擠壓糙米粉-小麥粉混合粉面團特性研究

吳娜娜 楊 庭,2 譚 斌 劉 明 劉艷香 田曉紅 汪麗萍 翟小童

(國家糧食局科學研究院1，北京 100037)(江南大學食品學院2，無錫 214122)

擠壓糙米粉-小麥粉混合粉面團特性研究

吳娜娜1楊 庭1,2譚 斌1劉 明1劉艷香1田曉紅1汪麗萍1翟小童1

(國家糧食局科學研究院1，北京 100037)
(江南大學食品學院2，無錫 214122)

將2種擠壓糙米粉(物料水分25%、擠壓溫度120 ℃、螺桿轉速220 r/min和物料水分30%、擠壓溫度80 ℃、螺桿轉速220 r/min)分別以0%、10%、20%、30%、40%和50%的比例添加到小麥粉中(m/m)，研究擠壓糙米粉添加量對擠壓糙米粉-小麥粉混合粉面團特性的影響。結果表明，隨著擠壓糙米粉(EBR)添加量的增加，混合粉峰值黏度、最低黏度、崩解值和最終黏度均逐漸減小，吸水率增加，面團穩定時間先降低后升高。EBR的添加增加了面團整體的黏彈性，但當添加量較多時(大于30%)，EBR對面筋網絡結構的稀釋使面團蛋白質網絡結構出現弱化。因此，面團彈性模量G′和黏性模量G″均先增加后減小，30% 時達到最大。tanδ值先減小后增加，添加量30%時達到最小。EBR的添加量小于30%時能夠同時增加面團的彈性和黏性，且彈性模量G′比黏性模量G″增加幅度要大。EBR添加量小于30%時，面團中形成了EBR黏附的不同于面筋的致密的網絡結構。

擠壓糙米粉 添加量 糊化性質 流變性質 熱機械性質 面團微結構

糙米含有比精白米更豐富的維生素、膳食纖維、礦物質和蛋白質等，由于其所含有的對人體有益的功能因子，糙米越來越受到人們的重視[1]。整粒的糙米由于其口感較差很少被直接食用[2]。將糙米磨粉應用到面包、饅頭、面條等面制品中是解決糙米應用在食品制品中的主要途徑之一。

為了使不含面筋蛋白的糙米粉能夠制成面團，一方面，可以通過加入適當的添加劑以形成凝聚結構，包括改性淀粉、膠體、乳化劑 、蛋白質和酶；另一方面，充分利用加工方式促進產品形成新的、有效的淀粉組織結構以代替面筋網絡，如米粉的制作。Wang[3]、Cabrera-Chávez[4]、Marti[5]等研究發現擠壓能夠使粉絲、米粉等產品擁有較低的蒸煮損失和較高的堅實度。Cabrera-Chávez等[4]還發現，在擠壓過程中，淀粉和蛋白發生了復雜變化，熟化的淀粉能夠增加產品的成型性，而蛋白質的變性，也加強了與淀粉、脂肪等組分的復合，使大米淀粉能夠很好的與外源莧菜蛋白相互作用形成網絡結構，從而改善產品的質構特性。擠壓技術一方面使糙米粉中淀粉改性；另一方面，能夠使糙米粉中的蛋白質、淀粉和脂肪等大分子物質之間發生復雜解聚與交聯[6]，然而對于這種經擠壓改性的糙米粉能否與小麥粉形成性質較好的面團，應用于面制品，以及擠壓改性糙米粉添加量對面團性質的影響卻鮮有報道。

選取2種擠壓條件制備擠壓改性糙米粉(物料水分25%、擠壓溫度120 ℃、螺桿轉速220 r/min和物料水分30%、擠壓溫度80 ℃、螺桿轉速220 r/min)，分別按照0%～50%添加量加入到小麥粉中，研究EBR添加量對混合粉糊化特性(RVA)、面團熱-機械性能、動態流變特性以及面團內部微觀結構(SEM)的影響，以期為擠壓改性糙米粉應用在面制品中提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

秈糙米：湖南長沙福香米業；大磨坊雪花高筋小麥粉：市售。

2種擠壓條件改性秈糙米粉的制備：在物料水分25%、擠壓溫度120 ℃、螺桿轉速220 r/min條件下制備擠壓糙米粉(25-120)；在物料水分30%、擠壓溫度80 ℃、螺桿轉速220 r/min條件下制備擠壓糙米粉(30-80)；經粉碎后過120目篩。

1.2 主要儀器與設備

快速黏度分析儀(Rapid Visco Analyzer RVA)：澳大利亞Newport科學分析儀器有限公司；粉質儀：北京東方孚德技術發展中心；Mixolab 混合試驗儀：法國肖邦技術公司；AR-2000型動態流變儀：上海曲晨機電技術有限公司； S-300N 型電鏡：日本Hitachi公司；冷凍干燥機：北京四環科學儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 混合粉糊化特性(RVA)

將EBR分別按照0%、10%、20%、30%、40%、50%添加量添加到小麥粉中，根據AACC61-02米粉糊化特性測定方法，采用快速黏度分析儀(Rapid Visco Analyzer RVA)，以含水量12%為基準，稱取3.0 g混合粉樣品，加入25 mL蒸餾水，制備測試樣品。

1.3.2 面團熱-機械性能(Mixlab)

采用Mixolab 混合試驗儀測定不同EBR添加量的混合粉面團流變特性。按照“Chopin +”標準程序，水分基數按照14%濕基，吸水率為60%，面團重量75 g，轉速80 r/min，目標扭矩為(1.1±0.7)Nm，和面初始溫度30 ℃，水合作用55%，第l階段：30 ℃恒溫8 min，第2階段：從30 ℃升溫到90 ℃共15 min，第3階段：90 ℃恒溫保持7 min，第4階段：從90 ℃降溫至50 ℃10 min，第5階段：50 ℃恒溫5 min，試驗總時間45 min。

1.3.3 面團動態流變特性

面團由粉質儀制備，含水量為38%(面團含水量相同時，EBR含量越高時，面團表面越黏，根據預試驗結果面團含水量大于38%時，黏性較大，影響試驗進行，故最終確定面團最終含水量38%)，采用型號為AR-2000動態流變儀和φ40 mm不銹鋼平行板測量系統，在間隙1.3 mm，應變0.5%，溫度25 ℃，頻率0.1～60 Hz范圍條件下，測試面團的彈性模量G′、黏性模量G″ 以及tanδ值變化。

1.3.4 面團微觀結構

將1.3.3方法制備的面團，經冷凍干燥后用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察面團內部微觀結構。

1.4 數據統計與分析

用Excel軟件整理數據和繪圖。使用Spss 17.0軟件對數據進行方差和相關性分析，方差分析選取Duncan檢驗，在P<0.05檢驗水平上對數據進行統計學分析。

2 結果與討論

2.1 EBR添加量對擠壓糙米粉-小麥粉混合粉糊化特性(RVA)的影響

隨著EBR添加量的增加，混合粉峰值黏度、最低黏度、崩解值和最終黏度均逐漸減小(見表1)，這是由于糙米粉中淀粉在擠壓過程中發生糊化或降解，淀粉顆粒遭到破壞，所以隨著EBR添加量增加，混合粉糊化時淀粉顆粒吸水膨脹的峰值黏度逐漸減小。同時，隨著EBR添加量的增加，破裂的淀粉顆粒也越多，水分子與破裂的淀粉顆粒結合牢固，因此，混合粉黏度崩解值明顯減小，增加了淀粉溶液的黏度穩定性；最終黏度表示體系的成糊能力，與直鏈淀粉的含量有關[7]，隨著EBR添加量的增加，混合粉最終黏度減小，表明直鏈淀粉分子聚集程度變?。换厣当硎臼斓矸劾鋮s過程中淀粉的回生趨勢和脫水收縮能力，也與直鏈淀粉含量有關[3]，由表1可知，當EBR添加量為10%(25-120)或20%(30-80)時，混合粉的回生值均比EBR添加量0%時高，可能的原因是少量EBR的添加改變了混合粉中直/支鏈淀粉比例，淀粉的重結晶性質發生了改變[8]。

表1 EBR添加量對混合粉的糊化特性的影響

注：數據表示平均數±標準偏差，數字旁的字母表示豎向比較的差異顯著性，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

而相同添加量時，30-80擠壓條件下，混合粉的糊化峰值黏度值整體比120-25條件要高，這與兩種EBR的特性有關，高物料水分減少了擠壓過程中淀粉顆粒的破壞程度，使其再糊化時產生相對較高的峰值黏度、最低黏度以及最終黏度[9]。

2.2 EBR添加量對混合粉面團熱-機械性能的影響

表2為不同EBR添加量面團的Mixolab特征值整體變化，反映了在機械與熱作用下小麥粉-EBR混合粉面團中蛋白質弱化，淀粉糊化以及老化等情況。C2值表示面團蛋白質弱化的最小扭矩，C1-C2值表示弱化程度。由表2可以看出隨著EBR添加量的增加，C2下降，C1-C2值增加，在添加量為0%～20%時C2與C1-C2值有顯著差異性，而當添加量在30%～50%時數據之間無顯著差異，這表明不斷的機械攪拌和升溫過程中，EBR的添加使面團蛋白質網絡結構出現弱化，而當添加量大于20%時，這種弱化現象變化不明顯。

表2 EBR添加量對混合粉面團熱-機械學特性的影響

表2中C3、C4、C5值表示面團中淀粉的糊化特性。在升溫和攪拌過程中，面團中淀粉發生糊化使面團扭矩增加達到C3(Nm)值(表示淀粉糊化黏度最大值)，其變化趨勢與混合粉的峰值黏度基本一致，均隨EBR添加量的增加而逐漸減??；而當添加量在40%～50%時C3值變化不明顯或略有增加，這與C5-C4值(表示淀粉糊化的回生特性)變化趨勢相同，淀粉糊化的峰值黏度和回生值分別與其吸水膨脹與脫水收縮能力有關[10]，出現這種現象的可能的原因是EBR添加量較高時體系中完整的淀粉顆粒相對減少，吸水膨脹能力和脫水收縮能力均已較弱，不隨添加量增加而有所改變。C4和C5分別表示熱糊穩定時扭矩以及面團冷卻時扭矩，隨著添加量的增加C4和C5值逐漸減小，這與混合粉糊化特性結果相一致。

注：字母表示差異顯著性，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著(P<0.05)圖1 EBR添加量對混合粉面團吸水率的影響

圖1顯示，在面團形成階段EBR的添加對面團吸水率產生顯著影響，隨著添加量的增加吸水率逐漸升高，添加量為50%時達到最大值73.3%，比添加量為0%時的57.1%增加28%。對于小麥粉面團，吸水率主要受其中的蛋白質含量、淀粉破損程度等影響，蛋白質含量和淀粉破損程度越高，吸水量越高。而對于添加了EBR的面團，隨著添加量的增加，EBR的特性成為影響吸水率的重要因素，在完整的淀粉粒中，水分子僅進入淀粉顆粒的無定形區域，而糙米粉經擠壓改性后，大部分淀粉發生糊化和降解，淀粉顆粒受到損傷，晶體區域被打破，水分子進入整個淀粉粒變為可能，從而使面團的吸水率升高[11]，此外，EBR中的膳食纖維含有許多親水性基團也增加了面團的吸水率[12]。

注：圖中字母表示差異顯著性，相同字母表示差異不顯著，不同字母表示差異顯著(P<0.05) 圖2 EBR添加量對混合粉面團穩定時間的影響

面團穩定時間的變化如圖2所示，添加EBR對面團穩定時間產生很大影響，隨著EBR添加量的增加面團穩定時間逐漸減少，添加量為20%時穩定時間達到最短0.52 min，而當添加量大于20%時面團穩定時間卻呈現上升趨勢，添加量為50%時穩定時間反而增加為1.2 min，這與李紫云等[8]結果一致?？赡艿脑蚴?，當添加量大于20%時，一方面EBR的添加稀釋破壞了面筋的網絡結構，所以面團整體穩定時間仍較短；但與此同時，EBR本身卻也起到了增強面團強度的作用，這種作用隨著添加量的增加而增大，有效地補償了稀釋面筋造成的反作用，所以出現面團弱化程度減小和穩定時間增加的現象。Seda Yalcin[13]也在研究中指出向米粉中加入糊化米粉能夠增加面團筋力克服無面筋帶來的產品難以成型問題。2.3 EBR添加量對混合粉面團動態流變特性的影響

動態流變儀的參數包括：彈性模量(G′)反映黏彈性物質的類固體的性質，黏性模量(G″)反映黏彈性物質的類液體的性質[14]；圖3為不同頻率下(0.1～60 Hz)EBR添加量對面團動態流變學特性的影響。由圖3可知，在整個頻率掃描范圍內，添加不同量25-120和30-80EBR的面團彈性模量G′和黏性模量G″均隨頻率增加而增大，且彈性模量G′始終高于黏性模量G″，這表明體系中彈性所占比例大于黏性，面團呈固態性質。隨著EBR添加量的增加，混合粉面團G′和G″均先增加后減小，30% 時達到最大，tanδ值先減小后增加，添加量30%時達到最小，且添加量10%時tanδ值明顯較高。這表明EBR的添加量小于30%時能夠同時增加面團的彈性和黏性，且彈性模量G′比黏性模量G″增加幅度要大。

關于EBR對小麥粉面團動態流變特性的影響鮮見報道，本試驗中，未經處理的糙米粉淀粉不溶或很少溶于水，制作面團時松散、無勁、不易成形，而擠壓膨化后的糙米粉淀粉發生糊化，能夠溶于水增加體系的黏性，添加到小麥粉中(添加量小于30%)后增加了面團整體的黏彈性，所以出現了面團G′和G″增加的現象；而當EBR的添加量大于30%時，EBR對面筋網絡結構的稀釋弱化作用加劇，面團強度降低，黏彈性整體下降。除此之外還可能與面團吸水率有關[15]，在進行動態流變試驗時，不同EBR添加量面團最終含水量均為38%，而根據Mixolab試驗結果顯示，面團形成時吸水率隨著添加量的增加而增大，因此在相同的含水量下，EBR添加量高的面團內部網絡結構的形成受到水分的限制，降低了面團的強度。

比較25-120和30-80 2個條件可以發現，除了10%-25-120面團彈性模量G′和黏性模量G″小于10%-30-80面團外，其余情況下，添加25-120條件EBR的面團G′和G″均明顯高于添加相同量30-80條件的EBR，甚至出現50%-25-120面團G′和G″大于20%-30-80和40%-30-80面團的情況(圖3a、b、c、d)。這表明，當添加量小于30%時無論是25-120 EBR還是30-80 EBR均能同時增加面團的彈性和黏性，相同添加量情況下25-120擠壓改性糙米粉增加面團彈性和黏性的力度要比30-80要強。同時，添加25-120 EBR時，面團tanδ值變化幅度比30-80要大(圖3e、f)，說明25-120對面團黏彈性的影響程度較大。當添加量大于30%時，面團彈性和黏性均開始下降，對于25-120條件，添加量為50%時面團的G′和G″大于添加量10%面團，而對于30-80條件，添加量為50%時面團黏彈性卻小于添加量10%情況，這說明添加高含量的30-80條件擠壓改性糙米粉對面團黏彈性惡化的程度大于25-120條件。

注：a、c和e分別為25～120 EBR面團G′、G″和 tanδ ；b、d和f分別為30～80 EBR面團G′、G″和 tanδ 。圖3 EBR添加量對混合粉面團彈性模量、黏性模量值的影響

2.4 EBR添加量對混合粉面團微觀結構的影響

小麥粉對照面團為面筋蛋白形成的一個連續的、不定向的網絡結構，大小淀粉顆粒鑲嵌其中(圖4a)，加入EBR后，一方面，面筋蛋白形成的網絡結構連續性變差(圖4b和圖4g)，面團變得略有松散，這與Mixolab結果一致，添加EBR后，面團中蛋白質的弱化程度加大；另一方面，糊化的EBR吸水后具有黏性，能夠黏附在小麥蛋白的網絡結構中，當添加量增大時這種黏性黏連作用相應增大，形成了不同于面筋的致密的網絡結構(圖4d和圖4h)，這可能也是動態流變試驗中添加量小于30%時面團出現黏彈性增強的原因。

當添加量繼續增加時，面團中心處均出現了類似網絡結構狀態的孔洞，添加量越大孔洞越大(圖4e、f、i、j和k)，且25-120條件下時面團中孔洞大小和數量均比30-80條件下要多。面團在冷凍干燥過程中由于冰晶體的生成與升華會產生許多小的孔隙[16，17]，對于面團結構中出現的如此大的孔隙，可能與糊化淀粉性質有關，林向陽等[18]利用核磁共振研究預糊化木薯淀粉對面包中水分狀態的影響時，發現預糊化淀粉在面包中能夠固化水分表現出較強的結合水合能力，而且預糊化淀粉有較強的交聯性和凝膠特性，能與體系中其他大分子結合形成更大的網絡結構，降低了水分活度，這可能是本試驗中面團出現空隙的原因。糊化的EBR一方面結合水能力較強，另一方面與其他組分交聯形成的網絡結構將水分包圍，限制了水分活度，凍干過程中面團中心水分散失相對較慢，使水分子在其中占據了一定空間，而當水分最終升華后面團中心留下了孔隙。張本山等[19]在研究凍干糊化淀粉時發現糊化淀粉在冷凍干燥過程中內部留下了較多的孔隙，變為疏松多孔的狀態；王曉艷等[20]也發現添加預糊化淀粉的冷凍面團面包橫截面出現較大的氣孔，預糊化粉這種結合水的能力有利于減少面制品的老化，延長保質期[21]。

注：a為對照；b～f分別為30-80條件下添加量10%～50%(×1 000倍)；g～k分別為25-120條件下添加量10%～50%(×500倍)。圖4 EBR添加量對面團微觀結構的影響

3 結論

隨著EBR添加量的增加，擠壓糙米粉-小麥粉混合粉糊化時峰值黏度、最低黏度及最終黏度均逐漸降低，面團吸水率顯著增加(P<0.05)，蛋白質弱化度明顯增大同時穩定時間逐漸減少，但當添加量為30%～50%時均無顯著差異，SEM結果顯示，當EBR添加量增加到20%或30%時體系中開始形成不同于面筋蛋白的致密的網絡結構，彌補了面團中面筋含量減少的缺陷；動態流變結果顯示，面團彈性模量G′和黏性模量G″隨EBR添加量增加先升高后降低，添加量30%時達到最高。

比較25-120和30-80 2個擠壓條件發現，添加量相同時，30-80條件下混合粉糊化特征值均高于25-120，面團G′和G″均低于25-120，但二者對面團熱-機械性能影響無明顯差異，SEM結果顯示，兩種條件的EBR均能在面團內部形成網絡結構。

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The Properties of Dough Prepared from Mixtures of Extruded Brown Rice Flour and Wheat Flour

Wu Nana1Yang Ting1,2Tan Bin1Liu Ming1Liu Yanxiang1Tian Xiaohong1Wang Liping1Zhai Xiaotong1

(Academy of State Administration of Grain1, Beijing 100037) (School of Food Science and Technology, Jiangnan University2, Wuxi 214122)

Two kinds of extruded brown rice flour prepared at water content of 25%, temperature of 120 ℃, screw speed of 220 r/min and water content of 30%, temperature of 80 ℃, screw speed of 220 r/min, were added into wheat flour (m/m) in the proportion of 0%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50%, respectively, in order to investigate the influence of additive amount of extruded brown rice flour on properties of dough prepared from mixtures of extruded brown rice flour and wheat flour. The results showed that peak viscosity, minimum viscosity, breakdown value and final viscosity of flour mixtures decreased and water absorption increased with the increase of EBR addition amount. The stabilization time of dough decreased and then increased. The addition of EBR increased the overall viscoelasticity of dough. However, when the addition amount was at over 30%, the attenuation of EBR on the gluten network structure weakened the protein network structure of dough. Thus, the elasticity modulus G′ and viscous modulus G″ of dough were increased and then decreased with the addition of EBR. When the addition amount was 30%, they reached to the maximum. tanδ value of dough decreased at low addition amount and increased at high addition amount, and reached the minimum at content of 30%. The elasticity and viscidity of dough were increased when the content of EBR was less than 30%, and the increase degree of dough elasticity was more than that of dough viscidity. The compact networks with EBR adhered that were different from gluten network in dough were formed when the addition amount was less than 30%.

extruded brown rice flour, addition amount, pasting properties, rheological properties, thermomechanical properties, microstructure of dough

“十三五”國家重點研發計劃(2017YFD0401103)，國家自然科學基金(31501524),中央級公益性科研院所基本科研業務費(ZX1511)

2016-02-05

吳娜娜，女，1981年出生，副研究員，糧食精深加工

譚斌，男，1972年出生，研究員，糧食精深加工

TS211

：A

：1003-0174(2017)08-0001-07