荞麦面条配方优化及其体外消化特性

面条是我国传统主食之一，因其方便、快捷、加工简单而受到消费者的喜爱。但随着小麦加工精度的提高，面粉中膳食纤维、矿物质和B 族维生素大量流失，长期食用精加工小麦粉制备的面条会造成“主营养过剩、微量营养元素缺乏”[1]，传统的面条已经无法满足人们对健康饮食的需要[2]。通过添加杂粮制备杂粮面条可以提高传统面条膳食纤维、功能性因子含量，改变面条的营养结构[3]。近年来，荞麦、燕麦、青稞、小米及各种豆类都被用于杂粮挂面的开发[4-8]，受到极大关注。

荞麦起源于中国并在世界范围内广泛种植，中国、日本、韩国、美国等是荞麦的主要种植和消费国[9]。荞麦富含优质蛋白质和淀粉，具有不同于小麦的特性，如，荞麦中富含赖氨酸和抗性淀粉，具有很高的生物学价值，优于传统谷物粮食；此外，荞麦还富含膳食纤维、β-葡聚糖、矿物质、维生素和其它生物活性物质（如类黄酮、植物甾醇、肌醇、游离和结合的酚酸以及苯丙醇苷）[10]，对高血压、高胆固醇、糖尿病和其它心血管疾病、慢性疾病等有积极预防和治疗作用[11-13]。通过在小麦中添加荞麦可以制备成具有一定保健功效的杂粮面条，这大大提高传统面条的营养价值，满足消费者营养多元化需求。研究发现，荞麦面条与小麦面条相比具有极高的抗氧化活性和较低的血糖生成指数（estimation of Glycemic Index，eGI）[14]；通过挤压工艺制备的纯荞麦面条可以有效地维持餐后血糖的稳定，起到饱腹作用，作为日常膳食摄入可以起到降低血糖、预防糖尿病等慢性疾病的作用[15]。荞麦面条中荞麦粉添加量越高，其保健功效越好，但是由于荞麦中不含面筋蛋白，不能形成类似于小麦的面团强度和蛋白网络结构，在制备荞麦面条传统压延工艺中，添加过量的荞麦粉会导致面团可塑性和稳定性下降，面条的口感和质构特性大大降低[16]，而使用面条品质改良剂将会有效提升面条的品质。

本文研究荞麦粉、水、谷朊粉、食盐和魔芋胶添加量对荞麦面条蒸煮特性和质构特性的影响，在单因素试验的基础上通过正交试验确定荞麦面条最优配方。此外，对比最优配方下荞麦面条和小麦面条蒸煮、质构和淀粉体外消化特性的差异，以期为荞麦面条的品质提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高筋小麦粉：五得利面粉集团有限公司；石磨荞麦粉：内蒙古格琳诺尔生物股份有限公司；α-淀粉酶（30 U/mg）、淀粉葡糖苷酶（10 万U/g）、胰蛋白酶（250 U/mg）：上海源叶生物科技有限公司；谷朊粉：河南福佳康生物科技有限公司；精制盐：中盐上海市盐业有限公司；魔芋胶：河南万邦实业有限公司；NaOH、HCl、葡萄糖、无水乙醇、3，5-二硝基水杨酸（dinitrosalicylic acid，DNS）、磷酸盐缓冲（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

AG110-25 压面机：北京香荷万寿山食品机械厂；TA-XTPlus 质构仪：英国Stable Micro System 公司；ASM-DA1000 和面机：北美电器有限公司；UV-2800分光光度计：尤尼柯（上海）仪器有限公司；CF-100 A醒发箱：中山卡士电器有限公司；CS 580 A 色差计：杭州彩谱科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 荞麦面条的制备

取500 g 含有20%荞麦粉的小麦-荞麦混合粉，并以此为基准加入32%水，5%谷朊粉，0.9%食盐，0.2%魔芋胶，25 ℃和面10 min 后，将面絮放入湿度85%，温度35 ℃的醒发箱中熟化30 min，之后将面条在压面机中通过反复压片至表面光滑并用切刀切成2 mm 的圆面条，室温晾干并切成20 cm 长备用。

1.3.2 单因素试验和正交试验

研究荞麦粉、水、谷朊粉、食盐和魔芋胶添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响，各因素水平见表1。

在单因素试验中参考1.3.1 面条的配方，对考察的因素水平进行调整，在单因素基础上根据各因素较优水平进行四因素三水平正交试验，确定最优工艺配方，正交试验因素水平见表2。

1.3.3 荞麦面条蒸煮特性测定

1.3.3.1 蒸煮时间

取20 根长20 cm 面条，放入沸腾的蒸馏水中煮一段时间后每隔30 s 挑起一根面条，用刀切开，直至面条中间的白芯全部消失，记录时间，即为面条的蒸煮时间。

1.3.3.2 蒸煮断条率

取40 根20 cm 面条置于1 L 沸水中，在蒸煮时间下煮制，结束后用竹筷将面条轻轻挑出，计算断裂面条数量，按照下式计算面条蒸煮断条率。

1.3.3.3 蒸煮吸水率和蒸煮损失率

取20 g 面条并计算其干重（W1），置于1 L 沸水中，在烹调时间下煮制，结束用漏勺捞出沥水后称重（W2），然后将其放入烘箱中烘到恒重（W3），分别按下式计算蒸煮吸水率和蒸煮损失率。

1.3.4 面条质构特性分析

面条在蒸煮时间下煮制后，过凉水10 s，采用以下方式对面条质构进行分析。

1.3.4.1 全质构测定

全质构测定探头型号为P36/R，采用压缩模式、测试前运行速度1 mm/s、测试速度5 mm/s、测试结束返回速度5 mm/s、压缩程度75%、触发形式为自动-5 g。每次将3 根面条水平放置于载物台上，对每个试样做6 次平行试验。

1.3.4.2 剪切力测定

剪切力测定探头型号为A/LKB-F，采用压缩模式、测试前运行速度2 mm/s、测试速度0.8 mm/s、测试结束返回速度0.8 mm/s、压缩程度90%、触发形式为自动-3 g。每次将3 根面条水平放置于载物台上，面条之间要有一定的间隔。对每个试样做6 次平行试验。

1.3.4.3 拉伸强度测定

拉伸强度测定探头型号为Code A/SPR，采用拉伸模式、测试前速度2 mm/s、测试速度2 mm/s、测试结束返回速度10 mm/s、触发距离100 mm、触发形式为自动-0.5 g。每次将1 根面条缠绕固定在两个平行的摩擦轮之间（面条在被拉的过程中不能松动），上面的轮子匀速的向上拉伸面条，直至面条断裂。对每个试样做6次平行试验。

1.3.5 面条色差测定

取最优工艺条件下制备的荞麦面条粉碎后过80目筛网，采用色差计测定面条的色差，记录L*、a*和b*值。

1.3.6 荞麦面条淀粉消化特性和血糖生成指数

参照文献[17]并做少许修改，取0.5 g 煮熟的荞麦面条于50 mL 离心管中，加入5 mL 0.01 mol/L NaOH溶液和15 mL 0.1 mol/L 的磷酸盐标准缓冲液（pH6.8），然后加入适量α-淀粉酶，淀粉葡糖苷酶和胰蛋白酶，随后使样品在37 ℃下恒温水浴振荡3 h，分别在0、20、60、90、120、150、180 min 下取出0.1 mL 消化液，加入0.5 mL 无水乙醇灭酶，采用DNS 比色法测定消化液中葡萄糖含量并计算淀粉水解率，不同时间下淀粉水解葡萄糖含量记为FG、G20、G60、G90、G120、G150、G180。其中，快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）含量、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）含量和抗性淀粉（resistant starch，RS）含量按照下面公式计算，其中样品中总淀粉含量（total starch，TS）按照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》中的方法进行测定。

淀粉的体外消化水解曲线遵循一级反应方程式，通过对样品和参考食品淀粉水解曲线下面积（area under the curve，AUC）的积分得到淀粉水解指数（Hydrolysis Index，HI），根据HI 值预估荞麦面条eGI[18]，具体计算公式如下。

1.4 数据处理

每组试验重复3 次，结果用平均值±标准差表示，采用excel 或origin 2018 对所得数据进行作图处理。采用SPSS 通过一元方差分析进行多个组间平均数的比较，如果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。

2 结果与分析

2.1 水添加量对荞麦面条蒸煮特性和质构特性的影响

水添加量对荞麦面条蒸煮特性和质构特性影响分别见表3和图1。

从图1和表3可以看出，面条蒸煮时间为5.00 min到6.00 min 时，蒸煮断条率小于5.00%。蒸煮吸水率随着水添加量的增加而增加，在水添加量36%时最大，为215.90%；蒸煮损失率在水添加量34%时最大，为6.57%。面条咀嚼性和剪切力都随水添加量的增加呈先减小后增加的趋势，水添加量34%时咀嚼性最小，为2 137.31 g；而剪切力在水添加量30%时最低，为57.41 g；拉升强度和拉伸距离整体上都随着水添加量增加而减小。

吸水率反映了面条蒸煮过程中对水的吸收能力，吸水率过高，面条太软没嚼劲；吸水率太低表明面条太硬。蒸煮损失率反映了面条在蒸煮过程在水中的损失程度，损失率越小，面条耐煮性越好，不易糊汤；损失率越大，说明在煮制过程中不耐煮易糊汤[19]。咀嚼性是硬度、内聚性和弹性的综合表现，其与面条的口感关联性很大[20]。面条拉伸强度越大说明面条筋力越好、弹性越好；剪切力越大表明面条的硬度越高。在和面过程中，淀粉和蛋白质吸水溶胀后形成紧密的面筋网络，和面加水量的多少直接影响面条品质。加水过多，形成的面团过于软，不利于后续的加工；水添加量低，制备出的面条干硬、断条多、夹带生粉，口感差[21-22]。水添加量主要影响面团面筋网络的形成，当水添加量过少时面筋网络结构不能充分形成，淀粉颗粒不能被面筋蛋白很好的包埋；而随着水添加量的增加，面筋蛋白网络能通过吸水形成较为完整的网络结构，提升面条的延展性；但是水添加量过多时，湿面条水化过度，面条延伸性增加、拉伸强度降低[23]。含水量较高的面条干燥后会形成更加坚硬难以被水侵入的圆柱形，导致其拉伸距离减少[24]。综合各指标，水添加量32%时面条品质较好。

2.2 荞麦粉添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响

荞麦粉添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响见表4和图2。

从图2和表4可以看出，面条蒸煮吸水率和蒸煮损失率随着荞麦粉添加量的增加变化范围较小。但是面条的咀嚼性和剪切力随着荞麦粉添加量的增加先增加后减小，在添加量为20%时最大，分别为2 884.73 g和106.34 g。而拉伸强度在荞麦粉添加量12%～16%时无显著变化，在添加量为20%～24%时显著增加，在添加量为28%时降到19.10 g。拉伸距离随着荞麦粉条添加量的增加而降低，在添加量12%时为40.97 mm，在添加量为28%时降低到12.34 mm，降低了73.91%。

荞麦粉中不含面筋蛋白，荞麦粉的添加会稀释面团中面筋蛋白含量，研究发现通过常规粉碎的荞麦粉的添加可使面团吸水率和稳定时间降低、形成时间和弱化度增加[25]，这会导致面条的品质降低。但是荞麦淀粉具有很强的凝胶特性，在一定程度上能够弥补因面筋蛋白缺少而导致的质地恶化[26]。因此在这两者的作用下，面条的质构呈现出不同变化趋势。在荞麦面条制备过程中，更多荞麦粉的添加能够提升面条营养品质，但是会导致面条品质的降低，因此，综合面条蒸煮和质构特性荞麦粉添加量为16%～24%相对适宜。

2.3 谷朊粉添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响

谷朊粉添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响见表5和图3。

从图3和表5可以看出，添加不同量谷朊粉后面条的烹调时间在5.50 min 到6.00 min 之间，变化幅度不大。蒸煮断条率随谷朊粉添加量的增加而增加，添加量为7%时断条率为10.00%，而添加量为8%时断条率为12.50%；不同谷朊粉添加量的面条蒸煮吸水率和损失率都无显著性差异。面条质构特性总体都呈先增加后减小的趋势，添加量为7%时咀嚼性、剪切力和拉伸强度都为最大值，分别为4 114.85、111.77、33.771 g，而拉伸距离在添加量为6%时最大，为35.16 mm。

荞麦粉中醇溶蛋白和谷蛋白含量低，荞麦粉的加入会导致面筋蛋白含量降低，面筋形成的网络不能有效包裹淀粉，因此在混合粉中添加谷朊粉对提升面条的品质具有重要的作用。谷朊粉的添加能形成大量二硫键，通过氢键、离子键和疏水作用改变面团的物理性质[27]。随着谷朊粉添加量的增加，混合粉中蛋白质含量提高，面条的品质显著提升[28]。适量的谷朊粉能弥补面筋蛋白含量的不足，形成结构较好的面筋网络，但是由于蛋白组分比例、分子量分布和各组分之间的相互作用，过量的谷朊粉并不能使面团达到纯小麦粉面团的品质，面团特性反而有所下降[29]。此外，谷朊粉增加导致的面团吸水率整体上呈增加趋势，在加水量一定的情况下，高添加量谷朊粉面团中的面筋网络并不能形成完整的面筋网络，导致蒸煮断条率增加，质构指标下降。综合各指标，谷朊粉添加量4%～6%较好。

2.4 食盐添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响

食盐添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响见表6和图4。

从图4和表6可以看出，食盐添加量0.5%时蒸煮时间最低，为4.50 min；食盐添加量0.9%最高，为6.00 min。添加不同量食盐的面条，蒸煮断条率小于2.50%。蒸煮吸水率和损失率在食盐添加量0.7%时最高，分别为243.73%和6.14%。咀嚼性随食盐添加量的增加先减小后增加，添加量0.9%时最低，为2 985.60 g；剪切力随着食盐添加量的增加而降低，添加量1.3%时最低，为69.71 g；拉伸强度在添加量0.3%～0.9%时，变化不大，之后随添加量的增加而降低；拉伸距离整体上随食盐添加量的增加先增加后降低，在添加量0.9%时最高，为35.16 mm。

溶于水的食盐具有较高的渗透压，在面团搅拌时可以促进面筋蛋白吸水并形成较好的面筋网络，适量的食盐能够改善面筋强度，使面筋网络结构变得更加紧密。研究表明食盐的添加（范围0%～1.0%）能够降低面条烹调时间和蒸煮损失率、增加蒸煮吸水率[30]；但是在食盐添加量较高范围（1.0%～3.0%），吸水率随食盐添加量增加而减小，而蒸煮损失率随食盐添加量增加而增加[31]。适量食盐能够促进面团形成，过多食盐会与面筋竞争水分，阻碍面筋蛋白网络的形成，进而造成面筋结构松散，面条拉伸、剪切力降低[32]。因此，综合各指标食盐添加量为0.7%～1.1%相对适宜。

2.5 魔芋胶添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响

魔芋胶添加量对面条蒸煮特性和质构特性的影响见表7和图5。

从图5和表7可以看出，魔芋胶添加量0.05%时蒸煮时间最低，为5.00 min；魔芋胶添加量0.15%最高，为6.50 min。添加不同量魔芋胶的面条，蒸煮断条率小于2.50%。蒸煮吸水率和损失率都随魔芋胶添加量的增加而呈先增加后减小的趋势，在魔芋胶添加量为0.20%最大，分别为193.92%和4.62%。面条咀嚼性随魔芋胶添加量的增加呈先减小后增加的趋势，在添加量0.20%时有最小值，为2 884.73 g。剪切力、拉伸强度和拉伸距离随魔芋胶添加量增加而减小，添加量0.30%时最小，分别为50.32、17.75 g 和17.07 mm。

魔芋胶是一种亲水性多糖，具有很强的亲水性、凝胶性和膨胀性，能够改变面团流变学特性和结构；此外，魔芋胶能够加强蛋白之间的交联，进而形成更加稳定、紧密的网络结构。在面条中添加亲水胶体可以改善淀粉糊化和流变特性，减少淀粉发生脱水缩合，抑制淀粉老化，从而提高面条的加工特性[33]。但是也有研究认为，魔芋胶在添加量较低时，其与面筋蛋白争夺水分，进而影响面筋网络的形成；而在添加量较高时，魔芋胶自身能形成类似聚糖网络的结构；但是过高的吸水率也会导致面筋蛋白水合不充分，面团的均匀性降低[34]。陈煜等[35]发现随着多糖添加量的增加蒸煮吸水率和拉伸距离先增加后减小，蒸煮损失率、咀嚼性、拉伸强度增加，这主要是由于多糖不同结构和特性造成的。综合各指标，魔芋胶加量为0.10%～0.20%时面条品质较好。

2.6 荞麦面条工艺优化

在单因素试验的基础上选取荞麦粉、谷朊粉、食盐和魔芋胶添加量设计四因素三水平正交试验，以咀嚼性为考察指标进行工艺优化，正交试验设计水平和结果见表8。

由表8可知，从极差值来看，对荞麦面条咀嚼性影响大小顺序为C＞D＞A＞B。由极差分析得最优工艺组合为A1B1C2D3，但是该组合并未在正交试验中。因此需进行验证，通过验证试验，测定所得面条咀嚼性为（3 423.89±253.21）g，该测定值高于正交试验中的测定值。因此，荞麦面条制备最佳工艺为荞麦粉添加量16%，谷朊粉添加量4%，食盐添加量0.9%，魔芋胶添加量0.20%。

2.7 荞麦面条蒸煮特性和消化特性

在最优条件下制备得到了荞麦面条，比较其与小麦面条蒸煮特性、质构特性的差异，结果见表9。

从表9中可以看出，荞麦面条的L*值相对小麦的低，仅为87.68。荞麦面条和小麦面条蒸煮特性除蒸煮断条率外无显著性差异。但是荞麦面条的咀嚼性、剪切力、拉伸强度显著高于小麦的面条，荞麦面条的剪切力为204.58 g，而小麦面条的剪切力仅为121.50 g。这说明通过工艺优化所得面条品质与小麦面条相当，小麦面条比荞麦面条口感更加的顺滑。

荞麦面条和小麦面条淀粉体外消化特性见图6和表10。

从图6可以看出，面条淀粉水解主要发生在前60 min。荞麦面条在20 min 时，淀粉水解率稍微高于小麦面条，之后小麦面条淀粉水解率一直高于荞麦面条；消化终点时（180 min），荞麦面条和小麦面条淀粉水解率分别为78.55%和85.44%。由表10可知，荞麦面条中抗性淀粉含量比小麦粉淀粉高6.18%，荞麦面条eGI比小麦面条低3.32。这说明在最佳工艺下制备的荞麦面条仍属于高GI 食品，但是荞麦粉的添加还是能在一定程度降低餐后血糖的上升。一般而言，膳食纤维会阻碍淀粉的水解，导致还原糖的释放水平降低，从而降低预测血糖指数[36]，与Wolter 等[37]用荞麦制备低GI 面包的结果相同。研究发现全荞麦面条相对低含量荞麦面条血糖峰值晚出现15 min，血糖增长曲线也呈现缓升缓降的趋势，餐后血糖的波动较小[15]。这表明荞麦添加量较高可抑制血糖的升高，提高荞麦粉添加量是降低荞麦面条的eGI 的一种方法。

3 结论

本文系统研究荞麦粉、水、谷朊粉、食盐和魔芋胶添加量对荞麦面条蒸煮特性和质构特性的影响。在单因素试验的基础上选取荞麦粉、谷朊粉、食盐和魔芋胶添加量4 个因素，通过正交试验确定了荞麦面条的最佳工艺：荞麦粉添加量16%，谷朊粉添加量4%，食盐添加量0.9%，魔芋胶添加量0.20%。此外，比较最佳工艺下制备的荞麦面条与小麦面条蒸煮特性、质构特性和消化特性。通过研究发现添加荞麦后面条的白度降低，蒸煮特性两者没有显著区别，但是荞麦面条的咀嚼性、剪切力、拉伸强度和拉伸距离高于小麦面条。面条淀粉的体外消化特性表明，荞麦面条和小麦面条在消化终点时淀粉水解率分别为78.55%和85.44%；荞麦面条中RS 含量比小麦面条高6.18%，荞麦面条eGI 比小麦面条低3.32。通过研究说明在最优工艺下制备的荞麦面条虽然属于高GI，但是添加荞麦还是能在一定程度降低餐后血糖的上升，在后续研究中将尝试多种提升面条中荞麦粉添加量的方法。

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Optimization of Buckwheat Noodle Formula and Its Starch Digestibility in vitro

SHI Jian-bin1，SUI Yong1，CAI Sha1，HE Jian-jun1，XIONG Tian1，FAN Chuan-hui1，CHEN Xue-ling1，JIA Zhi-wen1，WANG Shao-hua1，CAI Fang1，JIANG Xiu-jun2，MEI Xin1*
（1.Institute of Agro-Product Processing and Nuclear-Agricultural Technology，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Hubei 430064，Wuhan，China；2.Hubei Jinyinfeng Food Co.，Ltd.，Suizhou 441300，Wuhan，China）

Abstract：Buckwheat is a kind of nutritious minor grain crop.The nutritional value of traditional noodles can be improved to meet the diversified nutritional needs of consumers by adding buckwheat to wheat.This study was performed to examine the effect of water，buckwheat flour，gluten，salt and konjac gum addition on the cooking and textural properties of buckwheat noodles by single factor test.Orthogonal test was performed to determine the optimal technology of buckwheat noodles by selecting buckwheat flour，gluten，salt and konjac gum addition as follows: buckwheat flour 16%，gluten 4%，salt 0.9%，konjac gum 0.2%.In addition，the properties of buckwheat noodles prepared with the optimal technology were compared with those of the wheat noodles.The results showed that the chewiness，shear force，tensile strength and tensile distance of buckwheat noodles were higher than those of the wheat noodles.The starch hydrolysis rates of buckwheat noodles and wheat noodles were 78.55% and 85.44%，respectively.The content of resistant starch in buckwheat noodles was 6.18% higher than that in wheat noodles，while the glycemic index（GI）of buckwheat noodles was 3.32 lower than that of wheat noodles.

Key words：buckwheat；noodles；cooking properties；texture properties；starch digestion

DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2023.10.021

基金项目：湖北省重点研发计划项目（2020BBB064）

作者简介：施建斌（1984—），男（汉），副研究员，博士，主要从事粮食加工及副产物加工利用研究。

*通信作者：梅新（1978—），男（汉），研究员，博士，主要从事粮食加工及副产物加工利用研究。

引文格式：施建斌，隋勇，蔡沙，等.荞麦面条配方优化及其体外消化特性[J].食品研究与开发，2023，44（10）：153-161.

SHI Jianbin，SUI Yong，CAI Sha，et al.Optimization of Buckwheat Noodle Formula and Its Starch Digestibility in vitro[J].Food Research and Development，2023，44（10）：153-161.

加工编辑：孟琬星

收稿日期：2022-03-03