魔芋精粉-氢氧化钙对小米面条品质的影响

李嘉欣 吴彤娇 韩 雪 赵丹丹 王成祥 李雪梅 郝建雄

(河北科技大学生物科学与工程学院1，石家庄 050000)(河北同福粥道食品有限公司2，石家庄 050000)

谷子(Foxtail millet)，也称为粟，去壳后为小米[1]，是我国一种重要的杂粮作物。小米具有丰富的营养价值和利用价值，因此对于小米制品的开发还有很大的研究空间。此外，利用杂粮谷物开发新型面条产品，一直是相关企业和开发人员探索的课题，市场上也出现了各种杂粮类面条产品[2]，如燕麦面条、荞麦面条、玉米面条、小米面条等。但杂粮不含有面筋蛋白，所以在加工杂粮面条的过程中，往往需要通过添加一些面条改良剂来提高面条的烹调品质、感官品质。

在中国，碱水面条深受消费者的欢迎，其制作工艺简单，在做面条时向和的面里加入碱水即可。添加适当的碱可以使面粉在加热的条件下，吸收水分，使面条达到良好的黏弹性，同时碱水还有防腐作用、中和酸性等功能。Brenda等[3]研究了浸泡时间和氢氧化钙浓度对玉米粉吸水性及糊化特性的影响，结果表明，在碱性溶液中玉米的果皮被降解、胚乳的结构软化、钙离子和水进入淀粉颗粒使其膨胀，失去了原本的晶体结构增大体系吸水性。研究表明，氢氧化钙对淀粉的糊化、结构及凝胶特性都有不同程度的影响[4，5]。

魔芋葡甘聚糖(KGM)是一种从魔芋块茎中提取出来的亲水性复合多糖，主要由D-甘露聚糖和D-葡萄糖以β-1,4糖苷键连接而成的高分子化合物，其摩尔比约为1.6∶1。葡甘露聚糖主链含有5%到10%个乙酰基取代的残基[6]。在适宜的碱性条件下加热后，葡甘聚糖分子发生脱氨基作用，相互缠结形成三维网络结构，最终形成热稳定性不可逆凝胶[7]。魔芋精粉富含葡甘聚糖膳食纤维，具有降低血糖、血脂、胆固醇，调节肠道菌群等生物活性[8-10]。由于魔芋葡甘聚糖有益于身体健康且吸水能力强，溶胶黏度高，现已广泛应用于食品、医药等行业，作为增稠剂、凝胶剂、质地改良剂以及吸水剂[4]。

目前，对于魔芋精粉面条改良方面的研究主要集中在魔芋精粉与碱性盐对于小麦粉面条加工性能的研究和以魔芋为基础的面条制备，而利用魔芋精粉与氢氧化钙联合改善小米等杂粮制品品质的研究较少，因此本研究将氢氧化钙与魔芋精粉复配，考察小米面团的热力学特性、质构特性、感官评价及微观结构，探究小米面条的优化条件，为小米面条的后续开发研究以及解决杂粮谷物中由于缺少面筋蛋白而难以形成面团的问题提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米粉：张家口农业科学院，品种为“蔚县 8311”(收获于2015年)。

魔芋精粉；氢氧化钙、戊二醛、乙醇、叔丁醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

MTA9家用全自动面条机，Hitachi S-4800扫描电子显微镜，H-1650离心机，TA-XT plus质构仪，SHA-C水浴恒温振荡器，DFY-500摇摆式高速中药粉碎机。

1.3 方法

1.3.1 混合小米粉的制备

向小米粉和含有0.2%氢氧化钙的小米粉中添加体积分数分别为0、0.5%、1%、1.5%和2%的魔芋精粉，将小米粉充分混匀，备用。

1.3.2 热水膨胀度

称取小米粉样品置于离心管(M0)中,加入去离子水使其质量分数为1.5%。旋涡振荡器混匀，将离心管置于95 ℃水浴锅中振荡加热5 min，快速取出在冰浴中冷却至室温，3 000 r/min离心10 min。弃去上清液，称重(M2)，将离心管及沉淀置于80 ℃恒温干燥箱中烘至恒重(M1)。每个样品重复测定3次，计算公式为：

式中：M0为离心管质量/g；M1为弃去上清液后离心管质量/g；M2为烘干至恒重后离心管质量/g。

1.3.3 Mixolab参数测定

采用Mixolab 2混合实验仪测定小米面团的热力学特性。参照ISO 17718: 2013《揉混和加热条件下测定全麦粉和面粉的流变学特性》标准，以检测小麦全粉样品(面粉和水)总质量75 g，Chopin+标准测试法为基础，改良为Chopin+ 90 g的检测方法。方法除样品总质量为90 g外，其他条件均与Chopin+条件相同，具体参数为：在30 ℃下初始混合8 min；面团以4 ℃/min的速度加热到90 ℃，然后在90 ℃保持7 min。面团以相同的速度冷却到50 ℃；面团在50 ℃下保温5 min。在整个测试过程中，混合速度为80 r/min。通过Mixolab标准曲线和检测指标可全面反映小米蛋白质和淀粉的加工特性。

1.3.4 小米面条的制备

参考日本工业制备面条[11]结合中国传统方法制备小米面条，分别称取150 g含有0、0.5%、1.0%和1.5%魔芋精粉的小米粉或氢氧化钙-小米粉混合粉(含0.2%氢氧化钙)于不锈钢盆中，加入90 mL去离子水，不断搅拌揉搓成面团。将面团用保鲜膜包裹后再裹一层湿润的纱布，静置20 min后，放入压面机中压制成面条。

1.3.5 小米面条蒸煮品质的测定

按照1.3.4制成面条后，取50 g放入500 mL沸水中进行蒸煮，每隔30 s取出一根面条，用小刀切断面条，观察横切面直至面条截面硬芯消失，颜色均一为止，所用时间即为该样品的最佳蒸煮时间。再取50 g面条放入500 mL沸水锅中，煮到最佳蒸煮时间，快速捞出于冰水浴中冷却，沥干面条表面的水分并称重(M3)。将面条放入125 ℃烘箱中烘至恒重(M1)，同时称取50 g生面条相同条件下烘干至恒重(M2)。计算面条的吸水率及蒸煮损失，每个样品重复测试3次，计算公式为：

式中：M1为烘干至恒重后熟面条质量/g；M2为烘干至恒重后生面条质量/g；M3为沥干水分后熟面条质量/g。

1.3.6 小米面条质地评价

小米面条的质地采用TA-XT plus质构仪进行评价，实验数据的记录和分析通过仪器配套的质地软件(version 1.2)分析。每种样品重复测试6次。为了防止面条放置过程中质地的变化影响实验结果，每次测定样品分批制备，并保证在制作结束后5 min内完成面条坚实度的测试。面条的坚实度测试用于评价面条抗形变的能力，采用P/5探头进行测定。探头移动距离0.5 mm，探头在测试前、测试中及测试后移动速度分别为10.0、5.0、10.0 mm/s，数据采集为400 pps，探测力为5.0 g。每次取3根长10 cm的面条并排放置于测试平台上进行测试并记录。

1.3.7 小米面条微观结构的观察分析

取2.5 mm煮熟的小米面条样品浸泡于0.1 mol/L磷酸缓冲液(pH=7.4，含2.5%戊二醛)中，4 ℃固定4 h。用磷酸缓冲液冲洗3次后，分别用60%、70%、80%、95%和100%的乙醇溶液浸泡15 min进行脱水[12]。脱水完成后浸泡于叔丁醇中-80 ℃冷冻，真空干燥，喷金，在15 kV的工作电压下通过Hitachi S-4800扫描电子显微镜进行微观结构观察。

1.3.8 数据处理

除面条的质地评价每组样品重复测定6次外，其余每个样品均重复测定3次，所有数据均采用平均值±标准差表示。采用SPSS Statistics 17.0软件通过单因素方差分析的邓肯多重比较法(P<0.05)进行分析，采用Origin Pro.8.0软件绘制图片。

2 结果与分析

2.1 魔芋精粉-氢氧化钙对小米粉热水膨胀度的影响

由图1可以看出，添加魔芋精粉可以显著增大小米粉的热水膨胀度，且当添加量为0.5%时热水膨胀度最大，随着添加量的增加热水膨胀度减小，且无显著影响。此外，添加了氢氧化钙后小米粉的热水膨胀度降低，说明0.2%的氢氧化钙可以显著抑制小米粉的热水膨胀。且钙离子的添加可以显著抑制魔芋精粉对小米粉热水膨胀度的增大效应。

注：不同字母表示差异显著(P<0.05)，余同。

小米粉的热水膨胀度实际上就是淀粉分子的热水膨胀度，其反映了淀粉分子与水分子之间相互作用力的大小[13]。魔芋葡甘聚糖具有非常高的保水能力，溶于水后可以形成高黏性的溶液，常被用于吸水材料，由于强吸水性食用后会产生饱腹感，并且非常黏稠，能够延缓食物中的营养物质吸收，常被用作饥饿抑制剂[14]。因此，魔芋精粉对小米粉热水膨胀度的影响主要是由于魔芋葡甘聚糖强大的吸水性，导致更多水分进入小米粉内部，淀粉颗粒吸水膨胀。

为保证一致性，本研究中氢氧化钙的添加质量分数采用0.2%(以小米粉为基准)。魔芋葡甘聚糖在碱性条件下发生脱乙酰基反应，失去乙酰基的魔芋葡甘聚糖分子间可形成更多的氢键，魔芋精粉的抗水性大大增强[15]。因此添加了氢氧化钙的小米粉和魔芋精粉混合后的热水膨胀度要显著低于不添加氢氧化钙组。

2.2 魔芋精粉-氢氧化钙对小米面团热力学特性的影响

如表1所示，添加魔芋精粉后显著增大了小米粉的吸水率，这是由于魔芋精粉中的魔芋葡甘聚糖有强吸水性，添加魔芋精粉后魔芋葡甘聚糖分布在小米粉体系内部从而加大了小米粉的吸水率。形成时间指小米粉从加水开始到达到最大稠度和保持最大稠度所需要的时间，反映了小米粉成团的快慢。稳定时间是面团在揉和过程中维持在一个较高稠度值上的时间。小米粉的形成时间和稳定时间比小麦粉短，其原因是小米粉中不含有面筋蛋白，不能形成与小麦粉一样的面筋网络结构[16]。添加魔芋精粉后没有增大小米面团的形成时间和稳定时间，说明添加魔芋精粉并没有增加小米粉中的面筋而是作为一种增稠剂来对小米粉团进行改性。

由表1可见，添加魔芋精粉后其崩解值增大，但回生值显著减小。这是因为Mixolab主要检测小米粉面团的糊化特性[17]。当小米粉在混面钵中充分搅拌混匀成面团时，在加热条件下面团内部的淀粉颗粒在魔芋葡甘聚糖分子的包裹下开始糊化且不易冷凝，从而减小小米面团的回生作用。添加魔芋精粉后小米粉的糊化阶段呈现锯齿状，添加氢氧化钙后可显著消除曲线的波动性形成光滑的糊化曲线。这主要是因为在中性或弱酸性的条件下，魔芋精粉乙酰基的空间位阻作用阻碍了魔芋葡甘聚糖分子间相互靠近，进而阻碍凝胶的形成导致糊化曲线产生波动。当添加氢氧化钙后，在加热的条件下，魔芋葡甘聚糖分子发生了脱乙酰基作用，是分子间相互靠近形成热不可逆的凝胶网状结构，即温度达到200 ℃，凝胶结构仍可以保持稳定[18]。说明氢氧化钙和魔芋精粉对小米粉面团的热力学特性的影响具有协同效应。

2.3 魔芋精粉-氢氧化钙对小米面条蒸煮品质的影响

如图2所示，添加魔芋精粉面条的吸水率随魔芋精粉的添加量的增加而显著增加，当添加氢氧化钙后更是促进了魔芋精粉对面条吸水率的影响，显著增大了面条的吸水性。添加魔芋精粉后面条的蒸煮损失呈先减小后增大的趋势，且添加氢氧化钙可有效促进魔芋精粉抑制小米面条蒸煮损失的效果。说明魔芋精粉和氢氧化钙在对小米面条的蒸煮品质的影响方面有协同作用。

图2 魔芋精粉和氢氧化钙对小米面条蒸煮损失和吸水率的影响

魔芋精粉的添加显著增大了小米面条的吸水性，降低了面条的蒸煮损失，这是由于魔芋精粉的强吸水性，形成稳定的胶体，将淀粉颗粒有效地包裹在凝胶结构内部，减少淀粉的渗出从而降低面条的蒸煮损失[19]。

2.4 魔芋精粉-氢氧化钙对小米面条质构特性及感官品质的影响

由表2可知，添加魔芋精粉后生小米面条的内聚性增大而其他指标均有所降低。当氢氧化钙和魔芋精粉共同作用后，生小米面条的内聚性、胶黏性、耐嚼性以及回复性均有增加，面条的硬度和弹性降低。对于熟化后的小米面条，添加魔芋精粉显著增大了面条的硬度、胶黏性和耐嚼性，对面条的回复性无明显影响。Zhou等[20]的研究同样得出，魔芋精粉能够显著增大面条的硬度和黏度。这主要是因为魔芋葡甘聚糖的高吸水性在熟化的过程中在面条表面迅速的形成了半固体网络结构的黏性水层。同时，氢氧化钙增强面团的吸水性与魔芋葡甘聚糖起到了协同作用，增强了面条的质地性能。

表2 魔芋精粉和氢氧化钙对小米面条质构特性的影响

由图3可以看出，随魔芋精粉的添加小米面条的综合感官可接受度逐渐升高，在添加量为1.5%时综合感官可接受度达到最大值，当添加量达到2.0%时综合感官可接受度显著降低。这是由于魔芋精粉本身有种鱼腥味，当添加量过多时会掩盖小米面条原有的香味，从而影响面条的口感。

图3 魔芋精粉和氢氧化钙对小米面条综合感官可接受度的影响

2.5 魔芋精粉-氢氧化钙对小米面条微观结构的影响

从图4可以看出纯小米面条的微观结构比较疏松，有明显的空隙且可以看到较为完整的淀粉颗粒。在添加了1.0%魔芋精粉后可以明显看到有结构紧密，有拉丝状、延展性的面筋结构，但空隙明显。Wang等[21]在研究魔芋葡甘聚糖对小麦面筋蛋白热诱导结构的影响中观察到，魔芋精粉能够促进蛋白形成结构紧密的面筋结构是因为，蛋白质之间存在二硫键，这些二硫键通过巯基-二硫键交换反应从而延缓蛋白质交联，而魔芋葡甘聚糖能够打开延缓蛋白质交联的巯基-二硫键交换反应使蛋白质重新排列。添加1.5%魔芋精粉后结构更加紧密且有延展性的面筋结构外(图4中未显示)，且有不规则的层状结构，这可能是因为在高温条件下部分二硫键的交联加强导致的。

注：魔芋精粉和氢氧化钙添加量以小米粉(m/m)为基准计算。

与单纯添加魔芋精粉的小米面条相比，添加氢氧化钙后的面条的微观结构更加紧密，面筋结构的拉伸结构更加明显。添加1.0%魔芋精粉和0.2%氢氧化钙的小米面条可以观察到较为光滑的面筋结构。添加量为1.5%魔芋精粉和0.2%氢氧化钙的小米面条面筋结构紧密、均一且空隙小。说明添加氢氧化钙和魔芋精粉可以明显改善小米面条内部的微观结构特征，魔芋精粉对于蛋白质的促交联作用使蛋白质形成更稳定的小聚集体，氢氧化钙通过中和电荷与离子桥的作用促进了大聚集体的形成[22，23]。两者使用起到了协同作用，改善了整体的凝胶网络结构。

3 结论

研究魔芋精粉-氢氧化钙复配后对小米面条的吸水性、热力学特性、感官质地及微观结构的影响。结果表明，添加魔芋精粉可以显著增大小米粉的热水膨胀度，但添加氢氧化钙后会有显著(P<0.05)抑制作用。添加魔芋精粉后显著增大了小米面团的吸水率，减小了回生作用，提高了面条的加工效益。魔芋精粉和氢氧化钙可显著增大熟面条的硬度、胶黏性和耐嚼性，降低面条的蒸煮损失。当添加量为1.5%魔芋精粉和0.2%氢氧化钙时综合感官可接受度最高，由于魔芋精粉本身有鱼腥味，2.0%时感官评分最低。通过微观结构观察可得出，添加魔芋精粉后可观察到面筋网状结构结构紧密、均一且有延展性，添加氢氧化钙后网状结构更加紧密光滑。说明添加魔芋精粉和氢氧化钙对小米面条品质的改善具有协同作用。