挂面作为工业化加工的传统主食之一,在人们的膳食结构中占有重要地位,因含水量少、耐储藏、食用简便而广受消费者青睐。传统挂面主要以小麦粉为主,这些面条缺乏维生素、矿物质和膳食纤维等必需的营养成分[1],随着人们对食品的需求逐渐转向营养健康,传统的小麦面条已不能满足消费者对营养功能的需求。因此在小麦粉中添加其他成分,如高粱、小米、荞麦、燕麦和豆类等来提高营养品质[2],由于混合面条中碳水化合物含量低、纤维含量高,被认为对人体有益。

藜麦是一种原产于安第斯山脉的“超级谷物”,含有相对含量较高的必需脂肪酸和优质的蛋白质[3],且必需氨基酸相对均衡,是一种具有全面营养价值的假谷物,特别是赖氨酸含量是小麦粉的2倍[4]。并且藜麦蛋白不含麸质,对于患有乳糜泻者有所帮助,除此之外,藜麦富含维生素、矿物质、膳食纤维、不饱和脂肪酸以及生物活性物质,例如总黄酮、酚类化合物、皂苷[5]。由于其作为无麸质谷物的优异营养和保健价值,代表了当前人类饮食的趋势,它在预防肥胖、心血管疾病、糖尿病和癌症方面的功效已被广泛认可[6]。然而,藜麦因其麦谷蛋白和醇溶蛋白含量少而缺乏面筋网络结构,该特点不利于面制品加工过程中淀粉凝胶和蛋白网络的形成。因此,藜麦全粉多以复配的方式添加,以体现其营养价值并弥补自身加工性能上的不足[7]。

本研究将小麦粉和藜麦全粉混合制成挂面,通过对比不同藜麦全粉添加量,并对藜麦挂面的色度、蒸煮品质、质构特性、微观结构、蛋白质二级结构、谷蛋白大聚体(glutenin macropolymer,GMP)、游离巯基、抗氧化活性的分析,探究不同添加量的藜麦全粉对挂面品质、面筋蛋白结构和抗氧化活性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉(11.39%水分,73.58%淀粉,10.14%蛋白质,1.31%脂肪,0.51%灰分),河北金沙河面业集团有限责任公司;藜麦全粉(10.02%水分,56.84%淀粉,12.48%蛋白质,6.24%脂肪,2.10%灰分),内蒙立泰国际生物科技有限公司;食盐,中盐上海市盐业公司。使用的所有化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA.XT PIUS质构仪,英国Stable Micro System公司;Olodo面条机,广州博栢商贸有限公司;Nano SEM-450场发射扫描电子显微镜,美国FEI公司;UV-2066i紫外分光光度计,岛津仪器苏州有限公司;半自动凯氏定氮仪,瑞典富斯-特卡托公司;Vetex70傅里叶红外光谱仪,德国布鲁克公司;CS600分光测色仪,杭州彩谱科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 混合粉配制与挂面制备

将藜麦籽粒经万能粉碎机粉碎后过80目标准筛以获得藜麦全粉;分别用0、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%(质量分数,下同)的藜麦全粉代小麦粉。以混合粉总质量为基础,添加36%的蒸馏水和1.5%的食盐(均为质量分数),在添加之前将食盐溶解在水中,将小麦粉和藜麦全粉按比例在和面机中混合均匀,分3次加入盐水,和面机搅拌5 min成絮状后,放入自封袋醒发30 min,用面条机进行反复压延,最终得到厚1 mm、宽2 mm、长200 cm的面条,将面条悬挂于挂面架子上,室温晾干备用。最后,将烘干的挂面装于自封袋置于4 ℃保存,挂面水分含量12%。

1.3.2 基本成分测定

水分含量的测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法;灰分含量的测定参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》;蛋白质含量的测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法;脂肪含量的测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法;总淀粉含量测定参照爱尔兰Megazyme K-TSTA试剂盒法。

1.3.3 色度

将挂面样品研磨后过80目筛,采用CS600色度仪进行检测,确定挂面粉样品的颜色参数:L*(亮度)、a*(红绿指数)、b*(黄蓝指数)和色差值ΔE。

1.3.4 蒸煮特性

取500 mL 蒸馏水倒入电磁炉中,称10 g挂面放入沸水中,2 min后隔10 s取一根置于透明玻璃板之间,面条内部芯消失的时间即为最佳蒸煮时间。

面条的吸水率是指可吸收的水分总量,将煮熟的面条样品放在滤纸上滤干面条表面的水分,称量其质量。蒸煮损失率按照GB/T 40636—2021《挂面》进行测定,按照公式(1)和(2)计算吸水率和蒸煮损失率。

吸水率

(1)

蒸煮损失率

(2)

式中:m100,100 mL面汤中干物质质量,g;w,挂面水分含量,%;m,挂面煮前的质量,g;m1,挂面煮后的质量,g。

1.3.5 质构性质

使用质构仪TA.XT PLUS测定煮熟面条的质构特性。将面条煮至最佳蒸煮时间,在冷水中冷却1 min,用滤纸吸干面条表面的水分。取3根长20 cm的面条放置载物台上进行TPA的测定。参数设置如下:用圆柱形探头P/36进行压缩,测试前、中、后的的速度均为1 mm/s;应变75%;触发力5.0 g。每个样品重复测10次。

1.3.6 扫描电子显微镜

将煮后的挂面进行冷冻干燥,手动折断以暴露横截面,将样品固定到样品台上,喷金处理后,在5.0 kV的加速电压下观察,显微照片以1 200倍放大倍数拍摄。

1.3.7 傅里叶变换红外光谱

称取2 mg挂面冻干粉与200 mg KBr混合研磨压片,用傅里叶变换红外光谱仪测定蛋白质二级结构。样品进行32次扫描,分辨率4 cm-1,扫描范围400～4 000 cm-1。用Peakfit软件对红外图谱中的酰胺Ⅰ带(1 600～1 700 cm-1)谱峰做二阶求导,并进行分峰拟合,分别计算各部分二级结构占比。

1.3.8 游离巯基含量

参考HU等[8]的方法测定并稍作修改。准确称取0.4 g样品,溶于10 mL的0.2 mol/L Tris-Gly缓冲液中[pH 8.0,含有l g/L十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS),8.0 mol/L尿素,3.0 mmol/L EDTA],磁力搅拌1 h,8 000 r/min离心10 min。取4 mL上清液与0.1 mL 10 mmol/L的二硝基苯甲酸溶液混合,混匀后避光反应20 min后,于412 nm处吸光度。按照公式(3)计算样品中游离巯基含量。

游离巯基

(3)

式中:A,吸光度;D,稀释因子;ρ,样品质量浓度,mg/mL。

1.3.9 GMP含量

参照ZHANG等[9]的方法并稍做修改,称取0.75 g样品,加入25 mL 15 g/L SDS溶液的0.5 mol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.9),振荡至完全分散无明显结块,在30 ℃振荡30 min 5 000 r/min离心15 min,弃去上清液,沉淀物冷冻干燥,采用全自动凯氏定氮仪测沉淀物的蛋白质含量即为挂面取样品的GMP含量。

1.3.10 抗氧化性

参照XU等[10]的方法并略有改动,称取0.5 g样品加入20.0 mL 80%甲醇溶液30 ℃水浴振荡2 h,超声30 min,4 500 r/min离心20 min,分离上清液,用80%甲醇溶液定容至25 mL后,冷藏备用。藜麦挂面的抗氧化活性通过JIANG等[11]的方法来测定总酚含量,通过XU等[10]和ZHU等[12]的方法来测定DPPH自由基清除能力和ABTS阳离子自由基清除能力。

1.4 数据处理

所有试验至少重复3次,结果用平均值±标准差表示,采用IBM SPSS Statistics 26软件进行统计分析,如组间存在显著性差异(P<0.05),则采用Duncan检验进行组间多重比较,并利用Origin 2019b 进行绘图。

2 结果与分析

2.1 添加藜麦全粉对挂面色泽的影响

如图1所示,随着藜麦粉添加量的增加,挂面颜色逐渐从白色变为灰白色和浅棕色不等。由表1可知,与小麦挂面相比,添加藜麦全粉的挂面亮度(L*)逐渐减小,即挂面的亮度变暗,红度(a*)、黄度(b*)和色差值(ΔE)增加,并且不同添加比例的藜麦全粉之间具有显著性差异(P<0.05),这与之前WANG等[13]添加藜麦粉面包的研究结果一致。

2.2 添加藜麦全粉对挂面蒸煮特性的影响

由表2可知,随着藜麦全粉的增加,最佳蒸煮时间缩短,面条的蒸煮损失率显著增加(P<0.05),面筋网络结构变得稀疏,使得面条的吸水率逐渐降低,当藜麦全粉添加量超过25%时,蒸煮损失率超过了国标规定的优质挂面的蒸煮损失(10%),这可能归因于藜麦粉中缺乏面筋蛋白,蛋白质-淀粉复合物破坏了面筋网络结构,使其淀粉颗粒以及其他可溶性组分在煮制时更容易溶出,导致面汤浑浊、挂面口感黏稠[14]。因此,藜麦全粉的添加量应不超过25%才能保证满意的蒸煮品质。

2.3 添加藜麦全粉对挂面质构特性的影响

添加藜麦全粉对熟挂面的质构特性的影响如表3所示,随着藜麦粉添加量的增加(10%除外),熟挂面的硬度显著降低(P<0.05),面条硬度的降低可能与蛋白质和淀粉通过干扰面条微观结构内面筋网络的连续性所发挥的作用有关[7],与小麦挂面相比,当藜麦粉添加量超过20%时,挂面黏性、弹性、咀嚼性都显著降低(P<0.05),表明添加过量的藜麦粉可能会产生负面影响,藜麦粉的替代降低了面筋含量[15]。

2.4 藜麦全粉对面条微观结构的影响

由图2可以看到,煮后面条中面筋网络结构分布不均匀,淀粉颗粒形状不规则,具有孔洞和松散的质地。小麦面条呈现出连续且致密的网络结构,淀粉颗粒与面筋蛋白的结合更加紧密,表面相对光滑平整,并且可以观察到许多的孔隙,藜麦粉添加量为5%和10%的挂面与小麦挂面之间没有显著差异。随着添加量的增加,可以看到,淀粉颗粒逐渐暴露在外面,当藜麦粉添加量超过20%时,孔洞变大,大量的淀粉颗粒暴露出来,这与之前MU等[20]的研究相似,面筋蛋白网络结构被破坏。由于淀粉颗粒与面筋蛋白不能充分结合,使得面筋蛋白网络结构的连续性明变差[21]。显微照片进一步证实藜麦粉对面筋有很强的稀释作用,降低面团强度并阻碍面筋网络结构的形成。

2.5 藜麦全粉对面条蛋白质二级结构的影响

通过傅里叶红外光谱研究了挂面的蛋白质二级结构,其中,1 600～1 640 cm-1、1 640～1 650 cm-1、1 650～1 660 cm-1、1 660～1 700 cm-1波长分别对应于β-折叠、无规则卷曲、α-螺旋和β-转角,进行曲线拟合来估计每种类型的二级结构在挂面面筋网络中的定量参与,藜麦全粉对挂面的蛋白质二级结构的影响如图3所示,与小麦挂面相比,添加藜麦粉显著降低了有序结构β-折叠的含量(P<0.05),当藜麦粉添加量为20%时,β-折叠的含量为19.3%,无规则卷曲含量降低了1.05倍,无规则卷曲具有比α-螺旋更稳定的结构,先前的研究表明,分子间折叠结构与蛋白质聚集体的形成相关[16]。此外,藜麦粉的添加还促进有序稳定结构β-折叠向无序结构β-转角的转变,这归因于藜麦粉的添加使原本团聚的面筋网络结构被破坏,减弱蛋白质组分交联度,分子间作用力下降,降低了蛋白质二级结构的稳定性[17]。添加20%的藜麦粉具有较高的α-螺旋含量,α-螺旋结构影响面制品的弹性。综上所述,藜麦粉的添加会破坏蛋白质的二级结构,过量添加会对挂面的质构品质产生负面影响。

2.6 藜麦全粉对面条GMP含量和游离巯基含量的影响

小麦粉中的麦谷蛋白大聚体,分子质量较大,可表征面筋蛋白聚合,与挂面的特性有关[18],藜麦添加量对GMP含量的影响如图4所示,随着藜麦添加量的增加,GMP含量逐渐降低,20%～40%添加量挂面的GMP含量显著降低(P<0.05),表明过量的藜麦粉添加量降低了谷蛋白聚合物的形成。

游离巯基通过形成二硫键参与面筋蛋白的聚集过程,水分子相互排斥并迫使非极性残基相互作用,蛋白质的构象、相互作用和功能特性都依赖于这些残基[19],游离巯基(—SH)含量在一定程度上可以反应面筋网络的性质。藜麦添加量对游离巯基含量的影响如图4所示,随着藜麦粉添加量的增加,游离巯基的含量显著增加(P<0.05),从0.87 μmol/g增加到5.26 μmol/g。这意味着面条中面筋网络形成变得疏松,面团的稳定性和强度变弱。

2.7 藜麦全粉对面条抗氧化活性的影响

图5显示了不同添加量藜麦粉的生挂面和熟挂面对总多酚含量(total phenolic content,TPC)有显著性影响(P<0.05)。生挂面的TPC范围为0.97～2.21 mg GAE/g,熟挂面的TPC范围为0.64～1.55 mg GAE/g,煮制过程对面条TPC的变化有很大影响,与生挂面相比,熟挂面的TPC都有明显的下降。TPC的降低可能是由于谷物中酚酸转化及黄酮类化合物的结构破坏引起的[22],在煮制过程中,较高的温度会导致酚类物质的降解。食品的抗氧化能力与多酚含量密切相关,以及用DPPH、ABTS阳离子自由基清除能力来表示抗氧化能力,图6和图7结果显示,生挂面与熟挂面的清除能力都随着藜麦全粉的增加而显著提高,与小麦挂面相比,藜麦粉添加量为40%的熟挂面清除能力提高了2.76倍,藜麦全粉的抗氧化能力与其酚类化合物含量有关,酚类、黄酮类和皂苷是具有抗氧化活性的重要植物化学物质。

3 结论

本研究表明添加藜麦粉均对面条的色度、蒸煮和质构特性、面筋蛋白结构、抗氧化活性都产生了显著的影响。添加藜麦粉对面筋结构具有稀释作用,傅里叶红外光谱结果表明,藜麦粉的添加使有序的稳定结构向无序结构转化,减弱了蛋白质组分交联度,降低蛋白质二级结构稳定性。面条中游离巯基含量的增加和谷蛋白大聚体含量的降低都可能导致谷蛋白聚合物降低和面条的黏弹性恶化。通过对熟面条微观结构的观察进一步证实,藜麦粉对面筋有很强的稀释作用,降低面团强度并阻碍面筋网络结构的形成。随着藜麦粉的添加,面条的抗氧化能力显著提高,然而,与小麦面条相比,过量藜麦粉(25%)的添加会导致面条的蒸煮品质变差,硬度、黏弹性都下降。因此,在小麦粉中添加20%藜麦粉来制作面条,在提高营养价值和功能品质的同时,使其在蒸煮和质构方面也可以被接受。

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Effect of different quinoa whole flour additions on quality, gluten structure, and functional properties of wheat Chinese dried noodles

HE Ling, JIANG Hao*, ZHANG Guoquan*

(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

ABSTRACT Aligned with the growing emphasis on whole food nutrition and its health benefits, this study aimed to provide theoretical insights for the development of functional staple foods and to foster advancements in the miscellaneous pasta products industry.The research investigated the quality attributes, gluten protein structure, and antioxidant properties of noodles produced by substituting wheat flour with varying proportions of quinoa whole flour in Chinese dried noodles.The experimental results indicated that incorporating quinoa whole flour augmented the content of free thiol groups (—SH) while reducing the content of glutenin macropolymer.This dual effect potentially decreases the formation of gluten polymers and impairs the viscoelastic properties of the noodles.Scanning electron microscopy results revealed disruptions in the continuity of the gluten network structure.Furthermore, as the proportion of quinoa whole flour increased, the L* value of the noodles decreased significantly, while both a* and b* values exhibited progressive increments.The noodles exhibited an overall light brown color, indicating improved antioxidant properties.However, excessive incorporation of quinoa flour adversely affected the cooking quality and texture of the noodles.The study concluded that adding quinoa flour at levels up to 20% holds promise for developing noodles with antioxidant activity while maintaining desirable cooking and textural characteristics.

Key words quinoa flour;Chinese dried noodles;quality;gluten structure;antioxidant capacity

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.040120

引用格式：何玲,江昊,张国权.不同藜麦全粉添加量对小麦挂面品质、面筋蛋白结构及功能特性的影响[J].食品与发酵工业,2025,51(9):277-282.HE Ling, JIANG Hao, ZHANG Guoquan.Effect of different quinoa whole flour additions on quality, gluten structure, and functional properties of wheat Chinese dried noodles[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(9):277-282.

第一作者：硕士研究生(江昊教授和张国权教授为共同通信作者,E-mail:jh1812@163.com;zhanggq98@126.com)

基金项目：陕西省科技攻关计划项目(2022DLNY04-02)

收稿日期：2024-06-06,改回日期:2024-07-25