荞麦粉添加量对手工空心挂面品质及体外消化特性的影响研究

常丹妮,侯垚,张津铭,何亮亮,马天琛,张锦锦,赵浩安,曹炜*

(西北大学 食品科学与工程学院,陕西 西安,710069)

摘 要 该文通过研究荞麦添加量(0%~25%)对手工空心挂面宏观品质(蒸煮、质构)、微观组分(蛋白质、淀粉)结构及其消化特性的影响,建立面条品质与组分特性之间的关系,并确定影响传统手工空心挂面品质的关键组分。结果表明,荞麦粉能够通过蛋白质和膳食纤维等物质协同优化面团的动态流变特性。然而,过量添加荞麦粉(25%)会导致面筋蛋白的过度稀释及面筋网络的断裂,从而显著劣化面条的宏观品质。X射线衍射与红外光谱结果也表明,25%荞麦添加量显著降低了面条微观组分的有序性,具体表现为淀粉结晶度和蛋白质有序结构(α螺旋和β折叠)含量的显著下降。扫描电子显微镜与体外模拟消化结果显示,荞麦粉添加比例升至15%后淀粉团聚及抗性淀粉形成增强,消化速率与预估血糖生成指数显著下降。因此,荞麦粉添加量在15%~20%时,手工空心挂面的品质较为理想。

关键词 手工空心挂面;荞麦;品质特性;体外消化特性;结构-功能关系

传统手工空心挂面作为我国特色面制品的典型代表,凭借其独特的加工工艺与口感特性,在饮食文化中占据重要地位[1]。其核心特征在于面条内部自然形成的微孔结构,赋予产品柔韧爽滑的特性[1]。然而,随着消费者对营养均衡需求的提升,以纯小麦粉为原料的传统配方逐渐难以满足功能性食品的开发需求。荞麦(Fagopyrum esculentum Moench)作为一种富含芦丁、膳食纤维及均衡氨基酸的杂粮作物[2],其添加可显著提升手工空心挂面的营养价值,但荞麦粉中面筋蛋白的缺失导致面团网络结构松散,易引发蒸煮损失率高、断条率增加等品质劣变问题,这成为制约高比例荞麦挂面产业化的关键瓶颈[3]

近年来,学者们围绕荞麦面条改良已取得一定进展,主要集中在亲水胶体(如羧甲基纤维素钠、黄原胶)与磷酸盐类添加剂的复配优化,或通过微发酵工艺改善面团流变特性[4-6]。然而,现有研究多局限于宏观品质(如质构特性、蒸煮特性)的单一层面分析,对荞麦添加量与面条微观组分(蛋白质构象、淀粉多尺度结构)及营养特性(淀粉消化速率)的关联机制尚未开展系统性阐示。

基于此,本研究以不同荞麦添加量的手工空心挂面为对象,通过多尺度分析方法,综合考察不同荞麦添加量对手工空心挂面宏观品质(质构特性、蒸煮特性)、微观组分(蛋白质、淀粉)结构及营养特性(体外消化动力学)的影响规律。研究旨在:1)阐明荞麦粉添加量对手工空心挂面多维度品质的影响机制;2)解析蛋白质和淀粉有序结构与手工空心挂面宏观品质间的构效关系;3)评估荞麦添加量对淀粉消化速率的调控机制。研究结果可为高营养附加值荞麦手工空心挂面的工艺优化提供理论依据,同时为传统面制品的功能化改造开辟新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甜荞麦(定边红荞)粉,榆农公司;小麦粉,宁夏保云食品有限公司;碘盐(食品级),广盐集团股份有限公司;K-TSTA总淀粉检测试剂盒,上海纽勤生物科技有限公司;轻质液状石蜡油,南昌药业有限公司;Tris、巯基乙醇等试剂均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TA.XT PLUS质构仪,英国Stable Micro System公司;MCR302流变仪,上海安东帕商贸有限公司;D8 advance粉末X-射线衍射仪、Tensor 27红外光谱仪,德国 Bruker AXS公司;Gemini 300扫描电子显微镜,德国Carl Zeiss公司。

1.3 实验方法

1.3.1 手工空心挂面的制作

参考吕楷[1]的方法并稍作修改。荞麦粉的添加量(基于总面粉质量)分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%。主要原料为小麦粉、荞麦粉、食用盐和水。制作过程包括化盐水、和面、醒发、植皮、醒发、开大条、醒发、搓小条、醒发、上杆、醒发、开面、醒发、上架、晾晒、下架、切面和包扎工序。

1.3.2 荞麦面团动态流变特性的测定

参考闫铭欢等[3]的方法并稍作修改。经过和面后制备的面团立即覆盖保鲜膜以保持水分,频率扫描测试时,面团周围涂覆石蜡油以防止表面干燥,从而确保测试过程中水分含量稳定。频率扫描参数为:测试转子PP25,应变1%,频率范围0.1~100 Hz,测试温度25 ℃。

1.3.3 荞麦空心挂面质构特性的测定

参考闫铭欢等[3]的方法并稍作修改。取10根长度为10 cm的面条,置于500 mL沸水中煮至最佳烹煮时间,捞出后放入冷水中冷却,冷却后沥干水分并置于测量架上。

全质构(texture profile analysis, TPA)测定采用P36/R探头,测试前、中、后速度均为1 mm/s,测试应变为75%,起始力5 g,2次压缩间隔时间1 s。每个样品平行测试7次,去除最大值和最小值后取平均值。

拉伸测试采用A/SPR探头,测前速度2 mm/s,测中速度1 mm/s,测后速度10 mm/s,最大拉伸距离150 mm,起始距离20 mm,触发力设为Auto-5.0 g。以拉断力和拉断距离作为拉伸特性分析参数,每个样品进行7次平行实验,去除最大值和最小值后取平均值。

1.3.4 荞麦空心挂面蒸煮特性的测定

参考ZOU等[7]的方法稍作修改。取10根约10 cm长的面条放入煮沸的去离子水中,每隔一段时间取出一根面条,用2块玻璃板挤压观察其横截面,直至面条中心白芯完全消失,此时即为最佳蒸煮时间。称取约10 g面条(ms),置于500 mL煮沸的去离子水中,煮至最佳蒸煮时间。煮好的面条捞出,用去离子水冲洗,并用滤纸吸去表面多余水分后称重(ma)。将煮面水及冲洗水转移至500 mL容量瓶中,定容至500 mL并摇匀,取100 mL转移至已恒重的烧杯中(烧杯质量mb)。加热烧杯以蒸发大部分水分,之后将烧杯转移至105 ℃烘箱中烘干至恒重(质量md)。利用公式(1)、公式(2)分别计算面条的吸水率和蒸煮损失率:

面条吸水率

(1)

面条蒸煮损失率

(2)

式中:ma,煮制后面条的质量,g;ms,面条质量,g;md,100 mL面汤中干物质和杯质量的总和,g;mb,烧杯质量,g。

取30根挂面放入已煮沸的去离子水中,待到最佳蒸煮时间将挂面捞出,记录断条挂面的数量,挂面的断条率的计算如公式(3)所示:

断条率

(3)

式中:Ca,断条的挂面数量。

1.3.5 荞麦空心挂面游离巯基和二硫键含量的测定

参考BEVERIDGE等[8]的方法并稍作修改,测定荞麦空心挂面中的游离巯基(—SH)和二硫键(—S—S—)含量。将新鲜制备的手工空心挂面冷冻干燥并磨粉,过100目实验筛备用,称取约50 mg冷冻干燥后的面条粉末,加入5 mL SDS-TGE缓冲液(92 mmol/L甘氨酸、4.1 mmol/L EDTA、86 mmol/L Tris-HCl、25 g/L 十二烷基硫酸钠,pH=8.0),涡旋振荡至完全溶解,测定游离巯基样品。加入50 μL DTNB-TGE缓冲液(5 mg/mL,5,5′-二硫代-2-硝基苯甲酸溶解于SDS-TGE缓冲液),避光反应30 min。测定二硫键的样品溶解后加入巯基乙醇,并用三氯乙酸处理,反应结束后,以10 000 r/min离心20 min。最后,采用分光光度计在412 nm波长下测量上清液的吸光度。巯基和二硫键含量计算如公式(4)、公式(5)所示:

巯基含量

(4)

二硫键含量

(5)

式中:A412,吸光度数值;c,样品的质量浓度,mg/mL;D,稀释因子,5.02(游离巯基)、10(总巯基)。

1.3.6 荞麦空心挂面蛋白质二级结构的测定

参考刘玲[9]的方法稍作修改。将新鲜制备的手工空心挂面冷冻干燥并磨粉,过100目实验筛备用。取适量样品与KBr按1∶100质量比混合,制备压片样品,采用全波段扫描模式(4 000~400 cm-1)进行红外光谱测定,以KBr为空白对照。使用omnic和Peakfit软件处理数据,设定分辨率4 cm-1,扫描次数64次。波长与蛋白质结构的对应关系为:1 640~1 600 cm-1为β折叠;1 652~1 644 cm-1为无规则卷曲;1 660~1 652 cm-1为α螺旋;1 685~1 660 cm-1为β转角。

1.3.7 荞麦空心挂面淀粉结晶结构的测定

参考贾方圆[10]的方法稍作修改并使用X射线衍射仪测定。实验参数如下:靶型Cu-Kα;电压30 kV;电流10 mA;扫描范围4°~40°;扫描速率3.6°/min;步长0.02°。用MDI Jade 6.0软件处理所得图谱,并计算相对结晶度。

1.3.8 荞麦空心挂面微观结构的测定

采用扫描电子显微镜观察挂面的横截面微观结构。新鲜制备的不同含量荞麦手工空心挂面经真空冷冻干燥后用镊子掰断,保持断截面整齐。经喷金处理后,在加速电压5 kV下进行扫描。

1.3.9 荞麦空心挂面体外消化特性的测定

参考INFOGEST 2.0[11]制备模拟唾液(simulated saliva fluid, SSF)、模拟胃液(simulated gastric fluid, SGF)、模拟肠液(simulated intestinal fluid, SIF)并进行体外模拟胃肠消化并略做修改。

口腔阶段:将5 g煮熟的挂面与 3.5 mL SSF混合并搅拌成薄糊状稠度,然后加入0.5 mL的α-淀粉酶溶液(1 500 U/mL),最后加入25 μL 的CaCl2(H2O)2(0.3 mol/L),并用1 mol/L的NaOH溶液调节pH至7,加入蒸馏水使总体积为10 mL。混合物放入恒温振荡培养箱(37 ℃,200 r/min)中孵育2 min。

胃部阶段:将口腔阶段的消化物与7.5 mL SGF、1.6 mL胃蛋白酶(25 000 U/mL)和5 μL CaCl2(H2O)2(0.3 mol/L)充分混合,用6 mol/L的HCl调节pH到3,加入蒸馏水使总体积达到20 mL。混合物放入恒温振荡培养箱(37 ℃、200 r/min)中孵育2 h。

肠道阶段:胃部阶段结束后,迅速将20 mL胃食糜与11 mL SIF、5.0 mL胰蛋白酶溶液(800 U/mL)、2.5 mL 新鲜胆汁、40 μL CaCl2(H2O)2(0.3 mol/L)和葡萄糖苷酶(每克淀粉加入0.2 mL葡萄糖苷酶),用NaOH调节pH到7,加入蒸馏水使总体积为40 mL。混合物放入恒温振荡培养箱(37 ℃,200 r/min)中孵育3 h。每间隔30 min立即将100 μL样品与400 μL无水乙醇混合并涡旋以停止消化反应。离心(10 000×g, 15 min)后收集上清液进行葡萄糖含量的测定。使用3, 5-二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid, DNS)法测定上清液中葡萄糖的含量。并根据公式(6)~公式(9)计算淀粉水解率(starch hydrolysis rate, SH)、快速消化淀粉(rapidly digestible starch, RDS)、缓慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)和抗性淀粉(resistant starch, RS)含量。

(6)

(7)

(8)

RS/%=100-RDS-SDS

(9)

式中:G,不同时间点释放的葡萄糖含量,mg;S,总淀粉含量,mg。

淀粉的体外消化水解曲线遵循一级反应方程式公式(10):

Ct=C×(1-e-kt)

(10)

式中:t,消化时间,min;Ct,消化时间为t时淀粉的水解率,%;C,消化终点(180 min)淀粉的水解率,%;k,1阶消化速率常数。

通过对荞麦手工空心挂面和白面包淀粉水解曲线下面积(area under curve,AUC)的积分得到淀粉水解指数(hydrolysis index,HI),根据HI值计算荞麦手工空心挂面预估血糖生成指数(expected glycemic index, eGI),具体计算如公式(11)、公式(12)所示:

(11)

eGI=39.71+0.549×HI

(12)

1.4 统计学分析

使用SPSS 26.0软件对数据进行显著性分析,数据以“平均值±标准偏差”表示,且P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 荞麦粉添加量对面团动态流变学特性的影响

面团的流变学特性是分析面团加工性能和最终产品质量的关键因素。图1展示了不同荞麦粉添加量对面团动态流变学特性的影响规律,其中储能模量(G′,弹性模量)反映了材料在发生形变时,由于可逆形变而储存的能量大小,表征了面团的弹性;损耗模量(G″,黏性模量)反映了材料在发生形变时,由于不可逆形变而损耗的能量大小,表征了面团的黏性。两者的比值(G″/G′)即损耗因子(tanδ),用于反映材料在发生形变时弹性与黏性相对强度[10]

a-储能模量G′;b-损耗能量G″;c-损耗因子tanδ

图1 荞麦粉添加量对面团动态流变特性的影响
Fig.1 Effect of buckwheat flour addition on the dynamic rheological properties of dough

通过动态振荡频率扫描测试发现,所有面团G′值均高于G″值,且tanδ<1,表明面团在测试范围内以弹性行为为主导,结构稳定性良好,利于后续手工空心挂面成型。随着角频率增加,G′值和G″值均呈上升趋势,进一步验证了面团的典型黏弹特性(图1)。值得注意的是,随着荞麦添加量(0%~25%)的增加,面团表观流变特性(G′和G″值)也呈上升趋势,且所有荞麦添加组均高于对照组(0%添加量)。这可能是因为荞麦粉的添加通过以下机制,在低应变(1%)条件下改善了面团的表观黏弹性:1)荞麦中高含量蛋白质的引入可增加面团体系中非面筋蛋白与面筋蛋白的相互作用,从而在一定程度上增强生面团的聚合度和黏弹性[12];2)荞麦中的膳食纤维组分可作为面团黏弹性基质的填充物,通过物理支撑作用增强面团的整体结构连续性,同时通过持水溶胀作用优化水分子分布,从而协同增强面团的表观黏弹性[13]。除此之外,荞麦面团的tanδ值在添加量为15%时最低,表明此时面团的聚合度较高,面团的结构较稳定[14]

2.2 荞麦粉添加量对手工空心挂面质构特性的影响

手工空心挂面的质构特性是评估其加工适应性和感官接受度的关键指标,通常通过硬度、弹性、咀嚼性、拉断力和拉伸距离等参数进行评估[3]。如表1所示,随着荞麦添加量的增加,空心挂面的硬度、咀嚼性、拉断力和拉伸距离均呈下降趋势,而弹性略有上升。并且在添加量为25%时,荞麦空心挂面的质构特性显著劣变。这可能是由于小麦粉中的面筋蛋白(麦谷蛋白和麦醇溶蛋白)是形成面筋网络的关键成分,而荞麦粉不含面筋蛋白,当其替代部分小麦粉时,面筋蛋白的比例降低,从而削弱了面筋网络的连续性,降低了面条的筋力和强度,进而影响其质构特性[15]。此外,淀粉的糊化特性对面条的质构特性也有显著影响。荞麦淀粉具有较强的糊化特性,在糊化过程中会大量吸水,减少了面筋蛋白的水合作用,从而削弱面筋网络的延展性,影响面条的延展性等质构特性[16]。然而,荞麦淀粉的凝胶特性优于小麦淀粉,并且荞麦还富含蛋白质、膳食纤维等成分,能够在一定程度上弥补面筋蛋白比例减少所带来的质地变化,从而帮助恢复面条的弹性。

表1 荞麦添加量对手工空心挂面质构特性的影响
Table 1 Effect of buckwheat addition on the textural properties of handmade hollow noodles

荞麦添加量/%硬度/g弹性咀嚼性拉断力/g拉伸距离/mm0151.05±1.01a0.913±0.01c92.10±1.05a18.35±0.67a45.31±0.31a5139.37±1.13b0.916±0.03c91.96±1.56a17.93±0.27a43.19±0.19a10115.11±1.14c0.923±0.01b75.15±0.65b16.24±0.21bc21.39±0.63b15103.43±1.73d0.925±0.02b73.60±0.20c15.10±0.09de20.13±0.24b20100.88±0.32e0.934±0.02a73.42±0.63c14.69±0.13e15.16±0.33c2597.318±0.75f0.935±0.01a69.51±1.92d11.36±0.05f10.91±0.13d

注:小写字母不同表示组间存在显著性差异(P<0.05)(下同)。

2.3 荞麦粉添加量对手工空心挂面蒸煮特性的影响

手工空心挂面的蒸煮特性(吸水率、蒸煮损失率和断条率)与淀粉和面筋网络结构的结合程度密切相关,可用于评价其食用品质和加工适应性。吸水率反映面条在蒸煮过程中吸水或持水的能力,蒸煮损失率表示面条在蒸煮过程中干物质的损失,断条率则反映面条在蒸煮过程中的断裂情况。如表2所示,随着荞麦添加量的增加,手工空心挂面的吸水率、蒸煮损失率和断条率均呈现上升趋势。郭思敏[17]发现吸水率越高会导致面条软且黏,这与我们观察到的荞麦比例增加会降低面条硬度结果一致。这可能是由于荞麦中膳食纤维和抗性淀粉具有较强的吸水能力,随着荞麦比例的增加,膳食纤维和抗性淀粉含量逐渐上升,进而提高了面条的吸水率[3]。然而,荞麦比例的增加也可能稀释面筋蛋白比例,破坏面筋网络的完整性,导致其结构松散不稳定。面筋网络的弱化使得淀粉颗粒及可溶性物质(如蛋白质碎片、膳食纤维、酚类物质等)在煮制过程中更容易溶解,从而引起蒸煮损失率和断条率的增加。此外,荞麦中直链淀粉含量较高,而直链淀粉与蒸煮损失率呈正相关[18],随着荞麦添加量的增加,混合粉中直链淀粉比例也相应提高,蒸煮损失率也随之提高。

表2 荞麦添加量对手工空心挂面蒸煮特性的影响 单位:%

Table 2 Effect of buckwheat addition on the cooking properties of handmade hollow noodles

荞麦添加量/%吸水率蒸煮损失率断条率0103.00±0.76d4.27±0.13b05107.86±0.68c4.45±0.09b010109.25±0.24c4.60±0.01b015112.99±1.17b4.85±0.08b5.18±0.05c20120.17±1.20a5.83±0.70a10.13±0.02b25121.10±2.11a6.17±0.40a16.70±0.01a

注:0%、5%、10%荞麦添加组手工空心挂面断条率均为0%,组内无变异,不满足显著性分析条件。

2.4 荞麦粉添加量对手工空心挂面蛋白质游离巯基和二硫键的影响

—SH是蛋白质分子中氨基酸残基的巯基基团,通常存在于半胱氨酸(Cys)残基的侧链中。2分子的—SH通过氧化反应可以形成—S—S—,而—S—S—对维持蛋白质的三维结构稳定性具有重要作用[1]。在面团形成过程中,麦谷蛋白通过链间的—SH基团相互结合形成—S—S—键,导致线性麦谷蛋白分子相互缠结,形成无序的网状结构[1]。从图2中可以看出,随着荞麦添加量的增加,空心挂面中—SH含量呈上升趋势,而—S—S—含量则呈下降趋势。虽然荞麦中的高含量蛋白质和膳食纤维等物质会通过非共价相互作用增强生面团的黏弹性,在低应力条件下优化面筋网络结构,但空心挂面制作过程中的抻面等工艺可能会通过机械拉伸(高应力)作用改变面筋蛋白的构象,导致—SH和—S—S—含量发生变化[19]。并且荞麦中富含的多酚类物质会影响—SH 和—S—S—含量。谢凤英等[20]发现,荞麦多酚可以通过非共价结合与蛋白质发生相互作用,从而破坏蛋白质分子间的二硫键,导致二硫键含量的下降。

图2 荞麦粉添加量对手工空心挂面蛋白质游离巯基和二硫键的影响
Fig.2 Effect of buckwheat flour addition on the free sulfhydryl groups and disulfide bonds of protein in handmade hollow noodles

注:小写字母不同表示组间存在显著性差异(P<0.05)。

2.5 荞麦粉添加量对手工空心挂面蛋白质二级结构的影响

蛋白质的二级结构是指多肽链主链骨架原子沿一定的轴盘旋或折叠而形成的特定的构象,包括α-螺旋、β-折叠、无规则卷曲和β-转角等不同构象[9]。其中α-螺旋、β-折叠和β-转角通常被认为是蛋白质的有序结构。然而,相较于高度规则的α-螺旋和β-折叠,β-转角虽然具有特定的构象类型,但其结构相对不规则且更具柔韧性,而无规则卷曲则被视为蛋白质的无序结构。从图3中可以看出,随着荞麦添加量的增加,蛋白质二级结构中α-螺旋和β-折叠含量呈下降趋势,β-转角和无规则卷曲的含量呈上升趋势,与蛋白质的—SH和—S—S—含量变化趋势一致,表明蛋白质的有序结构向相对无序结构转变。另外,荞麦添加量为25%时,蛋白质二级结构发生了显著的变化。这可能是因为高比例的荞麦蛋白和膳食纤维稀释了小麦面筋蛋白,阻碍了面筋蛋白交联;同时,荞麦中膳食纤维等物质的高吸水性引发水分竞争,使面筋蛋白局部脱水,氢键网络破坏,并改变蛋白质二级结构构象[21]

图3 荞麦粉添加量对手工空心挂面蛋白质二级结构的影响
Fig.3 Effect of buckwheat flour addition on the secondary structure of protein in handmade hollow noodles

2.6 荞麦粉添加量对手工空心挂面淀粉结晶结构的影响

不同荞麦添加量的手工空心挂面X射线衍射图及相对结晶度(relative crystallinity, RC)如图4所示。结果表明,不同荞麦添加量手工空心挂面之间衍射峰的位置未表现出显著差异,所有面条均在2θ角为15°、17°、18°和23°附近出现强衍射峰,显示出典型的A型结晶结构。此外,在2θ角为20°附近可见弱衍射峰,表明面条中存在V型结晶结构。另外随着荞麦添加量增加,手工空心挂面的相对结晶度从23.19%逐渐下降至19.89%。这可能是因为相比于其他谷物,荞麦淀粉具有较长的支链且含有更多的超长链,影响了支链淀粉中相邻短链相互作用形成双螺旋结构,导致其淀粉结晶度降低[22]。当荞麦粉添加量达到25%时,面条的淀粉结晶度显著降低,与此时蛋白质二级结构中有序结构(α-螺旋和β-折叠)含量显著下降的结果一致。这表明过量添加荞麦粉,一方面稀释了小麦面筋蛋白的浓度并削弱了面筋网络的完整性;另一方面,荞麦粉中的蛋白质、膳食纤维、淀粉和多酚等组分与小麦粉中蛋白质的相互作用,以及其对淀粉-面筋蛋白质氢键网络和淀粉链之间相互作用的干扰,共同导致了蛋白质和淀粉有序性的降低,进而影响挂面品质。

图4 荞麦粉添加量对手工空心挂面淀粉结晶结构的影响
Fig.4 Effect of buckwheat flour addition on the crystalline structure of starch in handmade hollow noodles

2.7 荞麦粉添加量对手工空心挂面微观结构的影响

从图5可以看出,纯小麦粉制作的空心挂面中,淀粉颗粒呈球形或椭圆形,均匀嵌入面筋网络基质中,且面筋网络结构完整,孔隙数量少、尺寸小。然而,随着荞麦添加量的增加,面筋网络孔隙增大、数量增加,与蛋白质二级结构结果一致。此外,淀粉分布也变得不均,且发生团聚现象。这种团聚现象的发生,一方面是由于荞麦粉不含面筋蛋白,其添加稀释了小麦面筋蛋白的浓度,削弱了面筋网络对淀粉颗粒的有效包裹和均匀分散能力[3];另一方面,荞麦粉中的酚类物质可与淀粉发生相互作用形成淀粉-多酚复合物,降低了淀粉的膨胀能力和水溶性,使其在有限水分条件下更难充分水合[23]。另外荞麦中高含量的膳食纤维具有较强的吸水能力,可能与淀粉竞争水分,导致淀粉颗粒水合不足而更易团聚。淀粉颗粒分布不均匀会破坏面条内部结构的连续性,形成应力集中点,从而导致面条的硬度、拉断力等质构特性下降,这与2.2节中观察到的质构劣变趋势一致。郭思敏[17]还发现面团中淀粉颗粒发生团聚现象会导致其在蒸煮过程更容易溢出,导致蒸煮损失率增加。此外,在荞麦添加量达到25%时,面筋网络结构发生塌陷,无法形成完整且强韧的支撑网络,从而导致空心挂面的品质发生显著劣变。

a-0%荞麦添加量;b-5%荞麦添加量;c-10%荞麦添加量;d-15%荞麦添加量;e-20%荞麦添加量;f-25%荞麦添加量

图5 荞麦粉添加量对手工空心挂面微观结构的影响
Fig.5 Effect of buckwheat flour addition on the microstructure of handmade hollow noodles

综上所述,随着荞麦添加量的增加,空心挂面的微观结构发生显著变化,主要表现为淀粉颗粒分布的不均匀性增加以及面筋网络结构的疏松化,这些微观结构的变化直接影响了面条的质构特性等品质。

2.8 荞麦粉添加量对手工空心挂面消化特性的影响

淀粉水解率是指在体外模拟胃肠消化条件下,淀粉被酶解为葡萄糖的速率,通常用于评估食物的消化特性。在整个体外模拟消化过程中(图6),所有面条样品在前30 min内呈现快速水解阶段,随后水解速率逐渐减缓,并最终在120 min时趋于平稳。并且随着荞麦添加量的增加,消化速率常数k显著下降,表明淀粉水解率显著降低,这可能是荞麦中蛋白质、膳食纤维和酚类物质等组分含量较高所致。此外,贾冬英等[24]发现荞麦中的芦丁和槲皮素能够抑制淀粉酶活性,从而降低淀粉的消化率。并且手工空心挂面的微观结构观察显示,随着荞麦添加量增加,淀粉出现团聚现象,这也可能会降低淀粉和淀粉酶的接触面积,从而降低淀粉消化率[18]。抗性淀粉作为难以被人体消化吸收的淀粉组分,具有类似膳食纤维的功能。如表3所示,随着荞麦添加量的增加,RDS和SDS含量逐渐下降,而RS含量逐渐增加,这可能是因为荞麦中的脂质和酚类物质在加工过程中与淀粉结合形成RS,与膳食纤维共同降低淀粉消化率。

表3 荞麦粉添加量对手工空心挂面消化特性的影响
Table 3 Effect of buckwheat flour addition on the digestibility properties of handmade hollow noodles

荞麦添加量/%RDS/%SDS/%RS/%k×10-2/min-1eGI054.82±0.19a26.99±0.24a18.19±0.34d2.62±0.02a77.88±0.22a553.48±0.56ab25.93±0.39ab20.59±0.65c2.51±0.03ab69.15±0.34b1052.56±0.32b26.05±0.25ab21.39±0.43c2.43±0.01ab68.54±0.29b1550.41±0.09c25.70±0.15b23.90±0.18b2.15±0.01bc67.49±0.08c2049.77±0.20c24.99±0.21b25.21±0.40b1.88±0.01c64.78±0.23d2546.35±0.96d24.97±0.23b28.68±0.72a1.81±0.01c60.17±0.54e

图6 荞麦粉添加量对手工空心挂面淀粉水解率的影响
Fig.6 Effect of buckwheat flour addition on the starch hydrolysis rate in handmade hollow noodles

eGI值是基于食物体外消化曲线建立的数学模型得到的,用于评估食物中碳水化合物对血糖水平的影响。高GI食物(GI≥70)因快速消化特性导致血糖波动幅度增加,而低GI食物(GI≤55)通过抗性淀粉和膳食纤维的缓释作用稳定血糖。如表3所示,与对照组(0%荞麦添加量)的空心面条相比,添加荞麦的空心面条的eGI值显著降低(P<0.05)。此外,低含量荞麦添加(如5%~10%)对eGI值的影响较小,而当荞麦添加量达到15%时,eGI值显著下降。根据GI值分级标准,小麦空心面条的GI值>70,属于高GI食品,而添加不同比例荞麦的空心面条GI值均在55~70,属于中GI食品[25]。综上所述,荞麦的添加不仅显著改善了空心挂面的消化特性,还赋予了其控制血糖反应的潜在健康益处。

3 结论与讨论

为提高手工空心挂面的营养价值,本研究在小麦粉中添加了不同含量(0%~25%)的荞麦粉,探讨了荞麦粉添加量对手工空心挂面品质及体外消化特性的影响,并揭示了荞麦组分对面条品质的调控机制。结果表明,添加荞麦粉能够优化面团的动态流变特性,其储能模量和损耗模量分别提升至37 257 Pa和18 454 Pa,主要归因于荞麦膳食纤维及蛋白质等物质的协同填充效应及面筋网络的适度交联。然而,当荞麦粉比例达到25%时,过量的荞麦粉会显著影响手工空心挂面的宏观品质,包括质构特性和蒸煮特性。这是因为过量荞麦粉显著稀释了体系中的面筋蛋白含量,从而削弱了面筋骨架的刚性。蛋白质和淀粉有序结构分析结果也表明,过量荞麦粉(25%)会显著降低蛋白质中的二硫键含量,破坏蛋白质二级结构中的有序结构,并减少淀粉的结晶结构比例,导致蛋白质和淀粉结构的有序性降低。扫描电子显微镜和体外模拟消化实验表明,随着荞麦添加比例的增加,淀粉团聚现象和抗性淀粉含量增多,面条的消化特性和eGI值显著降低,尤其当荞麦添加量为15%时,变化尤为显著。因此,过量的荞麦粉含量通过稀释面筋蛋白比例,影响淀粉链间的相互作用和蛋白质二硫键的形成,从而破坏了淀粉与蛋白质共同形成的稳定面筋网络结构。本研究为手工空心挂面传统工艺优化及低GI杂粮面条的开发提供了理论依据。

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Effect of buckwheat flour addition on the quality and in vitro digestibility characteristics of handmade hollow dried noodles

CHANG Danni, HOU Yao, ZHANG Jinming, HE Liangliang, MA Tianchen, ZHANG Jinjin, ZHAO Haoan, CAO Wei*

(College of Food Science and Technology, Northwest University, Xi’an 710069, China)

ABSTRACT This study investigated the effects of buckwheat flour addition (0%-25%) on the quality (cooking and textural characteristics), structural characteristic of components (protein and starch), and in vitro digestibility characteristics of handmade hollow dried noodles.The relationships between noodle quality and structural characteristic of components were established, and key components determining quality were identified.Results showed that buckwheat flour improved dough dynamic rheological properties through synergistic interactions of proteins and dietary fibers.However, excessive addition of buckwheat flour (25%) diluted gluten proteins and disrupted the gluten network, which significantly deteriorated the noodle’s quality.X-ray diffraction and infrared spectroscopy revealed that 25% buckwheat flour addition markedly reduced structural orderliness, evidenced by a significant decrease in starch crystallinity and in the content of ordered protein secondary structures (α-helix and β-sheet).Furthermore, scanning electron microscopy and in vitro digestion analyses demonstrated that increasing the buckwheat flour proportion to 15% enhanced starch aggregation and the formation of resistant starch.These changes led to a significant reduction in the starch digestion rate and the estimated glycemic index.This study concludes that handmade hollow dried noodles achieve an optimal balance of quality and nutritional characteristics when the buckwheat flour addition level is between 15% and 20%.

Key words handmade hollow dried noodles;buckwheat;quality characteristics;in vitro digestibility;structure-function relationship

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.043515

引用格式:常丹妮,侯垚,张津铭,等.荞麦粉添加量对手工空心挂面品质及体外消化特性的影响研究[J].食品与发酵工业,2026,52(5):330-338.CHANG Danni, HOU Yao, ZHANG Jinming, et al.Effect of buckwheat flour addition on the quality and in vitro digestibility characteristics of handmade hollow dried noodles[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(5):330-338.

第一作者:博士研究生(曹炜教授为通信作者,E-mail:caowei@nwu.edu.cn)

基金项目:陕西省重点研发计划项目(2024NC-XCZX-22);榆林市科技计划项目(2024-CXY-173);中央引导地方科技发展资金项目(2025ZY-XCZXJX-02)

收稿日期:2025-06-09,改回日期:2025-08-07