基于擠壓蒸煮的蕎麥粉加工品質改良及其機制研究

張文蕾 李清清 姜 松 陳中偉 楊慶余 肖志剛 徐 斌,

(1. 沈陽師范大學糧食學院，遼寧 沈陽 110034；2. 江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮江 212013)

蕎麥主食品種繁多，具有強身健體、防治未病的功效[1]。但蕎麥中面筋蛋白含量低[2]，面團粘結力弱，限制了其在工業化面制主食中的應用。當高含量添加到面條中時，在煮制過程中面條易出現斷條、蒸煮損失率高[3]等現象。

預糊化淀粉常被應用于雜糧掛面加工品質的改良，而擠壓蒸煮技術作為一種常見的原料預糊化處理方法，具有高效、可連續化等優勢，可用于蕎麥掛面的工業化生產。研究表明，預糊化處理可以改善原料粉的吸水性指數和糊化特性[4-5]，同時提高蕎麥粉的凝膠品質[6]19-20(具有高品質凝膠特性的預糊化粉能夠彌補面筋蛋白的不足，保證高添加量雜糧面制品的加工性能)；添加預糊化蕎麥粉可以改善面團流變性能[7]，增加蕎麥面團的黏性，促進面團成型，同時提高面團抗拉能力[8]；減少高添加雜糧面條斷頭率，縮短蒸煮時間。上述研究主要集中在擠壓工藝參數對預糊化粉理化性質的影響以及對面團、面條品質的改善上，而關于擠壓蒸煮對雜糧粉加工適應性的改良機理不明確。

本試驗擬采用擠壓蒸煮對蕎麥粉進行加工適應性改良，分析不同擠壓參數下所得預糊化蕎麥粉的加工特性，通過淀粉的精細結構分析，解釋其對面條加工特性的改善機理；同時優化預糊化蕎麥粉在50%蕎麥掛面中的添加比例，為預糊化粉在高添加蕎麥掛面中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蕎麥粉：普通蕎麥，山西雁門清高食業有限責任公司；

小麥粉：廣東佛山金禾面業有限公司；

總淀粉、直鏈淀粉試劑盒、糖化酶(3 260 U/mL)：美格茲密國際愛爾蘭有限公司；

中性蛋白酶：酶活≥ 3.5 U/mg，西格瑪化學試劑有限公司；

DMSO：色譜純，德國默克集團(Merck KgaA)；

溴化鋰：99%，阿拉丁試劑有限公司；

Tricine緩沖液：≥99%，西格瑪化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

雙螺桿擠壓機：FNHE36-24型，湖南富馬科食品工程技術有限公司；

體積排阻色譜：1100型，英國安捷倫科技公司；

物性儀：TA-XT Plus型，英國 Stable Micro System公司；

快速黏度分析儀：Tech-master型，波通瑞華科學儀器(北京)有限公司；

三維混合機：JHX4-DM型，浙江新世紀機械制造有限公司；

真空和面機：500微型，江蘇自然愛食品有限公司；

制面機：SK-1240型，成都索拉泰克精密機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

(1) 預糊化蕎麥粉的制備：采用雙螺桿擠壓機對蕎麥粉進行預糊化處理，具體加工參數如表1。

(2) 面帶、面片的制備：參照劉淑一[9]36-37的方法，按照表2配方稱取各原輔料(500 g)。

表1 蕎麥粉擠壓加工參數

表2 預糊化蕎麥粉—小麥粉混合面團配方

1.3.2 基本成分測定

(1) 水分含量：按AACC 44-15A執行。

(2) 總淀粉含量：按AACC 76-13執行。

(3) 直鏈淀粉含量：按Megazyme試劑盒的方法執行。

(4) 膳食纖維含量：按AACC 32-07執行。

1.3.3 淀粉精細結構測定 淀粉經異淀粉酶脫分支后，鏈長分布測定參考Li等[10]的方法進行。試驗數據的處理參照Castro等[11]的方法。

1.3.4 預糊化蕎麥粉加工特性測定

(1) 凝膠特性：參考GB 6783—2013并略作改進。待測樣品(干基)配成0.12 g/mL的溶液，攪拌均勻后倒入標準凝膠杯中，保持高度一致；4 ℃冰箱中放置24 h，采用質地分析儀進行穿刺試驗。測試模式：Return to start；參數：探頭P/0.5，測試速度1.00 mm/s，下壓距離10 mm，觸發力5 g。結果以凝膠強度(4 mm處的力)表示。

(2) 室溫黏度(25 ℃)：采用快速黏度測定儀，參照Majzoobi等[12]的方法進行測定。

1.3.5 面帶質地測定 參考劉淑一[9]38-39的方法。試驗結果以抗拉能力、黏附能力表示。

1.3.6 數據統計與分析方法 采用Excel進行數據處理，用SPSS中的One-Way ANOVA程序進行方差分析，Duncan法進行多重比較，以95%置信水平(P<0.05)來說明數據間差異顯著性。

2 結果與討論

2.1 擠壓蒸煮對蕎麥粉基本成分的影響

由表3可知，蕎麥粉經擠壓蒸煮后，總淀粉含量降低0.4%～36.0%，直鏈淀粉含量降低13%～24%，粗脂肪含量降低79%～86%。蕎麥粉在擠壓過程中，隨著擠壓溫度的增加，總淀粉含量降低，直鏈淀粉無顯著變化，粗脂肪含量無大幅變化；隨著水分的增加，總淀粉先降低后增加，直鏈淀粉無顯著變化，粗脂肪含量先不變化后增加；隨著螺桿轉速的增加，總淀粉、直鏈淀粉、粗脂肪含量均無顯著變化。

物料在擠壓腔中螺桿、螺旋的推動下，淀粉分子發生糊化，部分淀粉被降解為葡萄糖、麥芽糖等小分子物質，導致擠壓預糊化處理后總淀粉含量減少，與前人[6]16結論一致。有研究[13]表明擠壓對淀粉的降解作用主要發生在支鏈淀粉部分的α-1,6糖苷鍵位置，類似于普魯蘭酶的作用，少數發生在直鏈淀粉部分[14]。擠壓蒸煮處理能夠促進脂肪發生部分水解，生成單甘油和游離脂肪酸，這兩種產物與直鏈淀粉、蛋白質形成復合物，從而大幅降低擠出物中游離粗脂肪含量，與前人[15]結論一致。

表3 預糊化蕎麥粉基本成分分析?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

隨著擠壓溫度的增加，物料在腔體內所受作用力增大，更容易被高剪切所降解，導致T3淀粉含量降低，達36%。在擠壓過程中水分起到潤滑[16]和促進糊化的作用，隨著水分的增加，淀粉完全糊化，更有利于被降解；但在水分過高時，物料在腔體內所受作用力降低，淀粉的降解減弱，導致淀粉含量隨水分的升高先減少后增加。同時可能是擠壓蒸煮主要作用于支鏈淀粉部位，改變擠壓溫度、水分、螺桿轉速等擠壓工藝參數對蕎麥粉的直鏈淀粉含量影響較小。

2.2 擠壓蒸煮對蕎麥淀粉精細結構的影響

由圖1可以看出，蕎麥淀粉的SEC圖譜出現3個峰，其中前2個峰為支鏈淀粉，后1個峰為直鏈淀粉。未經處理的蕎麥支鏈淀粉的鏈長分布為DP 1～70，其中短支鏈淀粉的最高峰位于DP 5～6處，長支鏈淀粉的最高峰位于DP 20左右；直鏈淀粉的鏈長分布范圍為DP 71～10 000，最高峰位于DP 571。經過擠壓處理后，支鏈淀粉的鏈長分布范圍縮小為DP 1～50，最高峰的位置未發生變化，DP 6～50的支鏈淀粉含量降低，而W1樣品無顯著變化；直鏈淀粉的長鏈部分減少。經過預糊化處理后，DP 51～10 000 的直鏈淀粉含量增加，可能是原料中總淀粉以及支鏈淀粉的降解，導致生成的小分子糖在樣品制備過程中被洗去，同時由于擠壓類似于普魯蘭酶的作用，支鏈淀粉的主鏈部分轉化為直鏈淀粉，從而導致DP 51～10 000的直鏈淀粉含量增加。

圖1 脫分支預糊化蕎麥淀粉的鏈長分布

Figure 1 Distribution of chain length of debranching pregelatinized buckwheat starch (n=3)

由圖1和表4可知，隨著擠壓溫度的增加，直鏈淀粉的鏈長縮短，T3時直鏈淀粉降解明顯，DP 1 200～10 000的鏈長缺失；隨著溫度的增加，支鏈淀粉的鏈長也發生降解，DP 6～50的支鏈淀粉含量降低；隨著水分的增加，直鏈淀粉DP 5～60的鏈長部分降低，在W2時直鏈淀粉降解最顯著，主要由于充足的水分使樣品充分糊化，其在外力作用下更容易被降解，而當水分過高時，會起到潤滑作用，從而降低了對淀粉的作用；隨著螺桿轉速的增加，直、支鏈淀粉鏈長分布未發生明顯變化。

因此，蕎麥粉經擠壓蒸煮后，淀粉團粒破裂，直、支鏈淀粉發生不同程的降解，部分處理條件下，DP 1 200～10 000 的直鏈淀粉與DP 50～70的支鏈淀粉缺失；同時DP 6～50的支鏈淀粉也發生不同程度的降解，W1條件下的降解作用較小。

2.3 擠壓蒸煮對蕎麥粉加工特性的影響

2.3.1 凝膠特性 使用穿刺試驗測定不同擠壓蒸煮參數下預糊化蕎麥粉凝膠的質構特性，結果如圖2所示。隨著擠壓溫度增加，擠出物凝膠強度顯著增大；隨著擠壓水分從18%升高到22%，擠出物的凝膠強度顯著降低，在26%又有顯著升高的趨勢；隨著螺桿轉速增加，擠出物的凝膠強度增加，但變化不顯著。

表4脫分支預糊化蕎麥淀粉的結構特征參數?

Table4Structuralcharacteristicparametersofdebranchingpregelatinizedbuckwheatstarch(n=3)%

樣品編號DP6～50(支鏈淀粉)DP51～10000(直鏈淀粉)S22.0±1.2a26.0±1.4cT115.3±1.2g51.5±0.7aT219.5±0.1cd39.0±0.0bT317.8±0.0ef30.0±0.0cW121.2±0.1ab42.5±2.1bW217.8±0.0ef30.0±0.0cW316.3±0.2fg45.5±1.4bR118.3±0.5de44.5±0.7bR219.5±0.1cd39.0±0.0bR320.3±0.2bc39.5±0.7b

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

擠壓預糊化過程中，物料在高溫、高壓、高剪切作用下，淀粉顆粒溶脹，直鏈淀粉分子從團粒中滲出，規則的膠束結構被破壞，最終淀粉解體。直鏈淀粉的析出是淀粉凝膠形成的必要條件之一[17]。其中，直鏈淀粉以雙螺旋形式互相纏繞，形成凝膠網絡[18]，而支鏈淀粉作為分散相充填于網絡結構當中。

隨著溫度的升高，淀粉的降解作用增大，長直鏈淀粉減少(DP 1 200～10 000鏈長缺失)，適宜形成凝膠的直鏈淀粉含量增加，同時DP 6～50鏈長的增加，分散相的結構更加緊密，凝膠強度增加。低水分下，剪切作用增加，但可能是淀粉的不完全糊化，對其降解程度降低，其DP 6～50的鏈長部分顯著大于高水分下的淀粉；同時由于蛋白質在高水分條件下加熱發生變性，產生絮狀沉淀或形成凝膠結構，使W1的凝膠強度增強。隨著螺桿轉速的增加，淀粉的鏈長未顯著變化，其凝膠強度無顯著變化。因此，可以發現淀粉凝膠的形成，不僅與直鏈淀粉的含量有關，還需要特定鏈長的支鏈與直鏈淀粉。擠壓導致淀粉分子降解，產生了適宜淀粉凝膠形成的特定鏈長，其中DP 6～50的鏈長與淀粉的凝膠強度呈正相關。W1中DP 6～50的支鏈淀粉含量較高，以及直鏈淀粉適宜程度的降解，使其具有較高的凝膠強度，更有利于掛面加工品質的提高。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

Figure 2 Effects of extrusion processing parameters on gel properties of pre-gelatinized buckwheat (n=3)

2.3.2 室溫黏度 采用RVA測定不同預糊化處理條件下蕎麥預糊化粉的室溫黏度，結果如圖3所示。經預糊化處理后，蕎麥粉的室溫黏度顯著提高。這是由于擠壓機內強大的剪切作用以及高溫使蕎麥粉中淀粉的團粒結構被破壞，暴露更多的游離羥基，在冷水中易與水結合而使淀粉分子膨脹，形成具有一定黏度的均勻乳液[19]。同時蕎麥粉中含有4.7%的膳食纖維，擠壓會使其中可溶性戊聚糖的含量升高[20-21]，水溶性戊聚糖在水中可自由伸展成螺旋狀的棒狀結構，可提高水溶液的黏度。

由圖3(a)所示，隨著擠壓溫度升高，蕎麥粉的室溫黏度剛開始變化不明顯，而后顯著升高。這是由于溫度升高，蕎麥粉中水溶性戊聚糖含量升高，從而導致水溶液中黏度增大。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

Figure 3 Effects of extrusion processing parameters on viscosity of pre-gelatinized buckwheat at 25 ℃ (n=3)

由圖3(b)所示，隨著水分含量升高，蕎麥粉的室溫黏度顯著增加。這是由于水分增加，剪切作用減弱，對淀粉團粒的破壞程度降低，淀粉吸水程度增大，從而使得預糊化粉的室溫黏度增加[22]。

由圖3(c)所示，螺桿轉速為180～220 r/min時，蕎麥粉室溫黏度顯著降低，之后變化不顯著。隨著螺桿轉速的增加，溶脹的淀粉顆粒受到的剪切降解作用越強烈，但當轉速過高時，物料在機筒內所受剪切作用的時間縮短，淀粉團粒破壞程度降低，導致樣品的黏度上升。

2.4 50%蕎麥粉的面帶質地分析

在高添加雜糧掛面的加工中，淀粉形成的凝膠強度越強，加工品質越好。因此選擇在W1條件下生產的預糊化蕎麥粉，進行面帶的質地分析。首先基于面帶質地評價優化面帶的水分含量；然后在最適水分條件下，研究不同添加量對面帶質地的影響，尋找其在50%蕎麥掛面中的最適添加量。

2.4.1 面帶水分含量優化 由表5可知，隨著水分的增加，面帶的抗拉能力先增大后變小，黏附能力逐漸增加。這是由于面團是一個極其復雜的體系。一方面，面團是一個多組分的體系。在面團形成過程中，隨著機械攪拌的作用，面團體系中水分與其他組分發生復雜的相互作用，因此水分對面制品的質構特性具有很大的影響[23]。面帶的抗拉能力可以表征面團內部結合力的大小。當面團水分含量較低時，面筋蛋白由于吸水不足，無法形成良好的面筋組織，導致面帶抗拉能力降低；隨著水分含量的增加，面筋蛋白吸水逐漸充分，形成致密的面筋網絡結構，此時面帶抗拉能力達到最大；但面團水分含量過高時，面筋易發生水化，導致面團內部分子間作用力變弱，面帶抗拉能力降低。因此，面帶的抗拉能力隨面團水分含量先增大后減小。另一方面，面團是一個具有黏彈性的膠體及流變學體系。面帶的黏附能力可以表征面團的表面黏度，黏附能力越大，面片與接觸面剝離時所做的功也越大，易造成面帶粘輥。面帶的黏附能力隨水分含量的增大而增大，是因為水分含量會影響面團中水分的分布[24]，進而破壞面帶中面筋與淀粉凝膠間網絡結構的穩定性。當和面加水量不足時面帶松散不易成型，加水量過多時面帶易發黏，面團水分過高或過低均會影響掛面加工品質。

在面帶黏附適中情況下，面帶抗拉能力可以表征面帶加工性能。綜合考慮，對于S1、E1、E2、E3的面團最適含水量為36%，35%，35%，36%。

2.4.2 面帶質地分析 從表5可知，在面帶抗拉能力達到最大時的水分條件下，隨著預糊化蕎麥粉添加量的增加，面帶的抗拉能力先增大后減小，面帶的黏附能力逐漸增大。這是由于預糊化蕎麥粉添加量低時，其形成的凝膠作用較弱，不足以將原料黏結在一起；當含量過多時，稀釋了面筋蛋白的含量，導致抗拉能力下降。蕎麥粉經過擠壓處理后，淀粉破裂，分子發生降解，產生的小分子物質使面帶的黏附能力增加。

因此，在預糊化蕎麥粉添加量為10%，面團水分含量為36%時，面帶的抗拉能力最佳，黏附能力適中，最適合制作50%添加量的蕎麥掛面。

表5 預糊化蕎麥粉—小麥粉混合面帶質地分析?

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

3 結論

本試驗將蕎麥粉進行擠壓蒸煮后，其常溫水中可形成凝膠，室溫下黏度增大。在主區溫度200 ℃，水分含量18%，螺桿轉速220 r/min的條件下，預糊化淀粉中特定鏈長的支鏈淀粉分子(DP 6～50)最多，且凝膠品質改善最為明顯。當預糊化蕎麥粉添加量為10%時，面帶抗拉能力最佳，黏附能力適中，更有利于50%蕎麥掛面的壓延加工。因此，預糊化蕎麥淀粉中特定鏈長的支鏈淀粉分子(DP 6～50)與其凝膠強度呈正相關，且適度添加可提高50%蕎麥掛面的加工性能。下一步研究將從預糊化粉的凝膠品質與其加工掛面品質建立聯系的角度出發，進一步驗證預糊化粉凝膠特性作為其改善掛面品質的主要評判指標，從而完善預糊化處理改善蕎麥粉加工掛面品質的機制，同時為研究者快速選取高品質預糊化粉提供新的思路。