不同水分含量對復合壓延面片力學性質(zhì)及面條品質(zhì)的影響

劉健飛，鄭學玲，劉 翀

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州 450001）

面條是中國和很多亞洲國家日常飲食中的傳統(tǒng)主食之一[1]，由于其簡單的制作方法和營養(yǎng)健康的特點深受人們的喜愛[2]。面條制作過程中合適的水分含量能夠使面粉水化并形成均勻的面筋網(wǎng)絡，過多或過少的水分都會對面筋網(wǎng)絡的形成造成不利的影響[3]。

在不同面制品的制作過程中，面包的加水量大約為面粉質(zhì)量的60%左右，饅頭為45%左右，生鮮面為34%左右，掛面為30%左右[4]。面條面團的加水量較低（28%～38%），加水量不足的面團比較硬，延展性也較差，同時面片的表面會出現(xiàn)許多不均勻的白點，從而影響面條的外觀品質(zhì)[5]；而過多的水分會導致面團粘輥，對面條的后續(xù)制作過程造成不便，同時導致面條口感不佳[6]。Hardt 等[7]發(fā)現(xiàn)當面團的加水量從43.5%降低到34%時，面團的粘彈性模量都有不同程度的增加，而最大蠕變?nèi)崃拷档汀Ｍ瑫r，加水量的增大會導致面條亮度的降低[8]。Park 等[9]發(fā)現(xiàn)加水量的增加會促進面筋蛋白的形成，面團彈性增大，煮后面條的硬度隨加水量增加而降低。以上研究大都固定面團及面條的制作過程（固定壓延次數(shù)），并未涉及壓延次數(shù)對面團特性變化的影響。

Morgenstern 等[10]研究壓延次數(shù)對高水分面包的流變學影響發(fā)現(xiàn)面團的破裂應力和破裂應變存在一個先增加后減小的過程。李逸群[11]研究壓延次數(shù)對饅頭品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)過多的壓延次數(shù)會使饅頭品質(zhì)發(fā)生劣變。目前壓延次數(shù)對面團品質(zhì)的影響僅局限于高水分的面包、饅頭面團，對低水分面條面團的影響研究卻很少。

因此本實驗通過添加不同含量的水分（30%、34%、38%），測定不同的單向復合壓延次數(shù)對面片力學性質(zhì)和面條品質(zhì)的影響，以期探尋低水分面條面團在壓延過程中能夠表征面筋網(wǎng)絡發(fā)展狀態(tài)的力學指標，以及這些指標與面條品質(zhì)的關系，為面條的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售香雪麥純富強粉 沈陽香雪面粉有限公司（水分含量為13.43%、灰分含量為0.39%、蛋白含量為11.34%、濕面筋含量為28.66%）；食品級塑料自封袋 鄭州新豐化驗器材有限公司提供。

JHMZ 型針式和面機 北京東孚久恒儀器技術有限公司；JMTD168/180 型試驗面條機 北京東方孚德技術發(fā)展中心；TA-XT 型質(zhì)構儀 英國Stable Micro Systems 公司；DZ-4002D 型真空包裝機 河南鄭州星火包裝機械有限公司；SPX 型立式溫控箱北京鑫潤科諾儀器公司；FEG 掃描電鏡 美國FEI 公司；LGJ-18C 冷凍干燥機北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 面片的制作 參考Song 等[12]的方法稍作修改，分別稱取150 g 面粉，30%、34%、38%（以面粉質(zhì)量為基準）的水分，一起加入針式和面機內(nèi)并和面7 min，之后將攪拌得到的面絮置于自封袋中密封完全，在25 ℃的醒發(fā)箱中醒發(fā)20 min。將醒發(fā)之后的面絮放入頂部未封閉的長方形木制模具（160 mm×140 mm× 9 mm）中放置均勻，用配套的模板輕壓制成型。隨后將壓制過后的面片在3 mm 軋距下的面條機上分別進行2、4、6、10、20、40 次復合壓延。每次壓延都將面片折疊一次，按照相同的方向進行壓延。壓延完成之后靜置面片1 min，隨后在其4 個不同部位測定面片厚度，為之后的流變學實驗做準備。

1.2.2 面條的制作 參照張顏顏等[13]的方法進行稍作修改。面片在軋距為3 mm 下分別復合壓延一定的次數(shù)（2、4、6、10、20、40），之后通過軋距為2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0 mm 的壓輥進行連續(xù)壓延，最后將壓好的面片切成2 mm 寬的面條，置于自封袋中備用。

1.2.3 面片的流變學測定 采用TA-XT 型質(zhì)構儀，根據(jù)Morgenstern 等[10]的方法經(jīng)過適當?shù)男薷模弥睆?10 mm 的圓形刀具從復合壓延之后的面片中心取樣，將得到的圓形面片用兩個帶有63 mm 直徑圓孔的不銹鋼平板（HDP/TPB 的探頭夾具）固定于測試平臺上。測試探頭為P36R；測前和測后速度為1、5 mm/s；測試速度為1 mm/s。探頭下壓面片直至破裂，測定面片破裂時的最大拉斷力和最大延伸度。其中應力（σ）被定義為面片拉伸過程中垂直于力作用方向上每單位面積上的力，應變（ε）被定義為面片拉伸過程中面片的形變與初始厚度的比例。根據(jù)力、位移和時間的原始數(shù)據(jù)，應力、應變的計算公式為：

式中，F(xiàn)（t）表示探頭記錄的力，N；t 表示探頭下壓的時間，s；R 表示探頭和圓孔邊長之間的平均半徑，mm；h0表示面片的厚度，mm；v 表示探頭的速度，mm/s；l0表示探頭和圓孔邊緣之間的距離，mm。

參考Song 等[12]的研究，面片在破裂（力最大時）的應力和應變分別被定義為破裂應力（σR）和破裂應變（εR）。每個測定做3 次重復。

1.2.4 面片的微觀結構測定 將制作好的面片用液氮迅速冷凍，隨后進行真空冷凍干燥。將凍干好的面片掰斷，選取具有平整自然斷裂面的樣品固定于圓形樣品臺上，噴金處理后在電鏡掃描儀上放大2000 倍進行觀察面片的微觀結構，電壓為3.0 kV。

1.2.5 面條的蒸煮特性測定 稱取15 g 的生面條放于500 mL 的沸水中煮至最佳蒸煮時間（面條中心部分的白芯消失）。將面條撈出至于冷水中浸泡30 s，之后將面條放置于濾紙上吸水5 min 后進行稱重。將煮面湯和冷卻水倒入1000 mL 的容量瓶中定容，后稱取50 mL 到恒重的鋁盒中，最后將鋁盒在105 ℃烘箱中烘干到恒重。面條的干物質(zhì)吸水率和蒸煮損失率計算公式如下[14]：

式中，m1為煮后瀝干面條的質(zhì)量，g；m0為煮前面條的質(zhì)量，g；m 為50 mL 面湯干物質(zhì)質(zhì)量，g；w 為煮前面條的水分含量，%。

1.2.6 煮熟面條的拉伸特性測定 取20 根左右的面條至于500 mL 沸水中，將面條煮至面條中心部分的白芯消失為最佳狀態(tài)。立即撈出并在300 mL 冷水中冷卻30 s，隨后撈出面條在濕紗布下靜置1 min 后用質(zhì)構儀測定煮熟面條的拉斷力和拉斷距離[15?16]。探頭類型：Code A/SPR；測前和測后速度分別為2、2 mm/s；測試速度為1 mm/s；觸發(fā)力：Auto-5.0 g，每個樣品做5 次平行實驗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)以3 次平行實驗的平均值±標準差表示，使用SPSS 23 軟件對數(shù)據(jù)進行分析和使用Origin 2018 對數(shù)據(jù)進行繪圖，同時采用Duncan 檢驗方法，在P<0.05 的水平下進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同加水量條件下單向復合壓延對面片流變學特性的影響

不同加水和復合壓延次數(shù)下面片破裂時的原始最大拉斷力和最大拉伸距離如表1 所示。在整個壓延的過程中，面片的拉伸力和延伸度都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，且兩者都在壓延4 次時最大。由表1可見，隨著面團加水量的增大，面片破裂時的最大拉斷力顯著（P<0.05）減小，表明水分含量更高，使面片破裂所需要的力就更小。在壓延4 次時，對于加水量為30%、34%、38%的面片，最大拉斷力分別為2659、1935 和969 g。造成這一現(xiàn)象的原因：一方面，隨著加水量的增多，加速了面團中蛋白質(zhì)的吸水膨脹，從而形成更加伸展柔順的面筋網(wǎng)絡結構，其塑性增加而硬度下降；另一方面，含水量增加導致自由水含量也隨之增加，而水具有塑化作用，會促進面筋的潤滑移動，從而使拉斷力逐漸下降。這與經(jīng)典的粉質(zhì)拉伸試驗具有相同的現(xiàn)象：水分含量的增加降低了粉質(zhì)拉儀的扭矩（表現(xiàn)為BU 的降低）[17]。Mastromatteo等[3]研究了不同加水量對面包面團流變學性質(zhì)的影響，也得到了相似的結論：高水分面團變形需要的力更小，且隨著水分含量的增加，面片破裂時的拉伸距離也顯著（P<0.05）增加。Letang 等[18]也表明過多的水分會使得面團軟化。

表1 不同加水量條件下的復合壓延對面片的拉伸特性的影響Table 1 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on tensile properties of dough sheet

在面片的拉伸過程中，面片的厚度和形狀是一直在發(fā)生變化的，為了去除拉伸過程中面片厚度和形狀的影響，選擇引入破裂應力及破裂應變來表征面片拉伸性質(zhì)的變化。其中破裂應力反映的是面片的強度及抗拉伸性能，破裂應變反映的是面片的延伸度。

圖1 表示的是不同加水條件下復合壓延過程中面片破裂應力的變化。由圖1 中可以明顯看出，在三個水分含量下，隨著壓延次數(shù)的逐漸增加，破裂應力都先增加后顯著（P<0.05）減小，且都在復合壓延4 次出現(xiàn)最大值（6.06、4.78、2.81 kPa），壓延20 次后破裂應力的變化趨于平緩。面片的破裂應力在復合壓延過程中的變化規(guī)律和高水分面團和面過程中阻力的變化規(guī)律很相似：在和面開始階段，面團的面筋網(wǎng)絡逐漸形成，面團的強度逐漸增大；隨著和面時間增加，面團被過度攪拌，破壞了原有的連續(xù)面筋網(wǎng)絡結構，面團強度下降而變得又軟又粘，面團抗拉伸能力下降[19]。同時發(fā)現(xiàn)隨著水分含量的增加，面片的破裂應力顯著（P<0.05）下降，這是由于水分的塑化作用造成的結果[20]。

圖1 不同加水量條件下的復合壓延對面片破裂應力的影響Fig.1 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on rupture stress of dough sheet

不同加水條件下復合壓延過程中面片破裂應變的變化如圖2 所示，隨著壓延次數(shù)的增加，30%和38%水分條件的面片的破裂應變和應力的變化趨勢相同且都在第4 次出現(xiàn)最大值，34%水分的面片在第6 次出現(xiàn)最大值。這與面片的最大延伸度變化規(guī)律也相同，這是因為隨著壓延過程的進行，過多的壓延次數(shù)破壞了原本已經(jīng)完善的面筋網(wǎng)絡結構，從而使面片的延展性下降。當水分含量增加，破裂應變也顯著（P<0.05）增加，這可能是由于一定范圍內(nèi)水分增加促進了面筋蛋白分子伸展并通過次級鍵相互纏結，增大了面筋網(wǎng)絡的延展性。這與Hardt 等[7]的研究相似：隨著水分含量增加（33%～44.8%），面團的延伸度增加。綜上所述，壓延4 次得到的面片具有最好拉伸特性，38%加水量的面片雖然具有最大的破裂應變，但是由于在此水分含量下面片過于柔軟其黏性過大，不利于面片的壓延操作，所以當前實驗條件下，34%加水量的面片具有最好的操作特性。

圖2 不同加水量條件下的復合壓延對面片破裂應變的影響Fig.2 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on rupture elongation of dough sheet

2.2 單向復合壓延對面片微觀結構的影響

不同壓延次數(shù)的面片微觀結構如圖3 所示。由圖3 可以清楚的看到面片的面筋網(wǎng)絡結構，連續(xù)的網(wǎng)絡物質(zhì)為蛋白質(zhì)，大顆粒物質(zhì)為淀粉顆粒。隨著壓延次數(shù)的增加（2～4 次），面筋網(wǎng)絡結構變得更加緊密。蛋白質(zhì)彼此粘連，淀粉分子被緊密的包裹其中，形成平整連續(xù)的網(wǎng)絡結構。隨著壓延的繼續(xù)進行，20 次壓延獲得的面片中網(wǎng)絡結構出現(xiàn)較大的空隙，部分淀粉分子裸露在外，網(wǎng)絡結構變差。這是由于在初始壓延階段，適當?shù)膲貉硬僮鞔龠M蛋白質(zhì)、淀粉、水分子等物質(zhì)的相互作用，形成連續(xù)的面筋網(wǎng)絡。而之后過度的壓延，在擠壓力的不斷作用下，面筋網(wǎng)絡遭到了破壞。壓延次數(shù)對面片微觀結構的影響與前文中對面片流變學特性影響相一致：過多的壓延次數(shù)（20 次）降低了面片的破裂應力和破裂應變，使面片的強度和延伸度大大降低。

圖3 不同復合壓延次數(shù)對面片微觀結構的影響Fig.3 The influence of different compound sheeting times on the microstructure of dough sheet

2.3 不同加水量條件下單向復合壓延對面條蒸煮特性的影響

圖4 為不同加水量條件下的復合壓延對面條吸水率的影響。由圖4 可知，隨著壓延次數(shù)的增加，30%水分含量下的面條吸水率逐漸增大，在復合壓延40 次處出現(xiàn)最大值（167.55%）；34%和38%水分含量的面條吸水率先減小后增大，吸水率在復合壓延6 次出現(xiàn)最小值（147.46%、121.21%）。這可能是由于在水分較充分時（>30%），在壓延初始階段，面片的面筋網(wǎng)絡結構在壓延過程中逐漸完善，淀粉和蛋白質(zhì)的纏繞越來越緊密，面筋網(wǎng)絡緊密的包裹住淀粉顆粒，在面條的煮制過程中淀粉顆粒不易糊化吸收水分，從而使吸水率降低。而隨著壓延的繼續(xù)進行，過度的壓延使面片的面筋網(wǎng)絡結構遭到破壞，缺少面筋蛋白的阻礙，越來越多的淀粉暴露出來，淀粉糊化后體積膨脹從而吸收更多的水分[21]。相反，對于30%水分，由于缺少足夠的潤滑劑，隨著壓延次數(shù)增加，機械力可能對面筋緊密結構有破壞作用，造成吸水率增加。在不同的加水量方面，隨著加水量的增多，面條的吸水率顯著（P<0.05）下降，38%水分含量的吸水率下降尤其明顯。這可能是由于面片制作過程中過多的水分使蛋白質(zhì)和淀粉充分吸水，在煮制過程中淀粉吸收的水分減少，因此面條的吸水率下降。

圖4 不同加水量條件下的復合壓延對面條吸水率的影響Fig.4 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on waterabsorption rate of noodle

圖5 為不同加水量條件下的復合壓延對面條蒸煮損失的影響。由圖5 可知，三種水分含量下面條的蒸煮損失隨著壓延次數(shù)的增加表現(xiàn)出明顯的先減小后增加的趨勢，且壓延6 次處的面條具有最小的蒸煮損失率（8.16%、6.88%、5.61%）。這是由于過多的壓延操作破壞了面筋網(wǎng)絡結構，網(wǎng)絡結構對淀粉的束縛能力減弱，淀粉易在煮制的過程中脫離，致使高壓延次數(shù)的面條蒸煮損失較大。此外，面條的蒸煮損失隨著加水量的增加，表現(xiàn)出和吸水率相同的趨勢。這與張美莉等[22]的研究結果一致：隨著加水量增加（40%～48%），豌豆面條的吸水率逐漸降低。這可能是由于當水含量增加時，更多的水分參與面筋網(wǎng)絡的形成，面筋網(wǎng)絡形成得更加連續(xù)，與淀粉結合得更加緊密。所以壓延6 次，38%加水量條件下制作的面條具有最好的蒸煮特性。

圖5 不同加水量條件下的復合壓延對面條蒸煮損失的影響Fig.5 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on cooking loss rate of noodle

2.4 不同加水量條件下單向復合壓延對面條拉伸特性的影響

表2 為不同加水量條件下單向復合壓延對面條拉伸特性的影響。從表2 中可以看出：在三種水分含量下，隨著壓延次數(shù)的增加，面條的拉斷力都先增大后減小?？傮w都在壓延4 道處最大（17.31、15.49、12.98 g），即此處的拉伸力要顯著大于壓延20 道和40 道處的拉伸力（P<0.05）。這與前面面片的拉伸力變化趨勢相一致。即在壓延的過程中，無論是復合壓延過程中面片還是最后的面條制品，力學強度性質(zhì)均遵循相同的變化規(guī)律，都呈現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律。這可能是由于在壓延的過程中，面筋網(wǎng)絡隨著壓延次數(shù)的增加逐漸形成連續(xù)的結構，從而造成其抗拉伸能力（強度）的增大；而在10 次壓延之后，過多的壓延次數(shù)開始破壞其連續(xù)的面筋網(wǎng)絡結構，從而使其強度降低。另一方面，隨著水分含量的增多，壓延4 次制得的面條的拉斷力從17.31 g 顯著降低到12.98 g（P<0.05）。這可能由于過多的水分弱化了面筋網(wǎng)絡結構，與水對面團的塑化作用有關。這與胡云峰等[23]的研究相一致：生鮮面條的拉斷力隨著水含量的增加而顯著降低。Park 等[9]同樣發(fā)現(xiàn)隨著水分含量的增加（31%～39%），面條的硬度顯著降低。

表2 不同加水量條件下的復合壓延對面條的拉伸特性影響Table 2 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on tensile properties of noodle

在面條的拉斷距離方面，在不同的壓延次數(shù)下：加水量為34%時，面條拉斷距離先增大后減小，且在壓延6 次出現(xiàn)最大值；加水量為30%和38%時，拉斷距離的變化趨勢和33%水分時相同，但卻在第4 次出現(xiàn)最大值。總體上和面條的拉斷力表現(xiàn)出相同的規(guī)律。另一方面，當加水量增加，不同壓延次數(shù)制得的面條拉斷距離顯著增大（P<0.05）。這可能是由于加水量不足時，面筋網(wǎng)絡結構形成不充分，整體延展性較差，當增加水分，面筋蛋白充分吸水，逐漸形成連續(xù)的網(wǎng)絡結構從而增加了面團的延展性[24]。汪師帥等[25]研究水分對堿面條品質(zhì)的影響時也發(fā)現(xiàn)，隨著水分含量的增加（30%～35%～38%），堿面條的拉伸距離顯著增加。所以在不同的水分含量下，壓延4 次制得的面條具有最好拉伸特性。34%加水量的面條具有最合適的拉伸特性。

3 結論

復合壓延過程中，面片的破裂應力和破裂應變的演化具有一定規(guī)律性，均在壓延4 次時出現(xiàn)峰值（6.06、4.78、2.81 kPa）、（0.64、0.71、0.83），水分在增強面片塑性變形能力的同時也會弱化其強度。面片強度峰值出現(xiàn)時，面筋網(wǎng)絡結構形成也較充分，說明面片力學指標可以指示面條面團的形成狀態(tài)。雖然面片在復合壓延之后還經(jīng)過連續(xù)壓延、切條和煮制等操作，但是，煮熟面條的拉伸特性與面片拉伸特性具有相同的變化趨勢，即面條拉斷力和拉斷距離的最大值出現(xiàn)在壓延4 次時（17.31、15.49、12.98 g）、（65.45、69.15、99.48 mm），且水分對面條拉伸特性的影響也與其對面片拉伸特性的影響相似，表明復合壓延面片的強度指標（破裂應力和破裂應變）可以用來預測面條的拉伸品質(zhì)特性。煮熟面條的吸水率和蒸煮損失的峰值出現(xiàn)稍微滯后于其強度性質(zhì)，表明采用面片強度指標預測面條的蒸煮品質(zhì)需要謹慎處理。結合煮熟面條的蒸煮和拉伸特性分析可見，合適的加水量和復合壓延次數(shù)（當前條件下為34%和復合壓延4～6 次）對于獲得品質(zhì)最佳的面條具有重要作用。