生慶海，龍金利，李朋亮，趙 巍，張愛霞*，劉敬科

（1 河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院 石家莊 050071 2 河北省農(nóng)林科學(xué)院生物技術(shù)與食品科學(xué)研究所 石家莊 050050 3 河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所 國家谷子改良中心 河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050035）

熱處理是谷物粉品質(zhì)改良的一項(xiàng)新技術(shù)，不僅可以改變谷物粉的物化特性，提升產(chǎn)品的感官品質(zhì)，而且對其消化特性有一定影響，從而改變產(chǎn)品的營養(yǎng)和功能品質(zhì)。Li 等[1]研究發(fā)現(xiàn)濕熱處理后小麥粉和淀粉的峰值黏度降低，糊化溫度升高。Keppler 等[2]發(fā)現(xiàn)干熱處理有助于面粉在高溫下淀粉顆粒發(fā)生溶脹，面粉中蛋白質(zhì)變性。Hu 等[3]對小麥籽粒進(jìn)行濕熱處理，發(fā)現(xiàn)面團(tuán)強(qiáng)度和黏度顯著提高，面條有較高的硬度、彈性和咀嚼性，且蒸煮損失較低。馬歲祥等[4]研究發(fā)現(xiàn)，淀粉經(jīng)過熱蒸汽處理，淀粉的糊化特性、熱焓特性、粒徑及結(jié)晶特性等發(fā)生改變。熱處理可使大米和糯米的快消化淀粉（RDS，Ready digestible starch）和慢消化淀粉（SDS，Slowly digestible starch）含量下降，抗性淀粉（RS，Resistant starch）含量上升[5]，從而改變加工食品營養(yǎng)和功能性質(zhì)。

本研究對燕麥粉、小米粉和玉米粉進(jìn)行熱處理，探究蒸汽處理和烘烤處理方式對谷物粉加工特性和淀粉消化性的影響。通過比較熱處理谷物粉的物化特性和淀粉消化性，選擇合適的熱處理方式，改變谷物粉的消化性，降低可消化淀粉含量，提高抗性淀粉含量，旨在為糖尿病患者主食食品的研制提供優(yōu)質(zhì)原料，為谷物粉深加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料 燕麥、玉米，市售；小米（冀谷39），河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所。

淀粉葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、胃蛋白酶（1∶10 000），Sigma 有限公司；無水葡萄糖，北京中科質(zhì)檢生物技術(shù)有限公司；3-5 二硝基水楊酸，上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司；Tris、馬來酸，Amresco 公司；HCl、KCL、乙酸鈉、NaOH，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備 SP-752 型紫外-可見分光光度計(jì)，上海化科試驗(yàn)器材有限公司；波通RVATemaster 快速黏度儀，波通瑞華科學(xué)儀器有限公司；TMS-PRO 質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC 公司；FW80 型高速萬能粉碎機(jī)，上海新諾儀器設(shè)備有限公司；AG285 型分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DH6000Ⅱ型電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津泰斯特儀器有限公司；HM3SR＋Centrifuge 臺式高速離心機(jī)，賽默飛世爾科技有限公司；S-4800 掃描電子顯微鏡，日立公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料粉制備與熱處理 將燕麥、小米和玉米分別采用磨粉機(jī)粉碎，全部過100 目篩。

蒸汽處理：將燕麥粉、小米粉和玉米粉分別在蒸鍋上沸水汽蒸20 min，使淀粉糊化，自然晾干后備用。

烘烤處理：將燕麥粉、小米粉和玉米粉分別在烤箱中155 ℃烘烤30 min，使淀粉糊化無焦糊現(xiàn)象，自然冷卻后備用。

1.2.2 淀粉提取 燕麥、小米和玉米淀粉提取采用堿提法[6]：用0.2%的NaOH 溶液浸泡12 h，下層沉淀繼續(xù)用0.2%的NaOH 溶液洗滌，重復(fù)5 次，收集下層白色沉淀，水洗后離心（3 000 r/10 min），重復(fù)3 次，白色沉淀即為淀粉粗品。

1.2.3 水分含量測定 直接干燥法，參考《食品中水分含量的測定》 GB 5009.3-2016[7]。

1.2.4 糊化特性測定 使用快速黏度儀參考 《谷物黏度測定 快速黏度儀法》LST 6101-2002 進(jìn)行測定[8]，燕麥粉、小米粉和玉米粉取樣質(zhì)量3.5 g，淀粉樣品質(zhì)量2.5 g。

1.2.5 膨脹勢、水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)測定膨脹勢測定參考劉淑一等[9]試驗(yàn)方法，水溶性指數(shù)和吸水性指數(shù)測定參考Anstase 等[10]試驗(yàn)方法。

1.2.6 淀粉含量測定 總淀粉含量測定參考 《食品中淀粉含量的測定》GB 5009.9-2016[11]中第一法酶水解法。

1.2.7 淀粉體外消化性測定 根據(jù)測定的RDS、SDS 和RS 含量反映淀粉的體外消化性。參考Isabel 等[12]的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)確稱取0.1 g 樣品于試管中，放入2 顆玻璃珠，加入5 mL HCl-KCl 緩沖液（pH=1.5），渦旋混勻后加入0.2 mL 胃蛋白酶溶液，再加入5 mL HCl-KCl 緩沖液，40 ℃下恒溫振搖1 h。加入10 mL Tris-馬來酸緩沖液（pH=6.4）和0.1 mL α-淀粉酶溶液，定容25 mL，37 ℃下恒溫振搖，分別在0，20，120 min 取1 mL 水解液，沸水浴5 min 后，水浴冷卻至室溫，加入3 mL 乙酸鈉緩沖液（pH=4.8），加入0.1 mL 淀粉葡萄糖苷酶溶液，定容5 mL，0.45 μm 微孔濾膜過濾。取1 mL濾液進(jìn)行顯色反應(yīng)，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算葡萄糖含量，并根據(jù)下列公式計(jì)算RDS、SDS、RS 含量。葡萄糖與淀粉的換算系數(shù)為0.9。

RDS（%）=（G20-G0）×0.9×100

SDS（%）=（G120-G20）×0.9×100

RS（%）=TS-RDS-SDS

式中：G0——樣品中葡萄糖含量，g；G20——20 min 時(shí)葡萄糖含量，g；G120——120 min 時(shí)葡萄糖含量，g；TS——總淀粉含量，g。

1.2.8 淀粉顆粒形貌觀察 通過掃描電鏡對提取淀粉顆粒的狀態(tài)進(jìn)行觀察。將提取的一定量干淀粉分散在載物臺雙面導(dǎo)電膠上，在真空條件下進(jìn)行噴金處理，加速電壓為5.0 kV，放大倍數(shù)為1 000 倍進(jìn)行觀察。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3 次試驗(yàn)平均值，利用SPSS 22.0 和Excel 2019 等軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性差異水平取P ＜0.05。數(shù)據(jù)作圖采用Graphpad 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對谷物粉糊化特性的影響

分析了燕麥粉、小米粉和玉米粉經(jīng)過熱處理后的糊化特性指標(biāo)變化，結(jié)果如表1所示。由結(jié)果可知，蒸汽處理和烘烤處理使燕麥粉的糊化溫度顯著降低（P＜0.05），回生值顯著升高（P＜0.05），峰值黏度有一定升高，說明熱處理后燕麥粉更易糊化，同時(shí)容易回生老化，尤其蒸汽熱處理燕麥粉的變化程度更大；蒸汽處理和烘烤處理小米粉的糊化溫度和回生值均顯著升高（P＜0.05），說明熱處理后小米粉不容易糊化，同時(shí)容易回生老化；蒸汽處理和烘烤處理使玉米粉糊化溫度顯著升高（P＜0.05），回生值和崩解值顯著降低（P＜0.05），峰值黏度有一定降低，表明熱處理后玉米粉不易糊化，不易回生老化，形成的淀粉糊相對穩(wěn)定。烘烤處理3種谷物粉其崩解值均顯著降低（P＜0.05），說明淀粉的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。Ma 等[13]對小麥粉進(jìn)行過熱蒸汽處理后發(fā)現(xiàn)小麥粉的黏度和糊化溫度升高，制作的蛋糕硬度顯著降低，而且比容增加。劉琳等[14]研究小麥粉中加入不同比例的熱處理小米粉，發(fā)現(xiàn)熱處理可以提高小米粉的黏度，顯著降低饅頭的硬度，改善慢頭的品質(zhì)，且小米粉的加熱溫度為110 ℃、時(shí)間為15 min 時(shí)，混合粉做出的饅頭品質(zhì)最好。高晴等[15]研究發(fā)現(xiàn)玉米粉經(jīng)過熱處理后崩解值顯著降低，蒸制處理使玉米粉崩解值下降幅度最大，提高了玉米粉的熱糊穩(wěn)定性。綜上可知，預(yù)熱處理在一定程度上可以改變谷物粉的糊化特性，進(jìn)而對加工產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生一定影響，因此本試驗(yàn)結(jié)果對下一步改善雜糧產(chǎn)品品質(zhì)研究具有一定指導(dǎo)意義。

表1 谷物粉糊化特性指標(biāo)檢測結(jié)果（n=3，±s）Table 1 The gelatinization property results of grain flours （n=3，±s）

表1 谷物粉糊化特性指標(biāo)檢測結(jié)果（n=3，±s）Table 1 The gelatinization property results of grain flours （n=3，±s）

注：表中同一列不同字母表示差異顯著（P＜0.05），下同。

?樣品處理方式糊化溫度/℃峰值黏度/cP崩解值/cP回生值/cP燕麥粉未處理91.25±0.07a2 543.00±69.30b1 043.00±15.56a2 422.00±118.79b蒸汽處理88.03±0.04c3 205.50±3.54a1 053.50±6.36a4 139.50±43.13a烘烤處理90.53±0.04b2 640.00±1.41b857.00±9.90b3 711.50±260.92a小米粉未處理75.43±0.60b2 570.50±17.68b1 292.00±25.46b1 270.00±2.83c蒸汽處理76.98±0.60b3 670.00±4.24a1 552.50±20.51a2 060.50±37.48a烘烤處理79.08±0.11a1 665.50±2.12c158.00±7.07c1 705.50±0.71b玉米粉未處理75.82±0.06c2 295.67±22.05a841.67±28.43a3 605.00±28.93a蒸汽處理78.52±0.42b2 252.67±28.75a205.67±15.95c3 072.00±67.76b烘烤處理82.60±0.48a1 802.00±38.35b335.33±28.54b2 868.33±97.85c

2.2 熱處理對谷物粉膨脹勢的影響

圖1顯示了谷物粉經(jīng)熱處理后膨脹勢的變化。由結(jié)果可知，蒸汽處理使燕麥粉的膨脹勢下降了32%，烘烤處理使燕麥粉的膨脹勢下降了12%。熱處理能顯著改變燕麥粉的膨脹勢 （P＜0.05），尤其是蒸汽熱處理影響程度較大。膨脹勢的變化原因可能是加熱后淀粉結(jié)晶度的提高和水合作用的下降，也可能由于直-支鏈淀粉相互作用增強(qiáng)、直鏈-脂質(zhì)復(fù)合物的形成和淀粉結(jié)晶區(qū)域結(jié)構(gòu)的變化影響[16]。蒸汽處理和烘烤處理后小米粉和玉米粉的膨脹勢基本不變。Jacobs[16]對洋山芋淀粉、大米淀粉和馬鈴薯淀粉等進(jìn)行熱處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)膨脹勢下降。盧丹妮[17]研究發(fā)現(xiàn)膨脹勢可以有效預(yù)測饅頭的品質(zhì)，一般淀粉的膨脹勢高時(shí)，饅頭的表面較光滑且彈性較好。姚大年等[18]發(fā)現(xiàn)小麥粉的膨脹勢越大，面條的評分越高，膨脹勢可以反映面條的蒸煮品質(zhì)。通過本研究結(jié)果，說明熱處理對小米粉和玉米粉的膨脹勢影響不大，因此可以根據(jù)加工不同產(chǎn)品要求對原料進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?/p>

圖1 谷物粉膨脹勢結(jié)果Fig.1 The swelling power results of grain flours

2.3 熱處理對谷物粉吸水性指數(shù)與水溶性指數(shù)的影響

熱處理對谷物粉吸水性指數(shù)與水溶性指數(shù)的影響如圖2和圖3所示。由結(jié)果可知，蒸汽處理和烘烤處理使燕麥粉的吸水性指數(shù)分別上升21%和27%。熱處理對小米粉和玉米粉的吸水性指數(shù)影響較小。3 種谷物粉經(jīng)過熱處理后其水溶性指數(shù)均有一定程度降低，蒸汽處理使水溶性指數(shù)下降38%到55%，而烘烤處理使其下降28%到36%。分析原因可能為蒸汽處理比烘烤處理更易使谷物粉顆粒發(fā)生黏結(jié)，產(chǎn)生團(tuán)聚作用，溶解度降低。原料粉在水中分散吸水的能力即為吸水性指數(shù)，數(shù)值越大，產(chǎn)品黏牙感越強(qiáng)，吸水性指數(shù)影響產(chǎn)品的品質(zhì)[9]。還有研究發(fā)現(xiàn)原料的吸水性指數(shù)和水溶性指數(shù)與面條的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)有關(guān)[19]。

圖2 谷物粉吸水性指數(shù)結(jié)果Fig.2 The water absorption of grain flours

圖3 谷物粉水溶性指數(shù)結(jié)果Fig.3 The water solubility of grain flours

2.4 熱處理對淀粉體外消化性的影響

熱處理谷物粉中快、慢消化淀粉和抗性淀粉的含量結(jié)果如圖4所示。熱處理使燕麥粉快消化淀粉含量降低大約一半，慢消化淀粉含量和抗性淀粉含量增加1 倍以上。蒸汽處理使小米粉的快消化淀粉含量降低7%，慢消化淀粉含量降低16%，抗性淀粉增加23%。烘烤處理使玉米粉的快消化淀粉含量降低7%，慢消化淀粉含量增加16%，抗性淀粉含量減少8%。熱處理能顯著降低3種谷物粉的快消化淀粉含量，增加大部分慢消化淀粉含量和抗性淀粉含量，尤其熱處理對燕麥粉的淀粉組成含量影響最大。Gonzalez 等[20]研究了干熱處理溫度對小麥粉和淀粉結(jié)構(gòu)及面包體外淀粉消化率的影響，發(fā)現(xiàn)干熱處理溫度為200 ℃時(shí)，快消化淀粉含量顯著降低，慢消化淀粉比例增加。Meera 等[21]將具有不同水分含量的高粱粉加熱處理時(shí)，發(fā)現(xiàn)高粱粉的抗性淀粉含量增加且淀粉不會發(fā)生糊化。綜上可知，預(yù)熱處理可以改變谷物粉的淀粉組成，使淀粉的快消化淀粉含量下降，慢消化淀粉和抗性淀粉含量上升，淀粉消化性下降，即增加了淀粉的抗消化能力和營養(yǎng)健康功效。

圖4 熱處理谷物粉中淀粉組成含量檢測結(jié)果Fig.4 Starch composition of heat treatment grain flours

為進(jìn)一步明確熱處理對淀粉組分的影響，檢測了提取的谷物粗淀粉經(jīng)過蒸汽處理和烘烤熱處理后其快、慢消化淀粉和抗性淀粉的含量，如圖5所示。提取的燕麥、小米、玉米淀粉純度均大于99%（干基）。由結(jié)果可知，熱處理使3 種谷物淀粉中快消化淀粉降低10%到20%，慢消化淀粉升高3%到30%不等，抗性淀粉升高20%左右。熱處理能顯著降低快消化淀粉含量，升高慢消化淀粉和抗性淀粉含量，與加熱谷物粉后測定的淀粉組成變化趨勢一致，但是數(shù)值上具有一定差別，分析是原料粉中的非淀粉物質(zhì)對淀粉具有一定干擾，從而影響了淀粉的消化。郝赫男[5]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過干熱處理，大米和糯米的快消化淀粉和慢消化淀粉含量下降，抗性淀粉含量上升。熱處理對淀粉的影響是一個(gè)復(fù)雜的過程，熱處理會影響淀粉的結(jié)構(gòu)，使淀粉鏈內(nèi)和鏈間重排，還會影響非淀粉物質(zhì)的變化及淀粉與非淀粉之間的相互作用形成淀粉-脂肪復(fù)合物等[22]。預(yù)熱處理能夠改變淀粉的組成，增加了淀粉的抗消化能力，對開發(fā)低糖功能食品研究具有重要意義。

圖5 熱處理提取淀粉組成含量檢測結(jié)果Fig.5 Starch composition of heat treatment grain starch

2.5 熱處理對淀粉顆粒形貌的影響

對提取的燕麥、小米和玉米3 種淀粉進(jìn)行蒸汽處理和烘烤熱處理，通過掃描電鏡觀察其外貌形態(tài)，如圖6所示。未處理的燕麥淀粉顆粒直徑5 μm 左右，有球形、多面體，形狀不規(guī)則，屬于小顆粒淀粉。未處理小米淀粉顆粒直徑10 μm 左右，大部分呈多角形，少數(shù)為球形。小米淀粉顆粒表面較為光滑，且有細(xì)小的孔道。未處理玉米淀粉顆粒直徑15 μm 左右，為多面體形，棱角圓滑，顆粒表面稍有凹凸不平。3 種谷物淀粉經(jīng)過熱處理之后均發(fā)生團(tuán)聚和黏結(jié)現(xiàn)象，燕麥淀粉發(fā)生團(tuán)聚和黏結(jié)現(xiàn)象最為明顯，結(jié)合前面測定的快、慢消化淀粉和抗性淀粉的變化情況，說明淀粉顆粒團(tuán)聚對3 種谷物淀粉抗消化能力增強(qiáng)具有一定作用。汝遠(yuǎn)等[23]研究了干熱處理對玉米淀粉性質(zhì)的影響，研究發(fā)現(xiàn)玉米淀粉經(jīng)過干熱處理后，顆粒間發(fā)生黏結(jié)現(xiàn)象，淀粉表面也出現(xiàn)一些凹坑。許詩堯等[24]研究發(fā)現(xiàn)濕熱處理使大米淀粉顆粒表面緊密堆積，在高溫條件下形成具有酶抗性的“外殼”。這種“外殼”能夠阻礙酶溶液進(jìn)入米粉團(tuán)粒，但是外殼上的破損可使酶溶液進(jìn)入團(tuán)粒內(nèi)水解淀粉，最終留下抗性較大的“外殼”。

圖6 淀粉顆粒形貌掃描電鏡觀察Fig.6 Scanning electron microscope images of grain starch

3 結(jié)論

預(yù)熱處理能夠改變谷物粉黏度、抗老化性能和穩(wěn)定性等糊化特性，在一定程度上還可以降低谷物粉的膨脹勢和水溶性，提高其吸水性，最終影響原料的加工適應(yīng)性和產(chǎn)品的加工品質(zhì)。熱處理能顯著降低3 種谷物粉快消化淀粉含量，增加慢消化淀粉和抗性淀粉含量，延緩谷物粉的淀粉消化性，對研究低血糖生成指數(shù)產(chǎn)品和糖尿病食品具有重要作用，且熱處理對燕麥淀粉組成含量影響最大。通過掃描電鏡觀察，淀粉顆粒直徑由小到大依次為：燕麥淀粉＜小米淀粉＜玉米淀粉，經(jīng)過熱處理之后均發(fā)生團(tuán)聚和黏結(jié)現(xiàn)象，燕麥淀粉受熱處理影響最大，淀粉團(tuán)聚和黏結(jié)現(xiàn)象最為明顯。由此可見，熱處理可以顯著改變谷物粉的物化特性和淀粉消化特性，為下一步研究谷物產(chǎn)品深加工和營養(yǎng)功能性谷物食品開發(fā)提供理論依據(jù)。