脱皮处理对藜麦粉物化特性及结构的影响

宫 雪 王 颖，2 张 裕 刘淑婷 佐兆杭 张艳莉 王 迪

(黑龙江八一农垦大学食品学院1，大庆 163319)

(黑龙江省农产品加工与质量安全重点实验室；国家杂粮工程技术研究中心2，大庆 163319)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld)原产于南美洲安第斯山区[1，2]。其蛋白质、矿物质、纤维素和维生素等营养物质含量丰富，高于大多数谷物，故被美国航空航天局(NASA)列为理想的“太空粮食”。而藜麦粉品质的优劣受限于原料品质和加工工艺的制约，尤其是全粉口感差和加工粉营养差之间存在的矛盾问题函待解决。随国内外对藜麦产品消费量的增加，脱皮工艺在加工流程中的优势跃然而出。现代制粉工艺基本分为传统和脱皮两种制粉工艺[3]。传统制粉采取从里向外的取粉方式，谷物经过粉碎后以带皮逐步使麸皮和胚乳剥离，其不足在于:出粉率低、工艺复杂、易混杂有害物质[4]。脱皮制粉是从外向里的取粉方式，利用设备的机械作用力对谷物摩擦脱去麸皮，简化传统制粉工艺步骤。大量研究表明，对谷物进行适当的脱皮处理可以最大限度地保留糊粉层和营养成分含量、提高出粉率；有效去除外皮中残留的农药、微生物和重金属等有害物质，减少麸皮中的植酸从而改善产品性质和口感。去除麸皮后，出粉率提高，有效降低了谷物粉中的微生物含量，产生的破损淀粉含量降低，可以明显改善谷物粉及谷物制品的品质[5-7]。

藜麦粉的物化特性对藜麦冲调产品的质地、风味、外观和口感具有显著影响。例如储存后藜麦粉悬浊液凝沉、液体透明度降低并且产生分层等现象[1,8]，使其外观、口感受到不良影响。因此，物化特性极大程度的限制了藜麦粉的应用[9]。目前在脱皮工艺上对藜麦粉物化特性及结构影响的研究较少。本文以产自青海的藜麦为研究对象，研究了脱皮处理前后和传统制粉对藜麦粉的物化特性及结构的影响，旨在为藜麦的营养成分及理化性质提供理论研究基础，改善藜麦粉的加工特性，为今后藜麦的全面开发提供科学根据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青海白色甜藜麦原粮籽粒；试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

XQ200型多功能高速粉碎机；GL-20G-Ⅱ离心机；BCD-258WDPM型冰箱；DHG-9000电热鼓风烘箱；NKY-6120全自动凯氏定氮仪；KJ-MB1700马弗炉；UV2500型紫外可见分光光度计；RVA4500快速黏度分析仪；Q100型差示扫描量热仪；S3500型激光粒度分析仪。

1.3 方法

1.3.1 藜麦粉的制备方法

藜麦原粮粉制备：藜麦→清理→粉碎→过筛→藜麦原粮粉

藜麦脱皮粉制备：藜麦→清理→脱皮→粉碎→过筛→藜麦脱皮粉

藜麦传统制粉制备：藜麦→清理→粉碎→刷麸→过筛→清粉→藜麦传统制粉

采用MLU-202型磨粉机，润麦水分调节为15%，润麦时间24 h[10]。得到各样品出粉率为原粮粉97.0%、脱皮粉76.4%和传统制粉70.8%，-4 ℃保存。

1.3.2 主要成分测定

依据国家标准方法，测定主要成分含量。

蛋白质：GB/T 5009.5—2016；灰分：GB/T5009.4—2016；淀粉：GB 5009.9—2016；直链淀粉：GB/T 15683—2008；支链淀粉：GB/T 15683—2008；破损淀粉：GB/T 9826—2008；植酸：GB 5009153—2016；黄酮：GB-T 20574—2006；多酚：GB 1886.211—2016；皂苷：GB/T 22464—2008。

1.3.3 藜麦粉物化特性分析1.3.3.1 透明度的测定

分别称取样品0.3 g，配成0.5%的60 mL悬浊液，水浴95 ℃，30 min，冷却后用紫外分光光度计在620 nm下分别测定样品，测定室温放置0、3、6、18、24、48 h后的透光率，蒸馏水作为参比[11]。

1.3.3.2 凝沉特性的测定

在100 mL烧杯中配制2%的悬浊液50 mL，95 ℃水浴热糊化30 min，冷却后倒入50 mL量筒中，观测样品分界面下降高度和分层情况，观测并记录静置1、3、6、 9、18、24、30 h时上层液体积[12]。

式中：V1为上层液体积/mL；V2为淀粉糊总体积/mL。

1.3.3.3 热稳定性测定(DSC)

准确称取样品6 mg至于DSC铝盘中，加水12 μL后压片，室温下平衡24 h。以5 ℃/min程序升温，从30 ℃升温到100 ℃[13]。

1.3.4 藜麦粉结构分析1.3.4.1 颗粒形貌测定

偏关显微镜观察偏关十字：将质量分数为1%的粉乳滴于载玻片上，于偏振光下观察和拍摄淀粉颗粒偏关十字的变化情况。

1.3.4.2 粒径分布测定

配制5 %的样品悬浊液，超声波条件下分散30 min，于 0.1～500 μm之间用激光粒度分析仪扫描。

1.3.4.3 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

称取2 mg左右干燥至恒重的淀粉样品，与300 mg左右溴化钾粉末混合均匀，研磨10 min后过筛(2 μm)，将晒好的混合粉末压成片，通过红外光谱分析仪进行测试，参比选用空白溴化钾片，波长的扫描范围为400～4 000 cm-1。

2 结果与分析

2.1 藜麦粉的主要成分分析

由表3可以看出，藜麦脱皮粉和传统制粉的灰分含量均显著低于藜麦原粮粉(P<0.05)，主要是由于灰分主要存在于藜麦的麸皮中[6]，经过脱皮处理后藜麦的麸皮被去除，导致藜麦粉的灰分含量降低；藜麦脱皮粉的蛋白含量均显著高于藜麦原粮粉和传统制粉(P<0.05)，因为脱皮处理使更多的外胚乳与麸皮剥离混入粉内，传统制粉取粉不净，外胚乳保留较少。而外胚乳含的蛋白质含量较高，所以脱皮处理使藜麦粉蛋白含量增加[14]。藜麦原粮粉和传统制粉与脱皮粉相比均含有更多的的破损淀粉，因为藜麦脱皮处理后更容易粉碎，与辊磨接触面积小，需要的磨粉时间短，淀粉不易粉碎。而传统制粉过程中淀粉受到强剪切力和碾压力，导致破损淀粉含量升高。淀粉的损伤将影响淀粉的结构和性质。损伤的淀粉吸水性升高，支链淀粉更容易降解。所以脱皮处理使支链淀粉含量增加，直链淀粉含量减小。藜麦原粮粉的植酸含量显著高于脱皮粉和传统制粉(P<0.05)，由于藜麦中绝大部分植酸存在于麸皮之中，去除麸皮可显著降低植酸含量。脱皮粉的总酚、总黄酮和皂苷的含量均高于传统制粉，由于其主要集中在藜麦籽粒麸皮。由此可得，脱皮处理与传统制粉比较不仅可以保留藜麦中的营养成分，还可有效降低植酸含量，改善口感。

表1 藜麦原粮粉、脱皮粉和传统制粉的主要成分分析

注：同行标不同字母表示差异显著，余同。

2.2 藜麦粉的物化特性分析

2.2.1 透明度和凝沉特性的分析

由图1可知，藜麦原粮粉、脱皮粉和传统制粉的透明度随静止时间的增加而逐渐下降并且趋于稳定。48 h时，各样品间悬浊液的透明度存在显著差异(P<0.05)。由于糊化后淀粉颗粒的溶胀能力和分散大小程度不同，并且直链淀粉糊化后比支链淀粉更易缔合，从而减弱光透射，导致透明度较低[15]。而本实验中经过脱皮处理的藜麦粉的透明度相对较高，会提升藜麦粉的加工感官品质。由图1可知，藜麦原粮粉、脱皮粉和传统制粉的沉降体积都会随着沉降时间的增加而不断提高，原粮粉与传统制粉和脱皮粉相比，沉降体积均显著增加(P<0.05)。藜麦原粮粉沉降率高于脱皮粉。张国权等[16]报道称直链淀粉分子之间易结合成较大的束状结构，达到一定程度后产生沉降现象。与脱皮粉相比，原粮粉中含有较多的破损淀粉和直链淀粉，容易引发沉降现象。凝沉特性直接关系到产品的外观质感和加工性质。因此，研究凝沉特性对在食品加工行业中的应用具有重要意义。

图1 藜麦原粮粉、脱皮粉和传统制粉不同储藏时间内的透明度和沉降体积

2.2.2 热特性分析(DSC)

由表2可知，脱皮后藜麦粉的各温度值和热焓值均存在降低现象。原粮粉的各项数据与大部分已报道文献一致，脱皮粉的To、Tp和Tc值则略低于Li等[17]的报道。淀粉组成、结构(直链与支链淀粉比)和淀粉的颗粒大小均可直接影响其热特性，淀粉的糊化温度与淀粉分子链的长度有关系，随着淀粉链长度的延长，分子链分解所需的温度不断增加。焓变ΔH受淀粉颗粒大小与结构和直链淀粉与支链淀粉含量的比例影响[18]。脱皮粉的焓变ΔH低于原粮粉，由于脱皮处理后直链淀粉与支链淀粉的比例降低，所以藜麦粉经过脱皮处理后糊化温度和热焓值均降低。

表2 藜麦原粮粉和脱皮粉的热特性参数

2.3 藜麦粉的结构分析

2.3.1 藜麦粉的颗粒形貌

通过电镜扫描，对藜麦全粉与藜麦脱皮粉形貌进行分析。从图5藜麦全粉和藜麦脱皮粉的扫描电镜图片可以看到藜麦淀粉颗粒。从图藜麦粉的扫描电镜图可知，颗粒直径为0.7～2.5 μm。藜麦淀粉多边颗粒在外胚乳中以单独或球形聚合物的形式存在。小颗粒物质容易形成聚合物是自然界常见的现象。藜麦原粮粉中含有破碎淀粉颗粒，表面出现裂痕、缝隙、凹陷等形貌状态，脱皮处理后，淀粉颗粒仍保持完整的粒形。

图2 藜麦原粮粉和脱皮粉的扫描电镜图片

2.3.2 藜麦粉的粒径分布

由表可得藜麦原粮粉和脱皮粉的颗粒尺度相似，与电镜观测到的淀粉颗粒大小结果相同。本实验测得的藜麦粉平均粒径与其他得出的1～2 μm相近。藜麦颗粒直径与苋菜接近，小于小麦、大麦、水稻和玉米[19]。

表3 藜麦全粉与淀粉的颗粒尺度

2.3.3 藜麦粉的傅立叶红外光谱(FT-IR)分析

图3 藜麦原粮粉和脱皮粉的傅里叶红外光谱图

3 结论

与传统制粉相比脱皮处理藜麦粉的灰分、破损淀粉、植酸的质量分数分别降低0.09%～0.14%、2.52%～2.62%、0.10%～0.12%，而蛋白质增加了1.06%～1.21%；藜麦粉透明度增加了10.94%～12.63%，凝沉体积降低1.87%～13.01%；藜麦粉的热焓值、糊化温度均降低；藜麦颗粒直径为0.7～2.5；无新基团出现；脱皮处理与传统制粉相比不仅可以去除非营养成分并保留藜麦中的营养成分，还可以有效地提高加工质量。藜麦作为一种尚未完全开发利用的谷物资源，具备较高的科学价值和实践意义。