不同热处理方式对燕麦粉体特性和面团流变特性的影响

周慧宁，田玉潭，李海峰

（宁夏大学，宁夏银川750021）

燕麦在植物学的分类上属于一年生禾本科草本植物，分为“皮燕麦”和“裸燕麦”两种，其他国家多种植皮燕麦，而我国却以种植“裸燕麦”为主[1]。燕麦含有丰富的营养成分，含有人体所必需的8种氨基酸，其中膳食纤维可以促进消化，加快肠道蠕动[2]，此外，燕麦中所含的β-葡聚糖还有降血脂、降低胆固醇的作用[3]，随着人们的生活水平不断提升，对于食物的营养以及自身的身体健康越来越重视。因此，燕麦也成为人们公认的健康食物之一。

燕麦粉作为燕麦加工的初级产品，富含脂酶、脂肪氧化酶及其他水解酶[4]，易发生一系列氧化反应使燕麦粉氧化酸败而影响营养和口感，燕麦不含面筋蛋白，主要依赖淀粉的黏结性来形成面团，其粉质特性对后期燕麦产品的加工有影响，导致燕麦的应用受限，致使燕麦不能形成规模化的生产。因此一般需要进行灭酶热处理，以防酸败，延长货架期。现在，热处理方式不断发展，其在燕麦灭酶方面的应用也逐渐增多，如蒸制（常压和高压）、炒制、烘烤、微波处理以及挤压膨化等。灭酶热处理对燕麦粉中淀粉、蛋白质、脂肪和β-葡聚糖均有不同程度的影响[5]。不同湿热处理可通过引起直链与支链淀粉的重组影响燕麦淀粉的理化及消化特性[6]。郭丽娜等[7]研究了燕麦片加工过程中蒸煮、烘干和微波烘烤等工艺对其营养品质及加工特性的影响，发现蒸煮和微波烘烤后燕麦蛋白质消化率显著提升。闫希瑜[8]研究表明，燕麦粉随着贮藏时间的变长，脂肪氧化加剧，脂肪酸值、丙二醛表现出上升的变化规律，炒制燕麦粉、超微燕麦粉脂肪酸值和丙二醛含量的增加小于燕麦片粉。在我国，燕麦主要以燕麦粉形式进行消费，针对不同热处理燕麦的粉体特性和面团流变特性等方面还鲜见研究，企业在选择燕麦粉加工产品时没有参考标准，不同燕麦面制品对于燕麦粉的理化特性有不同的要求，基于此原因，本课题研究常压蒸制、炒制、微波对燕麦粉理化及面团加工特性的影响，为燕麦专用粉的生产提供一定的理论指导，为企业生产燕麦传统食品给予理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

1.1.1 材料

燕麦（裸燕麦）：市售。

1.1.2 仪器与设备

100目标准分样筛：天台华展筛网厂；G80F20-CN2L-B8（SO）微波炉：格兰仕微波生活电器有限公司；VM0181 食物搅拌机：Vita-Mix Manufacturing Corporation；SQP电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；HR-2000多功能粉体物理特性测试仪：丹东市恒瑞仪器有限公司；DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；TA.XT Plus质构仪：英国Godalming公司；C21-HK2103E多功能电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；蒸煮锅：邯郸市永年区鼎硕贸易有限公司；H32114炒锅：铸味品牌工厂店。

1.2 方法

1.2.1 燕麦粉的制备

燕麦粉的制备方法见表1。

表1 燕麦粉的制备方法Table 1 Preparation methods of oat flour

1.2.2 燕麦粉粉体特性的测定

1.2.2.1 振实密度

依据国标GB/T 5162-2006《金属粉末振实密度的测定》测试。每个样品测定3次，取平均值。分别读取量筒内试样的体积 V1、V2、V3，计算振实密度 ρp。

式中：ρp为振实密度，g/cm3；M为振实后样品的质量，g；V1、V2、V3分别为第 1 次、第 2 次、第 3 次振实后样品的体积，cm3。

1.2.2.2 松装密度

依据国标GB/T 16913-2008《粉尘物性试验方法》进行测试。连续试验3次。取平均值计算松装密度ρa。

式中：ρa为松装密度，g/cm3；M为松装后样品的质量，g。

1.2.2.3 休止角

依据美国ASTM D6393-99《Standard Test Method for Bulk Solids Characterization by Carr Indices》标准进行测试。从3个不同位置测定休止角，取平均值θr。

式中：θr为休止角，°；θr1、θr2、θr3分别为第 1 次、第 2次、第3次测量的休止角，°。

1.2.2.4 崩溃角

依据美国ASTM D6393-99《Standard Test Method for Bulk Solids Characterization by Carr Indices》标准进行测试，用测角器测定3个不同的位置的崩溃角，平均值即为崩溃角θf。

式中：θf为崩溃角，°；θf1、θf2、θf3分别为第 1 次、第 2次、第3次测量的崩溃角，°。

1.2.2.5 压缩度

式中：Cp为压缩度；ρp为振实密度，g/cm3；ρa为松装密度，g/cm3。

1.2.3 燕麦面团质地剖面分析法（texture profile analysis，TPA）测试

TPA是通过质构仪探头模仿人咀嚼的过程，进行两次压缩，测试与电脑连接，绘出质构特性曲线。测试的主要参数有硬度、胶黏性、黏聚性、黏着性、弹性等。利用仪器分析来模拟人的感官评价，能够较好地反映食品品质的优劣。

参照于迪迪等[9]方法，分别称取50 g预处理的燕麦粉，通过预试验确定不同热处理燕麦面团的最小加水量，在形成面团的基础上每次增加3%，增加3次，梯度为3%（燕麦在微波烘烤的过程中淀粉颗粒形成无定形空囊增多，加水量高）。在7 min～10 min内和成面团，制成直径2 cm，高3 cm的模型，用塑料袋包裹，静置10 min。

测定参数：采用p/5探头，测前速度1.0 mm/s，测中速度1.0 mm/s，测后速度1.0 mm/s，间隔5 s，触发力5 g，每个样品重复3次，求平均值。

1.2.4 燕麦面团的应力松弛试验

应力松弛就是给试样瞬时加载，并使其发生相应变形，然后保持这一变形，研究其内部应力随时间变化的过程，是一种研究黏弹性材料的常用试验方法，其结果可以很好地反映出材料内部的结构构成和黏弹性状态，在预测食品质构特性和口感品质方面起到非常重要的作用。

参照张晶等[10]方法，分别称取50 g预处理的燕麦粉，通过预试验确定不同热处理燕麦面团的最小加水量，在形成面团的基础上每次增加3%，增加3次，梯度为3%（燕麦在微波烘烤的过程中淀粉颗粒形成无定形空囊增多，加水量高）。在7 min～10 min内和成面团，制成直径2 cm，高3 cm的模型，用塑料袋包裹，静置10 min。

测定参数：探头P/50，测试速度1.0 mm/s，压缩变形10%，触发力5 g，释放时间100 s，每一个样品重复4次，求平均值。

面团的应力-时间曲线通过麦克斯韦模型进行剖析：

式中：σ（t）为应力，N；ε0为压缩比；E1为第一要素弹性模量，N·m-2；E2为残余应力，N·m-2；η 为阻力系数，N·m-2·s；τ为松弛时间，s；τ=η/E1。

1.2.5 数据处理方法

采用Execl 2010对粉体特性数据进行整理作图，用SPSS 23.0对面团的质构特性进行方差分析，对面团的应力松弛特性进行回归分析和方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同热处理方式燕麦粉粉体特性的比较研究

粉体的组织形态是通过大量的形状、尺寸不同的细小颗粒堆积而成的。经过堆积后，颗粒之间接触，结合到一起，形成中间体。粉体的特性不只是和某个颗粒的形态相关，与中间体的性质也有密切的关系，表示中间体性质的参数有振实密度、松装密度等[11]。同时，粉体颗粒在流动的过程中相互之间存在着摩擦力、黏聚力等，为了体现出粉体的这一流动特性，通常用休止角、崩溃角、压缩度等指标来表示。粉体的这些特性对于企业的加工生产、包装、贮藏等具有重大的意义。

用多功能粉体物理特性测试仪对燕麦粉进行测试，测试结果如图1、图2、图3所示。

图1 不同热处理方式对燕麦粉振实密度和松装密度的影响Fig.1 Influence of different heat treatment methods on vibratory density and loose packing density of oat powder

从图1中可以看出，就振实密度而言，常压蒸制>微波>炒制>对照，就松装密度而言，炒制>常压蒸制>对照>微波，说明热处理可以改变燕麦粉的振实密度和松装密度，从而改变粉体的流动性。

图2 不同热处理方式对燕麦粉休止角和崩溃角的影响Fig.2 Effects of different heat treatment methods on the resting angle and collapse angle of oat powder

从图2中可以看出，经过不同热处理方式所测得的燕麦粉的休止角和崩溃角呈现相同的变化趋势，炒制<对照<常压蒸制<微波，休止角越小，流动性越好[12]，反之越差。粉末的流动性与粉末颗粒的各种性质有关，包括粒径大小、粒径分布、颗粒形状、颗粒表面粗糙度以及粒子之间的相互作用力[13]。不同热处理的燕麦粉其微观形态不同，微波处理燕麦粉颗粒大小不一，表面粗糙，裂痕较多，淀粉颗粒间相互吸附，黏聚性较大，淀粉表面光滑度差于其他3种燕麦粉[14]，也使得粉体的休止角和崩溃角增大，休止角越小，流动性越好，反之越差。

由图3可知，不同热处理方式对燕麦粉压缩度的影响为炒制<对照<常压蒸制<微波。并且，压缩度越小，流动性越好，反之越差。因此，可以得出炒制燕麦粉的流动性最好，微波燕麦粉的流动性最差。

图3 不同热处理方式对燕麦粉压缩度的影响Fig.3 Effects of different heat treatments on the compression of oat flou

2.2 不同热处理方式燕麦面团的质构特性的比较研究

对于经过不同热处理制得的燕麦粉，形成的燕麦面团的质地都是有差异的。通过TPA检测后，可以获知硬度、黏着性、黏聚性、弹性、胶黏性等参数，这些参数很好地反映出面团的质地以及结合程度，能够在生产加工燕麦主食方面提供良好的理论依据。

用质构仪对4种燕麦面团进行TPA测试，测试曲线如图4所示，TPA测试结果见表2。

图4 燕麦面团典型质构特性曲线Fig.4 Typical texture characteristics of oat dough

2.2.1 不同热处理对燕麦面团硬度的影响

由表2可知，在每一种热处理方式中，燕麦面团的硬度都随着加水量的增加而减小，面团吸水过多后之间的结合力变弱。对于不同的热处理方式针对同样的加水量梯度3%而言，差异性明显。对照、常压蒸制、炒制、微波燕麦粉制得的面团的硬度分别降低了170.68、175.48、301.14、254.18 g，炒制粉制得面团硬度降低最大，对照面团降低最小。

2.2.2 不同热处理对燕麦面团黏着性的影响

由表2可以看出，在每一种处理方式中，面团黏着性随着加水量的增加先增大后减小。说明随着加水量的增加，达到某一临界点，探针很难与面团分离。但是，随着加水量进一步增加，糊化后的淀粉吸水膨胀，黏度得到稀释。针对同样的加水量梯度，不同热处理燕麦面团的差异性较明显，对照、常压蒸制、炒制、微波燕麦粉制得的面团的黏着性分别减小了235.51、336.37、165.59、185.16 g·s，常压蒸制燕麦粉制得面团黏着性降低最大，炒制燕麦粉制得面团降低最小。

表2 面团TPA质构指标Table 2 Texture indexes of dough TPA

2.2.3 不同热处理对燕麦面团黏聚性的影响

由表2可知，不同热处理之间，面团的黏聚性差异性不明显。在对照组中，不同的加水量之间几乎没有差异性，其他处理也接近相同。黏聚性是面团在形成时，所需要的内部结合力，说明不同热处理的燕麦粉形成面团时所需要的力几乎是一样的[15]。

2.2.4 不同热处理对燕麦面团弹性的影响

从表2中可以得出，不同热处理面团之间的弹性几乎没有差异性。同一热处理中，加水量不同，差异性更小。不同热处理在不同加水量时所具有的弹性也是接近相同的。

2.2.5 不同热处理对燕麦面团胶黏性的影响

由表2可以得知，在对照和炒制处理中，胶黏性几乎是随着加水量的增加先增大后减小，在常压蒸制和微波处理中，其变化随着加水量的增加逐渐减小。针对同样的加水量梯度，对照、常压蒸制、炒制、微波燕麦粉制得面团的胶黏性总体减小量分别为118.44、101.45、40.79、76.77 N，对照组面团胶黏性降低最大，炒制降低最小。

2.3 不同热处理方式燕麦面团的应力松弛特性的比较研究

通过测定面团的应力松弛可以很好地反映出面团的黏弹性。其体现出的是面团在测试后恢复的状况，体现出受损伤的状况，表现出面团的松弛特性。测试曲线如图5所示，测试结果见表3。

图5 燕麦面团典型应力松弛曲线Fig.5 Stress relaxation curve for oatmeal dough

2.3.1 不同热处理对燕麦面团E2的影响

从表3可知，对照组随着加水量的增加，E2先增大后减小再增大，差异性明显。微波处理与对照组的变化趋势相同，但微波处理内部并无差异性。常压蒸制的E2随着加水量的增加先增大后减小，内部差异性较明显，炒制处理的E2逐渐减小，差异性较明显。针对相同的加水量梯度，不同热处理之间差异性较明显，对照组和微波的 E2分别增加了 4.91（N·m-2·107）和0.66（N·m-2·107），相对较高，常压蒸制和炒制分别减小了 1.37（N·m-2·107）和 6.14（N·m-2·107），相对较低。E2越小，面团被压后的变化越小，硬度越低，很容易恢复其形变。蛋白质与水结合后，水分子吸附在蛋白质周围，形成水化层[16]。使得其体积变大，妨碍了E2产生的形变，经不同热处理后，蛋白质的结构发生变化，形成面团时，蛋白质与水结合的体积变化不相同，导致E2变化不同。

表3 面团应力松弛参数Table 3 Stress relaxation parameters of dough

2.3.2 不同热处理对燕麦面团τ的影响

由表3可以看出，对照组的τ值随着加水量的增加先增大后减小再增大，内部无明显差异性。常压蒸制呈现出逐步增大的趋势，且内部差异性较明显。炒制处理的变化趋势是先增大后减小，具有明显的差异性。微波处理先减小后增大，基本不变。针对同样的加水量梯度，微波、对照组、常压蒸制的燕麦粉制得面团的 τ值分别增大了 0、0.08、0.45 s、，炒制减小了 0.62 s，松弛时间变化量极小，应力降低速度均衡，几乎无弹性变化。

2.3.3 不同热处理对燕麦面团η的影响

从表3中可以得到，随着加水量的增加，对照组的η值先增大后减小再增大，差异性较明显。常压蒸制和微波处理呈现先增大后减小的变化趋势，且差异性明显。炒制处理的η值随着加水量的增加逐步减小，内部差异性明显。针对相同的加水量梯度，对照组的η值增加了2.39（N·m-2·s·108），常压蒸制、炒制和微波分别减小了 1.41（N·m-2·s·108）、9.89（N·m-2·s·108）、1.93（N·m-2·s·108），炒制面团的 η 值大大减小，受到的黏度阻力小，松弛时间短。脂肪会降低淀粉凝胶的硬度，增加其黏度[17]。燕麦面团中的β-葡聚糖会导致面团表观黏度增大，经不同热处理后，脂肪与淀粉结合的程度不同[18]，淀粉热处理后的变化程度不一，黏度下降的程度也不相同，致使η变化的程度也有差异。

3 结论

热处理能够改变燕麦粉的流动性，就休止角、压缩度、崩溃角3个表征粉体流动性的参数而言，炒制<对照<常压蒸制<微波，休止角、崩溃角、压缩度越小，粉体的流动性越好。炒制处理燕麦粉的流动性最好。这对于企业的加工、包装、贮藏提供了合适的参考。

在同样的加水量梯度（3%）下，不同热处理对于燕麦面团的硬度、黏着性、胶黏性影响较大，差异性明显，但对于黏聚性和弹性的影响相对较小。炒制燕麦粉制得面团硬度降低最大，黏着性降低最小，胶黏性降低最小。对照面团硬度降低最小，胶黏性降低最大，常压蒸制燕麦粉制得面团黏着性降低最大。可以得出，炒制粉制得面团质地较柔软，内部结构疏松，黏性大，黏附性较强。对照面团质地较硬，常压蒸制粉制得面团内部结构松散，黏附性差。

在同样的加水量梯度（3%）下，不同热处理对于燕麦面团的E2和η影响较大，但对于τ的影响极小。常压蒸制和炒制的残余应力（E2）都降低，且炒制降低最大，E2越小，硬度低，容易恢复形变。同时，炒制的阻尼系数（η）大大减小，松弛时间短。

综上所述，根据不同热处理方式对于燕麦粉体特性和面团流变特性的影响，研究结果表明炒制处理的燕麦粉及面团同时兼具较好的燕麦粉体特性和面团流变特性。因此，炒制处理适宜在燕麦主食中应用。