磨粉方式对苦荞粉粉质特性及体外消化特性的影响

何财安 张 珍 王丽静 刘 航 王 敏 孙新涛 李云龙

(西北农林科技大学食品科学与工程学院1，杨凌 712100)(山西省农业科学院农产品加工研究所2，太原 030031)

磨粉方式对苦荞粉粉质特性及体外消化特性的影响

何财安1张 珍1王丽静1刘 航1王 敏1孙新涛1李云龙2

(西北农林科技大学食品科学与工程学院1，杨凌 712100)(山西省农业科学院农产品加工研究所2，太原 030031)

选用超微、石磨、钢磨、湿磨4种磨粉方式对苦荞籽粒进行磨粉，分析比较苦荞粉破损淀粉含量、粒径分布、微观结构、水合特性、冻融稳定性、黏度特性等粉质特性并采用酶解法模拟体外淀粉消化测定不同时间点的总淀粉水解率。研究结果显示：磨粉方式对苦荞粉粉质特性及体外消化特性影响差异显著，其中超微粉碎能显著减小苦荞粉粒径大小(D[4,3]=32.09 μm)，提高其亮度值(L=88.92)以及淀粉对酶的敏感度；湿磨粉淀粉颗粒形态完整，破损淀粉质量分数最低，为4.25%，冻融稳定性好，回生值低(3 732 cP)，不易老化；石磨粉粉糊衰减值低，粉糊热稳定性好，淀粉水解缓慢；刚磨粉对各项指标的影响均不突出。不同磨粉方式对苦荞粉的影响不一，超微粉是一种理想的苦荞深加工食品原料，湿磨粉则适合冷冻食品加工，石磨粉更适合慢消化食品加工，而刚磨粉适合与普通食品用粉。

苦荞粉 磨粉方式 粉质特性 体外消化特性

苦荞[Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn.]，蓼科荞麦属双子叶植物，具有耐旱耐寒、生长期短等优点，主要分布于亚洲南部的喜马拉雅诸国[1]。苦荞因含有丰富的生物活性物质，如黄酮、多酚、手性肌醇等，在营养结构上明显优于禾谷类作物[3]，被认为是一种药食兼用作物资源。苦荞具有抗氧化、降血糖，软化血管，预防和治疗心血管疾病的作用[2]，近年来作为一种功能性食品原料被广泛应用于新型食品开发中。

谷物粉的粉质特性和消化特性会直接影响产品的质地、黏度、硬度及食品在体内的吸收情况等, 最终影响食品本身的嗜好特性。研磨粉碎是食品进行深加工的基础，有研究指出，不同的磨粉方式会因转速、铣削、产热、机械强度的不同对谷物粉的粉质特性[4]、消化特性[5]产生较大影响，这主要归结于谷物磨粉过程经常会伴随着粒度的减小[6]、淀粉结构的损伤[7]、淀粉晶体结构的变化[8]、蛋白质的降解[9]等。在谷物籽粒中，淀粉是含量最高且最为重要的碳水化合物，含量超过籽粒干重的50%。有研究表明，小麦粉中轻度损伤的淀粉颗粒可以增加蛋糕的体积，改善面条的质构特性，而受损严重的淀粉颗粒则会使蛋糕和面条的品质严重下降[10-11]，因此研磨对淀粉造成的影响会严重导致小麦粉性质发生改变。同时食物中的淀粉在人体内水解的快慢与诸多因素有关。Kaur等[12]报道了淀粉本身的颗粒大小不一样，比表面积不相同，酶作用的位点也会不一，这些均会影响淀粉的水解速率。表面褶皱较多的淀粉颗粒比表面光滑的淀粉颗粒水解速率快[13]。不同的加工方式[14]等也会导致淀粉水解程度的差异。而苦荞粉不仅是苦荞初加工的产品，也是苦荞深加工产品的原料，对产品品质有深远影响，因此在食品开发中，充分考虑粉质特性对于食品品质的影响，有助于更科学地利用资源。前人对苦荞的研究多集中于其营养功能性成分如蛋白质[15]、淀粉[16]、黄酮类物质[1]等的研究，而对磨粉方式造成的苦荞粉的粉质特性和消化特性改变的比较研究还鲜见报道。

因此，本研究选取4种具有代表性的磨粉方式(超微、石磨、钢磨、湿磨)对苦荞籽粒进行磨粉，分析苦荞粉样品的破损淀粉含量、粒径分布、色泽变化、微观结构、水合特性、黏度特性等粉质特性及体外消化特性的差异，比较不同磨粉方式的优势与不足，从而促进苦荞粉加工方式的改进与应用，也为不同苦荞粉在精深加工产品生产中的合理应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

苦荞种子(西农9940，2013年春收获)：陕西省榆林市试验点。真菌α淀粉酶(活力≥3 700 U/g)：北京索宝来生物科技有限公司；胃蛋白酶、猪胰腺α淀粉酶(15 U/mg)：美国Sigma公司。

1.2 试验仪器与设备

RVA-4快速黏度分析仪：澳大利亚新港科技有限公司；JSM-6360LV扫描电镜：日本JEOL公司；MS-2000激光粒度分析仪：英国马尔文公司；电动石磨：山东现林石磨有限公司；钢磨磨粉机：山东泗水鑫峰面粉机械有限公司；BFM-6B贝利微粉机：济南倍力粉技术工程有限公司；JYEZ6豆浆机：济南九阳股份有限公司；FW100高速万能粉碎机：上海楚定分析仪器有限公司；WSC-S 测色色差计：上海精密科学仪器有限公司。

1.3 苦荞粉的制备

将同一批西农9940苦荞种子分成4份，分别用于制备下列4种苦荞粉试验材料。

1.3.1 湿磨制粉

参考Liu等[16]和高晓旭等[17]的方法并略作修改。将苦荞原料脱壳，取100 g脱壳苦荞籽粒，在175 g蒸馏水中浸泡2 h，再加入原苦荞质量100%的蒸馏水，于豆浆机中粉碎40 s，抽滤，收集滤纸上固体，干燥后于万能粉碎机中粉碎10 s，装于密封袋中-20 ℃保存待用。

1.3.2 石磨制粉

由红盛小杂粮专业合作社按市场销售的石磨苦荞粉方法代加工制得，取样-20 ℃保存待用。

1.3.3 钢磨制粉

由山东泗水鑫峰面粉机械有限公司按市场销售的钢磨苦荞粉方法代加工制得，取样-20 ℃保存待用。

1.3.4 超微粉碎法制粉

将苦荞原料脱壳，取200 g脱壳苦荞籽粒，采用振动式超微粉碎机制备苦荞粉，循环液温度-10 ℃，设定时间15 min[18]。

1.4 试验方法

1.4.1 苦荞粉破损淀粉含量的测定

参考陈季洲等[19]的方法测定苦荞粉破损淀粉含量。

1.4.2 苦荞粉粒径分布的测定

分别取少量苦荞粉样品，以蒸馏水作为分散剂，使用激光粒度分析仪测定粉碎后的苦荞样品的粒径分布。

1.4.3 色泽的测定

采用色差计对不同的苦荞粉样品进行色泽的测定。使用L，a，b三色协调系统，L值表示亮度，范围在0～100之间，L值越高表明样品表面越白。a>0表示红值、a<0表示绿值。b>0表示黄值、b<0表示蓝值。

1.4.4 苦荞粉颗粒微观形态观察

采用扫描电镜对不同苦荞粉样品进行微观结构观察，将少量的苦荞粉充分分散在载物台上的双面导电胶上，用洗耳球吹去多余样品，在真空条件下进行喷金处理，扫描电镜工作电压为100 V，加速电压为15 kV。

1.4.5 水合特性的测定

参考Liu等[16]的方法测定苦荞粉水合特性。精确称取干重为0.1 g的苦荞粉样品，加入10 mL蒸馏水，混匀，分别在50、60、70、80、90 ℃条件下振动加热30 min。冷却后3 000 r/min离心20 min。取上清液于铝盒(质量为m1)中，105 ℃烘至恒重，称重为m2，同时称量下层沉淀物质量m3。持水力(WHC)、溶解度(WS)、膨胀性(SP)按公式计算：

铁路建设是集企业利益和社会效益于一体的系统工程，线路方案、车站的选择涉及企业、社会各方的利益。由于很难兼顾各方的全部意见，选择推荐合理、可实施的方案，总体除需具备很高的政策水平和很强的业务能力外，还需具备出众的组织沟通协调能力，特别是要与业主保持良好的沟通，真心实意当好业主的参谋。

(1)

(2)

(3)

1.4.6 苦荞粉冻融稳定性

参考Zheng等[20]的方法并稍作修改，将苦荞粉加蒸馏水配制成6%(m/V)的粉乳，沸水浴加热20 min，冷却至室温，搅拌均匀后取10 mL粉乳倒入质量为m1塑料离心管中，称重m2，于-20 ℃冰箱中冷冻22 h后取出，放于30 ℃恒温水浴锅中自然解冻2 h，在3 000 r/min条件下离心20 min，弃去上层清夜，称取沉淀物重量m3。反复冻融3次，按公式计算析水率：

(4)

1.4.7 苦荞粉糊化特性分析

根据LS/T 6101—2002谷物黏度测定法校准苦荞粉样品，按照14%湿基加入水和粉，悬浮液按以下程序升温：样品在50 ℃保持1 min,在3.7 min内加热至95 ℃，在95 ℃保持2.5 min,在3.8 min内再降温至50 ℃，然后在50 ℃保持2 min。

1.4.8 体外模拟淀粉消化

苦荞粉的体外模拟淀粉消化特性参考许芳溢等[21]的方法并略作修改。称取50 mg苦荞粉样品，加入5 mL蒸馏水沸水浴5 min，加入10 mL的HCl-KCl缓冲液(pH 1.5)和0.2 mL胃蛋白酶溶液，40 ℃水浴振荡1 h。然后加入pH 6.9乙酸钠缓冲液补足体积至25 mL，放置于37 ℃水浴中振荡。加入5 mL α-淀粉酶液(2.6 U)启动反应，在水解时间为0、10、20、30、60、90、120、150、180 min处各取1 mL消化样液，于100 ℃条件下灭酶5 min。以葡萄糖为标准品，采用DNS法对取出的消化样液进行还原糖含量测定。

1.4.9 数据处理

采用SPSS 22.0和Excel分析软件对试验测定的数据进行显著性分析和图表制作，各数据重复测定3次取平均值。

2 结果与讨论

2.1 苦荞粉破损淀粉含量

破损淀粉是在制粉过程中，由于受外力的磨、擦、削及挤压作用使淀粉的组织结构受到破坏而产生的[22]。谷物颗粒损伤程度通常是与磨粉仪器所产生的机械力大小、谷物研磨时间等有关[7]。Liu等[23]和Sheweta等[24]研究表明，破损淀粉可以增加粉的吸水性和对淀粉酶的敏感程度，影响小麦粉及其制品品质。由图1可以看出，苦荞粉中的破损淀粉含量受磨粉方式影响显著(P<0.05)。4种磨粉方式中，湿磨对淀粉颗粒的损伤程度最小，质量分数为4.16%，这与高晓旭等[17]的研究结果相似。超微粉、石磨粉和钢磨粉的破损淀粉含量分别是湿磨粉的7、2.77、1.9倍。湿磨磨粉时，苦荞籽粒经过浸泡，水分子进入籽粒内部，作为一种增塑剂增加了淀粉颗粒的弹性，增大淀粉的断裂韧性，代替淀粉吸收一部分机械能，从而显著减小了外界环境对淀粉粒的损伤[5]。超微粉碎对苦荞粉的机械损伤最大，破损淀粉质量分数达到29.19%，这是由于超微粉碎机高强度的撞击产生较大的机械力作用于淀粉使其细胞壁受损。石磨粉的破损淀粉质量分数仅次于超微粉，为11.52%，石磨在研磨过程中，同时需要压力、摩擦、剪切等作用使籽粒破碎，因此其对淀粉的破坏程度大于钢磨。

注：不同字母表示差异显著(P<0.05)。图1 不同磨粉方式对苦荞粉破损淀粉含量的影响

2.2 苦荞粉粒径分布

谷物粉粒度分布对粉的某些理化性质和加工品质影响显著，如吸水率、破损淀粉含量等[15]，进一步会影响其制品的食用和感官品质。从图2可知，4种磨粉方式得到苦荞粉的粒径分布差异显著(P<0.05)。超微粉平均粒径最小，为32.09 μm (D[4,3])，超微粉碎由于高速运动的磨介与物料在磨膛内充分撞击产生较大的机械冲击力，得到的苦荞粉的小粒径范围内的粉末占比明显高于钢磨、石磨和湿磨，且粒径分布范围窄(7.03～71.67 μm)，表明超微苦荞粉体粒度较细，分布均匀。湿磨粉的平均粒径(66.75 μm)仅大于超微粉，磨粉时，苦荞籽粒经过浸泡软化易被粉碎，经打浆机破碎得到粉末粒径相对机械冲击力大的超微粉偏大。4种磨粉方式中，石磨粉粒径分布最广(9.24～193.46 μm)，粉颗粒较大，粉质分布不均匀，较为粗糙。而据Niu等[25]报道，粉颗粒较细，有更好的可加工性，可以显著改善产品质地和口感，因此利用超微苦荞粉加工的苦荞产品更易被人接受。

图2 不同苦荞粉的粒径分布

2.3 苦荞粉色差分析

表1 磨粉方式对苦荞粉色差的影响

注：同一列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.4 苦荞粉微观结构观察

不同磨粉方式所得苦荞粉样品的扫描电镜照片见图3，可以清晰地看出，不同苦荞粉样品的微观形态和分布情况有较大差异。超微粉中由于磨介与物料的高频撞击，粉颗粒受到较强的机械力，形状不规则，大小不一，破损程度明显较高，这与之前测定的破损淀粉含量高一致，还可以看到，超微粉淀粉粒之间的黏聚性大，易相互吸附。湿磨粉由于粉碎过程有水的参与，减小了高速旋转的刀片所产生的冲击力，起到一定的润滑剂作用和分散效果[4]，其颗粒表

面光滑，结构完整，分布均匀，聚合度低。钢磨粉和石磨粉微观结构差异不明显，二者都表现出较高的聚合度，淀粉颗粒没有被机械力完全分开，呈多边形，受损较小，排列整齐。

图3 扫描电镜观察苦荞粉微观结构(×2 000)

2.5 苦荞粉水合特性

不同磨粉方式所得苦荞粉的水合特性用持水力，溶解度和膨胀性表示，结果见图4，它们与食品的感官、质构、色泽等品质相关，影响苦荞粉在产品开发中的应用。

由图4a可知，在同一温度下，不同磨粉方式所得苦荞粉样品的持水力有显著差异(P<0.05)。常温下，超微粉碎可以显著提高样品持水力，为3.42 g/g，湿法粉碎的样品持水力最低，为2.69 g/g，石磨和钢磨粉碎的样品持水力在二者之间。随着温度的升高，湿磨粉的高温持水力的提高更为显著，表明它具有更好的亲水能力，可以防止水分在热加工过程中的散失，延缓淀粉失水老化。石磨粉的高温持水力最低，在加工应用时应该注意。

a 持水力

b 溶解度

c 膨胀度注：图中同一温度下，不同字母表示差异显著(P<0.05)图4 不同磨粉方式对苦荞粉水合特性的影响

溶解度和膨胀度是反映苦荞粉加工品质的重要指标，因为它决定着苦荞制品在蒸煮过程中的膨胀程度和可溶性固形物的损失量。由图4b、图4c可知，在(50～90 ℃)温度内，苦荞粉的溶解度和膨胀度均随温度的升高逐渐增大，其大小依赖于温度高低。就溶解度而言，50～70 ℃时，同一温度下不同磨粉方式所得苦荞粉样品的溶解度均有显著性差异(P<0.05)，其大小依次为石磨粉>超微粉>钢磨粉>湿磨粉。随着温度升高(80～90 ℃)，石磨粉和超微粉的溶解度没有显著性差异，溶解度最大，而与钢磨粉和湿磨粉差异显著，湿磨粉溶解度最小，这预示着超微粉和石磨粉的深加工产品在蒸煮过程中糊汤现象较严重。膨胀度方面，50～60 ℃时，同一温度下，超微粉和石磨粉有显著性差异(P<0.05)，且超微粉>石磨粉，钢磨粉和湿磨粉无显著性差异。随着温度升高，与3种干磨磨粉方式相比，湿磨粉的高温膨胀性的提高更为显著，这表明湿磨粉加工的苦荞产品的膨胀性更优，这与高晓旭等[17]的研究结果一致。

2.6 苦荞粉冻融稳定性

冻融稳定性与淀粉的回生密切相关，是用于判断高淀粉食品品质优劣的重要指标。当淀粉凝胶遭受反复冻融时，淀粉分子会取向排列，形成氢键，发生脱水收缩现象，且随着冻融次数的增加而加剧[27]。测定不同磨粉方式所得苦荞粉的冻融稳定性，有助于指导其在冷冻食品加工中的应用。

不同磨粉方式所得苦荞粉样品的冻融稳定性见图7。石磨苦荞粉的冻融稳定性最差，经一次冷冻和解冻后，析水率就超过60%，明显高于其他样品，与之前测定的低持水能力一样，其抗冷冻能力也差，不适用于冷冻食品加工。湿法磨粉样品的冻融稳定性好，经过3次冻融循环，析水率仍不超过35%，这与龚魁杰等[28]的研究结果一致，说明湿法磨粉更适用于冷冻食品加工。超微苦荞粉样品和钢磨苦荞粉样品的冻融稳定性没有较大差异，处于石磨粉湿磨粉二者之间。

注：图中同一温度下，不同字母表示差异显著(P<0.05)图7 不同苦荞的糊冻融稳定性

2.7 苦荞粉糊化特性分析

由表2可以看出，钢磨磨粉可以显著降低苦荞粉的糊化温度(P<0.05)，其他3种制粉方式对苦荞粉糊化温度影响不显著，4种制粉方式对其黏度参数均有显著影响(P<0.05)。超微粉碎处理的苦荞粉糊峰值黏度最大，达到7 589 cp，石磨粉碎处理的峰值黏度最小，仅为3 887 cp。研究指出，峰值黏度显著影响面条制品的品质，峰值黏度越高，面条制品品质越好[29]，因此超微苦荞粉加工的面条品质和口感更好。衰减值是峰值黏度与最低黏度的差值，与淀粉粒膨胀后的刚性有关，反映了粉糊的热稳定性。石磨粉的衰减值最低，为150 cP，说明其粉糊热稳定性好，其次是钢磨粉(1 323 cP)，超微粉和湿磨粉衰减值较大，在热加工过程中黏度变化较大，粉糊热稳定性较差。回生值反应面粉糊的老化或回生程度。湿磨磨粉方式得到的苦荞粉具有较低的回生值(3 732 cP)，表明其胶凝能力强，老化程度低，与之前测定的湿磨粉具有较好的冻融稳定性一致。

表2 不同磨粉方式对苦荞粉糊化特性的影响

注：同一行不同字母表示差异显著(P<0.05)。

2.8 苦荞粉的体外消化速率

苦荞粉的体外消化速率可以在一定程度上反映其在人体内被消化吸收的情况。不同苦荞粉的体外模拟淀粉消化速率表现出一定的差异(如图8所示)。从总体趋势来看，所有样品的淀粉水解率均随时间的延长而逐渐升高，各样品总淀粉水解率在前90 min 内增长较快，尤其是在前20 min 的快速消化淀粉水解阶段，而在后面的90～180 min内则呈现出缓慢增长的趋势。由图8可知，超微粉在整个消化过程中淀粉消化速率一直较高，这一现象与超微粉中高含量的破损淀粉和较小的粒径分布有关。破损淀粉和较小的颗粒能加快淀粉的水解消化，这在Dhita等[30]和Mahasukhonthachat等[31]的研究中已得到证实。石磨苦荞粉在各时间点的消化率均显著低于其他样品，180 min时淀粉水解率不到52%，其慢消化性可以缓解血糖反应，推荐应用于针对特殊人群如糖尿病人等的食品开发中。

图8 不同苦荞粉的总淀粉水解率

3 结论

不同磨粉方式对苦荞粉的粉质特性影响显著。苦荞粉经超微粉碎后，破损淀粉含量显著增加，粒径范围分布窄，比表面积增大，色泽亮度高，有更强的吸水性和溶解性，消化性好，具有良好的加工特性，其深加工产品可能更容易被消费者接受；钢磨磨粉方式对苦荞粉的各项粉质特性指标影响不显著，但钢磨转速快，生产效率高，经济成本低，可作为普通食品用粉的首选制粉方式；石磨磨粉的衰减值低，热糊稳定性好，体外消化速率慢，在一定程度上可缓解人体血糖反应，建议应用于慢消化食品的加工中；湿法磨粉可以软化苦荞颗粒，破损淀粉含量最少，淀粉颗粒表面完整光滑，溶解度小，高温膨胀度大，冻融稳定性好，回生值低，不易老化，适合用于淀粉凝胶类和冷冻食品的生产。

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Effect of Different Milling Methods on Characteristics andinvitroStarch Digestibility of Tartary Buckwheat Flour

He Caian1Zhang Zhen1Wang Lijing1Liu Hang1Wang Min1Sun Xintao1Li Yunlong2

(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University1, Yangling 712100)(Institute of Agricultural Products Processing, Shanxi Academy of Agricultural Sciences2, Taiyuan 030031)

Four types of milling metheds, including ultrafine milling, stone milling, steel milling and wet milling, were used in this study to prepare tartary buckwheat flour. The damaged starch, particle size distribution, microstructure, hydration characteristics, freeze-thaw stability, pasting properties andinvitrototal starch hydrolysis through enzymolysis at different times of milled flours were measured. The results indicated that milling methods had a significant effect on the characteristics and in vitro starch digestibility of tartary buckwheat flour. Ultrafine milling reduced the average particle size (D[4,3]=32.09 μm), increased bright color(L=88.92) and susceptibility to enzyme. Wet milling flour had the lowest damaged starch content (4.25%), lower setback value (3 732 cp), the most intact starch molecule structure and the best freeze-thaw stability. Stone milling flour had the best thermal stability and lowest breakdown value and starch hydrolysis rate. Steel milling had no significant effect on all parameters. In summary, different milling methods had different effects on the characteristics and in vitro starch digestibility of buckwheat flour, ultrafine buckwheat flour could be considered as an ideal raw material for further processing, while wet milling and stone milling flour were more suitable for frozen food processing and slow digestion food individually, and steel milling flour could be used as material for common food.

tartary buckwheat flour, milling methods, quality characteristics,invitrostarch digestibility

国家燕荞麦产业技术体系建设基金(CARS-08-D-2-2)

2015-10-31

何财安，男，1990年出生，硕士，农产品加工及贮藏工程

王敏，女，1967年出生，教授，食品营养与化学及西部药食兼用植物资源开发利用

TS211.4

A

1003-0174(2017)05-0019-08