淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)不同品種小麥面團(tuán)品質(zhì)特性比較分析

秦博聞， 王紅玲， 熊文飛， 王立峰

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023)

淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)是地跨江蘇、安徽、山東和河南四省的國家級(jí)戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)，包含徐州、連云港、鹽城、淮安、宿遷、宿州、淮北、阜陽、蚌埠、亳州、菏澤、濟(jì)寧、臨沂、棗莊、日照、泰安、萊蕪(2019年撤市設(shè)區(qū))、商丘、開封、周口20個(gè)地級(jí)市[1]。該區(qū)域地處南北過渡的黃淮海平原地帶，地勢平坦，屬北溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，兼有南北氣候之利，光照適宜，年降雨量適中，是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年全國小麥總產(chǎn)量約13 143萬t，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)產(chǎn)量近8 000萬t，占比超過全國小麥總產(chǎn)量的60%。由于該地區(qū)的南北之間氣候條件存在一定差異，土壤類型也比較復(fù)雜，所以小麥的品質(zhì)類型也呈多樣性。

小麥面團(tuán)是由小麥粉和水組成的黏彈性物質(zhì)，獲得優(yōu)質(zhì)面團(tuán)是保證小麥粉制品穩(wěn)定的前提[2,3]。小麥面團(tuán)的制備是小麥粉制品加工的主要環(huán)節(jié)，也是影響小麥粉制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一[4]。面團(tuán)的糊化特性與流變學(xué)特性是小麥粉品質(zhì)的主要指標(biāo)，是小麥粉加水面團(tuán)耐揉性和彈性等物理特性的綜合指標(biāo)，也是當(dāng)前我國小麥品質(zhì)檢測的重要分析指標(biāo)，其對(duì)小麥粉制品的加工品質(zhì)有重要影響，不同的小麥粉制品對(duì)面團(tuán)的糊化特性與流變學(xué)實(shí)驗(yàn)要求也不同[5,6]。因此，面團(tuán)的糊化特性與流變學(xué)實(shí)驗(yàn)已逐漸成為評(píng)價(jià)原料加工特性必不可少的手段。尹成華等[7]選取安徽、河北、河南、江蘇、山東5省共計(jì) 244 份小麥樣品進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)容重與面團(tuán)吸水率顯著正相關(guān)，粗蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量與面團(tuán)吸水率以及面團(tuán)拉伸特性各指標(biāo)極顯著相關(guān)。滕曉煥等[8]通過對(duì) 10 種河南不同產(chǎn)地小麥粉的理化指標(biāo)和流變學(xué)特性的測定，揭示小麥粉的理化指標(biāo)與流變學(xué)特性之間的相關(guān)性, 結(jié)果表明小麥粉蛋白質(zhì)含量與小麥粉的流變學(xué)特性呈正相關(guān)。楊釧等[9]發(fā)現(xiàn)小麥粉蛋白質(zhì)含量對(duì)面團(tuán)吸水率直接增強(qiáng)效應(yīng)較大, 但對(duì)穩(wěn)定時(shí)間、拉伸長度的抑制效應(yīng)較大，沉降指數(shù)對(duì)穩(wěn)定時(shí)間和最大拉伸阻力、拉伸面積的直接增強(qiáng)和綜合增強(qiáng)效應(yīng)較大。

目前對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)小麥面團(tuán)品質(zhì)特性的比較分析鮮有報(bào)道，針對(duì)這一現(xiàn)狀本研究采用Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀、RVA快速黏度儀和Rheometer動(dòng)態(tài)流變儀測定小麥面團(tuán)糊化特性、黏彈性等流變學(xué)特性。對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)小麥面團(tuán)流變特性進(jìn)行測定，進(jìn)一步了解淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)小麥的品質(zhì)狀況。本研究可為淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)不同品種小麥的深加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論信息，對(duì)于保證小麥粉的品質(zhì)穩(wěn)定、優(yōu)化小麥制品的產(chǎn)品特性等方面具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)試劑：乳酸、碳酸鈉、蔗糖、正丁醇等(均為分析純)。

實(shí)驗(yàn)原材料(小麥)均由中國農(nóng)科院作物所提供，所用樣品品種編號(hào)如表1所示。

表1 不同品種小麥樣品編號(hào)

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

磨粉機(jī)，CP213型電子天平，Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀，RVA快速黏度儀4500，HWCL-3恒溫磁力攪拌器，QL-861渦旋振蕩器，MCR302系列高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀。

1.3 方法

1.3.1 小麥面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性測定

小麥面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性使用Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀分析，Mixolab可實(shí)時(shí)測定攪拌臂在攪拌樣品時(shí)受到的扭矩，因而可測定其物理化學(xué)特性的變化。同時(shí)該設(shè)備可用來分析加熱冷卻過程中蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)及淀粉的性質(zhì)[10]。選擇Chopin+標(biāo)準(zhǔn)測試法適用于ICC 173(ICC 2011)，該設(shè)備可以在面團(tuán)形成的不同階段，根據(jù)時(shí)間和溫度的不同，測量扭矩(Nm)。實(shí)驗(yàn)采用的樣品(小麥粉和水)總質(zhì)量75 g，和面轉(zhuǎn)速為80 r/min，目標(biāo)扭矩為(1.1±0.05) Nm。程序參考Han等[11]設(shè)置為：30 ℃下攪拌時(shí)間為8 min；加熱速度以4 ℃/min 升至90 ℃，冷卻速度4 ℃/min速度降溫到50 ℃，總分析時(shí)間為45 min。Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀測試曲線圖與標(biāo)準(zhǔn)曲線檢測指標(biāo)的含義分別如圖1與表2所示。

表2 Mixolab標(biāo)準(zhǔn)曲線檢測指標(biāo)和含義[12-15]

圖1 混合實(shí)驗(yàn)儀測試曲線圖

1.3.2 小麥面團(tuán)糊化特性測定

利用快速黏度分析儀(AACC22—08[16]方法)測定小麥的糊化特性。以含水量14%為基準(zhǔn)，稱取小麥粉3.5 g左右，添加25 mL的去離子水于鋁盒中，并快速用攪拌槳上下攪拌使樣品均勻分散，然后按照13 min standard 1測定小麥粉的糊化性質(zhì)，每個(gè)測試樣品重復(fù)3次。小麥粉的糊化特性測試程序如表3所示。

表3 糊化特性測試程序

1.3.3 小麥面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變特性測定

取Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀獲得扭矩為(1.1±0.05)Nm的面團(tuán)，利用PP25探頭，間隙為2 mm，先對(duì)樣品進(jìn)行應(yīng)變掃描，確定線性黏彈性范圍。取適量小麥面團(tuán)置于Rheometer動(dòng)態(tài)流變儀測試平臺(tái)，靜置2 min后進(jìn)行測定，測量過程中多余的樣品輕輕地去除，剩余的已暴露的小麥面團(tuán)周圍涂抹一層硅油，防止測試過程中水分的散發(fā)。頻率掃描的測試條件為：溫度25 ℃，應(yīng)變?yōu)?.1%，掃描頻率為0.1～10 Hz (1～100 s-1)。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果用Excel以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)來表示；相關(guān)性分析采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件；繪圖軟件采用Origin 9.0。

2 結(jié)果與討論

2.1 小麥面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性分析

小麥面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性是指小麥粉在一定升溫速率下加熱伴隨機(jī)械力攪打成為小麥面團(tuán)的過程中顯示出的綜合性質(zhì)。使用Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀評(píng)估面團(tuán)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及淀粉的糊化特性[17]。不同品種小麥面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性測定結(jié)果見表4。吸水率是指谷物和水混合后，達(dá)到目標(biāo)扭矩(1.1±0.05) Nm的加水量，它決定著糧食加工的經(jīng)濟(jì)性[18]。不同品種小麥面粉吸水率變幅在51.00%～61.50%之間，平均值為57.20%，達(dá)到了我國小麥品種品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17320—2013)[19]中筋和中強(qiáng)筋小麥品種的標(biāo)準(zhǔn)(吸水率≥ 56%)，變異系數(shù)為3.76%。形成時(shí)間是谷物和水混合后，達(dá)到目標(biāo)扭矩(1.1±0.05)Nm所需要得時(shí)間，反映出面筋網(wǎng)絡(luò)蛋白的形成速度[20]。通常來說，形成時(shí)間越長，小麥粉的筋力越強(qiáng)[21]。穩(wěn)定時(shí)間是指谷物和水混合后，在揉和過程達(dá)到較高稠度值并保持穩(wěn)定的時(shí)間。形成時(shí)間在1.45～4.15 min之間，平均值為2.56 min，變異系數(shù)為26.81%；穩(wěn)定時(shí)間在1.85～8.93 min之間，平均值為4.43 min(≥ 3 min)，達(dá)到了我國小麥品種品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17320—2013)中筋和中強(qiáng)筋小麥品種的標(biāo)準(zhǔn)，變異系數(shù)為37.33%。Mixolab檢測出不同小麥品種間在形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間上的差異，反映了不同品種小麥蛋白成分的數(shù)量和質(zhì)量上存在的差異[16]。形成時(shí)間與穩(wěn)定時(shí)間呈顯著正相關(guān)(r=0.425，P<0.05)。加熱和機(jī)械剪切力(混合)的綜合作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變與不穩(wěn)定，導(dǎo)致小麥面團(tuán)稠度降低[22,23]。稠度最小值C2測定小麥粉和水在混合過程中蛋白質(zhì)弱化的程度，變幅在0.21～0.48 Nm之間，平均值為0.37 Nm，變異系數(shù)為15.79%。C1-C2表示小麥粉和水混合過程中的總?cè)趸担渥兎?.34～0.81 Nm之間，平均值為0.72 Nm，變異系數(shù)為12.27%。回生終點(diǎn)值C5反映面團(tuán)最終達(dá)到的冷黏度，冷黏度越高越易于凝沉；C5-C4(回生值)的大小能夠反映冷黏度的穩(wěn)定性，回生值數(shù)值越高，表明隨時(shí)間變化其冷黏度越大。C5-C4(回生值)變幅在0.59～1.93 Nm之間，平均值為1.04 Nm，變異系數(shù)達(dá)25.84%。

表4 不同品種小麥面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性分析

2.2 面團(tuán)糊化特性分析

不同品種小麥面團(tuán)糊化特性分析如表5所示。除糊化溫度外，RVA參數(shù)之間存在顯著的正相關(guān)，與姜艷[24]對(duì)20種小麥品種淀粉糊化特性的研究結(jié)果一致。峰值黏度范圍在1 317.67～2 954.67 cP之間，平均值2 306.04 cP，變異系數(shù)18.38%，蘇麥11、華麥1028的峰值黏度較高，而西農(nóng)511峰值黏度較低。保持強(qiáng)度范圍636.33～1 916.33 cP之間，平均值1 395.71 cP，變異系數(shù)23.67%，保麥6號(hào)保持強(qiáng)度最高，而西農(nóng)511較低；衰減度變幅在578.33～1 188.33 cP之間，平均值為910.33 cP，變異系數(shù)為18.28%，蘇麥11衰減度較高，說明蘇麥11小麥粉淀粉糊的穩(wěn)定性最差；最終黏度范圍在1 409.67～3 244.67 cP之間，平均值2 553.35 cP，變異系數(shù)18.78%；回升值773.33～1 363.33 cP之間，平均值1 157.64 cP，變異系數(shù)13.43%，回生值表示淀粉糊的老化性，華麥1 028小麥回生值最高，表明其制作的面制品易老化；峰值時(shí)間變幅在5.47～6.29 min之間，平均值為5.95 min，變異系數(shù)為3.39%，糊化溫度變幅在67.68～86.1 ℃，平均值為77.91 ℃，變異系數(shù)為9.02%，江麥23糊化溫度最高，說明此小麥不易糊化或糊化需要吸收較高熱量[21]。董凱娜[25]以不同品種的小麥為研究對(duì)象，研究小麥淀粉特性的分布糊化溫度為61～67 ℃，峰值黏度48～746 cP，低谷黏度為13～486 cP，最終黏度為25～893 cP，降落數(shù)值為35～286 cP，回生值為13～499 cP，可以看出不同小麥品種糊化特性差異顯著。Cao等[26]研究了6個(gè)具有不同面團(tuán)特性的小麥品種淀粉的微觀結(jié)構(gòu)和理化特性，說明6個(gè)具有明顯不同淀粉特性的變種表現(xiàn)出不同的面團(tuán)特性。圖2表示不同品種小麥糊化特性圖譜，從圖譜看出，來自淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的30個(gè)不同品種的整體糊化特性變化相接近，在最低峰值黏度處有差異性，可能是由于品種之間的差異性造成峰值黏度最低值有所不同。

表5 不同品種小麥面團(tuán)糊化特性分析

圖2 不同品種小麥面團(tuán)糊化特性圖譜

2.3 面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變特性分析

動(dòng)態(tài)流變測試是檢測小麥面團(tuán)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)的優(yōu)質(zhì)方法[27]。面團(tuán)的動(dòng)態(tài)振蕩特性是面團(tuán)的主要流變特性之一，對(duì)面團(tuán)制品的質(zhì)量起著重要作用。頻率掃描技術(shù)常用于測量面團(tuán)的儲(chǔ)能模量(G′)和損耗模量(G″)。這2個(gè)指標(biāo)分別反映了面團(tuán)的彈性和黏性，它們是頻率掃描的2個(gè)重要指標(biāo)。由圖3可知魯原502(編號(hào)13)、濟(jì)麥22號(hào)(編號(hào)15)、邯6172(編號(hào)12)、楊麥23(編號(hào)28)、蘇麥11(編號(hào)18)的儲(chǔ)能模量和損耗模量較高。在角頻率為62.8 1/s時(shí)，5種小麥面團(tuán)的儲(chǔ)能模量與損耗模量分別為3 012.5、2 686.0、2 600.0、2 887.5、1 792.5 kPa和583.5、506.8、379.8、548.3、439.0 kPa。說明5種小麥面團(tuán)的彈性與黏性優(yōu)于其他小麥品種面團(tuán)，而其他品種小麥面團(tuán)黏彈性差異不大。Gómez等[28]研究表示就頻率掃描結(jié)果而言，不同品種小麥粉頻率掃描結(jié)果無顯著差異。Lefebvrej[29]的研究說明不同水分含量、不同蛋白質(zhì)組成和不同工藝特性的面團(tuán)表現(xiàn)出相同的流動(dòng)行為。

圖3 不同品種小麥面團(tuán)儲(chǔ)能(G′)模量和損耗模量(G″)圖譜

2.4 主成分分析

由表6可知，主成分1、主成分2和主成分3的特征值均大于1，且3組分的累積貢獻(xiàn)率高達(dá)81.516%，因此選取這3個(gè)主成分來對(duì)小麥面團(tuán)的糊化和熱機(jī)械學(xué)特性進(jìn)行表征。

表6 特征值及方差貢獻(xiàn)率

表7為原始載荷矩陣經(jīng)正交旋轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)化得到的結(jié)果。主成分1上載荷值較大的有峰值黏度、保持強(qiáng)度、最終黏度、回升值、峰值時(shí)間，這5個(gè)指標(biāo)反映的是淀粉糊化特性；主成分2上載荷值較大的吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間，反映了面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性；主成分3上載荷值較大的是衰減值和糊化溫度；經(jīng)過總貢獻(xiàn)率分析可知，影響面團(tuán)糊化和混合品質(zhì)的主要因素為峰值黏度、保持強(qiáng)度、衰減度、最終黏度、回升值、峰值時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間。

表7 方差最大正交旋轉(zhuǎn)后主成分矩陣

3 結(jié)論

本研究對(duì)淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)30個(gè)不同品種的小麥面團(tuán)的品質(zhì)特性進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)不同品種小麥糊化特性相關(guān)參數(shù)值變化范圍分別是峰值黏度1 317.67～2 954.67 cP、保持強(qiáng)度636.33～1 916.33 cP、衰減度578.33～1 188.33 cP、最終黏度1 409.67～3 244.67 cP、峰值時(shí)間5.47～6.29 min；熱機(jī)械學(xué)特性相關(guān)參數(shù)變化范圍是吸水率51.00%～61.50%、形成時(shí)間1.45～4.15 min、穩(wěn)定時(shí)間1.85～8.93 min，結(jié)果說明30種小麥粉中有23個(gè)品種達(dá)到我國小麥品種品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)中筋和中強(qiáng)筋小麥品種的標(biāo)準(zhǔn)(吸水率≥ 56%)。除糊化溫度外，RVA參數(shù)之間存在顯著正相關(guān)；形成時(shí)間與穩(wěn)定時(shí)間呈顯著正相關(guān)。通過主成分分析法發(fā)現(xiàn)影響面條流變學(xué)特征的主要因素指標(biāo)為峰值黏度、保持強(qiáng)度、衰減度、最終黏度、回升值、峰值時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間。同時(shí)小麥面團(tuán)的儲(chǔ)能模量(G′)和損耗模量(G″)結(jié)果顯示魯原502、濟(jì)麥22號(hào)、邯6172、楊麥23、蘇麥11的小麥面團(tuán)黏性和彈性較高，表明5個(gè)品種的小麥面團(tuán)黏彈性優(yōu)于其他小麥品種面團(tuán)。