混合實驗儀在評價面團流變學特性中的應用與研究

趙 萍,周 偉,張生堂,高國強,*,王 雅

(1.蘭州理工大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州 730050;2.蘭州工業研究院,甘肅蘭州 730050)

混合實驗儀在評價面團流變學特性中的應用與研究

趙 萍1,周 偉1,張生堂2,高國強2,*,王 雅1

(1.蘭州理工大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州 730050;2.蘭州工業研究院,甘肅蘭州 730050)

運用Mixolab混合實驗儀、吹泡稠度儀及粉質儀測定面粉流變學特性,然后再運用混合實驗儀分析了不同添加量的亞麻籽粉對面粉的流變學特性的影響。結果表明Mixolab混合實驗儀在攪拌時兩個攪拌臂的扭矩變化參數C2、C3、C4及C5與粉質儀參數柔嫩度具有負相關;C2、C3與吹泡稠度儀操作時所需最大壓力P、充氣膨脹指數G、面團變形所做的功W顯著相關。當亞麻籽粉添加量為5%時,面團的吸水率達到最大,機械穩定性最強,糊化作用最弱,酶活性降低。而C4與C3的比值不變,說明亞麻籽粉的添加不影響面團的烹煮性能。因此亞麻籽粉的最優添加量為5%。

混合實驗儀,亞麻籽粉,相關性,流變學特性

谷物的流變學特性是指谷物及其制品表現出的流體力學和粘彈性,是評定谷物品質的重要指標,已被廣泛地應用到谷物及其制品質量評價中。除蛋白質的數量和質量外,小麥粉的淀粉特性,尤其是淀粉糊的峰值粘度對面制品品質有重要的影響和作用。法國肖邦公司開發的Mixolab谷物綜合特性測定儀[1-2],將面團粉質特性與淀粉糊化特性的測定結合為一臺儀器。使用Mixolab混合實驗儀一次檢測就可以同時測定面粉的蛋白特性和淀粉糊化特性,用于研究樣品的蛋白質特性、淀粉特性、酶活性和添加劑特性及影響[3]。Mixolab混合實驗儀是目前世界上最先進、多功能的用于檢測小麥、面粉、大米和其它谷物品質特性的設備。

有研究表明[4],隨著亞麻籽粉添加比例的增加,混合面粉的吸水率增加,面團形成時間、穩定時間縮短,弱化度增加,評價值降低,且面團的韌性、抗延伸阻力及粉力等指標也降低,面團的微觀結構發生變化。亞麻籽粉對面包的烘焙品質有明顯的改善效果,添加適量(1%～5%)可提高面包的感官評分和比容,同時具有明顯的抗老化作用,延長產品的貨架壽命。本文主要研究了Mixolab混合實驗儀和吹泡稠度儀及粉質儀之間的相關性,然后利用Mixolab混合實驗儀分析將亞麻籽粉碎并添加到面粉后對面團流變學特性的影響,為Mixolab混合實驗儀的應用與研究提供一個切實可行的方向。

表1 小麥的沉降值、吹泡稠度儀參數及粉質參數Table 1 The Zeleny sedimentation and the parameter of Alveoconsistograph and Farinograph of flour samples

注:同一列中,相同字母者表示差異未達0.05顯著水平,不同字母表示差異顯著p<0.05;表2、表4同。其中樣品1～9號分別為：隴春5號、隴春17號、隴春18號、隴春20號、隴春22號、隴春24號、隴春25號、隴春27號、隴春28號。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

亞麻籽品種:隴亞;產地:甘肅景泰,由甘肅省農科院提供。

小麥:隴春15號、隴春17號、隴春18號、隴春20號、隴春22號、隴春24號、隴春25號、隴春27號、隴春28號,由甘肅省農科院提供;小麥沉降值及其粉質參數由甘肅省農科院測得。小麥樣品用肖邦磨粉機研磨成面粉,待用。

Mixolab混合實驗儀、CD1 實驗磨粉機、吹泡稠度儀 法國肖邦公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 面粉的流變學特性和稠度吹泡實驗 將制得的面粉分別用Mixolab混合實驗儀和稠度吹泡儀進行實驗,將實驗所得數據與小麥的沉降值及粉質參數進行相關性分析,所得數據采用spss多因素方差分析。

1.2.2 混合粉的制備及水分的測定 選擇經過混合實驗儀測定得知的最佳小麥粉與研磨的亞麻籽粉按照0/100、1/99、3/97、5/95(w/w)的比例混合,配制成混合粉,備用。

水分的測定方法:直接干燥法,參照GB 5009.3-2010。

1.2.3 混合面粉的流變學特性測定 在混合實驗儀的和面缽中加入適量的混合粉。混合實驗儀的操作程序設定[6-7]:揉混速度80r/min,目標扭矩(C1)1.10N·M,面團重量75g,儲水罐溫度30℃,第一級溫度30℃,第一級溫度持續時間8min,第二級溫度90℃,升溫速度4℃/min,第二級溫度持續時間7min,降溫速度4℃/min,第三級溫度50℃,第三級溫度持續時間10min,分析時間合計45min。

2 結果與討論

2.1 小麥粉的品質分析

2.1.1 吹泡稠度儀的特性曲線分析 小麥的濕面筋含量、蛋白質含量、沉降值、吹泡稠度儀參數及粉質參數如表1所示。

由表1中所示，9個樣品的沉降值有顯著差異，其中樣品5和樣品7的沉降值較低，說明樣品5和樣品7的筋力比其它樣品弱，筋力弱的面粉沉降速度快,沉降物體積小;屬于中低筋小麥粉(20～34mL),適于制作餅干、糕點[5]。P值表示吹泡過程中的最大壓力,P值隨面團的稠度及面團的韌性而變化,G值是面團延展性的體現,P/G表示面筋強度的平衡性,P/G值較大的小麥粉,韌性強,延展性差,樣品5的P/G值是除了樣品9外最大的;W值是在指定的方法內一克面團變形所做的功,W值大于300×10-4J屬于強筋小麥粉;W值等于200～300×10-4J屬于中筋粉;W值小于200×10-4J屬于弱筋粉[5];9種樣品顯然都屬于弱筋粉;P/L反映柔韌性與延展性的關系,P/L>1表明面團的揉韌性強于延展性,P/L過小(低于0.3)表明延展性過強,甚至可能會影響機械的操作,顯然9種樣品的P/L值都大于0.3。綜上所述,9種樣品都屬于弱筋粉,且樣品1和樣品2在P值和W值無顯著差異,而樣品1和樣品6在沉降值和G值無顯著差異。

2.1.2 混合實驗儀的特性曲線分析 表2列出了不同面粉樣品的混合實驗儀測試參數,這些數據如下表所示。

由表2中看出,9種面粉樣品的混合實驗儀參數具有很好的變化,面團的吸水率指達到面團的目標扭矩C1((1.1±0.5)Nm)所需的水分[6],樣品5的C1值為1.16,接近目標扭矩,表明這種樣品具有較好的揉混性;C2指面團在受到機械及熱作用后扭矩降低的最小值,值越小,面團的機械力穩定性越強[8],9種樣品的C2值都比較小,并存在顯著差異,它們的機械力穩定性比較強;C3是面團在糊化過程中的最大扭矩,樣品5的C3值最大,并與其他樣品存在顯著差異;糊化作用是糊化過程中,最大扭矩C3與最小扭矩C2的差值,差值越大,糊化作用越強;樣品5的差值最大,說明其糊化作用最強[7];烹煮穩定性指在90℃保溫過程中,C4與C3的比值,值越大,則說明面團的烹煮穩定性越強。樣品8的C4與C3比值最大(樣品6和樣品7的C4與C3的比值無顯著差異),說明其形成的面團的烹煮性能最強。C5指面團冷卻階段糊化淀粉的回生特性,值越大說明淀粉酶活性越高,而回生值過高,隨著時間的推移會對加工產品的風味及質構造成很大影響[8],樣品8的酶活性最高。綜上所述,5號樣品參數比其它樣品參數好,且其加工特性良好,因此我們選取5號樣品面粉為原料制取混合面粉為下面做研究。

表2 面粉樣品的混合實驗儀參數Table 2 The parameter of Mixolab of flour samples

表3 混合實驗儀參數、沉降值、吹泡稠度參數及粉質參數的相關性分析Table 3 Correlation analysis parameters between Mixolab,and Zeleny sedimentation, Alveoconsistograph,and Farinograph of flour samples

注:*,** 分別表示在p<0.05,p<0.01。

2.1.3 相關性分析 為了驗證混合實驗儀能夠預測樣品的蛋白特性,將混合實驗儀參數與已經測得的面粉品質參數進行相關性分析,分析數據列在表3中。

由表3得知,混合實驗儀參數中穩定性與沉降值、吹泡稠度參數及粉質參數顯著相關,其中與吹泡稠度參數W及粉質參數穩定性的相關性更高(r=0.919,p<0.01;r=0.931,p<0.01)。大多數的混合實驗儀參數如穩定性、C2、C3、C4和C5與粉質參數柔嫩度具有負相關性;混合實驗儀參數C2、C3、C4與吹泡稠度參數G、W顯著相關;混合實驗儀參數穩定性、C2、C3與吹泡稠度P顯著相關。揉混指數表示的是在30℃恒溫揉混階段面粉的特性,它涉及穩定時間、形成時間和機械弱化等參數概念,該值越大表示面團在揉和階段的穩定時間越長[8]。混合參數C2和C1的差值正好可以表明生面團的揉混特性,并且與粉質參數柔嫩度具有負相關性(r=-0.651,p<0.01),它們的差值與吹泡稠度參數G(r=0.721)、W(r=0.670)及粉質參數吸水率(r=0.735)、穩定性(r=0.560)具有相關性。混合實驗儀參數C3與C2的差值和C4與C3的差值都與吹泡稠度參數G顯著相關,這說明混合實驗儀[9]能夠在面粉揉混和加熱過程中測試面粉的糊化特性和揉混特性。

表4 亞麻籽粉不同添加量對面團粉質特性的影響Table 4 Effects of Different zugabemenge of flaxseed meal on farinograph properties

一些研究表明[10-12],混合實驗儀參數C3、C4、C5是與淀粉的烹煮特性、酶活性、回生特性相關,由表3得出,它們與吹泡稠度參數G具有相關性。這說明混合實驗儀[9]能夠在面粉揉混和加熱過程中測試面粉的淀粉酶特性及蛋白特性。斜率α代表蛋白弱化度[13-15],表明面粉的筋力強度,由表3得知它與沉降值(r=-0.590,p<0.05)、吹泡稠度參數P(r=-0.550,p<0.05)、W(r=-0.676,p<0.01),及粉質參數穩定性(r=-0.577,p<0.05)具有負相關性。斜率α、β、γ與其它的面粉品質參數沒有顯著相關。由于在實驗操作中發現,重復實驗時,曲線的斜率就會發生較大差異,因此沒有深入研究分析斜率α、β、γ這3個參數。

2.2 混合面粉的品質分析

根據以上實驗分析結果,9種樣品均為弱筋粉,同時考慮數據的顯著差異性,選取最適宜的5號面粉樣品為原料,添加不同比例的亞麻籽粉,用混合實驗儀參數分析不同添加量(0%、1%、3%、5%)的亞麻籽粉對5號樣品面粉粉質特性的影響,結果見表4。

由表中數據可知,添加亞麻籽粉后,面團的C1值明顯變小,說明面團的吸水率在增加,而隨著亞麻籽粉的添加,面團的C1值變化幅度明顯變小。隨著亞麻籽粉的添加,面團的穩定性時間在變長,(由于添加量為3%時,穩定性時間增長并不明顯,所以穩定性時間的變化不是線性的)這是由于亞麻籽粉中含有的蛋白質主要是水溶性的,不能形成類似面筋網絡的結構,加入面團中反而會稀釋面筋蛋白的含量。同時亞麻籽粉中高含量的膳食纖維導致面團的吸水率增加,促使面團弱化,并且大量的不溶性纖維成分對面筋網絡有機械破壞作用[16-17],添加量在5%的時候C1值最小,其吸水率最大;隨著亞麻籽粉添加量的增加C2值在不斷的減小,說明其抵抗熱的能力在增強。這是因為在加熱過程中,首先糊化,糊化后的淀粉顆粒粘度增加,更好的粘附了面團中的面筋及淀粉,從而使得其熱弱化值降低,添加量在5%的時候機械穩定性最強;由表4中數據看出添加亞麻籽粉C3值在變小,它與最小扭矩C2的差值也在變小,說明形成的面團糊化作用在減弱,添加量在5%的時候糊化作用最弱,而C4與C3的比值未達0.05顯著水平,說明亞麻籽粉的添加對形成的面團的烹煮性能沒有減弱;隨著亞麻籽粉的添加,C5值在逐漸變小,則說明淀粉酶活性在降低。

綜上所述,當添加量為5%的時候,混合粉的酶活性雖然有所降低,有研究表明[8]淀粉酶活性指數的可接受范圍在5～7,但仍在接受范圍內,因此對面粉品質的影響很小。而吸水率、糊化作用等特性都得到了優化,因此亞麻籽粉的添加量以5%為最佳。

3 結論

混合實驗儀在攪拌時兩個攪拌臂的扭矩變化參數C2、C3、C4及C5與粉質儀參數柔嫩度具有負相關;C2、C3與吹泡稠度儀操作時所需最大壓力P、充氣膨脹指數G、面團變形所做的功W顯著相關。混合實驗儀參數C2、C3、C4、C5與吹泡稠度參數G具有相關性,這些表明混合實驗儀能夠在面粉揉混和加熱過程中測試面粉的淀粉特性、淀粉酶特性及蛋白特性等。再利用混合實驗儀研究了亞麻籽粉對面粉的流變學特性的影響,隨著亞麻籽粉的添加,當添加量達到5%時,面團的吸水率達到最大,機械穩定性最強,糊化作用最弱,同時又不影響面團的烹煮性能。面團的淀粉酶活性雖然有所降低,但是對面粉品質影響很小,因此亞麻籽粉的最優添加量為5%。這為Mixolab混合實驗儀的應用與研究提供了一個切實可行的方向。

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Application and research of the evaluation of dough rheological properties with the Mixolab

ZHAO Ping1,ZHOU Wei1,ZHANG Sheng-tang2,GAO Guo-qiang2,*,WANG Ya1

(1.School of Life Science and Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China;2. Lanzhou Industry Research Institute,Lanzhou 730050,China)

The rheological properties of different flours were measured by instruments of Chopin Mixolab,Alveograph and Farinograph,and then the rheological properties of the flour added zugabemenge flaxseed meal were analyzed by the Mixolab. The results showed that there existed negative correlation between the parameters of C2,C3,C4 and C5 of two stirring arms,torque by the Mixolab and the parameters of tenderness by Farinograph;C2,C3 were significantly related to the parameters of the maximum pressure P,inflation index G and work of dough deformation W by Alveograph. While the zugabemenge of flaxseed meal was up to 5%,the absorption of water of the dough reached the maximum,mechanical stability was the strongest,gelatinization became the weakest,the amylase activity of the dough decreased,while the ratio of C4 and C3 unchanged. It indicated that the zugabemenge of flaxseed meal did not affect the cooking properties of the dough. Therefore the optimal zugabemenge of flaxseed meal was 5%.

Mixolab;flaxseed meal;correlation;rheological properties

2014-03-18

趙萍(1964-)，女，碩士，教授，主要從事食品科學、副產物綜合利用研究。

*通訊作者:高國強(1966-)，男，本科，研究員，主要從事農產品加工與綜合利用研究。

甘肅省重點學科建設項目資助。

TS211.3

A

1002-0306(2015)01-0097-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.01.012