改性青稞粉替代小麦粉对小麦粉、面团和面条特性及品质的影响

《Foods》：Substitution of Wheat Flour with Modified Highland Barley Flour Affects Properties and Quality of Wheat Flour, Dough, and Noodles

　　

青稞（HB）营养丰富，但其低面筋含量限制了其在小麦基主食产品中的应用。本研究系统比较了以10–30%比例用超微粉碎改性青稞粉（SG-HBF）或超声波改性青稞粉（US-HBF）替代小麦粉对小麦粉、面团和面条特性及品质的影响。结果表明，SG-HBF降低了混合粉的峰值粘度、崩解值和回生值，增强了其热稳定性和抗老化特性；而US-HBF则显著提高了粘度。当SG-HBF ≤ 15%或US-HBF ≤ 20%时，面条保持良好的感官和烹饪品质。超过这些阈值，烹饪损失急剧增加，总体可接受性下降。在相同替代比例下，SG-HBF在水分布、烹饪损失和感官评分方面优于US-HBF，提供了更好的加工效率，而US-HBF提供了更高的弹性和更低的断条率，适用于需要面条完整性的产品。本研究为改性HBF在小麦基产品中的应用提供了参考。

近年来，随着饮食结构调整成为预防慢性病的重要策略，青稞（highland barley, HB）因其高β-葡聚糖和膳食纤维含量而备受关注，但其低面筋蛋白含量限制了在小麦主食（如面条）中的应用。为改善这一问题，物理改性方法如超微粉碎（superfine grinding, SG）和超声波（ultrasonic, US）处理被广泛研究，但两者在小麦面条生产中的系统比较尚未见报道。因此，研究人员在《Foods》期刊发表论文，系统比较了以10–30%比例用超微粉碎改性青稞粉（SG-HBF）或超声波改性青稞粉（US-HBF）替代小麦粉后，对混合粉、面团和面条特性的影响，并明确了各改性方法的适用条件和优势。研究结果表明，SG-HBF在≤15%替代比例下能保持良好感官和烹饪品质，降低烹饪损失并提高热稳定性；US-HBF在≤20%替代比例下提供更高弹性和更低断条率，但烹饪损失较高。该研究为青稞粉在小麦制品中的改性应用提供了理论依据和工艺参考。

主要关键技术方法：研究人员制备了超微粉碎改性青稞粉（SG-HBF）和超声波改性青稞粉（US-HBF），并以10–30%比例（w/w）替代小麦粉形成混合粉。使用快速粘度分析仪（RVA）测定糊化特性；扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构；X射线衍射（XRD）分析结晶特性；傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合高斯解卷积评估面团蛋白质二级结构变化；色差计（CR-400）测定面条颜色参数；低场核磁共振成像分析仪（LF-NMR）分析水分分布；测定烹饪损失率、最佳烹饪时间和断条率；质地分析仪（TA-XT plus）进行质构剖面分析（TPA）；20名训练评估员采用9点快感标度进行感官评价。所有实验重复三次，采用方差分析（ANOVA）和邓肯检验（p < 0.05）。

在3.1 混合粉的糊化特性研究中，通过RVA测定发现，SG-HBF替代降低了混合粉的峰值粘度、崩解值（breakdown, BD）和回生值（setback, SB），表明其提高了热稳定性和抗老化能力；而US-HBF则显著增加了粘度，BD和SB值升高，但随替代比例增加（>20%）粘度下降，因膳食纤维竞争水分。

在3.2 混合粉的微观结构研究中，SEM观察显示，SG-HBF替代超过15%时，青稞淀粉颗粒表面粗糙、形态破坏，25%时开始聚集；US-HBF在低于25%替代时颗粒形态完整，超过25%则大量聚集。相同替代比例下，US-HBF颗粒完整性更好，解释了其更高粘度参数。

在3.3 混合粉的X射线衍射研究中，XRD图谱显示所有样品呈现典型A型衍射峰，SG-HBF替代使相对结晶度先升后降，20%时达最大值70.48%；US-HBF替代后结晶度总体高于对照组，但超过15%后下降，表明过度超声破坏结晶区。

在3.4 面团的傅里叶变换红外光谱研究中，FTIR分析显示，随改性HBF替代增加，吸收峰右移，表明氢键含量增加；酰胺I带解卷积发现，β-折叠含量显著下降，α-螺旋和无规卷曲含量先增后减，β-转角含量在过度替代时增加，表明面筋网络从有序向无序转变。相同替代量下，US-HBF对二级结构影响更大。

在3.5 面条的颜色研究中，色差计测定表明，随改性HBF替代增加，面条亮度值（L^*）和黄度值（b^*）降低，红度值（a^*）升高。相同替代量下，SG-HBF面条L^*和a^*低于US-HBF，而b^*更高，归因于SG处理粒径更小、混合更均匀。

在3.6 面条的水分分布研究中，LF-NMR分析显示，面条存在两个水群：T₂₁（结合水，5.93–10.97 ms）和T₂₂（自由水，91.12–202 ms）。SG-HBF替代≤20%时，结合水含量（A₂₁）较高，超过25%时显著下降；US-HBF替代在10–30%时A₂₁均显著下降，自由水增加，表明US处理破坏面筋网络，限制水分有效分布。

在3.7 面条的烹饪特性研究中，随改性HBF替代增加，烹饪损失率、最佳烹饪时间和断条率均显著增加。SG-HBF替代≤20%时烹饪损失缓慢增加，超过20%后急剧上升；US-HBF替代≤15%时烹饪损失急剧增加，之后趋缓。相同替代比例下，US-HBF面条烹饪损失和最佳烹饪时间更高，但断条率更低，归因于US处理使面粉结构更致密、持水性增强。

在3.8 面条的质构特性研究中，TPA测试显示，随改性HBF替代增加，硬度和咀嚼性显著提高，因膳食纤维吸水膨胀增加密度；内聚性和回复性降低，因面筋稀释和膳食纤维竞争水分。US-HBF面条内聚性降低更明显，与FTIR观察到的二级结构变化一致。弹性在SG-HBF≤25%或US-HBF≤20%时保持，过度替代后下降。

在3.9 面条的感官评分研究中，感官评价显示，随改性HBF替代增加，所有感官指标（颜色、外观、味道、风味、硬度、韧性、总体可接受性）均下降。替代比例低于20%时，评分保持在可接受水平（>7分）；超过20%后评分下降，因苦味、硬度增加及颜色变深。相同替代比例下，SG-HBF面条感官评分更高，与其较低烹饪损失、较短烹饪时间和更好颜色整合一致。

结论部分翻译：本研究系统研究和比较了用SG-HBF和US-HBF替代小麦粉对小麦粉、面团和面条特性的影响。在10–30%替代范围内，SG-HBF降低了峰值粘度、崩解值和回生值，表明提高了热稳定性和抗回生特性；而US-HBF显著增加了混合粉的粘度。SG-HBF或US-HBF降低了面条的亮度并加深了颜色。随着改性HBF替代比例的增加，面筋网络从有序结构转变为无序构象。水分分布分析表明，当SG-HBF替代比例低于20%或US-HBF低于10%时，结合水含量保持相对较高。当SG-HBF替代比例低于15%且US-HBF替代比例低于20%时，它们对微观结构和淀粉结晶特性有积极影响，面条能保持良好感官和烹饪品质。过量的SG-HBF（>15%）或US-HBF（>20%）增加了面条的烹饪损失率，降低了面条的弹性和感官品质。SG-HBF提供较低的烹饪损失和较短的烹饪时间，适用于加工效率。US-HBF提供较高的弹性和较低的断条率，适用于需要面条完整性的产品。本研究结果确立了SG-HBF和US-HBF在面条中的应用价值，并为物理改性HBF在小麦制品中的深入应用提供了理论基础。