小麥不同程度萌發(fā)后其加工品質(zhì)的變化

張玉榮，潘運(yùn)宇，宋秀娟，陳 紅，夏欣雨

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心,糧食儲藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心, 河南 鄭州 450001 2.黑龍江省糧油衛(wèi)生檢驗監(jiān)測站，黑龍江 哈爾濱 150000

小麥的種植面積占糧食作物總面積的25%，作為世界第二大糧種，其貿(mào)易量和需求量巨大，均居糧食作物首位[1-4]。小麥籽粒在成熟后進(jìn)入休眠狀態(tài)，但在收獲時如果遇到降水，或者儲藏期間天氣潮濕、人工管理不當(dāng)，就會萌動、發(fā)芽[5]。小麥萌動、發(fā)芽比例高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值就會出現(xiàn)難以出售或低價出售的局面從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)研究表明，發(fā)芽后的小麥淀粉酶等酶的活性升高，降解胚乳中儲存的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而對加工品質(zhì)產(chǎn)生一定影響。如發(fā)芽對α-淀粉酶產(chǎn)生影響，使淀粉含量改變，蛋白酶的激活使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，同時還可導(dǎo)致小麥的加工品質(zhì)如拉伸特性、粉質(zhì)特性等發(fā)生變化[6-9]。張佳靈[10]的研究表明小麥萌動過程中出粉率下降明顯，但其下降的幅度小于發(fā)芽小麥。孫輝等[11]研究指出，萌動和發(fā)芽都會使小麥降落數(shù)值發(fā)生明顯變化，并且發(fā)芽對其影響更大，同時由于蛋白質(zhì)含量的變化，面筋結(jié)構(gòu)被破壞，制成面團(tuán)后保氣能力減弱，烘焙品質(zhì)降低。種子萌發(fā)分為吸脹、萌動、發(fā)芽和成苗4個階段[12]。由GB 1351可知，小麥生芽包括兩種類型：未突破種皮的萌動和突破種皮的發(fā)芽。萌動作為小麥吸水膨脹的起始階段，理論上跟發(fā)芽是兩個截然不同的生理表現(xiàn)，造成的影響也必然大不相同。小麥品質(zhì)雖發(fā)生較大變化但萌動和發(fā)芽可以歸為一類，而有學(xué)者認(rèn)為10%或以下的發(fā)芽粒對面包和饅頭品質(zhì)沒有影響[13-14]。鼓泡、萌動、發(fā)芽的檢測和劃分方法不一致，導(dǎo)致了生芽對小麥粉品質(zhì)影響的結(jié)論也各有差異，因此無法正確指導(dǎo)發(fā)芽小麥的加工和收購[15]。

作者按照小麥萌發(fā)過程中呈現(xiàn)的不同特征將萌發(fā)小麥劃分為鼓泡、皮裂、露白、芽長為小麥籽粒長度的一半、芽長跟小麥籽粒長度相同5種狀態(tài)，在實(shí)驗室最佳條件下萌發(fā)、干燥。與正常小麥作對比，研究不同萌發(fā)程度的小麥加工品質(zhì)指標(biāo)(出粉率、沉降值、粉質(zhì)特性)的變化，為小麥生產(chǎn)加工以及生芽粒標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器

河南省焦作市修武縣2017年6月田間新收獲周麥27。

HWS-300恒溫恒濕培養(yǎng)箱：寧波東南儀器有限公司；101 A-I型電熱恒溫干燥箱：上海市崇明實(shí)驗儀器廠；ML204/02電子天平：梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；恒溫水浴鍋：金壇市華峰儀器有限公司；TGL-18MS臺式高速冷凍離心機(jī)：上海盧湘離心機(jī)儀器有限公司；JFZD電子粉質(zhì)儀：北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心；LRMM-8040-3-D實(shí)驗?zāi)シ蹤C(jī)：中國無錫錫糧機(jī)械制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 材料處理方法

1.2.1.1 原材料前處理

小麥過篩去除雜質(zhì)，用0.1% HgCl2溶液對其進(jìn)行快速(1 min)消毒處理后清洗。

1.2.1.2 萌動和發(fā)芽小麥樣品的制備

田間模擬：將處理過的小麥籽粒放在海綿上，噴灑水模擬下雨，33 ℃左右培養(yǎng)8 h，然后每2 h觀察1次小麥籽粒的形態(tài)并記錄。

實(shí)驗室培養(yǎng)：參照GB/T 5520—2011對小麥進(jìn)行發(fā)芽試驗，培養(yǎng)12 h后，每2 h觀察1次小麥籽粒的形態(tài)并記錄。

高溫快速干燥：用烘箱對小麥進(jìn)行高溫干燥處理，設(shè)置溫度為80 ℃，使水分降為12.5%以下。

自然晾曬干燥：將萌動和發(fā)芽的小麥于室外太陽光下進(jìn)行晾曬(37～40 ℃)，使水分降為12.5%以下。

1.2.2 測定方法

小麥出粉率的測定參照NY/T 1094.1—2006和NY/T 1094.2—2006的操作方法，用實(shí)驗?zāi)シ蹤C(jī)對500 g小麥進(jìn)行磨粉，測定其出粉率。

小麥沉降值的測定參照GB/T 21119—2007中Zeleny試驗；小麥粉質(zhì)特性的測定參照GB/T 14614—2006。

1.3 試樣制備

按GB 5491對樣品進(jìn)行分樣，再用錘式旋風(fēng)磨制備全麥粉。

2 結(jié)果與分析

2.1 出粉率

出粉率是小麥加工中非常重要的質(zhì)量指標(biāo)，它直接關(guān)系到小麥粉生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。出粉率的變化導(dǎo)致小麥粉的蛋白質(zhì)、淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化進(jìn)而影響其加工品質(zhì)[16]。由圖1可知，小麥的出粉率隨小麥萌動和發(fā)芽程度的加深而逐漸下降。其中，自然晾曬干燥的小麥出粉率高于經(jīng)高溫干燥的，經(jīng)實(shí)驗室培養(yǎng)的小麥出粉率小于田間模擬培養(yǎng)的。此外，小麥萌動階段出粉率下降幅度小于發(fā)芽階段，且出粉率均在皮裂期開始明顯下降。相關(guān)研究表明：小麥在發(fā)芽過程中水分增高，酶被激活，營養(yǎng)物質(zhì)被分解以供發(fā)芽，籽粒飽滿程度降低，導(dǎo)致容重、出粉率降低[17-18]。同時由于籽粒結(jié)構(gòu)的變化，后續(xù)磨粉也會受到影響[19]。Dziki等[20]的研究表明用發(fā)芽小麥磨粉最明顯的特征是200 μm以下的顆粒數(shù)明顯增加，這就會導(dǎo)致研磨過程中消耗的能量更少，從而出粉率降低。隨著小麥發(fā)芽程度加深，出粉率降低，小麥粉的品質(zhì)也受到影響。

注：發(fā)芽4表示芽長為小麥籽粒長度的一半；發(fā)芽5表示芽長與小麥籽粒長度相等，圖2—圖5、表1和表2同。圖1 不同萌動和發(fā)芽程度對小麥出粉率的影響Fig.1 Effect of different germination degrees on the yield of wheat flour

2.2 沉降值

小麥粉沉降值是反映面粉中面筋水合能力的一項指標(biāo)，是評估小麥中蛋白質(zhì)含量及質(zhì)量的重要依據(jù)。小麥中粗蛋白含量高、質(zhì)量好，小麥粉沉降值就高。因此，小麥粉沉降值能反映出蛋白質(zhì)、面筋含量和品質(zhì)的綜合情況。

由圖2 可知，小麥無論是萌動還是發(fā)芽，沉降值均呈現(xiàn)無規(guī)律的波動變化，且數(shù)值上下浮動很小，說明培養(yǎng)方式和干燥溫度對沉降值幾乎沒有影響。小麥萌動和發(fā)芽后，蛋白質(zhì)含量逐漸降低，經(jīng)高溫處理過的小麥蛋白質(zhì)變性，使得面筋結(jié)構(gòu)松散，質(zhì)量變差，蛋白質(zhì)質(zhì)量和含量的改變使面筋吸水率下降，沉降值降低；小麥發(fā)芽過程中種皮面積增加使小麥吸水率增加，從而沉降值變大。兩種變化相互影響可能最終導(dǎo)致了沉降值變化不明顯。

圖2 不同萌動和發(fā)芽程度對小麥沉降值的影響Fig.2 Effects of different germination degrees on the sedimentation value of wheat

2.3 粉質(zhì)特性

小麥面粉在加水形成面團(tuán)的過程中所具有的流動性、耐揉性及黏彈性是面團(tuán)的流變學(xué)特性[21-22]。小麥的粉質(zhì)特性指標(biāo)不僅能反映出小麥粉的綜合品質(zhì)，還可以判斷其加工品質(zhì)[23]。

2.3.1 吸水率

面團(tuán)吸水率是指面團(tuán)在揉制過程中達(dá)到最大稠度(500±20) FU時所需加水量占小麥粉總量的百分比。一般來說，面團(tuán)吸水率主要受破損淀粉的影響，同時也受面筋蛋白的影響。

由圖3可知，隨著小麥萌動和發(fā)芽程度的增加，吸水率是逐漸下降的。同時經(jīng)80 ℃高溫干燥的小麥樣品吸水率要低于經(jīng)過自然晾曬干燥的小麥，而干燥方式對吸水率的影響不大。這是因為對于同種狀態(tài)下的小麥，首先，當(dāng)溫度高于65 ℃時，面筋蛋白會因熱變性而使面筋生成率顯著降低，從而使面筋的吸水率降低；其次，萌動和發(fā)芽小麥籽粒內(nèi)部酶活性的上升，促進(jìn)了淀粉和蛋白質(zhì)的分解，小麥破損淀粉含量越高面團(tuán)吸水率越高[24]，總體呈現(xiàn)下降的趨勢可能是由于面筋蛋白結(jié)合水的能力降低抵消了破損淀粉帶來的影響[25]。

圖3 不同萌動和發(fā)芽程度對小麥面團(tuán)吸水率的影響Fig.3 Effects of different germination degrees on water absorption of wheat dough

2.3.2 面團(tuán)形成時間和穩(wěn)定時間

面團(tuán)形成時間是指從加水點(diǎn)起至粉質(zhì)曲線到達(dá)最大稠度后開始下降的時刻點(diǎn)的時間間隔。面團(tuán)的形成時間與面團(tuán)中面筋的含量、質(zhì)量密切相關(guān)，面筋含量高的小麥粉形成面團(tuán)的時間就長。

面團(tuán)穩(wěn)定時間是指在粉質(zhì)曲線上升與下降的過程中，與500 FU線形成的兩個交點(diǎn)間對應(yīng)的時間差值。穩(wěn)定時間可反映面團(tuán)耐受機(jī)械攪拌的能力，穩(wěn)定時間越長，面粉的筋力越強(qiáng)，韌性及醒發(fā)能力也越好[26]。

由圖4可以看出，隨著小麥萌動和發(fā)芽時間的延長，3種處理方式下的小麥面團(tuán)的形成時間和穩(wěn)定時間都逐漸下降。對發(fā)芽后的小麥高溫干燥與自然晾曬相比會延長其面團(tuán)穩(wěn)定時間和形成時間，減緩其加工品質(zhì)的劣化。面筋含量越高，質(zhì)量越好就越易阻礙面團(tuán)的形成，相應(yīng)地，面團(tuán)的形成時間會延長。萌動小麥和發(fā)芽小麥中蛋白酶活性的升高不僅使蛋白質(zhì)含量降低，也導(dǎo)致了面筋結(jié)構(gòu)被破壞，降低了面筋的筋力，所以面團(tuán)的形成時間和穩(wěn)定時間不斷降低。溫度過高會使蛋白質(zhì)發(fā)生不同程度的變性，破壞蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而影響面團(tuán)的形成時間和穩(wěn)定時間，這與郭翎菲等[27]的研究結(jié)果是相似的。

圖4 不同萌動和發(fā)芽程度對小麥面團(tuán)形成時間和穩(wěn)定時間的影響Fig.4 Effects of different germination degrees on the formation time and stabilization time of wheat dough

2.3.3 面團(tuán)弱化度和粉質(zhì)指數(shù)

面團(tuán)弱化度即面團(tuán)到達(dá)形成時間點(diǎn)時曲線帶寬的中間值和此點(diǎn)后12 min處曲線帶寬的中間值之間的高度差。面筋弱化度大說明加工性能較差。

粉質(zhì)指數(shù)指從曲線開始到最大稠度衰減至某個相對于最大值的降低值。通常使用降低30 FU時的時間對小麥粉品質(zhì)進(jìn)行評估。為簡化評估操作，以粉質(zhì)曲線到此點(diǎn)的長度(mm)來表示結(jié)果(通常取整數(shù))。筋力弱的面粉所需時間短，對應(yīng)的長度短；筋力強(qiáng)的反之。

由圖5可知，鼓泡小麥面團(tuán)弱化度變化不大，但此后隨著萌動和發(fā)芽程度的加深，面團(tuán)弱化度迅速升高。從皮裂期開始，面團(tuán)弱化度加大，明顯區(qū)別于正常小麥。不同干燥方式的小麥面團(tuán)弱化度上升的幅度明顯不同，田間模擬自然晾曬的小麥面團(tuán)弱化度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高溫干燥的，由此說明小麥一旦發(fā)芽需立即進(jìn)行干燥。小麥的粉質(zhì)指數(shù)變化趨勢與小麥面團(tuán)弱化度變化趨勢相反，隨著萌發(fā)程度的加深小麥的粉質(zhì)指數(shù)逐漸降低。不同的干燥方式對粉質(zhì)指數(shù)影響也比較大，小麥萌動和發(fā)芽后，酶活性的升高使得淀粉、蛋白質(zhì)降解，破壞了其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[28]。此外，高溫對面筋蛋白的影響也很大。這些都影響小麥粉的加工品質(zhì)，因此在對糧食進(jìn)行干燥時最好選用低溫慢速干燥方式。

圖5 不同萌動和發(fā)芽程度對小麥面團(tuán)弱化度和粉質(zhì)指數(shù)的影響Fig.5 Effects of different germination degrees on weakening degree and powder index of wheat dough

2.4 差異性分析

對3種干燥處理下不同萌動程度的小麥出粉率、沉降值、粉質(zhì)特性進(jìn)行樣品均值、標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計分析，并對其加工品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行差異性分析，結(jié)果見表1和表2。

表1 不同萌動和發(fā)芽程度的小麥出粉率、沉降值的變化及其差異性分析Table 1 Variation and difference analysis of flour yield and sedimentation value of wheat with different germination degrees

注：數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同一列的相同字母表示在P=0.05水平上差異不顯著，不同字母表示顯著性差異，表2同。

由表1和表2可知,田間模擬自然晾曬、田間模擬高溫干燥的小麥出粉率與原始樣相比均在皮裂期差異性顯著，而實(shí)驗室培養(yǎng)高溫干燥在鼓泡期發(fā)生顯著性差異，皮裂期與鼓泡期差異性并不顯著。田間自然晾曬、田間高溫干燥的小麥沉降值在整個萌動階段并未發(fā)生顯著性差異，實(shí)驗室培養(yǎng)高溫干燥在皮裂期差異性顯著。實(shí)驗室培養(yǎng)高溫干燥的小麥鼓泡期較原始樣面團(tuán)形成時間已有顯著性差異，另外兩種干燥方式均在皮裂期出現(xiàn)顯著性差異。3種處理方式下面團(tuán)穩(wěn)定時間較原始樣也均在皮裂期出現(xiàn)顯著性差異。對于吸水率，與原始樣相比田間自然干燥在皮裂期發(fā)生顯著性差異，田間高溫干燥在鼓泡期發(fā)生顯著性差異，而皮裂期與鼓泡期差異性并不顯著，實(shí)驗室培養(yǎng)高溫干燥也從鼓泡期開始出現(xiàn)顯著性差異。面團(tuán)弱化度與粉質(zhì)指數(shù)在田間模擬自然晾曬、高溫干燥與原始樣相比在皮裂期發(fā)生顯著性差異，實(shí)驗室高溫干燥在鼓泡期發(fā)生顯著性差異。

綜合各個指標(biāo)的差異性分析，除沉降值外田間模擬自然晾曬的加工品質(zhì)指標(biāo)較原始樣在皮裂期開始發(fā)生顯著性差異，田間模擬高溫干燥的出粉率、面團(tuán)形成時間、面團(tuán)穩(wěn)定時間、面團(tuán)弱化度、粉質(zhì)指數(shù)也均在皮裂期差異性顯著，吸水率在鼓泡期發(fā)生顯著性差異。實(shí)驗室培養(yǎng)高溫干燥的出粉率、面團(tuán)形成時間、面團(tuán)弱化度、吸水率、粉質(zhì)指數(shù)在鼓泡期差異性顯著，面團(tuán)穩(wěn)定時間在皮裂期發(fā)生顯著性差異。

表2 不同萌動和發(fā)芽程度的小麥粉質(zhì)特性的變化及其差異性分析Table 2 Variation and difference analysis of wheat flour characteristics with different germination degrees

3 結(jié)論

(1)隨小麥萌動和發(fā)芽程度的加深，出粉率逐漸下降，且在萌動皮裂期下降幅度快速增加,自然晾曬干燥的小麥出粉率高于經(jīng)高溫干燥的；沉降值的變化無規(guī)律，且干燥方式對沉降值的影響不大。

(2)隨著小麥萌動和發(fā)芽程度的加深，面團(tuán)的吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間和粉質(zhì)指數(shù)均逐漸下降，而面團(tuán)弱化度快速升高，經(jīng)80 ℃高溫干燥的小麥樣品，吸水率要低于經(jīng)過自然晾曬干燥的，適當(dāng)干燥會延長面團(tuán)穩(wěn)定時間和形成時間，減緩其加工品質(zhì)的降低。由此說明小麥一旦發(fā)芽需立即進(jìn)行干燥。

(3)由差異性分析可知，不同萌發(fā)程度的小麥經(jīng)由不同干燥方式處理后，絕大部分加工指標(biāo)均在皮裂期產(chǎn)生顯著性差異，少數(shù)指標(biāo)在鼓泡期差異性顯著。建議以皮裂期至芽長不超過籽粒長度作為生芽粒的判斷依據(jù)。