挤压糙米粉-小麦粉混合粉面团特性研究

吴娜娜 杨 庭,2 谭 斌 刘 明 刘艳香 田晓红 汪丽萍 翟小童

(国家粮食局科学研究院1，北京 100037)(江南大学食品学院2，无锡 214122)

挤压糙米粉-小麦粉混合粉面团特性研究

吴娜娜1杨 庭1,2谭 斌1刘 明1刘艳香1田晓红1汪丽萍1翟小童1

(国家粮食局科学研究院1，北京 100037)
(江南大学食品学院2，无锡 214122)

将2种挤压糙米粉(物料水分25%、挤压温度120 ℃、螺杆转速220 r/min和物料水分30%、挤压温度80 ℃、螺杆转速220 r/min)分别以0%、10%、20%、30%、40%和50%的比例添加到小麦粉中(m/m)，研究挤压糙米粉添加量对挤压糙米粉-小麦粉混合粉面团特性的影响。结果表明，随着挤压糙米粉(EBR)添加量的增加，混合粉峰值黏度、最低黏度、崩解值和最终黏度均逐渐减小，吸水率增加，面团稳定时间先降低后升高。EBR的添加增加了面团整体的黏弹性，但当添加量较多时(大于30%)，EBR对面筋网络结构的稀释使面团蛋白质网络结构出现弱化。因此，面团弹性模量G′和黏性模量G″均先增加后减小，30% 时达到最大。tanδ值先减小后增加，添加量30%时达到最小。EBR的添加量小于30%时能够同时增加面团的弹性和黏性，且弹性模量G′比黏性模量G″增加幅度要大。EBR添加量小于30%时，面团中形成了EBR黏附的不同于面筋的致密的网络结构。

挤压糙米粉 添加量 糊化性质 流变性质 热机械性质 面团微结构

糙米含有比精白米更丰富的维生素、膳食纤维、矿物质和蛋白质等，由于其所含有的对人体有益的功能因子，糙米越来越受到人们的重视[1]。整粒的糙米由于其口感较差很少被直接食用[2]。将糙米磨粉应用到面包、馒头、面条等面制品中是解决糙米应用在食品制品中的主要途径之一。

为了使不含面筋蛋白的糙米粉能够制成面团，一方面，可以通过加入适当的添加剂以形成凝聚结构，包括改性淀粉、胶体、乳化剂 、蛋白质和酶；另一方面，充分利用加工方式促进产品形成新的、有效的淀粉组织结构以代替面筋网络，如米粉的制作。Wang[3]、Cabrera-Chávez[4]、Marti[5]等研究发现挤压能够使粉丝、米粉等产品拥有较低的蒸煮损失和较高的坚实度。Cabrera-Chávez等[4]还发现，在挤压过程中，淀粉和蛋白发生了复杂变化，熟化的淀粉能够增加产品的成型性，而蛋白质的变性，也加强了与淀粉、脂肪等组分的复合，使大米淀粉能够很好的与外源苋菜蛋白相互作用形成网络结构，从而改善产品的质构特性。挤压技术一方面使糙米粉中淀粉改性；另一方面，能够使糙米粉中的蛋白质、淀粉和脂肪等大分子物质之间发生复杂解聚与交联[6]，然而对于这种经挤压改性的糙米粉能否与小麦粉形成性质较好的面团，应用于面制品，以及挤压改性糙米粉添加量对面团性质的影响却鲜有报道。

选取2种挤压条件制备挤压改性糙米粉(物料水分25%、挤压温度120 ℃、螺杆转速220 r/min和物料水分30%、挤压温度80 ℃、螺杆转速220 r/min)，分别按照0%～50%添加量加入到小麦粉中，研究EBR添加量对混合粉糊化特性(RVA)、面团热-机械性能、动态流变特性以及面团内部微观结构(SEM)的影响，以期为挤压改性糙米粉应用在面制品中提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

籼糙米：湖南长沙福香米业；大磨坊雪花高筋小麦粉：市售。

2种挤压条件改性籼糙米粉的制备：在物料水分25%、挤压温度120 ℃、螺杆转速220 r/min条件下制备挤压糙米粉(25-120)；在物料水分30%、挤压温度80 ℃、螺杆转速220 r/min条件下制备挤压糙米粉(30-80)；经粉碎后过120目筛。

1.2 主要仪器与设备

快速黏度分析仪(Rapid Visco Analyzer RVA)：澳大利亚Newport科学分析仪器有限公司；粉质仪：北京东方孚德技术发展中心；Mixolab 混合试验仪：法国肖邦技术公司；AR-2000型动态流变仪：上海曲晨机电技术有限公司； S-300N 型电镜：日本Hitachi公司；冷冻干燥机：北京四环科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 混合粉糊化特性(RVA)

将EBR分别按照0%、10%、20%、30%、40%、50%添加量添加到小麦粉中，根据AACC61-02米粉糊化特性测定方法，采用快速黏度分析仪(Rapid Visco Analyzer RVA)，以含水量12%为基准，称取3.0 g混合粉样品，加入25 mL蒸馏水，制备测试样品。

1.3.2 面团热-机械性能(Mixlab)

采用Mixolab 混合试验仪测定不同EBR添加量的混合粉面团流变特性。按照“Chopin +”标准程序，水分基数按照14%湿基，吸水率为60%，面团重量75 g，转速80 r/min，目标扭矩为(1.1±0.7)Nm，和面初始温度30 ℃，水合作用55%，第l阶段：30 ℃恒温8 min，第2阶段：从30 ℃升温到90 ℃共15 min，第3阶段：90 ℃恒温保持7 min，第4阶段：从90 ℃降温至50 ℃10 min，第5阶段：50 ℃恒温5 min，试验总时间45 min。

1.3.3 面团动态流变特性

面团由粉质仪制备，含水量为38%(面团含水量相同时，EBR含量越高时，面团表面越黏，根据预试验结果面团含水量大于38%时，黏性较大，影响试验进行，故最终确定面团最终含水量38%)，采用型号为AR-2000动态流变仪和φ40 mm不锈钢平行板测量系统，在间隙1.3 mm，应变0.5%，温度25 ℃，频率0.1～60 Hz范围条件下，测试面团的弹性模量G′、黏性模量G″ 以及tanδ值变化。

1.3.4 面团微观结构

将1.3.3方法制备的面团，经冷冻干燥后用扫描电子显微镜(SEM)观察面团内部微观结构。

1.4 数据统计与分析

用Excel软件整理数据和绘图。使用Spss 17.0软件对数据进行方差和相关性分析，方差分析选取Duncan检验，在P<0.05检验水平上对数据进行统计学分析。

2 结果与讨论

2.1 EBR添加量对挤压糙米粉-小麦粉混合粉糊化特性(RVA)的影响

随着EBR添加量的增加，混合粉峰值黏度、最低黏度、崩解值和最终黏度均逐渐减小(见表1)，这是由于糙米粉中淀粉在挤压过程中发生糊化或降解，淀粉颗粒遭到破坏，所以随着EBR添加量增加，混合粉糊化时淀粉颗粒吸水膨胀的峰值黏度逐渐减小。同时，随着EBR添加量的增加，破裂的淀粉颗粒也越多，水分子与破裂的淀粉颗粒结合牢固，因此，混合粉黏度崩解值明显减小，增加了淀粉溶液的黏度稳定性；最终黏度表示体系的成糊能力，与直链淀粉的含量有关[7]，随着EBR添加量的增加，混合粉最终黏度减小，表明直链淀粉分子聚集程度变小；回生值表示熟淀粉冷却过程中淀粉的回生趋势和脱水收缩能力，也与直链淀粉含量有关[3]，由表1可知，当EBR添加量为10%(25-120)或20%(30-80)时，混合粉的回生值均比EBR添加量0%时高，可能的原因是少量EBR的添加改变了混合粉中直/支链淀粉比例，淀粉的重结晶性质发生了改变[8]。

表1 EBR添加量对混合粉的糊化特性的影响

注：数据表示平均数±标准偏差，数字旁的字母表示竖向比较的差异显著性，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

而相同添加量时，30-80挤压条件下，混合粉的糊化峰值黏度值整体比120-25条件要高，这与两种EBR的特性有关，高物料水分减少了挤压过程中淀粉颗粒的破坏程度，使其再糊化时产生相对较高的峰值黏度、最低黏度以及最终黏度[9]。

2.2 EBR添加量对混合粉面团热-机械性能的影响

表2为不同EBR添加量面团的Mixolab特征值整体变化，反映了在机械与热作用下小麦粉-EBR混合粉面团中蛋白质弱化，淀粉糊化以及老化等情况。C2值表示面团蛋白质弱化的最小扭矩，C1-C2值表示弱化程度。由表2可以看出随着EBR添加量的增加，C2下降，C1-C2值增加，在添加量为0%～20%时C2与C1-C2值有显著差异性，而当添加量在30%～50%时数据之间无显著差异，这表明不断的机械搅拌和升温过程中，EBR的添加使面团蛋白质网络结构出现弱化，而当添加量大于20%时，这种弱化现象变化不明显。

表2 EBR添加量对混合粉面团热-机械学特性的影响

表2中C3、C4、C5值表示面团中淀粉的糊化特性。在升温和搅拌过程中，面团中淀粉发生糊化使面团扭矩增加达到C3(Nm)值(表示淀粉糊化黏度最大值)，其变化趋势与混合粉的峰值黏度基本一致，均随EBR添加量的增加而逐渐减小；而当添加量在40%～50%时C3值变化不明显或略有增加，这与C5-C4值(表示淀粉糊化的回生特性)变化趋势相同，淀粉糊化的峰值黏度和回生值分别与其吸水膨胀与脱水收缩能力有关[10]，出现这种现象的可能的原因是EBR添加量较高时体系中完整的淀粉颗粒相对减少，吸水膨胀能力和脱水收缩能力均已较弱，不随添加量增加而有所改变。C4和C5分别表示热糊稳定时扭矩以及面团冷却时扭矩，随着添加量的增加C4和C5值逐渐减小，这与混合粉糊化特性结果相一致。

注：字母表示差异显著性，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著(P<0.05)图1 EBR添加量对混合粉面团吸水率的影响

图1显示，在面团形成阶段EBR的添加对面团吸水率产生显著影响，随着添加量的增加吸水率逐渐升高，添加量为50%时达到最大值73.3%，比添加量为0%时的57.1%增加28%。对于小麦粉面团，吸水率主要受其中的蛋白质含量、淀粉破损程度等影响，蛋白质含量和淀粉破损程度越高，吸水量越高。而对于添加了EBR的面团，随着添加量的增加，EBR的特性成为影响吸水率的重要因素，在完整的淀粉粒中，水分子仅进入淀粉颗粒的无定形区域，而糙米粉经挤压改性后，大部分淀粉发生糊化和降解，淀粉颗粒受到损伤，晶体区域被打破，水分子进入整个淀粉粒变为可能，从而使面团的吸水率升高[11]，此外，EBR中的膳食纤维含有许多亲水性基团也增加了面团的吸水率[12]。

注：图中字母表示差异显著性，相同字母表示差异不显著，不同字母表示差异显著(P<0.05) 图2 EBR添加量对混合粉面团稳定时间的影响

面团稳定时间的变化如图2所示，添加EBR对面团稳定时间产生很大影响，随着EBR添加量的增加面团稳定时间逐渐减少，添加量为20%时稳定时间达到最短0.52 min，而当添加量大于20%时面团稳定时间却呈现上升趋势，添加量为50%时稳定时间反而增加为1.2 min，这与李紫云等[8]结果一致。可能的原因是，当添加量大于20%时，一方面EBR的添加稀释破坏了面筋的网络结构，所以面团整体稳定时间仍较短；但与此同时，EBR本身却也起到了增强面团强度的作用，这种作用随着添加量的增加而增大，有效地补偿了稀释面筋造成的反作用，所以出现面团弱化程度减小和稳定时间增加的现象。Seda Yalcin[13]也在研究中指出向米粉中加入糊化米粉能够增加面团筋力克服无面筋带来的产品难以成型问题。2.3 EBR添加量对混合粉面团动态流变特性的影响

动态流变仪的参数包括：弹性模量(G′)反映黏弹性物质的类固体的性质，黏性模量(G″)反映黏弹性物质的类液体的性质[14]；图3为不同频率下(0.1～60 Hz)EBR添加量对面团动态流变学特性的影响。由图3可知，在整个频率扫描范围内，添加不同量25-120和30-80EBR的面团弹性模量G′和黏性模量G″均随频率增加而增大，且弹性模量G′始终高于黏性模量G″，这表明体系中弹性所占比例大于黏性，面团呈固态性质。随着EBR添加量的增加，混合粉面团G′和G″均先增加后减小，30% 时达到最大，tanδ值先减小后增加，添加量30%时达到最小，且添加量10%时tanδ值明显较高。这表明EBR的添加量小于30%时能够同时增加面团的弹性和黏性，且弹性模量G′比黏性模量G″增加幅度要大。

关于EBR对小麦粉面团动态流变特性的影响鲜见报道，本试验中，未经处理的糙米粉淀粉不溶或很少溶于水，制作面团时松散、无劲、不易成形，而挤压膨化后的糙米粉淀粉发生糊化，能够溶于水增加体系的黏性，添加到小麦粉中(添加量小于30%)后增加了面团整体的黏弹性，所以出现了面团G′和G″增加的现象；而当EBR的添加量大于30%时，EBR对面筋网络结构的稀释弱化作用加剧，面团强度降低，黏弹性整体下降。除此之外还可能与面团吸水率有关[15]，在进行动态流变试验时，不同EBR添加量面团最终含水量均为38%，而根据Mixolab试验结果显示，面团形成时吸水率随着添加量的增加而增大，因此在相同的含水量下，EBR添加量高的面团内部网络结构的形成受到水分的限制，降低了面团的强度。

比较25-120和30-80 2个条件可以发现，除了10%-25-120面团弹性模量G′和黏性模量G″小于10%-30-80面团外，其余情况下，添加25-120条件EBR的面团G′和G″均明显高于添加相同量30-80条件的EBR，甚至出现50%-25-120面团G′和G″大于20%-30-80和40%-30-80面团的情况(图3a、b、c、d)。这表明，当添加量小于30%时无论是25-120 EBR还是30-80 EBR均能同时增加面团的弹性和黏性，相同添加量情况下25-120挤压改性糙米粉增加面团弹性和黏性的力度要比30-80要强。同时，添加25-120 EBR时，面团tanδ值变化幅度比30-80要大(图3e、f)，说明25-120对面团黏弹性的影响程度较大。当添加量大于30%时，面团弹性和黏性均开始下降，对于25-120条件，添加量为50%时面团的G′和G″大于添加量10%面团，而对于30-80条件，添加量为50%时面团黏弹性却小于添加量10%情况，这说明添加高含量的30-80条件挤压改性糙米粉对面团黏弹性恶化的程度大于25-120条件。

注：a、c和e分别为25～120 EBR面团G′、G″和 tanδ ；b、d和f分别为30～80 EBR面团G′、G″和 tanδ 。图3 EBR添加量对混合粉面团弹性模量、黏性模量值的影响

2.4 EBR添加量对混合粉面团微观结构的影响

小麦粉对照面团为面筋蛋白形成的一个连续的、不定向的网络结构，大小淀粉颗粒镶嵌其中(图4a)，加入EBR后，一方面，面筋蛋白形成的网络结构连续性变差(图4b和图4g)，面团变得略有松散，这与Mixolab结果一致，添加EBR后，面团中蛋白质的弱化程度加大；另一方面，糊化的EBR吸水后具有黏性，能够黏附在小麦蛋白的网络结构中，当添加量增大时这种黏性黏连作用相应增大，形成了不同于面筋的致密的网络结构(图4d和图4h)，这可能也是动态流变试验中添加量小于30%时面团出现黏弹性增强的原因。

当添加量继续增加时，面团中心处均出现了类似网络结构状态的孔洞，添加量越大孔洞越大(图4e、f、i、j和k)，且25-120条件下时面团中孔洞大小和数量均比30-80条件下要多。面团在冷冻干燥过程中由于冰晶体的生成与升华会产生许多小的孔隙[16，17]，对于面团结构中出现的如此大的孔隙，可能与糊化淀粉性质有关，林向阳等[18]利用核磁共振研究预糊化木薯淀粉对面包中水分状态的影响时，发现预糊化淀粉在面包中能够固化水分表现出较强的结合水合能力，而且预糊化淀粉有较强的交联性和凝胶特性，能与体系中其他大分子结合形成更大的网络结构，降低了水分活度，这可能是本试验中面团出现空隙的原因。糊化的EBR一方面结合水能力较强，另一方面与其他组分交联形成的网络结构将水分包围，限制了水分活度，冻干过程中面团中心水分散失相对较慢，使水分子在其中占据了一定空间，而当水分最终升华后面团中心留下了孔隙。张本山等[19]在研究冻干糊化淀粉时发现糊化淀粉在冷冻干燥过程中内部留下了较多的孔隙，变为疏松多孔的状态；王晓艳等[20]也发现添加预糊化淀粉的冷冻面团面包横截面出现较大的气孔，预糊化粉这种结合水的能力有利于减少面制品的老化，延长保质期[21]。

注：a为对照；b～f分别为30-80条件下添加量10%～50%(×1 000倍)；g～k分别为25-120条件下添加量10%～50%(×500倍)。图4 EBR添加量对面团微观结构的影响

3 结论

随着EBR添加量的增加，挤压糙米粉-小麦粉混合粉糊化时峰值黏度、最低黏度及最终黏度均逐渐降低，面团吸水率显著增加(P<0.05)，蛋白质弱化度明显增大同时稳定时间逐渐减少，但当添加量为30%～50%时均无显著差异，SEM结果显示，当EBR添加量增加到20%或30%时体系中开始形成不同于面筋蛋白的致密的网络结构，弥补了面团中面筋含量减少的缺陷；动态流变结果显示，面团弹性模量G′和黏性模量G″随EBR添加量增加先升高后降低，添加量30%时达到最高。

比较25-120和30-80 2个挤压条件发现，添加量相同时，30-80条件下混合粉糊化特征值均高于25-120，面团G′和G″均低于25-120，但二者对面团热-机械性能影响无明显差异，SEM结果显示，两种条件的EBR均能在面团内部形成网络结构。

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The Properties of Dough Prepared from Mixtures of Extruded Brown Rice Flour and Wheat Flour

Wu Nana1Yang Ting1,2Tan Bin1Liu Ming1Liu Yanxiang1Tian Xiaohong1Wang Liping1Zhai Xiaotong1

(Academy of State Administration of Grain1, Beijing 100037) (School of Food Science and Technology, Jiangnan University2, Wuxi 214122)

Two kinds of extruded brown rice flour prepared at water content of 25%, temperature of 120 ℃, screw speed of 220 r/min and water content of 30%, temperature of 80 ℃, screw speed of 220 r/min, were added into wheat flour (m/m) in the proportion of 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50%, respectively, in order to investigate the influence of additive amount of extruded brown rice flour on properties of dough prepared from mixtures of extruded brown rice flour and wheat flour. The results showed that peak viscosity, minimum viscosity, breakdown value and final viscosity of flour mixtures decreased and water absorption increased with the increase of EBR addition amount. The stabilization time of dough decreased and then increased. The addition of EBR increased the overall viscoelasticity of dough. However, when the addition amount was at over 30%, the attenuation of EBR on the gluten network structure weakened the protein network structure of dough. Thus, the elasticity modulus G′ and viscous modulus G″ of dough were increased and then decreased with the addition of EBR. When the addition amount was 30%, they reached to the maximum. tanδ value of dough decreased at low addition amount and increased at high addition amount, and reached the minimum at content of 30%. The elasticity and viscidity of dough were increased when the content of EBR was less than 30%, and the increase degree of dough elasticity was more than that of dough viscidity. The compact networks with EBR adhered that were different from gluten network in dough were formed when the addition amount was less than 30%.

extruded brown rice flour, addition amount, pasting properties, rheological properties, thermomechanical properties, microstructure of dough

“十三五”国家重点研发计划(2017YFD0401103)，国家自然科学基金(31501524),中央级公益性科研院所基本科研业务费(ZX1511)

2016-02-05

吴娜娜，女，1981年出生，副研究员，粮食精深加工

谭斌，男，1972年出生，研究员，粮食精深加工

TS211

：A

：1003-0174(2017)08-0001-07