李居陽，王杰儒，張瑩瑩，胡亞云，欒廣忠

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，糧油功能化加工陜西省高校工程研究中心，陜西咸陽 712100）

蕎麥，蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（Fagopyrum），分為甜蕎（F. esculentum）和苦蕎（F. tataricum）[1]。蕎麥有一定降血糖和排毒減肥功效[2?4]，蕎麥蛋白消化率低，但被機體利用率高于其他谷物[5]。蕎麥中還含有大量的抗氧化成分，例如黃酮、蘆丁和槲皮素等[6?7]。因此蕎麥被作為藥食同源食品，具有降血糖、降血脂、降低膽固醇等作用。本研究團隊在前期中日合作項目研究中發(fā)現，苦蕎籽?？衫脷饬髋蚧苯佑行?，同時實現胚乳糊化，有助于無麩質面團內部結構的形成，并促進酚類抗氧化因子的釋放，蘆丁和槲皮素的含量顯著提高[8?9]。通過預試驗發(fā)現當甜蕎粉與氣流膨化苦蕎粉以1:1質量比混合時，制得的蕎麥面團具有良好的加工特性。

麩質（Gluten）即小麥面筋蛋白，是復雜的蛋白質混合物，能夠為面團提供黏彈性網絡結構[10]。將蕎麥作為基料粉，可以豐富無麩質產品的營養(yǎng)成分[11?12]。

玉米醇溶蛋白（Zein）主要存在玉米胚乳中，是玉米淀粉的工業(yè)副產物，是一種綠色環(huán)保的高分子生物材料，無毒無害，可食用，具有成膜性、成纖維性，由于其不溶于水的性質，在食品中的應用并不廣泛[13]。Zein在作為無麩質產品改良劑的同時也可作為蛋白添加劑，彌補無麩質產品蛋白缺失的缺點。目前有學者研究了各種酶處理或高于玻璃態(tài)轉變溫度的Zein來改善無麩質面團的結構[14?15]，也有學者將zein與米粉提前混合后加入乳酸制備面團，但這最終對無麩質米粉面團的改良效果并不理想[16]，Akin等[17]研究發(fā)現用90%乙醇溶液對Zein進行預先改性處理之后可形成類似面筋蛋白的黏彈體，有助于無麩質面團結構的形成，乙醇溶液處理Zein之后會使混合Zein的高粱面團變得更軟。因此本研究對Zein進行預先改性處理，通過添加不同比例Zein與蕎麥加工制得無麩質面團，通過對蕎麥無麩質面團質構特性、拉伸特性、應力松弛特性、動態(tài)流變學特性、微觀結構、色度及反光率等性質進行測定，并對其進行分析，確定Zein改善蕎麥無麩質面團結構的最優(yōu)添加量，對拓寬Zein在食品中的應用有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甜蕎粉 購自紅盛小雜糧公司（陜西省榆林靖邊縣），原料品種為西農9976；苦蕎籽粒 品種為西農9940，種植并收獲于2021年，由紅盛小雜糧公司（陜西榆林靖邊縣）提供；玉米醇溶蛋白（zein） 購于高郵日星藥輔；無水乙醇 購于成都市科隆化學品有限公司；本研究中所用化學試劑 均為分析純。

MY-B001-PC氣流膨化機 貝聿銘俱樂部（日本）；MY-B001-PC高速萬能粉碎機 永康市久品工貿有限公司；TA.XT PLUS/50質構儀 STABLEMICRO公司（英國）；DHR-1旋轉流變儀 TA公司（美國）；FlexSEM1000小型臺式冷臺掃描電鏡 Hitachi公司（日本）；CS-820分光測色儀 杭州彩譜科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 混粉的制備 氣流膨化苦蕎粉的制備：以西農9940籽粒為原料，去除雜物，放入氣流膨化機進行膨化，手動去殼，其余原料均轉移至高速萬能粉碎機中進行磨粉，期間每研磨30 s停2 min，防止儀器溫度過高導致籽粒糊化發(fā)黏。磨粉2 min后過篩60目，裝入塑封袋保存?zhèn)溆谩?/p>

混粉的制備：將氣流膨化苦蕎粉與甜蕎粉按照1:1的比例進行復配得到甜蕎粉與氣流膨化苦蕎粉的混合粉（以下稱混粉）作為試驗基料粉。

1.2.2 蕎麥面團及小麥面團制備 將Zein與90%乙醇溶液按質量比1:1混合均勻，使Zein與乙醇溶液充分混勻呈現出黏稠狀態(tài)，然后用水沖洗同時揉搓2 min，Zein出現完整的面團質感，然后與蕎麥混粉、水充分揉搓10 min混合均勻（加水量與混粉質量比為1:1），使Zein均勻的分布在蕎麥面團內部（Zein添加量為混粉質量的5%、10%、15%及20%），以不添加Zein為對照，制得蕎面無麩質面團（除非特別說明，本文中以下稱蕎麥面團）。小麥面粉與水按質量比2.5:1混合均勻后充分揉搓15 min制得小麥面團。

1.2.3 蕎麥面團及小麥面團質構特性的測定 參考董春霞[18]的方法略作修改，將上述蕎麥面團用圓柱形模具制成直徑25 mm，高34 mm的圓柱形，靜置10 min（期間用保鮮膜包裹），于TA.XT PLUS/50質構儀上進行TPA模式測試。測試參數：P/36R探頭，測試速度為1.0 mm/s，應變50%，間隔時間5 s，觸發(fā)力5.0 g，平行試驗5～8次。

1.2.4 蕎麥面團及小麥面團拉伸特性的測定 參考Liu等[19]的方法，將上述蕎麥面團壓制成大小均一長80 mm，寬5 mm，高2 mm的面團條于TA.XT PLUS/50質構儀進行拉伸試驗。測試參數如下：探頭A/KIE，測前速度2.0 mm/s，測試速度3.3 mm/s，測后速度為10.0 mm/s，拉伸距離為80 mm，觸發(fā)力為5.0 g，平行試驗5～10次。

1.2.5 蕎麥面團及小麥面團應力松弛試驗 參考周星杰[20]的方法，將上述蕎麥面團制備為直徑25 mm，高為34 mm的面團，靜置10 min（期間用保鮮膜包裹），用TA-XT Plus物性測定儀進行應力松弛實驗。測試參數為：探頭P/50，測試模式為壓縮，測試速度1.0 mm/s，應變10%，觸發(fā)力5.0 g，保持時間180 s，平行試驗5～8次。主要依據為廣義的Maxwell模型。通過三要素Maxwell 模型對蕎麥面團應力松弛的松弛階段進行非線性回歸分析:

式中：σ (t)為 松弛過程的應力，N；ε0為恒定的應變（壓縮比）=10%；E1為第一要素胡克體彈性模量，N?m?2；E2為殘余應力，N?m?2；t為時間，s；η為阻尼系數，N?m?2；τ為松弛時間，τ =η/E1。

1.2.6 蕎麥面團及小麥面團流變學特性 參考姬成宇[21]的方法略作修改，蕎麥面團用保鮮膜密封，室溫下放置30 min釋放揉混形成的應力，于DHR-1旋轉流變儀測定。選取直徑40 mm平板，取適量蕎麥面團置于兩塊平板間，平板間隙1500 μm，在平板周圍涂礦物油防止水分揮發(fā)，樣品在兩板之間靜置120 s以松弛殘余應力。首先確定線性黏彈區(qū)，參數設置為：溫度為25 ℃，角頻率為10 rad/s。然后進行頻率掃描，設置參數為：設置0.5%應變，頻率0.1～40 Hz。測定儲能模量（G'）和損耗模量（G"），損耗正切tanδ=G"/G'代表物質黏性和彈性的比例。平行試驗5～8次。

1.2.7 蕎麥面團及小麥面團微觀結構 將制得蕎麥面靜置30 min后將面團壓成高1 mm，半徑為4 mm的小圓片后于恒溫烘箱25 ℃干燥24 h后，置于小型臺式冷臺掃描電鏡（無需噴金），加速電壓5 kV，在500倍下觀察微觀結構[22]。

1.2.8 蕎麥面團及小麥面團色度及反光率 使用色度儀測定面片色度及反光率，將蕎麥面團使用壓延機壓成2 mm面片，覆蓋保鮮膜并將保鮮膜壓平不留氣泡。測試參數為：D65光源，10°視野，光圈開口直徑18 mm，色度結果以CIE-L*a*b*顏色空間表示，并記錄反射率光譜圖。平行試驗5～8次。

1.3 數據處理

所有試驗均重復5次以上，使用Minitab 18（Trial version）軟件，采用最小顯著性差異檢驗（Fisher）（P<0.05）進行均值分離和單因素方差分析（ANOVA）；使用 Origin Pro 2021（Trial version）軟件進行作圖。

2 結果分析

2.1 蕎麥面團及小麥面團質構特性

由表1可知，隨著Zein添加量的增加，試驗組的硬度均顯著低于（P<0.05）對照組，當Zein添加量為20%時，蕎麥面團硬度從482.38 g降到346.60 g，硬度顯著低于（P<0.05）小麥面團，面團的彈性隨著Zein添加量升高顯著提高（P<0.05），從0.21升到0.29，與小麥面團彈性存在顯著差異（P<0.05）。黏聚性、咀嚼性和回復性無明顯變化規(guī)律。對照組硬度大，彈性小，不利于面團的形成，這是因為未添加Zein的蕎麥面團不存在形成結構的面筋蛋白[23]，內部的黏性較大，使分子鏈之間相互運動時的摩擦增大，所以硬度較大，彈性較低[24]。添加Zein后之所以硬度降低，彈性升高是因為在面團混合過程中，因為蕎麥淀粉顆?？梢耘cZein結合形成更連續(xù)的蛋白相[25]，面團內部的凝膠結構與蛋白纖維相結合形成新的結構主體，顯著改善（P<0.05）蕎麥面團硬度和彈性。面團黏聚性、咀嚼性和回復性沒有顯著的規(guī)律變化，有學者認為黏聚性的變化歸因于其他組分與淀粉顆粒競爭游離水[26]，而Zein的疏水性導致面團黏聚性沒有顯著的規(guī)律變化，由于硬度增大，彈性減小，所以咀嚼性無顯著規(guī)律變化，在面團揉混階段不斷輸入能量，β-折疊增加，面團結構得到改善，若溫度減小，會導造成β-折疊降低[27]，面團整體加工環(huán)境處于室溫無溫度變化，所以面團回復性無顯著規(guī)律變化。

表1 Zein對蕎麥面團質構特性影響Table 1 Effects of zein on texture properties of buckwheat dough

2.2 蕎麥面團及小麥面團拉伸特性

面團的最大抗拉伸力和最大拉伸距離可體現面團的筋力，表征了面團的延展性與可塑性，與后續(xù)烘焙品質成正相關。Smith等[28]研究發(fā)現，在使用乙醇溶液對Zein進行處理后，會形成柔軟且具有延展性的材料。

如表2所示，試驗組的最大抗拉伸力和最大拉伸距離均顯著高于（P<0.05）對照組，當Zein的添加量為20%時，最大抗拉伸力從13.10 g升到72.04 g，顯著小于（P<0.05）小麥面團的160.37 g，最大拉伸距離從15.44 mm升到38.16 mm，顯著高于（P<0.05）小麥面團的18.07 mm，這可能是因為對照組面團內部沒有任何能夠提供延展拉伸性的結構。隨著Zein添加量的增加，面團的最大抗拉伸力和拉伸距離呈現規(guī)律增長，這可能是因為對Zein進行塑化并且揉混之后，Zein的舒展、翻折將結構內部的疏水性基團暴露在外，蛋白質間因為強烈的疏水性基團聯結成網，增強了蕎麥面團的延展性[17]。當Zein的添加量為20%時蕎麥面團最大抗拉伸力顯著（P<0.05）低于小麥面團，這是因為小麥蛋白網絡類似于一種蛋白基質，淀粉顆粒牢固的嵌入或者被包裹[29]，使得小麥面團抵抗外力的能力更強。小麥面團最大拉伸距離顯著低于20% Zein面團，原因在于淀粉顆粒會附著在形成的玉米醇溶蛋白纖維絲表面[30]，Zein面團的延展性強于小麥面團。Zein賦予面團延展性這一結果與Helene等[31]研究Zein對燕麥麩水膠體所得結果一致。

表2 Zein對蕎麥面團拉伸特性影響Table 2 Effects of zein on tensile properties of buckwheat dough

2.3 蕎麥面團及小麥面團應力松弛

不同比例Zein添加量對蕎麥面團應力松弛影響如圖1所示。應力松弛是對面團整體的黏彈性的全面分析[32]。面團被壓縮到10%形變時的應力松弛階段，此時內部的應力最大?？梢钥吹綄φ战M和試驗組的應力曲線隨著時間增加均呈現出下降并且趨于平緩的趨勢，隨著Zein添加量的增加，面團達到的最大應力以及松弛階段的應力逐漸降低，當Zein添加量為20%時面團的最大應力以及松弛階段應力僅小于小麥面團。

圖1 面團應力松弛曲線Fig.1 Dough stress relaxation curve

添加Zein的蕎麥面團應力松弛曲線按三要素Maxwell模型用非線性回歸法解析的結果如表3所示，E2殘余應力，E2數值代表內部分子鏈之間相對運動引起高彈形變的強度， E2越大，達到應力平衡時所需的力越大，說明變化幅度在壓縮后期會越來越大[33]。試驗組的殘余應力遠大于對照組，這是因為對Zein進行塑化處理后形成Zein網絡結構，加入后使得蕎麥面團增加了抗形變能力導致達到平衡時需要的應力越大。外源蛋白結構物質的加入會有效改善無麩質面團的結構特性[34]。試驗組E2隨著Zein添加量的增加而降低，因為Zein的蛋白纖維絲穿插在面團內部，淀粉顆粒附著在纖維絲上，面團的延展性增加，面團內部分子鏈之間相對運動增強，抵抗形變的能力降低，E2降低。當Zein添加量為20%時，Zein面團的E2與小麥面團無顯著差異，證明在無麩質面團中添加一定量Zein可達到與小麥相似的機械性質。

表3 Zein對蕎麥面團應力松弛影響Table 3 Effects of zein on stress relaxation of buckwheat dough

η為阻尼黏滯系數，由內部分子鏈相互運動產生的摩擦力引起[35]，為蕎麥面團初始黏度[36]。τ為松弛時間，由黏性行為和彈性行為共同確定，τ減小，說明面團應力下降的速度快，面團黏性小，彈性大[37]。在對照組的蕎麥面團中，由于面團內部結構簡單，僅有糊化或破損淀粉與水結合形成的凝膠狀結構，凝膠網絡結合淀粉顆粒形成大量聚合物[38]，面團內部的黏性較大，使分子鏈之間相互運動時的摩擦增大，所以η相較于試驗組較小，τ較大。隨著Zein添加量的增加，面團內部蛋白纖維絲與凝膠狀結構相互結合減弱原有的凝膠結構，破壞凝膠網絡結構，蛋白成為結構主體，淀粉附著在蛋白纖維絲表面，使得面團抵抗外界形變能力減弱，面團展現出較強的流動性[39]，導致η與τ均減小。試驗組的η與τ均高于小麥面團，盡管添加一定量Zein的無麩質面團在部分機械性質上能達到小麥面團的水平，但還是存在一定的差距。

2.4 蕎麥面團及小麥面團動態(tài)流變學特性

儲能模量（G'）與損耗模量（G''）分別反映了面團的彈性和黏性[40]。損耗角正切值（tanδ）為損耗模量與儲能模量的比值，用來描述面團中的黏彈性。當tanδ的值越大時，黏性以及流動性強，分子間相互作用程度低；反之說明體系彈性強，分子間相互作用程度高[41]。

將Zein按照不同比例梯度添加到蕎麥面團當中，經旋轉流變儀頻率掃描后得到的結果如圖2所示。如圖所示，G'均隨著頻率的增加而增加，說明面團樣品具有頻率依賴性[42]。在相同頻率下，Zein的添加量越高，G'增加，這表明面團內部Zein與淀粉分子產生了強烈的交聯作用，表現出典型的弱凝膠動態(tài)流變特性[43]。tanδ在相同頻率下隨著Zein的增加也在增加，Mattice等[44]研究發(fā)現，玉米醇溶蛋白使用乙醇處理時形成的蛋白質網絡結構具有黏彈性，tanδ增加說明無麩質面團在添加Zein之后面團的彈性行為強于黏性行為，分子間互作用增強，這與應力松弛得到的結果相一致。而小麥面團的G'最低，tanδ最高的原因可能會是因為面筋蛋白的分子量范圍為大約30000到超過1000萬，遠大于Zein的多肽單體大小，此外，面筋蛋白比Zein含有更多的半胱氨酸（2%），半胱氨酸對面筋的結構和功能也至關重要[45]，推測較高的蛋白質分子量和半胱氨酸（與Zein相比）可能與面筋蛋白網絡表現出的強彈性有關。

圖2 Zein對蕎麥面團動態(tài)流變學影響Fig.2 Effects of zein on the dynamic rheology of buckwheat dough

2.5 蕎麥面團及小麥面團微觀結構

蕎麥面團添加不同比例Zein的微觀結構如圖3所示。對照組面團內部僅有零散的凝膠狀物質連接淀粉顆粒以及部分淀粉顆粒聚集，未觀察到明顯的結構。隨著Zein添加量的增加，蕎麥面團內部形成的纖維狀結構數量增加，從而形成穩(wěn)定結構。當Zein添加量為20%時，Zein纖維絲的密度高于試驗組并且于淀粉的結合更加緊密，但與小麥面團不同的是添加Zein的蕎麥面團中淀粉顆粒吸附在纖維絲狀蛋白上，而小麥蛋白則是形成蛋白網絡來包裹淀粉顆粒，這是因為Zein與麥谷蛋白的分子結構不同造成[46]。Taylor等[47]研究發(fā)現當Zein形成具有黏彈性團塊時，團塊很容易被拉伸并且會出現纖維絲。

圖3 Zein對蕎麥面團微觀結構影響（500×）Fig.3 Effect of zein on the microstructure of buckwheat dough （500×）

2.6 蕎麥面團及小麥面團色度和反射率

L*代表明度，可作為面團表面結構性質表征的一個指標[48]。面團表面越平滑光潔，反射光的能力越強，則L*值越大。a*值及b*分別代表面團的紅綠以及黃藍程度，a*值為+代表紅，相反代表綠；b*值為+代表黃，相反代表藍。

由表4可知，隨著Zein添加量的提高，a*值及b*值增加，面團表現出越來越深的棕黃色，小麥面團的a*值及b*值均小于試驗組，這是由于Zein本身帶有棕黃色所致。顏色加深一般會導致L*值降低，但隨著Zein添加量的提高，顏色變深，但L*值反而顯著增加（P<0.05），當Zein添加量為20%時，L*值可達到58.97，雖然仍舊達不到小麥的L*值，但也可說明添加zein有助于蕎麥面團形成更光滑的表面結構。圖4所示為不同波長下面團的反射率光譜，隨著Zein添加量的增加，全波長范圍內光譜反射率均增加，這也更加明確地說明添加Zein可使蕎麥面團形成更光滑的表面結構。由于添加Zein后蕎麥面團在壓延后表面會裸露出部分Zein纖維絲，導致表面不平整，以及顏色變深（棕黃色），所以光譜反射率低于小麥面團。

表4 Zein對蕎麥面團色度及反射率影響Table 4 Influence of zein on buckwheat dough chroma and reflectance

圖4 Zein對蕎麥面團反射率光譜影響Fig.4 Influence of zein on buckwheat dough spectral reflectance

3 結論

研究結果表明，隨著Zein添加量的增加，無麩質面團的結構逐漸改善，并且趨近于小麥面團，當Zein的添加量為20%時，無麩質面團結構改善最為明顯，蕎麥面團的硬度降低135.78 g，彈性上升0.08，最大抗拉伸力上升58.94 g，最大拉伸距離升高22.72 mm，殘余應力與松弛時間均接近小麥面團，這說明20%Zein添加量可以賦予蕎麥無麩質面團類似小麥面團的機械性質。頻率掃描結果表明蕎麥面團添加Zein之后更趨向于流體的性質，通過微觀結構的觀察，Zein形成的蛋白質纖維絲能夠粘附淀粉顆粒，穿插在內部形成結構支撐。Zein的添加使蕎麥面團表面反光率明顯提高，說明Zein可以明顯增加面團內部分子間相互作用，并且改善面團表面光潔度。以上數據表明，添加Zein會有效改善蕎麥無麩質面團的成團性以及面團的壓延性，有利于后續(xù)加工；制得面條在蒸煮過后也會有較好的拉伸特性且斷條率低。Zein可作為良好的無麩質改良劑應用于蕎麥面團。

綜上所述，Zein可通過形成網絡結構有效地改善蕎麥無麩質面團結構及加工特性。該研究為解決無麩質面團加工特性差的問題提供了思路和方法，為進一步拓展Zein在食品中的應用提供了新途徑。