 8作图。

2 结果与讨论

2.1 微粉处理对苦荞粉基本营养物质及典型植化成分含量的影响

2.1.1 苦荞粉主要营养物质含量变化

2种苦荞粉的主要营养物质含量见表2。由表2可知，ACIM制粉对苦荞粉的水分、总淀粉、粗脂肪、灰分、粗纤维以及粗蛋白含量均有显著影响(P<0.05)，其中对粗纤维含量影响最为明显，提高了7.24倍。ACIM在持续工作时机体会产生相对较高的温度，加快粉体中水分的挥发，从而导致微粉的水分含量显著低于普通粉。此外，2种制粉方式所得苦荞粉中总淀粉含量差异较为显著，主要原因是ACIM制粉时会将大量的壳、麸皮粉碎成为合格粉且出粉率较高；而高速万能粉碎机磨粉时由于自身条件限制会将磨不碎的壳及麸皮分离出去，合格粉中主要是淀粉物质。因此，ACIM制备的苦荞微粉淀粉占合格粉的质量分数较小。另外，Steadman等[26]的研究表示苦荞的脂肪、蛋白质以及膳食纤维等物质多富集于籽粒外层结构即种皮和糊粉层中。2种制粉方式由于工作原理不同，所以合格粉中种皮和糊粉层的相对含量会有所差异。ACIM处理过程中保留了较高含量的籽粒外层结构，所以微粉中的粗脂肪、粗蛋白、粗纤维含量显著高于普通粉。

表1 面条感官评价标准

表2 ACIM制粉对苦荞粉主要营养物质含量的影响/g/100 g DW

注：同一列字母不同表示差异显著(P<0.05)，余同。

表3 ACIM制粉对苦荞粉总酚、总黄酮及芦丁和槲皮素含量的影响

2.1.2 苦荞粉典型植化成分含量变化

ACIM制粉对苦荞粉中典型植化成分总酚、总黄酮含量及芦丁、槲皮素含量影响如表3所示。从表3中可以看出，ACIM处理制得的苦荞微粉中典型植化成分总黄酮、总酚、芦丁和槲皮素的含量显著提高(P<0.05)，分别是普通粉的1.94、2.19、2.13倍和2.25倍。这是由于ACIM制粉时将富含总酚、总黄酮的壳及麸皮粉碎成为合格粉的一部分，而苦荞中的多酚类化合物主要富集在麸皮及壳中，所以苦荞粉中的总酚、总黄酮以及多酚类化合物芦丁和槲皮素含量会显著提高；另一方面，ACIM在工作时高速猛烈撞产生较大的机械力使细胞壁破碎，从而有利于生物活性物质的快速溶出。黄其春等[27]研究了超微粉碎对银杏叶中总黄酮溶出量的影响，结果表明经超微粉碎后银杏叶中总黄酮溶出量增加了10%～12%，这与本研究结果相一致。因此，利用ACIM制备苦荞微粉，有利于苦荞粉中基本营养物质及典型植化成分的释放，进而可能对其加工制品的营养保健性有一定程度的提高。

2.2 微粉处理对苦荞粉理化性质的影响

2.2.1 苦荞粉粒径分布

苦荞粉的粒径分布见图1。粉的粒径分布对其某些理化性质和加工特性有显著影响，从而影响其制品的食用和感官品质。由图1可以看出，苦荞微粉的平均粒径显著小于普通粉平均粒径，说明ACIM微粉处理对苦荞粉的粒径分布有显著影响(P<0.05)，这种影响可能会使部分苦荞面制品的口感有明显的改善。

图1 ACIM制粉对苦荞粉粒径的影响

2.2.2 苦荞粉颗粒微观形态观察

外观和大小是淀粉颗粒重要的形态特征。从图2可以看出，苦荞粉的微观形态受ACIM影响较大。普通粉的颗粒受损程度小，表面更为圆润、光滑，大小较为均匀；而ACIM制备的苦荞微粉由于受到高速旋转锤头的猛烈冲击，粉颗粒破损明显，形状、大小不一，表面粗糙，并且颗粒之间黏着力强，易吸附在在大颗粒表面。何财安等[20]报道4种不同磨粉方式中，超微处理的粉颗粒破损程度明显高于湿磨粉、石磨粉和刚磨粉，且颗粒之间黏聚性大、易相互吸附，这与本研究结果相一致。

图2 ACIM制粉对苦荞粉微观形态的影响

2.3 微粉处理对苦荞粉加工特性的影响

2.3.1 苦荞粉水和特性

2种苦荞粉的水和特性用持水力、溶解度和膨胀性表示。由图3可见，水和特性与苦荞制品的色泽、表观状态、质构(硬度、韧性、黏性)等品质有关，从而会影响苦荞粉在食品中的开发应用。

图3 ACIM制粉对苦荞粉水合特性的影响

由图3a可知，在所有测量温度范围内(50～90 ℃)，2种苦荞粉的持水力均呈现出上升的趋势。在50、60 ℃时存在显著性差异(P<0.05)，苦荞微粉显著高于普通粉，表明ACIM制得的苦荞微粉具有更好的亲水能力，这可能是由于ACIM制得的微粉粒径较小，扩大了苦荞粉与水分的接触表面积，因而苦荞微粉可以存留更多的水分。强的持水力可以延缓淀粉在热加工过程中的失水老化，因此ACIM制得的苦荞微粉在食品热加工过程中更具优势。

溶解度和膨胀度是用于判断食品加工品质的重要指标，它与食品在蒸煮烹饪过程中的膨胀程度和可溶性固形物的损失量密切相关。由图3b、图3c可知，在同一温度下，ACIM微粉处理对苦荞粉的膨胀度、溶解度均有显著影响(P<0.05)，且微粉始终高于普通粉，表明微粉处理对苦荞粉的溶解度和膨胀度影响显著。在全部测量温度范围内(50～90 ℃)，2种粉的溶解度、膨胀度均随着温度升高而逐渐增大。然而苦荞微粉的溶解度涨幅略低于普通粉，工业生产中溶解度决定着食品可溶性固形物的损失量。对本研究而言，溶解度越小，则苦荞挂面的煮制损失越少。膨胀度方面，在50～90 ℃范围内，苦荞微粉的膨胀度分别是普通粉的1.55、1.54、1.11、1.07、1.06倍，表明ACIM制备的苦荞微粉的膨胀性更为优越，用其加工的面制品会具有更好的结构，适口性和口感更佳。

2.3.2 苦荞粉糊化特性

由表4可知，微粉处理显著改变了苦荞粉糊化特性中的最低黏度、最终黏度、衰减值以及回升值(P<0.05)，而对糊化温度、峰值黏度影响不显著。研究表明，峰值黏度影响面条制品的品质，且峰值黏度越高，面条品质越好[28]。苦荞微粉的峰值黏度略高于普通粉，因此用苦荞微粉加工的苦荞挂面品质和口感可能会更佳。衰减值为峰值黏度与最低黏度的差值，与淀粉受热膨胀后的刚性有关，反映淀粉糊的热稳定性。苦荞微粉(161 cp)的衰减值显著低于普通粉(211 cp)，说明ACIM制得的苦荞微粉糊热稳定性更好。回生值为最终黏度与最低黏度的差值，反映淀粉糊回生或老化的程度。ACIM制得的苦荞微粉具有较低回生值(979 cp)，说明其胶凝能力强，不易老化。

表4 ACIM制粉对苦荞粉糊化特性的影响

2.4 微粉处理在苦荞挂面中的应用

2.4.1 微粉处理对苦荞挂面煮制特性的影响

以小麦挂面为对照，2种苦荞挂面的吸水率和煮制损失率实验结果如表5所示。吸水率和煮制损失是反映面条蒸煮品质的重要指标。由表5可知，2种苦荞挂面的吸水率之间无显著性差异(P>0.05)。吸水率可反映面条的水和特性，对食用品质有很大影响。吸水率越大，面条持水力越高，但过高的持水力会导致面条口感发黏[29]。煮制损失率表征面条煮制过程中维持自身结构的能力，即面条煮制过程中受到破坏的程度，直观表现为面条煮制过程中的糊汤现象[30]。3种挂面的煮制损失存在显著性差异(P<0.05)，其中苦荞微粉挂面的煮制损失率比普通苦荞挂面略高(8.52%)。

表5 面条的吸水率及煮制损失

2.4.2 微粉处理对苦荞挂面感官品质的影响

图4 苦荞挂面感官分析结果

以小麦挂面为对照，2种苦荞挂面的感官评价结果见图4。颜色是消费者对产品外观最直接的感受，苦荞微粉挂面由于壳及麸皮的存在而颜色偏深，其评定结果高于普通苦荞挂面，表明颜色偏深的苦荞挂面更容易被消费者接受；与普通苦荞挂面相比，苦荞微粉挂面具有更浓的荞麦味，更受消费者的喜欢。此外，2种苦荞挂面的韧性及硬度方面没有明显差异，而苦荞微粉挂面的口感得分略低于普通苦荞挂面。经由ACIM处理制得的苦荞微粉挂面因原料加工精细化程度高，并融入了大量苦荞籽粒外层结构物质，所以不仅口感细腻，且颜色、风味均有所改善，使其感官品质评价结果高于普通苦荞挂面。因此，ACIM微粉处理对苦荞挂面的品质有改善作用。2.4.3 微粉处理对苦荞挂面体外淀粉消化率的影响

以小麦挂面为对照，2种苦荞挂面的体外淀粉水解曲线如图5所示。挂面的体外淀粉消化速率在一定程度上模拟了其在人体内被消化吸收的情况。从总体趋势来看，3种挂面的淀粉水解率均随着时间的延长而逐渐升高，并且3种挂面在30 min内均为快速消化阶段，而在后面的90～180 min表现出缓慢增长趋势。由图5可知，在整个消化过程中，2种苦荞挂面的消化率均低于小麦挂面，并且差距越来越大。在30～180 min，苦荞微粉挂面淀粉水解率略低于普通苦荞挂面，但两者没有呈现出显著差异，这可能是由于苦荞微粉中壳与麸皮含量较高，对α-淀粉酶与淀粉的直接接触形成一定阻碍。在消化终点(180 min)时，普通苦荞挂面和苦荞微粉挂面的淀粉水解率分别是53.45%、52.66%，而小麦挂面的则为66.58%。苦荞微粉挂面的淀粉水解率比普通苦荞挂面降低了1.5%，比小麦挂面降低了20.91%，说明苦荞微粉挂面在人体消化速率较慢，可作为一种慢消化食品来缓解餐后血糖反应。

图5 不同挂面及参照食品(白面包)的淀粉水解率

为了进一步说明ACIM制得的苦荞微粉挂面具有慢消化作用，对3种挂面的HI值及EGI值进行计算，结果如表6所示。在3种挂面中，苦荞微粉挂面的EGI值最低，普通苦荞挂面次之，小麦挂面EGI值最高。EGI值是预测人体食用某种食物对餐后血糖反应的影响。研究表明，粉粒径越小，其制作的食物在消化系统中消化越快速，进而导致餐后血糖波动幅度大，不宜于人体血糖的控制[31-32]。本研究中ACIM处理得到的苦荞微粉粒径小，但其制作的挂面消化率和EGI值反而较低。可能的原因是ACIM处理通过增加合格粉中壳及麸皮的量，显著提高了苦荞粉中粗纤维的含量，从而使得苦荞微粉挂面消化率降低；此外，ACIM制得的微粉中总黄酮、总酚、芦丁和槲皮素等物质含量较高，此类功能性成分对血糖的调节具有有益作用，进而降低了苦荞微粉挂面的EGI值。由此可知，食用苦荞微粉挂面有助于维持血糖稳态，降低餐后血糖反应，对糖尿病有一定的预防和治疗作用。

表6 不同挂面的HI值和EGI值

3 结论与展望

采用新型磨粉设备ACIM对苦荞籽粒进行微粉处理，既显著改善了苦荞粉粉质特性和加工性能，保证苦荞挂面有良好的品质及感官接受度。同时又提高了苦荞中基本营养物质和功能性物质的含量，尤其是大量保留了苦荞壳及麸皮中的功能性物质，使挂面具有良好的保健功能；并且降低了苦荞挂面在体外的消化速率和EGI值，表明食用此挂面在一定程度上能够缓解餐后血糖反应，可作为糖尿病患者良好的主食选择。因此，ACIM微粉技术可视为一种能够提高苦荞面制品适口性和保健性的新加工技术，同时也为后续苦荞主食化的研究提供了一种可实现的原料处理方法。

ACIM制粉是一种新型技术，对其应用研究仍存在一些问题。由于ACIM设备造价高，将其应用到工厂进行大批量生产时存在一定的经济压力；且本研究中苦荞微粉挂面由于整体添加微粉比例有限使其体外消化率虽有所降低，但降低程度不大。因此后期研究可通过添加经ACIM处理的麸粉，或调整添加苦荞微粉的比例部分替代普通苦荞粉，这样既能满足其面制品的慢消化及低EGI特性又能够实现经济实惠大批量生产。另外，对于本研究中挂面的消化实验主要是通过体外模拟进行，但生物机体的消化代谢系统极为复杂，后续研究仍需要通过动物实验或人体实验对苦荞微粉挂面的消化性和安全性做进一步评估。