挤压处理对苦荞粉理化特性及全苦荞挂面品质的影响

韩 聪， 邢俊杰， 郭晓娜， 朱科学

(江南大学食品学院，无锡 214222)

荞麦根据种植品种的不同可以分为甜荞(Fagopyrum esculentum)和苦荞(Fagopyrum tataricum)。我国是世界苦荞的主要产区，种植面积及产量均居世界第一位。苦荞中的营养成分丰富，氨基酸组成更为均衡[1,2]，苦荞中的生物活性成分黄酮类物质及许多微量元素都要高于其他作物[3]。研究表明，苦荞中的各种生物活性成分具有抗氧化、降血脂、降血压，以及防止心脑血管疾病等重要作用[4，5]。因此，苦荞常作为食品原料被广泛应用在各种功能性食品中，如苦荞面包[6]、苦荞饼干[7]、苦荞面[8]、苦荞酒[9]等。

苦荞挂面在杂粮挂面市场中所占的比重最大[10]，为使苦荞挂面具有足够的生理功效和营养特性，需尽可能提高苦荞挂面中苦荞粉的含量。然而目前市售的苦荞挂面中苦荞粉的添加量多集中在30%以下，有极少部分苦荞粉的添加量在30%～50%，由于苦荞的无麸质特性，苦荞粉含量过高会稀释小麦粉中面筋蛋白的含量，阻碍面筋网络结构的形成，降低面絮之间的黏合性，导致面带在压延过程中易断裂，加工困难。因此在高含量苦荞挂面的生产中，常通过添加谷朊粉、亲水胶体或变性淀粉等改良剂来提高苦荞挂面的加工适应性和面条品质，但此类改良剂的引入通常会引起消费者的误解。制作100%无添加的苦荞挂面不仅能推进主食工业化，还能更大程度地发挥苦荞的营养和功能特性。苦荞中淀粉含量较高，由于不含面筋蛋白，所以淀粉的特性对高含量苦荞挂面品质的影响较大。挤压预糊化技术作为一种高效预糊化方法可以增加淀粉的黏合性，将预糊化苦荞粉添加到面团中可以促进面团成型[11]，目前已有较多关于挤压苦荞粉的研究。但是这些研究多集中于挤压工艺对苦荞粉理化特性或面团的影响[9, 11-13]，关于挤压苦荞粉在全苦荞挂面中的应用及挤压苦荞粉理化特性的变化与全苦荞挂面加工性能及面条品质内在关系的研究还较少。本研究探究了挤压处理对苦荞粉理化特性的影响，通过添加挤压处理苦荞粉到生苦荞粉中制作压延型全苦荞挂面，同时通过质构分析仪测定挤压苦荞粉的冷糊黏度及凝胶强度对面带质构品质及面条食用品质的影响，以期为高含量苦荞挂面的制作提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料与试剂

苦荞粉为脱壳后带有麸皮的苦荞籽粒粉碎后过110目筛后得到的苦荞全粉 (水分14.11%，蛋白质7.93%、淀粉74.06%、灰分2.21%)；胃蛋白酶(250 U/mg)，二甲基亚砜(DMSO)为色谱纯，其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FMHE36-24挤压机，FSJ-A05N6粉碎机，RVA4500快速黏度分析仪，DAWN HELEOS Ⅱ多角度激光光散射凝胶色谱系统，TA-XT Plus质构分析仪，JHMZ-200针式和面机，JMTD-168/140实验面条机，SYT-030智能挂面干燥实验台。

1.3 方法

1.3.1 挤压苦荞粉的制备

苦荞粉在不同的加水量(14%、18%、22%)和温度(120、150、180 ℃)下进行挤压膨化，螺杆转速200 r/min，挤出物置于40 ℃烘箱中烘干5 h后使用高速粉碎机粉碎过80目筛备用。挤压参数设置见表1。

表1 挤压机的参数设置

1.3.2 苦荞粉中淀粉分子质量的测定

苦荞粉中淀粉的提取参照Gao等[14]方法稍加修改，苦荞粉以0.01 g/mL的浓度溶于40 mL去离子水中，加入100 U/g的蛋白酶，37 ℃酶解30 min，4 000 r/min离心10 min，收集沉淀，沉淀物按1∶10的固液比加入0.3%的氢氧化钠溶液，浸泡16 h后过200目筛，4 000 r/min离心15 min，沉淀物按料液比1∶20加入80%的乙醇浸泡4 h，4 000 r/min离心10 min，重复3次，沉淀物冻干后收集备用；苦荞淀粉分子质量大小的测定参照刘飞雁等[15]方法，准确称取20 mg淀粉样品于样品瓶中，加入4 mL含0.5% LiBr的DMSO溶液，将样品瓶密封置于磁力搅拌器上沸水浴24 h使淀粉完全溶解，测定前将淀粉溶液过0.45 μm有机滤膜，测试所用色谱柱为TSKgel G3000SWXL，进样量0.4 mL，流速0.5 mL/min，柱温60 ℃。

1.3.3 吸水性指数及水溶指数的测定

参照Anderson等[16]的方法略有修改。准确称取1.0 g样品于已知质量的离心管中，加入20 mL去离子水，振荡至样品被完全分散，将离心管置于30 ℃水浴锅中保温30 min，在此期间每隔5 min手摇10 s，然后将离心管在4 500 r/min下离心20 min，将上清液倾倒在恒重后的铝盒中，称量离心管及沉淀物的质量，铝盒置于105 ℃烘箱中烘至恒重。吸水性指数(WAI)及水溶性指数(WSI)的计算方法为：

1.3.4 冷糊黏度的测定

参照Majzoobi等[17]的方法进行测试。准确称取3.0 g样品(按照14%含水量校正)加入到25.0 mL去离子水中，用搅拌桨上下搅动10 s使样品分散均匀，立即用快速黏度分析仪进行测试，温度25 ℃，前10 s转速为960 r/min，之后转速保持在160 r/min，将180～600 s内的黏度的平均值记为冷糊黏度。

1.3.5 凝胶强度的测定

参照Huang等[18]方法将苦荞粉配成质量分数为12%的溶液，搅拌均匀后倒入冻力瓶中，于4 ℃冰箱中放置24 h，采用质构分析仪使用P/0.5探头进行凝胶强度测试。测试模式Return to Start，测试速度1.0 mm/s，触发力5 g，穿刺距离10 mm，结果以4 mm处的力值表示凝胶强度的大小。

1.3.6 全苦荞挂面的制备

根据预实验结果，挤压苦荞粉的含量低于30%时面带无法压延成型，因此在制作全苦荞挂面时，按照3∶7的比例将挤压苦荞粉与苦荞生粉混合均匀，加入34%的水，使用和面机和面5 min后将面絮置于25 ℃，75%相对湿度的恒温恒湿箱熟化25 min, 使用面条机在2.2、1.8、1.4、1.0、0.6 mm处各压5次，面带一部分用于加工品质的测定，另一部分将加工成挂面，其中，添加E1～E5苦荞粉制成的全苦荞挂面分别命名为N1～N5，使用切刀将面带切成2.2 mm宽的长条，置于智能挂面干燥实验台中干燥，干燥程序共分为四个阶段，第一阶段：温度30 ℃，湿度80%，时间30 min；第二阶段：温度35 ℃，湿度90%，时间60 min；第三阶段：温度45 ℃，湿度80%，时间120 min；第四阶段：温度30 ℃，湿度60%，时间30 min。将干燥后的挂面切成20 cm长的面条保存备用。

1.3.7 面带质构品质的测定

参照Li等[19]方法稍作修改。当苦荞面带压至1.4 mm厚时，一部分面带被裁成直径为55 mm的小圆片，采用质构分析仪进行表面黏附力测试，探头P/50，触发力10 g，测试速度1.0 mm/s，下压力5 000 g；将另一部分苦荞面带切成2.2 mm宽的长条，使用A/SPR探头进行抗拉伸力测试，触发力5 g，测试前速度1 mm/s，测试中速度3 mm/s，测试后速度10 mm/s，拉伸距离30 mm。

1.3.8 全苦荞挂面蒸煮品质的测定

根据LS/T 3212—2014[20]测定全苦荞挂面的最佳蒸煮时间及蒸煮损失。称取约10 g面条，放到500 mL沸水中，2 min后开始取样，每隔15 s捞出1根，用两块玻璃板挤压，观察面条中间的硬黄芯，记录黄芯消失的时间为最佳蒸煮时间。蒸煮损失率的测定：称取约10 g面条，放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮时间后捞出，将面汤转移至500 mL容量瓶中冷却至室温后定容，量取100 mL面汤于恒重后的烧杯中，将盛有面汤的烧杯置于红外炉上蒸发至面汤近干后在105 ℃下恒重。蒸煮损失率的测定：

式中：W1为面汤中的干物质质量/g；W2为称取的全苦荞挂面的质量/g；W3为全苦荞挂面的含水量/%。

断条率的测定：取30根面条放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮时间后捞出，计算全苦荞挂面的断条率，重复3次。吸水率的测定：称取10 g苦荞挂面放入500 mL沸水中，达到最佳蒸煮时间后立刻捞出，用去离子水淋洗10 s后用滤纸吸干表面水分，称重，计算全苦荞挂面的吸水率。断条率的测定：取30根面条，放入500 mL沸水中，煮制最佳蒸煮时间后捞出，计算断条率。

1.3.9 全苦荞挂面质构品质的测定

面条的质构品质测试参照Han等[21]方法稍作修改。将苦荞挂面煮至最佳蒸煮时间后捞出并用自来水淋洗10 s，将3根面条平行放置在测试平台上并用P/36R探头进行TPA测试，测试前速度1.0mm/s，测试中速度0.2 mm/s，测试后速度1.0 mm/s，触发力5 g，压缩形变75%，两次压缩间隔时间3 s；采用A/SPR探头进行抗拉伸力测试，测试前速度1 mm/s，测试中速度3 mm/s，测试后速度10 mm/s，触发力5 g，拉伸距离30 mm。

1.4 数据处理与统计

实验所得数据均为3次以上独立实验的平均值。采用SPSS 22.0处理数据并用Duncan分析，P<0.05表示有显著性差异，采用Origin 2019进行作图。

2 结果与分析

2.1 挤压膨化对苦荞粉理化特性的影响

经过挤压后苦荞粉理化特性的变化见表2。经过挤压处理后苦荞粉中淀粉的重均分子质量显著降低(P<0.05)，这是因为挤压过程中的高温高压和高剪切力使淀粉分子降解产生了其他小分子物质[22]，苦荞粉的重均分子质量越小，表明经过挤压处理后其淀粉降解更多的小分子物质，淀粉降解程度越大。

表2 挤压参数设置及苦荞粉理化特性分析

挤压后苦荞粉的WAI从2.23显著增加至4.52～7.12(P<0.05)，WSI从0.08显著增加至0.15～0.45(P<0.05)。挤压导致苦荞粉中的淀粉颗粒破损，暴露的羟基与大量水分子结合形成氢键[23]，导致WAI增加，此外，淀粉分子降解产生了更易溶于水的小分子，增加了苦荞粉的WSI，WSI的大小可以表示在挤压过程中淀粉的降解程度[24]。随着挤压温度的升高，苦荞粉的WSI从0.20显著增加至0.31(P<0.05)，这是由于更高的温度导致淀粉降解程度增大产生了更多的水溶性小分子物质[25]。当挤压温度相同时，随着挤压过程中加水量的增加，水分子对机筒中的苦荞粉起到了一定的保护作用，减弱了淀粉分子所受的剪切力，降低了淀粉分子的降解程度[23]，随着加水量的增加，苦荞粉的WAI显著增加，WSI显著降低(P<0.05)。WSI可以用来预测面带表面黏附性的大小[26]，使用WSI过高的挤压苦荞粉制作挂面在压延过程中可能会出现黏辊的现象。

经过挤压后苦荞粉的冷糊黏度由11.68 cP显著增加至501.43～654.77 cP(P<0.05)。挤压使淀粉的结晶结构被破坏，淀粉分子内羟基暴露[23]，当苦荞粉再次溶于水中，淀粉分子大量吸水溶胀，在较低的温度下即可形成具有一定黏度的均一糊状液[27]。当未被挤压的苦荞粉分散在水中，在没有加热的情况下，苦荞粉中的淀粉分子只有轻微的溶胀，淀粉颗粒仍保持较高的完整性，因此未挤压的苦荞粉冷糊黏度较低[17]。较高的冷糊黏度虽然为苦荞面带提供了更强的黏聚力，但冷糊黏度过高则可能会导致面带黏辊。

挤压使苦荞粉中淀粉的颗粒结构破损，直链淀粉和支链淀粉析出，当挤压后的苦荞粉再次溶于水中时，直链淀粉相互缠绕结合形成连续相，支链淀粉作为分散相填充于其中，因此直链淀粉和支链淀粉形成了一个三维凝胶网络结构[28]。随着挤压过程中加水量的增加挤压苦荞粉的凝胶强度从6.80 g显著增加至12.61 g(P<0.05)，这是因为更高的加水量降低了淀粉分子的降解程度，保持直链淀粉和支链淀粉的完整性，更有利于淀粉凝胶网络的形成，而随着挤压温度的升高，淀粉分子的降解程度增大产生了更多的小分子物质，对凝胶网络结构的形成产生了不利影响，从而导致苦荞粉的凝胶强度降低[8]。

2.2 添加挤压苦荞粉对全苦荞挂面面带质构品质的影响

由于苦荞粉中面筋蛋白的缺失，使用未经处理的全苦荞粉压延后的形成面带极易断裂，无法加工。挤压后的苦荞具有较高的冷糊黏度且能在冷水中形成凝胶，添加挤压苦荞粉后压延形成的面带表面光滑平整无裂纹，可进一步切条加工成面条。由于苦荞粉中无面筋蛋白，经过挤压后苦荞粉所形成的淀粉凝胶网络结构起到了类似于面筋蛋白网络结构的作用[29]，可以将苦荞粉中未糊化的淀粉颗粒及其他非淀粉组分束缚在淀粉凝胶网络结构中，此外，挤压后苦荞粉冷糊黏度更高，可以将松散的面絮黏聚在一起，促进面带压延成型。面带的表面黏附力及抗拉伸力测定结果见图1。使用冷糊黏度最低、凝胶强度最高的苦荞粉E3制成的面带表面黏附力最低，抗拉伸力最高。从表2及图1中可以发现，面带的表面黏附力随着挤压苦荞粉冷糊黏度的增加而显著增加(P<0.05)，此外，苦荞面带的抗拉伸力随挤压苦荞粉凝胶强度的增加而显著增加(P<0.05)。表面黏附力的大小可以表示将面带与压辊表面剥离所需要的力的大小[30]，当面带的表面黏附力过高，可能产生黏辊的现象，对面条的加工产生不利影响；面带的抗拉伸力较高可以防止面带在压延过程中断裂。当面带的抗拉伸力较高而表面黏附力较低时，面带的加工品质较好。

2.3 全苦荞挂面的食用品质

2.3.1 全苦荞挂面的蒸煮品质

蒸煮损失率、断条率及吸水率的大小可以最直观的反映面条的品质，蒸煮损失小的面条不易糊汤，吸水率高的面条品质较好[31]。由于杂粮中面筋蛋白含量较低或不含面筋蛋白，较难形成面筋网络结构，所以杂粮挂面的蒸煮损失率普遍较高，且杂粮粉的含量越高，其蒸煮损失率越大。从图2和表3中可以看出，随着挤压苦荞粉的凝胶强度增加，全苦荞挂面的蒸煮损失率和断条率显著下降(P<0.05)，随着苦荞粉吸水性指数的增加，挂面的吸水率显著增加(P<0.05)。当挤压苦荞粉的凝胶强度从6.80 g增加至12.61 g，全苦荞挂面的蒸煮损失率下降了24.2%，断条率下降52.93%。挤压苦荞粉的凝胶强度越高，所形成的淀粉凝胶网络结构越好，不仅可以更好的束缚住因淀粉降解所产生的小分子物质，降低全苦荞挂面的蒸煮损失，也使挂面在蒸煮过程中不易断条。由直支链淀粉相互缠绕所形成的淀粉凝胶网络结构对沸水具有一定的抵抗性[32]，但其强度仍不及面筋蛋白网络，随着蒸煮过程的进行，淀粉凝胶网络结构被破坏，小分子物质溶出，使全苦荞挂面的蒸煮损失率略高。

2.3.2 全苦荞挂面的质构品质

TPA测试用以评价面条的食用品质，其中硬度表征牙齿咬断面条时所需要的力，其大小可以被用来作为评价面条总体品质的指标[33]，黏附性则可以表示面条入口和咀嚼时的爽滑性，黏附性大的面条在咀嚼时会有黏牙的口感，咀嚼性的大小可以用来评价面条的弹性，抗拉伸力可以反映面条的筋道感[34]。全苦荞挂面的质构特性测试结果见表2，添加凝胶强度最高的苦荞粉E3制成的全苦荞挂面N3硬度、咀嚼性和抗拉伸力最大，黏附性最低，质构品质最好。从测试结果可以发现，随着挤压苦荞粉凝胶强度的增加，全苦荞挂面的硬度、弹性、内聚性、回复性和抗拉伸力均显著增加(P<0.05)，黏附性显著降低(P<0.05)。面条的硬度等质构品质与面筋蛋白的含量有关[35]，而苦荞粉中不含面筋蛋白，因此全苦荞挂面的品质的好坏主要取决于苦荞粉中淀粉的性质，如凝胶强度。凝胶强度更高的苦荞粉可以提供更强的凝胶作用，不仅提升了全苦荞挂面的硬度和抗拉伸力，而且可以防止面条内部的小分子物质溶出后吸附在面条表面，降低挂面的黏附性。

表3 全苦荞挂面的质构品质测试

3 结论

添加挤压处理苦荞粉制成全苦荞挂面，发现挤压苦荞粉的冷糊黏度及凝胶强度可以用来预测全苦荞挂面的加工品质及食用品质，挤压后苦荞粉的重均分子量显著下降(P<0.05)，吸水性指数和水溶性指数显著增加(P<0.05)，冷糊黏度增大(P<0.05)，且在冷水中可以形成凝胶，挤压苦荞粉的添加可以促进面带成形，使面带可以顺利加工成压延型全苦荞挂面。随着苦荞粉凝胶强度的增加，面带的抗拉伸力显著增加(P<0.05)，全苦荞挂面的硬度和咀嚼性显著增大(P<0.05)，蒸煮损失率和断条率显著下降(P<0.05)。后续将继续探究挤压参数设置对苦荞粉凝胶强度的影响，并探究挤压对苦荞挂面营养品质的影响。