熱燙溫度對小麥面團介觀特性的影響機制

李雪琴，呂瑩果，黃亞飛

（河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

不同的水溫調制出的面團具有不同的流變學特性，用冷水和面，面團的延伸性好、韌性強、彈性大、可塑性一般；用熱水和面，面團的延伸性差、韌性弱、彈性小，但可塑性好；而用溫水和面，面團的延伸性、韌性、彈性、可塑性則介于冷水面團與熱水面團之間[1]。添加熱燙面團湯種也會對面團的流變學性質產生影響，王雨生等[2]研究發現添加湯種可以使面團的吸水率顯著增大，面團呈現出更柔軟的特性；隨著湯種添加量的增大，面團形成時間逐漸延長，穩定時間逐漸縮短。杜昱蒙等[3]的研究也表明湯種的應用可以顯著減緩面包的老化速度，改善面包感官品質。

不同的水溫調制出的面團其質構特性和持氣能力也不同。趙龍等[4]以面團拉伸特性為指標，通過正交試驗得出在水溫85 ℃、加水量54%、含鹽量1%條件下制備的熱燙面團具有良好的質構特性。拱姍姍等[5]研究了不同加水溫度調制面團對面團全質構特性和持氣性的影響，發現當加水溫度約為50 ℃時，面團面筋網絡韌性、彈性和延展性較好，面團所需拉伸斷裂力小，拉伸距離變大；加水溫度在20～60 ℃之間的面團發酵體積隨發酵時間延長而增大的趨勢大于加水溫度在20 ℃以下或60 ℃以上的面團。Marti等[6]分析面團加熱過程中的彈性變化情況時發現，當面團溫度以1.2 ℃/min速率由30 ℃升高到90 ℃時，面團的彈性不斷下降，同時制作的面食硬度降低。

為了進一步研究熱燙面團加工過程中的水分遷移特性，薛雅萌等[7]采用低場核磁共振技術分析水溫和加水量對熱燙面團中的水分分布和水分遷移特性的影響，結果發現隨著加水量的增加，熱燙面團結合水和表面自由水的含量下降，吸附水含量增加；隨著水溫的升高，熱燙面團結合水含量先升高后降低，吸附水和表面自由水的含量先降低后升高。Doona等[8]通過核磁共振實驗研究得出面團中淀粉和面筋具有不同的水動力學和分子流動性，并且淀粉與水的相互作用對面團中水分遷移率起決定作用，水在面團中更傾向于與淀粉相互作用。

上述研究主要集中在和面加水溫度（熱燙溫度）或面團溫度變化對熱燙面團流變學特性即宏觀特性的影響，以及水分遷移特性的變化，對于熱燙面團形成過程中介觀特性變化機制的研究較少，因此本實驗通過研究不同熱燙溫度對面團體系中淀粉糊化特性和蛋白質分子結構的影響，以揭示熱燙溫度對小麥面團介觀特性的影響機制。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金苑特一粉（小麥粉）購自河南金苑糧油有限公司，小麥粉的主要成分包括水分（13.90±0.15）%（質量分數，下同）、淀粉（71.20±0.36）%、蛋白質（9.18±0.23）%、灰分（0.38±0.15）%、濕面筋（29.30±1.02）%；精純鹽購自河南省衛群多品種鹽有限公司。

糖化酶（活力≥10 萬單位/g） 北京奧博星生物技術有限公司；碘、碘化鉀、硫代硫酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉（均為分析純） 天津科密歐化學試劑有限公司；硫酸、鹽酸（均為分析純） 洛陽昊華化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

HM-790型和面機 青島漢尚電器有限公司；FD-1A-50型真空冷凍干燥機 北京博醫康實驗儀器有限公司；SHA-C型水浴恒溫振蕩器 金壇市華峰儀器有限公司；3K15型冷凍離心機 北京五洲東方科技發展有限公司；Kjeltec 8400型全自動定氮儀 福斯中國有限公司；RVA-TecMaster型快速黏度分析儀 瑞典波通科技有限公司；BT-9300H型激光粒度分析儀 丹東市百特儀器有限公司；IRAffinity-1s型傅里葉變換紅外光譜儀日本株式會社島津制作所。

1.3 方法

1.3.1 不同和面水溫面團樣品的制備

根據前期研究結果，綜合考慮加水溫度對和面加水量的影響，確定實驗加水量為54%（以面粉質量計）[9]。準確稱量（300.0±0.5）g面粉倒入和面缽內，稱取相當于面粉質量1%的食鹽，加入水中進行溶解，然后在電爐上將鹽水分別加熱至55、65、75、85、95 ℃后迅速倒入裝有面粉的和面缽內，開啟和面機，和面3 min，將面團取出并用自封袋密封后，靜置冷卻至室溫，然后將面團真空冷凍干燥、粉碎、過80 目篩，冷藏備用。對照組采用25 ℃水和面，然后將面團凍干、粉碎、過80 目篩。

1.3.2 麥谷蛋白大聚體質量分數的測定

麥谷蛋白大聚體（glutenin macropolymer，GMP）質量分數的測定參照Li Fang等[10]的方法并稍作修改。準確稱取0.50 g樣品，加入10 mL質量分數1.5%的十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）溶液，漩渦振蕩混勻，30 ℃恒溫振蕩提取1 h，然后25 ℃下15 500×g離心15 min，棄去上清液，再重復提取一次，用凱氏定氮法分別測定面粉中和沉淀中的蛋白質含量，按式（1）計算GMP的質量分數。每組樣品平行測定3 次，取平均值。

1.3.3 GMP粒度分布的測定

參照Don等[11]的方法，準確稱取1.5 g樣品，放入50 mL離心管中，并加入30 mL 15 g/L的SDS溶液，在30 ℃條件下恒溫漩渦振蕩30 min充分混勻，然后在常溫下9 000 r/min離心30 min，棄去上清液，重復上述步驟。刮取上層的蛋白質凝膠（1.00±0.02）g，加入10 mL的15 g/L SDS溶液，置于15 mL離心管中，漩渦振蕩4 h，使沉淀均勻分散，然后測定GMP粒度分布。每組樣品平行測定3 次，取平均值。

1.3.4 蛋白質二級結構的測定

蛋白質二級結構的測定參考劉銳[12]的方法，將樣品和溴化鉀以1∶100質量比在研缽中研磨成均勻粉末，裝入模具中，在壓片機上將其壓制成透明薄片并立即進行掃描測定，傅里葉變換紅外光譜信息的收集方式為透射模式，參數設定為：掃描范圍400～4 000 cm-1、掃描次數32、分辨率4 cm-1。

選擇1 600～1 700 cm-1區間段的圖譜，利用Peak Fit v4.12軟件進行擬合分析，計算各部分二級結構的相對含量。

1.3.5 淀粉糊化度的測定

淀粉糊化度的測定方法較多，但目前準確性較高且不受限于樣品濃度以及組分限制的仍然是酶法[13]，熱燙面團中淀粉糊化度的測定參考李明菲等[14]的方法，步驟如下：1）分別稱取1.000 g冷凍干燥的樣品置于編號為A1、A2的錐形瓶中，另取一個錐形瓶A0作為空白對照。分別量取50 mL蒸餾水加入上述錐形瓶中，振蕩搖勻。將A1樣品沸水浴糊化20 min，然后在冰水浴中快速冷卻至室溫；A2未進行糊化。2）在以上3 個錐形瓶中各加入2 mL質量分數5%的糖化酶溶液，然后在恒溫水浴振蕩器中45 ℃緩慢振蕩1 h。糖化結束后取出錐形瓶，迅速加入濃度為1 mol/L鹽酸2 mL終止糖化，定容至100 mL，過濾待用。3）分別量取A0、A1、A2中的濾液10 mL，置于3 個250 mL的碘量瓶中，依次加入10 mL 0.05 mol/L的碘液和18 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液，蓋好瓶塞在暗處靜置15 min，然后立即加入2 mL體積分數10%的硫酸，用0.05 mol/L Na2S2O3溶液滴定至無色，記錄所消耗的Na2S2O3溶液的體積。每組樣品平行測定3 次，取平均值。糊化度按式（2）計算。

式中：V0為空白樣品（A0）消耗Na2S2O3溶液的體積/mL；V1為完全糊化樣品（A1）消耗Na2S2O3溶液的體積/mL；V2為未糊化樣品（A2）消耗Na2S2O3溶液的體積/mL。

1.3.6 淀粉黏度特性測定

淀粉的糊化特性參考GB/T 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定 快速粘度儀法》[15]進行測定，黏度單位為cP。

1.4 數據處理與分析

采用Excel軟件處理數據，以平均值±標準差表示；采用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析，P＜0.05表示差異顯著；采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 熱燙溫度對GMP質量分數的影響

面筋蛋白中分子質量在20 000～60 000 Da的球狀醇溶蛋白因分子間相互作用較弱，為面團提供流動性，而分子質量超過100 000 Da的麥谷蛋白存在分子間二硫鍵，分子間相互作用較強，能夠形成分子質量更大的高分子蛋白，因此可為面團提供較強的彈性[16]。醇溶蛋白和麥谷蛋白在攪拌的過程中相互作用賦予面團黏彈特性。麥谷蛋白根據其在SDS中的溶解性不同可以分為SDS可溶性麥谷蛋白和SDS不可溶性麥谷蛋白（GMP）兩大類，SDS不可溶性麥谷蛋白（GMP）的含量與面團的動態流變學有顯著相關性[17-19]，也是影響面團筋力的重要因素，因此可用來預測面團的筋力和動態流變學特性。

圖1 不同熱燙溫度下GMP的質量分數Fig.1 Content of GMP in doughs at different water temperatures

由圖1可知，隨著和面熱燙溫度的升高，面團中GMP的質量分數顯著提高。在熱燙溫度為55 ℃和65 ℃條件下，GMP質量分數較對照組分別增加了6.1%和8.3%。在熱燙溫度85 ℃和95 ℃條件下，GMP質量分數較對照組分別增加了17.3%和19.6%。上述變化說明熱的作用使SDS可溶性谷蛋白、小分子蛋白（清蛋白）、球蛋白和小分子醇溶蛋白聚集，蛋白質溶解度降低，保留在沉淀中的蛋白質含量增大。尚珊[20]的研究也表明熱處理糯麥粉促進了游離巰基轉化為二硫鍵，二硫鍵的形成促進聚合體蛋白質的形成。

2.2 熱燙溫度對GMP粒徑分布的影響

熱燙溫度對GMP粒徑分布的影響如圖2所示，GMP的粒徑主要分布在10-1～102μm之間，不同熱燙溫度下GMP的粒徑分布圖呈現出兩個峰，第一個峰出現在0.1～13 μm之間，第二個峰出現在13～100 μm之間。

圖2 不同熱燙溫度下GMP的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of GMP in doughs at different water temperatures

表1為不同熱燙溫度下GMP的粒徑分布，參考劉銳等[21]對GMP粒徑的分類，將GMP按粒徑大小分為3 類，即小粒徑GMP（d＜10 μm）、中等粒徑GMP（10＜d＜100 μm）和大粒徑GMP（d＞100 μm）。由表1可知，當熱燙溫度從25 ℃升高到55 ℃時，面團中小粒徑GMP相對含量顯著增加，中等粒徑和大粒徑GMP相對含量顯著減少，這是因為熱燙溫度55 ℃低于蛋白質的變性溫度，適度升溫有助于蛋白質分子活動度的增加，因此更易形成粒徑較小的GMP；當熱燙溫度高于蛋白質的變性溫度時，隨著熱燙溫度的升高，面團小粒徑GMP相對含量顯著下降，中等粒徑和大粒徑GMP相對含量顯著升高，特別是在溫度超過75 ℃時，粒徑在0.1～100 μm的中小蛋白聚集體向大分子粒徑轉變，形成大于100 μm的聚集體，這說明高溫使蛋白質發生變性，一些小粒徑GMP轉化為中等粒徑或大粒徑GMP，一些中等粒徑GMP轉化為大粒徑GMP。從表1中還可以看出，GMP的體積平均粒徑也隨著熱燙溫度的升高呈現出增大的趨勢。Hu Yueming等[22]的研究也表明，過熱蒸汽處理面粉能夠使蛋白發生聚集反應，分子質量增大，自由疏基含量減少，不溶性蛋白聚合物含量增多。

表1 不同熱燙溫度下GMP的粒徑分布Table 1 Particle size distribution of GMP in doughs at different water temperatures

2.3 熱燙溫度對蛋白質二級結構的影響

維持蛋白質二級結構的作用力有很多，其中最重要的是氫鍵[23]。研究表明，在加熱條件下，蛋白質二級結構中維持螺旋結構的氫鍵容易遭受破壞，使得峰位向高波數移動[24-25]。

α-螺旋結構構象比較穩定，是一種緊密無空腔的結構，對維持面團的剛性和彈性起重要作用。β-折疊是一種多肽鏈伸展的結構，包括由強氫鍵形成的分子間折疊和弱氫鍵形成的反平行β-折疊，其穩定性比α-螺旋結構差。

熱燙溫度對面團中蛋白質二級結構的影響如表2所示，隨著熱燙溫度的升高，面團中蛋白質的α-螺旋和β-折疊結構相對含量顯著降低，無規卷曲和β-轉角相對含量逐漸增加，這表明熱燙溫度的升高使β-折疊結構伸展轉變成β-轉角和無規卷曲，同時部分的α-螺旋向無規卷曲轉變。Wang Kaiqiang等[26]的研究也表明，在80 ℃和90 ℃下處理的小麥面筋凝膠發生聚合，表現出“空間位阻”效應，無規卷曲含量明顯增加；而胡月明[27]采用過熱蒸汽處理面粉后發現蛋白二級結構向著更規則的α-螺旋和β-折疊轉變，與本研究結果相反，原因在于該學者采用過熱蒸汽處理的對象是低水分含量的面粉，在過熱蒸汽處理過程中，小麥蛋白發生伸展，蛋白中的自由巰基發生氧化或通過轉換形成分子內或分子間二硫鍵[26]；而本實驗熱燙處理的對象是水分質量分數50%以上的高水分含量面團，蛋白質在高溫高水分狀態下發生劇烈變性，導致蛋白質二級結構向β-轉角和無規卷曲轉變；當熱燙溫度超過65 ℃后，GMP粒徑的增大也并不是蛋白質分子間形成的二硫鍵含量增多所導致的，而是蛋白質發生變性聚集的結果。正是因為熱燙面團中的蛋白質發生了不可逆轉的變性，蛋白質形成面筋網絡結構的能力減弱，因此熱燙面團與常溫加水面團相比，面團筋力更弱，延展性更強。

表2 熱燙溫度對面團中蛋白質二級結構的影響Table 2 Effect of water temperature on protein secondary structure in dough

2.4 熱燙溫度對面團中淀粉糊化度的影響

淀粉糊化的本質是熱運動使水分子進入淀粉顆粒內部，破壞了淀粉分子的緊密結合狀態，使淀粉顆粒吸水膨脹、糊化。熱水和面雖然不能使淀粉達到完全糊化的狀態，但是較高溫度的水和面會對面團中淀粉的糊化度和黏度產生重要影響。

圖3 熱燙溫度對面團中淀粉糊化度的影響Fig.3 Effect of water temperature on degree of starch gelatinization in dough

圖3 是熱燙溫度對面團中淀粉糊化度的影響趨勢，可以看出，熱燙溫度對淀粉糊化度的影響隨著熱燙溫度的升高呈現出不斷增大的趨勢，小麥淀粉的起始糊化溫度在65～67.5 ℃范圍內，當熱燙溫度低于淀粉的糊化起始溫度65 ℃時，淀粉沒有發生糊化現象，當和面水溫高于小麥淀粉的糊化溫度時，隨著熱燙溫度的升高，糊化度迅速增加，但仍有一部分未糊化的淀粉存在，當熱燙溫度超過淀粉的糊化終止溫度（85 ℃）時，面團中淀粉的糊化度增加緩慢。

2.5 熱燙溫度對面團中淀粉黏度特性的影響

淀粉糊化后，其黏度也會發生變化，淀粉黏度的變化與淀粉顆粒的膨脹和破裂有關[28]，隨著熱燙溫度的升高，淀粉吸水、膨脹、結晶結構破壞，導致在快速黏度分析測定中淀粉糊的黏度降低。運用快速黏度分析儀研究熱燙溫度對面團中淀粉黏度的變化，結果如表3所示。

表3 熱燙溫度對面團中淀粉黏度特性的影響Table 3 Effect of water temperature on viscosity properties of starch in dough

從表3可以看出，隨著熱燙溫度的升高，淀粉的峰值黏度、最低黏度、衰減值、最終黏度、回生值均呈現出減小的趨勢，峰值時間減小不明顯。與熱燙溫度為25 ℃的對照組相比，用溫度低于65 ℃的熱水和面時，其各個指標變化不大，當溫度超過75 ℃時，熱燙后的小麥淀粉黏度遠低于對照組，并且峰值黏度、最低黏度、最終黏度、衰減值和回生值都明顯下降。其原因是75 ℃以上的熱燙溫度已使淀粉顆粒脹潤、破碎、部分淀粉分子發生預糊化、淀粉分子鏈降解，因此，當熱燙溫度高于小麥淀粉分子的糊化溫度時，熱燙溫度越高，面團中淀粉的糊化程度越大，快速黏度分析測試時體系的黏度越小，衰減值和回生值越低。Chen Xu等[29]的研究也表明，小麥淀粉經濕熱處理后，淀粉起糊溫度提高，峰值黏度、終止黏度和崩解值下降。正是由于熱水面團中已糊化的淀粉以自身很強的黏性參與面團的形成，因此當熱燙溫度高于小麥淀粉的糊化溫度時，形成的面團韌性小、彈性弱，但延展性好、可塑性強。

3 結 論

熱燙溫度對面團中GMP質量分數和粒徑分布的影響主要表現為：當熱燙溫度高于蛋白質的變性溫度時，隨著熱燙溫度升高，面團中GMP質量分數呈現顯著增大的趨勢；小粒徑的GMP向中粒徑和大粒徑的聚集體轉變。同時，熱燙使面團中蛋白質二級結構發生變化，隨著熱燙溫度的升高，部分α-螺旋和β-折疊結構轉變為β-轉角和無規卷曲，面團中淀粉的糊化度呈現出增大的趨勢，淀粉的峰值黏度、最低黏度、衰減值、最終黏度、回生值和峰值時間均呈現出減小的趨勢，在熱燙溫度高于75 ℃時，這種變化更加顯著。

結合面團中淀粉黏度特性和蛋白質分子結構在熱燙溫度升高過程中的變化，可以看出，當熱燙溫度在55～65 ℃之間時，熱燙面團中蛋白質發生部分變性，GMP粒徑增大，GMP質量分數增加，而淀粉僅發生少量糊化，淀粉黏度特性變化不明顯，在此溫度范圍內，影響小麥面團介觀性質的因素主要是蛋白質與水結合形成面筋蛋白的能力；當熱燙溫度高于75 ℃時，熱燙面團中蛋白質變性程度進一步增加，淀粉糊化程度增大，變性的蛋白質結合水的能力下降，而糊化的淀粉以自身很強的黏性參與面團的形成，此時影響小麥面團介觀性質的因素主要是淀粉的糊化程度。