ACIM制粉對苦蕎粉及其掛面品質的影響

高彩鳳 魏 婷 方 純 李云龍 劉 佳 王 敏

(西北農林科技大學食品科學與工程學院1，楊凌 712100) (山西省農業科學院農產品加工研究所2，太原 030031) (北京協同創新研究院3，北京 100094)

苦蕎[Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn.]是我國一種傳統的小雜糧作物。苦蕎富含黃酮、多酚類化合物、抗性淀粉、蛋白質和膳食纖維等多種生物活性物質，具有消炎、抑菌、降壓、降血脂等保健功能，能夠改善糖尿病、心血管疾病等慢性疾病[1]，因此被認為是一種藥食兩用的糧食資源。在追求食療食補的今天，苦蕎更受慢性病患者特別是糖尿病人群的青睞，目前在慢性病防治上具有較大的開發應用價值[2]。近年來，以苦蕎作為原、輔料應用于功能性食品的開發逐漸受到人們的關注[3]。

苦蕎掛面是目前開發最多的苦蕎制品之一。但現階段市場上的苦蕎掛面主要存在兩方面不足：一方面為了追求口感及保質期，在苦蕎加工過程中會將富含酚類、黃酮類等多種功能活性物質的苦蕎殼及麩皮[4]棄掉，從而導致其營養及功能特性大大降低；另一方面為了追求營養及保健功能，利用苦蕎籽粒全粉制備掛面，但現有的磨粉設備精細化程度不夠，并且苦蕎殼及麩皮的加入會使得掛面難以成型，導致掛面顆粒度明顯、口感粗糙、消費者接受程度低。因此，目前市場上大部分苦蕎掛面都選擇通過添加品質改良劑或膨化處理的方式來改善掛面品質[5-7]，而關于通過改變加工方式、磨粉設備的研究報道并不多。

制粉是將苦蕎進行深加工的重要前提和基礎。不同的磨粉設備對苦蕎粉的粉質特性和營養品質產生較大的影響[8-9]。微粉技術是一種新型的食品加工方法，應用微粉設備制備的粉體物料具有獨特的理化性質，如良好的吸附性、溶解性、分散性、化學和生物活性等[10-12]。Niu等[13]研究了超微粉碎對全麥粉及其面條品質的影響，發現超微粉碎可以通過減小全麥面粉的粒徑來提高面條品質。ACIM是一種新型的超微磨粉設備[14]，它的原理是利用主機腔體中高速旋轉的錘頭對物料的劇烈沖擊，以及顆粒之間的相互沖擊、碰撞、摩擦、剪切力等實現對苦蕎種子的超細粉碎[15-16]。目前將該設備用于苦蕎磨粉中還鮮有報道。因此針對市場現有的不足，本研究采用此新型磨粉設備對苦蕎籽粒進行微粉處理，比較微粉處理與普通粉碎處理對苦蕎粉及其掛面品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西農9940苦蕎種子，2016年7月由陜西省榆林市靖邊縣提供。小麥粉、食鹽：市售。

α-淀粉酶、胃蛋白酶、蘆丁、福林酚試劑、DPPH、Trolox、TPTZ、ABTS：美國Sigma公司；葡萄糖、3.5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、重蒸酚、亞硫酸鉀鈉、四水合硫酸鉀鈉、石油醚、乙酸鉛、檸檬酸、硫酸、碳酸鈉、沒食子酸、亞硝酸鈉、硝酸鋁、鐵氰化鉀、三氯乙酸、三氯化鐵等均為分析純試劑。

胃蛋白酶液：稱取0.5 g胃蛋白酶用KCl-HCl緩沖液(pH 1.5)溶解并定容至5 mL，混勻，現配現用。

淀粉酶液：將含有2.6 IU酶活力的α-淀粉酶用乙酸鈉緩沖液(pH 6.9)溶解并定容至5 mL，現配現用。

1.2 儀器與設備

LNI-66A氣流分級式沖擊磨：四川綿陽流能粉體設備有限公司；FW100高速萬能粉碎機：上海楚定分析儀器有限公司；UV-1800紫外/可見分光光度計：上海美普達公司；1030自動定氮儀：瑞士托卡特公司；M6粗纖維提取測定儀：瑞典特卡托公司；RVA-4快速黏度分析儀：澳大利亞新港科技有限公司；JSM-6360LV掃描電鏡：日本JEOL公司；MS-2000激光粒度分析儀：英國馬爾文公司；HXT-150壓面機：天津市長壽機械廠；TAXTPLUS/50質構儀：英國Stable Micro system公司；TH2-82恒溫振蕩器：常州國華電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 苦蕎粉的制備

取適量苦蕎籽粒，用FW100型高速萬能粉碎機粉碎，過100目篩，得到普通苦蕎粉，樣品裝于密封袋中-20 ℃保存待用。

苦蕎微粉的制備：取適量苦蕎籽粒，用LNI-66A型ACIM對其進行粉碎，過200目篩，得到苦蕎微粉，樣品裝于密封袋中-20 ℃保存待用。

1.3.2 掛面的制備

采用制備的兩種苦蕎粉，以小麥粉和苦蕎粉的總質量為基數，將小麥粉、苦蕎粉、食鹽分別按照85%、15%、2%的比例混勻；將混粉以及小麥粉分別加適量水攪拌至面粉可手握成團。面團在25 ℃條件下醒發50 min后，重復5次折疊壓片，然后經刀具切成寬2 mm、厚1.2 mm的面條，將制得的面條懸掛自然晾干，密封保存備用。

1.3.3 微粉處理對苦蕎粉基本營養及功能性物質含量的影響

總淀粉含量測定：參照GB/T 5009.9—2008。粗脂肪含量測定：參照GB/T 5009.6—2003。蛋白質含量測定：參照 GB/5009.5—2010。粗纖維含量測定：參照GB/T 5515—2008?；曳趾繙y定：參照GB 5009.4—2010。

總酚、總黃酮含量測定：參考Gao等[17]的方法測定苦蕎粉提取液中總酚、總黃酮含量。

蘆丁、槲皮素含量測定：參考Guo 等[18]的方法測定苦蕎粉中蘆丁、槲皮素含量。

1.3.4 微粉處理對苦蕎粉理化性質的影響

粒徑分布測定：取少量苦蕎粉樣品，用蒸餾水作為分散劑，使用激光粒度分析儀測定苦蕎粉的粒徑分布。

苦蕎粉顆粒微觀形態觀察：采用掃描電鏡對苦蕎粉樣品的微觀結構進行觀察。將少量苦蕎粉分散在載物臺上的雙面導電膠上，用洗耳球反復吹去多余的樣品，真空條件下進行噴金處理，在掃描電鏡下觀察樣品的形態結構。掃描電鏡工作電壓為100 V，加速電壓為15 KV。

1.3.5 微粉處理對苦蕎粉加工特性的影響

苦蕎粉水和特性的測定：參考Liu等[19]的方法測定苦蕎粉水合特性。準確稱取苦蕎粉樣品0.1 g，加入10 mL蒸餾水，混勻，分別在50、60、70、80、90 ℃條件下振蕩加熱30 min。待冷卻后在3 000 r/min的條件下離心20 min。取上清液于質量為m1的鋁盒中，105 ℃烘至恒重，稱重記錄為m2；同時稱量離心后的下層沉淀物質量m3。持水力、溶解度和膨脹性分別按照公式計算：

苦蕎粉糊化特性分析：參考何財安等[20]的方法測定苦蕎粉糊化特性。參照LS-T6101—2002谷物黏度測定法對樣品進行測定。按14%濕基的比例加入水和樣品并制成懸浮液，然后對懸浮液進行處理：樣品在50 ℃保持1 min，3.7 min內加熱至95 ℃并保持2.5 min，在3.8 min內降溫至50℃保持2 min。記錄樣品黏度變化曲線，讀取黏度測定參數。

1.3.6 微粉處理在苦蕎掛面中的應用1.3.6.1 苦蕎掛面煮制特性分析

吸水率測定：參考栗麗萍等[21]并略作修改。稱取適量面條，記為m0，在200 mL 燒杯中添加適量蒸餾水，煮至面條中心白色硬核消失，迅速撈出面條在涼水中冷卻30 s，濾紙上晾置5 min后立即稱取熟面條的質量m。以小麥粉掛面為對照，數據重復測定3次。

煮制損失測定：稱取面條適量，記為m0，在200 mL燒杯中添加適量蒸餾水，煮至面條中心白色硬核消失，撈出面，條面湯晾涼后定容至100 mL容量瓶。量取20 mL至于恒重的鋁盒中(m1)，105 ℃烘至恒重，記為m2，根據下列公式計算煮制損失率[22-23]。煮制損失率按干物質占生面條的質量分數表示。以小麥粉掛面為對照，數據重復測定3次。

1.3.6.2 苦蕎掛面感官品質分析

選擇10名具有食品知識背景的人參與，嚴格遵循實驗室感官評價操作標準，根據表1[24]的標準和方法進行評定。

1.3.6.3 苦蕎掛面體外模擬淀粉消化研究

參考馬雨杰等[25]的方法并略作修改。取5.00 g左右的熟面條于100 mL燒杯中，加水均質后轉移至100 mL容量瓶，定容。搖勻后吸取1 mL面條勻漿液(相當于50 mg測試樣)于50 mL錐形瓶中，再加10 mL pH 1.5的HCl-KCl緩沖液，得到樣品液。然后加入0.2 mL胃蛋白酶液，在40 ℃水浴中勻速振蕩60 min，冷卻后加入0.5 mol乙酸鈉(pH=6.9)將消化液體積補充至25 mL，搖勻后加入5 mL α-淀粉酶(2.6 IU)，在37 ℃水浴中勻速振蕩。分別在水解0、10、20、30、60、90、120、150、180 min時吸取1 mL消化液，并迅速置于沸水中滅酶5 min。采用DNS法測定各時間點消化液中葡萄糖的含量。以小麥粉掛面為對照，數據重復測定3次。

1.3.6.4 苦蕎掛面血糖生成指數計算

淀粉的體外消化水解曲線遵循一級反應方程式，通過對曲線下面積(Area under curves, AUC)的計算，能夠得出掛面的淀粉水解指數(Hydrolysis Index, HI)，并根據HI值預測苦蕎掛面的估計血糖生成指數(Estimated Glycemic Index, EGI )。具體公式為：

EGI=39.71+0.549×HI

1.3.7 數據分析

實驗所有數據重復測定3次，求取平均值，最終數據均用(X±SD)表示，采用SPSS 20.0軟件對數據進行方差分析(ANOVA)和顯著性檢驗，用Origin 8作圖。

2 結果與討論

2.1 微粉處理對苦蕎粉基本營養物質及典型植化成分含量的影響

2.1.1 苦蕎粉主要營養物質含量變化

2種苦蕎粉的主要營養物質含量見表2。由表2可知，ACIM制粉對苦蕎粉的水分、總淀粉、粗脂肪、灰分、粗纖維以及粗蛋白含量均有顯著影響(P<0.05)，其中對粗纖維含量影響最為明顯，提高了7.24倍。ACIM在持續工作時機體會產生相對較高的溫度，加快粉體中水分的揮發，從而導致微粉的水分含量顯著低于普通粉。此外，2種制粉方式所得苦蕎粉中總淀粉含量差異較為顯著，主要原因是ACIM制粉時會將大量的殼、麩皮粉碎成為合格粉且出粉率較高；而高速萬能粉碎機磨粉時由于自身條件限制會將磨不碎的殼及麩皮分離出去，合格粉中主要是淀粉物質。因此，ACIM制備的苦蕎微粉淀粉占合格粉的質量分數較小。另外，Steadman等[26]的研究表示苦蕎的脂肪、蛋白質以及膳食纖維等物質多富集于籽粒外層結構即種皮和糊粉層中。2種制粉方式由于工作原理不同，所以合格粉中種皮和糊粉層的相對含量會有所差異。ACIM處理過程中保留了較高含量的籽粒外層結構，所以微粉中的粗脂肪、粗蛋白、粗纖維含量顯著高于普通粉。

表1 面條感官評價標準

表2 ACIM制粉對苦蕎粉主要營養物質含量的影響/g/100 g DW

注：同一列字母不同表示差異顯著(P<0.05)，余同。

表3 ACIM制粉對苦蕎粉總酚、總黃酮及蘆丁和槲皮素含量的影響

2.1.2 苦蕎粉典型植化成分含量變化

ACIM制粉對苦蕎粉中典型植化成分總酚、總黃酮含量及蘆丁、槲皮素含量影響如表3所示。從表3中可以看出，ACIM處理制得的苦蕎微粉中典型植化成分總黃酮、總酚、蘆丁和槲皮素的含量顯著提高(P<0.05)，分別是普通粉的1.94、2.19、2.13倍和2.25倍。這是由于ACIM制粉時將富含總酚、總黃酮的殼及麩皮粉碎成為合格粉的一部分，而苦蕎中的多酚類化合物主要富集在麩皮及殼中，所以苦蕎粉中的總酚、總黃酮以及多酚類化合物蘆丁和槲皮素含量會顯著提高；另一方面，ACIM在工作時高速猛烈撞產生較大的機械力使細胞壁破碎，從而有利于生物活性物質的快速溶出。黃其春等[27]研究了超微粉碎對銀杏葉中總黃酮溶出量的影響，結果表明經超微粉碎后銀杏葉中總黃酮溶出量增加了10%～12%，這與本研究結果相一致。因此，利用ACIM制備苦蕎微粉，有利于苦蕎粉中基本營養物質及典型植化成分的釋放，進而可能對其加工制品的營養保健性有一定程度的提高。

2.2 微粉處理對苦蕎粉理化性質的影響

2.2.1 苦蕎粉粒徑分布

苦蕎粉的粒徑分布見圖1。粉的粒徑分布對其某些理化性質和加工特性有顯著影響，從而影響其制品的食用和感官品質。由圖1可以看出，苦蕎微粉的平均粒徑顯著小于普通粉平均粒徑，說明ACIM微粉處理對苦蕎粉的粒徑分布有顯著影響(P<0.05)，這種影響可能會使部分苦蕎面制品的口感有明顯的改善。

圖1 ACIM制粉對苦蕎粉粒徑的影響

2.2.2 苦蕎粉顆粒微觀形態觀察

外觀和大小是淀粉顆粒重要的形態特征。從圖2可以看出，苦蕎粉的微觀形態受ACIM影響較大。普通粉的顆粒受損程度小，表面更為圓潤、光滑，大小較為均勻；而ACIM制備的苦蕎微粉由于受到高速旋轉錘頭的猛烈沖擊，粉顆粒破損明顯，形狀、大小不一，表面粗糙，并且顆粒之間黏著力強，易吸附在在大顆粒表面。何財安等[20]報道4種不同磨粉方式中，超微處理的粉顆粒破損程度明顯高于濕磨粉、石磨粉和剛磨粉，且顆粒之間黏聚性大、易相互吸附，這與本研究結果相一致。

圖2 ACIM制粉對苦蕎粉微觀形態的影響

2.3 微粉處理對苦蕎粉加工特性的影響

2.3.1 苦蕎粉水和特性

2種苦蕎粉的水和特性用持水力、溶解度和膨脹性表示。由圖3可見，水和特性與苦蕎制品的色澤、表觀狀態、質構(硬度、韌性、黏性)等品質有關，從而會影響苦蕎粉在食品中的開發應用。

圖3 ACIM制粉對苦蕎粉水合特性的影響

由圖3a可知，在所有測量溫度范圍內(50～90 ℃)，2種苦蕎粉的持水力均呈現出上升的趨勢。在50、60 ℃時存在顯著性差異(P<0.05)，苦蕎微粉顯著高于普通粉，表明ACIM制得的苦蕎微粉具有更好的親水能力，這可能是由于ACIM制得的微粉粒徑較小，擴大了苦蕎粉與水分的接觸表面積，因而苦蕎微粉可以存留更多的水分。強的持水力可以延緩淀粉在熱加工過程中的失水老化，因此ACIM制得的苦蕎微粉在食品熱加工過程中更具優勢。

溶解度和膨脹度是用于判斷食品加工品質的重要指標，它與食品在蒸煮烹飪過程中的膨脹程度和可溶性固形物的損失量密切相關。由圖3b、圖3c可知，在同一溫度下，ACIM微粉處理對苦蕎粉的膨脹度、溶解度均有顯著影響(P<0.05)，且微粉始終高于普通粉，表明微粉處理對苦蕎粉的溶解度和膨脹度影響顯著。在全部測量溫度范圍內(50～90 ℃)，2種粉的溶解度、膨脹度均隨著溫度升高而逐漸增大。然而苦蕎微粉的溶解度漲幅略低于普通粉，工業生產中溶解度決定著食品可溶性固形物的損失量。對本研究而言，溶解度越小，則苦蕎掛面的煮制損失越少。膨脹度方面，在50～90 ℃范圍內，苦蕎微粉的膨脹度分別是普通粉的1.55、1.54、1.11、1.07、1.06倍，表明ACIM制備的苦蕎微粉的膨脹性更為優越，用其加工的面制品會具有更好的結構，適口性和口感更佳。

2.3.2 苦蕎粉糊化特性

由表4可知，微粉處理顯著改變了苦蕎粉糊化特性中的最低黏度、最終黏度、衰減值以及回升值(P<0.05)，而對糊化溫度、峰值黏度影響不顯著。研究表明，峰值黏度影響面條制品的品質，且峰值黏度越高，面條品質越好[28]?？嗍w微粉的峰值黏度略高于普通粉，因此用苦蕎微粉加工的苦蕎掛面品質和口感可能會更佳。衰減值為峰值黏度與最低黏度的差值，與淀粉受熱膨脹后的剛性有關，反映淀粉糊的熱穩定性?？嗍w微粉(161 cp)的衰減值顯著低于普通粉(211 cp)，說明ACIM制得的苦蕎微粉糊熱穩定性更好。回生值為最終黏度與最低黏度的差值，反映淀粉糊回生或老化的程度。ACIM制得的苦蕎微粉具有較低回生值(979 cp)，說明其膠凝能力強，不易老化。

表4 ACIM制粉對苦蕎粉糊化特性的影響

2.4 微粉處理在苦蕎掛面中的應用

2.4.1 微粉處理對苦蕎掛面煮制特性的影響

以小麥掛面為對照，2種苦蕎掛面的吸水率和煮制損失率實驗結果如表5所示。吸水率和煮制損失是反映面條蒸煮品質的重要指標。由表5可知，2種苦蕎掛面的吸水率之間無顯著性差異(P>0.05)。吸水率可反映面條的水和特性，對食用品質有很大影響。吸水率越大，面條持水力越高，但過高的持水力會導致面條口感發黏[29]。煮制損失率表征面條煮制過程中維持自身結構的能力，即面條煮制過程中受到破壞的程度，直觀表現為面條煮制過程中的糊湯現象[30]。3種掛面的煮制損失存在顯著性差異(P<0.05)，其中苦蕎微粉掛面的煮制損失率比普通苦蕎掛面略高(8.52%)。

表5 面條的吸水率及煮制損失

2.4.2 微粉處理對苦蕎掛面感官品質的影響

圖4 苦蕎掛面感官分析結果

以小麥掛面為對照，2種苦蕎掛面的感官評價結果見圖4。顏色是消費者對產品外觀最直接的感受，苦蕎微粉掛面由于殼及麩皮的存在而顏色偏深，其評定結果高于普通苦蕎掛面，表明顏色偏深的苦蕎掛面更容易被消費者接受；與普通苦蕎掛面相比，苦蕎微粉掛面具有更濃的蕎麥味，更受消費者的喜歡。此外，2種苦蕎掛面的韌性及硬度方面沒有明顯差異，而苦蕎微粉掛面的口感得分略低于普通苦蕎掛面。經由ACIM處理制得的苦蕎微粉掛面因原料加工精細化程度高，并融入了大量苦蕎籽粒外層結構物質，所以不僅口感細膩，且顏色、風味均有所改善，使其感官品質評價結果高于普通苦蕎掛面。因此，ACIM微粉處理對苦蕎掛面的品質有改善作用。2.4.3 微粉處理對苦蕎掛面體外淀粉消化率的影響

以小麥掛面為對照，2種苦蕎掛面的體外淀粉水解曲線如圖5所示。掛面的體外淀粉消化速率在一定程度上模擬了其在人體內被消化吸收的情況。從總體趨勢來看，3種掛面的淀粉水解率均隨著時間的延長而逐漸升高，并且3種掛面在30 min內均為快速消化階段，而在后面的90～180 min表現出緩慢增長趨勢。由圖5可知，在整個消化過程中，2種苦蕎掛面的消化率均低于小麥掛面，并且差距越來越大。在30～180 min，苦蕎微粉掛面淀粉水解率略低于普通苦蕎掛面，但兩者沒有呈現出顯著差異，這可能是由于苦蕎微粉中殼與麩皮含量較高，對α-淀粉酶與淀粉的直接接觸形成一定阻礙。在消化終點(180 min)時，普通苦蕎掛面和苦蕎微粉掛面的淀粉水解率分別是53.45%、52.66%，而小麥掛面的則為66.58%?？嗍w微粉掛面的淀粉水解率比普通苦蕎掛面降低了1.5%，比小麥掛面降低了20.91%，說明苦蕎微粉掛面在人體消化速率較慢，可作為一種慢消化食品來緩解餐后血糖反應。

圖5 不同掛面及參照食品(白面包)的淀粉水解率

為了進一步說明ACIM制得的苦蕎微粉掛面具有慢消化作用，對3種掛面的HI值及EGI值進行計算，結果如表6所示。在3種掛面中，苦蕎微粉掛面的EGI值最低，普通苦蕎掛面次之，小麥掛面EGI值最高。EGI值是預測人體食用某種食物對餐后血糖反應的影響。研究表明，粉粒徑越小，其制作的食物在消化系統中消化越快速，進而導致餐后血糖波動幅度大，不宜于人體血糖的控制[31-32]。本研究中ACIM處理得到的苦蕎微粉粒徑小，但其制作的掛面消化率和EGI值反而較低。可能的原因是ACIM處理通過增加合格粉中殼及麩皮的量，顯著提高了苦蕎粉中粗纖維的含量，從而使得苦蕎微粉掛面消化率降低；此外，ACIM制得的微粉中總黃酮、總酚、蘆丁和槲皮素等物質含量較高，此類功能性成分對血糖的調節具有有益作用，進而降低了苦蕎微粉掛面的EGI值。由此可知，食用苦蕎微粉掛面有助于維持血糖穩態，降低餐后血糖反應，對糖尿病有一定的預防和治療作用。

表6 不同掛面的HI值和EGI值

3 結論與展望

采用新型磨粉設備ACIM對苦蕎籽粒進行微粉處理，既顯著改善了苦蕎粉粉質特性和加工性能，保證苦蕎掛面有良好的品質及感官接受度。同時又提高了苦蕎中基本營養物質和功能性物質的含量，尤其是大量保留了苦蕎殼及麩皮中的功能性物質，使掛面具有良好的保健功能；并且降低了苦蕎掛面在體外的消化速率和EGI值，表明食用此掛面在一定程度上能夠緩解餐后血糖反應，可作為糖尿病患者良好的主食選擇。因此，ACIM微粉技術可視為一種能夠提高苦蕎面制品適口性和保健性的新加工技術，同時也為后續苦蕎主食化的研究提供了一種可實現的原料處理方法。

ACIM制粉是一種新型技術，對其應用研究仍存在一些問題。由于ACIM設備造價高，將其應用到工廠進行大批量生產時存在一定的經濟壓力；且本研究中苦蕎微粉掛面由于整體添加微粉比例有限使其體外消化率雖有所降低，但降低程度不大。因此后期研究可通過添加經ACIM處理的麩粉，或調整添加苦蕎微粉的比例部分替代普通苦蕎粉，這樣既能滿足其面制品的慢消化及低EGI特性又能夠實現經濟實惠大批量生產。另外，對于本研究中掛面的消化實驗主要是通過體外模擬進行，但生物機體的消化代謝系統極為復雜，后續研究仍需要通過動物實驗或人體實驗對苦蕎微粉掛面的消化性和安全性做進一步評估。