不同品种荞麦粉质差异及其对挤压面条品质的影响

郭子聪，曹汝鸽，仇菊

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457；2.中国农业大学营养与健康系，北京 100083）

荞麦属廖科荞麦属，是一种药食两用的作物。荞麦中富含的生物类黄酮、手性肌醇等生物活性成分使其具有抗癌、改善血糖水平、提高免疫力等功效。荞麦分为甜荞和苦荞两个食用品种[1]。其中甜荞又称普通荞麦，在我国主要分布于内蒙古、陕西、甘肃、山西、宁夏等省或自治区[2]。苦荞起源于我国西南部，世界上90%的苦荞产自我国，我国黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、陕西、甘肃、青海、四川、云南等地均有种植[3]。甜荞的果实比苦荞略大，表面也更光滑[4]。除了形态特征的差异外，苦荞的营养成分更加丰富，其中苦荞比甜荞含有的优质蛋白质更多，且苦荞中黄酮类化合物含量是甜荞的10倍左右[5]。

在荞麦加工食品中，荞麦面条作为一种保障其多种营养素及功能组分足量摄入的食品形式，是满足健康膳食消费需求的理想选择。荞麦中缺乏面筋蛋白，将荞麦粉添加到以小麦粉为主料制备的面条中时，会破坏小麦面筋蛋白网络结构形成，不利于面条成型[6]。因此，面条中荞麦粉的添加量一般低于30%，限制了荞麦营养功效的发挥[7]。采用挤压工艺制备全荞麦面条不仅能够利用荞麦淀粉网络结构促使面条成型，而且利于其营养素及功能组分的保持[8]。然而全荞麦面条存在易断条、易糊汤等煮制品质欠佳的问题。市场上常见的荞麦粉包括荞麦全粉和荞麦芯粉。荞麦芯粉由筛除荞麦麸皮的胚乳磨粉制得，粉质细腻但黄酮及膳食纤维等营养组分有所损失，而荞麦全粉则含有麸皮及胚乳，保留了荞麦全籽粒营养成分。两种原料粉的组分差异及对面条品质的影响尚不明确。甜荞及苦荞的品种差异对其粉质特性及面条品质的影响至关重要却未见报道。

基于此，本研究选取了甜荞和苦荞两个品种的荞麦，采用工业最常用的对辊式磨粉工艺及分筛制备获得全粉和芯粉，通过分析淀粉组成、粉质特性及其制备的挤压面条质构特性，对比品种及原料特性差异，探究其对面条煮制品质的影响，为全荞麦面条生产提供原料选择的科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甜荞品种为红花荞麦，于2020年陕西省定边县收获；苦荞品种为川荞2号，于2020年四川省昭觉县收获；4种荞麦粉：甜荞全粉（总淀粉含量56.25%，蛋白含量10.13%，膳食纤维含量10.12%）；甜荞芯粉（总淀粉含量75.81%，蛋白含量4.47%，膳食纤维含量3.44%）；苦荞全粉（总淀粉含量49.96%，蛋白含量8.96%，膳食纤维含量12.34%）;苦荞芯粉（总淀粉含量63.26%，蛋白含量4.27%，膳食纤维含量6.66%）。

盐酸（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；无水乙醇、氢氧化钠（均为分析纯）：天津市江天化工技术股份有限公司；破损淀粉试剂盒（K-SDAM）、抗性淀粉试剂盒（K-RSTAR）：爱尔兰Megazyme公司。

1.2 仪器与设备

双螺杆挤压机（SLG30-IV）：山东赛百诺机械有限公司；真空冷冻干燥机（ALPHA 1-2LD PLUS）：德国Marin Christ公司；扫描式电子显微镜（SU-1510）：日本日立公司；台式高速冷冻离心机（TGL-16M）：湘仪离心机仪器有限公司；水浴恒温振荡器（TS-110XS）：上海科辰实验设备有限公司；动态流变仪（MARS 60）：美国赛默飞世尔公司；激光粒度分析仪（Bettersize2600）：丹东百特仪器有限公司；X射线衍射仪（D8-ADVANCE）：德国Bruker公司；快速黏度分析仪（RVA-4）：瑞典 Perten 公司；质构分析仪（TA-XTZ：NR10QC）：中国3NH公司。

1.3 方法

1.3.1 淀粉组成测定

直链淀粉含量的测定：参照GB/T 15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》；破损淀粉含量的测定：Megazyme K-SDAM试剂盒法；抗性淀粉含量的测定：Megazyme K-RSTAR试剂盒法。

1.3.2 粒径分布的测定

粒径分布参照Coronel等[9]的方法并略作修改。采用激光粒度分析仪，取样方式为液体取样，介质为水。介质折射率为1.333，遮光率为5%～10%。结果以体积百分比（%）和平均直径（μm）表示。

1.3.3 溶解度和膨胀力的测定

甜荞和苦荞粉溶解度和膨胀度的测定参照文献[10-11]的方法略作修改。取0.5 g样品置于50 mL离心管中，加入25 mL蒸馏水，混合振荡均匀。分别放置50、60、70、80、90 ℃水浴中 30 min，每隔一段时间进行搅拌后，在4 000 r/min条件下离心20 min。下层沉淀为膨胀淀粉。将上清液于105℃鼓风干燥箱内烘干至恒重，得到可溶性淀粉。每个温度下样品的溶解度和膨胀力分别按照下式计算。

式中：m1为样品质量，g；m2为可溶性淀粉质量，g；m3为膨胀淀粉质量，g。

1.3.4 淀粉糊化特征

甜荞和苦荞粉糊化特征的测定采用快速黏度分析仪（rapid visco analyser，RVA）。参数根据Meixia等[12]的方法略作改动。取3.05 g样品和24.95 mL蒸馏水放入铝罐中，参数设置：初始温度45℃，加热至95℃，保温2.5 min，冷却至50℃，保温2.5 min。加热和冷却速率为3.8℃/min，以160 r/min搅拌样品。

1.3.5 动态流变学特征

甜荞和苦荞粉动态黏度特征采用动态流变仪进行分析。参数设定根据Meixia等[12]的方法略作修改。将RVA试验后的样品膏体放置在直径为50 mm的板上，频率扫描试验在0～90 rad/s的范围内进行，应变为0.5%，得到存储模量（G′）、损耗模量（G″）和损耗角（tanθ=G″/G′）。

1.3.6 淀粉结晶结构

采用X-射线衍射测定样品中淀粉的结晶结构。参数设定：使用铜靶管压管流，电压为40kV，电流为50mA，扫描速度为 5°/min，扫描范围为 5°～35°，步长为 0.02，步长时间为2 s。

1.3.7 挤压面条的制备

使用双螺杆挤压机制备全荞麦面条，挤压面条的制备参数：加水量为40 g/100 g，转速为15 Hz，螺杆温度为一区60℃～70℃，二区70℃～90℃，三区90℃～100℃，四区60℃～70℃。

1.3.8 扫描电镜分析

挤压后的面条样品在60℃下热风干燥处理3h。将荞麦粉和荞麦面条样品分别冻干。将面条样品掰成2cm小段，横截面的另一端黏在导电胶上。面粉样品直接均匀黏在导电胶上。将导电胶黏在样品台上进行喷金处理后，使用扫描电子显微镜进行观察拍照。电压为3kV。

1.3.9 质构特性

面条的质构特性的测定采用TA-XT2质构分析仪。将煮后面条样品剪成2 cm长，两根面条样品并列放置在测试台上进行全质构分析（texture profile analysis，TPA），每种样品测试3次。参数设定：探头为P/36R；测前速度和测后速度为2 mm/s；测试速度为2 mm/s；触发力为5 g；压缩力为75%。

1.4 数据统计

结果采用3次重复试验的平均值±标准差表示，利用SPSS 26.0软件进行数据处理，并通过Duncan法检验差异显著性，P＜0.05为显著性差异；采用origin 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 甜荞和苦荞粉粉质特性

2.1.1 荞麦粉中淀粉组成

甜荞和苦荞粉淀粉组成对比如图1所示。

图1 甜荞和苦荞粉淀粉组成对比Fig.1 Starch composition of common and Tartary buckwheat

甜荞的直链淀粉含量明显高于苦荞，其中甜荞全粉比苦荞全粉高17.88%，甜荞芯粉比苦荞芯粉高17.04%（P＜0.05）。芯粉的直链淀粉含量比全粉高，其中甜荞芯粉比全粉高8.31%，苦荞芯粉比全粉高9.08%，并且各样品的直链淀粉与支链淀粉含量的比值差异明显。有研究发现，直链淀粉含量较高更有利于淀粉凝胶化[13]。大量研究结果表明甜荞的直链淀粉含量约为 23.50%～31.41%[14-15]，苦荞约为 20.00%～28.00%[16]，与本研究测定结果一致。从淀粉组成分析，甜荞可能比苦荞在制备挤压面条时更容易成型，芯粉比全粉更容易获得良好的食用品质。

破损淀粉的含量是评价面粉质量的重要指标，破损淀粉是在磨粉过程中由于剪切和机械作用导致的淀粉损伤，使淀粉颗粒产生裂纹甚至断裂[17]。破损淀粉可以增加面粉的吸水率、膨胀力及对α-淀粉酶的敏感程度，至使淀粉更容易水解成还原糖[18]。甜荞淀粉中破损淀粉含量高于苦荞，全粉高于芯粉（P＜0.05）。破损淀粉含量受到原料磨粉方式、品种及营养组分的影响[18]。本研究中采用相同磨粉方式，因此不同品种的甜荞和苦荞的破损淀粉含量取决于不同品种的组分差异。本样品中甜荞中淀粉含量比苦荞高，而膳食纤维含量比苦荞低，可见粉体中膳食纤维含量高而淀粉含量低时原料淀粉中破损淀粉占比较低。全粉与芯粉的对比结果也是相同趋势。全粉中麸皮粗纤维与淀粉颗粒受到机械作用力，促使淀粉颗粒分解成小颗粒，使破损淀粉占比增多。

抗性淀粉是在小肠内不能被消化吸收的淀粉，可以改善肠道菌群环境，参与结肠中微生物的生长促进肠道健康[19]。全粉的抗性淀粉含量明显高于芯粉，说明荞麦籽粒中的抗性淀粉主要分布在麸皮，易消化淀粉分布于胚乳。

2.1.2 荞麦粉的粒径分布

粒径的大小和分布是粉质特性的重要指标，对荞麦粉的加工利用具有重要意义。甜荞和苦荞粉的粒径见图2。

图2 甜荞和苦荞粉的粒径大小和分布Fig.2 Particle size and distribution of common and Tartary buckwheat

如图2a所示，荞麦粉的平均粒径在60μm～70μm，除苦荞芯粉明显低于甜荞全粉以外，各组间差异并不显著（P＞0.05）。但从粒径分布结果来看（图 2b），甜荞粉的小颗粒（1 μm～10 μm）比苦荞粉中的小颗粒占比高，甜荞粉的大颗粒占比（10 μm～100 μm）低于苦荞粉。与全粉相比，芯粉的大颗粒占比更高。这可能是由于磨粉过程中甜荞粉比苦荞粉更容易受到机械力的影响，全粉中麸皮富含的膳食纤维在磨粉过程中能够打破淀粉颗粒原有的聚集行为，让淀粉更容易磨细。这与上述破损淀粉推测结果相一致。同时，苦荞芯粉在10 μm～100 μm的粒径分布范围最窄，说明苦荞芯粉中大颗粒粉体分布最均匀。尽管全粉的麸皮增加了淀粉细小颗粒的占比，但麸皮质地较硬增加了碾磨难度，对大颗粒淀粉分布的均匀性有不利影响。麸皮纤维在制粉过程中会干扰胚乳细胞间的聚合，加剧荞麦籽粒制粉过程中机械损伤，进而导致粉体颗粒均匀性降低[17]。

2.1.3 溶解度和膨胀力

在不同温度下的溶解度和膨胀度可以反映淀粉颗粒与水分子之间相互作用力的大小，是体现面粉加工品质的重要指标。甜荞和苦荞粉的溶解度和膨胀力见图3。

图3 甜荞和苦荞粉的溶解度和膨胀力Fig.3 Solubility and swelling power of common and Tartary buckwheat

如图3a所示，荞麦粉的溶解度整体上随温度的升高而升高。温度升高时，淀粉颗粒吸水，分子运动加速，分子间氢键逐渐松弛，淀粉颗粒发生溶胀[20]。同时，水分子与直链淀粉和支链淀粉的羟基相互作用，导致部分淀粉溶解[18]。甜荞和苦荞全粉的溶解度没有明显性差异，但甜荞芯粉的溶解度明显高于苦荞芯粉，在90℃时，甜荞比苦荞高 34.98%（P＜0.05）。Gao等[10]也发现甜荞淀粉颗粒具有更好的溶解能力，并且和淀粉颗粒大小相关。本研究中，甜荞粉中大颗粒的粒径占比低于苦荞粉，因此溶解度更高。在50℃～90℃加热过程中，全粉的溶解度明显高于芯粉，可能是磨粉时受全粉中麸皮的影响，淀粉颗粒破损促进了游离淀粉小颗粒的溶解。

与溶解度结果相似，膨胀力也随温度的升高而升高，但甜荞和苦荞粉间仅在80℃～90℃时芯粉的膨胀力明显高于全粉（图3b）。这说明，甜荞和苦荞的淀粉的膨胀力并没有受到直链淀粉以及其他粉质特性的影响。而全粉中麸皮会阻碍了淀粉颗粒的膨胀，并且到达糊化温度后，淀粉膨胀能力受到的限制更加明显[21]。

2.2 甜荞和苦荞淀粉糊化特性

甜荞和苦荞粉淀粉糊化特征的差异如表1所示。

表1 甜荞和苦荞粉的淀粉糊化特征Table 1 Starch gelatinization characteristics of common and Tartary buckwheat flour

由表1可知，在峰值黏度、谷值黏度以及最终黏度3个指标中，两种甜荞粉均显著高于苦荞，两个品种的芯粉均显著高于全粉（P＜0.05）。峰值黏度受到淀粉含量影响[22]，本研究的峰值黏度与上述淀粉含量结果一致。谷值黏度代表淀粉糊化冷却后形成凝胶的能力，最终黏度代表糊化冷却后形成黏性糊状物的能力[11]。甜荞比苦荞更容易凝胶化，芯粉比全粉更容易形成凝胶，黏性更强。挤压面条的制备主要依赖于淀粉糊化及老化特性，形成稳定的凝胶结构对于荞麦挤压面条煮制品质至关重要[7]。麸皮会使凝胶化淀粉的黏性减弱，干扰淀粉凝胶网络结构形成[23]。有研究发现破损淀粉有助于增加大米粉的吸水率并增加淀粉黏度[24]，甜荞的黏度更高可能是因为破损淀粉含量较高所致。

全粉和芯粉的崩解值无显著差异，但两种甜荞粉的崩解值显著高于苦荞粉（P＜0.05）。这说明，全粉并不会因为麸皮的增加而比芯粉更容易崩解，但甜荞粉远比苦荞粉容易崩解，这可能是因为甜荞粉中小颗粒粉体更多，且淀粉含量更高，淀粉更容易发生黏连，因此热稳定性较差。回生值可以反映淀粉糊化后在冷却过程中的老化回生程度[24]。甜荞芯粉的回生值显著高于苦荞芯粉，说明挤压甜荞面条经过老化过程淀粉分子结构重排形成凝胶结构的稳定性比苦荞面条强。此外，各荞麦粉的糊化温度没有显著差异，结合上述糊化特性分析，说明在相同糊化难易程度的前提下，甜荞淀粉比苦荞淀粉，芯粉比全粉可能更容易糊化获得较高的黏性。

2.3 甜荞和苦荞粉动态流变学特征

甜荞和苦荞粉动态流变学特征见图4。

图4 甜荞和苦荞粉动态流变学特征Fig.4 Dynamic rheological characteristics of common and Tartary buckwheat flour

通过进一步分析荞麦粉糊化后凝胶的弹性和黏性（图4）发现，4种荞麦粉的储存模量、损耗模量均随着频率的升高而升高，且甜荞的储存模量曲线在苦荞之上，损耗角的结果与储存模量相反，而甜荞与苦荞的损耗模量和表观黏度无明显差异。全粉和芯粉的储存模量、损耗模量、损耗角和表观黏度差异较为明显：芯粉除了损耗角低于全粉之外，其他3项指标均高于全粉。在动态流变学中，储能模量对应弹性而损耗模量对应黏性[12]。荞麦粉的储能模量一直大于损耗模量，且损耗角数值均小于1，这表明糊化后淀粉的弹性特征均大于黏性特征，呈现类似固体的弹性流体的状态。甜荞和苦荞相比，无论是黏性还是弹性均无明显差异；芯粉的黏性和弹性特征均高于全粉，这可能是受全粉中麸皮的影响。有研究发现，糊化过程中麸皮会与淀粉颗粒争夺水分进而阻碍淀粉凝聚[23]。另外，荞麦粉样品的表观黏度随剪切速率的增加呈现下降的趋势（图4d）。当剪切作用力加强时，甜荞和苦荞的表观黏度变化差异不明显，但芯粉的表观度始终高于全粉。这说明甜荞和苦荞淀粉凝胶的抗剪切能力相同，而没有麸皮干扰的芯粉显然更具凝胶稳定性，而麸皮的确会影响淀粉糊化进程。

2.4 甜荞和苦荞粉淀粉晶体结构特征

甜荞和苦荞粉X-射线衍射图见图5。

图5 甜荞和苦荞粉X-射线衍射图Fig.5 X-ray diffraction pattern of common and Tartary buckwheat flour

通过X-射线衍射光谱分析荞麦粉中淀粉结晶结构发现，甜荞和苦荞粉的结晶结构没有明显差异，均在 15°、17°、18°和 23°出现衍射峰。其中 15°、17°、23°为强衍射峰，18°衍射峰较弱。本研究观察甜荞和苦荞粉主要由A型淀粉构成，与Gao等[10]的研究结果一致。

2.5 甜荞和苦荞粉及其挤压面条的微观构象

荞麦粉的扫描电镜图如图6所示。

图6 甜荞和苦荞粉和挤压面条扫描电镜图Fig.6 Scanning electron microscope of common and Tartary buckwheat flour and extruded noodles

甜荞和苦荞中淀粉颗粒形态相似，但甜荞淀粉颗粒多呈圆球形（图6a，图6b），苦荞淀粉多呈多角形（图6c，图6d），苦荞淀粉颗粒要略大一些。这和上述粒径结果相符合，并且Gao等[10]也发现了相同的结果。全粉（图6a，图6c）和芯粉（图6b，图6d）均呈现出排列整齐的淀粉颗粒、颗粒之间连接紧密。全粉中存在少量纤维的片状结构清晰可见，而且全粉中存在更多较小且较不完整的淀粉颗粒，验证了全粉中麸皮存在导致淀粉颗粒更易受到机械损伤的推测。

在面条的横截面图中，挤压面条都具有致密的微观结构。甜荞全粉和苦荞全粉面条（图6a1，6c1），甜荞芯粉和苦荞芯粉面条（图6b1，图6d1）的微观构象并无明显差别。然而，芯粉的面条结构比全粉面条更加平整规律，特别是苦荞全粉面条的片层结构明显，这可能是受麸皮影响。挤压加工后，全粉中麸皮破坏了淀粉糊化进程[23]，降低了面条的凝聚效果，导致片层增多。另外，苦荞麸皮中芦丁、槲皮素等黄酮的存在也会干扰淀粉凝胶化。前期研究也发现，低浓度（1%～3%）的芦丁及槲皮素的存在一定程度上干扰淀粉凝胶化，而通过富集或添加，当芦丁浓度达到6%时，能够形成支撑淀粉网络结构的刚性骨架[25]。

2.6 挤压甜荞面条和苦荞面条煮后质构特性

质构特性的测定有助于直接客观地分析面条的品质结果如表2所示。

表2 挤压面条煮后质构特性Table 2 Texture characteristics of extruded noodles after cooking

由表2可知，在每种挤压面条各自最佳煮制时间条件下，甜荞及苦荞不同品种对挤压面条质构特性例如硬度、胶黏性等指标的影响差异不显著（P＞0.05）。但两个品种的荞麦全粉和芯粉所制备的面条，在硬度、胶黏性和咀嚼性上都存在显著差异（P＜0.05）。甜荞和苦荞在淀粉破损程度及粒径大小上的差异并未对挤压面条质构特性产生明显影响，这也和动态流变特征中黏弹性特征无差异的结果相同。淀粉凝胶特性的差异主要取决于颗粒结构和晶体类型[26]，而面条中淀粉的短程有序性与面条硬度、胶黏性呈正相关[27]。甜荞和苦荞淀粉是典型的A型淀粉结晶结构，并且二者的淀粉糊化温度、膨胀力没有显著差异，说明两个品种的淀粉糊化特性相似，而其它粉质特性的差异并没有导致甜荞和苦荞面条的质构特性明显不同。

另外，甜荞芯粉面条的硬度、胶黏性和咀嚼性分别是甜荞全粉面条的1.93倍、1.93倍和2.86倍；苦荞芯粉面条分别是苦荞全粉面条的1.82倍、1.95倍、2.60倍。而影响淀粉分子重排及重结晶结构稳定性的最主要因素可能是麸皮中富含的膳食纤维等组分的干扰。大量文献报道，挤压加工会伴随着膳食纤维等物质的变性，使持水能力显著提高[28-30]。全粉中麸皮会与淀粉颗粒争夺水分进而阻碍淀粉凝聚，破坏淀粉糊化进程[23]。因此，在制备荞麦挤压面条时，全粉应提高加水量，促使淀粉颗粒充分吸水、糊化，以增强面条网络结构稳定性。

3 结论

本研究对比了甜荞和苦荞两个品种的全粉和芯粉的粉质特性及其对挤压面条质构特性的影响。甜荞比苦荞粉的直链淀粉和破损淀粉含量高，小粒径颗粒更多，淀粉溶解度也更高，且峰值黏度、谷值黏度和最终黏度更高。甜荞和苦荞在50℃～90℃的膨胀力均无明显差异，且糊化后储能模量、损耗模量以及表观黏度也无明显差异。说明两个品种荞麦粉的淀粉凝胶的黏弹性和稳定性相似，致使煮后面条的质构特性无明显差异。另外，全粉与芯粉粉质特性的差异导致了面条质构特特性的明显差异。全粉的抗性淀粉含量显著高于芯粉，这使全粉更具作为低升糖指数食品的潜力。但芯粉的粉质相对细腻，具有更高含量的直链淀粉和破损淀粉，其糊化黏度、储存模量、损耗模量均显著高于全粉，这与芯粉面条的硬度、胶黏性、咀嚼性都要高于全粉面条的结果一致。验证了糊化过程中全粉麸皮干扰了淀粉糊化进程进而降低了淀粉凝胶黏性的推测。