超微处理挤压改性荞麦粉添加对面团特性和全荞麦面条品质特性的影响

吴 迪 高 利 祝日倩 汤晓智

(南京财经大学食品科学与工程学院;江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心;江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，南京 210023)

荞麦是我国一种重要的杂粮作物，是蓼科荞麦属的双子叶植物，种植面积超70万公顷，每年产量超75万t[1]。荞麦的主要成分是淀粉，同时富含20种氨基酸，组成平衡。此外，荞麦中还含有丰富的膳食纤维、维生素、矿物质及大量的植物化学素。荞麦具有降低血糖、血脂、胆固醇和血压,防治心脑血管和其他慢性疾病及抗癌抗肿瘤等功能特性[2]。面条作为我国传统的主食食品，深受消费者青睐，但目前市场上鲜见无添加的全荞麦面条[3]。这是由于荞麦粉中膳食纤维含量高，不含面筋蛋白[4]，难以形成面筋蛋白网络结构，导致荞麦面条难以成型、适口性差、断条率高、韧性差、浑汤严重，极大制约了荞麦面条相关产业的发展。

超微粉碎是一种新型的食品加工技术，可明显降低高膳食纤维谷物的粒径，赋予其粉体良好的理化性质[5]，有效改善食品的口感[6,7]，使人体更好地吸收食品中的营养物质[8,9]。利用超微粉碎对荞麦进行预处理可有效改善荞麦粉体的色泽、吸湿性、溶胀度和溶解性，使其更适于杂粮食品的开发[10]。汪丽萍等[11]将经超微粉碎处理的苦荞粉与小麦粉混合并制成挂面，产品的口感良好。利用超微粉碎技术对荞麦进行前处理可以改善荞麦面条的品质。

同样地，挤压改性技术也是一种安全、简便、绿色的加工方式，包含混合、蒸煮、捏合、剪切、成型等过程[12]。它主要通过水分、热量和机械作用改变粉体中淀粉、蛋白及其脂质复合物的微结构和理化特性，以此改善食品的流变、质构特性[13]。利用挤压改性荞麦粉，可以使荞麦的糊化度、膨胀势和水合度大幅上升，同时促进蛋白分子之间交联[14]。Wang等[15]报道挤压改性之后的荞麦粉具有类似水或者胶水的动态黏性行为，当其和小麦粉共同制备荞麦鲜面时，添加了50%荞麦的鲜面条依然具有良好的蒸煮、质构特性和感官评定结果。

相比传统的挤压技术，改良挤压技术(IECT)作为一种新出现的物理改性手段，具有较长的螺杆、较低的转速以及加工温度，可赋予改性材料更好的理化特性(质构、凝胶和冻融稳定等[16])和品质特性(蒸煮、营养和消化特性等[17,18])。前期研究发现，在较低的挤出温度(70 ℃)、含水量(30%)和螺杆转速(60 r/min)条件下，制得的物理改性荞麦粉可以起到亲水胶体的作用，赋予荞麦面条良好的品质，展现了其作为新型食品添加剂的潜力[19]。但不同比例的物理改性粉添加对面团特性及面条品质的影响尚不清晰。

本研究旨在联合超微粉碎技术和改良挤压改性技术对荞麦粉进行物理改性，制成面团并最终制得无添加的全荞麦面条。通过在超微荞麦粉中添加不同比例的物理改性荞麦粉(简称改性粉)，研究添加量对面团特性和面条品质的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料与仪器

荞麦(干基)：蛋白质13.59%，总淀粉68.13%，脂质2.55%，粗纤维1.44%，灰分1.76%，直链淀粉28.70%。

J-50气流粉碎机，超速离心粉碎仪，K-360凯氏定氮分析仪，B-811索氏抽提仪，Fibertec1023纤维测试仪，SINMAG搅拌机，DSE-20型双螺杆挤压实验室工作站，SCIENTZ-12N冷冻干燥机，S3500激光粒度分析仪，台式TM-3000扫描电镜，Anton Paar MCR 302动态流变仪，TA-XT2i 型质构分析仪。

1.2 方法

1.2.1 改性荞麦粉的制备

1.2.1.1 粗制荞麦粉的制备

将荞麦经超速离心粉碎仪磨(筛网直径 0.5 mm)，制备粗制荞麦粉。

1.2.1.3 改性荞麦粉的制备

利用双螺杆挤压机在六个温区温度分别为40、60、60、70、70、70 ℃，含水量(湿基)为30%，螺杆转速为60 r/min条件下对粗制荞麦粉进行挤压改性[19]。

1.2.1.2 超微荞麦粉的制备

利用气流式超微粉碎机对粗荞麦粉(0%的对照样品)和挤压改性荞麦粉进行超微处理。超微处理条件：粉碎压力为12 MPa，进料压力为10 MPa，进料速度为145 r/min。

1.2.2 超微粉粒度分析

样品在湿法模式下测试，湿法测试前，样品与蒸馏水 1∶50 混合均匀，测试时以超纯水作为背景。采用 S3500 激光粒度分析仪测试样品粒度分布，借助系统自带软件分析。超微后，荞麦粉D50由82.27 μm下降到20.57 μm。

1.2.3 混粉

将超微后的改性粉和超微荞麦粉按0∶100、5∶95、10∶90、15∶85、20∶80的比例充分混合均匀。

1.2.4 荞麦面团热机械学特性的测试

利用混合实验仪研究荞麦面团的热机械学特性。检测时，设定面团的总质量为90 g。将荞麦粉放入搅拌钵中进行搅拌，然后按照达到最佳稠度最大扭矩(C1)为1.1 Nm的要求加入一定量的水。测试的初始温度为30 ℃，保温 8 min，然后以 4 ℃/min的速度升温至90 ℃，保温 8 min后，再以 4 ℃/min 的速度降温至50 ℃。搅拌速度始终为80 r/min，由实验曲线可得到面团吸水率、面团形成时间、面团稳定时间、峰值扭矩、回生值等参数。每个样品重复3次操作。

1.2.5 荞麦面团拉伸特性的测试

将1.2.3制备的荞麦面团取出，用擀面杖将面团压平，置于带槽的底座上，然后将上部的平板置于面团样品的顶部，并通过拧紧夹子将其牢固地向下推，直到底槽里形成面团条，压模静置45 min后，逐个取出面团条，面条的拉伸阻力采用TA-XT2i型质构仪进行测试，测试模式选择拉伸测试，测试参数：速度3.3 mm/sec，测试距离20.00 mm，触发力5.0 g。

1.2.6 荞麦面团流变性能的测试

将1.2.3制备的荞麦面团取出，用保鲜膜包裹，在室温下松弛15 min，然后切取一小块面团放于流变仪平台正中央，降下平板，刮去样品边缘多余的部分，用矿物质油密封防止水分蒸发，并在平台上平衡5 min，使残余的应力松弛。测试采用直径25 mm 的平板(转子：PP25)，平板直径为25 mm，平板间距2 mm。测试温度为25 ℃，应变为0.5%，频率变化范围为0.1～20 Hz，测试样品G′、G″以及tanδ的变化。

1.2.7 荞麦面团扫描电镜的测试

将1.2.5得到的松弛面团样品，倒入塑料模具中，用 3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸缓冲液冲洗后，再用30%、50%、70%、90%和100%的乙醇梯度洗脱，经冷冻干燥后，离子溅射喷金，置于扫描电子显微镜下观察，取200/500倍图片保存。

1.2.8 全荞麦面条的制作

参考张健等[20]的方法，面条制作过程中不添加其他添加剂。作为对照的小麦面条使用市售中筋小麦粉按照与荞麦面条相同方法制成。

1.2.9 全荞麦面条的蒸煮特性分析

最佳蒸煮时间的测定：取约15 cm长的全荞麦面条(1.2.8制备)，放入盛有30倍质量沸水的烧杯中，保持水的微沸状态，观察全荞麦面条。每隔一段时间取一段在两块透明玻璃板中间轻轻按压，若硬芯消失则认为已煮好，记录时间。

蒸煮损失和吸水率的测定：称取 5 g(长度约为 15 cm)全荞麦面条(干质量为m0)放入盛有30倍质量沸水的烧杯中，煮至最佳蒸煮时间后挑出全荞麦面条，置于滤网上用 50 mL 蒸馏水淋洗 30 s，沥水 5 min，称量全荞麦面条的质量(m1)后将其置于 105 ℃ 干燥箱中干燥至恒定质量(m2)，按公式计算蒸煮损失和吸水率。

蒸煮损失=[(m0-m2)/m0]×100%

式中：m0为105 ℃下恒重法测得全荞麦面条的干质量/g；m2为105 ℃下恒重法测得全荞麦面条经蒸煮后的干质量/g。

吸水率=[(m1-5)/5]×100%

式中：m1为5 g全荞麦面条煮后的湿质量。

断条率的测定：取 30 根直径均匀，长度约15 cm的全荞麦面条煮至最佳蒸煮时间后，淋洗、沥水并记录断条数(n)。

断条率=[n/30]×100%

式中：n为30根全荞麦面条经蒸煮后的断条数。

1.2.10 全荞麦面条的质构特性分析

采用TA-XT2i型质构仪测定全荞麦面条的质构特性。取3根长10 cm左右煮熟的面条平铺于测试台上，保持面条的间距一致，然后进行TPA测定。具体参数为，测试探头：P/36R，测试前速度：5.00 mm/s，测试速度：1.00 mm/s，测试后速度：5.00 mm/s，形变量：75%，触发力：5.0 g，间隔时间：5 s，数据采集：400 pp/s。每个样品做6次平行实验，结果取平均值。

1.2.11 全荞麦面条感官评价的测试

选取10位经过培训的参试者，评价结果根据格拉布斯准则剔除异常值，其余数据平均值即为面条样品最终得分，满分100分[21]。对荞麦面条的色泽、表观状态、适口性等进行综合评分，评分采用百分制，评价标准见表1。以同样制备方法得到的小麦面条作为对照。

表1 荞麦面条的评分标准

1.3 数据分析

每个样品平行测3次，取平均值，利用SPSS 18.0 数据处理软件对数据进行分析，并用Duncan法进行显著性分析(P<0.05)。

2 结果与讨论

2.1 改性粉添加量对面团热机械学特性和拉伸特性的影响

改性粉添加量对面团热机械特性和拉伸特性的影响见表2。随改性粉添加量的增加，面团的吸水率呈递增的趋势，这主要是由于改性粉中较高比例的糊化淀粉使吸水性能增强[22]。形成时间呈先递减后递增的趋势，稳定时间趋势相反，在添加量为5%时的最短形成时间和最长稳定时间说明在5%添加量时可以快速形成面团且具有最高的稳定性，而随添加量继续增加，面团的稳定性下降，这是因为适量的改性粉可起到黏结剂的作用，且类似于亲水性胶体，吸水后形成凝胶网络，诱导全荞麦面团形成稳定的结构[15]；但当添加量过高时(>15%)，由于荞麦挤压改性过程中淀粉降解产生的分子量较小物质(如糊精等)的含量较高，不利于面团结构的稳定[23]。加热和冷却过程中，面团的峰值扭矩和回生值均呈现递减的趋势，峰值扭矩降低是因为改性粉添加量的增加导致面团体系中未糊化淀粉含量下降，回生值降低可能是因为短链小分子的存在[24]，类似于非淀粉多糖，一定程度上阻止淀粉分子的重新结合，抑制回生[25]。

表2 添加不同比例改性粉面团的热机械学特性和拉伸特性数据

面团的拉伸阻力随改性粉添加量的增加，呈现先增加后降低的趋势，说明过多改性粉的添加反而会使面团的强度降低。添加量5%时，面团的拉伸阻力最大，其趋势与Mixolab中面团稳定时间趋势相一致[26]。

2.2 改性粉添加量对面团微观结构的影响

改性粉添加量对面团微观结构的影响见图1。由图1a可知，超微荞麦粉(添加量0%)面团结构中有明显较大空洞和裂缝结构，面团结构松散，不紧密。当添加量为5%和10%时，面团结构紧实且连续均匀，空洞较小，说明此时改性粉在面团体系中起到黏结作用，使面团结构比较均匀稳定；在添加量为15%和20%时，整体上看面团结构分布不均匀，既有紧密区，又有松散区，面团网络中开始出现较大的孔洞和裂缝，这可能由于过量的改性粉添加会导致面团中的小分子糊精等物质的增加，不利于面团中淀粉、蛋白质和其他组分更好地黏结在一起，导致面团的结构不连续且不稳定。

图1 不同物理改性粉添加量面团的扫描电镜图

2.3 改性粉添加量对面团流变特性的影响

改性粉添加量对面团的流变特性的影响见图2。不同添加量面团的G′和G″值均随频率的增加而增大，且G′>G″，表明面团呈现弹性流体特性[27]。随添加量的增加，面团的G′和G″均呈现先上升后下降的趋势，在添加量为5%时达到最高，说明此时挤压改性荞麦粉的黏结性及其凝胶性使面团比较均匀致密，增强了面团的黏弹性。此时面团的损耗角正切值最低，证明了其具有最佳的黏弹特性[28]。当挤压荞麦粉增至20%时，面团中的短链小分子过多，总淀粉含量减少，导致面团结构的整体松散(图1a)，使G′和G″降低，tanδ升高。

图2 不同改性粉添加量面团的动态流变曲线

2.4 改性粉添加量对面条蒸煮特性的影响

由表3可以看出，与小麦面条相比，荞麦面条的吸水率较低，这是由于小麦面条中含有较多的面筋蛋白，面筋蛋白易于吸水形成面筋蛋白网络结构。同时，小麦面条的蒸煮损失和断条率也相对较低。随添加量的增加，荞麦面条的吸水率、蒸煮损失和断条率均呈现先降低后上升的趋势，蒸煮时间呈现逐渐降低的趋势。这主要与面条体系中的淀粉和改性粉比例相关，少量的改性粉(5%)可以起到黏结作用，其凝胶网络结构的形成使面团更稳定(如图1b)，从而蒸煮损失和断条率显著降低；而过多的改性粉添加，面团结构变得松散，蒸煮过程中淀粉容易溢出，从而导致面条蒸煮损失和断条率的升高。值得注意的是，当添加量为5%时，荞麦面条的蒸煮损失和断条率与同样制备方法的小麦面条接近，蒸煮时间较之更低。

表3 添加不同比例改性粉所制面条的蒸煮特性

2.5 改性粉添加量对面条质构特性的影响

荞麦面条和小麦面条的质构特性见表4。与小麦面条相比，荞麦面条的硬度明显较高，主要是因为其含有较多的膳食纤维。随改性粉添加量的增加，荞麦面条的硬度、弹性和咀嚼度呈现先上升后下降的趋势。当添加量为5%时，荞麦面条的弹性和咀嚼度分别为0.78和1 092.43 g，高于小麦面条的弹性0.77和咀嚼度703.87 g，说明此时荞麦面条具有较好的弹性和口感。这主要是因为面团形成了比较连续均匀的网络结构(图1b)，增加了面团的强度，也使面团的弹性和咀嚼度增加[29]。

表4 添加不同比例改性粉所制面条的质构特性

2.6 改性粉添加量对面条感官评价的影响

通过比较超微和挤压改性技术联合改性制得荞麦面条与小麦面条感官品质的差异可知(表5)，小麦粉的感官评定总分最高，超微荞麦粉和添加5%改性粉的荞麦面条感官评定总分分别为75.2和88.4。小麦粉中富含面筋蛋白，在制作过程中易于形成面筋蛋白网络结构，因此小麦面条的韧性较高，咀嚼的过程中也更有弹性。仅利用超微技术也可以改善荞麦面条的效果，但与小麦面条的品质仍有较大的差距。而添加5%的改性粉制作的荞麦面条，其感官评定总分已接近小麦面条，在咀嚼的过程中弹性较好，适口性的评定值也较高，同时其光滑性和食味评定值已高于小麦面条。此外，与小麦粉相比，荞麦粉具有独特的风味，使其食味评分略高。

表5 荞麦面条感官评定值

3 结论

不同改性粉回添量对于荞麦面团的加工特性和全荞麦面条的食用品质影响显著。改性粉中的糊化淀粉可以有效增强面团的吸水性能，类似亲水胶体，诱导面团形成稳定、连续、均匀和致密的凝胶网络结构，这有利于面条蒸煮、质构特性和感官评定的改善；但添加量过高时，小分子量糊精等的存在一定程度上会阻止淀粉、蛋白质和其它组分的黏结，造成面团结构的松散不连续和面团强度的降低，导致面条品质不佳。其中，当添加量为5%时，全荞麦面条具有最好的蒸煮、质构特性和感官评分。品质数据整体上接近甚至超过对照小麦面条的数据。本研究表明将挤压改性和超微粉碎后的物理改性荞麦粉进行适量回添可以显著改善面团的加工特性和面条的食用品质。