球磨改性对小米全粉理化特性及其面条品质特性的影响

孙晓晓1,2,刘敬科2,赵 巍2,张爱霞2,四兴学1,2,李红民1,*,王运亭2,*

(1.河北工程大学生命科学与食品工程学院,河北 邯郸 056000;2.河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所,河北 石家庄 050051)

摘 要:小米兼具营养价值与药用价值,为提高小米的附加值和小米面条的加工品质,本实验利用球磨技术对小米全粉进行改性处理,探究不同球磨处理时间(0.5、1、2、4、6、8 h)对小米全粉营养成分、水合特性、糊化特性、流变特性、结晶结构及面条品质的影响,并分析部分理化性质与面条品质的相关性。结果表明,随着球磨时间延长,小米全粉的结晶结构破坏较明显,损伤淀粉质量分数显著增加,直链淀粉质量分数不断减少(除8 h外),面粉亮度由77.27升至81.37。同时,球磨处理使小米全粉峰值黏度、谷值黏度和最终黏度均显著上升(P<0.05),分别由1 478、665 Pa s和1 384 Pa s提升至3 271(球磨1 h)、982 Pa s(球磨2 h)和2 199 Pa s(球磨2 h),同时使水合特性(持水力、膨润力)显著提升(P<0.05)。当球磨时间为4 h时,面团的凝胶网状结构愈发均匀致密,制作的小米面条质构、蒸煮品质均最佳。相关性分析结果表明,面条质构特性(弹性、胶黏性、咀嚼性)、感官品质(色泽、外观、黏性)与直链淀粉质量分数呈极显著负相关(P<0.01),与损伤淀粉和支链淀粉质量分数整体上呈极显著正相关(P<0.01)。面条的蒸煮品质(断条率)与直链淀粉质量分数呈极显著正相关(P<0.01),与损伤淀粉和支链淀粉质量分数呈极显著负相关(P<0.01);且糊化黏度与面条品质相关性也较强。综合分析,球磨技术对小米全粉的改性处理可用于生产较高品质的小米面条。

关键词:球磨时间;加工特性;小米;面条品质

面条是我国的传统主食,深受消费者的青睐,其具有制作简单便捷、营养丰富等优点[1]。随着近年来消费者需求层次的提高,功能性成分丰富的杂粮类面条产品越来越受到欢迎[2]。小米位居五谷杂粮之首,在我国广泛种植,其不仅含有大量的维生素、蛋白质及钙、磷、铁、锌等微量元素[3],还富含不饱和脂肪酸、亚麻酸等物质,在降糖降脂、预防血栓、抗癌等方面有显著功效[4]。但因小米不含有面筋蛋白,在制作面条时易出现断条、浑汤和表面粗糙等现象,不能满足人们对主食性产品品质的需求,应用受到限制[5]。据相关报道,对淀粉进行改性处理可以改善面团的流变学特性和面条品质[6]。此外,小米食品的质地、营养和功能通常取决于营养成分之间的相互作用,如淀粉-脂质和淀粉-脂质-蛋白质之间的相互作用,而且同一食物中的不同结构元素可能与不同的基质相互作用[7];因此选择对小米全粉进行改性处理,可以更好地发挥小米在食品中的功能特性。

目前常用的改性方法有物理改性、化学改性、酶改性等,物理改性因不需要任何生物化学介质可以更好的满足食品安全要求而深受重视[8]。Chandla[9]和Singh[10]等的研究结果表明,经湿热处理后制作的面条不黏连,韧性较好,面条的蒸煮时间及蒸煮损失均有不同程度的缩短和下降。Sun Xiaojing等[11]研究了不同预糊化处理对荞麦面条品质的影响,发现预糊化荞麦粉具有生产高质量和功能性面条的潜力。Gao Li等[12]采用温度70~100 ℃和水分质量分数30%~58%的条件对荞麦粉进行挤压蒸煮改性,发现改性处理可使荞麦粉面团更有弹性、更紧实,并使面条的蒸煮时间显著缩短至4.14 min,此外,还发现改性荞麦粉在面团中可以有效地充当黏合剂。目前的研究报道多为物理改性淀粉对面条品质的影响,而对全粉改性对面条品质影响的研究报道较少。球磨技术作为物理改性的有效途径之一,具有细化物料、增加物料表面积、绿色环保、资源利用率高等优点,在机械力的剪切作用下,细胞内的营养成分更易释放溶出,溶出量相比普通粉碎处理大幅度提高[13]。因此,本实验拟通过控制球磨时间研究球磨技术处理对小米全粉理化性质、面团的流变特性及其面条品质特性的影响,以期能够为小米面条开发及主食化加工相关研究提供理论依据,拓宽小米精深加工领域。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小米黄金苗 河北省石家庄市藁城区京文米厂;小麦粉 河北五得利面粉集团有限公司。

氢氧化钠、氢氧化钾、α-淀粉酶(≥50 U/mg)、碳酸钠、乙醇 国药集团化学试剂有限公司;石油醚成都西亚化工股份有限公司;硫酸铜 天津博迪化工股份有限公司;浓硫酸 天津市大茂化学试剂厂;以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DLF粉碎机 温州顶历医疗器械有限公司;搅拌式球磨机 上海银达防爆电机厂;FTC质构仪 美国Mecmesin公司;JMD168面条机 北京东孚久恒仪器技术有限公司;DHR流变仪 美国TA仪器公司;RVATecMaste快速黏度分析仪 瑞典波通瑞华科学仪器有限公司;WSF分光测色仪 上海精密科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 球磨小米粉的制备

将供试小米放入粉碎机中粉碎后过80 目筛(过筛小米粉作空白对照),再将过筛小米粉放入球磨机研磨罐,温度为室温,接入循环水,以防止面粉被研磨时升温糊化。选用直径为20 mm的氧化锆研磨球,球磨时间设置为0.5、1、2、4、6、8 h,转速为300 r/min,球料比为2∶1,将处理好的小米粉密封保存。

1.3.2 主要营养成分的测定

参考GB 5009.9 2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》和GB/T 31577 2015《粮油检验 小麦粉损伤淀粉测定》分别测定小米粉的总淀粉和损伤淀粉质量分数,参照郭运玲[14]的双波长法测定小米粉的直链淀粉、支链淀粉质量分数。

1.3.3 水合特性的测定

参照de la Hera等[15]的方法测定小米粉的持水力、水溶性指数和膨润力。

取1 g小米粉样品,加蒸馏水20 mL混匀,在40 ℃下振荡水浴加热15 min。然后3 000 r/min离心10 min。取上清液,105 ℃烘干至恒质量,同时称量沉淀物质量。持水力、水溶性指数和膨润力分别按公式(1)~(3)计算。

1.3.4 色度的测定

色度的测定参照赵吉凯[16]的方法并略作改动。将球磨处理后的样品装入测样瓶放入WSF分光测色仪中,测得L*、a*和b*值3 个参数。其中L*值表示亮度;a*值表示红绿度,正值时偏红,负值时偏绿;b*值表示黄蓝度,正值时偏黄,负值时偏蓝,并根据公式(4)计算色差ΔE*

式中:为空白对照亮度;为空白对照红绿度;为空白对照黄蓝度。

1.3.5 结晶性的测定

结晶性的测定参照陈秉彦等[17]的方法略作修改。将待测样品研磨过筛,用SmartLab9KW全自动多功能衍射仪进行测定,得到X射线衍射图,分析小米粉X射线衍射曲线的变化。

1.3.6 糊化特性的测定

糊化特性的测定参照豁银强等[18]的方法稍作修改。利用快速黏度分析仪测定小米粉的糊化特性,选取standard程序,测试程序如下:样品首先在50 ℃下保持1 min,经过90 s升温至95 ℃,并恒温150 s。然后在3 min 45 s内匀速降温至50 ℃,在50 ℃保持90 s。记录淀粉在糊化过程中的糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值等参数。

1.3.7 面团流变学特性的测定

准确称取1.3.1节制备的小米粉和小麦粉,分别按照质量比3∶7均匀混合,加入40%(以体系质量计)水,和面约20 min至面团光滑成型后,利用DHR流变仪测定流变学特性。参数设置:选用振荡频率模式,平板夹具40 mm,测试间隙2 mm,温度25 ℃;应变力1%,角频率1~100 rad/s。

1.3.8 面条的制作

面条的制作参考Wang Feng等[19]的方法并略作修改。称取1.3.1节制备的小米粉和小麦粉以质量比3∶7(依据面团流变学特性而定)均匀混合,加入40%(以体系质量计)水,搓揉成絮状;室温熟化20 min,放入面条机压片约20~30 次,后进行切条,制得小米(30%添加量)-小麦粉面条,简称小米面条。

1.3.9 面条质构特性测定

参照闫文芳等[20]的方法并略作修改,用质构仪在TPA模式下对质构特性进行测定。检测参数:力量感应元500 N,形变百分量35%、起始力1 N、探头回升到样品表面高度20 mm。

1.3.10 面条蒸煮特性测定

按照Jang等[21]的方法测定面条的蒸煮特性,包括断条率、蒸煮损失率、吸水率。

1.3.11 感官评价

参照Chen Jiali等[22]的方法并略作修改对小米面条进行感官评价。感官评价样品准备:100 g面条样品置于2 L水中,煮至面条芯的白色生粉刚刚消失,立即将面条捞出,以温水冲泡约15 s,进行感官评价。感官评价指标及评分标准如表1所示。感官小组由6 名女生、4 名男生组成,年龄在22~25 岁,正常体质量,不存在影响感觉能力和判断力的功能障碍。

表1 面条感官评分标准
Table 1 Criteria for sensory evaluation of noodles

指标 满分 评分标准色泽 10 评价面条的颜色和亮度,面条颜色均一且有光泽为8~10 分;一般为5~7 分;颜色不均匀、无光泽为1~4 分外观 10 评价面条的表观状态,状态较光滑明亮为8~10 分;稍偏暗或粗糙为5~7 分;太暗或太粗糙为1~4 分滋气味 15 评价面条的味道,面条有浓浓麦香味为10~15 分;有淡淡麦香味为7~9 分;无味道为1~6 分。适口性 25 评价面条在咀嚼时咬劲和弹性,有咬劲、富有弹性为20~25 分;一般为15~19 分;咬劲差,弹性不足为1~14分韧性 15 评价面条在咀嚼时的黏牙程度,咀嚼时爽口、不黏牙为10~25 分;较爽口、不黏牙为7~9 分;爽口性差、发黏为1~6 分黏性 25 评价面条在口中的光滑度,光滑为20~25 分;一般为15~19 分;光滑性差为1~14 分

1.4 数据处理与分析

用Excel软件进行数据统计处理,结果以平均值±标准差表示,采用SPSS 17.0软件对数据进行单因素方差分析,P<0.05表示差异显著;采用SPSS 17.0进行相关性分析,计算Spearman相关系数;采用Origin 2021软件绘图,每个实验均重复3 次。

2 结果与分析

2.1 球磨时间对小米粉营养成分的影响

小米粉基本营养成分含量如表2所示。与空白对照组相比,直链淀粉质量分数显著降低,损伤淀粉质量分数显著增加,这是由于小米粉在球磨过程中一直暴露在强烈的机械冲击力作用下,淀粉颗粒复合结构被严重破坏[23]。随着球磨时间延长,直链淀粉质量分数不断减少(除8 h外),在球磨6 h达到最低(13.12%),随后在球磨8 h出现增加的趋势,这可能是因为在机械剪切作用下,淀粉分子链不断发生断裂,而在8 h时,淀粉颗粒被过度破坏,逐渐发生了聚集,从而使得含量有所增加,这与Chitrakar等[24]的球磨研磨结果一致。研究表明,适量的损伤淀粉可以提升面条的黏弹性[25]。损伤淀粉质量分数与球磨时间呈正相关,在球磨8 h时损伤淀粉质量分数最高,约是空白对照组的7 倍。

表2 球磨时间对小米粉营养成分的影响
Table 2 Effect of ball milling time on the nutritional value of foxtail millet flour

注:同列肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。表3~7同。

总淀粉质量分数/%0 21.38±0.09a 38.18±0.01g 2.27±0.08g 59.56±0.57c 0.5 20.11±0.16b 38.62±0.01e 4.08±0.09f 58.73±0.03d 1 19.57±0.08c 38.33±0.07f 5.12±0.00e 57.90±0.03e 2 18.01±0.21d 46.88±0.04b 6.75±0.03d 64.89±0.02b 4 15.35±0.03e 41.37±0.02d 8.49±0.12c 56.88±0.04f 6 13.12±0.09f 42.76±0.01c 12.20±0.09b 55.88±0.57g 8 15.32±0.02e 50.23±0.01a 14.70±0.20a 65.40±0.35a球磨时间/h直链淀粉质量分数/%支链淀粉质量分数/%损伤淀粉质量分数/%

2.2 球磨时间对小米粉水合特性的影响

水合特性与淀粉颗粒的完整性密切相关[26]。由表3可知,与空白对照组相比,球磨处理后小米粉持水能力显著提升,球磨4 h持水力最大(3.12),8 h持水力最低(2.84),可能由于球磨处理破坏了淀粉颗粒,使水分子更易与直链和支链淀粉结合形成氢键;同时,球磨处理使小米粉膨润力提升5~6 倍,在球磨4 h最大(12.39),原因可能是球磨过程中淀粉分子链被逐渐离解,游离水易渗入淀粉分子内部[27],离解程度达到饱和时,膨润力趋于稳定。球磨处理组水溶性指数低于空白对照组,但随着球磨时间(2~8 h)延长而缓慢升高,可能是因为球磨对物料的强烈压力使小米粉中部分不溶性物质的分子链断裂,转化成可溶性成分。综上,球磨改善了小米粉的水合特性,且在球磨4 h时效果最显著。

表3 球磨时间对小米粉水合特性的影响
Table 3 Effect of ball milling time on the hydration properties of foxtail millet flour

球磨时间/h 持水力 水溶性指数/% 膨润力0 2.31±0.05b 5.15±0.01a 2.03±0.01e 0.5 3.00±0.06a 2.95±0.02e 10.53±0.06d 1 2.93±0.16ab 2.75±0.02f 11.09±0.13cd 2 2.95±0.15a 3.63±0.01d 11.56±0.05bc 4 3.12±0.06a 4.78±0.02c 12.39±0.22a 6 3.03±0.07a 4.81±0.01b 12.33±0.02a 8 2.84±0.06ab 4.84±0.02b 12.17±0.26ab

2.3 球磨时间对小米粉色度的影响

由图1可知,与空白对照组相比,球磨处理使L*值显著增加(77.27~81.37),且在球磨4 h最大,说明球磨4 h制备的产品颜色更亮;同时,球磨处理导致a*值由正数转为负数,说明小米粉红度降低,可能是由于机械力的冲击使淀粉产生了晶格缺陷,降低了粉体的反射光强度[28];此外,球磨时间对b*值影响也较大,但无固定变化规律。ΔE*可以反映食品加工过程中的颜色变化[29]。研究表明,ΔE*=2是视觉辨别的阈值,当ΔE*<2时,颜色变化不可察觉[29]。根据图1可得出,小米粉在球磨0.5~6.0 h的色差变化清晰可见,且在球磨2 h达到最大,而在球磨8 h的色差变化不可察觉,这说明小米粉在球磨8 h色度已趋于稳定,色泽变化甚微。在大多数情况下,产品L*值越高,受消费者青睐的程度越高[30],本实验结果表明球磨处理小米粉可以更好地满足消费者对小米产品色泽的要求。

图1 球磨时间对小米粉色度的影响
Fig. 1 Effect of ball milling time on the color of foxtail millet flour

2.4 球磨时间对小米粉结晶度的影响

X射线衍射曲线上表现出的尖峰衍射特征称为结晶区,弥散特征称为非晶区[17]。通过对比衍射图谱发现,小米粉的2θ均在23.116°时出现较强特征的衍射峰,在17.179°、17.963°处有相连的弱衍射双峰(图2),表现为典型的A型晶体[31]。此外,球磨2 h和8 h的小米粉在2θ为17°和18°时表现出弥散特征,这与支链淀粉结构和含量有关,支链淀粉以分支端的葡萄糖链平行排列,形成微晶束结构,晶体结构不够紧密,且支链淀粉含量相对较高,更易受到破坏[32]

图2 球磨不同时间小米粉的X射线衍射图谱
Fig. 2 X-ray diffraction patterns of foxtail millet flour at different milling times

2.5 球磨时间对小米粉糊化特性的影响

糊化特性与面条弹性、韧性和食用品质显著相关[33]。由表4可知,球磨处理显著提高了小米粉的峰值黏度、崩解值和回生值,球磨1 h使这些指标分别从1 478、810、719 Pa s提高至3 271、2 296、1 219 Pa s,球磨2 h小米粉的谷值黏度和最终黏度分别从665 Pa s和1 384 Pa s提高至982 Pa s和2 199 Pa s,可能与机械力作用增加了损伤淀粉、吸水膨润力及支链淀粉的含量有关[32,34];同时,球磨处理在一定程度上降低糊化温度和缩短糊化时间,糊化温度和糊化时间分别从76.14 ℃、4.51 min(空白对照组)降低至72.03 ℃(球磨处理1 h)和缩短至4.31 min(球磨处理2 h),原因可能是机械损伤导致淀粉内部结构松散、直链淀粉含量降低,易受热分解;回生值能够反映淀粉的老化程度,回生值越低,产品抗老化性越强,但球磨处理使小米粉回生值显著增加,这对缺乏面筋蛋白的小米粉来说,一定程度上有利于其快速凝胶化[34],但对面条的抗老化性可能会产生不利影响。

表4 球磨时间对小米粉糊化特性的影响
Table 4 Effect of ball milling time on the pasting properties foxtail millet flour

球磨时间/h峰值黏度/(Pa s)谷值黏度/(Pa s)崩解值/(Pa s)最终黏度/(Pa s)回生值/(Pa s)糊化时间/min 糊化温度/℃0 1 478.00±22.54e665.00±27.83d810.00±13.22d1 384.00±21.77d719.00±27.87d 4.51±0.07a76.14±0.31a 0.5 2 437.00±72.14c832.00±36.93c1 605.00±67.26b1 742.00±65.03c910.00±28.47c4.33±0.00b73.15±0.52c 1 3 271.00±33.15a974.00±33.00a2 296.00±10.72a2 193.00±58.87a1 219.00±30.15a4.35±0.04b72.03±0.45d 2 2 461.00±52.10c982.00±33.32a1 645.00±28.21b2 199.00±66.65a1 217.00±29.36a4.31±0.03b72.85±0.56cd 4 3 232.00±65.10a816.00±26.05c2 192.00±20.4a1 715.00±42.15c899.00±16.16c 4.35±0.07b72.07±0.50d 6 2 865.00±61.40b900.00±25.00b1 626.00±44.76b1 999.00±29.50b1 098.00±84.51b4.55±0.08a73.15±0.52c 8 2 240.00±15.9d886.00±21.37b1 354.00±11.8c1 830.00±44.09c944.00±23.02c 4.46±0.06a74.76±0.44b

2.6 球磨时间对小米面团流变特性的影响

面团流变学特性可用于表征面团的黏弹性[35]。由图3可知,面团的G′和G”与角频率呈正相关,且在整个频率测定过程中,G′均大于G”,tan δ<1.1,这意味着样品的黏弹性以类似固体的弹性为主[36]。球磨处理后面团的黏弹性显著高于空白对照组,且球磨时间在4 h时,G′和G”达到最大值,随后在6 h和8 h出现一定程度下降,G′和G”总体表现出先升后降的趋势,说明在球磨4 h形成的网络结构较牢固有序。出现先上升的原因可能是球磨力度增强使淀粉颗粒减小,增加了淀粉颗粒在蛋白质-淀粉基质中的填充度,改善了面团发育过程中二者的相互作用[37]。其随后下降可能是损伤淀粉含量急剧增大,破坏了凝胶网络结构[35]。较高G′和G”制作的面条黏弹性更好,因此小米粉球磨处理4 h流变特性较好这一结论可以为高弹性面条的加工提供借鉴。

图3 球磨时间对小米面团流变特性的影响
Fig. 3 Effect of ball milling time on the rheological properties of foxtail millet dough

2.7 球磨时间对小米面条质构特性的影响

质构特性是衡量面条品质的重要指标[19]。由表5可知,与空白对照组相比,面条的弹性、咀嚼性、内聚性及拉断力均有显著提升,硬度(除6 h外)显著降低。球磨4 h时,弹性和拉断力均达到最大,分别为2.35 N和0.25 N,硬度适中,为6.84 N,说明经球磨处理4 h的小米粉黏结性很强,该条件下处理易于提高面条的黏弹性。除球磨处理8 h外,硬度、胶黏性、咀嚼性整体上均随着球磨时间的延长呈缓慢增加趋势。结合面团的流变学特性分析可知,面团的弱凝胶结构对面条质构特性的改善有一定积极作用。

表5 球磨时间对小米面条质构特性的影响
Table 5 Effect of ball milling time on the texture characteristics of foxtail millet noodles

球磨时间/h 硬度/N 内聚性 弹性/mm 胶黏性/N 咀嚼性/mJ 拉断力/N 0 7.15±0.01b0.30±0.02d0.51±0.02g2.71±0.02d1.36±0.11g0.07±0.01c 0.5 3.45±0.02g0.60±0.02a0.64±0.01f1.50±0.00g1.60±0.00e0.25±0.04a 1 4.55±0.02e0.50±0.00b1.14±0.02d2.37±0.02f1.50±0.00f0.22±0.00a 2 5.63±0.01d0.63±0.07a0.89±0.01e3.82±0.04b3.29±0.03b0.16±0.00b 4 6.84±0.02c0.60±0.00a2.35±0.02a4.46±0.02a3.09±0.00c0.25±0.00a 6 8.31±0.02a0.50±0.00b1.80±0.07c3.34±0.00c4.15±0.03a0.16±0.01b 8 4.32±0.02f0.40±0.03c2.12±0.02b2.57±0.00e2.25±0.03d0.16±0.01b

2.8 球磨时间对小米面条蒸煮特性的影响

蒸煮特性反映面条的适口性等品质[20]。如表6所示,与空白对照组相比,球磨小米粉制作的面条断条率和吸水率显著降低,说明面条筋力增强,归因于损伤淀粉含量的增加增强了淀粉分子黏附性[32];随着球磨时间的延长,吸水率表现出先降低后上升并趋于平稳的变化,在4 h处于较稳定状态(91.33%),可能因为在高能机械力的碰撞下,颗粒瞬间产生的应力导致损伤淀粉出现,影响了淀粉和面团的结晶性[23-24]。面条的蒸煮损失率变化不稳定,除0.5 h和4 h外均呈增加趋势,可能受谷值黏度的影响,研究表明,谷值黏度与蒸煮损失率呈负相关[32]。较低的断条率、蒸煮损失率与适度的吸水率是面条优良品质的直观表现[20],综合分析,在球磨时间为4 h时制作的小米面条品质较佳。

表6 球磨时间对小米面条蒸煮特性的影响
Table 6 Effect of ball milling time on the cooking characteristics of foxtail millet noodles

球磨时间/h 断条率/% 吸水率/% 蒸煮损失率/% 蒸煮时间/min 0 50.00±0.00a151.00±0.58a 3.85±0.13c 7.33±0.07c 0.5 13.00±0.00b 70.96±0.40d 2.65±0.10e 8.33±0.07b 1 10.00±0.00c 70.67±0.41d 3.87±0.09c 8.67±0.05a 2 5.00±0.00d 89.46±0.58c 4.73±0.10b 7.33±0.07c 4 0.00±0.00e 91.33±0.57c 3.31±0.20d 6.67±0.57d 6 5.00±0.00d 92.23±0.20b 4.67±0.30b 6.67±0.07d 8 0.00±0.00e 92.25±0.21b 5.57±0.09a 8.33±0.07b

2.9 感官评价结果

感官评价是最接近消费者评判方式的方法,可以评估熟面条的整体特征[21]。如表7所示,不同球磨时间所制面条感官质量综合评分从高到低依次为4 h>6 h>2 h>1 h>0.5 h>8 h>空白对照,随着球磨时间的延长(0.5~4 h),面条感官品质逐渐提升,继续延长至8 h,感官品质逐渐降低;球磨4 h制作的面条感官评分最高,这与面粉的直链淀粉质量分数、峰值黏度、吸水率密切相关。爽滑、不黏连的面条易提升消费者的满意度。综合分析,球磨处理一定程度上可为小米面条的制作工艺提供可靠的技术支撑。

表7 小米面条感官品质
Table 7 Sensory quality of foxtail millet noodles

球磨时间/h 色泽 外观 滋气味 适口性 韧性 黏性 综合评分0 7.20±0.00f 7.90±0.00d11.40±0.00d21.60±0.00d12.40±0.00bc21.10±0.00f81.60±0.00f 0.5 8.50±0.15d 8.00±0.00d11.60±0.17c22.70±0.05b12.30±0.25c22.00±0.00d85.20±0.23e 1 8.20±0.10e8.50±0.00c11.50±0.00c23.80±0.29a12.50±0.00b21.60±0.10e86.10±0.28d 2 8.40±0.05d 8.40±0.05c11.20±0.05cd24.20±0.23a12.00±0.05d23.00±0.00c87.30±0.41c 4 9.30±0.17a 9.50±0.25a12.20±0.17a24.20±0.28a13.00±0.00a24.20±0.25a92.40±0.23a 6 9.00±0.05b 8.90±0.05b12.00±0.10b23.00±0.00b12.40±0.17bc23.70±0.11b89.00±0.15b 8 8.80±0.00c 9.40±0.00a10.30±0.15e22.20±0.34c11.00±0.05e23.20±0.28c84.90±0.23e

2.10 相关性分析结果

由表8可知,直链淀粉质量分数与损伤淀粉和支链淀粉质量分数呈极显著负相关(r=-0.927、r=-0.741),膨润力与损伤淀粉和支链淀粉质量分数呈极显著正相关性(r=0.841、r=0.661),与直链淀粉质量分数呈极显著负相关(r=-0.900),面条质构特性(弹性、胶黏性、咀嚼性)、感官品质(色泽、外观、黏性)与直链淀粉质量分数呈极显著负相关,与损伤淀粉和支链淀粉质量分数整体上呈极显著正相关。面条的蒸煮品质(断条率)与直链淀粉质量分数呈极显著正相关,与损伤淀粉和支链淀粉质量分数呈极显著负相关。由此可推断球磨过程中直链淀粉在机械力作用下断裂成短链小分子,使损伤淀粉含量增加[38],游离水更易渗入淀粉分子内部引起膨润力提升、水溶性指数增大。低直链淀粉含量、适量损伤淀粉及膨润力的提升可以显著增加面条弹性、胶黏性、咀嚼性,改善面条外观、断条率和蒸煮损失。这与Heo[39]和Liu Chong[40]等的研究结果一致。此外,糊化特性中峰值黏度、最终黏度均与面条的适口性呈极显著正相关,与面条的吸水率呈极显著负相关;其中峰值黏度还与面条弹性、滋气味、外观及韧性呈显著或极显著正相关性。糊化温度与面条的适口性和韧性分别呈极显著和显著负相关。由此可知,小米全粉黏度是影响面条适口性和吸水率的重要因素,其中,提升小米全粉峰值黏度、降低其糊化温度可以改善面条品质。郑学玲等[41]认为峰值黏度越高,面条品质越好,本研究结论与其一致。球磨处理通过改变小米全粉中直链淀粉、支链淀粉和损伤淀粉含量,持水力、水溶性指数、膨润力,黏度、糊化温度等理化性质,改善面条的蒸煮、质构特性和感官品质。

表8 小米全粉部分指标与面条品质的相关性
Table 8 Correlation between some indicators of foxtail millet flour and noodle quality

注:*.显著相关(P<0.05);**.极显著相关(P<0.01)。

糊化温度弹性 -0.816** 0.567** 0.842** 0.830** 0.492* 0.141 -0.357胶黏性 -0.467* 0.324 0.348 0.529* 0.186 -0.030 -0.192咀嚼性 -0.811** 0.740** 0.690** 0.744* * 0.265 0.374 -0.260断条率 0.829** -0.795**-0.904**-0.857** -0.308 -0.210 0.257吸水率 -0.169 0.132 0.218 0.112 -0.621** -0.539** 0.678**蒸煮损失率 -0.536* 0.655** 0.648** 0.347 -0.260 0.435* 0.334色泽 -0.815** 0.593** 0.758** 0.387 0.389 -0.018 -0.297外观 -0.835** 0.621** 0.883** 0.302 0.450* 0.175 -0.284滋气味 -0.214 -0.323 -0.028 0.417 0.679** -0.191 -0.503*适口性 -0.319 0.252 0.200 0.368 0.714** 0.570** -0.807**韧性 0.017 -0.534* -0.202 0.192 0.643** -0.177 -0.532*黏性 -0.832** 0.669** 0.789** 0.434* 0.408 0.105 -0.323直链淀粉质量分数 1 -0.741** -0.927** -0.900** -0.355 -0.327 0.127支链淀粉质量分数 -0.741** 1 0.843** 0.661** -0.071 0.383 -0.003损伤淀粉质量分数 -0.927** 0.843** 1 0.841** 0.207 0.307 -0.087膨润力 -0.900** 0.661** 0.841** 1 0.438* 0.190 -0.342指标 直链淀粉质量分数支链淀粉质量分数损伤淀粉质量分数 膨润力 峰值黏度最终黏度

3 结 论

通过分析球磨时间对小米全粉淀粉组成、色度、水合特性、黏度特性、流变特性等理化特性的影响,发现球磨处理是提高小米面条质量的有效方法。球磨过程中,在机械力及研磨珠的冲击下淀粉颗粒的结构破坏,部分结晶区向无定形区转变,损伤淀粉质量分数显著增加,但总体保持在15%以下,直链淀粉质量分数降低,支链淀粉质量分数增加,进而使小米粉表现出较佳的水合性能,其持水力和膨润力显著提升。此外,与原生小米粉相比,球磨处理提升了小米粉的亮度,增强了面团的弱凝胶网络结构,使其在面制品加工中展现出更高的可接受度。综合分析,球磨小米粉的理化性质在研磨时间为4 h时较稳定。球磨小米粉制作的面条质地和感官评分比用原生小米粉制成的面条更优,断条率更低,消费者满意度更高,综上,不同球磨时间处理可以为生产高质量的小米面条提供一定的技术支撑。

参考文献:

[1]LIU H, GUO X, ZHU K. Effects of freeze-thaw cycles on the quality of frozen raw noodles[J]. Food Chemistry, 2022, 387: 132940.DOI:10.1016/j.foodchem.2022.132940.

[2]闫美姣, 李云龙, 仪鑫, 等. 杂粮面条改良技术研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2019, 45(12): 291-295. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.019120.

[3]MITHARWAL S, KUMAR S, CHAUHAN K. Nutritional,polyphenolic composition and in vitro digestibility of finger millet(Eleusine coracana L.) with its potential food applications: a review[J].Food Bioscience, 2021, 44: 101382. DOI:10.1016/j.fbio.2021.101382.

[4]ANNOR G A, MARCONE M, CORREDIG M, et al. Effects of the amount and type of fatty acids present in millets on their in vitro starch digestibility and expected glycemic index (eGI)[J]. Journal of Cereal Science, 2015, 64: 76-81. DOI:10.1016/j.jcs.2015.05.004.

[5]洪秀娟, 沈汪洋, 王展. 改良剂对面条品质影响的研究进展[J]. 粮食与油脂, 2021, 34(2): 11-13.

[6]RAHMAN M H, ZHANG M, SUN H, et al. Comparative study of thermo-mechanical, rheological, and structural properties of gluten-free model doughs from high hydrostatic pressure treated maize, potato, and sweet potato starches[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2022, 204: 725-733. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2022.01.164.

[7]TOMAR M, BHARDWAJ R, VERMA R, et al. Interactome of milletbased food matrices: a review[J]. Food Chemistry, 2022, 385: 132636.DOI:10.1016/j.foodchem.2022.132636.

[8]OBADI M, XU B. Review on the physicochemical properties,modifications, and applications of starches and its common modified forms used in noodle products[J]. Food Hydrocolloids, 2021, 112:106286. DOI:10.1016/j.foodhyd.2020.106286.

[9]CHANDLA N K, SAXENA D C, SINGH S. Processing and evaluation of heat moisture treated (HMT) amaranth starch noodles: an inclusive comparison with corn starch noodles[J]. Journal of Cereal Science,2017, 75: 306-313. DOI:10.1016/j.jcs.2017.05.003.

[10]SINGH J, KAUR L, MCCARTHY O J. Factors influencing the physico-chemical, morphological, thermal and rheological properties of some chemically modified starches for food applications: a review[J]. Food Hydrocolloids, 2007, 21(1): 1-22. DOI:10.1016/j.foodhyd.2006.02.006.

[11]SUN Xiaojing, LI Wenhao, HU Yayun, et al. Comparison of pregelatinization methods on physicochemical, functional and structural properties of tartary buckwheat flour and noodle quality[J]. Journal of Cereal Science, 2018, 80: 63-71. DOI:10.1016/j.jcs.2018.01.016.

[12]GAO Li, CHENG Weiwei, FU Meixia, et al. Effect of improved extrusion cooking technology modified buckwheat flour on whole buckwheat dough and noodle quality[J]. Food Structure, 2022, 31:100248. DOI:10.1016/j.foostr.2021.100248.

[13]DU B, ZHU F, XU B. Physicochemical and antioxidant properties of dietary fibers from Qingke (hull-less barley) flour as affected by ultrafine grinding[J]. Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre, 2014,4(2): 170-175. DOI:10.1016/j.bcdf.2014.09.003.

[14]郭运玲, 孔华, 左娇, 等. 双波长法测定木薯的直链和支链淀粉含量[J]. 热带作物学报, 2016, 37(6): 1213-1217. DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2016.06.027.

[15]DE LA HERA E, GOMEZ M, ROSELL C M. Particle size distribution of rice flour affecting the starch enzymatic hydrolysis and hydration properties[J]. Carbohydrate Polymers, 2013, 98(1): 421-427.DOI:10.1016/j.carbpol.2013.06.002.

[16]赵吉凯. 不同粉碎粒度对全麦粉及其馒头品质的影响[J]. 现代面粉工业, 2017, 31(2): 52. DOI:10.16433/j.cnki.issn1673-2383.2017.01.008.

[17]陈秉彦, 林晓姿, 李维新, 等. 高能机械处理方法对大豆不溶性膳食纤维结构及理化特性的影响[J]. 食品工业科技, 2020, 41(17): 32-36.DOI:10.13386/j.issn1002-0306. 2020.17.006.

[18]豁银强, 王尧, 陈江平, 等. 高能球磨对大米淀粉物化特性和结构的影响[J]. 食品科学, 2020, 41(13): 89-95. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190623-277.

[19]WANG Feng, HUANG Weining, KIM Y S, et al. Effects of transglutaminase on the rheological and noodle-making characteristics of oat dough containing vital wheat gluten or egg albumin[J]. Journal of Cereal Science, 2011, 54(1): 53-59. DOI:10.1016/j.jcs.2011.02.010.

[20]闫文芳, 李文钊, 代任任, 等. 改性蛋清粉对面条品质的影响[J]. 食品科学, 2021, 42(22): 70-76. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200814-195.

[21]JANG H L, BAE I Y, LEE H G. In vitro starch digestibility of noodles with various cereal flours and hydrocolloids[J]. LWT-Food Science and Technology, 2015, 63(1): 122-128. DOI:10.1016/j.lwt.2015.03.029.

[22]CHEN Jiali, WANG Le, XIAO Panfei, et al. Informative title:incorporation of finger millet affects in vitro starch digestion,nutritional, antioxidative and sensory properties of rice noodles[J].LWT-Food Science and Technology, 2021, 151: 112145. DOI:10.1016/j.lwt.2021.112145.

[23]LOUBES M A, GONZÁLEZ L C, TOLABA M P. Pasting behaviour of high impact ball milled rice flours and its correlation with the starch structure[J]. Journal of Food Science and Technology, 2018, 55(8):2985-2993. DOI:10.1007/s13197-018-3216-9.

[24]CHITRAKAR B, ZHANG M, ZHANG X, et al. Bioactive dietary fiber powder from asparagus leaf by-product: effect of low-temperature ball milling on physico-chemical, functional and microstructural characteristics[J]. Powder Technology, 2020, 366: 275-282.DOI:10.1016/j.powtec.2020.02.068.

[25]LIU H, YU L, SIMON G, et al. Effects of annealing on gelatinization and microstructures of corn starches with different amylose/amylopectin ratios[J]. Carbohydrate Polymers, 2009, 77(3): 662-669.DOI:10.1016/j.carbpol.2009.02.010.

[26]TONG L, GAO X, LIN L, et al. Effects of semidry flour milling on the quality attributes of rice flour and rice noodles in China[J]. Journal of Cereal Science, 2015, 62: 45-49. DOI:10.1016/j.jcs.2014.12.007.

[27]GUO X, HE X, DAI T, et al. The physicochemical and pasting properties of purple corn flour ground by a novel low temperature impact mill[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies,2021, 74: 102825. DOI:10.1016/j.ifset.2021.102825.

[28]李少辉, 赵巍, 闵光, 等. 谷子面粉添加量对馒头色度变化的影响[J].食品工业, 2020, 41(10): 127-131.

[29]ZHOU L, WANG Y, HU X, et al. Effect of high pressure carbon dioxide on the quality of carrot juice[J]. Innovative Food Science& Emerging Technologies, 2009, 10(3): 321-327. DOI:10.1016/j.ifset.2009.01.002.

[30]LIU Z, ZHENG Z, ZHU G, et al. Modification of the structural and functional properties of wheat gluten protein using a planetary ball mill[J]. Food Chemistry, 2021, 363: 130251. DOI:10.1016/j.foodchem.2021.130251.

[31]靳志强, 白变霞, 赵晋峰, 等. 半干法磨制对小米粉及面条品质特性的影响[J]. 食品科学, 2018, 39(15): 132-138. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201815020.

[32]郭洪梅. 超微粉碎处理对杂粮(豆)淀粉结构及理化特性的影响[D].杨凌: 西北农林科技大学, 2016: 12-17.

[33]王晨阳, 苗建利, 张美微, 等. 高温、干旱及其互作对两个筋力小麦品种淀粉糊化特性的影响[J]. 生态学报, 2014, 34(17): 4882-4890.

[34]程佳钰, 高利, 汤晓智. 超微粉碎对苦荞面条品质特性的影响[J].食品科学, 2021, 42(15): 99-105. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200924-293.

[35]BEAN S R, AKIN P A, ARAMOUNI F M. Zein functionality in viscoelastic dough for baked food products[J]. Journal of Cereal Science, 2021, 100: 103270. DOI:10.1016/j.jcs.2021.103270.

[36]CAO X, TONG J, DING M, et al. Physicochemical properties of starch in relation to rheological properties of wheat dough (Triticum aestivum L.)[J]. Food Chemistry, 2019, 297: 125000. DOI:10.1016/j.foodchem.2019.125000.

[37]TAO H, WANG P, WU F, et al. Particle size distribution of wheat starch granules in relation to baking properties of frozen dough[J].Carbohydrate Polymers, 2016, 137: 147-153. DOI:10.1016/j.carbpol.2015.10.063.

[38]刘琳, 刘翀, 郑学玲. 湿热处理对不同直链淀粉含量损伤淀粉理化性质影响[J]. 粮食与油脂, 2014, 27(9): 30-33.

[39]HEO H, BAIK B, KANG C, et al. Influence of amylose content on cooking time and textural properties of white salted noodles[J]. Food Science and Biotechnology, 2012, 21(2): 345-353. DOI:10.1007/s10068-012-0046-9.

[40]LIU Chong, LI Limin, HONG Jing, et al. Effect of mechanically damaged starch on wheat flour, noodle and steamed bread making quality[J]. International Journal of Food Science & Technology, 2014,49(1): 253-260. DOI:10.1111/ijfs.12306.

[41]郑学玲, 尚加英, 张杰. 面粉糊化特性与面条品质关系的研究[J]. 河南工业大学学报(自然科学版), 2010, 31(6): 1-5.

Effect of Ball Milling Modification on Physicochemical Properties of Foxtail Millet Flour and Noodle Quality

SUN Xiaoxiao1,2, LIU Jingke2, ZHAO Wei2, ZHANG Aixia2, SI Xingxue1,2, LI Hongmin1,*,WANG Yunting2,*
(1. School of Life Sciences and Food Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056000, China;2. Institute of Biotechnology and Food Science, Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China)

Abstract: In order to improve the added value of foxtail millet and the processing quality of foxtail millet noodles, the effect of different periods (0.5, 1, 2, 4, 6, and 8 h) of ball milling on the nutritional components, hydration properties, gelatinization properties, rheological properties and crystalline structure of foxtail millet flour and the quality of the resulting noodles was investigated. The correlation between some physicochemical properties and noodle quality was analyzed. The results showed that the crystalline structure of foxtail millet flour was damaged obviously, and the damaged starch content increased significantly with an increase in milling time. It was also found that the amylose content decreased continuously (except for 8 h), and the L* value rose from 77.27 to 81.37. The peak viscosity, trough viscosity, and final viscosity of foxtail millet flour increased from 1 478, 665 and 1 384 Pa·s to 3 271 (ball milling 1 h), 982 (ball milling 2 h) and 2 199 (ball milling 2 h) Pa·s(P < 0.05), respectively, and the hydration properties (water-holding capacity and swelling capacity) improved (P < 0.05).Ball milling for 4 h made the gel network structure of dough more compact and resulted in noodles with the best texture and cooking quality. Correlation analysis showed that noodle texture properties (elasticity, stickiness and chewiness) and sensory quality (color, appearance and stickiness) were significantly negatively correlated with amylose content (P < 0.01), but significantly positively correlated with damaged starch and amylopectin contents (P < 0.01). The cooking quality (breakage rate) of noodles was positively correlated with amylose content (P < 0.01), but significantly negatively correlated with damaged starch and amylopectin contents (P < 0.01) and gelatinization viscosity was also strongly correlated with noodle quality. Taken together, the modification of foxtail millet flour by ball milling can be used to produce high-quality foxtail millet noodles.

Keywords: ball milling time; processing characteristics; foxtail millet; noodle quality

收稿日期:2022-05-26

基金项目:国家重点研发计划资助(2020YFD1001405/2020YFD1001400);现代农业产业技术体系建设专项资金资助(CARS-06-14.5-A29);河北省省级科技计划资助(21327113D);引进留学人员资助项目(C20210360)

第一作者简介:孙晓晓(1997 )(ORCID: 0000-0002-2675-9029),女,硕士研究生,研究方向为食品加工。E-mail: 1179173688@qq.com

*通信作者简介:

李红民(1982 )(ORCID: 0000-0001-8808-0866),男,讲师,博士,研究方向为食品生物技术。E-mail: hongmin_li@aliyun.com

王运亭(1993 )(ORCID: 0000-0001-5927-6309),女,博士研究生,研究方向为粮油加工。E-mail: wyt15731113407@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220526-324

中图分类号:TS213.2

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2023)09-0039-08

引文格式:

孙晓晓, 刘敬科, 赵巍, 等. 球磨改性对小米全粉理化特性及其面条品质特性的影响[J]. 食品科学, 2023, 44(9): 39-46.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220526-324. http://www.spkx.net.cn

SUN Xiaoxiao, LIU Jingke, ZHAO Wei, et al. Effect of ball milling modification on physicochemical properties of foxtail millet flour and noodle quality[J]. Food Science, 2023, 44(9): 39-46. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220526-324. http://www.spkx.net.cn