淮海經濟區不同品種小麥面團品質特性比較分析

秦博聞， 王紅玲， 熊文飛， 王立峰

(南京財經大學食品科學與工程學院，南京 210023)

淮海經濟區是地跨江蘇、安徽、山東和河南四省的國家級戰略發展區，包含徐州、連云港、鹽城、淮安、宿遷、宿州、淮北、阜陽、蚌埠、亳州、菏澤、濟寧、臨沂、棗莊、日照、泰安、萊蕪(2019年撤市設區)、商丘、開封、周口20個地級市[1]。該區域地處南北過渡的黃淮海平原地帶，地勢平坦，屬北溫帶半濕潤季風氣候，兼有南北氣候之利，光照適宜，年降雨量適中，是我國小麥主產區之一。據統計，2018年全國小麥總產量約13 143萬t，淮海經濟區產量近8 000萬t，占比超過全國小麥總產量的60%。由于該地區的南北之間氣候條件存在一定差異，土壤類型也比較復雜，所以小麥的品質類型也呈多樣性。

小麥面團是由小麥粉和水組成的黏彈性物質，獲得優質面團是保證小麥粉制品穩定的前提[2,3]。小麥面團的制備是小麥粉制品加工的主要環節，也是影響小麥粉制品質量的關鍵因素之一[4]。面團的糊化特性與流變學特性是小麥粉品質的主要指標，是小麥粉加水面團耐揉性和彈性等物理特性的綜合指標，也是當前我國小麥品質檢測的重要分析指標，其對小麥粉制品的加工品質有重要影響，不同的小麥粉制品對面團的糊化特性與流變學實驗要求也不同[5,6]。因此，面團的糊化特性與流變學實驗已逐漸成為評價原料加工特性必不可少的手段。尹成華等[7]選取安徽、河北、河南、江蘇、山東5省共計 244 份小麥樣品進行研究，發現容重與面團吸水率顯著正相關，粗蛋白質含量和濕面筋含量與面團吸水率以及面團拉伸特性各指標極顯著相關。滕曉煥等[8]通過對 10 種河南不同產地小麥粉的理化指標和流變學特性的測定，揭示小麥粉的理化指標與流變學特性之間的相關性, 結果表明小麥粉蛋白質含量與小麥粉的流變學特性呈正相關。楊釧等[9]發現小麥粉蛋白質含量對面團吸水率直接增強效應較大, 但對穩定時間、拉伸長度的抑制效應較大，沉降指數對穩定時間和最大拉伸阻力、拉伸面積的直接增強和綜合增強效應較大。

目前對淮海經濟區小麥面團品質特性的比較分析鮮有報道，針對這一現狀本研究采用Mixolab混合實驗儀、RVA快速黏度儀和Rheometer動態流變儀測定小麥面團糊化特性、黏彈性等流變學特性。對淮海經濟區小麥面團流變特性進行測定，進一步了解淮海經濟區小麥的品質狀況。本研究可為淮海經濟區不同品種小麥的深加工提供基礎數據和理論信息，對于保證小麥粉的品質穩定、優化小麥制品的產品特性等方面具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗試劑：乳酸、碳酸鈉、蔗糖、正丁醇等(均為分析純)。

實驗原材料(小麥)均由中國農科院作物所提供，所用樣品品種編號如表1所示。

表1 不同品種小麥樣品編號

1.2 實驗儀器與設備

磨粉機，CP213型電子天平，Mixolab混合實驗儀，RVA快速黏度儀4500，HWCL-3恒溫磁力攪拌器，QL-861渦旋振蕩器，MCR302系列高級旋轉流變儀。

1.3 方法

1.3.1 小麥面團熱機械學特性測定

小麥面團熱機械學特性使用Mixolab混合實驗儀分析，Mixolab可實時測定攪拌臂在攪拌樣品時受到的扭矩，因而可測定其物理化學特性的變化。同時該設備可用來分析加熱冷卻過程中蛋白質網絡及淀粉的性質[10]。選擇Chopin+標準測試法適用于ICC 173(ICC 2011)，該設備可以在面團形成的不同階段，根據時間和溫度的不同，測量扭矩(Nm)。實驗采用的樣品(小麥粉和水)總質量75 g，和面轉速為80 r/min，目標扭矩為(1.1±0.05) Nm。程序參考Han等[11]設置為：30 ℃下攪拌時間為8 min；加熱速度以4 ℃/min 升至90 ℃，冷卻速度4 ℃/min速度降溫到50 ℃，總分析時間為45 min。Mixolab混合實驗儀測試曲線圖與標準曲線檢測指標的含義分別如圖1與表2所示。

表2 Mixolab標準曲線檢測指標和含義[12-15]

圖1 混合實驗儀測試曲線圖

1.3.2 小麥面團糊化特性測定

利用快速黏度分析儀(AACC22—08[16]方法)測定小麥的糊化特性。以含水量14%為基準，稱取小麥粉3.5 g左右，添加25 mL的去離子水于鋁盒中，并快速用攪拌槳上下攪拌使樣品均勻分散，然后按照13 min standard 1測定小麥粉的糊化性質，每個測試樣品重復3次。小麥粉的糊化特性測試程序如表3所示。

表3 糊化特性測試程序

1.3.3 小麥面團動態流變特性測定

取Mixolab混合實驗儀獲得扭矩為(1.1±0.05)Nm的面團，利用PP25探頭，間隙為2 mm，先對樣品進行應變掃描，確定線性黏彈性范圍。取適量小麥面團置于Rheometer動態流變儀測試平臺，靜置2 min后進行測定，測量過程中多余的樣品輕輕地去除，剩余的已暴露的小麥面團周圍涂抹一層硅油，防止測試過程中水分的散發。頻率掃描的測試條件為：溫度25 ℃，應變為0.1%，掃描頻率為0.1～10 Hz (1～100 s-1)。

1.3.4 數據分析

實驗結果用Excel以平均值±標準差(Mean±SD)來表示；相關性分析采用SPSS 22.0統計分析軟件；繪圖軟件采用Origin 9.0。

2 結果與討論

2.1 小麥面團熱機械學特性分析

小麥面團的熱機械學特性是指小麥粉在一定升溫速率下加熱伴隨機械力攪打成為小麥面團的過程中顯示出的綜合性質。使用Mixolab混合實驗儀評估面團的強度和穩定性以及淀粉的糊化特性[17]。不同品種小麥面團熱機械學特性測定結果見表4。吸水率是指谷物和水混合后，達到目標扭矩(1.1±0.05) Nm的加水量，它決定著糧食加工的經濟性[18]。不同品種小麥面粉吸水率變幅在51.00%～61.50%之間，平均值為57.20%，達到了我國小麥品種品質分類標準(GB/T 17320—2013)[19]中筋和中強筋小麥品種的標準(吸水率≥ 56%)，變異系數為3.76%。形成時間是谷物和水混合后，達到目標扭矩(1.1±0.05)Nm所需要得時間，反映出面筋網絡蛋白的形成速度[20]。通常來說，形成時間越長，小麥粉的筋力越強[21]。穩定時間是指谷物和水混合后，在揉和過程達到較高稠度值并保持穩定的時間。形成時間在1.45～4.15 min之間，平均值為2.56 min，變異系數為26.81%；穩定時間在1.85～8.93 min之間，平均值為4.43 min(≥ 3 min)，達到了我國小麥品種品質分類標準(GB/T 17320—2013)中筋和中強筋小麥品種的標準，變異系數為37.33%。Mixolab檢測出不同小麥品種間在形成時間和穩定時間上的差異，反映了不同品種小麥蛋白成分的數量和質量上存在的差異[16]。形成時間與穩定時間呈顯著正相關(r=0.425，P<0.05)。加熱和機械剪切力(混合)的綜合作用導致蛋白質的結構改變與不穩定，導致小麥面團稠度降低[22,23]。稠度最小值C2測定小麥粉和水在混合過程中蛋白質弱化的程度，變幅在0.21～0.48 Nm之間，平均值為0.37 Nm，變異系數為15.79%。C1-C2表示小麥粉和水混合過程中的總弱化值，其變幅在0.34～0.81 Nm之間，平均值為0.72 Nm，變異系數為12.27%。回生終點值C5反映面團最終達到的冷黏度，冷黏度越高越易于凝沉；C5-C4(回生值)的大小能夠反映冷黏度的穩定性，回生值數值越高，表明隨時間變化其冷黏度越大。C5-C4(回生值)變幅在0.59～1.93 Nm之間，平均值為1.04 Nm，變異系數達25.84%。

表4 不同品種小麥面團熱機械學特性分析

2.2 面團糊化特性分析

不同品種小麥面團糊化特性分析如表5所示。除糊化溫度外，RVA參數之間存在顯著的正相關，與姜艷[24]對20種小麥品種淀粉糊化特性的研究結果一致。峰值黏度范圍在1 317.67～2 954.67 cP之間，平均值2 306.04 cP，變異系數18.38%，蘇麥11、華麥1028的峰值黏度較高，而西農511峰值黏度較低。保持強度范圍636.33～1 916.33 cP之間，平均值1 395.71 cP，變異系數23.67%，保麥6號保持強度最高，而西農511較低；衰減度變幅在578.33～1 188.33 cP之間，平均值為910.33 cP，變異系數為18.28%，蘇麥11衰減度較高，說明蘇麥11小麥粉淀粉糊的穩定性最差；最終黏度范圍在1 409.67～3 244.67 cP之間，平均值2 553.35 cP，變異系數18.78%；回升值773.33～1 363.33 cP之間，平均值1 157.64 cP，變異系數13.43%，回生值表示淀粉糊的老化性，華麥1 028小麥回生值最高，表明其制作的面制品易老化；峰值時間變幅在5.47～6.29 min之間，平均值為5.95 min，變異系數為3.39%，糊化溫度變幅在67.68～86.1 ℃，平均值為77.91 ℃，變異系數為9.02%，江麥23糊化溫度最高，說明此小麥不易糊化或糊化需要吸收較高熱量[21]。董凱娜[25]以不同品種的小麥為研究對象，研究小麥淀粉特性的分布糊化溫度為61～67 ℃，峰值黏度48～746 cP，低谷黏度為13～486 cP，最終黏度為25～893 cP，降落數值為35～286 cP，回生值為13～499 cP，可以看出不同小麥品種糊化特性差異顯著。Cao等[26]研究了6個具有不同面團特性的小麥品種淀粉的微觀結構和理化特性，說明6個具有明顯不同淀粉特性的變種表現出不同的面團特性。圖2表示不同品種小麥糊化特性圖譜，從圖譜看出，來自淮海經濟區的30個不同品種的整體糊化特性變化相接近，在最低峰值黏度處有差異性，可能是由于品種之間的差異性造成峰值黏度最低值有所不同。

表5 不同品種小麥面團糊化特性分析

圖2 不同品種小麥面團糊化特性圖譜

2.3 面團動態流變特性分析

動態流變測試是檢測小麥面團蛋白質結構和基本性質的優質方法[27]。面團的動態振蕩特性是面團的主要流變特性之一，對面團制品的質量起著重要作用。頻率掃描技術常用于測量面團的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)。這2個指標分別反映了面團的彈性和黏性，它們是頻率掃描的2個重要指標。由圖3可知魯原502(編號13)、濟麥22號(編號15)、邯6172(編號12)、楊麥23(編號28)、蘇麥11(編號18)的儲能模量和損耗模量較高。在角頻率為62.8 1/s時，5種小麥面團的儲能模量與損耗模量分別為3 012.5、2 686.0、2 600.0、2 887.5、1 792.5 kPa和583.5、506.8、379.8、548.3、439.0 kPa。說明5種小麥面團的彈性與黏性優于其他小麥品種面團，而其他品種小麥面團黏彈性差異不大。Gómez等[28]研究表示就頻率掃描結果而言，不同品種小麥粉頻率掃描結果無顯著差異。Lefebvrej[29]的研究說明不同水分含量、不同蛋白質組成和不同工藝特性的面團表現出相同的流動行為。

圖3 不同品種小麥面團儲能(G′)模量和損耗模量(G″)圖譜

2.4 主成分分析

由表6可知，主成分1、主成分2和主成分3的特征值均大于1，且3組分的累積貢獻率高達81.516%，因此選取這3個主成分來對小麥面團的糊化和熱機械學特性進行表征。

表6 特征值及方差貢獻率

表7為原始載荷矩陣經正交旋轉法轉化得到的結果。主成分1上載荷值較大的有峰值黏度、保持強度、最終黏度、回升值、峰值時間，這5個指標反映的是淀粉糊化特性；主成分2上載荷值較大的吸水率、形成時間、穩定時間，反映了面團的熱機械學特性；主成分3上載荷值較大的是衰減值和糊化溫度；經過總貢獻率分析可知，影響面團糊化和混合品質的主要因素為峰值黏度、保持強度、衰減度、最終黏度、回升值、峰值時間、穩定時間。

表7 方差最大正交旋轉后主成分矩陣

3 結論

本研究對淮海經濟區30個不同品種的小麥面團的品質特性進行比較分析，發現不同品種小麥糊化特性相關參數值變化范圍分別是峰值黏度1 317.67～2 954.67 cP、保持強度636.33～1 916.33 cP、衰減度578.33～1 188.33 cP、最終黏度1 409.67～3 244.67 cP、峰值時間5.47～6.29 min；熱機械學特性相關參數變化范圍是吸水率51.00%～61.50%、形成時間1.45～4.15 min、穩定時間1.85～8.93 min，結果說明30種小麥粉中有23個品種達到我國小麥品種品質分類標準中筋和中強筋小麥品種的標準(吸水率≥ 56%)。除糊化溫度外，RVA參數之間存在顯著正相關；形成時間與穩定時間呈顯著正相關。通過主成分分析法發現影響面條流變學特征的主要因素指標為峰值黏度、保持強度、衰減度、最終黏度、回升值、峰值時間、穩定時間。同時小麥面團的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)結果顯示魯原502、濟麥22號、邯6172、楊麥23、蘇麥11的小麥面團黏性和彈性較高，表明5個品種的小麥面團黏彈性優于其他小麥品種面團。