荞麦淀粉-小麦淀粉混配体系理化特性的研究

高嘉星，张国权，方丝云，杨宇

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100）

荞麦淀粉-小麦淀粉混配体系理化特性的研究

高嘉星，张国权*，方丝云，杨宇

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100）

为阐明不同种淀粉混配与原淀粉理化特性的差异，以甜荞麦粉和高筋小麦粉及30%荞麦粉-70%小麦粉混粉为原料，采用Osbrone法分离淀粉，分析3种淀粉颗粒组成、颗粒结构、溶解度及膨胀度、淀粉糊特性、热特性等存在的差异。结果表明：与荞麦淀粉和小麦淀粉相比，混配淀粉致密度最差、结晶度最高、晶体崩解所需的能量最大；混配淀粉比单一淀粉更难糊化；热焓值更高；混配淀粉的溶解度和膨胀度在温度较高时升高的最缓慢；颗粒形貌、淀粉晶型无明显变化。

荞麦；小麦；混配粉；淀粉

Abstract：To investigate the different physical and chemical properties of the mixed starch with raw starch.Sweet buckwheat flour and high gluten wheat flour and 30%buckwheat-70%wheat mixed flour has been used as raw material in this article，and the Osbrone separation method has been used to analysis the three kinds of starch particle composition，structure，solubility，swelling power，pasting and thermal properties.The resultsshowed that mixed starch has the worst dense degree，the highest crystallinity，the largest absorb quantity of heat when the crystal disintegration，the most hardest gelatinization properties，the highest enthalpy value and the slowest growth of solubility，swelling capacity in high temperature compared with single starch.There has no significant effect on the particle morphology and starch crystal by mixed.

Key words：buckwheat；wheat；mixed flour；starch

荞麦又名三麦、乌麦、花麦，是一种耐寒的蓼科双子叶作物[1]，具有生长期短、适应性较强的特点。在我国荞麦主要分布在西北区（陕甘宁蒙晋）和西南区（云贵川藏）。荞麦有甜荞和苦荞两个品种，在东北地区多以种植甜荞为主，在西南地区多以种植苦荞为主[2]。我国是荞麦第一大生产国和出口国，且荞麦营养丰富，具有“五谷之王”的美称。荞麦含有丰富的优质蛋白，并具有多种生理功能[3]。荞麦中赖氨酸含量远远超过大米和白面，因此荞麦与其他谷物类粮食具有很好的互补性。但是荞麦粉不具有面筋蛋白，因此在面食品加工中受到很多限制。实际生产中，经常通过加入谷朊粉等来增加荞麦面食品的筋力。结合前人报道[4]，30%荞麦粉+70%小麦粉是尚可以做出荞麦面食品荞麦添加量的最大量。

淀粉是小麦粉和荞麦粉主要的组成物质，其在面食品加工过程中起着重要作用。小麦淀粉含量一般为65%～70%，陶纯洁等[5]研究表明：荞麦淀粉含量一般为60%～70%，并且小麦淀粉和荞麦淀粉的基本组成和理化特性各不相同[6]。淀粉含量、直支链淀粉比例、分子结构等对热特性、流变学特性等有较大影响，从而影响淀粉质食品的深加工[7]。淀粉作为食品添加剂可以改善食品的加工性能，在很多淀粉质食品的应用中，天然单一淀粉的性质不是最优的，化学改性淀粉常应用于食品中[8]。如今由于市场压力及倡导绿色食品的理念，化学改性越来越受到消费者的排斥，因此可以使用淀粉混配的方法来改变淀粉的理化特性[9]。

本文以30%荞麦粉+70%小麦粉的混配粉、小麦粉、荞麦粉为原料，比较其提取的淀粉存在的差异，及混配淀粉与原淀粉相比在结构特性、糊化特性、热特性等方面性质的改变大小，从而为面食品加工利用提供理论基础，因此研究荞麦粉和小麦粉的混配过程对淀粉性质的影响具有现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

陕西甜荞麦全粉：陕北靖边；小麦粉：金象高筋粉；Megazyme总淀粉含量检测试剂盒（K-TSTA）、Megazyme直链淀粉含量检测试剂盒（K-TSTA）：爱尔兰公司；氢氧化钠、氯化钠、无水乙醇等均为化学纯。

1.2 仪器与设备

UVmini 1240紫外分光光度计：日本岛津公司；KJELTEC2100半自动凯氏定氮仪：瑞典富斯-特卡托公司；S-3400N扫描电子显微镜：日本日立高新技术公司；D/max 2200PCX射线衍射仪：日本理学公司；Perten RVA快速粘度分析仪：瑞典波通瑞华有限公司；电热鼓风干燥箱：北京科伟永鑫实验仪器设备厂；TDL-5-A台式离心机：上海安亭科学仪器厂；Q2000型差式扫描量热分析仪：美国TA仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 荞麦粉、小麦粉及混粉基本理化指标测定

1.3.1.1 水分测定

参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》。

1.3.1.2 粗蛋白测定

参照GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》。

1.3.1.3 粗脂肪测定

参照GB/T 5512-2008《粮油检验粮食中粗脂肪含量测定》。

1.3.1.4 灰分测定

参照GB 5009.4-2010《食品安全国家标准食品中灰分的测定》。

1.3.1.5 总淀粉含量

Megazyme总淀粉含量检测试剂盒（K-TSTA）。

1.3.1.6 直链淀粉含量测定

Megazyme直链淀粉含量检测试剂盒（K-TSTA）。

1.3.2 荞麦粉、小麦粉及混粉淀粉提取流程

参照Osbrone[10]方法，分别以金象小麦粉、荞麦粉、30%荞麦粉+70%小麦粉为原料提取淀粉，并将其置于40℃烘箱干燥，粉碎过100目筛，备用。

1.3.3 荞麦粉、小麦粉、混粉及其淀粉微观形貌观察

取少量原粉、淀粉样品，将其均匀分布在粘有导电胶布的铝制载物台上，将载物台放入镀金仪器中进行喷金处理后将载物台取出利用S-3400N型扫描电子显微镜观察拍摄。

1.3.4 淀粉的溶胶特性测定

准确称取淀粉样品3.0 g，加入25.0 mL蒸馏水搅拌均匀，用RVA快速黏度分析仪测定其粘滞特性并用TCW配套软件进行数据分析。温度程序设定如下：50℃保持1 min，以12℃/min升温至95℃（3.75 min），95℃保持2.5 min，再降温至50℃（3.75 min），50℃保持1.5 min。搅拌器起始10 s转速为960 r/min，之后维持在160 r/min。

1.3.5 淀粉晶体特性测定

淀粉样品的晶体结构采用X-射线衍射仪步进扫描法进行。测定条件为：特征衍射线为Cu靶；管压为40 kV；电流为 100 mA；测量角度为 2θ=4°～60°；步长为0.02°；扫描速度为 6°/min。

1.3.6 淀粉傅里叶红外光谱

取适量干燥后的溴化钾晶体于研钵中磨粉，压片，放入载片槽中作为参比，进行红外光谱分析。再称取1 mg经干燥处理后的淀粉，并按样品与溴化钾质量比1∶100加入溴化钾混合，用研钵研磨成均匀粉末，压制成薄片，于红外光谱仪中做全波段（400 cm-1～4 000 cm-1）扫描。

1.3.7 淀粉的热特性

准确称取3 mg样品置于铝制坩埚中，加入9 mL蒸馏水，密封压盖后室温静置24 h，进行扫描。以空铝盒为对照，氮气流速50 mL/min，扫描温度从20℃到100℃，升温速率为10℃/min。利用Universal配套软件（V3.8B，TA Inc.，USA）分析处理数据。

1.3.8 淀粉的溶解度和膨胀度

参照缪铭[11]等方法，将质量分数2.0%的淀粉乳，分别在 50、60、70、80、90 ℃的水浴加热并搅拌 30 min，冷却后3 000 r/min离心20 min，分离上层清液，计算溶解度，下层为膨胀淀粉部分，计算膨胀度。溶解度和膨胀度计算公式如下：

1.4 数据处理

采用DPS 7.05进行数据处理；Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 荞麦粉和小麦粉营养成分分析

原料基本组成见表1。

表1 原料基本组成Table 1 Compositions of raw materials

由表1可以看出荞麦粉和小麦粉的主要成分是淀粉，荞麦粉比小麦粉含有更多的淀粉、灰分、粗脂肪。小麦粉的粗蛋白含量高于荞麦粉，这与其原料营养组成及制粉工艺有关。混配粉的各基本指标含量均介于荞麦粉和小麦粉之间。

提取组分的基本组成（干基）见表2。

表2 提取组分的基本组成Table 2 Compositions of extracted components

由表2可以看出3种淀粉的总淀粉含量均较高，符合淀粉理化特性测定要求，小麦淀粉的直链淀粉含量较荞麦淀粉高。

2.2 荞麦粉和小麦粉微观形貌

小麦粉、荞麦粉和混粉及其淀粉微观形貌见图1。

由图1可以看出，小麦粉和荞麦粉都呈现较大的团块，小麦粉由许多扁圆的淀粉颗粒和包裹在其表层的絮状物质组成，荞麦粉由较小的有棱角的淀粉颗粒团聚而成，表层包裹着絮状物。絮状附着物是蛋白质、纤维素和脂肪等。

根据淀粉粒径的大小，小麦淀粉分为A、B两种类型。A淀粉（≥10 μm）颗粒较大，B淀粉（＜10 μm）颗粒较小。而荞麦淀粉则由较规则、较小的颗粒组成。在小麦淀粉中，颗粒较大的A淀粉越多，越利于糊化，由图中可以看出，荞麦淀粉的颗粒和小麦B淀粉颗粒大小相似[12]。

图1 小麦粉、荞麦粉和混粉及其淀粉微观形貌（SEM，500×）Fig.1 The micrograph of wheat flour，buckwheat flour，mixed flour and its starch

2.3 荞麦淀粉和小麦淀粉及混粉淀粉黏度特性研究

淀粉的糊化特性见表3。

表3 淀粉的糊化特性Table 3 Pasting properties of starch

由表3可以看出小麦淀粉和荞麦淀粉的糊化特性有显著差异，荞麦淀粉在峰值黏度、最低黏度、衰减值、最终黏度、回升值均高于小麦淀粉。其中，衰减值反映淀粉糊的热稳定性，表明小麦淀粉糊的热稳定性显著高于荞麦淀粉，回升值在一定程度上说明淀粉糊的老化程度和冷糊稳定性，说明小麦淀粉比荞麦淀粉更难老化且冷糊稳定性强。随着糊化后温度的降低，荞麦和小麦淀粉的黏度继续上升，最终黏度均高于峰值黏度[13]。

混配淀粉在峰值黏度、谷值黏度、降落值、最终黏度、回升值均处于小麦淀粉和荞麦淀粉之间，但是更接近于荞麦淀粉，表明荞麦淀粉对混粉的黏度特性影响较大。并且混配淀粉的降落值与荞麦淀粉无显著差异，表明荞麦淀粉对混配淀粉的影响较大，混配淀粉的热稳定性较差。混配淀粉的峰值时间和糊化温度显著高于小麦淀粉和荞麦淀粉，说明小麦淀粉和荞麦淀粉之间发生了某些作用，使得混合粉提取的淀粉较小麦淀粉、荞麦淀粉难糊化。

2.4 淀粉晶体特性测定

小麦粉荞麦粉混粉及其淀粉的晶体参数见表4。

表4 小麦粉荞麦粉混粉及其淀粉的晶体参数Table 4 Crystal properties of wheat，buckwheat and mixed flour and its starch

小麦粉、荞麦粉、混配粉及其淀粉都表现出相同的衍射特征。衍射角为2θ为15°和23°具有较强的衍射峰，并且在17°～18°范围内有相连的双峰，表现为A型衍射特征。小麦粉、荞麦粉、混配粉、小麦淀粉、荞麦淀粉、混配淀粉颗粒的相对结晶度分别为18.7%、21.02%、20.78%、25.25%、28.31%、32.24%，结晶度即结晶的完整程度。淀粉晶体结构有细微差别，进而可能导致其在理化性质方面的差别[14]。混配粉的结晶度介于小麦粉和荞麦粉之间，但是混配淀粉的结晶度比单一的淀粉都大。这可能是在提取过程中，两种淀粉间的相互作用使得混配淀粉的结晶度变大。其中，淀粉晶体的面间距小于原粉，荞麦淀粉晶体的面间距小于小麦淀粉，混配淀粉的面间距最大，表明淀粉晶体的致密程度大于原粉，荞麦淀粉的晶体致密程度大于小麦淀粉，混配淀粉的致密程度最差，可能是两种不同的原料混合使得面间距面大，致密性变差。

2.5 淀粉傅里叶红外光谱分析

淀粉面粉的傅里叶红外图谱见图2。

图2 淀粉面粉的傅里叶红外图谱Fig.2 FTIR spectrum of raw powder and starch

图2为原粉及其淀粉的红外吸收图谱，3 300 cm-1附近表现为氢键缔合的O-H伸缩振动峰，由图可以看出，小麦淀粉吸收峰大于荞麦淀粉，可以得出荞麦淀粉与水结合能力较差。2 930 cm-1附近的强吸收峰为6号碳原子上亚甲基的C-H不对称伸缩振动引起的，其吸收峰的大小与直链淀粉含量有关[15]。由图2可以看出小麦淀粉在此处的吸收峰强于荞麦淀粉，说明小麦淀粉的直链淀粉含量高于荞麦淀粉，并且小麦淀粉C6上连接的亚甲基数量较多，直链淀粉含量较多。1 650 cm-1附近的吸收峰属于C=O伸缩振动及N-H弯曲振动，水的H-O-H弯曲振动一般在1 640 cm-1附近，若样品中含有蛋白质则吸收峰会往长波方向移动，由图可以得出原粉的吸收峰较淀粉移向长波处，表明原粉中含有的蛋白质稍多。1 650 cm-1附近的峰强度越大则多糖类羟基吸收越强，荞麦淀粉的吸收峰强度小于小麦淀粉，表明荞麦淀粉的吸水能力较弱。

2.6 淀粉的热特性

原粉和淀粉的热特征值参数见表5。

表5 原粉和淀粉的热特征值参数Table 5 Thermal characteristics of raw powder and starch

由表5可看出小麦粉的起始糊化温度、峰值温度、终止温度、热焓值均低于荞麦粉，表明小麦粉比荞麦粉易受热糊化。混配粉均介于小麦粉和荞麦粉之间。小麦淀粉和荞麦淀粉的晶体熔融温度分别为67.34℃和65.19℃，晶体崩解所需吸收的热量分别为7.56 J/g、9.64 J/g，这可能与荞麦淀粉的晶体致密程度较高、颗粒尺寸较小有关。这与已报道的小麦-大米混合淀粉DSC曲线是单一淀粉DSC曲线的叠加相似[16]。荞麦淀粉和混配淀粉在热特性指标上相差不大，表明荞麦淀粉对混配淀粉的贡献率在热特性指标上表现较大。

2.7 淀粉的溶解度和膨胀度

淀粉的溶解度与膨胀度反映淀粉与水之间相互作用的能力大小，其受淀粉分子量、晶体结构、直支链淀粉含量及比例等因素的影响[17]。淀粉的溶解度见图3，淀粉的膨胀度见图4。

图3 淀粉的溶解度Fig.3 Solubility of starch

由图3和图4可以得出，3种淀粉的溶解度及膨胀度都随着温度的升高而呈上升趋势，尤其是在60℃以后淀粉的溶解度及膨胀度的增大趋势显著增加。这可能是由于随着水温的升高分子运动加快，水分迅速进入到淀粉颗粒内部，淀粉分子氢键破坏导致淀粉颗粒结构破裂。与此同时，新的氢键在水分子间形成，暴露的直链淀粉和支链淀粉会导致溶解度和膨胀度的增加[18]。

图4 淀粉的膨胀度Fig.4 Swelling capacity of starch

在傅里叶红外光谱中，可以得出混配淀粉在3 300 cm-1附近的吸收峰最小，即其水分结合能力最差。因此混配淀粉在70、80℃溶解度及膨胀度均最低。混配淀粉的溶解度及膨胀度的大小与荞麦淀粉相近，表明荞麦淀粉的添加对膨胀度和溶解度影响较大。

3 结论

通过混配可以改善荞麦面食品的加工特性，淀粉在荞麦面食品的加工中发挥着重要作用。不同淀粉具有不同的结构及理化特性。小麦淀粉含有A、B两种淀粉颗粒，荞麦淀粉只含有一种淀粉颗粒，其大小与小麦B淀粉颗粒大小相似；荞麦淀粉在峰值黏度、谷值黏度、衰减值、最终黏度、回升值均远远高于小麦淀粉；荞麦淀粉的热糊稳定性、冷糊稳定性远远低于小麦淀粉；荞麦淀粉晶粒的致密性较高，直链淀粉含量较低，与水结合能较差，老化倾向能力较大，且较小麦淀粉易糊化；荞麦淀粉的结晶度较小麦淀粉高，因此热焓值较高。

混配后的淀粉在峰值黏度、谷值黏度、降落值、最终黏度、回升值均处于小麦淀粉和荞麦淀粉之间，但是更接近于荞麦淀粉，表明荞麦淀粉对混粉的黏度特性影响较大；与单一淀粉相比，混配淀粉致密度更差、结晶度更高、晶体崩解所需的能量更大；更难糊化；热焓值升高；混配淀粉的溶解度和膨胀度在温度较高时升高的较缓慢；而颗粒形貌、淀粉晶型无明显变化。由于混配过程可以对淀粉进行各方面的改变，因此，可以用混配的方法来替代工业化处理，使食品更安全，符合消费理念。

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Effects of Mix on the Physiochemical Properties of Buckwheat Starch and Wheat Starch

GAO Jia-xing，ZHANG Guo-quan*，FANG Si-yun，YANG Yu
（College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China）

2017-02-28

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.20.005

高嘉星（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：粮食、油脂及植物蛋白工程。

*通信作者：张国权（1968—），男，教授，研究方向：谷物品质评价及淀粉工程技术。