魔芋精粉-氫氧化鈣對小米面條品質的影響

李嘉欣 吳彤嬌 韓 雪 趙丹丹 王成祥 李雪梅 郝建雄

(河北科技大學生物科學與工程學院1，石家莊 050000)(河北同福粥道食品有限公司2，石家莊 050000)

谷子(Foxtail millet)，也稱為粟，去殼后為小米[1]，是我國一種重要的雜糧作物。小米具有豐富的營養價值和利用價值，因此對于小米制品的開發還有很大的研究空間。此外，利用雜糧谷物開發新型面條產品，一直是相關企業和開發人員探索的課題，市場上也出現了各種雜糧類面條產品[2]，如燕麥面條、蕎麥面條、玉米面條、小米面條等。但雜糧不含有面筋蛋白，所以在加工雜糧面條的過程中，往往需要通過添加一些面條改良劑來提高面條的烹調品質、感官品質。

在中國，堿水面條深受消費者的歡迎，其制作工藝簡單，在做面條時向和的面里加入堿水即可。添加適當的堿可以使面粉在加熱的條件下，吸收水分，使面條達到良好的黏彈性，同時堿水還有防腐作用、中和酸性等功能。Brenda等[3]研究了浸泡時間和氫氧化鈣濃度對玉米粉吸水性及糊化特性的影響，結果表明，在堿性溶液中玉米的果皮被降解、胚乳的結構軟化、鈣離子和水進入淀粉顆粒使其膨脹，失去了原本的晶體結構增大體系吸水性。研究表明，氫氧化鈣對淀粉的糊化、結構及凝膠特性都有不同程度的影響[4，5]。

魔芋葡甘聚糖(KGM)是一種從魔芋塊莖中提取出來的親水性復合多糖，主要由D-甘露聚糖和D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵連接而成的高分子化合物，其摩爾比約為1.6∶1。葡甘露聚糖主鏈含有5%到10%個乙酰基取代的殘基[6]。在適宜的堿性條件下加熱后，葡甘聚糖分子發生脫氨基作用，相互纏結形成三維網絡結構，最終形成熱穩定性不可逆凝膠[7]。魔芋精粉富含葡甘聚糖膳食纖維，具有降低血糖、血脂、膽固醇，調節腸道菌群等生物活性[8-10]。由于魔芋葡甘聚糖有益于身體健康且吸水能力強，溶膠黏度高，現已廣泛應用于食品、醫藥等行業，作為增稠劑、凝膠劑、質地改良劑以及吸水劑[4]。

目前，對于魔芋精粉面條改良方面的研究主要集中在魔芋精粉與堿性鹽對于小麥粉面條加工性能的研究和以魔芋為基礎的面條制備，而利用魔芋精粉與氫氧化鈣聯合改善小米等雜糧制品品質的研究較少，因此本研究將氫氧化鈣與魔芋精粉復配，考察小米面團的熱力學特性、質構特性、感官評價及微觀結構，探究小米面條的優化條件，為小米面條的后續開發研究以及解決雜糧谷物中由于缺少面筋蛋白而難以形成面團的問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米粉：張家口農業科學院，品種為“蔚縣 8311”(收獲于2015年)。

魔芋精粉；氫氧化鈣、戊二醛、乙醇、叔丁醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，均為分析純。

1.2 儀器與設備

MTA9家用全自動面條機，Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡，H-1650離心機，TA-XT plus質構儀，SHA-C水浴恒溫振蕩器，DFY-500搖擺式高速中藥粉碎機。

1.3 方法

1.3.1 混合小米粉的制備

向小米粉和含有0.2%氫氧化鈣的小米粉中添加體積分數分別為0、0.5%、1%、1.5%和2%的魔芋精粉，將小米粉充分混勻，備用。

1.3.2 熱水膨脹度

稱取小米粉樣品置于離心管(M0)中,加入去離子水使其質量分數為1.5%。旋渦振蕩器混勻，將離心管置于95 ℃水浴鍋中振蕩加熱5 min，快速取出在冰浴中冷卻至室溫，3 000 r/min離心10 min。棄去上清液，稱重(M2)，將離心管及沉淀置于80 ℃恒溫干燥箱中烘至恒重(M1)。每個樣品重復測定3次，計算公式為：

式中：M0為離心管質量/g；M1為棄去上清液后離心管質量/g；M2為烘干至恒重后離心管質量/g。

1.3.3 Mixolab參數測定

采用Mixolab 2混合實驗儀測定小米面團的熱力學特性。參照ISO 17718: 2013《揉混和加熱條件下測定全麥粉和面粉的流變學特性》標準，以檢測小麥全粉樣品(面粉和水)總質量75 g，Chopin+標準測試法為基礎，改良為Chopin+ 90 g的檢測方法。方法除樣品總質量為90 g外，其他條件均與Chopin+條件相同，具體參數為：在30 ℃下初始混合8 min；面團以4 ℃/min的速度加熱到90 ℃，然后在90 ℃保持7 min。面團以相同的速度冷卻到50 ℃；面團在50 ℃下保溫5 min。在整個測試過程中，混合速度為80 r/min。通過Mixolab標準曲線和檢測指標可全面反映小米蛋白質和淀粉的加工特性。

1.3.4 小米面條的制備

參考日本工業制備面條[11]結合中國傳統方法制備小米面條，分別稱取150 g含有0、0.5%、1.0%和1.5%魔芋精粉的小米粉或氫氧化鈣-小米粉混合粉(含0.2%氫氧化鈣)于不銹鋼盆中，加入90 mL去離子水，不斷攪拌揉搓成面團。將面團用保鮮膜包裹后再裹一層濕潤的紗布，靜置20 min后，放入壓面機中壓制成面條。

1.3.5 小米面條蒸煮品質的測定

按照1.3.4制成面條后，取50 g放入500 mL沸水中進行蒸煮，每隔30 s取出一根面條，用小刀切斷面條，觀察橫切面直至面條截面硬芯消失，顏色均一為止，所用時間即為該樣品的最佳蒸煮時間。再取50 g面條放入500 mL沸水鍋中，煮到最佳蒸煮時間，快速撈出于冰水浴中冷卻，瀝干面條表面的水分并稱重(M3)。將面條放入125 ℃烘箱中烘至恒重(M1)，同時稱取50 g生面條相同條件下烘干至恒重(M2)。計算面條的吸水率及蒸煮損失，每個樣品重復測試3次，計算公式為：

式中：M1為烘干至恒重后熟面條質量/g；M2為烘干至恒重后生面條質量/g；M3為瀝干水分后熟面條質量/g。

1.3.6 小米面條質地評價

小米面條的質地采用TA-XT plus質構儀進行評價，實驗數據的記錄和分析通過儀器配套的質地軟件(version 1.2)分析。每種樣品重復測試6次。為了防止面條放置過程中質地的變化影響實驗結果，每次測定樣品分批制備，并保證在制作結束后5 min內完成面條堅實度的測試。面條的堅實度測試用于評價面條抗形變的能力，采用P/5探頭進行測定。探頭移動距離0.5 mm，探頭在測試前、測試中及測試后移動速度分別為10.0、5.0、10.0 mm/s，數據采集為400 pps，探測力為5.0 g。每次取3根長10 cm的面條并排放置于測試平臺上進行測試并記錄。

1.3.7 小米面條微觀結構的觀察分析

取2.5 mm煮熟的小米面條樣品浸泡于0.1 mol/L磷酸緩沖液(pH=7.4，含2.5%戊二醛)中，4 ℃固定4 h。用磷酸緩沖液沖洗3次后，分別用60%、70%、80%、95%和100%的乙醇溶液浸泡15 min進行脫水[12]。脫水完成后浸泡于叔丁醇中-80 ℃冷凍，真空干燥，噴金，在15 kV的工作電壓下通過Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡進行微觀結構觀察。

1.3.8 數據處理

除面條的質地評價每組樣品重復測定6次外，其余每個樣品均重復測定3次，所有數據均采用平均值±標準差表示。采用SPSS Statistics 17.0軟件通過單因素方差分析的鄧肯多重比較法(P<0.05)進行分析，采用Origin Pro.8.0軟件繪制圖片。

2 結果與分析

2.1 魔芋精粉-氫氧化鈣對小米粉熱水膨脹度的影響

由圖1可以看出，添加魔芋精粉可以顯著增大小米粉的熱水膨脹度，且當添加量為0.5%時熱水膨脹度最大，隨著添加量的增加熱水膨脹度減小，且無顯著影響。此外，添加了氫氧化鈣后小米粉的熱水膨脹度降低，說明0.2%的氫氧化鈣可以顯著抑制小米粉的熱水膨脹。且鈣離子的添加可以顯著抑制魔芋精粉對小米粉熱水膨脹度的增大效應。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，余同。

小米粉的熱水膨脹度實際上就是淀粉分子的熱水膨脹度，其反映了淀粉分子與水分子之間相互作用力的大小[13]。魔芋葡甘聚糖具有非常高的保水能力，溶于水后可以形成高黏性的溶液，常被用于吸水材料，由于強吸水性食用后會產生飽腹感，并且非常黏稠，能夠延緩食物中的營養物質吸收，常被用作饑餓抑制劑[14]。因此，魔芋精粉對小米粉熱水膨脹度的影響主要是由于魔芋葡甘聚糖強大的吸水性，導致更多水分進入小米粉內部，淀粉顆粒吸水膨脹。

為保證一致性，本研究中氫氧化鈣的添加質量分數采用0.2%(以小米粉為基準)。魔芋葡甘聚糖在堿性條件下發生脫乙酰基反應，失去乙酰基的魔芋葡甘聚糖分子間可形成更多的氫鍵，魔芋精粉的抗水性大大增強[15]。因此添加了氫氧化鈣的小米粉和魔芋精粉混合后的熱水膨脹度要顯著低于不添加氫氧化鈣組。

2.2 魔芋精粉-氫氧化鈣對小米面團熱力學特性的影響

如表1所示，添加魔芋精粉后顯著增大了小米粉的吸水率，這是由于魔芋精粉中的魔芋葡甘聚糖有強吸水性，添加魔芋精粉后魔芋葡甘聚糖分布在小米粉體系內部從而加大了小米粉的吸水率。形成時間指小米粉從加水開始到達到最大稠度和保持最大稠度所需要的時間，反映了小米粉成團的快慢。穩定時間是面團在揉和過程中維持在一個較高稠度值上的時間。小米粉的形成時間和穩定時間比小麥粉短，其原因是小米粉中不含有面筋蛋白，不能形成與小麥粉一樣的面筋網絡結構[16]。添加魔芋精粉后沒有增大小米面團的形成時間和穩定時間，說明添加魔芋精粉并沒有增加小米粉中的面筋而是作為一種增稠劑來對小米粉團進行改性。

由表1可見，添加魔芋精粉后其崩解值增大，但回生值顯著減小。這是因為Mixolab主要檢測小米粉面團的糊化特性[17]。當小米粉在混面缽中充分攪拌混勻成面團時，在加熱條件下面團內部的淀粉顆粒在魔芋葡甘聚糖分子的包裹下開始糊化且不易冷凝，從而減小小米面團的回生作用。添加魔芋精粉后小米粉的糊化階段呈現鋸齒狀，添加氫氧化鈣后可顯著消除曲線的波動性形成光滑的糊化曲線。這主要是因為在中性或弱酸性的條件下，魔芋精粉乙酰基的空間位阻作用阻礙了魔芋葡甘聚糖分子間相互靠近，進而阻礙凝膠的形成導致糊化曲線產生波動。當添加氫氧化鈣后，在加熱的條件下，魔芋葡甘聚糖分子發生了脫乙酰基作用，是分子間相互靠近形成熱不可逆的凝膠網狀結構，即溫度達到200 ℃，凝膠結構仍可以保持穩定[18]。說明氫氧化鈣和魔芋精粉對小米粉面團的熱力學特性的影響具有協同效應。

2.3 魔芋精粉-氫氧化鈣對小米面條蒸煮品質的影響

如圖2所示，添加魔芋精粉面條的吸水率隨魔芋精粉的添加量的增加而顯著增加，當添加氫氧化鈣后更是促進了魔芋精粉對面條吸水率的影響，顯著增大了面條的吸水性。添加魔芋精粉后面條的蒸煮損失呈先減小后增大的趨勢，且添加氫氧化鈣可有效促進魔芋精粉抑制小米面條蒸煮損失的效果。說明魔芋精粉和氫氧化鈣在對小米面條的蒸煮品質的影響方面有協同作用。

圖2 魔芋精粉和氫氧化鈣對小米面條蒸煮損失和吸水率的影響

魔芋精粉的添加顯著增大了小米面條的吸水性，降低了面條的蒸煮損失，這是由于魔芋精粉的強吸水性，形成穩定的膠體，將淀粉顆粒有效地包裹在凝膠結構內部，減少淀粉的滲出從而降低面條的蒸煮損失[19]。

2.4 魔芋精粉-氫氧化鈣對小米面條質構特性及感官品質的影響

由表2可知，添加魔芋精粉后生小米面條的內聚性增大而其他指標均有所降低。當氫氧化鈣和魔芋精粉共同作用后，生小米面條的內聚性、膠黏性、耐嚼性以及回復性均有增加，面條的硬度和彈性降低。對于熟化后的小米面條，添加魔芋精粉顯著增大了面條的硬度、膠黏性和耐嚼性，對面條的回復性無明顯影響。Zhou等[20]的研究同樣得出，魔芋精粉能夠顯著增大面條的硬度和黏度。這主要是因為魔芋葡甘聚糖的高吸水性在熟化的過程中在面條表面迅速的形成了半固體網絡結構的黏性水層。同時，氫氧化鈣增強面團的吸水性與魔芋葡甘聚糖起到了協同作用，增強了面條的質地性能。

表2 魔芋精粉和氫氧化鈣對小米面條質構特性的影響

由圖3可以看出，隨魔芋精粉的添加小米面條的綜合感官可接受度逐漸升高，在添加量為1.5%時綜合感官可接受度達到最大值，當添加量達到2.0%時綜合感官可接受度顯著降低。這是由于魔芋精粉本身有種魚腥味，當添加量過多時會掩蓋小米面條原有的香味，從而影響面條的口感。

圖3 魔芋精粉和氫氧化鈣對小米面條綜合感官可接受度的影響

2.5 魔芋精粉-氫氧化鈣對小米面條微觀結構的影響

從圖4可以看出純小米面條的微觀結構比較疏松，有明顯的空隙且可以看到較為完整的淀粉顆粒。在添加了1.0%魔芋精粉后可以明顯看到有結構緊密，有拉絲狀、延展性的面筋結構，但空隙明顯。Wang等[21]在研究魔芋葡甘聚糖對小麥面筋蛋白熱誘導結構的影響中觀察到，魔芋精粉能夠促進蛋白形成結構緊密的面筋結構是因為，蛋白質之間存在二硫鍵，這些二硫鍵通過巰基-二硫鍵交換反應從而延緩蛋白質交聯，而魔芋葡甘聚糖能夠打開延緩蛋白質交聯的巰基-二硫鍵交換反應使蛋白質重新排列。添加1.5%魔芋精粉后結構更加緊密且有延展性的面筋結構外(圖4中未顯示)，且有不規則的層狀結構，這可能是因為在高溫條件下部分二硫鍵的交聯加強導致的。

注：魔芋精粉和氫氧化鈣添加量以小米粉(m/m)為基準計算。

與單純添加魔芋精粉的小米面條相比，添加氫氧化鈣后的面條的微觀結構更加緊密，面筋結構的拉伸結構更加明顯。添加1.0%魔芋精粉和0.2%氫氧化鈣的小米面條可以觀察到較為光滑的面筋結構。添加量為1.5%魔芋精粉和0.2%氫氧化鈣的小米面條面筋結構緊密、均一且空隙小。說明添加氫氧化鈣和魔芋精粉可以明顯改善小米面條內部的微觀結構特征，魔芋精粉對于蛋白質的促交聯作用使蛋白質形成更穩定的小聚集體，氫氧化鈣通過中和電荷與離子橋的作用促進了大聚集體的形成[22，23]。兩者使用起到了協同作用，改善了整體的凝膠網絡結構。

3 結論

研究魔芋精粉-氫氧化鈣復配后對小米面條的吸水性、熱力學特性、感官質地及微觀結構的影響。結果表明，添加魔芋精粉可以顯著增大小米粉的熱水膨脹度，但添加氫氧化鈣后會有顯著(P<0.05)抑制作用。添加魔芋精粉后顯著增大了小米面團的吸水率，減小了回生作用，提高了面條的加工效益。魔芋精粉和氫氧化鈣可顯著增大熟面條的硬度、膠黏性和耐嚼性，降低面條的蒸煮損失。當添加量為1.5%魔芋精粉和0.2%氫氧化鈣時綜合感官可接受度最高，由于魔芋精粉本身有魚腥味，2.0%時感官評分最低。通過微觀結構觀察可得出，添加魔芋精粉后可觀察到面筋網狀結構結構緊密、均一且有延展性，添加氫氧化鈣后網狀結構更加緊密光滑。說明添加魔芋精粉和氫氧化鈣對小米面條品質的改善具有協同作用。