生庆海，龙金利，李朋亮，赵 巍，张爱霞*，刘敬科

（1 河北经贸大学生物科学与工程学院 石家庄 050071 2 河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所 石家庄 050050 3 河北省农林科学院谷子研究所 国家谷子改良中心 河北省杂粮研究实验室 石家庄 050035）

热处理是谷物粉品质改良的一项新技术，不仅可以改变谷物粉的物化特性，提升产品的感官品质，而且对其消化特性有一定影响，从而改变产品的营养和功能品质。Li 等[1]研究发现湿热处理后小麦粉和淀粉的峰值黏度降低，糊化温度升高。Keppler 等[2]发现干热处理有助于面粉在高温下淀粉颗粒发生溶胀，面粉中蛋白质变性。Hu 等[3]对小麦籽粒进行湿热处理，发现面团强度和黏度显著提高，面条有较高的硬度、弹性和咀嚼性，且蒸煮损失较低。马岁祥等[4]研究发现，淀粉经过热蒸汽处理，淀粉的糊化特性、热焓特性、粒径及结晶特性等发生改变。热处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]，从而改变加工食品营养和功能性质。

本研究对燕麦粉、小米粉和玉米粉进行热处理，探究蒸汽处理和烘烤处理方式对谷物粉加工特性和淀粉消化性的影响。通过比较热处理谷物粉的物化特性和淀粉消化性，选择合适的热处理方式，改变谷物粉的消化性，降低可消化淀粉含量，提高抗性淀粉含量，旨在为糖尿病患者主食食品的研制提供优质原料，为谷物粉深加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 试验材料 燕麦、玉米，市售；小米（冀谷39），河北省农林科学院谷子研究所。

淀粉葡萄糖苷酶、α-淀粉酶、胃蛋白酶（1∶10 000），Sigma 有限公司；无水葡萄糖，北京中科质检生物技术有限公司；3-5 二硝基水杨酸，上海易恩化学技术有限公司；Tris、马来酸，Amresco 公司；HCl、KCL、乙酸钠、NaOH，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备 SP-752 型紫外-可见分光光度计，上海化科试验器材有限公司；波通RVATemaster 快速黏度仪，波通瑞华科学仪器有限公司；TMS-PRO 质构仪，美国FTC 公司；FW80 型高速万能粉碎机，上海新诺仪器设备有限公司；AG285 型分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；DH6000Ⅱ型电热恒温培养箱，天津泰斯特仪器有限公司；HM3SR＋Centrifuge 台式高速离心机，赛默飞世尔科技有限公司；S-4800 扫描电子显微镜，日立公司。

1.2 试验方法

1.2.1 原料粉制备与热处理 将燕麦、小米和玉米分别采用磨粉机粉碎，全部过100 目筛。

蒸汽处理：将燕麦粉、小米粉和玉米粉分别在蒸锅上沸水汽蒸20 min，使淀粉糊化，自然晾干后备用。

烘烤处理：将燕麦粉、小米粉和玉米粉分别在烤箱中155 ℃烘烤30 min，使淀粉糊化无焦糊现象，自然冷却后备用。

1.2.2 淀粉提取 燕麦、小米和玉米淀粉提取采用碱提法[6]：用0.2%的NaOH 溶液浸泡12 h，下层沉淀继续用0.2%的NaOH 溶液洗涤，重复5 次，收集下层白色沉淀，水洗后离心（3 000 r/10 min），重复3 次，白色沉淀即为淀粉粗品。

1.2.3 水分含量测定 直接干燥法，参考《食品中水分含量的测定》 GB 5009.3-2016[7]。

1.2.4 糊化特性测定 使用快速黏度仪参考 《谷物黏度测定 快速黏度仪法》LST 6101-2002 进行测定[8]，燕麦粉、小米粉和玉米粉取样质量3.5 g，淀粉样品质量2.5 g。

1.2.5 膨胀势、水溶性指数和吸水性指数测定膨胀势测定参考刘淑一等[9]试验方法，水溶性指数和吸水性指数测定参考Anstase 等[10]试验方法。

1.2.6 淀粉含量测定 总淀粉含量测定参考 《食品中淀粉含量的测定》GB 5009.9-2016[11]中第一法酶水解法。

1.2.7 淀粉体外消化性测定 根据测定的RDS、SDS 和RS 含量反映淀粉的体外消化性。参考Isabel 等[12]的试验方法，准确称取0.1 g 样品于试管中，放入2 颗玻璃珠，加入5 mL HCl-KCl 缓冲液（pH=1.5），涡旋混匀后加入0.2 mL 胃蛋白酶溶液，再加入5 mL HCl-KCl 缓冲液，40 ℃下恒温振摇1 h。加入10 mL Tris-马来酸缓冲液（pH=6.4）和0.1 mL α-淀粉酶溶液，定容25 mL，37 ℃下恒温振摇，分别在0，20，120 min 取1 mL 水解液，沸水浴5 min 后，水浴冷却至室温，加入3 mL 乙酸钠缓冲液（pH=4.8），加入0.1 mL 淀粉葡萄糖苷酶溶液，定容5 mL，0.45 μm 微孔滤膜过滤。取1 mL滤液进行显色反应，根据葡萄糖标准曲线计算葡萄糖含量，并根据下列公式计算RDS、SDS、RS 含量。葡萄糖与淀粉的换算系数为0.9。

RDS（%）=（G20-G0）×0.9×100

SDS（%）=（G120-G20）×0.9×100

RS（%）=TS-RDS-SDS

式中：G0——样品中葡萄糖含量，g；G20——20 min 时葡萄糖含量，g；G120——120 min 时葡萄糖含量，g；TS——总淀粉含量，g。

1.2.8 淀粉颗粒形貌观察 通过扫描电镜对提取淀粉颗粒的状态进行观察。将提取的一定量干淀粉分散在载物台双面导电胶上，在真空条件下进行喷金处理，加速电压为5.0 kV，放大倍数为1 000 倍进行观察。

1.3 数据处理

所有试验数据为3 次试验平均值，利用SPSS 22.0 和Excel 2019 等软件对数据进行统计分析，显著性差异水平取P ＜0.05。数据作图采用Graphpad 软件。

2 结果与分析

2.1 热处理对谷物粉糊化特性的影响

分析了燕麦粉、小米粉和玉米粉经过热处理后的糊化特性指标变化，结果如表1所示。由结果可知，蒸汽处理和烘烤处理使燕麦粉的糊化温度显著降低（P＜0.05），回生值显著升高（P＜0.05），峰值黏度有一定升高，说明热处理后燕麦粉更易糊化，同时容易回生老化，尤其蒸汽热处理燕麦粉的变化程度更大；蒸汽处理和烘烤处理小米粉的糊化温度和回生值均显著升高（P＜0.05），说明热处理后小米粉不容易糊化，同时容易回生老化；蒸汽处理和烘烤处理使玉米粉糊化温度显著升高（P＜0.05），回生值和崩解值显著降低（P＜0.05），峰值黏度有一定降低，表明热处理后玉米粉不易糊化，不易回生老化，形成的淀粉糊相对稳定。烘烤处理3种谷物粉其崩解值均显著降低（P＜0.05），说明淀粉的热稳定性增强。Ma 等[13]对小麦粉进行过热蒸汽处理后发现小麦粉的黏度和糊化温度升高，制作的蛋糕硬度显著降低，而且比容增加。刘琳等[14]研究小麦粉中加入不同比例的热处理小米粉，发现热处理可以提高小米粉的黏度，显著降低馒头的硬度，改善慢头的品质，且小米粉的加热温度为110 ℃、时间为15 min 时，混合粉做出的馒头品质最好。高晴等[15]研究发现玉米粉经过热处理后崩解值显著降低，蒸制处理使玉米粉崩解值下降幅度最大，提高了玉米粉的热糊稳定性。综上可知，预热处理在一定程度上可以改变谷物粉的糊化特性，进而对加工产品的品质产生一定影响，因此本试验结果对下一步改善杂粮产品品质研究具有一定指导意义。

表1 谷物粉糊化特性指标检测结果（n=3，±s）Table 1 The gelatinization property results of grain flours （n=3，±s）

表1 谷物粉糊化特性指标检测结果（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异显著（P＜0.05），下同。

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

2.2 热处理对谷物粉膨胀势的影响

图1显示了谷物粉经热处理后膨胀势的变化。由结果可知，蒸汽处理使燕麦粉的膨胀势下降了32%，烘烤处理使燕麦粉的膨胀势下降了12%。热处理能显著改变燕麦粉的膨胀势 （P＜0.05），尤其是蒸汽热处理影响程度较大。膨胀势的变化原因可能是加热后淀粉结晶度的提高和水合作用的下降，也可能由于直-支链淀粉相互作用增强、直链-脂质复合物的形成和淀粉结晶区域结构的变化影响[16]。蒸汽处理和烘烤处理后小米粉和玉米粉的膨胀势基本不变。Jacobs[16]对洋山芋淀粉、大米淀粉和马铃薯淀粉等进行热处理，结果发现膨胀势下降。卢丹妮[17]研究发现膨胀势可以有效预测馒头的品质，一般淀粉的膨胀势高时，馒头的表面较光滑且弹性较好。姚大年等[18]发现小麦粉的膨胀势越大，面条的评分越高，膨胀势可以反映面条的蒸煮品质。通过本研究结果，说明热处理对小米粉和玉米粉的膨胀势影响不大，因此可以根据加工不同产品要求对原料进行适当的热处理。

图1 谷物粉膨胀势结果Fig.1 The swelling power results of grain flours

2.3 热处理对谷物粉吸水性指数与水溶性指数的影响

热处理对谷物粉吸水性指数与水溶性指数的影响如图2和图3所示。由结果可知，蒸汽处理和烘烤处理使燕麦粉的吸水性指数分别上升21%和27%。热处理对小米粉和玉米粉的吸水性指数影响较小。3 种谷物粉经过热处理后其水溶性指数均有一定程度降低，蒸汽处理使水溶性指数下降38%到55%，而烘烤处理使其下降28%到36%。分析原因可能为蒸汽处理比烘烤处理更易使谷物粉颗粒发生黏结，产生团聚作用，溶解度降低。原料粉在水中分散吸水的能力即为吸水性指数，数值越大，产品黏牙感越强，吸水性指数影响产品的品质[9]。还有研究发现原料的吸水性指数和水溶性指数与面条的质构品质有关[19]。

图2 谷物粉吸水性指数结果Fig.2 The water absorption of grain flours

图3 谷物粉水溶性指数结果Fig.3 The water solubility of grain flours

2.4 热处理对淀粉体外消化性的影响

热处理谷物粉中快、慢消化淀粉和抗性淀粉的含量结果如图4所示。热处理使燕麦粉快消化淀粉含量降低大约一半，慢消化淀粉含量和抗性淀粉含量增加1 倍以上。蒸汽处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%。烘烤处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%，抗性淀粉含量减少8%。热处理能显著降低3种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，尤其热处理对燕麦粉的淀粉组成含量影响最大。Gonzalez 等[20]研究了干热处理温度对小麦粉和淀粉结构及面包体外淀粉消化率的影响，发现干热处理温度为200 ℃时，快消化淀粉含量显著降低，慢消化淀粉比例增加。Meera 等[21]将具有不同水分含量的高粱粉加热处理时，发现高粱粉的抗性淀粉含量增加且淀粉不会发生糊化。综上可知，预热处理可以改变谷物粉的淀粉组成，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营养健康功效。

图4 热处理谷物粉中淀粉组成含量检测结果Fig.4 Starch composition of heat treatment grain flours

为进一步明确热处理对淀粉组分的影响，检测了提取的谷物粗淀粉经过蒸汽处理和烘烤热处理后其快、慢消化淀粉和抗性淀粉的含量，如图5所示。提取的燕麦、小米、玉米淀粉纯度均大于99%（干基）。由结果可知，热处理使3 种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。热处理能显著降低快消化淀粉含量，升高慢消化淀粉和抗性淀粉含量，与加热谷物粉后测定的淀粉组成变化趋势一致，但是数值上具有一定差别，分析是原料粉中的非淀粉物质对淀粉具有一定干扰，从而影响了淀粉的消化。郝赫男[5]的研究结果发现经过干热处理，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。热处理对淀粉的影响是一个复杂的过程，热处理会影响淀粉的结构，使淀粉链内和链间重排，还会影响非淀粉物质的变化及淀粉与非淀粉之间的相互作用形成淀粉-脂肪复合物等[22]。预热处理能够改变淀粉的组成，增加了淀粉的抗消化能力，对开发低糖功能食品研究具有重要意义。

图5 热处理提取淀粉组成含量检测结果Fig.5 Starch composition of heat treatment grain starch

2.5 热处理对淀粉颗粒形貌的影响

对提取的燕麦、小米和玉米3 种淀粉进行蒸汽处理和烘烤热处理，通过扫描电镜观察其外貌形态，如图6所示。未处理的燕麦淀粉颗粒直径5 μm 左右，有球形、多面体，形状不规则，属于小颗粒淀粉。未处理小米淀粉颗粒直径10 μm 左右，大部分呈多角形，少数为球形。小米淀粉颗粒表面较为光滑，且有细小的孔道。未处理玉米淀粉颗粒直径15 μm 左右，为多面体形，棱角圆滑，颗粒表面稍有凹凸不平。3 种谷物淀粉经过热处理之后均发生团聚和黏结现象，燕麦淀粉发生团聚和黏结现象最为明显，结合前面测定的快、慢消化淀粉和抗性淀粉的变化情况，说明淀粉颗粒团聚对3 种谷物淀粉抗消化能力增强具有一定作用。汝远等[23]研究了干热处理对玉米淀粉性质的影响，研究发现玉米淀粉经过干热处理后，颗粒间发生黏结现象，淀粉表面也出现一些凹坑。许诗尧等[24]研究发现湿热处理使大米淀粉颗粒表面紧密堆积，在高温条件下形成具有酶抗性的“外壳”。这种“外壳”能够阻碍酶溶液进入米粉团粒，但是外壳上的破损可使酶溶液进入团粒内水解淀粉，最终留下抗性较大的“外壳”。

图6 淀粉颗粒形貌扫描电镜观察Fig.6 Scanning electron microscope images of grain starch

3 结论

预热处理能够改变谷物粉黏度、抗老化性能和稳定性等糊化特性，在一定程度上还可以降低谷物粉的膨胀势和水溶性，提高其吸水性，最终影响原料的加工适应性和产品的加工品质。热处理能显著降低3 种谷物粉快消化淀粉含量，增加慢消化淀粉和抗性淀粉含量，延缓谷物粉的淀粉消化性，对研究低血糖生成指数产品和糖尿病食品具有重要作用，且热处理对燕麦淀粉组成含量影响最大。通过扫描电镜观察，淀粉颗粒直径由小到大依次为：燕麦淀粉＜小米淀粉＜玉米淀粉，经过热处理之后均发生团聚和黏结现象，燕麦淀粉受热处理影响最大，淀粉团聚和黏结现象最为明显。由此可见，热处理可以显著改变谷物粉的物化特性和淀粉消化特性，为下一步研究谷物产品深加工和营养功能性谷物食品开发提供理论依据。