糯小麥粉配粉對小麥加工品質的影響(Ⅲ)對微觀結構的影響

孫 鏈孫 輝姜薇莉雷 玲李光濤

(雨潤食品有限公司1,馬鞍山 243000)

(國家糧食局科學研究院2,北京 100037)

糯小麥粉配粉對小麥加工品質的影響(Ⅲ)對微觀結構的影響

孫 鏈1,2孫 輝2姜薇莉2雷 玲2李光濤2

(雨潤食品有限公司1,馬鞍山 243000)

(國家糧食局科學研究院2,北京 100037)

利用掃描電鏡技術(SEM)研究糯小麥與非糯小麥籽粒微觀結構的差異以及糯小麥粉配粉對面食品微觀結構的影響,以探討糯小麥粉對面食品品質影響的原因。結果表明:糯小麥籽粒中淀粉與蛋白結合狀態受品種硬度的影響,僅從 SEM照片上無法分辨出淀粉顆粒大小分布的差異;非糯小麥糊化后的凝膠內部結構堅實,糯小麥則結構疏松多孔、呈現均勻的網狀結構且孔壁薄而透亮;隨著糯小麥粉配比的增加,凝膠逐漸變得疏散、蓬松、多孔,且所形成的空隙壁也呈現逐漸變薄、均勻透亮的蜂窩狀。糯小麥面團蛋白質基質不連續,薄而透亮呈鱗片狀,且與淀粉結合松散,非糯小麥面團網絡堅實、結構連續,且與淀粉顆粒緊密結合;糯小麥粉的添加使得配粉面團面筋逐漸弱化、不連續,結構逐漸疏散。

糯小麥 籽粒 面團 掃描電鏡技術 顯微結構

面食品食用品質主要由小麥粉蛋白質和淀粉等成分的特性決定[1]。此外,食品的加工處理方法 (烘焙和蒸煮)和儲藏環境也影響著食品的質地[2]。在食品加工中,面團和淀粉糊化凝膠的結構則是決定最終產品品質的最重要因素。

面團的微觀結構決定著面團的宏觀特性。面團的組成、蛋白質與淀粉的空間排列以及它們之間結合鍵的種類等都直接影響面團的流變學特性[3]。因此分子水平的微觀結構觀察將有利于面團結構的研究。關于面團的結構,早期的研究主要集中在從面團中分離出的面筋上[4-6],而并沒有對面團進行系統的研究。后期關于面團結構的報道:面團的結構就是未糊化的大小淀粉顆粒鑲嵌在充分水化的蛋白質形成的面筋網絡中[2-3,7],對于蒸煮食品,則是充分糊化膨脹的淀粉顆粒與變性的蛋白質遇冷時所形成的凝膠。有學者對面團的形成過程和面團中添加外來物質對面團結構的影響進行研究,進而通過面團的微觀結構變化來預測食品品質的好壞[3,7]。對于面條結構的研究,Dexter等[8]通過電鏡掃描比較了日本小麥與硬粒小麥制作鹽白面條時面團結構的差異并發現:與硬粒小麥面團相比,日本小麥制作的面團結構比較松散,淀粉顆粒比較松散地鑲嵌在面筋網絡里。Bushak等[9]和Létang[3]比較了面包面團在形成過程中結構的變化,結果表明:充分形成前的面團結構不均勻,而形成后的面團結構均勻,面筋網絡均勻連續,淀粉顆粒很均勻地分布在面筋上。

糯小麥極低的直鏈淀粉含量賦予糯小麥粉極高的面團吸水率和淀粉膨脹體積。糯性淀粉快速的吸水糊化和極高的 RVA黏度特性將會對面食品微觀結構產生影響,進而影響食品品質。關于糯小麥與非糯小麥配粉所形成的面團、淀粉凝膠及面條結構研究較少。國內學者通過電鏡掃描分別對糯小麥粉、糯小麥淀粉掃描發現,糯小麥粉、非糯普通小麥粉(鄭 9023)與淀粉在微觀結構上表現出極大的差異[10]。然而對于樣品的處理方法,采用傳統的處理方法 (固定、漂洗、再固定、漂洗、脫水、再固定)對于面團的內部結構的破壞極大,能造成面筋蛋白結構的破壞,同時在漂洗過程中還能使一部分淀粉顆粒從中釋放出來,造成觀察結果失真。

本試驗采用樣品直接固定冷凍干燥的方法對樣品進行前處理,主要通過 SEM(Scanning Electron Mi2 croscopy)對不同配比的糯小麥粉配粉面團淀粉凝膠進行觀察,研究糯小麥粉對面團結構和凝膠結構的影響,探討糯小麥粉影響食品品質的作用機理,為糯小麥粉在食品工業中的廣泛應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

中糯一號、藍糯、農大60和農大393來自中國農業大學植物遺傳育種系小麥品質研究室;皖麥 38由安徽農業大學農學院提供;澳大利亞白麥來自于中儲糧總公司三河直屬庫。小麥 (除澳大利亞白麥外)在實驗室用布勒實驗磨制粉。各小麥品種的出粉率如下:中糯一號為 68.4%;藍糯為 68.2%;農大 60為70.6%;皖麥 38為 73.6%。小麥粉放置一周后配粉備用。各測定化學試劑均為分析純。

1.2 儀器

S-3000N型掃描電子顯微鏡 (SEM):日本日立公司;Free Zone 2.5型低溫冷凍干燥機:LABCONCO公司;實驗面條制作機:日本 OHTAKE株式會社;E型粉質儀:德國 Brabender公司;RVA-3D+型快速黏度測定儀 (RVA):澳大利亞 Newport公司;Perten單顆粒谷物分析儀(SKCS):瑞典波通公司。

1.3 麥粒的處理

選擇飽滿、完整的原糧小麥顆粒 (每份樣本 3粒,以防雜、假),擦干凈,將麥粒橫切成厚度約為1.0 mm的薄片,選直徑較大的作為觀察用樣本。小麥顆粒樣本均噴金鍍膜,然后放在掃描電子顯微鏡下,進行觀察、拍照。麥粒的硬度采用 SKCS按照AACC方法測試[11]。

1.4 RVA凝膠樣品的制備

根據 LS/T6101—2002標準[12],將不同配比的糯小麥粉進行 RVA黏度試驗。試驗結束后,立即取下冷卻回生的凝膠,進行低溫冷凍。取出凍結的 RVA凝膠進行 CO2臨界冷凍干燥,并將噴金鍍膜處理好的樣品立即放入電鏡載物腔體內抽至真空,加壓 (20 kV),然后觀察、拍照。

1.5 面團試樣的制備

按照 GB/T14614—1993的方法[12]用 Brabender粉質儀(50 g小缽,30℃)將不同配比的糯小麥粉加入 30℃水,使其至最大稠度 (500 FU),立即關機。輕輕地取下面團,將所得面團立即進行低溫凍結,并將凍結的面團放入低溫冷凍干燥機 CO2臨界點冷凍干燥。干燥后的樣品處理同 1.4。

2 結果與分析

2.1 糯小麥與非糯小麥籽粒內部微觀結構的比較

圖 1所示為 2個糯性小麥和 4個非糯小麥籽粒的橫斷面電鏡照片,可以看出胚乳淀粉與蛋白的結合、結構組成和淀粉、蛋白質在小麥籽粒中的形態。

圖 1 糯小麥與非糯小麥顆粒截面 SEM微觀結構比較(×1000)

在圖 1中可以清晰的看到圓形或橢圓形的淀粉顆粒和白色連續凝膠狀的蛋白質基質,其中淀粉顆粒有大小之分,有盤形或透鏡形的大顆粒,直徑約25μm,近球形的小淀粉顆粒,直徑約為 5μm,另外還有介于二者之間的中等大小的淀粉粒。大小淀粉顆粒均以一定形式鑲嵌在連續的蛋白質基質中。

不同小麥品種的結構有所不同。2種糯小麥中,藍糯蛋白與淀粉結合較為緊密,空隙較少,緊密的蛋白與淀粉結合體使得顆粒微觀結構出現了裂縫 (圖1a);中糯一號(圖 1b)的淀粉與蛋白結合較為松散,蛋白質基質本身也較為松散,蓬松狀的不連續的蛋白質幾乎不能完全附著小的淀粉顆粒,許多小淀粉顆粒已經從上面流失。4個非糯小麥的結構也有差異。農大 60(圖 1d)淀粉與蛋白質結合比較松散,淀粉顆粒零散地分布在不連續的蛋白質中,同時淀粉顆粒感很強,胚乳細胞的輪廓幾乎不可見。而農大393(圖 1e)和皖麥 38(圖 1f)結構則截然不同,尤其是皖麥 38,淀粉與蛋白結合非常緊密,空隙較少,連續的蛋白基質幾乎浸潤了所有的淀粉顆粒,從 SEM中僅能模糊地觀察到大的 A型淀粉顆粒,且顆粒感也較差,胚乳細胞的輪廓清晰看見。

籽粒的微觀結構主要受籽粒硬度影響,Lup2 ton[13]發現,硬質小麥的大淀粉顆粒嵌合在厚厚的蛋白質基質中,而軟質小麥的蛋白質基質明顯減少。本研究結果也證實了這種結論。農大 60、農大 393、皖麥 38的籽粒 SKCS硬度值分別為 33、67、72,藍糯和中糯一號的硬度分別為 60和 38,即農大 60屬于偏軟質小麥,而農大393和皖麥 38則為偏硬質小麥;糯小麥中藍糯的硬度要明顯高于中糯一號。

Gianibelli[14]的研究中發現,糯小麥的小顆粒淀粉較多,是糯小麥粉獨特的、極高的吸水率的基礎。本研究僅從電鏡照片上無法證實這一現象。盡管 2種糯小麥與配粉用的 3種非糯小麥相比,其 SEM照片中小的淀粉顆粒較多,尤其是中糯一號。但是,在非糯性的軟質小麥——澳大利亞軟白麥的 SEM圖片中 (圖 1c),也可以看到數量眾多的小顆粒淀粉。因此,僅從電鏡照片上無法分辨出淀粉粒的這種差異。

2.2 糯小麥粉配粉對小麥粉 RVA糊化凝膠結構的影響

糯小麥粉與非糯小麥粉 RVA糊化冷凝凝膠微觀結構有著很大的不同。如圖 2所示,非糯小麥粉皖麥 38(圖 2a)經 RVA糊化冷凝后所形成的凝膠結構甚為緊密,堅實,糊化的淀粉與變性后的蛋白溶為一體,沒有任何縫隙,表面較光滑,結構致密堅實的混合體與結構蓬松的糯小麥粉 RVA凝膠有著顯著的不同。中糯一號(圖 2h)凝膠結構疏松多孔,呈空隙甚多的網狀結構;同樣,藍糯(圖 2i)凝膠也具有疏松多孔的松散結構,凝膠整體呈蜂窩狀。糊化冷凝后的糯小麥凝膠以疏松多孔且孔壁薄而透亮的結構區別于結構緊密堅實的非糯小麥凝膠。糯小麥粉對小麥粉 RVA糊化凝膠結構影響很大 (見圖 2b至圖2g),配粉凝膠結構隨著配比的增加而逐漸變得疏散、蓬松、多孔,且所形成的空隙壁也呈現逐漸變薄、均勻透亮的蜂窩狀的趨勢,尤其當配比增加到 50% (圖 2g),蜂窩狀的結構已經接近糯小麥粉所形成的凝膠結構。快速糊化、峰值高、低終止黏度和回生值的糯性凝膠對皖麥粉 38的淀粉糊化可能產生了影響,迅速糊化膨脹的糯性淀粉包裹著待吸水膨脹糊化的非糯淀粉顆粒,使得整個體系淀粉不能充分糊化,未糊化的小淀粉顆粒清晰可見 (圖 2g)。結構疏密適中且光滑透亮的凝膠結構有可能改善蒸煮面食品,尤其是面條食用品質,使面條光滑透亮。

圖2 糯小麥粉、非糯小麥粉及配粉RVA糊化凝膠SE M照片(×500～1000)

2.3 糯小麥粉對配粉面團微觀結構的影響

糯小麥粉與非糯小麥粉通過粉質儀制得的最佳形成面團微觀結構在 SEM下有著明顯的不同。圖 3f所示為糯小麥中糯一號面團的微觀結構。其蛋白質所形成面筋形態呈薄而透明的鱗片狀,且不連續,也沒有與淀粉顆粒緊密的鑲嵌。大小淀粉顆粒清晰可見,整體面筋結構也呈現松散的狀態。而非糯小麥面團結構則不同 (圖 3a所示),面團堅實、緊密、連續,淀粉顆粒深深地埋藏在內部。非糯小麥面團的連續面筋區別于不連續的糯小麥面筋,非糯小麥面團的這種結構與非糯小麥粉 RVA糊化凝膠結構有些類似,所不同的是,RVA凝膠結構中淀粉顆粒已完全糊化,而面團中淀粉顆粒清晰可見。圖 3b至圖 3e是中糯一號與農大 60在 15%、20%、25%和 30%配比下面團的微觀結構。可以看出,隨著糯小麥粉的添加和配比的遞增,面團整體上呈現筋力變弱,結構逐漸疏散,面筋不連續的趨勢;筋力變弱的面筋網絡逐漸開始流稀,不連續的面筋已經不能完全吸附未糊化的淀粉顆粒,整體結構變的疏散蓬松。

圖 3 糯小麥粉、非糯小麥粉及配粉面團 SEM照片(×1000)

3 結論和討論

3.1 糯小麥與非糯小麥籽粒內部微觀結構的比較

前人研究表明,與非糯小麥相比,糯小麥淀粉顆粒中含有更多的小顆粒淀粉,占總淀粉質量的 30%以下,而數目占 90%以上[15-18]。更高比例的小淀粉顆粒將有利于增大淀粉顆粒的比表面積,與水接觸的面積就會增大,因此有利于吸水率的提高;同時使糯小麥粉具有更高的吸水膨脹能力,對淀粉的糊化特性則具有正向作用。但是本研究僅僅從電鏡照片上分辨不出這種差異,應分別提取不同大小的淀粉粒分別進行定量,以做進一步的研究。

對于淀粉顆粒形狀的研究中,透鏡或盤型的 A型淀粉與圓形的 B型淀粉清晰可見,這顯著的區別于有些玉米品種的呈多邊形淀粉顆粒形狀;關于淀粉與蛋白結合在顆粒中所呈現形態的研究上,本研究結論與只采用中糯一號所得到的結論不一致[19]。對比 2種糯小麥品種可以看出,淀粉顆粒與蛋白結合緊密程度以及蛋白所呈現的狀態與小麥品種硬度有關,而與糯和非糯的性質無關。在本研究中,偏軟質弱筋的中糯一號小麥籽粒體現了淀粉顆粒感很強,零散的分布在蓬松狀的不連續的蛋白基質上,而偏硬質的藍糯的淀粉和蛋白質基質的結合緊密程度較高,蛋白質基質的的連續性較好。

3.2 關于 RVA糊化冷凝凝膠結構的研究

淀粉的糊化及冷凝后所形成凝膠是蒸煮食品所必經的環節。冷凝后所形成凝膠結構在很大程度上影響蒸煮食品的品質和質地,尤其是饅頭和面條。而關于RVA凝膠微觀結構的 SEM研究較少。本研究中,糊化冷凝后的糯小麥凝膠以疏松多孔且孔壁薄而透亮的結構區別于結構緊密堅實的非糯小麥凝膠。糯小麥粉對小麥粉 RVA糊化凝膠結構影響很大,使得配粉凝膠結構隨著配比的增加而逐漸變得疏散、蓬松、多孔,且所形成的空隙壁也呈現逐漸變薄、均勻透亮的蜂窩狀;這種結構疏密適中且光滑透亮的凝膠結構將有可能改善蒸煮面食品,尤其是面條的食用品質和質地特性。糯小麥粉配粉對面條,尤其是煮后面條的微觀結構的影響應做進一步的研究,以便與RVA結果進行比較和驗證。

3.3 糯小麥粉對面團微觀結構的影響

利用粉質儀按粉質吸水率加水制得模擬面包制作中和面完成的面團。糯小麥面團內部結構松散,蛋白質不連續,淀粉顆粒清晰可見,本研究所采用的面團是最佳形成面團,理論上,面團中淀粉顆粒與面筋結合程度最佳,面筋也具有最佳的形成狀態。相比而言,非糯小麥面筋網絡堅實、緊密、連續,淀粉顆粒深深地埋藏在內部;蛋白質不連續的薄而透亮鱗片狀且與淀粉結合松散的糯小麥面團區別于結構面筋網絡堅實、連續,且與淀粉顆粒緊密結合的非糯小麥面團。在對糯小麥粉對配粉面團影響的研究中,面團整體上呈現筋力變弱,結構逐漸疏散,面筋不連續的趨勢。

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FlourBlendingwithWaxyWheat Flour(Ⅲ) Effect onMicrostructure ofWheat-Based Food

Sun Lian1,2Sun Hui2JiangWeili2LeiLing2Li Guangtao2

(Yurun Food Corporation1,Ma’anshan 243000)
(Academy of State Administration of Grain2,Beijing 100037)

To investigate the mechanis m of the effect of waxy flour blending to wheat-based product quality, the microstructures ofwheat kernel,RVA gel and developed dough ofwaxywheat,non-waxywheat and their blends were studied with scanning electron microscope(SEM)technology.Results:The microstructure of a wheat kernel de2 pendson kernel hardness and there is no obvious difference observed from the SEM photos between a waxywheat ker2 nel and a non-waxy wheat kernel.The internal structure of RVA gel of non-waxy wheat flour is fir m while that of waxy flour is soft,spongy and netlike with very thin and transparent cells.W ith blending ofwaxy flour,the microstruc2 ture of RVA gel turns to be floppy and lacunaris and the cell wall becomes thinner.The protein matrix of developed dough ofwaxy wheat is discontiguous,thin,bright and scalelike with loose connection of starch granules,while that of non-waxywheat is very firm and contiguous and combined with starch granules very tightly.The blending of waxy flour results in a weaker and more incompact structure of dough.

waxy wheat,kernel,dough,SEM,microstructure

TS211.4 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)03-0001-05

國家自然科學基金項目(30671290)

2009-03-26

孫鏈,男,1983年出生,碩士,糧食、油脂及植物蛋白

孫輝,女,1971年出生,博士,副研究員,糧食品質與標準化