水中不同Ca2+濃度對小米糊化特性的影響

閆海麗，成 鍇，王振華，張 鵬，魚冰星，余愛麗

（山西農業大學谷子研究所，山西長治046011）

谷子是我國北方傳統的農作物之一，為“五谷”之首。谷子脫殼后為小米，小米富含膳食纖維、礦物質元素、多酚類物質等，其營養成分比例均衡且消化率高，是一種良好的營養來源[1-2]。小米的食用方式熬粥占有很大比例，因此，小米的糊化特性很重要[3-4]。小米淀粉是小米主要的可食部分，含量約為小米總質量的50%～60%，因此，小米淀粉的物化性質影響著小米的品質[5]。小米粉與小米淀粉的糊化特征值呈極顯著正相關，小米粉的糊化實質上就是小米淀粉的糊化，在一定程度上可以用小米粉的糊化特性表征小米的糊化特性[6-7]。小米粉RVA 譜是一定量的米粉加水后在快速加熱、冷卻過程中，其黏滯性發生一系列變化形成的曲線，由于模擬了米飯的蒸煮過程，其特征值與小米蒸煮食味品質密切相關，因此，小米粉RVA 特征值可作為評價小米蒸煮食味品質優劣的重要指標[8]。

食品加工過程中，氯化鈣、氫氧化鈣常被用做食品添加劑，用于調味和增加營養[9-14]。李嘉欣等[7]研究表明，小米粉中添加適量的氫氧化鈣可加速淀粉的糊化過程，降低吸熱焓，從而提高了小米面條的感官品質和質地特性。然而，水作為小米粥熬制的關鍵因素之一，其水質硬度即水中Ca2+含量與小米淀粉糊化特性的相關研究還未見報道。

本試驗利用快速黏度分析儀（Rapid Viscosity Analyzier，RVA），使用氯化鈣模擬水中碳酸鈣，對水中不同鈣含量條件下小米粉的糊化特性進行分析，充分了解水中Ca2+對小米糊化特性的影響，旨在為小米粥熬制時用水類型的選擇提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為晉谷21、長生13、長農35、晉汾107、黃金苗、沁黃2 號。其中，晉谷21、晉汾107由山西農業大學（山西省農業科學院）經濟作物研究所選育，長生13、長農35 由山西農業大學（山西省農業科學院）谷子研究所選育，晉谷21 屬名優谷子品種，長生13、長農35 是目前市場上大面積推廣的谷子品種，晉汾107 為最新選育的優質品種；黃金苗是內蒙優質品種；沁黃2 號是山西沁縣沁州黃小米代表品種。6 個谷子品種均于2020 年5 月在山西農業大學（山西省農業科學院）谷子研究所試驗田播種，2020 年10 月收獲備用。

1.2 儀器和試劑

快速黏度分析儀（VLUP-Ⅲ-20T，澳大利亞紐波特）、精密電子天平（德國賽多利斯）、一兩裝高速中藥粉碎機（LG-01，深圳博大精科）。

無水氯化鈣，分析純，天津奧普生化工有限公司；超純水，由超純水機（四川優普超純科技有限公司）制備。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同Ca2+質量濃度水的配制 在我國，常用每升水中所含CaCO3的毫克數來表示水質硬度，單位為mg/L。考慮碳酸鈣、氫氧化鈣的水溶性差，本試驗選用在超純水中添加氯化鈣的方式模擬我國常用的水質硬度分級時對應碳酸鈣的濃度（表1），分析水中不同Ca2+濃度對小米糊化特性的影響。

1.3.2 小米粉RVA 值的測定 將小米樣品磨粉后，過孔徑0.178 mm 篩備用。準確稱取3.5 g 樣品倒入專用鋁盒中，加入（25.0±0.1）mL 水（水中添加不同質量濃度的Ca2+）；充分攪拌均勻后置于快速黏度分析儀內，初期以960 r/min 攪拌成均勻一致的懸浮液，再以160 r/min 的速率旋轉至測定結束。RVA 初始溫度 50 ℃保持 1 min，后以 12 ℃/min 的速率升溫加熱至95 ℃，在95 ℃下保持2.5 min，再以12 ℃/min 降溫至50 ℃保持2 min；每個樣品測定時間13 min。測定過程中的溫度、轉速由Thermocline for window 軟件控制，測得峰值黏度、低谷黏度、崩解值、最終黏度、回生值、峰值時間和糊化溫度。

1.4 數據分析

樣品重復測定3 次，以平均值±標準誤表示測定結果。采用Excel 2007 和SPSS 26.0 軟件對試驗結果進行分析。

2 結果與分析

2.1 水中Ca2+濃度對晉谷21 糊化特性的影響

試驗選用我國名優谷子品種晉谷21 為材料，分析水中不同Ca2+濃度對其糊化特性的影響。從表2 可以看出，晉谷21 小米粉糊化特性隨著水中Ca2+濃度的增加呈現有規律的變化：峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回生值和峰值時間均隨Ca2+濃度的增加而下降，在低濃度時降幅較大，后隨著水中Ca2+濃度的增加趨于平緩；崩解值隨Ca2+濃度的增加先上升后下降；糊化溫度則隨著Ca2+濃度的增加先下降后上升。說明水中Ca2+濃度高，即水的硬度大時小米的糊化特性變差，可能是由于Ca2+濃度大時妨礙了淀粉顆粒吸水膨脹和糊化過程，致使小米粉黏度降低[9]。

表2 水中不同Ca2+濃度對晉谷21 糊化特性的影響

由表2 可知，水中的Ca2+質量濃度為0 mg/L 時，晉谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度和回生值均最大，分別為 1 653、926、1 791、865 cP。崩解值在Ca2+質量濃度為30 mg/L 時最大，為924 cP。糊化溫度在Ca2+質量濃度為30、60 mg/L 時分別為76.02、75.75 ℃，均顯著低于不加鈣和高濃度鈣時的糊化溫度。試驗結果表明，水中低濃度鈣，即Ca2+質量濃度＜60 mg/L 時，晉谷21 的糊化溫度較低，其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回生值均較高。說明水中低濃度的鈣加速了小米淀粉的糊化過程，降低了吸熱焓[7]，可能是由于Ca2+進入淀粉顆粒并與水分子形成強靜電作用，減少了游離水的比例，從而使淀粉顆粒吸收更多水分子，使小米淀粉更易糊化[13]。

綜上所述，水中Ca2+質量濃度＜60 mg/L 時有利于晉谷21 的糊化，此時其峰值黏度較高、糊化溫度較低。說明低濃度的鈣可促進小米的糊化，小米粥更容易熬制。

2.2 0～60 mg/L Ca2+對晉谷21 糊化特性的影響

由2.1 可知，水中Ca2+質量濃度＜60 mg/L 時，晉谷21 的糊化溫度較低，其峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回生值均較高。為尋找水中Ca2+質量濃度的最佳區段，將0～60 mg/L 之間細化為0、5、10、15、20、30、60 mg/L 共 7 個濃度梯度進行分析。

由圖1 可知，Ca2+質量濃度在0～60 mg/L 時，隨著Ca2+質量濃度的增加，晉谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度和回生值均表現出先增后降的趨勢，在5 mg/L 時達到最高值；峰值時間隨著Ca2+質量濃度的增加而逐漸降低。

Ca2+質量濃度為5 mg/L 時，晉谷21 的峰值黏度為1 802 cP，低谷黏度為939 cP，最終黏度為904 cP，回生值為904 cP，峰值時間為4.95 min，糊化溫度為76.30 ℃。與不加鈣相比，水中Ca2+質量濃度為5 mg/L 時，晉谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回生值分別增加 149、13、52、39 cP，增幅分別為9.0%、1.4%、2.9%和4.5%；峰值時間減少0.14 min，糊化溫度降低0.58 ℃。結果表明，Ca2+質量濃度為5 mg/L 時，晉谷21 的糊化特性最好，此時其峰值黏度最高、糊化溫度較低，說明低濃度的Ca2+可以提高淀粉顆粒的膨脹力和持水性，淀粉顆粒膨脹較快，所需要的能量較少[11]。

2.3 不同品種谷子在低質量濃度鈣 （0～20 mg/L）下的糊化特性分析

為驗證水中低濃度鈣促進小米糊化特性的廣適性，試驗選用晉汾107、長農35、黃金苗、沁黃2 號、長生13 這5 個谷子品種分析水中低質量濃度鈣（0～20 mg/L）時小米的峰值黏度差異。

從圖2 可以看出，Ca2+質量濃度在0～20 mg/L時，5 個谷子品種的峰值黏度隨Ca2+濃度的增加呈現出先增加后降低的趨勢。晉汾107 的峰值黏度最大值在Ca2+質量濃度5 mg/L 時出現，為2 247 cP；長農35、黃金苗、沁黃2 號的峰值黏度最大值均在Ca2+質量濃度 10 mg/L 時出現，分別為 1 820、2 010、2 260 cP；長生13 的峰值黏度最大值在Ca2+質量濃度15 mg/L 時出現，為2 452 cP。5 個谷子品種的峰值黏度最大值均高于不加鈣的水，顯著高于20 mg/L Ca2+質量濃度的水。晉汾107、長農35、黃金苗和沁黃2 號4 個谷子品種的峰值黏度在5、10、15 mg/L這3 個Ca2+質量濃度之間的差異不顯著。結果表明，水中Ca2+質量濃度在5～15 mg/L 時，可以提高不同品種小米的糊化特性，小米粥更容易熬制。

3 結論與討論

食品加工過程中，氯化鈣、氫氧化鈣常被用做食品添加劑，用于調味和增加營養。針對不同類型的淀粉添加氯化鈣或氫氧化鈣，淀粉的糊化特性不同[9-11]。芡實淀粉糊中添加氯化鈣會降低淀粉糊的黏度[9]。單獨添加氯化鈣對大米淀粉的糊化特性影響不顯著[10]。本試驗結果表明，隨著水中Ca2+濃度的增加，晉谷21 的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度和回生值均表現出先增后降的趨勢，在5 mg/L 時達到最高值，這與湯培培等[11]的玉米淀粉中添加氫氧化鈣的研究結果一致，說明低濃度Ca2+能與淀粉分子發生交聯形成氫鍵，破壞淀粉分子間的結合，從而改善淀粉顆粒的吸水性[12]，提高小米的糊化特性；而Ca2+濃度高時則妨礙了淀粉顆粒吸水膨脹和糊化過程，致使小米粉黏度降低[9]。

劉建壘等[3]用不同類型的水煮小米粥，發現直飲水、自來水煮的小米粥的米香更濃郁，色澤及適口性更好。本試驗結果顯示，水中Ca2+質量濃度在5～15 mg/L 時，晉谷 21、晉汾 107、長農 35、黃金苗、沁黃2 號、長生13 等谷子品種的糊化特性最好，表現出高的峰值黏度。說明水中低濃度的鈣可促進小米糊化，Ca2+可與小米中的香氣成分結合以利于香氣成分的釋放[15]，使小米粥的味道更佳。

近年來，RVA 多用于確定谷類淀粉的物理化學特性，特別是黏度特性[16]。研究證實，高食味品質稻米品種的峰值黏度高[8，17]。本試驗結果表明，水中Ca2+質量濃度在5～15 mg/L 時，6 個不同品種的谷子糊化特性最好，峰值黏度高，說明低濃度的鈣可使小米粥具有高食味品質。

本研究以晉谷21、晉汾107、長農35、黃金苗、沁黃2 號和長生13 為試驗材料，當水中Ca2+質量濃度為5～15 mg/L 時，均可促進6 個不同品種小米的糊化，峰值黏度高。因此，水中Ca2+質量濃度5～15 mg/L 可作為小米粥熬制時水質選擇的依據。