水中不同Ca2+浓度对小米糊化特性的影响

闫海丽，成 锴，王振华，张 鹏，鱼冰星，余爱丽

（山西农业大学谷子研究所，山西长治046011）

谷子是我国北方传统的农作物之一，为“五谷”之首。谷子脱壳后为小米，小米富含膳食纤维、矿物质元素、多酚类物质等，其营养成分比例均衡且消化率高，是一种良好的营养来源[1-2]。小米的食用方式熬粥占有很大比例，因此，小米的糊化特性很重要[3-4]。小米淀粉是小米主要的可食部分，含量约为小米总质量的50%～60%，因此，小米淀粉的物化性质影响着小米的品质[5]。小米粉与小米淀粉的糊化特征值呈极显著正相关，小米粉的糊化实质上就是小米淀粉的糊化，在一定程度上可以用小米粉的糊化特性表征小米的糊化特性[6-7]。小米粉RVA 谱是一定量的米粉加水后在快速加热、冷却过程中，其黏滞性发生一系列变化形成的曲线，由于模拟了米饭的蒸煮过程，其特征值与小米蒸煮食味品质密切相关，因此，小米粉RVA 特征值可作为评价小米蒸煮食味品质优劣的重要指标[8]。

食品加工过程中，氯化钙、氢氧化钙常被用做食品添加剂，用于调味和增加营养[9-14]。李嘉欣等[7]研究表明，小米粉中添加适量的氢氧化钙可加速淀粉的糊化过程，降低吸热焓，从而提高了小米面条的感官品质和质地特性。然而，水作为小米粥熬制的关键因素之一，其水质硬度即水中Ca2+含量与小米淀粉糊化特性的相关研究还未见报道。

本试验利用快速黏度分析仪（Rapid Viscosity Analyzier，RVA），使用氯化钙模拟水中碳酸钙，对水中不同钙含量条件下小米粉的糊化特性进行分析，充分了解水中Ca2+对小米糊化特性的影响，旨在为小米粥熬制时用水类型的选择提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试谷子品种为晋谷21、长生13、长农35、晋汾107、黄金苗、沁黄2 号。其中，晋谷21、晋汾107由山西农业大学（山西省农业科学院）经济作物研究所选育，长生13、长农35 由山西农业大学（山西省农业科学院）谷子研究所选育，晋谷21 属名优谷子品种，长生13、长农35 是目前市场上大面积推广的谷子品种，晋汾107 为最新选育的优质品种；黄金苗是内蒙优质品种；沁黄2 号是山西沁县沁州黄小米代表品种。6 个谷子品种均于2020 年5 月在山西农业大学（山西省农业科学院）谷子研究所试验田播种，2020 年10 月收获备用。

1.2 仪器和试剂

快速黏度分析仪（VLUP-Ⅲ-20T，澳大利亚纽波特）、精密电子天平（德国赛多利斯）、一两装高速中药粉碎机（LG-01，深圳博大精科）。

无水氯化钙，分析纯，天津奥普生化工有限公司；超纯水，由超纯水机（四川优普超纯科技有限公司）制备。

1.3 试验方法

1.3.1 不同Ca2+质量浓度水的配制 在我国，常用每升水中所含CaCO3的毫克数来表示水质硬度，单位为mg/L。考虑碳酸钙、氢氧化钙的水溶性差，本试验选用在超纯水中添加氯化钙的方式模拟我国常用的水质硬度分级时对应碳酸钙的浓度（表1），分析水中不同Ca2+浓度对小米糊化特性的影响。

1.3.2 小米粉RVA 值的测定 将小米样品磨粉后，过孔径0.178 mm 筛备用。准确称取3.5 g 样品倒入专用铝盒中，加入（25.0±0.1）mL 水（水中添加不同质量浓度的Ca2+）；充分搅拌均匀后置于快速黏度分析仪内，初期以960 r/min 搅拌成均匀一致的悬浮液，再以160 r/min 的速率旋转至测定结束。RVA 初始温度 50 ℃保持 1 min，后以 12 ℃/min 的速率升温加热至95 ℃，在95 ℃下保持2.5 min，再以12 ℃/min 降温至50 ℃保持2 min；每个样品测定时间13 min。测定过程中的温度、转速由Thermocline for window 软件控制，测得峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最终黏度、回生值、峰值时间和糊化温度。

1.4 数据分析

样品重复测定3 次，以平均值±标准误表示测定结果。采用Excel 2007 和SPSS 26.0 软件对试验结果进行分析。

2 结果与分析

2.1 水中Ca2+浓度对晋谷21 糊化特性的影响

试验选用我国名优谷子品种晋谷21 为材料，分析水中不同Ca2+浓度对其糊化特性的影响。从表2 可以看出，晋谷21 小米粉糊化特性随着水中Ca2+浓度的增加呈现有规律的变化：峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回生值和峰值时间均随Ca2+浓度的增加而下降，在低浓度时降幅较大，后随着水中Ca2+浓度的增加趋于平缓；崩解值随Ca2+浓度的增加先上升后下降；糊化温度则随着Ca2+浓度的增加先下降后上升。说明水中Ca2+浓度高，即水的硬度大时小米的糊化特性变差，可能是由于Ca2+浓度大时妨碍了淀粉颗粒吸水膨胀和糊化过程，致使小米粉黏度降低[9]。

表2 水中不同Ca2+浓度对晋谷21 糊化特性的影响

由表2 可知，水中的Ca2+质量浓度为0 mg/L 时，晋谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回生值均最大，分别为 1 653、926、1 791、865 cP。崩解值在Ca2+质量浓度为30 mg/L 时最大，为924 cP。糊化温度在Ca2+质量浓度为30、60 mg/L 时分别为76.02、75.75 ℃，均显著低于不加钙和高浓度钙时的糊化温度。试验结果表明，水中低浓度钙，即Ca2+质量浓度＜60 mg/L 时，晋谷21 的糊化温度较低，其峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回生值均较高。说明水中低浓度的钙加速了小米淀粉的糊化过程，降低了吸热焓[7]，可能是由于Ca2+进入淀粉颗粒并与水分子形成强静电作用，减少了游离水的比例，从而使淀粉颗粒吸收更多水分子，使小米淀粉更易糊化[13]。

综上所述，水中Ca2+质量浓度＜60 mg/L 时有利于晋谷21 的糊化，此时其峰值黏度较高、糊化温度较低。说明低浓度的钙可促进小米的糊化，小米粥更容易熬制。

2.2 0～60 mg/L Ca2+对晋谷21 糊化特性的影响

由2.1 可知，水中Ca2+质量浓度＜60 mg/L 时，晋谷21 的糊化温度较低，其峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回生值均较高。为寻找水中Ca2+质量浓度的最佳区段，将0～60 mg/L 之间细化为0、5、10、15、20、30、60 mg/L 共 7 个浓度梯度进行分析。

由图1 可知，Ca2+质量浓度在0～60 mg/L 时，随着Ca2+质量浓度的增加，晋谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回生值均表现出先增后降的趋势，在5 mg/L 时达到最高值；峰值时间随着Ca2+质量浓度的增加而逐渐降低。

Ca2+质量浓度为5 mg/L 时，晋谷21 的峰值黏度为1 802 cP，低谷黏度为939 cP，最终黏度为904 cP，回生值为904 cP，峰值时间为4.95 min，糊化温度为76.30 ℃。与不加钙相比，水中Ca2+质量浓度为5 mg/L 时，晋谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回生值分别增加 149、13、52、39 cP，增幅分别为9.0%、1.4%、2.9%和4.5%；峰值时间减少0.14 min，糊化温度降低0.58 ℃。结果表明，Ca2+质量浓度为5 mg/L 时，晋谷21 的糊化特性最好，此时其峰值黏度最高、糊化温度较低，说明低浓度的Ca2+可以提高淀粉颗粒的膨胀力和持水性，淀粉颗粒膨胀较快，所需要的能量较少[11]。

2.3 不同品种谷子在低质量浓度钙 （0～20 mg/L）下的糊化特性分析

为验证水中低浓度钙促进小米糊化特性的广适性，试验选用晋汾107、长农35、黄金苗、沁黄2 号、长生13 这5 个谷子品种分析水中低质量浓度钙（0～20 mg/L）时小米的峰值黏度差异。

从图2 可以看出，Ca2+质量浓度在0～20 mg/L时，5 个谷子品种的峰值黏度随Ca2+浓度的增加呈现出先增加后降低的趋势。晋汾107 的峰值黏度最大值在Ca2+质量浓度5 mg/L 时出现，为2 247 cP；长农35、黄金苗、沁黄2 号的峰值黏度最大值均在Ca2+质量浓度 10 mg/L 时出现，分别为 1 820、2 010、2 260 cP；长生13 的峰值黏度最大值在Ca2+质量浓度15 mg/L 时出现，为2 452 cP。5 个谷子品种的峰值黏度最大值均高于不加钙的水，显著高于20 mg/L Ca2+质量浓度的水。晋汾107、长农35、黄金苗和沁黄2 号4 个谷子品种的峰值黏度在5、10、15 mg/L这3 个Ca2+质量浓度之间的差异不显著。结果表明，水中Ca2+质量浓度在5～15 mg/L 时，可以提高不同品种小米的糊化特性，小米粥更容易熬制。

3 结论与讨论

食品加工过程中，氯化钙、氢氧化钙常被用做食品添加剂，用于调味和增加营养。针对不同类型的淀粉添加氯化钙或氢氧化钙，淀粉的糊化特性不同[9-11]。芡实淀粉糊中添加氯化钙会降低淀粉糊的黏度[9]。单独添加氯化钙对大米淀粉的糊化特性影响不显著[10]。本试验结果表明，随着水中Ca2+浓度的增加，晋谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最终黏度和回生值均表现出先增后降的趋势，在5 mg/L 时达到最高值，这与汤培培等[11]的玉米淀粉中添加氢氧化钙的研究结果一致，说明低浓度Ca2+能与淀粉分子发生交联形成氢键，破坏淀粉分子间的结合，从而改善淀粉颗粒的吸水性[12]，提高小米的糊化特性；而Ca2+浓度高时则妨碍了淀粉颗粒吸水膨胀和糊化过程，致使小米粉黏度降低[9]。

刘建垒等[3]用不同类型的水煮小米粥，发现直饮水、自来水煮的小米粥的米香更浓郁，色泽及适口性更好。本试验结果显示，水中Ca2+质量浓度在5～15 mg/L 时，晋谷 21、晋汾 107、长农 35、黄金苗、沁黄2 号、长生13 等谷子品种的糊化特性最好，表现出高的峰值黏度。说明水中低浓度的钙可促进小米糊化，Ca2+可与小米中的香气成分结合以利于香气成分的释放[15]，使小米粥的味道更佳。

近年来，RVA 多用于确定谷类淀粉的物理化学特性，特别是黏度特性[16]。研究证实，高食味品质稻米品种的峰值黏度高[8，17]。本试验结果表明，水中Ca2+质量浓度在5～15 mg/L 时，6 个不同品种的谷子糊化特性最好，峰值黏度高，说明低浓度的钙可使小米粥具有高食味品质。

本研究以晋谷21、晋汾107、长农35、黄金苗、沁黄2 号和长生13 为试验材料，当水中Ca2+质量浓度为5～15 mg/L 时，均可促进6 个不同品种小米的糊化，峰值黏度高。因此，水中Ca2+质量浓度5～15 mg/L 可作为小米粥熬制时水质选择的依据。