不同糊化度苦荞粉理化性质和体外消化性的研究

李云龙 董桂梅 董吉林 申瑞玲

(山西农业大学，山西功能食品研究院1，太原 030031) (郑州轻工业大学食品与生物工程学院2，郑州 450001)

近年来，全谷物食品的摄入量与健康的关系备受关注。苦荞是一种重要的全谷物，在我国主要分布于云南、四川、贵州等地。近年来，苦荞食品的加工得到了极大的关注，主要集中于馒头、面条、面包等食品中。但由于苦荞中面筋蛋白含量低，面团缺乏黏弹性和延展性，使得苦荞制品中苦荞的添加量有限(20%～40%)；苦荞粉加水后其芦丁被快速水解为槲皮素和芸香糖，致使苦荞食用口感较差[1]。这些特性对苦荞的加工品质产生极大的影响，限制了苦荞在主食中的应用。

有研究表明挤压膨化可以提高苦荞的凝胶特性，改善苦荞的吸水性和糊化特性；且苦荞粉糊化度越高，形成的面团黏弹性提高，内部形成连续、均匀的结构[2]。此外，挤压膨化过程中的高温高压环境使酶失去活性，阻止了槲皮素的生成。研究表明，提高挤压温度和物料含水量可以显著影响淀粉的糊化度，而螺杆转速对淀粉的糊化度无显著影响[3]。挤压产品的糊化度是淀粉糊化和降解作用的结果，其大小会影响产品的品质[4]。Fu 等[5]研究不同糊化度玉米淀粉的结构和热力学特性，结果表明随糊化度的增大，玉米淀粉结晶度及糊化焓降低；徐芬等[6]探究不同糊化度马铃薯淀粉的黏度和凝胶特性，结果表明不同糊化度马铃薯淀粉的黏度及凝胶特性发生显著改变。但是目前国内外对不同糊化度苦荞粉的理化性质及消化性研究有限，故本实验通过挤压膨化制备不同糊化度的苦荞粉，研究了不同糊化度苦荞粉的粒径、营养成分、水合特性、以及体外模拟消化等指标，以期得到消化特性良好的苦荞粉，旨在为苦荞粉的深度利用和开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

苦荞粉(全粉、芯粉)、总淀粉测试试剂盒、α-淀粉酶溶液(3 000 U/mL)、淀粉葡萄糖苷酶(3 300 U/mL)；甲醇、乙醇等试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器

HL-100型高速多功能粉碎机，Process 11台式同向双螺杆挤出实验机，KDN103F型自动定氮仪，S3500型激光粒度分析仪，X. rite 色差计，JSM-6490LV扫描电子显微镜(SEM)，RVA4500型快速黏度测定仪。

1.3 方法

1.3.1 不同糊化度苦荞全粉与芯粉的制备

参考赵芳芳[7]方法，稍加修改，制备不同糊化度苦荞粉。分别将苦荞全粉(WF)与芯粉(CF)，在螺杆转速为200 r/min，挤压温度为135～175 ℃，含水量为26%～28%下，得到不同糊化度的苦荞全粉分别记为WF1～WF5，芯粉记为CF1～CF5。利用高速多功能粉碎机粉碎，过100目筛，备用；以未经过任何处理的苦荞全粉与芯粉为对照。

1.3.2 苦荞全粉与芯粉糊化度的测定

参考熊易强[8]方法，稍加修改。准确称取0.15 g样品2份，其中1份加15 mL 缓冲液，混合均匀，沸水浴1 h，即为全糊化样品，另1份为待测样品，向样品加入1 mL 酶液，40 ℃水浴加热30 min。取一空白试管，操作相同，作为空白对照组。加2 mL 10% ZnSO4·7H2O 和1 mL 0.5 mol/L NaOH，用水稀释至25 mL，混合均匀。准确吸取0.1 mL 溶液，加入2 mL 铜试剂，沸水浴2 min，后加入2 mL磷钼酸试剂，沸水浴2 min，加水稀释至25 mL，混合均匀，于420 nm处测吸光度值。计算公式为：

式中：A0为空白度吸光板；A1为全糊化样品吸光度；A2为待测样品吸光度。

1.3.3 不同糊化度苦荞粉基本营养成分

蛋白质含量的测定参照GB 5009.5—2016；脂肪含量测定参照GB/T 5009.6—2016；灰分含量的测定参照GB 5009.4—2016；膳食纤维的测定参照AOAC 985.29；总黄酮含量的测定：参考文献[9]，以芦丁为标品，标准曲线为：Y=0.58X+0.006 5，R2=0.999 3。

1.3.4 不同糊化度苦荞粉粒径的测定

准确称取0.6 g样品，加12 mL去离子水，超声处理30 min，混合均匀，用激光粒度分析仪在0.1～5 000 nm 范围内进行扫描，每个样品重复3次。

1.3.5 不同糊化度苦荞粉色度的测定

将样品平铺于比色皿中，用X.rite 色差计测定L*、a*和b*值。总色差ΔE公式为：

式中：ΔE为总色差；ΔL、Δa、Δb为对照组与处理组L*、a*、b*值之间的差异。

1.3.6 不同糊化度苦荞粉水合特性的测定

参照Heo[10]方法,稍加修改。准确称取0.100 g样品，加入20 mL蒸馏水，30 ℃下保温30 min，每隔5 min振荡30 s，3 000 r/min离心10 min。上清液倾倒于恒重的培养皿中，在105 ℃的烘箱中蒸发至恒重。

式中：m为样品质量；m1为干燥至恒重的上清液质量；m2为离心管中沉淀的质量。

1.3.7 不同糊化度苦荞粉糊化特性的测定

参照 GB/T 24853—2010测定样品。准确称取苦荞粉3.0 g，加入25.0 mL蒸馏水，按14%湿基计算，按程序升温：样品从50～95 ℃，保持1 min，在3 min内将至50 ℃，保持2 min。

1.3.8 不同糊化度苦荞粉消化性的测定

1.3.8.1 体外苦荞粉消化性的测定

参考Englyst[11]的方法并适当修改。称取相当于500 mg淀粉的苦荞粉，加入 10 mL 的0.2 mol/L 的醋酸钠缓冲液，于沸水浴中30 min。冷却至室温后于37 ℃ 水浴锅加热5 min，后加入1 mL α-淀粉酶和4 mL 淀粉葡萄糖苷酶，分别在0、5、10、20、30、45、60、90、120和180 min时取样0.5 mL，后加入4.5 mL 无水乙醇，4 000 r/min离心15 min，吸取上清液，用DNS法测样品中葡萄糖含量，计算样品水解率，快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量，每个样品测定3次，计算公式为：

式中：Gt为水解t时间产生的葡萄糖含量；G20为样品酶水解20 min后产生的葡萄糖含量；G120为样品酶水解120 min 后产生的葡萄糖含量；FG为酶水解前样品中葡萄糖含量；TS为总淀粉含量；m为样品质量。

1.4 数据分析

本实验重复3次，结果表示为平均值±标准差。采用 SPSS 26.0 进行数据分析，Duncan’s 多重比较检验法进行显著性分析(P<0.05)，数据绘图采用 Origin 2019。

2 结果与分析

2.1 不同糊化度苦荞粉的制备

糊化度是衡量谷物熟化的程度，高糊化度苦荞粉有利于提高面团的成型。由表1可知，全粉和芯粉的糊化度最高分别为97.65%和95.60%，说明其基本完全熟化且有可能以更大的添加比例应用到主食食品中。

表1 挤压膨化机参数设置及苦荞粉糊化度

2.2 不同糊化度苦荞粉基本成分分析

由表2可知，全粉的蛋白、膳食纤维和总黄酮含量明显高于芯粉，表明全粉具有较高的营养价值。与未糊化全粉和芯粉相比，高糊化度全粉和芯粉的蛋白质含量增加，但无显著性差异(P>0.05)；但水分、脂肪、淀粉和总黄酮含量随着糊化度的增大明显降低且存在显著差异(P<0.05)，这是因为苦荞粉在挤压膨化时，处于高温和高压的环境中，使水分受热蒸发而减少；在挤压加热中脂肪与淀粉和蛋白质形成复合物造成游离脂肪的减少[12]；淀粉充分糊化后，内部结构断裂打开，致使淀粉分解一部分流失；由于黄酮具有热不稳定性，随着糊化度的增加会导致其含量降低。

表2 不同糊化度全粉和芯粉的基本成分

2.3 不同糊化度苦荞粉色度的分析

由表3可知，与未挤压苦荞粉相比，全粉和芯粉的L*显著降低(P<0.05)，说明其亮度降低。随着糊化度的增大，全粉和芯粉的a*值先增大后降低，说明其红色变浅；全粉的b*值先增大后降低，芯粉的b*值显著降低，说明其黄色变浅；当苦荞粉糊化度达最大值时，总色差值ΔE最小。这些颜色上的差异可能与黄酮、多酚类物质有关[13]，也可能与高温下发生的美拉德反应等有关[14]。

表3 不同糊化度全粉和芯粉的色度

2.4 不同糊化度苦荞粉的粒径分析

由图1可知，挤压膨化后全粉和芯粉的粒径显著增大，这是因为挤压物料释放的瞬间，体积瞬间变大，形成疏松多孔的结构[15]，类似的变化可见于小米粉、燕麦全粉[16,17]。随着糊化度的增大，全粉和芯粉的粒径存在显著差异(P<0.05)，变化趋势为先增大后减小。当全粉糊化度为100%，芯粉糊化度为95.60%时，平均粒径最小分别为186.18 μm和207.83 μm，表明糊化度越大，大分子淀粉颗粒破碎，形成更多粒径小而不完整的淀粉颗粒。

图1 不同糊化度全粉和芯粉的粒径分布

2.5 不同糊化度苦荞粉水合特性的测定

吸水性指数和膨胀势既可反映样品的持水性能和淀粉的吸水溶胀能力，又可以反映面条的光滑程度和膨胀度[18]；水溶性指数可以反映样品在水中的溶解能力以及在面条蒸煮中的可溶性物质的损失量[19]。由表4可知，全粉的吸水性指数和膨胀势均小于芯粉，说明芯粉制作的面条光滑，口感较好。与未经挤压的苦荞粉相比，随着糊化度的增大，苦荞全粉与芯粉的吸水性指数和膨胀势均升高，水溶性指数减小，可能是因为挤压破坏淀粉的完整性，淀粉分子溶出，致使水分子通过氢键与游离羟基结合，增大了苦荞粉的吸水性指数和膨胀势[20]。

表4 不同糊化度全粉和芯粉的WAI、WSI和SP

2.6 不同糊化度苦荞粉糊化特性的分析

由表5可知，挤压膨化后全粉和芯粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值显著减小(P<0.05)，这与周星杰[21]研究结果一致。峰值黏度和谷值黏度的降低是因为糊化过程中的淀粉颗粒的完整性被破坏，淀粉由大分子物质降解为小分子物质[22]。衰减值的大小反映淀粉糊的热稳定性，全粉和芯粉糊化度越高衰减值越大，说明其热稳定性较差。回生值反映淀粉糊的稳定性及评价食品老化程度常用指标[23]。高糊化度的全粉和芯粉回生值最小，说明其淀粉糊较为稳定且制作的食品老化程度慢,保质期相对延长。

表5 不同糊化度全粉和芯粉的糊化特性

2.7 不同糊化度苦荞粉消化性的分析

从图2可知，在整个消化过程中，挤压膨化后的全粉和芯粉的淀粉水解率均高于未挤压膨化全粉和芯粉，且不同糊化度苦荞全粉和芯粉消化特性存在显著性差异(P<0.05)，随着糊化度的不断增大，全粉和芯粉的淀粉水解率也不断增大。在0～20 min内，不同糊化度苦荞粉(全粉、芯粉)水解速率增长较快，20～180 min内淀粉水解速率增长缓慢且逐渐趋于平稳，这是因为淀粉分子发生凝沉，使其内部结构得到重新排列，逐渐趋于稳定[24]。当反应时间为180 min时，高糊化度苦荞全粉和芯粉的淀粉水解率分别为80.62%、82.37%，这可能是因为高糊化度的苦荞粉被分解得更完全，淀粉分子的无定形区被快速分解，使样品中还原糖含量增加，提高淀粉消化率[25]。结果进一步证明高糊化度的全粉和芯粉更易消化吸收。

图2 不同糊化度全粉和芯粉的淀粉水解曲线

2.8 不同糊化度苦荞粉中快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉的变化

由表6可知，与未挤压膨化苦荞粉相比，随着糊化度的增大，挤压膨化后的全粉和芯粉的RDS含量显著升高(P<0.05)，SDS含量显著降低(P<0.05)，RS含量降低无显著性变化。这是因为高糊化度会导致淀粉结构完全破坏而使RDS含量升高，淀粉的糊化降解在一定程度上降低RS含量[26]。高糊化度的全粉和芯粉有较多的快消化淀粉含量，是因为较高的温度和压力将淀粉细胞壁破坏，使得淀粉与蛋白质、纤维等物质的作用减弱，增大了消化酶与样品的接触面积。

表6 不同糊化度全粉和芯粉的体外消化

3 结论

挤压膨化后高糊化度的苦荞全粉和芯粉的蛋白质和灰分含量无显著变化，水分、脂肪、淀粉和黄酮含量降低；粒径先增大后减小；水合特性增强，颜色变深；快速黏度分析结果表明高糊化度的全粉和芯粉的黏度低，但热稳定性变差，在不同的挤压条件下可以显著影响苦荞粉的营养、理化特性及糊化特性。淀粉体外消化结果表明高糊化度的全粉和芯粉有较好的消化率且易于消化吸收，挤压膨化可以提高苦荞粉的消化特性。