不同研磨方式对小米粉理化特性的影响

李苏红，邓超群，代增君，王晓颖，刘 鹏，岳佳豪，赵起越，李拖平

（1.沈阳农业大学食品学院，沈阳 110161；2.丹东希悦鸭绿江食品有限公司，辽宁 丹东 118000）

小米是世界主要谷物之一，是人类食物的主要来源。小米又称粟米，在我国北方大约有8 000 多年种植历史[1]。其营养价值丰富，含有多种人体不可或缺的碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素、黄酮、多酚、低聚糖等功能活性物质[2]，且易于被人体吸收，消化率在90%以上[1]。有研究报道，小米含有对抗慢性疾病的所有营养素和植物化学物质，具有降血压降血脂等功效[3]。由于小米被认为是营养安全的有效食品之一，因此了解其营养物质的生物可利用性和最终生物利用度至关重要。日常生活中小米最常见的食用方式是煮小米粥，近年来，由于其优越的营养特性，人们已经开始逐步研发以小米加工制成的产品，如小米锅巴等。但相对于小麦、大米等其他产品而言，市场上小米加工食品仍然有限，这导致小米的使用消费降低。通过将小米研磨成粉，可以代替部分或者完全代替小麦粉，实现小米在面条、馒头、饼干、蛋糕和面包等食品中的应用，也可以制作小米饮料和酥片零食[4]，进而提高小米的利用率，增加小米食品种类的丰富度。

小米通过研磨制成小米粉，研磨分为干磨和湿磨。湿磨对粉体破损程度较小，所以是目前最常见生产米粉前处理方式，其包括浸泡、沥干和研磨等步骤[5]。球磨是超微粉碎的一种，在食品加工过程中非常普遍[6],已经广泛应用于食品和材料制作领域[7]，是一种将原材料与球磨介质一并放置球磨机中的研磨方式，在机械力的作用下，原料与球磨介质发生碰撞，进而形成粉末的方式，具有反应条件温、能耗低和低污染的优点。小米营养虽然丰富，但在加工过程中受粉碎方式影响导致其产品品质也不相同。有研究表明，研磨程度可以改变小米总体的化学成分，对受损淀粉含量、淀粉颗粒状态、糊化温度等理化性质均有显著影响，还会降低多酚、植酸、维生素、矿物质和抗营养因子含量，提高蛋白质和淀粉消化率[8]。粉体的品质特性包括粒径、持水性、持油性、色度和糊化特性等性质，这些特性会直接影响到其食品的加工特性和成品的口感及颜色[9]。小米粉的研磨方式也会影响到小米加工制品的食用品质[5]。

为探究不同研磨方式对小米粉理化性质的影响，本试验采用直接粉碎、球磨和湿磨3种不同研磨方式处理小米，将3 种不同研磨处理获得的小米粉进行粒径检测，分析小米粉持水性和持油性、散落性、色度和糊化特性等理化性质指标，为小米粉加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试小米为市售金苗小米，精米日期为收获次年的5月。试验采用的相关仪器设备包括DE-150g全铜万能粉碎机、英国Malvern 公司产Mastersizer 2000 型激光粒度仪、澳大利亚Perten 仪器公司产RVA-Tecmaster 快速黏度分析仪、弗里奇股份有限公司产06.2000/04565型搅拌式球磨机、柯尼卡美能达有限公司产CM-2003d型分光测色计。

1.2 方法

1.2.1 小米粉的制备 直接粉碎小米粉制备：采用多功能粉碎机对小米进行研磨，经过100目标准筛筛分，得到直接粉碎小米粉。湿磨小米粉制备：取50 g小米粉放入烧杯中，量筒称取100 mL蒸馏水置于烧杯中，将小米浸泡24 h，浸泡后过滤除去水分，浸泡后的小米粉用多功能粉碎机进行研磨，研磨后的小米粉置于50 ℃烘箱，干燥24 h。球磨小米粉制备：将直接粉碎制得小米粉于球磨机研磨罐中，球磨时间为4 h，转速为300 r·min-1，球料比为2∶1，得到球磨小米粉。

1.2.2 小米粉粒径分布和平均粒径测定 取一定量小米粉于Mastersize 2000激光粒度仪中，测出粉体的粒径以及粒径分布情况，采用仪器自带的分析软件进行数据处理[10]，粒径测量范围为0.01~2 000.00 μm。

1.2.3 小米粉散落性分析

1.2.3.1 滑角 称取不同研磨方式制得的小米粉3 g，放置于10 cm×10 cm平板上，将平板倾斜至约90%，小米粉开始滑动为止，测定玻璃板与起始面的夹角，即为各样品的滑角[11]。

1.2.3.2 休止角 采用休止角注入法[12]。将小米粉倒入漏斗内，使小米粉通过漏斗落在下方半径（r）为10 mm的平板上，粉体堆积，直至粉体高度不再升高为止。读出粉体高度（h），按公式计算休止角（θ）。

1.2.3.3 堆积密度 将小米粉从漏斗上落至10 mL的量筒中，测定出10 mL小米粉的重量，从而计算出堆积密度（g·mL-1）。

1.2.4 小米粉持水性、持油性的测定 取1 g小米粉置于50 mL离心管中，加入30 mL蒸馏水，振荡30 min，3 500 r·min-1离心30 min，计算其持水性Q。

式中：m1为离心后去掉上清液样品和离心管的质量（g）；m2为样品粉末的质量（g）；m3为离心管质量（g）。

取1 g小米粉置于50 mL离心管中，加入30 mL大豆油，37 ℃保温并静置1 h，4 000 r·min-1离心15 min，将上清液回收，并将离心管倒置20 min，计算其持油性L。

式中：W2为离心后去掉上清液样品和离心管的质量（g）；W1为样品粉末的质量（g）；W3为离心管质量（g）。

1.2.5 小米粉色度的测定 使用CM-2003d分光测色计测定不同粒径小米粉色度，将小米粉均匀平铺于测试皿中，固定好后，运行程序自动计算色度值。每个样品重复测定3次[13]。

1.2.6 小米粉糊化特性的测定 糊化特性通过快速黏度分析仪（RVA）测定，准确称取3.5 g小米粉和25 g去离子水于RVA专用铝盒中，充分混匀结块和粘壁，然后于黏度仪中测试黏度。具体测试程序为：5 ℃下保持1 min，以12 ℃·min-1的速率升至95 ℃并保持2.5 min，再以12 ℃·min-1的速率降至50 ℃并保持2 min[14]。

2 结果与分析

2.1 不同研磨方式对小米粉粒径的影响

粒径是指粉体的粗细程度，在一定程度上影响小米粉的品质特性。由图1A 可知，不同研磨方式对小米粉平均粒径影响显著(p<0.05)。其中湿磨制得小米粉平均粒径最小，为19.880 μm；直接粉碎制得小米粉的平均粒径最大，为34.424 μm；直接粉碎制得小米粉经球磨后平均粒径由34.424 μm减小至32.534 μm。这一结果表明湿磨可以更大程度地降低小米粉的粒径。湿磨制得小米粉粒径最小，是因为浸泡后小米软化，容易粉碎。

图1 不同研磨方式对小米粉平均粒径（A）和粒径分布（B）的影响Figure 1 Effect of different grinding methods on the (A) average particle size and (B) particle size distribution of millet flour

粒径分布是指在一定颗粒总量下，不同粒径颗粒所占比例的分布情况。由图1B 可知，小米粉粒径分布呈三峰曲线变化，不同研磨方式对小米粉粒径分布具有显著影响。粒径分布能够显著影响谷物粉的吸水率、破损淀粉含量以及感官品质。

2.2 不同研磨方式对小米粉散落性的影响

休止角和滑角是表征粉体流动性的两个重要参数。滑角是指粉体流动时与水平面形成的夹角，是粉体流动时的内摩擦力和表面摩擦力的综合效应。休止角是指粉体堆积层的自由斜面与水平面所形成的夹角。休止角同样与粉体的摩擦力有关，休止角越小，摩擦力越小，表面粉体流动性越好。由图2A可知，不同研磨方式处理小米粉的滑角未见显著差异。3种研磨方式中湿磨休止角最小，其次是直接粉碎，最后是球磨，表明湿磨制得小米粉流动性更好(p<0.05)。休止角的变化与小米粉粒径相关，粒径越小，休止角越小。

除此之外，堆积密度也是衡量粉体流动性的重要指标。堆积密度是粉体颗粒内外孔以及颗粒间空隙的平均密度，是处于自然状态的小米粉测得[11]。粉体堆积密度与其压缩性有关，堆积密度越大，越容易压片成型[15]。堆积密度越大也表明小米粉的颗粒空隙越小，其均匀性越好[16]。由图2C可知，不同研磨方式对小米粉堆积密度影响显著(p<0.05)。其中湿磨制得小米粉堆积密度最大，是因为其粉体粒径小，比表面积大；其次是直接粉碎和球磨处理。小米粉粒径越小，堆积密度越大。除此之外，在研磨过程中碳水化合物和蛋白质的破坏也会导致堆积密度降低。

图2 不同研磨方式对小米粉的散落性影响（A.滑角；B.休止角；C.堆积密度）Figure 2 Effect of different grinding methods on the dispersibility of millet flour

2.3 不同研磨方式对小米粉持水性、持油性的影响

持水性是体现粉体中淀粉颗粒间结合强度的重要指标，影响粉体质量和应用性能。持水性越大，其结合越松散[17]。持水性大小与其粉体粒径大小有关，也与大分子物质之间氢键和水的结合能力有关[18]。由图3A可知，随着粒径减小，持水性先增大后减小(p<0.05)。

持油性是指谷物粉体中的蛋白质与油脂结合的能力。其大小也与粒径大小息息相关，由图3B可知，粒径越小，持油性越大(p<0.05)。粒径越小，粉体比表面积增大，从而导致湿磨制得小米粉持油性增加。

图3 不同研磨方式对小米粉持水性（A）和持油性（B）的影响Figure 3 Effect of different grinding methods on water-holding capacity (A) and oil-holding capacity (B)properties of millet flour

2.4 不同研磨方式对小米粉色度的影响

色度是评价小米粉加工精度的重要指标。在一定程度上影响着面食的加工品质。粉体呈色会影响成品颜色，是重要的感官指标。色泽的改善有利于增加其商品价值及加工适应性。由图4 可知，不同研磨方式对小米粉a*值、b*和L*值影响显著(p<0.05)。

ΔE 代表食品在加工过程中颜色的变化，有研究表明ΔE=2 是视觉辨别的阈值，当ΔE 小于2 时，颜色变化不可见[19]。由图4 可知，3 种研磨方式制得小米粉在加工过程中颜色变化均可见。L*值代表亮度，从黑暗(L*=0)到明亮(L*=100)的变化，值越大则表明小米粉越亮，直接粉碎、球磨和湿磨处理的L*值分别为89.91，90.93，90.31。L*值越大的粉体，其食品制品颜色越亮。a*值代表红度，负值代表绿色，正值代表红色。值越大表示待测小米粉越偏红色。球磨制得小米粉a*值较低推测是因为研磨过程中机械力使淀粉产生了晶格缺陷，进而导致粉体的反射光降低[20]。b*值代表黄度，负值代表蓝色，正值代表黄色。从蓝色到黄色变化，其值越大代表粉体越接近黄色。由图4 可知，湿磨制得小米粉更接近黄色。由于小米粉的研磨方式不同造成粒度不同，粒径越大，破坏程度越轻，其含量越多；粒径越小，细胞破坏越严重，色素大部分被破坏。因此，会出现不同粒径的米粉黄度b*值的不同。湿磨制得小米粉粒径最小，但其b*值最高是因为小米经过浸泡后研磨对细胞破坏程度较轻，色素含量多。除此之外，小米粉颜色还取决于其营养成分含量，例如脂肪、蛋白质和支链淀粉与支链淀粉比例。

图4 不同研磨方式对小米粉的色度的影响Figure 4 Effect of different milling methods on the chromaticity of millet flour

2.5 不同研磨方式对小米粉糊化特性的影响

粉体的糊化特性与淀粉颗粒有关，升温过程中淀粉颗粒会膨胀增大，淀粉分子大小形态、直链淀粉和支链淀粉比值、损伤淀粉程度和实验条件等都会对淀粉的糊化特性产生影响[12]，另一方面淀粉颗粒的膨胀也会受到其他化合物的影响[21]，例如蛋白质、脂肪等。黏度是反应粉体中淀粉品质的重要指标，测定淀粉黏度随温度的变化规律，可以更好地评估样品在面制品中的应用特性。由表1 可知，不同研磨方式对峰值黏度、最低黏度和最终黏度有显著影响(p<0.05)。

表1 不同研磨方式对小米粉糊化特性的影响Table 1 Effect of different grinding methods on the pasting characteristics of millet flour

峰值黏度是淀粉开始糊化并达到黏度峰值的状态值，与淀粉颗粒大小，支链淀粉含量有关。峰值黏度过低，导致面团发黏，做面制品时发酵性能和面食品质差。小米粉粒径越小达到峰值时间越长。湿磨达到峰值时间最长，糊化温度最低，小米粉粒度越小，越容易糊化，水分子更容易渗透到淀粉颗粒内部，淀粉可以更容易溶胀，所以粉体糊化温度越低。崩解值为溶胀淀粉颗粒破裂程度，反应淀粉糊的热稳定性，崩解值越大淀粉的热稳定性越差，湿磨获得小米粉崩解值最小，说明其淀粉的热稳定性较好。回生值的大小反应了粉体的抗老化程度，回生值越小粉体抗老化性能越好，粉体抗老化性高更适合制作烘焙食品。湿磨制得小米粉的回生值显著低于直接研磨和球磨制得小米粉，由此可以看出，湿磨可以提高粉体的加工性能。黏度特性之间的差异可能会影响到最终产品特性，因此，适当的降低原料粒度对小米面制品品质有益处。

3 讨论与结论

与球磨和直接粉碎相比，湿磨可以显著降低粉体粒径，提高粉体的持水性、持油性和糊化特性，降低粉体休止角、堆积密度，使粉体流动性和均匀性更好。这些特性直接影响小米粉的加工特性以及食品的感官性质，粉体粒径越小其成品口感越细腻。也有研究表明小米粉的糊化特性与凝胶特性受粉体粒径大小的影响，粒径越小影响越大[22]。小米粉堆积密度随粒径先增大后减小，沈建锋等[23]对稻壳粉堆积密度的研究得出相同结论。魏春红等[24]研究表明小米粉粒径大小会影响小米馒头硬度和比容，粒径越小，馒头硬度越大，比容越小。王兆然等[25]研究表明小米粉粒度会影响小米蛋糕的质构特性和感官品质。CHEN 等[26]报道粉体颗粒较小时，其淀粉具有较大的凝胶强度，可加工性更高。小米粉的持水性和持油性直接影响其面团的口感与质地，进而影响其制品的感官品质。小米粉的持水性越大，其制品会更加柔软有弹性，持油性越大，小米粉中油脂更容易分散，进而使其制品口感更细腻，柔软，并且可以延长小米制品保质期。仲虹霖等[20]研究表明，添加持水性和持油性大的粳米粉对面包品质具有积极影响。糊化特性与淀粉性质关系密切，淀粉性质直接影响食品品质，峰值黏度低的粉体发酵时导致面团发黏，崩解值大的粉体中热稳定性越好其制作食品烘焙过程中不易烤焦，回生值低的粉体抗老化性能较好，其制作成食品不易变硬，保存时间较长。小米粉的色度会影响其制品呈色，直接影响消费者的满意程度。湿磨、旋风磨和超微粉碎3 种制粉方式对大米粉及其无麸质面包特性的影响研究结果表明，湿磨的制粉方式使大米粉理化性质较好，进而使其制作出的大米面包拥有最大的比容和最高的感官评分[27]，因此在制作小米面包时，通常选择湿磨的研磨方式。不同研磨方式对荞麦粉理化性质的研究中得出同样结论[28]。研磨方式不同，小米粉理化性质不同，因此可以根据食品特性选择合适的研磨方式。

本试验研究了3 种研磨方式对小米粉理化性质的影响，由于研磨力、强度等条件的影响，小米粉理化性质随之改变。与球磨和直接粉碎相比，湿磨具有最低的平均粒径。湿磨法制得小米粉持水性和持油性显著增大，堆积密度随粒径先减小后增大,休止角变化则与之相反，湿磨制得小米粉休止角最小，表明其流动性更好。RVA 测定表明，湿磨黏度高于球磨和直接粉碎，糊化温度低于球磨和直接粉碎。由于湿磨是先将谷物浸泡后再进行研磨，谷物浸泡后变软更容易研磨，并且减小了机械力对谷物的冲击，使平均粒径降低，改善其理化性质。湿磨可以改善和提高小米的各种加工性能及食用品质，这对小米和小米食品的研究、开发有着重要的意义。