超微粉碎对苦荞面条品质特性的影响

程佳钰，高 利，汤晓智*

（南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心， 江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023）

面条是东亚地区常见的、深受广大消费群体喜爱的传统食品。然而，市售传统面条的原材料主要为小麦粉，营养结构不均衡，且无法被患有乳糜泻等代谢疾病的消费者所食用。随着人们健康意识的提高，绿色健康、营养方便的新型面食产品已成为市场的需求导向。杂粮因其口味独特、功能性因子丰富等特点，逐渐被研究人员广泛应用到新型面条的研发中[1-2]。中国是苦荞麦的主产国和原产地之一，由于苦荞麦缺乏谷蛋白-醇溶蛋白复合物，所以是乳糜泻患者的理想膳食选择。另外，苦荞麦不饱和脂肪酸占比较高[3]，氨基酸种类较为全面[4]，黄酮等生物活性物质含量也远高于其他一般粮 食作物，是“21世纪的作物明星”[5]。大量研究证明，苦荞麦黄酮在抗氧化、抗“三高”、抗癌症等方面具有一定功效[6-9]，适合用于开发以相关慢性疾病患者为主要受众的功能性食品，例如苦荞麦面条[10]、苦荞麦饮品[11-12]、苦荞麦醋[13]等。

然而，由于杂粮粉不含面筋蛋白，较难形成类似小麦面团高强度的蛋白网络结构，过高的添加量会导致面团的可塑性和稳定性下降，进而影响杂粮面条的质构和口感，目前，较难获得兼具高含量和高品质的杂粮面条[14]。 磨粉是面条加工制作链中的关键性步骤之一，对面粉的粉质特性及其相关制品的最终品质存在较大影响。超微粉碎技术在保证被粉碎颗粒粒径小、均匀度高的前提下，还具备操作快速、污染少、资源利用率高等优势[15]。 关二旗等[16]的研究结果表明，利用气流粉碎机制备的超微小麦粉的吸水量、面团稳定性均得到显著提升，进而改善了面团的加工特性及其面制品的品质。此外，超微粉碎技术还能够优化食物口感，促进食品中活性物质溶出，提高原料的消化利用效率[17]。研究证明，超微粉中的可溶性膳食纤维和总酚、总黄酮等功能性成分的含量显著高于普通粗制粉，并且在一定范围内与粒径呈负相关性[18]。

综合以上因素，本课题组尝试利用超微粉碎技术处理苦荞麦籽粒，得到不同粒径的超微苦荞麦粉，并以其制备全苦荞麦面条，考察超微粉碎对苦荞麦粉的理化特性、面团的流变特性以及全苦荞麦面条的品质特性的影响，以期能够达到更好利用和开发苦荞麦资源、促进苦荞麦食品多元化的目的，同时提高面条的营养价值和食用品质，推动传统面食产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苦荞麦籽粒（其中主要组分质量分数（均以干质量计）分别为蛋白质10.5%、粗脂肪2.9%、淀粉73.0%和总黄酮2.7%） 四川环态生物科技股份有限公司。所用实验室常规化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

J-50气流粉碎机 意大利Tecnologia Meccanica 公司；超速离心粉碎仪 德国Restsch公司；S3500 激光粒度分析仪 美国Microtrac公司；搅拦机 中国新麦有限公司；HR2356/31自动面条机 飞利浦（中国）投资有限公司；Anton Paar MCR 302动态流变仪 奥地利安东帕公司；Mixolab混合实验仪 法国Chopin Technologies公司；TA-ΧT2i质构分析仪 英国Stable Micro Systems公司；TM-3000扫描电子显微镜 日本Hitachi公司；CM-5色度仪 日本柯尼卡-美能达公司。

1.3 方法

1.3.1 苦荞麦超微粉的制备

首先利用离心粉碎仪研磨全苦荞麦籽粒，过0.5 mm筛，制得普通苦荞麦粉，记作TB；再利用气流粉碎机对普通苦荞麦粉进行超微处理，通过改变转速（145、200 r/min和250 r/min）制得3 种粒径不同的超微苦荞麦粉，分别记作TB1、TB2、TB3。

1.3.2 粒度测定

在湿法模式下，利用激光粒度分析仪测定普通苦荞麦粉和3 种超微苦荞麦粉的粒度分布。

1.3.3 糊化特性测定

将3.5 g样品与25.0 mL蒸馏水加入快速黏度分析（rapid viscosity analysis，RVA）实验专用铝盒中，充分混合。RVA温度程序设置为：50 ℃保持1 min，然后匀速升温至95 ℃，保持2.5 min，最后以相同速率降温至初始温度，保持1 min。通过配套软件对采集到的数据进行分析处理，最终得到糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、回生值（最终黏度与谷值黏度之差）和崩解值（峰值黏度与谷值黏度之差）。

1.3.4 破损淀粉质量分数测定参照GB/T 9826—2008《粮油检验 小麦粉破损淀粉测定α-淀粉酶法》测定样品中的破损淀粉质量分数。

1.3.5 色度测定使用色度仪测定样品亮度（L*值）、红度（a*值）和黄度（b*值）。实验重复3 次，结果取平均值。

1.3.6 面团热机械学特性测定

参照王凤等[19]的方法，稍作修改，利用Mixolab混合实验仪研究苦荞麦面团的热机械学特性。以最佳稠度最大扭矩（C1＝1.1 Nm）为标准，向搅拦机中加入适量的水和苦荞麦粉，搅拦制得90 g面团。实验设置如下：30 ℃保温8min，再以4 ℃/min升温至90 ℃，保温8 min，然后以4 ℃/min降温至50 ℃，在80 r/min搅拦速率下测定面团热机械学特性。根据实验曲线可获得面团吸水率、面团形成时间、面团稳定时间、峰值扭矩、回生值和稳定性。每个样品进行3 次重复实验。

1.3.7 面团流变学特性测定

采用流变仪测定苦荞麦面团的流变学特性。利用Mixolab混合实验仪制备面团，取出后用保鲜膜包裹，室温条件下放置15 min，切取一小块置于操作平台上，降下平板，平板间距2 mm，刮去边缘多出部分，用矿物质油密封。实验测试温度25 ℃、应变0.5%、频率范围0.1～20 Hz。检测苦荞麦面团样品的储存模量（G′）、损耗模量（G”）和损耗因子（tanδ）在测试频率范围内的波动变化。

1.3.8 扫描电子显微镜观察面团微观结构

将面团用戊二醛固定，再用磷酸缓冲液冲洗，最后用不同体积分数乙醇溶液进行梯度洗脱。经冷冻干燥处理后对苦荞麦面团喷金，使其具备导电性，置于扫描电子显微镜下进行观察，放大500 倍。

1.3.9 全苦荞麦面条的制备

取一定量超微苦荞麦粉，加入面粉质量2%的海藻酸钠、一定量蒸馏水缓慢倒入自动面条机中，充分混和后挤出面条。

1.3.10 面条蒸煮特性测定

根据美国谷物化学师协会标准方法（2000），将苦荞麦面条切为长度15 cm，取15 g放入450 mL沸水中，每隔一段时间用玻璃板挤压面条，直至白芯消失，记录最佳蒸煮时间。重复上述步骤，于最佳蒸煮时间捞出苦荞麦面条，淋洗、沥水，记录断条率；称取面条湿质量计算吸水率。将面汤转移到容器中，于105 ℃烘箱中干燥至恒质量，计算面条蒸煮损失率。

1.3.11 面条质构特性测定

将煮熟的苦荞麦面条样品以相同间距排列开，平铺于实验台上，采用质构分析仪进行质构特性测试。测试参数设置如下：探头P/36R、测试前速率5.00 mm/s、测试速率2.00 mm/s、测试后速率2.00 mm/s、形变量75%、触发力5.0 g、间隔时间5 s。每个样品测定重复6 次。

1.4 数据统计与分析

实验所得结果均表示为平均值±标准差。采用Origin 8.0和SPSS 18.0软件对数据进行统计分析，用邓肯多重范围检验法进行差异显著性分析（置信水平为95%）。

2 结果与分析

2.1 超微粉碎对苦荞麦粉性质的影响

2.1.1 粒度与破损淀粉质量分数

超微粉碎技术一般是将物料粉碎至粒径（D50）为10～25 μm范围内[20]。由表1可知，TB1组D50略超出上述粒径范围，TB2和TB3组D50均在此范围内。与普通苦荞麦粉相比，超微苦荞麦粉的平均粒径显著较小 （P＜0.05），粒度分布更窄。

表1 超微粉碎对苦荞麦粉粒度分布和破损淀粉质量分数的影响Table 1 Effect of ultrafine grinding on the particle size distribution and damaged starch content of tartary buckwheat flour

由表1可知，苦荞麦粉的粒径越小，其破损淀粉质量分数越高。这是因为在超微粉碎过程中，为制备出更小粒径的面粉，苦荞麦粉颗粒需要暴露在更加密集、强烈的机械冲击以及热量下，使得淀粉受损程度增加。目前，关于破损淀粉对面粉粉质、面条品质特性等相关方面的研究较多。有研究表明，在一定范围内，破损淀粉含量的增加能够提高面团内部网络结构的强度和稳定性，从而增强面条的韧性，优化其口感；但过量的破损淀粉则会导致面团在形成过程中结构松散，降低面制品的硬度以及适口度[21-22]。

2.1.2 糊化特性

淀粉的糊化是谷物类食品应用的基础，糊化性质对食品品质有直接影响[22-23]，RVA结果是衡量和预测面制品蒸煮和食用品质的关键和公认性指标。由表2可知，普通苦荞麦粉和3 种超微苦荞面粉的糊化温度没有显著差异（P＞0.05），表明糊化温度与超微粉碎处理与否和苦荞麦颗粒粒径无显著相关性。随着粒径的减小，苦荞麦粉的峰值黏度、谷值黏度和最终黏度均显著上升 （P＜0.05），这与彭国泰[24]的研究结果相似。黏度的升高可能与破损淀粉质量分数、颗粒吸水膨润率和淀粉颗粒位阻的增大有关。其中，峰值黏度反映了糊化升温过程中淀粉颗粒的溶胀程度[25]。谷值黏度的上升意味着更低的蒸煮损失率和更好的食用品质[26]。另一方面，超微粉碎技术的应用使苦荞麦粉的崩解值下降，崩解值是峰值黏度与谷值黏度之差，崩解值的下降表明热糊稳定性的提高，但随着超微苦荞麦粉粒径的减小，崩解值呈逐渐上升趋势。回生值反映淀粉的老化程度及其所形成的凝胶强度，随苦荞麦粉粒径的减小呈现先上升后略有下降的变化趋势。这说明适度的小粒径面粉更容易 回生[27]，由于苦荞麦粉中面筋蛋白含量很低，难以形成强韧的网络结构，较高的回生值可能有利于其快速凝胶化， 进而对面条的品质产生一定的积极作用。上述糊化特性趋势与相关结论与Kim等[28]关于粒度分布对大米-玉米蛋白复合面条影响的研究结论具有一致性。

表2 超微粉碎对苦荞麦粉糊化特性的影响Table 2 Effect of ultrafine grinding on the pasting properties of tartary buckwheat flour

2.1.3 色度

由图1可知，随着苦荞麦粉粒径的减小，苦荞麦粉L*值由72.20升高至77.48，a*和b*值分别由2.92、17.58降低至2.56、17.22（P＜0.05）。这与Niu Meng等[29]研究发现小麦粉L*值与面粉颗粒直径呈负相关的结论一致。其原因可能是超微粉的粒径越小，面粉在粉碎过程中所受到的机械破坏力和高温伤害越大，最终使苦荞麦粉中的色素发生部分降解，L*值增加。一般情况下，面粉L*值越高，受消费者青睐的程度越高[30]。

图1 超微粉碎对苦荞麦粉色度的影响Fig.1 Effect of ultrafine grinding on the color of tartary buckwheat flour

2.2 超微粉碎对苦荞麦面团性质的影响

2.2.1 热机械学特性

由表3可知，超微苦荞麦粉粒径的减小导致面团吸水率下降、面团形成时间缩短、面团稳定时间延长及稳定性能提高（P＜0.05）。面团稳定时间主要用于表示面团形成时对机械搅拦的耐受能力，面团稳定时间越长，说明面团强度越高。随着苦荞麦粉粒径的减小，面粉破损淀粉质量分数的升高（表1），而破损淀粉能够在面团网络中起到黏结剂作用，使得网络结构变得致密均匀，面团强度增大，从而降低苦荞麦面团达到最佳稠度最大扭矩（C1）时所需的加水量（即吸水率），同时缩短面团形成时间，并延长面团稳定时间。此外，苦荞麦粉经超微粉碎后，粒径下降，也导致峰值扭矩（C3）和回生值（C5-C4）显著增加（P＜0.05），这与Zhu Fan等[31]的研究结果相同。

表3 超微粉碎对苦荞麦面团热机械学特性的影响Table 3 Effect of ultrafine grinding on the thermomechanical properties of tartary buckwheat dough

Mixolab曲线中共有C1～C5 5 个扭矩特征参数。C3为苦荞麦面团在加热及搅拦作用下其因淀粉糊化而达到的峰值扭矩值。C4～C5阶段为老化阶段；C4为苦荞麦面团在内源性酶和搅拦作用下主要因淀粉液化而获得的最低扭矩值；C5表示由于温度下降，部分淀粉晶体重归有序结构后的扭矩值。由于设定温度、降温速率、搅拦条件等参数不一致，此处回生值（C5-C4）和糊化特性中回生值可能不完全具有一致性。峰值扭矩反映淀粉的糊化程度，回生值反映面团的回生程度。峰值扭矩的增加可能是因为超微粉碎时，蛋白质由于较强的机械剪切作用而发生一定程度的变性，对水分的竞争结合能力下降，同时，破损淀粉含量升高，充分吸水溶胀，使样品的糊化程度增大。Cai Jingwen等[32]的研究表明，回生值的增加可能是由超微粉碎处理使直链淀粉含量上升所导致的。苦荞麦面团回生值的增加表明由其制备的面制品老化速率加快，蒸煮后易回生，这可能会对苦荞麦食品的最终品质以及货架期造成影响。上述结果与苦荞麦粉糊化特性分析结果基本一致，即苦荞麦粉粒径的降低会导致其糊化程度及回生程度的升高。

2.2.2 流变学特性

流变学特性是评价食品原料物化性质的重要指标。G′和G”随频率的变化能够反映苦荞麦面团的黏弹性特征。由图2A、B可知，在任一相同频率条件下，所有面团样品的G′都远大于G”，表明该苦荞麦面团呈三维网络状结构，属于稳定性较高的高弹性固体。随着扫描频率的增加，面团的G′和G”（即弹性和黏性）随之增大。随着苦荞麦粉粒径的减小，苦荞麦面团的G′和G”的逐步增大，这说明粒径的减小有利于面团黏弹性的提升。这可能与破损淀粉黏结作用和纤维、淀粉等组分间相互结合作用的增强有关[33]。

图2 超微粉碎对苦荞麦面团流变学特性的影响Fig.2 Effect of ultrafine grinding on the rheological properties of tartary buckwheat dough

tanδ能够反映面团的综合黏弹性，tanδ小代表刚性面团，tanδ大则代表黏性面团[34]。由图2C可知，各苦荞麦面团样品的tanδ均随频率的增加而呈现先减小后增加的趋势，且均小于1，表明苦荞麦面团弹性占主导地位，具有类似于凝胶的性质[35]。此外，与超微苦荞麦粉相比，普通苦荞麦粉的tanδ更高，表明普通苦荞麦粉具有更多的黏性组分和更少的弹性组分。

2.2.3 微观结构

面团的内部结构状态极大地决定了面制品的品质[36]。 由图3可知，普通苦荞麦面团中的淀粉颗粒较为完整，但内部的裂隙也较多较大，这可能是因为苦荞麦中的 膳食纤维含量高，破损淀粉含量低，致使其面团结构松散，出现大量孔洞。而经超微粉碎处理后，超微苦荞麦粉粒径减小，破损淀粉含量增加，面团中的孔隙率下降，淀粉颗粒粒径趋于均匀，面团结构得到有效改善。黄晟等[37]研究发现，超微粉碎技术的应用以及粒径的减小会增加麦麸可溶性膳食纤维的含量，进而提高纤维与其他组分的相容性，降低纤维在面团形成过程中的空间阻碍作用。另一方面，面粉中破损淀粉含量增加，吸水溶胀程度增强，在面团网络架构中发挥黏结剂作用，进一步促进了各组分的紧密结合，使得面团微观结构的连续性与均匀性上升，有利于后续的加工利用[35]。

图3 普通面团和超微苦荞麦粉制备面团的扫描电子显微镜图（×500）Fig.3 Scanning electron microscopic images of doughs made from ordinary and ultrafine tartary buckwheat flours (× 500)

2.3 超微粉碎对苦荞麦面条性质的影响

2.3.1 蒸煮特性

面条的吸水率、蒸煮损失率等指标能够客观地反映其蒸煮品质[38]。较短的最佳蒸煮时间、较低的断条率和蒸煮损失率与适度的吸水率是面条优良品质的直观表现。由表4可知，与普通苦荞麦面条相比，苦荞麦超微粉制备面条的最佳蒸煮时间、吸水率、蒸煮损失率以及断条率均显著下降（P＜0.05），TB3组面条的最佳蒸煮时间、蒸煮损失率和断条率较普通苦荞麦面条分别减少了54.5%、45.6%和72.7%。上述4 项指标均随苦荞麦粉粒径的减小而下降。表明超微粉碎处理对苦荞麦面条的蒸煮特性具有显著改善作用。苦荞麦面条吸水率结果与其面团吸水率结果一致，由于破损淀粉在食品基质中发挥着黏结剂作用，促进超微苦荞麦面团形成致密均匀的结构，导致面制品吸水率下降，从而使得苦荞麦面条能够更快速的被煮至最佳状态。此外，超微粉碎工艺可能还会破坏面团的结晶结构，导致苦荞麦面条蒸煮时间缩短。超微粉碎处理改善了苦荞麦粉的糊化特性（表2），使得面粉谷值黏度和回生值升高，前者与蒸煮损失率呈负相关，后者与凝胶强度呈正相关。破损淀粉的存在加强了淀粉、蛋白质、纤维等组分的相容性，强化了面条的结构强度，使面条变得更加有韧劲，因此断条率显著下降（P＜0.05）。此外，破损淀粉的黏聚作用以及面团的致密结构也限制了淀粉等组分在蒸煮过程中溶出，进而减小混汤程度，降低了苦荞麦面条的蒸煮损失率。据报道，优质面食的蒸煮损失率应低于12%[2]，所以，超微粉制备的苦荞麦面条符合优质面食的要求。

表4 超微粉碎对苦荞麦面条蒸煮特性的影响Table 4 Effect of ultrafine grinding on the cooking characteristics of tartary buckwheat noodles

2.3.2 质构特性

质构是评估面条食用品质的重要参数。硬度反映食品保持形状的内部结合力；咀嚼性和胶着度与硬度、弹性等特性有关，分别为将固体食物、半固体食物咀嚼至可吞咽状态时所需做的功；黏附性指食品表面与牙、舌、口腔黏附时，为将其剥离开所需要用的力。由表5可知，与普通苦荞麦面条相比，除黏附性下降之外，超微苦荞麦粉制备面条的硬度、弹性、胶着度、咀嚼性、回复性均显著增加（P＜0.05），该结果与Niu Meng等[29]的研究结果一致。随着苦荞麦粉粒径的下降，面条的硬度、弹性、胶着度、回复性和咀嚼度不断增加，黏附性逐步降低。与TB组相比，TB3组面条的咀嚼性由238.89 g增加至897.27 g，增加了275.60%，其余质构参数（除黏附性外）增加程度也均超过30%，表明苦荞麦面条的质构特性与超微处理以及面粉粒径有显著相关性。超微粉粒径小、均匀度高的特点有助于面团致密网状结构的形成，且粒径越小，破损淀粉含量越高，黏结作用越强，纤维、蛋白质、淀粉等组分间结合程度加强，面团结构愈发均匀致密，从而促使苦荞麦面条硬度提升。相关研究报道显示，超微粉碎处理会引起面粉中直链淀粉含量增加，回生值升高，而这对于无麸质面条凝胶强度的增强、质构特性的改善有一定的积极作用[32]。此外，结合流变学特性（图2）和热机械学特性（表3）分析可知，超微粉碎使破损淀粉含量上升，而破损淀粉大量吸水溶胀，颗粒间位阻力增强，黏度上升，并在面团网络结构中起到黏结、稳定的作用，使得面团强度增加，面团黏弹性与稳定性得到进一步加强，进而优化了苦荞麦面条的弹性、咀嚼性、回复性等质构特性。

表5 超微粉碎对苦荞麦面条质构特性的影响Table 5 Effect of ultrafine grinding on the texture characteristics of tartary buckwheat noodles

3 结 论

本研究结果表明，通过超微粉碎技术制备的苦荞麦粉具有粒径小、破损淀粉质量分数较高等特点。且随着粒径的减小，苦荞麦粉的破损淀粉质量分数显著增加，其黏结剂作用增强，面团黏弹性增加。超微粉碎技术的应用提升了苦荞麦粉的粉质特性，促进了面团更好、更快地成型，并提高了面团的稳定性。利用超微粉制作的全苦荞麦面条具有易熟化、蒸煮损失小、断条率低、 适口性好等优良品质特性。本实验利用超微粉碎技术对苦荞麦粉的理化性质及全苦荞麦面条的食用品质进行改良，为高品质苦荞麦面条的制备拓展了新的路径，并为高纤维无麸质面制品领域的研发提供了一定的数据支撑与理论支持。后续将从分子水平，如淀粉多尺度结构等方面进行深入研究，阐释超微粉碎技术对苦荞麦粉、苦荞麦面条品质特性的影响机制，并通过工艺参数调整、多技术联用进一步优化全苦荞麦面条品质。