景孝男 黨 斌,2 楊希娟,2 張文剛,2 張 杰,2 趙萌萌 陳丹碩 張發(fā)林

(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2. 青海省農(nóng)林科學(xué)院青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016；3. 青海華實(shí)科技投資管理有限公司，青海 西寧 810016；4. 青海省青稞資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810016)

青稞俗稱裸大麥，是藏區(qū)農(nóng)牧民賴以生存的糧食作物之一，其營(yíng)養(yǎng)豐富均衡，具有“三高兩低(高蛋白、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖)”的營(yíng)養(yǎng)特性，富含β-葡聚糖，具有減緩血糖值、提升飽腹感、提高免疫力及穩(wěn)定血糖值的功效[1]。但青稞硬度大，種皮厚，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要分布在青稞外層結(jié)構(gòu)種皮及胚芽中，堅(jiān)硬的外層結(jié)構(gòu)保護(hù)青稞籽粒內(nèi)部免受損傷的同時(shí)也造成了青稞籽粒難以研磨、加工。

近年來(lái)，熱處理方式被廣泛應(yīng)用于各種全谷物原料中，最常用的技術(shù)有過(guò)熱蒸汽、遠(yuǎn)紅外、微波加熱處理。吳紹華等[2]發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱蒸汽處理可以提高全麥粉的加工特性；張?jiān)绿m等[3]發(fā)現(xiàn)紅外烘烤處理可使小麥總體呈更加金黃的色澤，可更好地保持小麥胚淀粉顆粒和蛋白質(zhì)的天然微觀結(jié)構(gòu)；任國(guó)寶等[4]發(fā)現(xiàn)適度的微波輻照處理能夠增加面粉的粉質(zhì)穩(wěn)定時(shí)間，提高面糊的峰值黏度和回生值。上述研究表明熱處理技術(shù)能夠一定程度地改善全谷物的加工特性。

熱處理會(huì)對(duì)谷物理化性質(zhì)產(chǎn)生一定影響，但有關(guān)熱處理對(duì)青稞理化性質(zhì)的影響尚缺乏系統(tǒng)性研究，尤其是熱處理對(duì)不同品種青稞營(yíng)養(yǎng)成分、粉體特性、微觀結(jié)構(gòu)表征的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。文章擬以青海主要推廣的3種粒色青稞[昆侖15號(hào)(黃粒)、肚里黃(藍(lán)粒)、昆侖20號(hào)(黑粒)]為原料，研究熱處理方式(過(guò)熱蒸汽、遠(yuǎn)紅外烘烤、微波烘烤)對(duì)青稞微觀結(jié)構(gòu)及理化特性的影響，以期改善青稞全粉的加工特性，為青稞產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

昆侖15號(hào)、昆侖20號(hào)和肚里黃青稞：青海省農(nóng)林科學(xué)院；

乙醇、石油醚、甲醇、鹽酸：分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；

碳酸氫鈉、氫氧化鈉、碳酸鈉：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

試驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

過(guò)熱蒸汽瞬時(shí)滅菌設(shè)備：WS-FMD15型，江蘇萬(wàn)創(chuàng)滅菌設(shè)備科技廠區(qū)；

格蘭仕微波爐：G80F20CN1L-DG(S0)型，佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司；

遠(yuǎn)紅外線食品烘爐：CK-2型，廣州市麥?zhǔn)⒑姹涸O(shè)備有限公司；

色差計(jì)：WSC-S自動(dòng)型，日本HITACHI公司；

高分辨掃描電子顯微鏡：JSM-6610型，日本HITACHI公司；

傅里葉變換紅外光譜掃描：Nicolet6700型，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司；

X射線衍射儀：D/MAX2500X型，荷蘭帕納科公司；

同步熱分析儀：STA 449 F3型，德國(guó)耐馳儀器制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理 將一定質(zhì)量的青稞籽粒預(yù)處理至水分含量20%[5]，并按以下3種熱處理方式進(jìn)行處理，冷卻至室溫后貯藏備用。

(1) 過(guò)熱蒸汽：取青稞籽粒300 g，用過(guò)熱蒸汽瞬時(shí)滅菌設(shè)備對(duì)青稞籽粒進(jìn)行處理。處理溫度190 ℃，處理時(shí)間70 s。

(2) 遠(yuǎn)紅外烘烤：取青稞籽粒100 g平鋪于烘盤(pán)上，上、下火150 ℃烘烤40 min。

(3) 微波烘烤：取青稞籽粒100 g平鋪于玻璃器皿中，微波功率800 W下處理150 s。

1.3.2 青稞全粉營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

(1) 水分：參照GB 5009.3—2010。

(2) 脂肪含量：參照GB/T 5009.6—2003。

(3) 總膳食纖維：參照GB 5009.88—2014。

(4) 灰分：參照GB 5009.4—2010。

(5) 總淀粉：采用TOTAL STARCH試劑盒。

(6) 粗蛋白：參照GB 5009.5—2016。

1.3.3 青稞全粉的色度和結(jié)構(gòu)表征

(1) 色度：采用色差計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，同一樣品測(cè)定3次取平均值。

(2) 電子顯微形態(tài)觀察：參照文獻(xiàn)[6]并稍作改動(dòng)，取適量青稞麩皮粉樣品置于樣品臺(tái)上，于真空噴鍍儀內(nèi)使樣品噴金導(dǎo)電，采用掃描電子顯微鏡觀察樣品表觀結(jié)構(gòu)，電壓為15 kV。

(3) 熱分析：準(zhǔn)確稱取3 mg樣品和6 mg去離子水于鋁制坩堝中，加蓋密封。采用差示掃描量熱法測(cè)定樣品的熱力學(xué)性質(zhì)，并在充N(xiāo)2的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，升溫速率10 ℃/min，測(cè)定范圍22～200 ℃[7-8]。

(4) 傅里葉變換紅外光譜掃描：參照曹龍奎等[9]的方法。

(5) X射線衍射：參照曹龍奎等[9]的方法。

1.3.4 青稞全粉的粉體特性分析

(1) 休止角與滑角：參照易甜等[10]的方法。

(2) 膨脹力：參照符群等[11]的方法。

(3) 堆積密度與振實(shí)密度：參照陳如等[12-13]的方法。

(4) 持水性和持油性：參照Li等[14]的方法。

(5) 糊化特性：參照趙萌萌等[15]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，利用Excel、Origin 2019和SPSS 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及繪圖，顯著性差異采用LSD多重比較法，相關(guān)性分析采用Pearson雙側(cè)檢驗(yàn)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對(duì)青稞全粉營(yíng)養(yǎng)成分的影響

由表1可知，青稞經(jīng)熱處理后粗蛋白含量均略微上升，但差異不顯著，與鄧家汶等[2]的結(jié)果一致；粗脂肪含量均顯著上升(P<0.05)，其中過(guò)熱蒸汽處理的增幅最大，其次是遠(yuǎn)紅外烘烤和微波烘烤，主要是由于谷物中的脂肪一部分與淀粉或蛋白相結(jié)合，另一部分則以游離脂酸的形式存在，適度處理使脂肪與蛋白的結(jié)合力變?nèi)?，從而使部分結(jié)合脂肪由結(jié)合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)[16]?？偟矸酆烤陆担渲形⒉ê婵镜南陆捣茸畲?，下降了11.38%，而過(guò)熱蒸汽處理的下降了2.04%，遠(yuǎn)紅外烘烤的下降了9.17%，可能是由于熱處理導(dǎo)致部分淀粉分解為糊精或還原糖[17]，導(dǎo)致青稞中總淀粉含量降低，與申瑞玲等[18]的結(jié)果一致?；曳趾烤兴仙?，可能是熱處理過(guò)程中，水分含量下降，青稞籽粒皮層產(chǎn)生微膨化效果[19]，降低了青稞麩皮的韌性，使青稞麩皮在制粉過(guò)程中更容易破碎，灰分含量上升，與趙波[1]的結(jié)果一致。粗纖維含量顯著上升(P<0.05)，其中遠(yuǎn)紅外烘烤的上升幅度最大，上升了29.10%，而微波烘烤和過(guò)熱蒸汽的分別上升了15.53%，8.17%，可能是由于高溫條件下，分子運(yùn)動(dòng)加劇，易于膳食纖維溶出[20]。

表1 熱處理對(duì)青稞全粉營(yíng)養(yǎng)成分的影響?

2.2 熱處理對(duì)青稞全粉結(jié)構(gòu)表征的影響

2.2.1 色度值 由表2可知，經(jīng)熱處理后，青稞亮度值(L*)顯著下降(P<0.05)，下降幅度為過(guò)熱蒸汽>遠(yuǎn)紅外烘烤>微波烘烤，可能是過(guò)熱蒸汽、微波和遠(yuǎn)紅外烘焙處理使青稞全粉的灰分含量升高，引起青稞粉亮度值降低[21]；紅綠值(a*)和黃藍(lán)值(b*)顯著增加(P<0.05)，增加幅度為遠(yuǎn)紅外烘烤>過(guò)熱蒸汽>微波烘烤。研究[22]發(fā)現(xiàn)，熱處理會(huì)導(dǎo)致谷物發(fā)生輕微的美拉德和焦糖化反應(yīng)，使麥麩的黃色和紅色加深。溫度和時(shí)間是美拉德反應(yīng)中最重要的影響因素，遠(yuǎn)紅外烘烤時(shí)間最長(zhǎng)，因此，其對(duì)青稞粉的a*值和b*值的影響更大。過(guò)熱蒸汽和微波烘烤對(duì)a*值和b*值的影響相對(duì)較低，可能是由于處理時(shí)間短，參與美拉德反應(yīng)的蛋白和還原糖含量較低[23]；從總色差值(ΔE)可以看出，經(jīng)熱處理后，青稞總色差均低于對(duì)照組，說(shuō)明3種處理方式均未對(duì)青稞本身的色澤造成破壞，仍保持其原有的色澤。

表2 熱處理對(duì)青稞全粉色度值的影響?

2.2.2 電鏡掃描 由圖1可知，對(duì)照組中淀粉顆粒飽滿，球體結(jié)構(gòu)輪廓清晰且表面附著蛋白質(zhì)基質(zhì)。經(jīng)過(guò)熱蒸汽處理后，淀粉顆粒與蛋白質(zhì)基質(zhì)脫離發(fā)生塌陷變形，表面粗糙且有不同程度的凸起，可能是由于淀粉糊化和蛋白質(zhì)變性造成的[24]；經(jīng)遠(yuǎn)紅外烘烤后，一部分淀粉顆粒仍保持球體結(jié)構(gòu)但體積明顯膨脹，可能是由于遠(yuǎn)紅外烘烤處理對(duì)青稞全粉中的淀粉起到了一定的膨化作用[3]；經(jīng)微波烘烤后，淀粉粒表面的蛋白質(zhì)基質(zhì)與淀粉粒脫離，小淀粉顆粒破裂，大淀粉顆粒仍保持結(jié)構(gòu)完整，可能是由于微波烘烤在淀粉粒中產(chǎn)生較大的蒸氣壓，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較小的小淀粉顆粒破裂。綜上，遠(yuǎn)紅外和微波烘烤的青稞全粉淀粉結(jié)構(gòu)保存更完整，過(guò)熱蒸汽處理后淀粉結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重。

圖1 熱處理后青稞全粉電鏡圖

2.2.3 熱分析 由表3可知，過(guò)熱蒸汽和微波烘烤使青稞全粉糊化溫度上升，遠(yuǎn)紅外烘烤降低了青稞全粉的糊化溫度。昆侖15號(hào)經(jīng)過(guò)熱蒸汽處理后糊化焓增加了33.61%，經(jīng)遠(yuǎn)紅外和微波烘烤后糊化焓分別降低了39.22%和30.07%；肚里黃經(jīng)過(guò)熱蒸汽、遠(yuǎn)紅外和微波烘烤后糊化焓分別增加了1.55%，16.08%，1.87%；昆侖20號(hào)經(jīng)過(guò)熱蒸汽、遠(yuǎn)紅外和微波烘烤后糊化焓分別降低了13.02%，62.68%，7.67%。糊化溫度和糊化焓的降低，可以降低糊化所需的能量，從而縮短蒸煮時(shí)間，降低加工難度[25]。綜上，昆侖15號(hào)和昆侖20號(hào)適宜使用遠(yuǎn)紅外烘烤，肚里黃適宜使用過(guò)熱蒸汽處理。

表3 熱處理對(duì)青稞全粉熱分析的影響?

2.2.4 X射線衍射 由圖2可知，經(jīng)熱處理后，青稞樣品的衍射峰強(qiáng)度明顯增大，結(jié)晶特性發(fā)生明顯變化。2θ均在15.3°，17.4°，18.1°，20.1°，23.3°(峰1～峰5)處有明顯的衍射峰，呈A型淀粉晶型，與文獻(xiàn)[26]報(bào)道一致。其中，2θ為17.4°和18.1°處的衍射峰是相連的雙峰，20.1°處的主峰是一種內(nèi)源性淀粉脂質(zhì)化合物[27-28]。與原青稞全粉相比，經(jīng)過(guò)熱蒸汽處理后峰1、峰2、峰4和峰5被抑制消失，在20.1°處結(jié)晶峰(峰3)變得尖銳，吸收峰增強(qiáng)，結(jié)晶度顯著下降。這可能是由于過(guò)熱蒸汽的水分子吸收了強(qiáng)輻射熱，變成高能水分子，穿透在淀粉顆粒內(nèi)部，作用于淀粉結(jié)晶區(qū)，螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞所導(dǎo)致[29]。經(jīng)遠(yuǎn)紅外烘烤后5個(gè)衍射峰位置并未改變，與對(duì)照組相比峰形變得清晰，說(shuō)明遠(yuǎn)紅外烘烤未改變青稞粉的結(jié)晶特性。經(jīng)微波烘烤后，可以觀察到峰3和峰4，其余吸收峰變得彌散未被觀察到，可能是由于微波烘烤破壞了淀粉的微觀結(jié)構(gòu)[30-31]。

圖2 熱處理后青稞全粉X射線衍射圖譜及相對(duì)結(jié)晶度Figure 2 X-ray diffraction pattern and relative crystallinity of highland barley powder afterdifferent stabilization treatments

2.2.5 傅里葉變換紅外光譜掃描 由圖3可知，3 700～3 000 cm-1處出現(xiàn)較強(qiáng)的寬展圓滑的吸收峰是O—H的伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的[31]，熱處理前后，青稞均在3 400 cm-1處出現(xiàn)吸收峰；在2 932 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)弱吸收峰，是糖類(lèi)甲基C—H的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)所致[31]；1 656 cm-1處有一個(gè)較大的吸收峰，為—COOH的吸收峰，表明青稞全粉中含有康、糖醛酸[32]；1 000～1 200 cm-1處是糖類(lèi)C—O的收縮振動(dòng)，其中1 160 cm-1處是半纖維素和纖維素C—O—C伸縮振動(dòng)所致[33]；1 049 cm-1處的吸收峰是由糖環(huán)C—O—C的C—O伸縮振動(dòng)所致，是多糖類(lèi)另一特征吸收峰[34]；綜上，不同品種的青稞經(jīng)熱處理后無(wú)新的基團(tuán)生成，粉體結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變。

圖3 熱處理后青稞全粉的傅里葉變換紅外光譜圖Figure 3 Fourier transform infrared spectrum of highland barley powder after different stabilization treatments

2.3 熱處理對(duì)青稞全粉粉體特性的影響

2.3.1 膨脹力 由圖4可知，處理前不同品種青稞之間膨脹力差異不顯著。經(jīng)熱處理后，青稞膨脹力顯著增加(P<0.05)，增加幅度為過(guò)熱蒸汽>微波烘烤>遠(yuǎn)紅外烘烤。綜上，熱處理會(huì)顯著增加青稞粉的膨脹力，其中過(guò)熱蒸汽處理的效果最顯著。

同一品種不同處理之間字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖4 熱處理后青稞全粉的膨脹力

2.3.2 持水性和持油性 由圖5可知，經(jīng)熱處理后，青稞的持油性有所下降，持水性顯著增加(P<0.05)。其中處理前肚里黃與昆侖20號(hào)的持水性相當(dāng)，均小于昆侖15號(hào)的，過(guò)熱蒸汽處理后的持水性增幅最大，分別為75.11%，111.07%，87.25%，微波烘烤的次之。處理前昆侖15號(hào)與肚里黃的持油性相當(dāng)，均小于昆侖20號(hào)的，遠(yuǎn)紅外烘烤后的持油性下降幅度最大，分別為13.60%，16.04%，19.17%。綜上，熱處理有利于青稞持水性的增加和持油性的降低。

2.3.3 休止角與滑角 由圖6可知，經(jīng)熱處理后，青稞休止角和滑角均有所增加，說(shuō)明流動(dòng)性下降。其中熱處理前昆侖15號(hào)與昆侖20號(hào)的休止角相當(dāng)，均大于肚里黃的。經(jīng)熱處理后昆侖15號(hào)的休止角變化不顯著，肚里黃經(jīng)過(guò)熱蒸汽和遠(yuǎn)紅外烘烤后休止角顯著增加(P<0.05)，微波烘烤的變化不顯著；昆侖20號(hào)經(jīng)遠(yuǎn)紅外和微波烘烤后休止角顯著增加(P<0.05)，過(guò)熱蒸汽處理的變化不顯著；熱處理前昆侖20號(hào)的滑角最大，其次是肚里黃和昆侖15號(hào)的。經(jīng)熱處理后，青稞粉的滑角均顯著增加(P<0.05)，其中昆侖15號(hào)和昆侖20號(hào)經(jīng)遠(yuǎn)紅外和微波烘烤后的增加幅度最大，分別為33.80%，11.19%；肚里黃經(jīng)遠(yuǎn)

同一品種不同處理之間字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖5 熱處理后青稞全粉的持水性和持油性Figure 5 The water and oil holding properties of the whole highland barley powder afterdifferent stabilization treatments

同一品種不同處理之間字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖6 熱處理對(duì)青稞全粉休止角與滑角的影響Figure 6 Effects of different stabilization treatments on Angle of repose and Angle of slip of whole barley powder

紅外烘烤后的增加幅度最大，為17.14%。綜上，遠(yuǎn)紅外和微波烘烤會(huì)使青稞休止角和滑角顯著增大(P<0.05)，流動(dòng)性變差。這主要是因?yàn)榍囡壑猩攀忱w維含量高，經(jīng)熱處理后膳食纖維結(jié)構(gòu)被破壞，表面變得粗糙，在磨粉過(guò)程中更易破碎為更小的顆粒，導(dǎo)致密度變大，粉體之間靜摩擦系數(shù)增大，流動(dòng)性變差[35]。

2.3.4 堆積密度與振實(shí)密度 由圖7可知，熱處理前，各青稞樣品之間的堆積密度與振實(shí)密度差異不顯著，經(jīng)熱處理后青稞粉的堆積密度與振實(shí)密度均顯著增加(P<0.05)。其中昆侖15號(hào)和肚里黃經(jīng)過(guò)熱蒸汽處理后的堆積密度增幅最大，其次是遠(yuǎn)紅外和微波烘烤，分別增加了22.52%，18.21%，11.31%。昆侖20號(hào)經(jīng)遠(yuǎn)紅外烘烤后的堆積密度增幅最大，其次是過(guò)熱蒸汽和微波烘烤，分別增加了21.81%，11.73%，12.71%。昆侖15號(hào)、肚里黃、昆侖20號(hào)經(jīng)遠(yuǎn)紅外烘烤后的振實(shí)密度增幅最大，分別為80.43%，77.03%，90.53%。綜上，經(jīng)熱處理后的青稞全粉更易壓縮，其疏松性、填充性和成型性相對(duì)較好[36]。

2.3.5 糊化特性 由表4可知，昆侖15號(hào)和肚里黃經(jīng)過(guò)熱蒸汽處理后，其峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回生值均顯著提升(P<0.05)，而經(jīng)遠(yuǎn)紅外和微波烘烤后顯著下降(P<0.05)。昆侖20號(hào)經(jīng)3種熱處理后的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、崩解值和回生值均顯著下降(P<0.05)。由于過(guò)熱蒸汽處理溫度高，導(dǎo)致脂質(zhì)與蛋白質(zhì)之間結(jié)合力減弱，脂類(lèi)轉(zhuǎn)向與淀粉結(jié)合，油脂會(huì)滲透到淀粉分子內(nèi)部并與其中的直鏈淀粉分子形成復(fù)合物，而這種復(fù)合物會(huì)顯著降低淀粉顆粒的膨脹性，從而使青稞全粉的黏度提高。青稞經(jīng)熱處理后，糊化溫度均呈不同程度的上升，可能是熱處理導(dǎo)致谷物中淀粉交聯(lián)度增加，從而導(dǎo)致其糊化溫度升高[37]。研究[38]表明，糊化特性與面制品的各種性質(zhì)有著密切關(guān)系，面粉生產(chǎn)出來(lái)的蛋糕、面包、面條及饅頭等往往具有更好的質(zhì)構(gòu)和口感。因此，過(guò)熱蒸汽處理青稞將有利于改善青稞全粉的加工特性，提高面制品品質(zhì)。

同一品種不同處理之間字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖7 熱處理后青稞全粉的堆積密度與振實(shí)密度Figure 7 Bulk density and vibrational density of highland barley powder after different stabilization treatments

表4 熱處理對(duì)青稞全粉糊化特性的影響?Table 4 Effects of different stabilization treatments on total pulverization characteristics of highland barley

3 結(jié)論

3種熱處理方式均對(duì)青稞微觀結(jié)構(gòu)及理化特性具有一定影響。經(jīng)熱處理后，青稞全粉的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維及灰分含量均增加，而其總淀粉含量均減少；青稞全粉亮度下降，組織形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)改變，但未顯著改變青稞的官能團(tuán)結(jié)構(gòu)；青稞全粉的膨脹力、堆積密度、振實(shí)密度、持水性、糊化溫度均顯著增加(P<0.05)，但其持油性顯著降低(P<0.05)；此外，過(guò)熱蒸汽處理增加了青稞全粉的各黏度值、回生值及崩解值，而微波及遠(yuǎn)紅外烘烤的則反之。綜合分析，過(guò)熱蒸汽處理的青稞粉的理化性質(zhì)較好，因此可優(yōu)先推薦其作為青稞的熱處理方式。青稞全粉在貯藏過(guò)程中會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜的理化變化，因此后續(xù)可繼續(xù)探索熱處理對(duì)青稞貯藏穩(wěn)定性的影響。