青稞全麦粉与面粉及其饼干的品质研究

邓晓青，潘志芬，李 俏，唐亚伟，张玉红，邓光兵，龙 海，尼玛扎西，余懋群

(1.中科院成都生物研究所，四川成都 610041；2.中国科学院大学，北京 100039；3.西藏农牧科学院/省部共建青稞和牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室，西藏拉萨 850032)

青稞(HordeumvulgareL.var.nudum Hook.f.)是我国青藏高原地区对裸大麦的统称，在植物学上属于禾本科小麦族大麦属，是大麦的变种之一[1]。青稞在我国的西藏、青海、四川阿坝、甘肃西南部以及云南西北部均有种植，是藏区同胞的主要粮食作物，其栽培面积占整个藏区粮食种植面积的60%[2]。随着现代科技的发展及人们对青稞保健功能的认可，青稞不仅仅局限于藏区口粮，其正被广泛应用于酿酒、各种大众化食品和保健食品的开发。

谷物在加工过程中会造成大部分纤维素、大量维生素、酚类物质以及矿物质元素等营养成分的流失[3]，使谷物膳食营养缺乏，不利于人类身体健康。全麦粉可较完整地保留谷物籽粒的所有营养，包括对人体有益的膳食纤维、矿质元素以及一些生物活性物质等，其营养远高于精制后的面粉[3]。Slavin等[4]研究认为，全麦粉是膳食纤维、抗性淀粉、维生素以及矿物质元素的主要来源，可以预防癌症、心血管以及肥胖和糖尿病等疾病。Likes等[5]比较了小麦全麦粉和面粉的营养差异，发现全麦粉富含胆碱和三甲基甘氨酸，对冠心病以及婴儿神经管缺陷等有很好的预防作用。Baik[6]认为，全谷物大麦食品可以增加饱腹感，具有减肥作用。

目前，除了传统的青稞食品(糌粑和青稞酒)，市场上的青稞产品多数是将青稞作为部分添加成分，尚未见有关青稞全麦粉与面粉之间营养差异的全面比较研究。本研究通过比较青稞全麦粉和面粉及其饼干的营养品质、质构特性，为青稞的广泛应用和深加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

10个青稞品种名称和来源见表1。通过筛选去掉杂质并使水分含量保持14%。全麦粉(W)使用磨粉仪The FOSS SCIND CT410(筛网 0.5 mm) 制备。面粉(F)通过LRMM8040-3-D 磨粉仪和 LFS-30 sifter粉筛制备，出粉率为70%。

表1 10份青稞材料Table 1 Ten hulless barley materials

1.2 方法

1.2.1 饼干制作

饼干制作主要包括配粉→面团→醒发→成型→烘烤五个步骤。首先，按配方[7]将起酥油、蛋糕油、植物油、糖粉、小苏打和鸡蛋一起混匀；加入全麦粉(或面粉)并混匀；再加入水，用和面机揉成面团，30 ℃静置20 min，用压面机压成5 mm厚的面片，使用饼干模具成型。然后，放入烤箱中进行烘烤，面火160～180 ℃，底火180～200 ℃，约12 min后在饼干表面刷一层植物油，并将底火调至200 ℃，面火180 ℃，再烘烤2～3 min即可出炉。待饼干达到室温后分别测定营养组分、淀粉体外水解和质构特性。

1.2.2 主要营养组分的测定

总淀粉、直链淀粉和β-葡聚糖含量：分别利用Megazyme公司的试剂盒测定。

蛋白质含量：采用凯氏定氮法(Leco FP-428,USA)测定。

氮含量=[(Vs-Vb)×N× 14.01/M]× 100%

Vs指滴定样品时所加的盐酸(mL)；Vb指滴定空白试剂时所需盐酸(mL)；N指标准HCL的当量浓度(mol·L-1)；14.01是氮的相对原子量(g·mol-1)；M指样品质量(g)。

蛋白质含量= 氮含量×5.83(大麦的蛋白转换因子)

微量元素含量：微量元素Cu、Mn及Zn含量采用ICP-AES方法测定，先用HNO3和H2O2消化，再通过等离子体发射光谱仪(ICP-AES)测定，用Cu、Mn、Zn的标准品建立标准曲线，以小麦粉(08503b)作为对照，计算Cu、Mn和Zn的含量。

1.2.3 淀粉体外水解特性测定

参考Englyst等[8]的方法。

新鲜酶液的制备(现配现用)：0.9 g胰酵素溶解到8 mL的ddH2O中，在振荡器上溶解、混匀，30 000 r·min-1离心10 min；取上清液5.4 mL，加入0.8 mL稀释的淀粉葡萄糖苷酶[0.64 mL的淀粉葡萄糖苷酶(3 300 U·mL-1)，用ddH2O稀释到0.8 mL]，再加入0.5 mL的ddH2O混匀。

淀粉水解过程：取100 mg的样品(全麦粉、面粉和全麦粉饼干、面粉饼干)于50 mL的圆底离心管中，放入10颗直径5 mm的玻璃珠；加入2 mL 0.05 M的HCl和10 mg的胃蛋白酶，37 ℃水浴震荡30 min；加入4 mL 0.5 M(pH 5.2)的醋酸钠缓冲液，震荡1 min；加入1 mL新鲜酶液，37 ℃水浴震荡培养并开始计时；分别在0 min、1 min、10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min、180 min、240 min时取0.1 mL反应液，加入50%的乙醇溶液1.0 mL，3 000 r·min-1离心10 min；取上清液10 μL，加入150 μL的葡萄糖氧化酶过氧化氢酶(GOPOD)溶液，40 ℃水浴20 min，同时取10 μL 0.5 M(pH 5.2)的醋酸钠缓冲液，加入150 μL的GOPOD溶液作为空白对照，取10 μL标准葡萄糖溶液(1.0 mg·mL-1)，加入150 μL GOPOD溶液作为反应对照；水浴结束后在多功能读数仪上510 nm下测定吸光光度值。水解淀粉的含量按以下公式计算：

水解淀粉(%) =ΔA×F× 77 × 9/W

ΔA:样品吸光值；F:10/(10 μg葡萄糖吸光值)；W:样品干重(mg)；77:体积换算系数；9:葡萄糖和淀粉的换算系数。

根据Goni等[9]的研究，淀粉水解曲线遵循一级反应方程式C=C∞(1-e-kt)。其中，C为时间t时对应的降解的淀粉，C∞是淀粉水解240 min后的平衡浓度，k为一级反应动力常数。水解曲线下的面积(Area under curve，AUC)=C∞(tf-t0)-(C∞/k)[1-exp[-k(tf-t0)]]。Tf为最终的反应时间(240 min)；T0为反应初始时间(0 min)。当样品的水解曲线面积确定后，通过与新鲜的白面包的水解曲线面积相比，即可得到淀粉水解指数(HI)；根据Goni等[9]的方法计算各样品的血糖生成指数(GI)：GI=39.71+0.549×HI。

根据不同时间水解淀粉的量，可以将水解淀粉分成4类：1 min内水解的淀粉为非常快速消化淀粉(very rapidly digestible starch，VRDS)，20 min内消化的淀粉为快速消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)，20 min到120 min之间消化的淀粉为慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)，120 min没有消化的淀粉为抗性淀粉(resistant starch，RS)。

1.2.4 饼干质构特性分析

采用质构仪(TA.XT Plus; Stable Microsystem,Surrey,UK)对饼干质构特性进行分析。选取HDP/CFS球形探头，设置“return to star”的循环模式，负载值5 g，测试距离10 mm。测试前、测试中和测试后速度分别为1、1和10 mm·s-1。数据获取速率为500 pps，每份材料测试10 块饼干并取其平均值。

1.3 数据处理

利用SPSS对数据进行方差分析，使用最小显著差异法和T检验进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 青稞全麦粉和面粉营养组分比较

10份青稞材料全麦粉的不同组分含量差异较大(表2)，其中直链淀粉含量变化范围为19.53%～26.27%；总淀粉含量变化范围为58.56%～71.10%，平均64.50%，极显著低于面粉(70.18%)；β-葡聚糖在全麦粉中的含量为4.00%～5.75%，平均5.09%，极显著的高于面粉(3.41%)，增加了49.27%；全麦粉的蛋白质含量平均为12.00%(变化范围9.46%～14.53%)，极显著的高于面粉的10.11%(变化范围7.32%～12.85%)，增加了18.69%；而微量元素Cu、Mn和Zn含量在全麦粉中平均分别是6.17 μg·g-1、14.12 μg·g-1和24.89 μg·g-1，均高于面粉中的含量(4.72 μg·g-1、13.84 μg·g-1和20.40 μg·g-1)，分别增加了30.72%、2.02%和22.01%，且品种间差异较大。10 份青稞材料的麸皮中，β-葡聚糖含量平均7.07%(5.80%～8.74%)，蛋白质含量平均13.43%(10.33%～16.06%)，微量元素Cu、Mn和Zn分别是7.12 μg·g-1(5.21～9.58 μg·g-1)、16.48 μg·g-1(11.97～20.31 μg·g-1)和42.31 μg·g-1(26.15～85.32 μg·g-1)，均高于在全麦粉和面粉中的含量(表2)。

综上可知，β-葡聚糖、蛋白质和微量元素含量均呈现麸皮>全麦粉>面粉的趋势，且β-葡聚糖含量在麸皮(7.07%)、全麦粉(5.09%)和面粉(3.41%)中差异显著；面粉的蛋白质含量显著低于全麦粉和麸皮；总淀粉在面粉中的含量极显著高于全麦粉；微量元素Cu在面粉中的含量显著低于麸皮、全麦粉，面粉中Mn元素含量显著低于麸皮；Zn在大麦中的含量明显高于Cu和Mn元素，在麸皮、全麦粉与面粉间差异均显著(表2)。

表2 青稞全麦粉和面粉主要组分比较Table 2 Comparison of main components between WC and FC

F:面粉; W:全麦粉; B:麸皮; **:F与W间差异在0.01水平显著(t检验)；同列数据后不同字母代表在0.05水平差异显著(LSD法)；变化幅度仅就W和F而言，变化幅度=(W-F)/F×100%。表4同。

F:Flour; W:Wholegrain flour; B:Bran; **:Significant difference at 0.01 level between F and W(t-test).Different letters following data in same column represent significant difference at 0.05 level(LSD); Range analysis carried out only between W and F,Range =(W-F)/F×100%.The same in table 4.

2.2 全麦粉饼干和面粉饼干营养组分的比较

由表3可知，10份青稞全麦粉饼干中，总淀粉平均为41.87%(37.75%～47.40%)，显著低于面粉饼干的45.54%(42.13%～51.40%)；β-葡聚糖、蛋白质、Cu、Mn和Zn的含量分别是3.75%(2.46%～4.59%)、8.11%(6.43%～10.10%)、4.63 μg·g-1(3.77～6.25 μg·g-1)、9.12 μg·g-1(7.09～11.51 μg·g-1)和20.50 μg·g-1(13.39～29.38 μg·g-1)，面粉饼干中相应成分的含量依次为2.43%(1.94%～3.56%)、7.44%(5.49%～9.57%)、3.85 μg·g-1(2.61～4.97 μg·g-1)、8.85 μg·g-1(6.05～11.39 μg·g-1)和14.41 μg·g-1(9.00～20.88 μg·g-1)，全麦粉较面粉各指标依次提高54.32%、9.01%、20.26%、3.05%和42.26%，且差异显著(蛋白质和Mn含量除外)。全麦粉饼干和面粉饼干之间营养组分差异的趋势与原材料间的差异趋势一致，即除了总淀粉含量呈现面粉饼干>全麦粉饼干，其他组分均表现为全麦粉饼干>面粉饼干的趋势。

2.3 全麦粉和面粉的淀粉体外水解特性比较

对10份青稞全麦粉和面粉进行淀粉体外水解特性测定，结果(表4)显示，全麦粉最终淀粉水解率(C∞)平均58.91%，且不同材料间差异较大(53.50%～65.50%)，极显著的低于面粉C∞(66.07%)(P<0.01)，其分布范围为61.80%～69.90%。就淀粉水解达到平台期需要的时间而言，全麦粉(105 min)比面粉(75 min)极显著长。VRDS和RDS在全麦粉中分别是16.11%(13.90%～18.50%)和35.65%(31.30%～40.40%)，极显著的低于面粉的25.39%(22.7%～31.83%)和49.14%(45.30%～52.42%)。SDS在10份青稞全麦粉中平均23.22%(21.30%～24.90%)，极显著高于面粉的17.06%(15.40%～18.10%)。抗性淀粉RS在全麦粉和面粉中分别是5.64%(0.49%～8.84%)和3.98%(0.98%～8.64%)。以白面包为对照，10份青稞全麦粉的水解指数(HI)和血糖指数(GI)分布在84.72%～99.08%(平均92.27%)和86.22～94.11(平均90.37)范围内，面粉中的HI和GI的分布范围为98.99%～111.9%(平均105.92%)和94.06～101.15(平均97.85)，全麦粉的HI和GI极显著低于面粉的HI和GI。

表3 青稞全麦粉饼干和面粉饼干主要组分比较Table 3 Comparison of main components in the cookies between WC and FC

FC:面粉饼干; WC:全麦粉饼干; **:P<0.01; *:P<0.05; 变化幅度=(WC-FC)/FC×100%。表5同。

FC:Flour cookie; WC:Wholegrain flour cookie; **:P<0.01; *:P<0.05;Variation=(WC-FC)/FC×100%.The same in table 5.

2.4 青稞全麦粉饼干和面粉饼干的淀粉体外水解特性分析

由表5可知，全麦粉饼干和面粉饼干的淀粉体外水解特征与全麦粉和面粉基本一致。全麦粉饼干的C∞为39.37%(37.40%～42.40%)，极显著低于面粉饼干的44.55%(42.30%～47.80%)；VRDS、RDS、SDS、RS在全麦粉饼干和面粉饼干中的分布依次为19.70%～23.80%(平均21.81%)和26.50%～30.50%(平均27.93%)、30.50%～34.30%(平均32.66%)和36.60%～40.30%(平均38.28%)、4.90%～7.90%(平均6.73%)和4.70%～7.30%(平均6.07%)、0.10%～8.80%(平均2.48%)和0.15%～3.80%(平均1.19%)，全麦粉饼干的VRDS和RDS极显著低于面粉饼干。以白面包为对照，10份青稞全麦粉饼干的水解指数(HI)和血糖指数(GI)分别分布在62.50%～70.30%(平均65.83%)和74.04～78.30(平均75.85)间；面粉饼干的HI和GI分别在71.10%～80.10%(平均75.04%)、78.70～83.70(平均80.91)间，全麦粉饼干的HI和GI均极显著低于面粉饼干。

表4 青稞全麦粉和面粉的淀粉体外水解比较Table 4 Comparison of in vitro starch hydrolysis between WC and FC

表5 青稞全麦粉饼干和面粉饼干的淀粉体外水解性状比较Table 5 Comparison of in vitro starch hydrolysis in the cookies between WC and FC

2.5 全麦粉饼干与面粉饼干之间质构差异分析

10份全麦粉饼干和面粉饼干的质构特性如图1。全麦粉饼干的硬度分布范围为881.9～1 340.96 g，平均1 096.88 g；脆性分布范围为601.2 g·s-1～876.13 g·s-1，平均751.15 g·s-1；咀嚼性分布范围为722.6～1 614.08 g·s-1，平均987.29 g·s-1。面粉饼干的硬度分布范围为720.65～1 227.82 g，平均值947.21 g；脆性在 484.67～813.98 g·s-1范围内变化，平均683.74 g·s-1；咀嚼性的变化范围是564.35～944.78 g·s-1，平均724.76 g·s-1。面粉饼干的脆性、硬度和咀嚼性均不同程度低于全麦粉饼干。

**:P<0.01; *:P<0.05

3 讨 论

在本研究中，青稞全麦粉的蛋白质、β-葡聚糖以及微量元素Cu、Mn和Zn含量均高于面粉，总淀粉含量则面粉中高于全麦粉，说明无论是原材料还是饼干，全麦粉具有更高的营养价值。Sullivan等[10]研究显示，与去皮的大麦相比，大麦全麦粉中有较高的总膳食纤维、β-葡聚糖、蛋白质含量和较低的总淀粉。陶海根[11]通过对全麦粉和不同等级小麦粉的营养价值比较，提出全麦粉生产的必要性。

青稞淀粉体外水解显示，在开始水解前20 min，全麦粉/全麦粉饼干的水解明显比面粉/面粉饼干慢，且水解产生了较高的SDS和RS，从而产生较低的血糖指数，造成该现象的原因是青稞全麦粉中含有大量可溶性膳食纤维(特别是β-葡聚糖)，可以降低水解酶的活性从而延缓淀粉水解的速率和降解程度[12-19]。 Izydorczyk等[20]分别测定了小麦面条与添加了高纤维含量大麦粉面条的淀粉体外水解状况，发现水解时间差异较大，且添加了大麦粉的面条GI明显地降低。这是因为可溶性纤维通过吸收大量的水分，增加反应液的浓度，降低了淀粉酶的活性，最终明显降低对面条或面包的水解速度[19,21-22]，与本研究结果一致。除了纤维素类物质(β-葡聚糖)，蛋白质和脂类物质的存在也会通过减弱α-淀粉酶的活性对淀粉起到保护作用，从而影响淀粉的水解[23-24]。

Dexter等[25]把富含纤维的大麦添加到硬粒小麦面粉中，得到了富含膳食纤维和β-葡聚糖且令人满意的意大利面条；但大量添加大麦会引起感官和口感变差。孙元琳等[26]发现，黑小麦全麦粉馒头色泽略深、黏性和硬度大、回复性较弱，感官评分低于80分，不适合单独用来制作馒头。Choi等[27]发现，大麦添加量 >20%时，面包硬度明显增加[28-29]。实际上，大麦食品的品质受材料、加工方法以及各组分等的相互影响，如Izydorczyk等[20]发现，添加大麦纤维含量会增加新鲜黄碱面条的硬度，但是会降低干白盐面条的硬度和咀嚼性。本研究成功的制作了100%的青稞全麦饼干(面粉饼干)，其质构分析结果显示，全麦粉饼干的硬度、脆性和咀嚼性均大于面粉饼干，表现出独特的口感。

本研究首次报道青稞全麦粉与面粉间的品质差异，为青稞全麦饮食提供了参考依据。