不同研磨方式對小米粉理化特性的影響

李蘇紅，鄧超群，代增君，王曉穎，劉 鵬，岳佳豪，趙起越，李拖平

（1.沈陽農業大學食品學院，沈陽 110161；2.丹東希悅鴨綠江食品有限公司，遼寧 丹東 118000）

小米是世界主要谷物之一，是人類食物的主要來源。小米又稱粟米，在我國北方大約有8 000 多年種植歷史[1]。其營養價值豐富，含有多種人體不可或缺的碳水化合物、蛋白質、脂肪、維生素、黃酮、多酚、低聚糖等功能活性物質[2]，且易于被人體吸收，消化率在90%以上[1]。有研究報道，小米含有對抗慢性疾病的所有營養素和植物化學物質，具有降血壓降血脂等功效[3]。由于小米被認為是營養安全的有效食品之一，因此了解其營養物質的生物可利用性和最終生物利用度至關重要。日常生活中小米最常見的食用方式是煮小米粥，近年來，由于其優越的營養特性，人們已經開始逐步研發以小米加工制成的產品，如小米鍋巴等。但相對于小麥、大米等其他產品而言，市場上小米加工食品仍然有限，這導致小米的使用消費降低。通過將小米研磨成粉，可以代替部分或者完全代替小麥粉，實現小米在面條、饅頭、餅干、蛋糕和面包等食品中的應用，也可以制作小米飲料和酥片零食[4]，進而提高小米的利用率，增加小米食品種類的豐富度。

小米通過研磨制成小米粉，研磨分為干磨和濕磨。濕磨對粉體破損程度較小，所以是目前最常見生產米粉前處理方式，其包括浸泡、瀝干和研磨等步驟[5]。球磨是超微粉碎的一種，在食品加工過程中非常普遍[6],已經廣泛應用于食品和材料制作領域[7]，是一種將原材料與球磨介質一并放置球磨機中的研磨方式，在機械力的作用下，原料與球磨介質發生碰撞，進而形成粉末的方式，具有反應條件溫、能耗低和低污染的優點。小米營養雖然豐富，但在加工過程中受粉碎方式影響導致其產品品質也不相同。有研究表明，研磨程度可以改變小米總體的化學成分，對受損淀粉含量、淀粉顆粒狀態、糊化溫度等理化性質均有顯著影響，還會降低多酚、植酸、維生素、礦物質和抗營養因子含量，提高蛋白質和淀粉消化率[8]。粉體的品質特性包括粒徑、持水性、持油性、色度和糊化特性等性質，這些特性會直接影響到其食品的加工特性和成品的口感及顏色[9]。小米粉的研磨方式也會影響到小米加工制品的食用品質[5]。

為探究不同研磨方式對小米粉理化性質的影響，本試驗采用直接粉碎、球磨和濕磨3種不同研磨方式處理小米，將3 種不同研磨處理獲得的小米粉進行粒徑檢測，分析小米粉持水性和持油性、散落性、色度和糊化特性等理化性質指標，為小米粉加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小米為市售金苗小米，精米日期為收獲次年的5月。試驗采用的相關儀器設備包括DE-150g全銅萬能粉碎機、英國Malvern 公司產Mastersizer 2000 型激光粒度儀、澳大利亞Perten 儀器公司產RVA-Tecmaster 快速黏度分析儀、弗里奇股份有限公司產06.2000/04565型攪拌式球磨機、柯尼卡美能達有限公司產CM-2003d型分光測色計。

1.2 方法

1.2.1 小米粉的制備 直接粉碎小米粉制備：采用多功能粉碎機對小米進行研磨，經過100目標準篩篩分，得到直接粉碎小米粉。濕磨小米粉制備：取50 g小米粉放入燒杯中，量筒稱取100 mL蒸餾水置于燒杯中，將小米浸泡24 h，浸泡后過濾除去水分，浸泡后的小米粉用多功能粉碎機進行研磨，研磨后的小米粉置于50 ℃烘箱，干燥24 h。球磨小米粉制備：將直接粉碎制得小米粉于球磨機研磨罐中，球磨時間為4 h，轉速為300 r·min-1，球料比為2∶1，得到球磨小米粉。

1.2.2 小米粉粒徑分布和平均粒徑測定 取一定量小米粉于Mastersize 2000激光粒度儀中，測出粉體的粒徑以及粒徑分布情況，采用儀器自帶的分析軟件進行數據處理[10]，粒徑測量范圍為0.01~2 000.00 μm。

1.2.3 小米粉散落性分析

1.2.3.1 滑角 稱取不同研磨方式制得的小米粉3 g，放置于10 cm×10 cm平板上，將平板傾斜至約90%，小米粉開始滑動為止，測定玻璃板與起始面的夾角，即為各樣品的滑角[11]。

1.2.3.2 休止角 采用休止角注入法[12]。將小米粉倒入漏斗內，使小米粉通過漏斗落在下方半徑（r）為10 mm的平板上，粉體堆積，直至粉體高度不再升高為止。讀出粉體高度（h），按公式計算休止角（θ）。

1.2.3.3 堆積密度 將小米粉從漏斗上落至10 mL的量筒中，測定出10 mL小米粉的重量，從而計算出堆積密度（g·mL-1）。

1.2.4 小米粉持水性、持油性的測定 取1 g小米粉置于50 mL離心管中，加入30 mL蒸餾水，振蕩30 min，3 500 r·min-1離心30 min，計算其持水性Q。

式中：m1為離心后去掉上清液樣品和離心管的質量（g）；m2為樣品粉末的質量（g）；m3為離心管質量（g）。

取1 g小米粉置于50 mL離心管中，加入30 mL大豆油，37 ℃保溫并靜置1 h，4 000 r·min-1離心15 min，將上清液回收，并將離心管倒置20 min，計算其持油性L。

式中：W2為離心后去掉上清液樣品和離心管的質量（g）；W1為樣品粉末的質量（g）；W3為離心管質量（g）。

1.2.5 小米粉色度的測定 使用CM-2003d分光測色計測定不同粒徑小米粉色度，將小米粉均勻平鋪于測試皿中，固定好后，運行程序自動計算色度值。每個樣品重復測定3次[13]。

1.2.6 小米粉糊化特性的測定 糊化特性通過快速黏度分析儀（RVA）測定，準確稱取3.5 g小米粉和25 g去離子水于RVA專用鋁盒中，充分混勻結塊和粘壁，然后于黏度儀中測試黏度。具體測試程序為：5 ℃下保持1 min，以12 ℃·min-1的速率升至95 ℃并保持2.5 min，再以12 ℃·min-1的速率降至50 ℃并保持2 min[14]。

2 結果與分析

2.1 不同研磨方式對小米粉粒徑的影響

粒徑是指粉體的粗細程度，在一定程度上影響小米粉的品質特性。由圖1A 可知，不同研磨方式對小米粉平均粒徑影響顯著(p<0.05)。其中濕磨制得小米粉平均粒徑最小，為19.880 μm；直接粉碎制得小米粉的平均粒徑最大，為34.424 μm；直接粉碎制得小米粉經球磨后平均粒徑由34.424 μm減小至32.534 μm。這一結果表明濕磨可以更大程度地降低小米粉的粒徑。濕磨制得小米粉粒徑最小，是因為浸泡后小米軟化，容易粉碎。

圖1 不同研磨方式對小米粉平均粒徑（A）和粒徑分布（B）的影響Figure 1 Effect of different grinding methods on the (A) average particle size and (B) particle size distribution of millet flour

粒徑分布是指在一定顆?？偭肯?，不同粒徑顆粒所占比例的分布情況。由圖1B 可知，小米粉粒徑分布呈三峰曲線變化，不同研磨方式對小米粉粒徑分布具有顯著影響。粒徑分布能夠顯著影響谷物粉的吸水率、破損淀粉含量以及感官品質。

2.2 不同研磨方式對小米粉散落性的影響

休止角和滑角是表征粉體流動性的兩個重要參數?；鞘侵阜垠w流動時與水平面形成的夾角，是粉體流動時的內摩擦力和表面摩擦力的綜合效應。休止角是指粉體堆積層的自由斜面與水平面所形成的夾角。休止角同樣與粉體的摩擦力有關，休止角越小，摩擦力越小，表面粉體流動性越好。由圖2A可知，不同研磨方式處理小米粉的滑角未見顯著差異。3種研磨方式中濕磨休止角最小，其次是直接粉碎，最后是球磨，表明濕磨制得小米粉流動性更好(p<0.05)。休止角的變化與小米粉粒徑相關，粒徑越小，休止角越小。

除此之外，堆積密度也是衡量粉體流動性的重要指標。堆積密度是粉體顆粒內外孔以及顆粒間空隙的平均密度，是處于自然狀態的小米粉測得[11]。粉體堆積密度與其壓縮性有關，堆積密度越大，越容易壓片成型[15]。堆積密度越大也表明小米粉的顆?？障对叫?，其均勻性越好[16]。由圖2C可知，不同研磨方式對小米粉堆積密度影響顯著(p<0.05)。其中濕磨制得小米粉堆積密度最大，是因為其粉體粒徑小，比表面積大；其次是直接粉碎和球磨處理。小米粉粒徑越小，堆積密度越大。除此之外，在研磨過程中碳水化合物和蛋白質的破壞也會導致堆積密度降低。

圖2 不同研磨方式對小米粉的散落性影響（A.滑角；B.休止角；C.堆積密度）Figure 2 Effect of different grinding methods on the dispersibility of millet flour

2.3 不同研磨方式對小米粉持水性、持油性的影響

持水性是體現粉體中淀粉顆粒間結合強度的重要指標，影響粉體質量和應用性能。持水性越大，其結合越松散[17]。持水性大小與其粉體粒徑大小有關，也與大分子物質之間氫鍵和水的結合能力有關[18]。由圖3A可知，隨著粒徑減小，持水性先增大后減小(p<0.05)。

持油性是指谷物粉體中的蛋白質與油脂結合的能力。其大小也與粒徑大小息息相關，由圖3B可知，粒徑越小，持油性越大(p<0.05)。粒徑越小，粉體比表面積增大，從而導致濕磨制得小米粉持油性增加。

圖3 不同研磨方式對小米粉持水性（A）和持油性（B）的影響Figure 3 Effect of different grinding methods on water-holding capacity (A) and oil-holding capacity (B)properties of millet flour

2.4 不同研磨方式對小米粉色度的影響

色度是評價小米粉加工精度的重要指標。在一定程度上影響著面食的加工品質。粉體呈色會影響成品顏色，是重要的感官指標。色澤的改善有利于增加其商品價值及加工適應性。由圖4 可知，不同研磨方式對小米粉a*值、b*和L*值影響顯著(p<0.05)。

ΔE 代表食品在加工過程中顏色的變化，有研究表明ΔE=2 是視覺辨別的閾值，當ΔE 小于2 時，顏色變化不可見[19]。由圖4 可知，3 種研磨方式制得小米粉在加工過程中顏色變化均可見。L*值代表亮度，從黑暗(L*=0)到明亮(L*=100)的變化，值越大則表明小米粉越亮，直接粉碎、球磨和濕磨處理的L*值分別為89.91，90.93，90.31。L*值越大的粉體，其食品制品顏色越亮。a*值代表紅度，負值代表綠色，正值代表紅色。值越大表示待測小米粉越偏紅色。球磨制得小米粉a*值較低推測是因為研磨過程中機械力使淀粉產生了晶格缺陷，進而導致粉體的反射光降低[20]。b*值代表黃度，負值代表藍色，正值代表黃色。從藍色到黃色變化，其值越大代表粉體越接近黃色。由圖4 可知，濕磨制得小米粉更接近黃色。由于小米粉的研磨方式不同造成粒度不同，粒徑越大，破壞程度越輕，其含量越多；粒徑越小，細胞破壞越嚴重，色素大部分被破壞。因此，會出現不同粒徑的米粉黃度b*值的不同。濕磨制得小米粉粒徑最小，但其b*值最高是因為小米經過浸泡后研磨對細胞破壞程度較輕，色素含量多。除此之外，小米粉顏色還取決于其營養成分含量，例如脂肪、蛋白質和支鏈淀粉與支鏈淀粉比例。

圖4 不同研磨方式對小米粉的色度的影響Figure 4 Effect of different milling methods on the chromaticity of millet flour

2.5 不同研磨方式對小米粉糊化特性的影響

粉體的糊化特性與淀粉顆粒有關，升溫過程中淀粉顆粒會膨脹增大，淀粉分子大小形態、直鏈淀粉和支鏈淀粉比值、損傷淀粉程度和實驗條件等都會對淀粉的糊化特性產生影響[12]，另一方面淀粉顆粒的膨脹也會受到其他化合物的影響[21]，例如蛋白質、脂肪等。黏度是反應粉體中淀粉品質的重要指標，測定淀粉黏度隨溫度的變化規律，可以更好地評估樣品在面制品中的應用特性。由表1 可知，不同研磨方式對峰值黏度、最低黏度和最終黏度有顯著影響(p<0.05)。

表1 不同研磨方式對小米粉糊化特性的影響Table 1 Effect of different grinding methods on the pasting characteristics of millet flour

峰值黏度是淀粉開始糊化并達到黏度峰值的狀態值，與淀粉顆粒大小，支鏈淀粉含量有關。峰值黏度過低，導致面團發黏，做面制品時發酵性能和面食品質差。小米粉粒徑越小達到峰值時間越長。濕磨達到峰值時間最長，糊化溫度最低，小米粉粒度越小，越容易糊化，水分子更容易滲透到淀粉顆粒內部，淀粉可以更容易溶脹，所以粉體糊化溫度越低。崩解值為溶脹淀粉顆粒破裂程度，反應淀粉糊的熱穩定性，崩解值越大淀粉的熱穩定性越差，濕磨獲得小米粉崩解值最小，說明其淀粉的熱穩定性較好?；厣档拇笮》磻朔垠w的抗老化程度，回生值越小粉體抗老化性能越好，粉體抗老化性高更適合制作烘焙食品。濕磨制得小米粉的回生值顯著低于直接研磨和球磨制得小米粉，由此可以看出，濕磨可以提高粉體的加工性能。黏度特性之間的差異可能會影響到最終產品特性，因此，適當的降低原料粒度對小米面制品品質有益處。

3 討論與結論

與球磨和直接粉碎相比，濕磨可以顯著降低粉體粒徑，提高粉體的持水性、持油性和糊化特性，降低粉體休止角、堆積密度，使粉體流動性和均勻性更好。這些特性直接影響小米粉的加工特性以及食品的感官性質，粉體粒徑越小其成品口感越細膩。也有研究表明小米粉的糊化特性與凝膠特性受粉體粒徑大小的影響，粒徑越小影響越大[22]。小米粉堆積密度隨粒徑先增大后減小，沈建鋒等[23]對稻殼粉堆積密度的研究得出相同結論。魏春紅等[24]研究表明小米粉粒徑大小會影響小米饅頭硬度和比容，粒徑越小，饅頭硬度越大，比容越小。王兆然等[25]研究表明小米粉粒度會影響小米蛋糕的質構特性和感官品質。CHEN 等[26]報道粉體顆粒較小時，其淀粉具有較大的凝膠強度，可加工性更高。小米粉的持水性和持油性直接影響其面團的口感與質地，進而影響其制品的感官品質。小米粉的持水性越大，其制品會更加柔軟有彈性，持油性越大，小米粉中油脂更容易分散，進而使其制品口感更細膩，柔軟，并且可以延長小米制品保質期。仲虹霖等[20]研究表明，添加持水性和持油性大的粳米粉對面包品質具有積極影響。糊化特性與淀粉性質關系密切，淀粉性質直接影響食品品質，峰值黏度低的粉體發酵時導致面團發黏，崩解值大的粉體中熱穩定性越好其制作食品烘焙過程中不易烤焦，回生值低的粉體抗老化性能較好，其制作成食品不易變硬，保存時間較長。小米粉的色度會影響其制品呈色，直接影響消費者的滿意程度。濕磨、旋風磨和超微粉碎3 種制粉方式對大米粉及其無麩質面包特性的影響研究結果表明，濕磨的制粉方式使大米粉理化性質較好，進而使其制作出的大米面包擁有最大的比容和最高的感官評分[27]，因此在制作小米面包時，通常選擇濕磨的研磨方式。不同研磨方式對蕎麥粉理化性質的研究中得出同樣結論[28]。研磨方式不同，小米粉理化性質不同，因此可以根據食品特性選擇合適的研磨方式。

本試驗研究了3 種研磨方式對小米粉理化性質的影響，由于研磨力、強度等條件的影響，小米粉理化性質隨之改變。與球磨和直接粉碎相比，濕磨具有最低的平均粒徑。濕磨法制得小米粉持水性和持油性顯著增大，堆積密度隨粒徑先減小后增大,休止角變化則與之相反，濕磨制得小米粉休止角最小，表明其流動性更好。RVA 測定表明，濕磨黏度高于球磨和直接粉碎，糊化溫度低于球磨和直接粉碎。由于濕磨是先將谷物浸泡后再進行研磨，谷物浸泡后變軟更容易研磨，并且減小了機械力對谷物的沖擊，使平均粒徑降低，改善其理化性質。濕磨可以改善和提高小米的各種加工性能及食用品質，這對小米和小米食品的研究、開發有著重要的意義。