米糠粉對面團流變學特性影響研究

左祥莉，章焰，陳潔，孫美玲，劉齊

（湖北大學知行學院糧食與食品工程學院，湖北 武漢 430011）

我國是稻谷種植大國，也是稻谷生產(chǎn)大國和消費大國。2019年，全年糧食產(chǎn)量66 384萬噸，其中稻谷產(chǎn)量20 961萬噸，占糧食總產(chǎn)量1/3[1]。目前，國內(nèi)市場上雖有少量糙米、未拋光大米的銷售，但市場占有量仍以精米為主。對于精米的加工，我國主要是采用3級或4級碾米和兩道拋光技術(shù)。在精米的加工過程中，碾白和拋光工序會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，即米糠。近年來，無論是小米還是大米，人們越來越重視對米糠的研究和開發(fā)利用，主要包括米糠提取物的開發(fā)，如米糠油[2-3]、米糠蛋白[4-7]、米糠肽[8]、米糠多糖[9-11]、米糠植酸鈣[12-13]等；米糠穩(wěn)定化方法研究，如干燥法、微波法、擠壓膨化法等[14-17]；米糠添加物對食品消化的影響[18]等。同時，部分研究者將米糠作為添加物加工米糠類食品，如米糠饅頭[19]、米糠蛋糕[20-21]、米糠餅干[22-23]等。在這些米糠類食品的研究中，對米糠混合粉研究的較多，但是對于大米碾白和拋光中產(chǎn)生的各級副產(chǎn)物的研究和利用較少。

糙米的結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)分別是果皮、種皮、珠心層、糊粉層、亞糊粉層、淀粉質(zhì)胚乳，還包括胚等多個部分組成[24]。因此，在大米加工中，不同碾白和拋光工序產(chǎn)生的米糠會有所差異。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，第1道和第2道碾白粉中含有大量的米胚，且脂肪酸組成較為合理，附加值高，與精米和面粉的差異較大，常作為米糠油的加工原料[25]；而第3道和第4道碾白粉組分相似、兩道拋光粉的成分相似。本研究在前期研究基礎(chǔ)上，將第3道和第4道碾白粉混合成粗粉、兩道拋光粉混合為細粉，分別以粗粉和細粉的添加量為單因素進行試驗，測定其對面團粉質(zhì)拉伸特性的影響；然后將粗粉和細粉進行配比，形成混合粉添加到面粉中，研究混合粉添加量對面團粉質(zhì)拉伸特性的影響。為豐富面粉產(chǎn)品營養(yǎng)價值、節(jié)約成本和開發(fā)相關(guān)面粉產(chǎn)品提供思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉（金沙河家用小麥粉）：邢臺金沙河面業(yè)有限責任公司；氯化鈉（分析純）：天津市凱通化學試劑有限公司。

加工副產(chǎn)物原料：棗陽某大米加工廠加工副產(chǎn)物。粗粉為加工中3、4級碾白產(chǎn)生的副產(chǎn)物，細粉為1、2級拋光產(chǎn)生的副產(chǎn)物。其加工工藝流程如圖1所示。

圖1 稻谷加工基本工藝流程圖Fig.1 The process diagram of paddy

1.2 儀器與設(shè)備

粉質(zhì)儀（JFZD）、拉伸儀（JMLD150）：北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粗粉、細粉添加量的單因素試驗

按比例分別將粗粉、細粉和常規(guī)面粉混合，粗粉和細粉占比均為5%、10%、15%、20%、25%、30%，加空白對照（面粉），共13組試樣。然后對試樣進行粉質(zhì)拉伸試驗，方法參照GB/T 14614—2019《糧油檢驗小麥粉面團流變學特性測試粉質(zhì)儀法》和GB/T 14615—2019《糧油檢驗小麥粉面團流變學特性測試拉伸儀法》。每次試驗重復(fù)2次。

1.3.2 粗粉、細粉復(fù)配配比對面團流變學特性的影響

粗粉、細粉復(fù)配配比對面團流變學特性的影響見表1。

表1 復(fù)配粉中粗粉、細粉添加量Table 1 The content of different grade rice bran in mixed flour

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件進行差異顯著性分析，Excel軟件作圖，表中數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加量的粗粉和細粉對面團粉質(zhì)特性的影響

2.1.1 不同添加量的粗粉和細粉對面團吸水率的影響

不同添加量的粗粉和細粉對面團吸水率的影響見圖2。

圖2 不同添加量的粗粉和細粉對面團吸水率的影響Fig.2 Effects of different addition amount of coarse powder fine powder on water absorption of dough

由圖2可知，不同的細粉添加量對面團吸水率影響不顯著。而隨著粗粉添加量的增加，面團吸水率整體下降，且添加量高于20%時，吸水率明顯下降，這說明吸水率并不會隨著面粉中的細粉添加量的增加而升高。

2.1.2 不同添加量的粗粉和細粉對面團形成時間的影響

不同添加量的粗粉和細粉對面團形成時間的影響見圖3。

圖3 不同添加量的粗粉和細粉對面團形成時間的影響Fig.3 Effects of different addition amount of coarse powder fine powder on dough development time

由圖3可知，添加粗粉后，面團的形成時間整體呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢，但當添加量為5%～25%時，面團的形成時間整體呈下降趨勢。添加細粉后的面團形成時間整體縮短。這可能因為粗粉的顆粒偏大，少量粗粉使水更容易進入面粉顆粒之間的間隙，但當粗粉添加量過多時，纖維增加了面團形成過程中的物理空間阻礙，干擾了蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)和面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與淀粉顆粒的結(jié)合，同時纖維的高持水性使面筋形成時間延長[26-27]，而細粉中纖維較少，淀粉偏多，吸水速度較快，形成時間短[28]。

2.1.3 不同添加量的粗粉和細粉對面團穩(wěn)定時間的影響

面團的穩(wěn)定時間反映其耐攪拌能力。不同添加量的粗粉和細粉對面團穩(wěn)定時間的影響見圖4。

圖4 不同添加量的粗粉和細粉對面團穩(wěn)定時間的影響Fig.4 Effects of different addition amount of coarse powder fine powder on stability time of dough

由圖4可知，隨著粗粉添加量的增加，面團穩(wěn)定時間在5%～25%范圍內(nèi)呈先上升后下降的趨勢。粗粉添加量為10%和20%時，面團穩(wěn)定時間與空白組差異不顯著；粗粉添加量為15%時，面團穩(wěn)定時間顯著高于空白對照。隨著細粉添加量的增加面團穩(wěn)定時間呈下降趨勢。這表明無論是粗粉還是細粉，添加量過大均削弱面筋原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[29]。

2.1.4 不同添加量的粗粉和細粉對面團弱化度的影響

弱化度反應(yīng)面團對機械攪拌的承受能力，也反應(yīng)面筋的強度，弱化度越大表明面團的筋力越小。不同添加量的粗粉和細粉對面團弱化度的影響見圖5。

圖5 不同添加量的粗粉和細粉對面團弱化度的影響Fig.5 Effects of different addition amount of coarse powder or fine powder on weakening degree of dough

由圖5可知，隨著粗粉或者細粉添加量的增加，弱化度均呈上升趨勢。當粗粉添加量高于15%、細粉添加量高于10%時，其面團弱化度與空白差異性顯著。粗粉添加量在5%～25%內(nèi)，其形成的面團弱化度之間差異性不顯著。細粉添加量在5%～10%時，其形成的面團弱化度之間差異性不顯著。15%～30%時，添加粗粉和細粉的面粉其形成的面團弱化度顯著高于對照組。

2.1.5 不同添加量的粗粉和細粉對面團粉質(zhì)指數(shù)的影響

粉質(zhì)指數(shù)是面團粉質(zhì)特性的綜合反映，該值是評價面粉質(zhì)量的一種指標。不同添加量的粗粉和細粉對面團粉質(zhì)指數(shù)的影響見圖6。

圖6 不同添加量的粗粉和細粉對面團粉質(zhì)指數(shù)的影響Fig.6 Effects of different addition amount of coarse powder or fine powder on farinograph quality number

由圖6可知，粗粉添加量低于15%時，粉質(zhì)指數(shù)整體呈上升趨勢，且高于空白對照。粗粉添加量為15%時，粉質(zhì)指數(shù)與空白差異性顯著，其余各組均與空白差異性不顯著。表明適量的粗粉對面團的粉質(zhì)效果有積極影響。添加了細粉的樣品形成面團的粉質(zhì)指數(shù)越來越小。細粉添加量≤20%時，雖然形成面團粉質(zhì)指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，但與空白差異性不顯著。當細粉添加量≥25%時，其面團粉質(zhì)指數(shù)與空白差異性顯著；表明適當添加細粉的面團在面筋質(zhì)量上能夠與試驗空白相當。

綜上，由粉質(zhì)特性結(jié)果可知，無論是粗粉還是細粉，當添加量過大時，都會對面團的粉質(zhì)特性指標如面團吸水率、穩(wěn)定時間、粉質(zhì)指數(shù)等產(chǎn)生消極影響，同時弱化度增加，但當適量添加時，如粗粉在20%以內(nèi)，細粉在15%以內(nèi)時，粗粉或細粉對面團大部分的粉質(zhì)特性指標的影響較小，或者不顯著。

2.2 不同添加量的粗粉和細粉對面團拉伸特性的影響

面團的拉伸能量越大，表明面團筋力越強；拉伸阻力越大，面團彈性理論上越好、硬度越大。不同添加量的粗粉和細粉對面團拉伸特性的影響見表2、表3。

表2 不同粗粉添加量對面團拉伸特性的影響Table 2 Effects of different addition of coarse powder on dough tensile properties

表3 不同細粉添加量對面團拉伸特性的影響Table 3 Effects of different addition of fine powder on dough tensile properties

續(xù)表3 不同細粉添加量對面團拉伸特性的影響Continue table 3 Effects of different addition of fine powder on dough tensile properties

由表2、表3可知，隨著粗粉或細粉的增加，面團的拉伸能量和拉伸阻力整體下降，且拉伸能量與空白差異性顯著。隨著醒發(fā)時間的延長，添加5%～25%粗粉的面團，其拉伸能量隨著時間延長差異性不顯著，拉伸阻力則呈增加趨勢；添加5%～10%細粉的面團，其拉伸能量和拉伸阻力隨著時間延長呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。因此，米糠粉添加量的增加會降低面團的抗拉強度，所以添加量應(yīng)限定在一定范圍內(nèi)。

在延伸度方面，由表2、表3可知，隨著粗粉或細粉添加量的增加，延伸度整體下降。在醒發(fā)時間45 min時，添加5%粗粉的面團的延伸度與空白的延伸度不存在顯著性差異，繼續(xù)增加添加量則差異顯著。添加細粉的面團，其延伸度降低較為明顯，說明細粉添加量對面團延伸度影響較大。

在拉伸比方面，由表2可知，隨著粗粉添加量逐漸增加，除醒發(fā)時間45 min、添加量為30%粗粉組外，面團的拉伸比數(shù)值顯著低于空白。隨著醒發(fā)時間增加，除15%粗粉外，添加粗粉的組均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，說明粗粉添加會導(dǎo)致面團醒發(fā)變軟和流散的現(xiàn)象，過量添加會使其變硬。由表3可知，細粉添加量在5%～10%時與空白差異性不顯著，說明細粉添加后對面團的拉伸比影響與粗粉正好相反，能夠通過適當比例復(fù)配彌補各自不足，同時說明粗粉對面團拉伸特性的影響較細粉偏小。

綜合粉質(zhì)和拉伸結(jié)果整體來看，當粗粉添加量為10%～20%、細粉添加量為10%以內(nèi)時，面團的流變學特性各指標與空白差異相對較小。

2.3 粗粉、細粉復(fù)配后對面團流變學特性的影響

由面團流變學結(jié)果可知，粗粉添加量為10%、15%、20%；細粉添加量為5%和10%時，面團的流變學性能與空白差異較小。粗粉和細粉對面團的延伸度、拉伸比等指標的影響相反，因此將其按比例復(fù)配后測定面團流變學特性并測其性能。通過流變學特性確定合適的復(fù)配比例。粗粉、細粉復(fù)配后對面團流變學特性的影響見圖7。

圖7 復(fù)配粉中不同粗粉和細粉添加量對面團粉質(zhì)特性的影響Fig.7 Effects of different addition amounts of coarse powder and fine powder in mixed powder on farinograph properties of dough

由圖7可知，不同粗粉和細粉添加量的復(fù)配粉的面團吸水率最好的是細粉5%與粗粉10%、細粉10%與粗粉10%、細粉10%與粗粉15%3個復(fù)配組合，三者與空白差異性不顯著。6組復(fù)配粉的穩(wěn)定時間和弱化度均與空白差異性顯著。細粉5%粗粉15%組和細粉10%粗粉10%組的粉質(zhì)指數(shù)顯著高于空白組，說明這兩組復(fù)配粉形成的面團粉質(zhì)參數(shù)較好。

不同粗粉、細粉添加量的復(fù)配粉的面團拉伸特性見表4。

由表4可知，隨著粗粉和細粉添加量的增加，面團的拉伸能量和拉伸阻力整體呈下降趨勢，且與空白差異顯著，但細粉5%與粗粉10%組、細粉5%與粗粉15%組、細粉10%與粗粉10%組之間絕大部分差異不顯著，且與空白組之間的差異最小。此外，隨著醒發(fā)時間延長，各復(fù)配組形成面團的拉伸能量整體呈現(xiàn)下降趨勢。

同時，細粉5%與粗粉10%組、細粉5%與粗粉15%組，兩復(fù)配組形成的面團延伸度在45 min和135 min時與空白差異性不顯著。說明當復(fù)配粉總添加量在20%以內(nèi)時，能夠有效的保持面團的延展性；超過20%時，會因為面筋蛋白的減少而影響面團的延展性能。此外，各復(fù)配組面團的拉伸比數(shù)值低于空白，且隨著醒發(fā)時間變化呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，說明復(fù)配后形成的面團延伸度高，面團發(fā)酵時容易變軟和流散。

綜合各復(fù)配組的粉質(zhì)拉伸特性結(jié)果，粗粉和細粉復(fù)配后添加量超過20%時，面團的粉質(zhì)拉伸結(jié)果和對照組差異顯著，低于20%時，面團的各個指標的數(shù)值結(jié)果與對照組差異性不顯著或差異最小。其中，面團筋力和面筋強度最好的是細粉5%與粗粉15%組。

3 結(jié)論

本研究將大米加工中第3、4道碾白粉混合成粗粉、兩道拋光粉混合為細粉，以添加量為單因素找到了其對面團粉質(zhì)拉伸特性影響較小的添加量，即粗粉添加量為10%～20%，細粉添加量為10%以內(nèi)。然后以10%、15%、20%的粗粉和5%、10%的細粉進行配比，得出對面團流變學特性影響較小或者具有改進作用的粗粉和細粉配比，發(fā)現(xiàn)面團筋力和強度最好的為細粉5%與粗粉15%復(fù)配比例，此范圍內(nèi)復(fù)配可以作為面粉添加替代物，其形成的面團粉質(zhì)指數(shù)顯著高于空白、拉伸比與空白無顯著性差異，穩(wěn)定時間低于空白。該類粉適合于餅干、面條、餃子、蛋糕等非發(fā)酵類食品的制作。