稻米粉-马铃薯全粉混合粉的颗粒结构和理化性质

徐 忠，闫宇航，陈凤莲，张 娜

（哈尔滨商业大学食品工程学院 哈尔滨 150076）

我国是世界稻米主产区之一，稻米年产量已达到2.1 亿t[1-2]。随着稻米加工技术和人们消费水平的不断提升，对稻米食品种类和营养品质的需求也日益增加[3-4]。稻米粉是稻米主食和休闲食品加工的主要原料，稻米食品的开发主要是将稻米粉和其它主粮配合使用。马铃薯具有粮食和蔬菜的双重属性，马铃薯全粉作为马铃薯深加工产品，有效保留了其营养物质，可以作为马铃薯类食品的原料[5-7]。

目前关于稻米粉和马铃薯全粉混合粉的结构和理化性质的研究报道较少，研究内容也不够深入[8]。本文以稻米粉和马铃薯全粉为原料，分析不同质量比的稻米-马铃薯混合粉的理化性质，为稻米食品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

稻米粉，黑龙江北大荒米业集团有限公司；马铃薯雪花全粉（简称“马铃薯全粉”），黑龙江北大荒全粉有限公司。

1.2 仪器与设备

TA new pluse 质构仪、TA new pluse 旋转流变仪，上海瑞芬国际贸易有限公司；Frontier 型红外光谱测量仪、DSC4000 差式扫描热量仪，珀金埃尔默仪器公司；X`PertPro 射线衍射光谱仪，荷兰帕纳客公司；SU8010 扫描电镜，日本日立公司；Super3 快速黏度分析仪，澳大利亚新港科技公司；S3500 激光衍射式粒度分析仪，美国麦奇克公司。

1.3 试验方法

1.3.1 混粉的营养成分测定 混粉中的水分（GB 5009.3-2016）、蛋白质（GB 5009.5-2016）、脂肪（GB 5009.6-2016）、纤维素（GB 5009.10-2003）、灰分（GB 5009.4-2016）、淀粉（GB 5009.9-2016）和维生素C（GB 5009.86-2016）含量均按照国标方法测定。

1.3.2 混粉的制备 稻米粉与马铃薯全粉按10∶0，9∶1，8∶2，7∶3，6∶4，5∶5，4∶6，3∶7，2∶8，1∶9，0∶10的质量比充分混匀后，过100 目筛，备用。

1.3.3 电镜扫描分析 参考孙京田等[9]的方法，取适量混粉进行扫描电镜分析，样品干燥后备用，将样品少量铺平在导电胶双面胶上，在红外灯下喷金。用电子显微镜扫描后，选取不同放大倍数的视野进行拍摄。

1.3.4 红外光谱分析 按照1∶3 的质量比将待测样品与KBr 充分混合研磨，烘干备用，于磨具中用压片机进行压片，置于FT-IR 红外光谱仪中测量并绘制红外光谱图[10]。

1.3.5 热特性分析 按照Gomanda 等[11]的方法，用差示扫描量热仪测定。记录DSC 的曲线走势。每个样本做3 次试验取平均值，相变起始温度为T0，峰值温度为Tp，终止温度为Tc，焓变为△H。

1.3.6 X-衍射分析 根据赵凯等[12]的方法，采用片状样品衍射法：在步长为0.05°，扫描速率为14.28 s/步，管压为40 kV，管流为30 mA 的条件下进行压片扫描，使用X-射线衍射光谱仪进行测定。

1.3.7 粒径分析 参考眭红卫等[13]的方法，使用激光衍射式粒度分析仪前需提前预热30 min，空白对照采用蒸馏水，待对照组测定完毕后，将样品放入仪器中进行测定，结果与图谱自动进行分析。

1.3.8 质构特性测定 参考郎凯红[14]的方法配制20%的混合粉悬浮液置于100 mL 的烧杯中，玻璃棒搅拌均匀，待悬浮液静止后，蒸制20 min，取出后冷却至室温，于冰箱中恒温（4 ℃）冷藏保存24 h，取出后切成1 cm×1 cm×1 cm 的正方体备用。

1.3.9 流变特性测定 参考张煜等[15]的方法并稍作改动。分别称取混合粉150 g，加入适量蒸馏水均匀搅拌，直至轻微变成絮状，然后用手掌将其揉搓成面团，直至无颗粒状且面团表面光滑，无起皮现象后，用保鲜膜保存好备用，以免操作等待过程中面团干燥。

1.3.10 糊化特性测定 参考Sun 等[16]的方法并适当修改，称取3 g 混粉样品，加水25 mL，在STDI 模式下测定，并记录。

1.3.11 溶解度和膨胀度测定 参考井月欣等[17]的方法，称取混粉1 g（精确至0.01）放入带盖离心管中，加入蒸馏水并用玻璃棒搅拌，待水位至50 mL 刻度线处，在恒温振荡水浴锅中，分别在50，60，70，80，90 ℃下振荡加热糊化30 min 后，用离心机（3 000 r/min，25 min）离心完毕后，取上清液置于蒸发皿中，于恒温干燥箱中烘干至恒重，称量计数，计算溶解度，见式（1）。

离心管中剩余质量计数，为膨胀淀粉质量，计算膨胀度，见式（2）。

1.3.12 冻融稳定性测定 参考田建珍等[18]的方法，配制混粉淀粉乳（3%干基），于沸水浴中加热至糊化，室温冷却后置于冰箱中，在-20 ℃恒温冷冻24 h，取出后室温解冻。然后用离心机离心（3 000 r/min，10 min）后，得到沉淀物，称量其质量，计算析水率，见式（3）。

2 结果与分析

2.1 稻米粉和马铃薯全粉的营养成分分析

由表1 可知，稻米粉与马铃薯全粉的淀粉含量占比最大，混粉的蛋白质、纤维素和维生素C 的含量均高于纯稻米粉，且纤维素的含量差异较大。其中，混粉的脂肪含量和水分含量均低于纯稻米粉。

表1 稻米粉和马铃薯全粉的营养组成Table 1 Nutritional composition of rice meal and potato whole meal

2.2 稻米粉和马铃薯全粉的微观形貌

马铃薯全粉和稻米粉的微观形貌如图1 所示，稻米粉的颗粒表面较为光滑，且形状不规则；马铃薯全粉的颗粒表面凹凸不平，且形状不规则，这是由马铃薯全粉的加工工序所致。

2.3 混粉的红外光谱

通过红外光谱（图2）可以看出，随着马铃薯全粉比例的增加，混粉的峰形基本一致，无明显变化，这说明稻米粉与马铃薯全粉混合并未发生官能团的变化[19]。光谱3 443 cm-1附近出现了较强的宽峰，这是薯类作物特有的吸收峰，反映的是羟基（O－H）的伸缩振动；1 645 cm-1左右出现1 个吸收峰，此峰对应的是（C＝O）的伸缩运动，可能是马铃薯全粉中果胶中的醛酮类化合物所引起[20-21]；在570 cm-1附近的吸收峰是淀粉中吡喃环的骨架模式振动所产生的[22]。

图2 不同比例混粉的红外光谱Fig.2 Ir spectra of mixed powders in different proportions

图3 不同比例混合粉的衍射峰谱Fig.3 Diffraction peak spectra of different mixing ratios

2.4 混粉的结晶结构

通过X-射线光谱可以分析出，稻米全粉（比例为10∶0）的衍射曲线不具备特定的结晶结构，然而随着马铃薯全粉占比增加，可以看出部分衍射峰强度增强，说明马铃薯全粉的添加对混粉的结晶性有一定提高。

2.5 混粉的热力学特征

由表2 可知，随着马铃薯全粉比例的增加，T0、Tp、TC和△H 均有所增加，是由于稻米粉颗粒与马铃薯全粉颗粒状态不同，淀粉颗粒无定形区的比例逐渐减小，而结晶区比例逐渐增大，导致糊化温度逐渐升高，因此糊化所需的热量随之变大。

表2 稻米-马铃薯混粉热特性比较Table 2 Comparison of thermal characteristics of rice-potato mixture

2.6 混粉的粒度

由表3 可知，稻米全粉与马铃薯全粉的D50值与平均粒径相差较大，说明随着马铃薯全粉添加量增加，混粉粒径增大幅度增加，由于马铃薯全粉的粒径普遍大于稻米全粉，因此使得混粉颗粒粒径大小不够均匀。

表3 稻米-马铃薯混粉粒度分布比较Table 3 Grain size of rice-potato mixture powder

2.7 混粉的质构特性

从表4 可以看出，混粉复配比例对其回复性、内聚性都有影响，其中，混粉的硬度、弹性、咀嚼性随着马铃薯全粉在混粉中比例的增大而减小。混粉的凝胶质构特性与稻米粉和马铃薯全粉的直链淀粉和支链淀粉含量有关，直链淀粉含量增加，分子间的作用就会变大[23]，而支链淀粉使得分子相互缠绕，凝胶软结构不易被破坏[24]。

表4 稻米-马铃薯混粉的质构特性比较Table 4 Comparison of texture characteristics of rice-potato flour mixture

2.8 混粉的流变特性

从图4 和图5 中可以看出，混粉面团的储能模量和耗能模量随着频率的增大而增大，马铃薯全粉占比越大，混粉面团的储能模量和耗能模量也越大。这说明马铃薯全粉的加入可明显改善混粉面团的流变性[25]。

图4 不同混合比例对面团G′的影响Fig.4 Influence of different mixing ratio on G′of mixed flour dough

图5 不同混合比例对面团G″的影响Fig.5 Influence of different mixing ratio on G″of mixed flour dough

2.9 混粉的糊化特性

从表5 可以看出，稻米-马铃薯混粉的各项指标都随着马铃薯全粉占比的增大而降低，这是由于稻米淀粉和马铃薯淀粉的微晶结构不同，稻米淀粉的微晶结构更加复杂，水分子进入需要的能量较大，所以混粉的糊化温度会随马铃薯全粉比例的增大而大[26-27]。SBV 值表示老化趋势，随着马铃薯全粉在混粉中比例的增大，混粉的老化程度逐渐减弱。随着马铃薯全粉在混粉中比例的增大，混粉的凝胶稳定性提高。BDV 值为淀粉崩解时的稳定性，数值越小则表示稳定性越高[28-29]。

表5 稻米-马铃薯混粉的糊化特性比较Table 5 Comparison of gelatinization characteristics of rice-potato flour mixture

2.10 混粉的溶解度和膨胀度

从图6 和图7 可以看出，混粉的溶解度和膨胀度与温度变化成正比，且与马铃薯全粉添加比例也成正比，这是由于马铃薯全粉的吸水能力更强，且颗粒相对较大，由于马铃薯全粉颗粒有带负电荷的磷酸酯基团，其亲水能力大于淀粉分子中的羟基，更有利于吸水膨胀。

图6 不同混粉比例对溶解度的影响Fig.6 Influence of different mixing ratio on solubility of mixed powder

图7 不同混粉比例对膨胀度的影响Fig.7 Influence of different mixing ratio on swelling degree of mixing powder

2.11 混粉的冻融稳定性

图8 是不同比例下混合粉冻融稳定性的比较，随着马铃薯全粉占比增加，析水率逐渐下降。这说明与稻米全粉相比，马铃薯全粉的冻融稳定性更好。这是因为稻米全粉与马铃薯全粉经过糊化后，马铃薯全粉与水分子的作用强于稻米全粉，分子链减小，使得冻融过程中水析出少。

图8 不同混粉比例对冻融稳定性的影响Fig.8 Influence of different mixing ratio on freeze-thaw stability of mixing powder

3 结论

稻米-马铃薯混粉的理化性质，随马铃薯全粉添加量的变化，发生了明显的改变。混粉中随马铃薯全粉占比增大，混粉的营养成分逐渐升高，糊化特性参数随之升高，质构特性参数有明显降低，储能模量和耗能模量有所提高，溶胀度与冻融稳定性与马铃薯全粉的添加量成正比。马铃薯全粉与稻米粉进行复配可改善混粉的理化性质，在混粉食品加工过程中，可根据不同需求确定混粉比例。