不同雜糧添加對秈米粉粉質特性及擠壓米粉品質特性的影響

王佳玉,陳碧瑩,陳鳳蓮,于 晨,高成成,湯曉智,*

(1.哈爾濱商業大學食品工程學院,黑龍江哈爾濱 150076;2.南京財經大學食品科學與工程學院,江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心,江蘇高校糧油質量安全控制及深加工重點實驗室,江蘇南京 210023)

雜糧是指除了稻谷、小麥等大宗糧食以外的種植面積相對較小的多種糧豆、薯類總稱。雜糧營養豐富,常食雜糧可通血脈、防止血管硬化、保障大腦健康;雜糧能保持人體酸堿平衡,降低人體膽固醇含量,延緩心臟衰老進程;雜糧能保證人體組織營養需要,提高免疫能力,減少器官疾病,保持機體旺盛生命力[1]。研究表明,進食雜糧后可以顯著降低糖尿病大白鼠餐后血糖的AUC值,這對糖尿病患者控制血糖有重要意義[2]。

米粉又叫米線,是以大米為原料,經過一系列工序制成的米制主食食品[3]。但目前國內米粉加工從原料處理到加工工藝大都沿用傳統方法,資源消耗量大,工業化進程緩慢,產品品質不穩定,營養價值無法滿足消費者日益提高的要求。因此將雜糧與秈米混合,通過擠壓重組技術開發擠壓雜糧米粉有助于提高雜糧的綜合利用效率和增值能力,大大提高米粉的營養價值,同時有助于加快傳統主食食品米粉的工業化進程。Wu等[4]研究了綠豆淀粉對米粉理化性質和擠壓米粉品質的影響,結果表明,添加綠豆淀粉可以使擠壓米粉獲得良好的蒸煮特性和質構特性。Bouasla等[5-6]使用改進的單螺桿擠壓機生產大米/黃豌豆粉混合物、大米/豆科混合物制備無麩質意大利面,結果表明,擠壓后獲得的產品內部結構緊湊、蒸煮損失低,酚類物質保留率高,感官評價的總體可接受性高。Rathod等[7]將扁豆和大米粉混合制備雜糧米粉,發現擠壓過程可以增加淀粉消化率,減少抗營養因子胰蛋白酶抑制劑的含量,縮短蒸煮時間并減少蒸煮損失。

本研究利用綠豆、蕎麥、高粱和薏米四種雜糧部分替代(25%)秈米,研究不同雜糧添加對秈米粉的糊化特性、流變特性以及凝膠微觀結構的影響,進一步通過擠壓技術生產雜糧米粉,研究四種不同雜糧的添加對擠壓米粉蒸煮特性、質構特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆、蕎麥、高粱、薏米 安徽燕之坊有限公司;秈米粉 江西金林糧油有限公司;硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、氫氧化鈉、乙酸鎂、硫酸、氫氧化鉀、尿素二甲亞砜 國藥集團化學試劑有限公司。

DSE-20型雙螺桿擠壓機 德國Brabender公司;JXFM110錘式旋風磨 上海嘉定糧油儀器有限公司;K-360凱氏定氮分析儀、B-811索氏抽提儀 瑞士Buchi(步琦)公司;Fibertec1023纖維測定儀 丹麥Foss(福斯)公司;SINMAG攪拌機 中國新麥有限公司;快速黏度測定儀(RVA) 澳大利亞Newport Scientific公司;Anton Paar MCR 302動態流變儀 奧地利安東帕有限公司;冷凍干燥機 美國Labconco公司;TM-3000掃描電鏡、U3900紫外分光光度計 日本Hitachi(日立)公司;TA-XT2i 型質構分析儀 英國Stable Microsystems公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料組分測定 水分的測定參照GB 5009.3-2010[8];蛋白質的測定參照GB 5009.5-2010[9];脂肪的測定參照GB 5009.6-2003[10];灰分的測定參照GB 5009.4-2010[11];淀粉含量的測定參照GB 5009.9-2008[12];粗纖維含量測定參照GB/T 5009.10-2003[13];直鏈淀粉含量的測定參照Martinez等[14]提出的比色法進行。

1.2.2 混合粉制備 將綠豆、蕎麥、高粱、薏米四種雜糧分別用垂直旋風磨磨粉后過80目篩,分別按雜糧:秈米粉為1∶3的比例將雜糧添加到秈米粉中,充分混合均勻(SINMAG攪拌機混合1 h),將純秈米粉作為對照組。

1.2.3 混合粉特性研究

1.2.3.1 糊化特性測定 參照AACC76-21[15]方法并進行改良,利用快速黏度儀測定四種不同雜糧添加對秈米粉糊化特性的影響。準確稱量樣品(3.5±0.01) g,樣品水分基準為14%,加入蒸餾水(25±0.1) mL,于RVA專用鋁盒混合。試樣重復三次。

具體測試程序為:50 ℃保持1 min;以5 ℃/min的速度上升到95 ℃(9 min);95 ℃下保持7 min;以6 ℃/min下降至50 ℃(7.5 min);50 ℃下保持4.5 min;攪拌器在起始10 s內轉動速度為960 r/min,之后保持在160 r/min。

1.2.3.2 流變特性測定 混合粉流變特性測定參照Torbica等[16]方法并做了修改。頻率掃描:使用Anton Paar MCR 302流變儀,試驗樣品取1.2.3.1制備好的淀粉糊,平板直徑為50 mm(轉子:PP50),平板間距1 mm,測得樣品的線性黏彈區為0.01%～1%。測試溫度為25 ℃,頻率變化范圍為0.1～20 Hz,測定樣品的G′、G″和tanδ的變化。

1.2.3.3 掃描電鏡 混合粉糊化后凝膠微觀結構的觀察參考Mariotti等[17]方法并做了改良。利用1.2.3.1方法得到RVA淀粉糊,經預凍處理后于-80 ℃冷凍干燥48 h,用戊二醛固定,磷酸緩沖液淋洗,然后分別以30%、50%、70%、90%和100%的乙醇梯度洗脫,離子濺射噴金,置于Hitachi TM3000掃描電鏡上觀察并保存圖片。

1.2.3.4 凝膠質構特性 參考張正茂等[18]方法并做了修改。采用TA-XT2i型質構儀測定不同雜糧添加對秈米粉凝膠特性的影響,利用1.2.3.1處理得RVA淀粉糊,倒入塑料模具(樣品大小為2 cm×2 cm×2 cm正方體)中,4 ℃冰箱過夜形成凝膠(蓋上塑料膜密封防止水分損失),使用P/6圓柱型探頭,測試速度為0.5 mm/s,測試距離10.0 mm,測量凝膠的硬度、彈性、咀嚼性等特性。

1.2.4 米粉的制備 采用BradenderDSE-20型雙螺桿擠壓機,擠壓參數設定:長徑比40∶1,螺桿直徑20 mm,模孔直徑2 mm。擠壓機套筒溫度分別設定為Ⅰ區40 ℃、Ⅱ區60 ℃、Ⅲ區110 ℃、Ⅳ區90 ℃、Ⅴ區80 ℃和Ⅵ區80 ℃。螺桿轉速為120 r/min,喂料速度為16 r/min,擠壓機內物料含水量控制在38%。擠壓機啟動穩定后,按照設定條件對上述1.2.2中混合樣品分別進行擠壓實驗,得到四種擠壓雜糧米粉。

1.2.5 米粉特性的研究

1.2.5.1 蒸煮特性測定 雜糧米粉蒸煮特性測定依據Wang等[19]方法并進行改良,取1.2.4中制備的米粉15 g(每根約10 cm),放入盛有30倍重量沸水的燒杯中,用秒表計時,同時加蓋鋁箔以降低水分散失,蒸煮過程中取出1根放于兩個玻璃片中擠壓,觀察有無硬心,然后每隔30 s取樣觀察一次直到無硬心,此時為最佳蒸煮時間。樣品撈出瀝水5 min,稱重(W1,g)。然后將樣品在105 ℃烘箱中烘至恒重(W2,g)。

膨脹指數(SI/%)=(W1-W2)×100/W2

蒸煮損失(CL/%)=(DM-W2)×100/(DM)

式中:DM代表米粉中干物質的含量。

斷條率的測定為:取30根米粉,放入30倍重量的沸水中并用秒表計時,用鋁箔蓋住燒杯口靜置。計時到達蒸煮時間時,用筷子將米粉一根一根挑出,記錄米粉斷條的數量為N。

斷條率(%)=N×100/30

1.2.5.2 米粉蒸煮后質構特性的測定 采用TA-XT2i型質構儀測定不同擠壓雜糧米粉的質構特性。參考張艷榮等[20]方法并做了修改。取三根長10 cm左右煮熟的米粉(樣品直徑為2.5 mm左右)平鋪于測試臺上,保持米粉的間距一致,然后進行TPA測定。具體參數設定為;測試探頭:P/36R、測試前速度:5.00 mm/s,測試速度:1.00 mm/s,測試后速度:5.00 mm/s,形變量:75%,觸發力:5.0 g,間隔時間:5 s,數據采集:400 pp/s。每個樣品重復測定8次,去除最大和最小兩個差異較大的值,結果取平均值。

1.3 數據處理

采用Origin 8.0和SPSS 18.0數據處理軟件對數據進行分析,并用Duncan法進行顯著性分析(p<0.05)。

2 結果分析

2.1 原料的基本組分分析

秈米、綠豆、蕎麥、高粱和薏米的基本組成成分如表1所示。相對于秈米粉,雜糧粉中含有較高的蛋白質,其中綠豆中粗蛋白含量最高,幾乎是秈米的3倍,其次是薏米中含有14.50%的粗蛋白,約是秈米的2.1倍,而蕎麥和高粱的粗蛋白含量相對較少,分別是11.50%、10.40%。薏米中含有較高的粗脂肪含量達5.10%,約是秈米的3.9倍,其次是蕎麥和高粱,綠豆中的粗脂肪含量最低,為0.90%。此外,與秈米相比雜糧中普遍含有較高的灰分,綠豆中灰分達2.30%,約是秈米的2.6倍,灰分主要是各種礦物質元素的氧化物,表明雜糧普遍含有較高的礦物質。與秈米相比雜糧中普遍含有較高的粗纖維,其中綠豆中粗纖維含量最高,達到5.67%,主要與綠豆表皮成分有關[21],其次是薏米,粗纖維含量達到3.62%,高粱和蕎麥中的粗纖維含量相對較低,但仍遠高于秈米。淀粉占谷物成分的比重最大,秈米中的淀粉含量最高達74.91%,其次是高粱、蕎麥分別為71.10%、69.80%,薏米和綠豆的淀粉含量相對較小各是63.40%、55.70%。綠豆的直鏈淀粉含量最高達到30.20%,蕎麥淀粉的直鏈含量也相對較高達到29.40%,略高于秈米粉中的28.70%,而薏米淀粉中直鏈含量最低,僅為6.20%。

表1 原料的基本組分含量分析(干基/%)Table 1 The basic components in raw material(dry/%)

2.2 混合粉的特性分析

2.2.1 雜糧添加對秈米粉糊化特性的影響 秈米粉及秈米與不同雜糧混合粉的RVA糊化曲線見圖1,糊化參數值見表2。比較發現添加不同雜糧粉后,秈米粉的糊化曲線發生了較大變化。對比純秈米粉,蕎麥粉和秈米粉混合后在淀粉糊化過程中,其糊化黏度、峰值黏度、最低黏度和最終黏度都顯著(p<0.05)高于其它樣品。糊化黏度與雜糧中淀粉含量和淀粉特性相關,蕎麥和秈米中淀粉含量相對較高,這導致了秈米粉或蕎麥-秈米混合粉糊化后黏度遠高于其它谷類作物淀粉[22-23]。

表2 不同雜糧秈米混合粉糊化過程中的特征值Table 2 Characteristics of different coarse cereals flours in gelatinization process

圖1 不同雜糧秈米混合粉的RVA圖譜

崩解值反映淀粉熱糊的穩定性,即抗剪切和耐熱性能。蕎麥-秈米混合粉與純秈米粉相比崩解值沒有顯著性差別(p>0.05),而添加其它三種雜糧后的崩解值均顯著低于純秈米粉(p<0.05)。崩解值與淀粉含量或顆粒特性等有關,雜糧-秈米混合粉具有總淀粉含量少,淀粉溶脹后顆粒強度大,不易破裂等特點,導致其熱糊穩定性好,即崩解值小[24]。同時,由于雜糧-秈米混合粉體系中高脂肪含量,形成了較高含量的淀粉-脂質復合物,其抗剪切性強,抑制淀粉崩解,從而產生較低的崩解值[25]。

回生值可以衡量谷物粉冷糊的穩定性和老化趨勢,較高的回生值可能有利于米粉的快速凝膠化。高粱-秈米混合粉回生值可以達到2322 cP,接近純秈米粉的2329 cp,添加綠豆粉和蕎麥粉后的混合粉的回生值分別達到2180、2159 cP,而添加薏米粉回生值最低1369 cP。淀粉的回生是淀粉分子重結晶的過程,淀粉在完全糊化后于低溫下冷卻,糊液中的淀粉分子從無序狀態通過氫鍵重新進行有序排列,形成難以復水的高度結晶體[26]。影響雜糧混合粉回生值的因素很多,包括淀粉含量、直鏈支鏈比,其它組分如蛋白質、纖維以及脂肪含量等均可能影響到淀粉的回生程度[27]。

2.2.2 雜糧添加對秈米粉流變特性的影響 實際加工過程中,淀粉糊時常需要處于動態變化中,因此很有必要討論淀粉糊在動態過程中的流變特性。動態流變學可用來測定樣品的黏彈性,對其加工特性和質量控制具有很大應用價值[28],米粉的品質特性與其凝膠體系的動態黏彈性有直接關系。彈性模量(G′)代表能量貯存而可恢復的彈性性質,損耗模量(G″)代表能量消散的黏性性質。

圖2a顯示,添加了蕎麥粉和綠豆粉的秈米混合粉樣品G′較高,而添加高粱粉和薏米粉的混合粉G′較低。更高的G′表示混合體系結構內部的分子鏈間的纏結點增多,凝膠體系網絡結構加強。有資料報道直鏈淀粉含量越高,淀粉網絡凝膠結構強度越大[29]。由此推斷,蕎麥粉和綠豆粉中直鏈淀粉含量較高,使得其混合粉G′較高。圖2b中G″的變化趨勢類似于RVA中的峰值糊化黏度,添加了蕎麥的混合粉樣品G″最高。

圖2 雜糧秈米混合粉動態流變特性曲線

tanδ為G″與G′比值,tanδ越大,表明體系的黏性比例越大,可流動性強,反之則彈性比例較大。由圖2c可以看出,所有樣品的彈性模量均遠大于其黏性模量,即tanδ<1,且G′、G″隨頻率增加而上升,表現為一種典型的強凝膠的動態流變學圖譜[30]。

2.2.3 雜糧添加對秈米混合粉糊化后凝膠微觀結構的影響 從圖3a中可以看出,純秈米粉糊化后凝膠結構完整無明顯孔隙,淀粉相有較好的連續性。與純秈米糊化后的凝膠結構相比,添加雜糧的樣品糊化后凝膠呈現出較多的孔狀結構。其原因可能是,四種雜糧中含有的較多的蛋白質、粗纖維、脂肪,與淀粉分子之間的相容性較差,破壞了淀粉的凝膠網絡結構的連續性。對比幾種雜糧添加對凝膠網絡結構的影響,可以看出,添加綠豆粉(圖3b)后的凝膠結構孔隙較多,但較為均勻和密實。添加蕎麥粉(圖3c)后的混合體系凝膠結構孔隙較綠豆混合體系凝膠明顯減少,但孔洞增大。添加高粱(圖3d)和薏米(圖3e)后混合體系的凝膠結構表面明顯更加粗糙,孔洞較大且分布不均勻。可能是因為綠豆雖然含有較高的粗纖維和蛋白質,但較高的直鏈淀粉含量有助于維持凝膠網絡結構,然而,薏米中較高的蛋白質、脂肪、纖維含量均不利于凝膠網絡的維持。體系的微觀結構與其流變特性是密切相關的,微觀結構的顯著變化導致了混合體系與純秈米體系流變特性上的差異[31]。

圖3 雜糧秈米混合粉糊化后微觀結構圖(×2000)

2.2.4 雜糧添加對秈米粉凝膠質構特性的影響 米粉形成的實質是大米淀粉糊化后,直鏈淀粉分子從膨潤的淀粉粒中逸出,通過分子間氫鍵以及空間構象作用,形成連續的三維凝膠網絡結構,而具有一定黏彈性和強度的凝膠[32]。凝膠的質構特性是淀粉凝膠食品接受程度最重要的評價標準之一,而米粉是典型的淀粉凝膠食品。可以通過研究添加雜糧后米粉的凝膠質構特性預測雜糧米粉的品質[33]。表3顯示,與秈米粉凝膠質構相比,添加蕎麥粉凝膠的硬度、彈性和內聚性指標最大,表明蕎麥粉的添加可能會提高雜糧米粉硬度和彈性等品質,這與Torbica等[16]研究發現蕎麥淀粉具有較高的凝膠特性一致,可能與蕎麥淀粉高結晶度、高持水性和低分子量有關[34]。而添加薏米粉混合體系凝膠質構的各項指標均最低,與前面混合體系所表現出來的糊化特征、流變特性、微觀結構等比較一致。

表3 凝膠TPA特征值Table 3 TPA characteristics of gel

2.3 擠壓雜糧米粉的品質特性分析

2.3.1 擠壓雜糧米粉蒸煮特性分析 表4為擠壓雜糧米粉的蒸煮特性參數。與秈米粉相比,添加雜糧后雜糧米粉的蒸煮時間略微增加,但沒有顯著性差異(p>0.05),添加薏米粉的蒸煮時間最長,這與混合粉的糊化溫度有關,糊化溫度越高越不利于谷物蒸煮,煮熟時間也越長[31]。添加雜糧后,擠壓雜糧米粉的膨脹率顯著(p<0.05)增加,其中添加綠豆粉的膨脹率最高,可能與其微觀結構所顯示出來的致密的凝膠孔隙結構相關。孔洞越多,吸水率越高,孔洞致密,表明其可能有更高的持水性。

表4 擠壓雜糧米粉蒸煮特性參數Table 4 Cooking characteristic parameters of extruded rice noodles with coarse cereals

此外,較高的纖維含量也有助于米粉在蒸煮過程中的吸水。在米粉中添加雜糧后,雜糧米粉的蒸煮損失和熟斷條率明顯增加,這是由于雜糧含有的高蛋白、高纖維、高脂肪破壞了淀粉連續性的三維網絡凝膠結構。其中添加蕎麥粉和高粱粉米粉的蒸煮損失和熟斷條率相對較低,這與它們相對較高的淀粉含量以及凝膠強度相關。

2.3.2 蒸煮后擠壓雜糧米粉質構特性分析 表5體現了擠壓雜糧米粉蒸煮后的質構特性。質構是雜糧米粉最重要的特性,決定了米粉的品質。較高的硬度和彈性是米粉的理想品質特征[33]。在秈米粉中添加蕎麥粉后擠壓雜糧米粉的硬度、黏性、彈性、內聚性、咀嚼性以及回彈性均比較接近秈米,表明在一定范圍內蕎麥的添加,不會破壞擠壓米粉的質構特性。相比較而言,在秈米粉中添加薏米粉使得雜糧米粉的質構特征值均有明顯的下降,明顯降低了雜糧米粉的品質。擠壓雜糧米粉煮熟后的質構特性與其糊化凝膠質構特性基本一致,也表明了糊化凝膠質構特性可以用來預測米粉品質特性。

表5 擠壓雜糧米粉的TPA特征值Table 5 TPA characteristics of extruded rice noodles with coarse cereals

3 結論

對比純秈米粉,添加25%蕎麥粉和秈米粉混合后,在淀粉糊化過程中表現出更高的黏度。添加25%高粱粉回生值最高,接近純秈米粉,而添加25%薏米粉回生值最低。與純秈米糊化后的凝膠結構相比,添加雜糧的樣品糊化后凝膠呈現出較多的孔狀結構。與秈米粉凝膠質構相比,添加蕎麥粉凝膠的硬度和彈性指標最大。添加雜糧后,擠壓雜糧米粉的膨脹率顯著增加,其中添加25%綠豆粉的膨脹率最高。在米粉中添加雜糧后,雜糧米粉的蒸煮損失和熟斷條率明顯增加,其中添加蕎麥粉和高粱粉米粉相對較低。在秈米粉中添加蕎麥粉后米粉的質構特性比較接近秈米,添加薏米粉使得雜糧米粉的質構特征值均有明顯的下降。選擇適當的雜糧,利用擠壓技術開發擠壓雜糧米粉有助于提高米粉的營養價值,同時有助于加快傳統主食食品米粉的工業化進程。