谷朊粉添加量對(duì)小麥粉流變學(xué)特性的影響

劉夢(mèng)麗 劉佳雯 齊沙沙 劉鵬 王文昊 邱斌

摘 要：本文通過(guò)靜態(tài)、溫度、時(shí)間、應(yīng)力和頻率掃描探索了不同谷朊粉添加量的谷朊粉-小麥粉混合面糊（Gluten-Wheat Flour Roux，GWR）的流變學(xué)特性。結(jié)果表明，添加6%的谷朊粉對(duì)小麥粉糊的流變學(xué)特性具有明顯改善作用，具體表現(xiàn)為最優(yōu)的黏性和彈性。分析發(fā)現(xiàn)，4組GWR體系均為假塑性流體，有明顯溫度觸變性，無(wú)明顯剪切觸變性，且溫度對(duì)0%和2%添加量的谷朊粉的表觀黏度影響最小；頻率掃描結(jié)果顯示，樣品的彈性模量（G）均大于黏性模量（G），兩組GWR（6%和10%）表現(xiàn)出類(lèi)固體特征。研究結(jié)果將為谷朊粉在面制品領(lǐng)域的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)借鑒，并為開(kāi)發(fā)高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的相關(guān)產(chǎn)品提供一定思路。

關(guān)鍵詞：小麥粉；谷朊粉；流變學(xué)特性

Effect of Gluten Content on Rheological Properties of Wheat Flour

LIU Mengli1，2，3， LIU Jiawen1， QI Shasha2， LIU Peng1， WANG Wenhao2，4， QIU Bin1，2*

（1.Zaozhuang Dongliang Biotechnology Development Co.， Ltd.， Zaozhuang 277200， China; 2.Institute of Food & Nutrition Science and Technology， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250000， China; 3.Shandong Agricultural University， Taian 271000， China; 4.Yantai University， Yantai 264010， China）

Abstract： In this paper， the rheological properties of gluten-wheat flour roux （GWR） with different gluten additions were explored by static， temperature， time， stress and frequency scans. The results showed that the addition of 6% gluten had a significant improvement on the rheological properties of wheat flour batter， specifically in terms of optimal viscosity and elasticity. The analysis revealed that all the four groups of GWR were pseudoplastic fluids with significant temperature thixotropy and no significant shear thixotropy， and the temperature had the least effect on the apparent viscosity of the 0% and 2% gluten added; the frequency scan results showed that the elastic modulus （G） of the samples was greater than the viscous modulus （G）， and two groups of GWR （6% and 10%） exhibited solid-like characteristics. The results of the study will provide data for the application of gluten in the field of pasta products and provide some ideas for the development of related products with high nutritional value.

Keywords： wheat flour; gluten flour; rheological properties

谷朊粉，又稱(chēng)活性小麥面筋粉，是小麥粉經(jīng)水洗去淀粉和其他水溶性成分后得到的一種粉末狀產(chǎn)物，主要成分為麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，其蛋白質(zhì)含量高達(dá)80%[1-2]。谷朊粉中的麥醇溶蛋白具有延伸性，彈性小；而麥谷蛋白具有彈性，但延伸性小，兩者獨(dú)特的氨基酸組成有利于形成黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。因此，在食品加工過(guò)程中，谷朊粉作為一種純天然高蛋白食品添加劑被廣泛應(yīng)用[4-6]。此外，谷朊粉作為品質(zhì)改良劑，可顯著提高面粉的黏彈性和筋力，在面食的加工中具有非常重要的作用[7]。

小麥粉是食品加工中的重要原料之一，其流變學(xué)特性更是加工面制品的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[8]。谷朊粉添加到面粉中改善面制品的質(zhì)構(gòu)，增加黏彈性和咀嚼性、提高口感及品質(zhì)等方面已有諸多報(bào)道，然而其不同添加量對(duì)小麥面糊流變學(xué)特性的影響報(bào)道較

少[9-10]。因此，本研究使用流變儀分析了不同添加量的谷朊粉對(duì)小麥面糊流變學(xué)特性的影響，尤其是對(duì)其流體性質(zhì)和黏彈性的影響，并確定了谷朊粉的最適添加量。所得結(jié)果將為含谷朊粉的特色面食制品的開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原味小麥粉，濱州中裕食品有限公司；谷朊粉，棗莊市東糧生物科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Waters-HR20多功能流變儀，美國(guó)TA儀器沃特斯公司；恒溫水浴鍋，上海樹(shù)立儀器儀表有限公司；HJ-4型多頭磁力加熱攪拌器，常州榮華儀器制造有限公司；HZK-FA210電子天平，華志（福建）電子科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

取一定量的小麥粉，分別添加0%、2%、6%和10%的谷朊粉（以混合粉總量計(jì)），充分混合均勻后，每份準(zhǔn)確稱(chēng)取8 g混合粉加入50 mL去離子水，攪勻后置于95 ℃恒溫水浴鍋中充分糊化25 min，取出冷卻至室溫，隨后放入4 ℃冰箱冷藏12 h，備用。所得谷朊粉-小麥粉混合面糊（GWR）樣品依次標(biāo)記為0% GWR、2% GWR、6% GWR和10% GWR。

1.3.2 流變學(xué)特性測(cè)定

參考IUGA等[11]的方法，稍做修改。所有測(cè)試均用直徑40 mm的平行板，樣品與平行板間距為

1 mm，樣品平衡5 min后，使用Waters-HR20流變儀對(duì)所有樣品進(jìn)行測(cè)定，每組樣品重復(fù)測(cè)定3次。

（1）靜態(tài)掃描。對(duì)各組GWR進(jìn)行靜態(tài)掃描，并分析其表觀黏度隨剪切速率的變化情況。測(cè)試條件：溫度25 ℃，剪切速率為0～1 000 s-1。采用冪定律（Power-Law）模型擬合流變曲線，公式為

σ =Kγn（1）

式中：σ為剪切應(yīng)力，Pa；γ為剪切速率，s-1；K為稠度系數(shù)，Pa·sn；n為流體指數(shù)。

（2）溫度掃描。對(duì)GWR進(jìn)行溫度掃描測(cè)試，并分析其表觀黏度隨溫度的變化情況。測(cè)試條件：剪切速率50 s-1，溫度為25～90 ℃，升溫速率5 ℃·min-1。

（3）時(shí)間掃描。對(duì)GWR進(jìn)行時(shí)間掃描測(cè)試，并分析其表觀黏度隨剪切時(shí)間的變化情況。測(cè)試條件：溫度25 ℃，剪切速率50 s-1，剪切時(shí)間60 s。

（4）動(dòng)態(tài)掃描。在固定振蕩頻率下進(jìn)行應(yīng)力掃描，確定樣品的線性黏彈區(qū)，溫度為25 ℃，頻率為1 Hz，應(yīng)變范圍為0.01%～1 000%。在線性黏彈區(qū)范圍內(nèi)，進(jìn)行頻率掃描。測(cè)試條件：溫度25 ℃，應(yīng)變值0.1%，頻率為0.1～1 000 rad·s-1。測(cè)定樣品的彈性模量（G）、黏性模量（G）和損耗角正切（tanδ）。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2021b軟件繪制圖表，每個(gè)樣品進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同谷朊粉添加量對(duì)小麥粉靜態(tài)流變學(xué)特性的影響

2.1.1 靜態(tài)掃描分析

靜態(tài)流變學(xué)是通過(guò)對(duì)樣品施加線性穩(wěn)態(tài)剪切速率來(lái)反映樣品結(jié)構(gòu)隨剪切速率變化的規(guī)律[12]。為了更清晰地比較4組GWR樣品間的差異，采用Power-Low模型對(duì)所測(cè)得流動(dòng)曲線進(jìn)行擬合。假塑性流體是指流體的表觀黏度隨剪切速率的增加而降低的現(xiàn)象，具有剪切變稀的性質(zhì)，是非牛頓流體的一個(gè)重要的流體類(lèi)型[13]。

由圖1可知，各組GWR的表觀黏度均隨剪切速率的增大而下降，且添加量越多，下降幅度越大，呈現(xiàn)出明顯的剪切變稀特征，均屬于非牛頓假塑性流體。這是因?yàn)楣入梅鄣奶砑幼璧K了小麥面粉和面筋蛋白的結(jié)合，影響了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致面糊中的面筋數(shù)量與質(zhì)量雙重下降，使得GWR體系的黏度下降[14]。

冪律方程常用來(lái)描述流體的剪切變稀行為[15]。由表1可知，所有樣品的相關(guān)性系數(shù)R2均大于0.99，說(shuō)明所選用的模型對(duì)所有樣品的流變學(xué)性質(zhì)具有較好的擬合度；流體指數(shù)n均小于1，表明4組GWR體系均為假塑性流體，且n值越小，稠度系數(shù)K值就越大。

2.1.2 溫度掃描分析

通過(guò)對(duì)不同谷朊粉含量的GWR進(jìn)行黏度-溫度掃描，探討?zhàn)ざ入S溫度變化的情況，結(jié)果見(jiàn)圖2。在25～90 ℃，樣品的表觀黏度隨溫度的升高呈先下降后上升的趨勢(shì)，且6%和10%的GWR體系變化最明顯。可能是因?yàn)闇囟壬呤狗肿拥臒o(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加快，分子間距變大，使面糊內(nèi)部形成了更多的“空穴”，進(jìn)而表現(xiàn)為黏度下降[16]。但是，當(dāng)溫度高于60 ℃，黏度隨溫度的升高呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可能是由于GWR體系在超過(guò)60 ℃后開(kāi)始形成熱誘導(dǎo)凝膠，在一定程度上促進(jìn)了面糊的變性，使其黏性增大。圖2結(jié)果還顯示各組GWR均具有明顯溫度觸變性，其中0% GWR和2% GWR體系溫度觸變性最小，6% GWR體系的黏度最高。由此可推測(cè)谷朊粉添加量為6%時(shí)，相關(guān)粉糊類(lèi)產(chǎn)品可能具有更好的黏彈性、韌性以及更強(qiáng)的適口性，有利于其整體感官品質(zhì)的提升[17]。

2.1.3 時(shí)間掃描分析

時(shí)間掃描測(cè)試可以反映在一定剪切速率下樣品的表觀黏度隨剪切時(shí)間的變化情況，從而判斷樣品的剪切觸變性。由圖3可知，各組GWR在所測(cè)的時(shí)間范圍內(nèi)的表觀黏度隨時(shí)間的變化均不明顯，即在較短的剪切時(shí)間內(nèi)黏度變化小，說(shuō)明不同比例GWR無(wú)明顯剪切觸變性。

2.2 不同谷朊粉添加量對(duì)小麥粉動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的影響

為確定谷朊粉對(duì)小麥面粉頻率依賴性的影響，對(duì)4組GWR進(jìn)行了振蕩掃描，結(jié)果見(jiàn)圖4。頻率在10-1～101 rad·s-1時(shí)，4組GWR的彈性模量（a）與黏性模量（b）變化不明顯，在101 rad·s-1后，G和G變化明顯，且G始終高于G。有研究表明，面糊中的直鏈淀粉含量越少，其頻率依賴性越強(qiáng)[18]。加入谷朊粉后，6% GWR組和10% GWR組的彈性模量和黏性模量明顯增加，說(shuō)明谷朊粉蛋白結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了其頻率依賴性。而添加10% GWR的黏彈性之所以低于6% GWR，，可能是因?yàn)?0% GWR體系中含有更多可以形成二硫鍵的半胱氨酸，導(dǎo)致頻率依賴性減弱，進(jìn)而黏彈性下降[19]。谷朊粉的添加均提高了小麥粉糊體系的彈性模量和黏性模量，但當(dāng)其添加量為6%時(shí)，小麥粉糊的黏彈性最好。

機(jī)械損耗角正切tanδ是G與G的比值，該比值越小表明樣品的彈性越強(qiáng)，反之則說(shuō)明黏性越強(qiáng)[20]。如圖5所示，在角頻率102～103 rad·s-1時(shí)，添加0%和2%的谷朊粉tanδ出現(xiàn)最大值，且大于1，說(shuō)明此時(shí)的GWR體系表現(xiàn)出較高的黏性性質(zhì)，體系結(jié)構(gòu)較為松散。添加6%和10% GWR體系tanδ恒小于1，可以看出GWR體系呈現(xiàn)出弱凝膠的性質(zhì)[21]，并且兩者在整個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)tanδ隨角頻率變化的曲線波動(dòng)不明顯，說(shuō)明該GWR的體系結(jié)構(gòu)更加緊密、結(jié)實(shí)，具有較高的彈性性能，也表現(xiàn)出更穩(wěn)定的固體特征[22]。

3 結(jié)論

綜合GWR的流變學(xué)特性分析可知，在小麥粉中添加6%的谷朊粉可提高體系的黏度，使之具有更好的黏彈性。靜態(tài)流變學(xué)特性分析發(fā)現(xiàn)所有GWR樣品均為假塑性流體，添加量越多，剪切變稀現(xiàn)象越明顯；無(wú)剪切觸變性，但具有明顯的溫度觸變性，即隨著溫度的繼續(xù)升高其黏度具有一定的不穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)流變學(xué)分析發(fā)現(xiàn)GWR體系中G和G均不斷增加，具有類(lèi)固體的特征（G＞G），呈現(xiàn)出弱凝膠的性質(zhì)。

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