小麥特一粉和特二粉的面筋聚集特性分析

賈 峰，耿瑞蝶，張長(zhǎng)付，陳 雨，王 琦，王金水

河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

小麥粉可用于制作面包、饅頭、面條及油條等各式面點(diǎn)[1-4]，隨著人們對(duì)食品品種多樣性的需求不斷增強(qiáng)，對(duì)小麥粉品質(zhì)提出了更高要求。面粉中面筋的品質(zhì)和數(shù)量決定了面粉的烘焙品質(zhì)[5]，面筋添加量與饅頭品質(zhì)呈極顯著正相關(guān)[6]，濕面筋含量與面條的干物質(zhì)吸水率、干物質(zhì)損失率、蛋白質(zhì)損失率呈顯著負(fù)相關(guān)[7]，醇溶蛋白能夠有效提升饅頭的比容及結(jié)構(gòu)特性[8]，面粉中面筋蛋白的分子結(jié)構(gòu)與面團(tuán)黏彈性有較好的相關(guān)性[9]。

小麥特一粉和特二粉在我國(guó)北方應(yīng)用廣泛，但二者品質(zhì)存在一定的差異，前期研究表明，面粉中蛋白質(zhì)提取量與面粉質(zhì)量的比值可作為區(qū)分面粉筋力的指標(biāo)[10-11]，但該檢測(cè)步驟比較煩瑣，檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。面筋聚集儀是可對(duì)少量的面粉和溶劑混合物進(jìn)行快速剪切，同時(shí)測(cè)量面粉扭矩大小變化的裝置，主要特征參數(shù)為最大峰值時(shí)間(PMT)和最大扭矩(BEM)[12]。研究表明，面筋聚集特性可以預(yù)測(cè)小麥籽粒品質(zhì)、面粉品質(zhì)及面粉制作的面條的潛在品質(zhì)[13-17],還可用于對(duì)普通小麥白面粉的面筋和烘烤品質(zhì)的預(yù)測(cè)[18-19]，硬粒小麥品質(zhì)的篩選[20]，普通小麥、粗麥、硬麥、二聚體和黑角小麥全麥粉烘烤品質(zhì)的預(yù)測(cè)等[5]。其中，PMT被認(rèn)為是可替代評(píng)價(jià)硬粒小麥面筋強(qiáng)度和面筋指數(shù)的指標(biāo)[21]。

作者使用面筋聚集儀，以特一粉和特二粉為試驗(yàn)材料，探討面粉質(zhì)量、水粉比、轉(zhuǎn)速和溫度等因素對(duì)面粉聚集特性中PMT和BEM的影響，以期為快速、微量鑒定小麥粉品質(zhì)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

特一粉(能量：1 472 kJ/100 g，蛋白質(zhì)：9.9 g/100 g， 脂肪：1.1 g/100 g， 碳水化合物：74.3 g/100 g)、特二粉(能量：1 533 kJ/100 g，蛋白質(zhì)：11.1 g/100 g， 脂肪：2.0 g/100 g， 碳水化合物：74.7 g/100 g)：河南金苑糧油有限公司。

GlutoPeak面筋聚集儀：德國(guó)布拉班德公司；BLH-1500 電子粉質(zhì)儀：常州德杜精密儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照L9(34)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)(表1)，采用面筋聚集儀進(jìn)行測(cè)定，分析軟件為Brabender GlutoPeak v.2.2.6，檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)為300 s，記錄PMT和BEM數(shù)據(jù)。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 The orthogonal design of experiments

1.2.2 轉(zhuǎn)速對(duì)小麥粉面筋聚集特性PMT和BEM的影響

取7 g面粉，水粉比為1∶1(mL/g)，面筋聚集儀的溫度30 ℃，測(cè)定時(shí)長(zhǎng)300 s，分別檢測(cè)和記錄500、1 000、1 200、1 500、1 800、1 900、2 000、2 300、2 500 r/min的PMT和BEM。

1.2.3 溫度對(duì)小麥粉面筋聚集特性PMT和BEM的影響

取7 g面粉，設(shè)定水粉比為1∶1，面筋聚集儀的轉(zhuǎn)速2 300 r/min，測(cè)定時(shí)長(zhǎng)300 s，分別檢測(cè)和記錄20、23、25、30、35、40 ℃的PMT和BEM。

1.3 濕面筋含量的測(cè)定

濕面筋含量的測(cè)定方法參考GB/T 5506.2—2008，并稍做改動(dòng)。取面團(tuán)14.5 g，用20 g/L NaCl溶液洗滌，洗滌面筋至碘化鉀滴定不變藍(lán)，將洗好的面筋球擠壓出水分至質(zhì)量不再變化，稱量洗滌出的面筋質(zhì)量。

濕面筋含量=洗滌出的面筋質(zhì)量/面團(tuán)質(zhì)量×100%。

1.4 粉質(zhì)特性的測(cè)定

面粉粉質(zhì)特性測(cè)定參照GB/T 14614—2006中的粉質(zhì)儀方法。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

上述所有試驗(yàn)均重復(fù)測(cè)定2～4次，測(cè)得的結(jié)果取平均值。試驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析采用Excel 2010和PASW Statistics 18.0軟件，各水平處理之間用Duncan’s顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中小麥粉面筋聚集特性PMT的變化

小麥粉面筋聚集特性的正交試驗(yàn)中PMT的變化如圖1所示。從圖1可以看出，面粉質(zhì)量越小PMT越小，其中特一粉或特二粉中面粉質(zhì)量小(6 g)的3組試驗(yàn)(編號(hào)1、2、3)PMT平均值最小，分別是面粉質(zhì)量大(8 g)的3組試驗(yàn)(編號(hào)7、8、9)PMT平均值的74.86%或72.42%；水粉比越大，則樣品越稀，PMT越大，其中特一粉或特二粉中水粉比小(0.8∶1)的3組試驗(yàn)(編號(hào)1、4、7)PMT平均值分別是水粉比大(1.2∶1)的3組試驗(yàn)(編號(hào)3、6、9)PMT平均值的21.71%或23.98%。

圖1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中小麥粉面筋聚集特性PMT的結(jié)果Fig.1 Peak maximum time of wheat flour

轉(zhuǎn)速對(duì)特一粉和特二粉PMT的影響不一致，特一粉PMT平均值在2 300 r/min時(shí)最大，轉(zhuǎn)速2 700 r/min時(shí)PMT平均值最小，為最大值的60.4%；特二粉PMT平均值在1 900 r/min時(shí)達(dá)到最大，隨著轉(zhuǎn)速增加PMT不斷減小，轉(zhuǎn)速為2 700 r/min時(shí)PMT平均值最小，為最大值的56.8%。

溫度的增加能使特一粉和特二粉PMT減小，二者的趨勢(shì)一致，25 ℃時(shí)特一粉和特二粉的PMT平均值最大，而45 ℃時(shí)特一粉和特二粉的PMT平均值最小，分別是最大值的60.6%和52.1%。

特一粉和特二粉正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)極差分析見(jiàn)表2，結(jié)果表明：對(duì)面筋聚集特性PMT的影響順序?yàn)樗郾?溫度>轉(zhuǎn)速>面粉質(zhì)量。Duncan’s 檢測(cè)結(jié)果顯示：特一粉和特二粉的水粉比3個(gè)水平之間差異顯著(P<0.05)，而其他因素(溫度、轉(zhuǎn)速和面粉質(zhì)量)的3個(gè)水平之間均未達(dá)到顯著差異。

表2 小麥粉面筋聚集特性PMT的極差分析Table 2 Extremum difference analysis of peak maximum time of wheat flour

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，表3同。

2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中小麥粉面筋聚集特性BEM的變化

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中小麥粉面筋聚集特性BEM的變化如圖2所示。面粉質(zhì)量越大則BEM越大，面粉質(zhì)量為8 g時(shí)的3組試驗(yàn)(編號(hào)7、8、9)，特一粉和特二粉的BEM平均值最大，分別是面粉質(zhì)量為6 g時(shí)的3組試驗(yàn)(編號(hào)1、2、3)的139%和139%。

圖2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中小麥粉面筋聚集特性BEM的結(jié)果Fig.2 Maximum torque of wheat flour

水粉比越大，則樣品濃度越稀，BEM顯著降低，其中特一粉和特二粉的水粉比的3個(gè)水平(編號(hào)1、4、7；編號(hào)2、5、8；編號(hào)3、6、9)之間最大和最小的BEM之比分別為198%和198%。

轉(zhuǎn)速對(duì)特一粉和特二粉的BEM影響一致，轉(zhuǎn)速越高則BEM越大，轉(zhuǎn)速為2 700 r/min時(shí)BEM平均值最大，是轉(zhuǎn)速為1 900 r/min時(shí)BEM平均值的132%和131%。

溫度對(duì)特一粉和特二粉的BEM影響趨勢(shì)不一致，特一粉的BEM平均值在25 ℃時(shí)最大，隨溫度增加，BEM不斷減小，當(dāng)45 ℃時(shí)BEM平均值最小，是最大值的85.7%；特二粉的BEM平均值在35 ℃時(shí)最大，溫度降低或升高，BEM均會(huì)減小，但溫度升高比溫度降低減少的量大，當(dāng)45 ℃時(shí)為最大值的91.1%。

特一粉和特二粉的正交試驗(yàn)極差分析見(jiàn)表3，結(jié)果表明：對(duì)面筋聚集特性BEM的影響順序?yàn)樗郾?面粉質(zhì)量>轉(zhuǎn)速>溫度。Duncan’s 檢測(cè)結(jié)果表明：特一粉和特二粉的水粉比的3個(gè)水平之間差異顯著(P<0.05)，而其他3個(gè)因素(面粉質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和溫度)的3個(gè)水平之間均未達(dá)到顯著差異。

2.3 轉(zhuǎn)速對(duì)PMT和BEM的影響

面筋聚集儀的轉(zhuǎn)速對(duì)特一粉、特二粉PMT和BEM的影響如圖3所示。轉(zhuǎn)速低于1 900 r/min時(shí)特一粉的PMT低于特二粉的PMT；轉(zhuǎn)速為1 900 r/min時(shí)特一粉與特二粉的PMT基本一致；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于1 900 r/min時(shí)特一粉的PMT大于特二粉的PMT；特一粉的PMT在轉(zhuǎn)速為1 800～2 000 r/min時(shí)基本保持不變，而特二粉在此區(qū)間變化較大。可能的原因是特一粉與特二粉相比在相同的較低轉(zhuǎn)速(<1 800 r/min)時(shí)，特一粉更快地到達(dá)最大扭矩；當(dāng)較高轉(zhuǎn)速時(shí)，特一粉又能夠較長(zhǎng)地維持面筋扭矩，而特二粉在較高轉(zhuǎn)速時(shí)面筋容易斷裂，快速到達(dá)最大扭矩。這個(gè)結(jié)果可作為區(qū)分特一粉和特二粉的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。

表3 小麥粉面筋聚集特性BEM的極差分析Table 3 Extremum difference analysis of maximum torque of wheat flour

圖3 轉(zhuǎn)速對(duì)小麥粉面筋聚集特性PMT與BEM的影響Fig.3 Effects of rotating speed on PMT and BEM of wheat flour

由圖3可知，在相同轉(zhuǎn)速時(shí)特一粉的BEM比特二粉的BEM低；轉(zhuǎn)速?gòu)?00 r/min升高到1 000 r/min時(shí)，特一粉和特二粉的BEM均有顯著增加；在1 000～2 500 r/min時(shí)，特二粉的BEM與轉(zhuǎn)速基本呈線性相關(guān)(Y=3.690 5X+20.827，R2=0.991 6)，而特一粉的BEM主要分為3部分，在1 000～1 800 r/min呈線性增加，在1 800～2 000 r/min保持相對(duì)穩(wěn)定，在2 300～2 500 r/min繼續(xù)增加。可能是特一粉面筋聚集特性相對(duì)較好，能夠承受較大的轉(zhuǎn)速而不使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破裂，其最大扭矩相對(duì)較大；特二粉的面筋在高轉(zhuǎn)速時(shí)，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容易破裂，其最大扭矩就相對(duì)較小。

2.4 溫度對(duì)PMT和BEM的影響

溫度對(duì)特一粉、特二粉PMT和BEM的影響如圖4所示。在20～45 ℃時(shí)，特一粉的PMT低于特二粉的PMT；特一粉和特二粉的PMT隨著溫度的增加逐漸減小，且與溫度呈線性相關(guān)。其中，特一粉的PMT與溫度的相關(guān)方程為：Y=-4.368 6X+68.021，R2=0.922 8，特二粉的PMT與溫度的相關(guān)方程為：Y=-4.226 8X+72.13，R2=0.713 1。

圖4 溫度對(duì)小麥粉面筋聚集特性PMT與BEM的影響Fig.4 Effects of temperature on PMT and BEM of wheat flour

由圖4可知，在20～45 ℃時(shí)，當(dāng)檢測(cè)溫度相同時(shí)，特一粉的BEM比特二粉的BEM低；特一粉和特二粉的BEM隨著溫度的增加逐漸減小，且與溫度呈線性相關(guān)。其中，特一粉的BEM與溫度的相關(guān)方程為：Y=-1.072 1X+50.956，R2=0.952，特二粉的BEM與溫度的相關(guān)方程為：Y=-0.773 6X+52.119，R2=0.700 7。

2.5 水粉比和面粉質(zhì)量對(duì)PMT和BEM的影響

水粉比的單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：水粉比的變化對(duì)PMT和BEM的影響比較大，其主要原因與面粉糊的稀稠有關(guān)，水粉比為0.8∶1時(shí)面粉糊比較稠，其面筋聚集特性值比較大；水粉比為1.2∶1時(shí)面粉糊比較稀，其面筋聚集特性值比較小；因此采用水粉比1∶1時(shí)形成的面團(tuán)結(jié)構(gòu)比較合適。面粉質(zhì)量的單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：面粉質(zhì)量為6 g時(shí)面粉與轉(zhuǎn)子接觸較少，其面筋聚集特性的結(jié)果相對(duì)就小；面粉質(zhì)量為8 g時(shí)，其面筋聚集特性的結(jié)果相對(duì)就大，但轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)有面粉溢出；因此面粉質(zhì)量為7 g比較合適。但這兩個(gè)因素不能夠有效反映單位質(zhì)量面粉的面筋聚集特性。

3 討論

3.1 小麥粉總蛋白質(zhì)含量與濕面筋及粉質(zhì)特性的關(guān)系

面粉的品質(zhì)特性如表4所示，特一粉的總蛋白質(zhì)含量比特二粉的總蛋白質(zhì)含量低，面粉中總蛋白質(zhì)含量的高低與面筋蛋白(濕面筋)含量高低不一致，而濕面筋含量的高低與面粉的粉質(zhì)特性(形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、弱化度及質(zhì)量指數(shù))相關(guān)性更好些。小麥粉面筋聚集特性的BEM與蛋白質(zhì)含量、醇溶蛋白含量及面筋蛋白含量均呈中等程度的相關(guān)，可作為表示蛋白含量或面筋蛋白含量的指標(biāo)[22]。

表4 特一粉和特二粉的蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量及粉質(zhì)指標(biāo)Table 4 Protein and wet gluten contents and farinograph properties of first-grade wheat flour and second-grade wheat flour

3.2 小麥粉面筋聚集特性PMT和BEM的相關(guān)性分析

面粉中PMT和BEM之間呈負(fù)相關(guān)，即隨著轉(zhuǎn)速的增加，PMT逐漸降低，而BEM逐漸增加。特一粉的PMT和BEM之間的相關(guān)系數(shù)為-0.978 7，特二粉的PMT和BEM之間的相關(guān)系數(shù)為-0.974 7；PMT與BEM的乘積結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)速低于2 000 r/min時(shí)，特二粉面筋吸收的能量較特一粉的大，而當(dāng)轉(zhuǎn)速高于2 000 r/min時(shí)，特一粉面筋吸收的能量較大。

面粉中BEM和PMT與溫度之間存在極強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系(Pearson相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值0.8～1.0為極強(qiáng)相關(guān))，即隨著溫度的增加，分子熱力學(xué)活性增加，而BEM與PMT不斷下降，該結(jié)果與常識(shí)相符；其中特一粉中BEM和PMT與溫度之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.978 3和-0.969 4；特二粉中BEM和PMT與溫度之間的Pearson相關(guān)系數(shù)分別為-0.850 3和-0.810 4；特一粉和特二粉中BEM之間的相關(guān)系數(shù)為0.786 2，PMT之間的相關(guān)系數(shù)為0.821 0；特一粉的BEM和PMT之間的相關(guān)系數(shù)為0.950 4，二者之間為高度線性相關(guān)；特二粉中BEM和PMT之間的相關(guān)系數(shù)為0.445 7，二者為顯著性相關(guān)(相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值0.4～0.7為顯著性相關(guān)，0.7～1.0為高度線性相關(guān))。

4 結(jié)論

正交試驗(yàn)極差結(jié)果顯示，4個(gè)因素對(duì)PMT和BEM的影響順序分別為水粉比>溫度>轉(zhuǎn)速>面粉質(zhì)量，水粉比>面粉質(zhì)量>轉(zhuǎn)速>溫度；Duncan’s多重比較結(jié)果表明，水粉比3個(gè)水平之間有顯著差異(P<0.05)，其余3個(gè)因素3個(gè)水平之間未達(dá)到顯著差異。單因素試驗(yàn)結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)速在1 000～2 500 r/min時(shí)，特二粉的BEM與轉(zhuǎn)速呈線性相關(guān)(R2=0.991 6)；轉(zhuǎn)速在1 800～2 000 r/min時(shí)，特一粉的PMT變化較小，而特二粉的PMT變化較大，可作為區(qū)分二者的一個(gè)指標(biāo)；20～45 ℃時(shí)，特一粉、特二粉的PMT和BEM隨溫度的增加均逐漸減小，且特一粉的PMT和BEM均低于特二粉的；Pearson相關(guān)系數(shù)分析表明，特一粉、特二粉的BEM和PMT與溫度之間有極強(qiáng)的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)面粉面筋聚集特性中的PMT和BEM的檢測(cè)，可為微量快速分析判斷面粉品質(zhì)提供參考。