谷朊粉添加量對小麥粉流變學特性的影響

劉夢麗 劉佳雯 齊沙沙 劉鵬 王文昊 邱斌

摘 要：本文通過靜態、溫度、時間、應力和頻率掃描探索了不同谷朊粉添加量的谷朊粉-小麥粉混合面糊（Gluten-Wheat Flour Roux，GWR）的流變學特性。結果表明，添加6%的谷朊粉對小麥粉糊的流變學特性具有明顯改善作用，具體表現為最優的黏性和彈性。分析發現，4組GWR體系均為假塑性流體，有明顯溫度觸變性，無明顯剪切觸變性，且溫度對0%和2%添加量的谷朊粉的表觀黏度影響最??；頻率掃描結果顯示，樣品的彈性模量（G）均大于黏性模量（G），兩組GWR（6%和10%）表現出類固體特征。研究結果將為谷朊粉在面制品領域的應用提供數據借鑒，并為開發高營養價值的相關產品提供一定思路。

關鍵詞：小麥粉；谷朊粉；流變學特性

Effect of Gluten Content on Rheological Properties of Wheat Flour

LIU Mengli1，2，3， LIU Jiawen1， QI Shasha2， LIU Peng1， WANG Wenhao2，4， QIU Bin1，2*

（1.Zaozhuang Dongliang Biotechnology Development Co.， Ltd.， Zaozhuang 277200， China; 2.Institute of Food & Nutrition Science and Technology， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250000， China; 3.Shandong Agricultural University， Taian 271000， China; 4.Yantai University， Yantai 264010， China）

Abstract： In this paper， the rheological properties of gluten-wheat flour roux （GWR） with different gluten additions were explored by static， temperature， time， stress and frequency scans. The results showed that the addition of 6% gluten had a significant improvement on the rheological properties of wheat flour batter， specifically in terms of optimal viscosity and elasticity. The analysis revealed that all the four groups of GWR were pseudoplastic fluids with significant temperature thixotropy and no significant shear thixotropy， and the temperature had the least effect on the apparent viscosity of the 0% and 2% gluten added; the frequency scan results showed that the elastic modulus （G） of the samples was greater than the viscous modulus （G）， and two groups of GWR （6% and 10%） exhibited solid-like characteristics. The results of the study will provide data for the application of gluten in the field of pasta products and provide some ideas for the development of related products with high nutritional value.

Keywords： wheat flour; gluten flour; rheological properties

谷朊粉，又稱活性小麥面筋粉，是小麥粉經水洗去淀粉和其他水溶性成分后得到的一種粉末狀產物，主要成分為麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，其蛋白質含量高達80%[1-2]。谷朊粉中的麥醇溶蛋白具有延伸性，彈性?。欢湽鹊鞍拙哂袕椥裕由煨孕。瑑烧擢毺氐陌被峤M成有利于形成黏彈性網絡結構[3]。因此，在食品加工過程中，谷朊粉作為一種純天然高蛋白食品添加劑被廣泛應用[4-6]。此外，谷朊粉作為品質改良劑，可顯著提高面粉的黏彈性和筋力，在面食的加工中具有非常重要的作用[7]。

小麥粉是食品加工中的重要原料之一，其流變學特性更是加工面制品的重要評價指標[8]。谷朊粉添加到面粉中改善面制品的質構，增加黏彈性和咀嚼性、提高口感及品質等方面已有諸多報道，然而其不同添加量對小麥面糊流變學特性的影響報道較

少[9-10]。因此，本研究使用流變儀分析了不同添加量的谷朊粉對小麥面糊流變學特性的影響，尤其是對其流體性質和黏彈性的影響，并確定了谷朊粉的最適添加量。所得結果將為含谷朊粉的特色面食制品的開發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原味小麥粉，濱州中裕食品有限公司；谷朊粉，棗莊市東糧生物科技發展有限公司。

1.2 儀器與設備

Waters-HR20多功能流變儀，美國TA儀器沃特斯公司；恒溫水浴鍋，上海樹立儀器儀表有限公司；HJ-4型多頭磁力加熱攪拌器，常州榮華儀器制造有限公司；HZK-FA210電子天平，華志（福建）電子科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

取一定量的小麥粉，分別添加0%、2%、6%和10%的谷朊粉（以混合粉總量計），充分混合均勻后，每份準確稱取8 g混合粉加入50 mL去離子水，攪勻后置于95 ℃恒溫水浴鍋中充分糊化25 min，取出冷卻至室溫，隨后放入4 ℃冰箱冷藏12 h，備用。所得谷朊粉-小麥粉混合面糊（GWR）樣品依次標記為0% GWR、2% GWR、6% GWR和10% GWR。

1.3.2 流變學特性測定

參考IUGA等[11]的方法，稍做修改。所有測試均用直徑40 mm的平行板，樣品與平行板間距為

1 mm，樣品平衡5 min后，使用Waters-HR20流變儀對所有樣品進行測定，每組樣品重復測定3次。

（1）靜態掃描。對各組GWR進行靜態掃描，并分析其表觀黏度隨剪切速率的變化情況。測試條件：溫度25 ℃，剪切速率為0～1 000 s-1。采用冪定律（Power-Law）模型擬合流變曲線，公式為

σ =Kγn（1）

式中：σ為剪切應力，Pa；γ為剪切速率，s-1；K為稠度系數，Pa·sn；n為流體指數。

（2）溫度掃描。對GWR進行溫度掃描測試，并分析其表觀黏度隨溫度的變化情況。測試條件：剪切速率50 s-1，溫度為25～90 ℃，升溫速率5 ℃·min-1。

（3）時間掃描。對GWR進行時間掃描測試，并分析其表觀黏度隨剪切時間的變化情況。測試條件：溫度25 ℃，剪切速率50 s-1，剪切時間60 s。

（4）動態掃描。在固定振蕩頻率下進行應力掃描，確定樣品的線性黏彈區，溫度為25 ℃，頻率為1 Hz，應變范圍為0.01%～1 000%。在線性黏彈區范圍內，進行頻率掃描。測試條件：溫度25 ℃，應變值0.1%，頻率為0.1～1 000 rad·s-1。測定樣品的彈性模量（G）、黏性模量（G）和損耗角正切（tanδ）。

1.3.3 數據處理

采用Origin 2021b軟件繪制圖表，每個樣品進行3次重復試驗。

2 結果與分析

2.1 不同谷朊粉添加量對小麥粉靜態流變學特性的影響

2.1.1 靜態掃描分析

靜態流變學是通過對樣品施加線性穩態剪切速率來反映樣品結構隨剪切速率變化的規律[12]。為了更清晰地比較4組GWR樣品間的差異，采用Power-Low模型對所測得流動曲線進行擬合。假塑性流體是指流體的表觀黏度隨剪切速率的增加而降低的現象，具有剪切變稀的性質，是非牛頓流體的一個重要的流體類型[13]。

由圖1可知，各組GWR的表觀黏度均隨剪切速率的增大而下降，且添加量越多，下降幅度越大，呈現出明顯的剪切變稀特征，均屬于非牛頓假塑性流體。這是因為谷朊粉的添加阻礙了小麥面粉和面筋蛋白的結合，影響了面筋網絡的形成，導致面糊中的面筋數量與質量雙重下降，使得GWR體系的黏度下降[14]。

冪律方程常用來描述流體的剪切變稀行為[15]。由表1可知，所有樣品的相關性系數R2均大于0.99，說明所選用的模型對所有樣品的流變學性質具有較好的擬合度；流體指數n均小于1，表明4組GWR體系均為假塑性流體，且n值越小，稠度系數K值就越大。

2.1.2 溫度掃描分析

通過對不同谷朊粉含量的GWR進行黏度-溫度掃描，探討黏度隨溫度變化的情況，結果見圖2。在25～90 ℃，樣品的表觀黏度隨溫度的升高呈先下降后上升的趨勢，且6%和10%的GWR體系變化最明顯。可能是因為溫度升高使分子的無規則熱運動加快，分子間距變大，使面糊內部形成了更多的“空穴”，進而表現為黏度下降[16]。但是，當溫度高于60 ℃，黏度隨溫度的升高呈現上升趨勢，可能是由于GWR體系在超過60 ℃后開始形成熱誘導凝膠，在一定程度上促進了面糊的變性，使其黏性增大。圖2結果還顯示各組GWR均具有明顯溫度觸變性，其中0% GWR和2% GWR體系溫度觸變性最小，6% GWR體系的黏度最高。由此可推測谷朊粉添加量為6%時，相關粉糊類產品可能具有更好的黏彈性、韌性以及更強的適口性，有利于其整體感官品質的提升[17]。

2.1.3 時間掃描分析

時間掃描測試可以反映在一定剪切速率下樣品的表觀黏度隨剪切時間的變化情況，從而判斷樣品的剪切觸變性。由圖3可知，各組GWR在所測的時間范圍內的表觀黏度隨時間的變化均不明顯，即在較短的剪切時間內黏度變化小，說明不同比例GWR無明顯剪切觸變性。

2.2 不同谷朊粉添加量對小麥粉動態流變學特性的影響

為確定谷朊粉對小麥面粉頻率依賴性的影響，對4組GWR進行了振蕩掃描，結果見圖4。頻率在10-1～101 rad·s-1時，4組GWR的彈性模量（a）與黏性模量（b）變化不明顯，在101 rad·s-1后，G和G變化明顯，且G始終高于G。有研究表明，面糊中的直鏈淀粉含量越少，其頻率依賴性越強[18]。加入谷朊粉后，6% GWR組和10% GWR組的彈性模量和黏性模量明顯增加，說明谷朊粉蛋白結構增強了其頻率依賴性。而添加10% GWR的黏彈性之所以低于6% GWR，，可能是因為10% GWR體系中含有更多可以形成二硫鍵的半胱氨酸，導致頻率依賴性減弱，進而黏彈性下降[19]。谷朊粉的添加均提高了小麥粉糊體系的彈性模量和黏性模量，但當其添加量為6%時，小麥粉糊的黏彈性最好。

機械損耗角正切tanδ是G與G的比值，該比值越小表明樣品的彈性越強，反之則說明黏性越強[20]。如圖5所示，在角頻率102～103 rad·s-1時，添加0%和2%的谷朊粉tanδ出現最大值，且大于1，說明此時的GWR體系表現出較高的黏性性質，體系結構較為松散。添加6%和10% GWR體系tanδ恒小于1，可以看出GWR體系呈現出弱凝膠的性質[21]，并且兩者在整個測試范圍內tanδ隨角頻率變化的曲線波動不明顯，說明該GWR的體系結構更加緊密、結實，具有較高的彈性性能，也表現出更穩定的固體特征[22]。

3 結論

綜合GWR的流變學特性分析可知，在小麥粉中添加6%的谷朊粉可提高體系的黏度，使之具有更好的黏彈性。靜態流變學特性分析發現所有GWR樣品均為假塑性流體，添加量越多，剪切變稀現象越明顯；無剪切觸變性，但具有明顯的溫度觸變性，即隨著溫度的繼續升高其黏度具有一定的不穩定性。動態流變學分析發現GWR體系中G和G均不斷增加，具有類固體的特征（G＞G），呈現出弱凝膠的性質。

參考文獻

[1]ORTOLAN F，URBANO K，NETTO F M，et al.Chemical and structural characteristics of proteins of non-vital and vital wheat glutens[J].Food Hydrocolloids，2022，125：107383.

[2]舒政洋，劉立鶴，余登航，等.添加雪花粉對谷朊粉及釣餌面筋網絡結構的影響[J].武漢輕工大學學報，2022，41（3）：15-21.

[3]熊添，何建軍，蔡芳，等.谷朊粉對馬鈴薯熱干面品質的影響[J].食品與發酵工業，2021，47（2）：205-211.

[4]嚴忠軍，卞科，司建中.谷朊粉應用概述[J].中國糧油學報，2005（5）：20-24.

[5]鐘昔陽，姜紹通，潘麗軍，等.高活性小麥谷朊粉產業化加工技術研究及其應用概述[J].食品科學，2004（增刊1）：97-102.

[6]SELAKOVI? A，NIKOLI? I，DOKI? L，et al.Enhancing rheological performance of laminated dough with whole wheat flour by vital gluten addition[J].LWT-Food Science & Technology，2021，138（10）：110604.

[7]汪磊，陳潔，呂瑩果，等.谷朊粉對燴面面團流變學性質及燴面品質的影響研究[J].食品科技，2015（6）：

182-185.

[8]羅海瀾，羅海淑，王會娟，等.香菇粉對小麥粉面團流變學特性的影響研究[J].現代面粉工業，2021，35（3）：25-28.

[9]李晶，杜艷，祁興芳，等.谷朊粉對青稞面條品質及面團流變特性的影響[J].食品工業，2020，41（12）：47-51.

[10]崔晚晚，李利民，鄭學玲.谷朊粉對面筋和面團流變學及面條質構特性的影響[J].食品科技，2018，43（6）：

165-171.

[11]IUGA M，BOESTEAN O，GHENDOV-MOSANU A，

et al.Impact of dairy ingredients on wheat flour dough rheology and bread properties[J].Foods，2020，9（6）：828.

[12]蔡旭冉.馬鈴薯淀粉與親水性膠體復配體系性質及相互作用的研究[D].無錫：江南大學，2012.

[13]孫蓬.親水膠體-紅薯淀粉復合物的流變特性及其應用研究[D].煙臺：煙臺大學，2021.

[14]劉書航，陳潔，許飛.膨化玉米粉對面粉糊化特性及面團流變特性的影響[J].河南工業大學學報（自然科學版），2020，41（2）：58-65.

[15]位元元，張洪斌，馬愛勤，等.透明質酸多糖增稠適用于吞咽困難的腸內營養制劑及其流變學性質[J].食品科學，2019，40（1）：50-55.

[16]毛春玲，王磊，王然，等.玉米直鏈淀粉糊流變特性研究[J].糧食與飼料工業，2014（7）：24-27.

[17]岳鳳玲.面粉特性及組成對冷凍熟面品質影響的研究[D].無錫：江南大學，2017.

[18]HUANG M，KENNEDY J F，LI B，et al.Characters of rice starch gel modified by gellan， carrageenan， and glucomannan： a texture profile analysis study[J].Carbohydrate Polymers，2006，69（3）：411-418.

[19]ZHANG X，GAO M，ZHANG Y，et al.Effect of plasticizer and zein subunit on rheology and texture of zein network[J].Food Hydrocolloids，2021，123（6）：107140.

[20]牛海佳，劉愛國，王鵬程，等.菊粉對刺云實膠-黃原膠復配體系質構和流變特性的影響[J].食品工業科技，2020，41（5）：70-76.

[21]MCCANN T H，HOMER S H，ISETH S K，et al.High amylose wheat starch increases the resistance to deformation of wheat flour dough[J].Journal of Cereal Science，2017，79：440-448.

[22]JO W，YOO B.Effect of sucrose on rheological properties of xanthan gum-locust bean gum mixtures[J].Food Science and Biotechnology，2019，28（5）：1487-1492.