小米能否制作面條的實驗研究:兼論喇家面條的成分
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作者: 葛 威 劉 莉 陳星燦 金正耀
摘要:根據中國西北部喇家遺址出土的面條狀遺存,面條的歷史被追溯到4000年前。喇家面條被描述為由帶殼的小米磨成的粉制成面團并通過反復拉伸或擠壓的方法制作而成。為了了解這種面條制作工藝,我們進行了面條試制實驗和煮面實驗,并記錄了面條中的淀粉粒在烹調過程中發生的形態變化。研究表明,純的粟黍面粉制成的面團不能拉伸成面條,煮過的粟黍淀粉粒形態也與喇家“面條”遺存中的“淀粉?！辈环?。我們認為來自喇家“面條”的小米穎殼植硅體及似淀粉粒的顆粒是否來自面條需要進一步研究。
關鍵詞:面條;古代淀粉粒;糊化淀粉粒;粟;黍;喇家遺址;考古學;中國
Abstract:The earliest noodles have been dated to 4000 years ago, based on the discovery of remains at Lajia in north western China. The Lajia noodles were described as having been made by repeatedly stretching dough composed of millet flour with husks. In order to try to understand this manufacturing technique we carried out simulation experiments in noodle-making and documented morphological changes in noodle starches caused by cooking. Our research demonstrates that it is impossible to stretch pure millet dough into noodles. We conclude that the husk phytoliths and starch-like granules said to be from the Lajia noodle remains may actually not have been part of the noodles themselves.
Key words:Noodles; Ancient starch; Gelatinized starch; Millet; Lajia site; Archaeology; China
前言
面條是世界上最受歡迎的主食之一。在中國,有關小麥粉制作面條的文字記錄到漢代才出現(1)。但是青海喇家的齊家文化遺址的陶碗中出土的面條狀遺存將這一歷史上溯到了4000年前。呂厚遠等學者(2)根據淀粉粒和植硅體分析,認為喇家面條是由未脫殼小米(包括粟和黍)面粉制成的面團經反復拉伸而成。但是,目前尚無資料表明中國存在這種制作小米面條的方法。
為了檢驗有關小米制作面條的方法,我們進行了相關的模擬實驗。我們嘗試用不同原料的面粉制作面條,并檢測分析了原料中的淀粉粒在制作及煮食面條等過程中的形貌變化。本文將報告上述實驗的結果并據此對前人關于喇家面條的研究中存在的問題展開討論。
面條的特性
面條自古以來就是世界上很多地區的主食,其原料和制作方法千差萬別。從原料而言,雖然小麥粉最常用,但并不局限于此。通過采用不同的工藝,人們也可以用大米、蕎麥等種子磨成的面粉以及從馬鈴薯等原料中提取的淀粉制作面條(1)。
食品科學的研究表明面筋蛋白在制作面條和面包這一類食品的過程中對于形成面團的拉伸性和彈性起到至關重要的作用。面筋蛋白僅存在于小麥、大麥及黑麥等麥類的種子中(3)。小米,包括粟和黍,以及其它一年生的小型禾本科種子均不含面筋蛋白,因此不適合制作面條或面包(4)。但是,這并不排除可以在面條的配料中加入一定比例的小米面粉。洛倫茲(Lorenz)和迪爾薩佛(Dilsaver)(5)曾經報道在制作面條時最多可以用60%的黍面粉代替小麥粉,即在這一比例下仍然可以通過一個擠壓成形設備將混合面團制作成面條形狀。但是,他們也發現,當替換量大于40%時,擠壓變得困難而且制作出的面條很粗糙,并認為這是由于黍面粉中含有較高灰分造成的。以上研究說明小米面粉由于自身生化組分的缺陷而不適于制作面條。
模擬實驗
我們的實驗包括兩部分:一部分是面條試制和水煮實驗;另一部分是對水煮前和水煮后的面條淀粉粒進行的檢測和形態比較。
材料和方法實驗所用材料包括中國出產的脫殼粟、黍及小麥種子,還有購于澳大利亞一處市場的小麥面粉。粟和黍的種子先用杵臼碾磨20分鐘,并將碾磨后的粟黍面粉用212μm孔徑篩過濾,以獲取精細面粉。然后,將面粉以適當比例與水混合揉制面團并試制面條。
結果結果表明,粟和黍的面團非常粗糙、易碎,拉伸性很差,當試圖拉伸時很容易斷裂,在用搟面杖搟時即成碎片狀。很顯然,無論是單獨的粟或黍還是它們的混合面粉都無法用傳統方法搟制成面條。但是,當我們摻入同樣分量的小麥粉后,發現面團的拉伸性能得到很大改善。在這種情況下,用手搟法制得粟麥、黍麥以及粟黍麥的混合面條,但仍然不如純小麥粉制得的面條精細(圖一)。這與洛倫茲和迪爾薩佛(5)所報道的關于黍面條的研究結果是一致的。之后,對制得的小麥面條及粟黍麥混合面條均進行了烹飪實驗。其方法為先將水燒開,然后下入面條,再煮5分鐘后出鍋。
淀粉粒分析
方法分別對碾磨前的種子、碾磨后的面粉以及水煮后的面條進行取樣。使用配備有微分干涉相差(DIC)及偏振光裝置的Zeiss Axioskop A1型顯微鏡,分別在DIC和偏振光下對樣品進行觀察并記錄形貌變化。主要記錄的指標包括:形狀和大小的變化、表面特征的變化、臍點的變化、輪紋可見性的改變、消光性能的變化等。
結果我們對來自未加工的粟、黍和小麥種子及其碾磨后所得面粉的淀粉粒進行了形態比較(圖二)。鮑伯特(Babot)(6)指出,由于碾磨過程所施加在種子上的摩擦力作用,谷物面粉中的淀粉粒會呈現一些形貌變化。我們注意到,通常以聚集態存在的粟和黍的淀粉粒在摩擦力的作用下分離成為單個淀粉粒,有的出現發自臍點的輻射狀裂痕(圖三, 1a、2a)。商業途徑獲得的小麥粉中的淀粉粒顯示更為強烈的形態變化:小麥淀粉粒的完整性受到破壞,表現為顆粒的開裂和破碎,甚至斷裂(圖三, 6a);有的淀粉粒表面出現方向不一致的刻痕(圖三,3a),有的邊緣變得不規則(圖三,4a),還有的局部的輪紋變得異常清晰(圖三,5a)。與此同時,這些損傷的淀粉粒還顯示出消光特性的改變,表現為消光臂變寬和消光區域擴大(圖三,1b、2b、4b、 5b)。消光特性的改變反映了淀粉粒晶體結構的破壞。有研究表明,玉米淀粉粒在微細化過程中表面變得粗糙,結晶程度不斷降低,最終轉化成非晶態(7),我們的實驗結果與其是一致的。
對煮熟后的小麥面條及麥、粟和黍的混合面條進行了取樣、制片及鏡檢。小麥面條樣品的視野中多呈膠體狀,僅有少量淀粉粒保留有膨脹變形的顆粒輪廓(圖四,1),沒有發現顯示消光特性的顆粒。這表明,面條經過水煮后,其中的淀粉粒幾乎完全糊化?；旌厦鏃l的情況與之類似,其中的淀粉粒也大多糊化(圖四,3、6),即使是很罕見的情況下發現了尚存輪廓的顆粒結構,在偏振光下也不再具有消光特性(圖四,2、4、5)。
根據享利(Henry)等人(8)對小麥、黍及其它幾種作物的種子和面粉進行的加熱實驗,當加熱的時間較短且溫度較低時,淀粉粒的損傷特征不明顯,特別是在普通光鏡下更看不出糊化或膨脹現象。但是,當在偏振光下觀察時,則可觀察到消光臂變寬或消光區域的擴大。消光十字的消失通?？梢宰鳛榧訜釗p傷的可靠指標(8)。在我們的實驗中,煮熟的面條中發現了仍然保持輪廓的淀粉粒卻失去消光特性,這與享利等人的觀察相符合。
我們的面條加熱實驗中淀粉粒的糊化程度很高,這可能是由兩方面的原因造成的。首先,面粉中的淀粉粒事先經過了比較強烈的碾磨,淀粉粒的晶體結構已經遭到一定程度的破壞。其次,開水煮面方法使面條中的淀粉粒處于相對均一的加熱條件下,使得面條中的淀粉粒在水煮后呈現相近的糊化程度。根據托馬斯(Thomas)和阿特維爾(Atwell)(9)的研究,當在大量的水中加熱時,淀粉粒的晶體結構更容易遭到破壞。享利(8)也提到碾磨后的面粉比整粒的種子中的淀粉粒達到糊化所需的時間更短。我們的實驗與這些觀察結果都是符合的。
綜上,我們的模擬實驗表明:(1)用脫殼后的粟或黍加工的面粉無法制成面條,除非加入一定量的小麥粉;(2)碾磨導致淀粉粒在形態及消光特性上的改變;(3)開水煮面5分鐘后,面條中的淀粉粒幾乎全部糊化;(4)水煮后的面條中仍然可見少量淀粉粒,但其形狀發生了改變,同時消光十字消失。
喇家面條
在以上實驗研究的基礎上,我們來討論喇家面條的成分問題。喇家遺址位于青海省民和縣一處黃河岸邊的臺地上,是一處由地震及洪水造成的災難遺址,保存有垂死掙扎的人骨架等災難場景,被稱為“東方的龐貝”(10)、(11)。面條狀遺存發現于一件倒扣的陶碗中,該陶碗位于一個小廣場上的地面建筑內(12)。呂厚遠等人(2)對碗內遺存進行了淀粉粒和植硅體分析,根據所發現的小米淀粉粒和豐富的小米穎殼植硅體推斷面條成分為粟和黍,并進一步認為面條是通過反復拉伸面團的方法制成,類似“拉面”。這個發現一度引起新聞媒體的廣泛關注,宣稱是世界上最古老的面條。
但是,我們發現在喇家面條的相關報道中存在諸多讓人混淆之處。首先是它的取樣方法。僅據研究者發表的面條相片來看,我們會以為圖片上的面條狀遺存就是實驗室工作取樣的對象,其實不然。面條狀遺存發現于一處房屋基址中,倒扣在一個陶碗中。相片是在面條剛發現的時候就拍攝的,當時面條看上去狀態還很完好。之后,發掘者將碗重新扣上,并帶到實驗室。而在重新打開碗時,可能是由于風化和擠壓,面條狀遺物已經“蕩然無存”,僅殘留泥土物質(12)、(13)。在這種情況下,研究者共取了6個樣,其中3個來自與面條最近的那一層附著層,另外3個是在接近陶器口部與面條關系不太大的土層(13)。在喇家面條文章第4段中提到“We analysed the phytoliths and starch grains present in the sediment associated with the noodles.” 翻譯為“我們分析了與面條有關的沉積物中存在的植硅體和淀粉?！?。而在第6段則說“The starch grains found in the noodle sample …”,意為“在面條樣品中發現的淀粉?！薄＿@些陳述讓人弄不清淀粉粒分析的取樣部位究竟是面條本身還是碗底沉積物,亦或兩者都有。如果淀粉粒和大量粟的植硅體是來自沉積層的或來自面條和沉積層,它們都不能代表面條的成分。因為沉積層中的物質可能與面條毫無關系。如果樣品是完全來自面條的,那我們需要知道研究者是如何在“面條狀遺物已經蕩然無存”的情況下從風化的泥土樣品中取樣而避免污染的。
報道中的第二個問題是關于糊化淀粉粒的描述存在錯誤。根據食品科學的研究,在水環境中加熱淀粉粒會導致晶體結構破壞,進而糊化(14)、(15),伴隨著偏光下消光十字的消失(16)。前人的研究以及我們的上述模擬實驗都表明了這一特性。然而,喇家面條研究文章中圖1的說明文字中卻這樣描述:“Although the lamellae characteristics of noodle starch were mostly lost as a result of gelatinization during cooking, their size and cross-shaped birefringence under polarized light are similar to those of starch from the millets.”[2: 967](17) 翻譯為“雖然面條中淀粉粒由于加熱糊化的原故,其輪紋特證幾乎全部消失了,但它們的大小以及偏光下的消光十字都和小米的相似”。
這里面的內容可以概括為三點:(1)本來這些淀粉粒應該有輪紋的,由于煮面的原因,而糊化消失了。(2)雖然沒有了輪紋,但是這些淀粉粒在偏光下的消光十字仍然存在。(3)這些淀粉粒的大小和消光十字的形狀與粟和黍的淀粉粒相似。根據我們的研究和文獻中的報道,這些關于糊化淀粉粒特證的描述是自相矛盾的。
不同種屬來源的淀粉粒具有不同的糊化溫度,一般在50-80℃[17: 23-8]。粟的起始和最終糊化溫度分別為55℃和62℃。黍的糊化溫度與其相似,分別為56.1℃和 61.2℃(18)。按照中國傳統的煮面方法,一般是先將水在容器中燒開,之后放入面條再煮幾分鐘。水在海平面處的沸點是100℃(1個標準大氣壓),因氣壓的變化而在不同海拔高度有不同的沸點。喇家遺址位于青藏高原。據報道,喇家附近西寧地區(海撥為2200米)的井水沸點為93℃(19)。喇家遺址所處的海拔為1800~1900米,該地水的沸點應該和西寧的沸點接近。這一溫度遠遠超過了粟和黍淀粉粒的糊化溫度。如果喇家面條經過了水煮,其淀粉粒應該呈現糊化特征。前人的研究和我們在第三章的模擬實驗都表明,糊化會造成淀粉粒消光特性的顯著變化,即使是短時的加熱,粟和黍的淀粉粒也會呈現明顯的變化。而喇家面條文章中的每個淀粉粒均呈現清晰的消光十字,這與前人及本文關于糊化淀粉粒的研究結果是矛盾的。
輪紋是在顯微鏡下觀察淀粉粒時所看到的圍繞臍點的層狀結構。并非所有的淀粉粒都可以看到清晰的輪紋,輪紋的可見與否是進行淀粉粒鑒定的重要指標之一(20)。我們收集并觀察了中國出產的近20個粟及黍栽培種的淀粉粒,均沒有發現輪紋。在喇家面條研究者后來所發表的文章中涉及的現代粟黍淀粉粒也沒有輪紋(21)、(22)。享利等人(8)對10種舊大陸出產的植物淀粉粒進行了不同方式的烹飪實驗,并觀察淀粉粒的形態變化。他們發現淀粉粒的輪紋在經過短時加熱后變得更清晰了。以上關于輪紋的研究結果與喇家面條文章中的相關描述相矛盾。
喇家面條論文的第三個問題是其結論中的兩個觀點:第一點是說喇家面條的成分是粟/黍,基于對來自沉積層的大量穎殼植硅體以及淀粉粒的鑒定;第二點是完全排除了麥類成分,因為缺少相關證據。而這兩個主要結論都是值得商榷的。
粟和黍的種子都外被穎殼。由于含有較高的硅成分,穎殼難以下咽,并且一般不作為人類的食物成分(23)。不管是粒食還是面食,脫殼都是對粟和黍進行處理的一個必要工序。如果大量的植硅體(多達每克9.81×104 粒和4.36×104粒)果真來自面條的話,就意味著喇家先民碾磨制粉的粟和黍種子未經脫殼。這似乎有悖常理。我們的模擬實驗顯示,即使是脫殼后制得的粟/黍面粉仍然非常粗糙,無法制作面條。用沒有脫殼的粟/黍面粉制作面條勢必更加困難。另外,雖然現代北方地區有使用機械壓制粗糧面條的工藝,但我們不能因此推測這種機械在4000年前的喇家就已存在。況且現代壓制的粗糧面條也不加工未脫殼的面粉。
喇家遺址缺乏大麥和小麥證據,但這并不足以完全排除這兩種植物作為喇家面條成分的可能性。喇家遺址坐落在黃河上游地區,年代大約在距今4000年。目前的考古資料顯示,在比其更早的龍山時代(5000~4000 BP),小麥和大麥遺存已經在黃河流域的考古遺址中普遍存在(24)。在喇家遺址東南方向不足300公里的天水西山坪遺址曾出土中國最早的大麥(4600 cal. BP) 和早期小麥(4650 cal. BP)的炭化種子(25)。說明這一帶比較適于種植麥類作物,并有較長的種植歷史。在喇家遺址所進行的初步的浮選工作發現了粟、黍以及苜蓿的種子,但沒有大麥或小麥(26)。鑒于同一時期甚至更早的時期,在喇家遺址周圍的區域已經發現了小麥遺存,發掘者葉茂林(12)認為小麥也有可能是喇家先民食物結構的一部分。很難想象,如果有更適宜制作面條的小麥粉,喇家先民卻選擇相對難以作為面條原料的粟和黍面粉。一種可能的解釋是,喇家面條確由麥類面粉制成,只是由于煮食過程中的糊化,淀粉粒均已解體,消光十字也不可見,從而造成在分析時被忽略。
討論和結論
根據我們的試制面條模擬實驗,淀粉粒在碾磨以后,不僅表面特征發生了明顯的改變,消光特性也改變很多。就消光特性而言,主要表現為由于晶體結構受損而導致的消光區域的擴大。在水煮5分鐘以后,面條中幾乎所有的淀粉粒均已糊化成膠體狀。即使是少量仍然保留了顆粒狀,外形也發生了扭曲,同時消光十字不可見。這些形態學的改變都沒有出現在喇家面條文章所報道的似淀粉粒的顆粒上。在前人所報道的喇家面條“淀粉?！眻D片中[2: Fig. 1d],所有的顆粒在偏光下呈現清晰的消光十字,表明這些顆粒晶體結構完好無損。
我們試制面條的實驗還表明,用粟和黍的脫殼種子磨成的面粉無法通過傳統方法制作面條,更不用說沒有脫殼的種子。另外,面條碗里發現的谷子穎殼植硅體是否真的來自面條也值得懷疑。面條在碗里是和土壤沉積物混在一起的,而土壤中的植硅體很容易通過流水作用發生轉移(27)?？紤]到喇家遺址曾被洪水破壞,這一情況很有可能發生在面條與其周圍土壤之間。因此,我們不能排除從碗里提取的植硅體并非來自面條的可能性。
此外,喇家面條文章中所報道的顆粒是否真是淀粉粒值得懷疑。我們在這些顆粒上觀察到幾處不同于淀粉粒的現象。第一,顆粒的消光臂在交叉處較細,遠端則呈彌散狀。而一般的粟淀粉粒其臍點處和外面的消光臂是等寬的,僅有極個別在邊緣處變寬。第二點,有幾個顆粒的邊緣向外延伸出三角形刺狀物,這是我們在一般淀粉粒上都沒有見過的。第三點,顆粒的表面特征,特別是消光十字,與我們在進行古代樣品鏡檢時經常發現的一類礦物顆粒非常相似。例如,我們在對山西柿子灘遺址出土的一塊磨盤進行殘留物分析時,就曾發現很多類似淀粉粒的顆粒(圖五)。這些顆粒數量非常多,常在視野中呈環形分布,其大小與粟的淀粉粒近似,而且在偏光下呈現十字消光,很容易在普通光學顯微鏡下被誤判為淀粉粒。但是當在DIC下觀察時,可以發現它們的表面非常平坦,沒有淀粉粒所具有的立體特征,故而予以排除。除了礦物顆粒外,土壤中還廣泛存在真菌的分生孢子、石膏球晶等也會在偏光下呈現消光十字,而造成與淀粉粒的混淆和誤判(28)、(29)。不管怎樣,喇家面條的“淀粉?！毙枰匦聶z驗。
綜上所述,我們有以下結論:首先,小米面粉本身的特性決定了其不適合或很難制作面條,更不可能使用含有大量穎殼成分的小米面粉制作面條。第二,從原始的報道中,我們不能確定所分析的樣品是否來自面條本身。第三,加熱后的淀粉粒形態特征發生了很大改變,特別是消光十字的消失,這些現象與喇家面條文章對于其發表的淀粉粒圖像的解釋不相符合。第四,不能確定所報道的似淀粉粒的顆粒是否真的是淀粉粒,因為它們顯示一些非淀粉粒的特征。為了更好地理解喇家面條的成分,有必要對其重新進行取樣分析。
致謝:作者感謝貝喜安(Sheahan Bestel)在樣品處理中給予的幫助及理查德•邁多(Richard Meadow)提供的建設性建議和對英文原稿的修改,感謝兩位匿名審稿人提供的有益評論。本研究得到中國國家留學基金和澳大利亞研究基金會探索基金(DP0450025)的支持。
注釋:
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(責任編輯:周廣明)
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