受熱對小麥粉品質及其面團特性的影響

林江濤，黃美琳，蘇東民

(河南工業大學 糧油食品學院，河南 鄭州，450000)

小麥粉是我國主食的重要原料之一，小麥粉受熱后其品質會發生一定的變化，影響最終食用品質。小麥粉受熱有主動受熱和被動受熱。小麥粉熱處理是一種主動讓小麥粉受熱的方式，它是主動對小麥粉進行加熱處理，以期改善品質，提高利用價值，增加使用途徑。李明菲[1]通過對小麥粉中提取的淀粉進行濕熱處理，為開發一種適合糖尿病患者食用抗消化淀粉含量高的主食產品提供依據。KEPPLR等[2]對軟麥粉進行干熱處理，以期獲得高比例蛋糕。在小麥粉加工過程中，由于加工機械、壓運輸送等過程中機械設備表面的溫度或在儲存運輸過程中的陽光暴曬，小麥粉有時會不可避免地被動受熱。

小麥粉品質受加熱方式、條件和小麥粉種類等因素的影響。李怡林等[3]研究中，微波(2 450 MHz)和間壁式水浴2種熱處理方式對小麥粉品質的影響有差異。干濕熱處理均會降低小麥粉白度[1,4]。MANN等[5]在水分含量、溫度和時間在熱處理中對小麥粉影響的研究中，發現熱處理造成面筋聚集的形成，降低蛋白質溶解度和面團網絡強度。STATHOPOULOS等[6]指出，熱處理小麥粉會使面團的彈性模量增強，黏性模量下降。

小麥制粉時，長時間工作的磨輥表面溫度可達60～80 ℃[7]。小麥粉大多采用正壓輸送方式，夏季羅茨鼓風機的出口空氣溫度可能會達到70～90 ℃[8]。小麥粉在加工過程中有2種受熱途徑：(1)夏季小麥研磨中溫度過高的磨輥和管道壁；(2)小麥粉輸送過程中局部管道熱量聚集的熱氣流。夏季罐車運輸小麥粉時，小麥粉也會受到熱空氣和罐壁的影響。小麥粉主要成分是淀粉和蛋白質，受熱可能會對其有不同程度的影響，導致面粉品質特性發生變化，影響其品質和使用。

目前有許多對小麥粉進行熱處理的研究，但關于小麥粉加工過程中的被動受熱問題研究較少。本文模擬工廠管道輸送小麥粉環境，對小麥粉進行干熱處理，研究小麥粉在加工過程中，受熱對小麥粉品質及其面團特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

中筋小麥粉，河南天香面粉廠生產。

1.2 儀器與設備

DCCZ 3-4型微型電磁炒貨機，許昌智工機械制造有限公司；FA2204B型電子天平，上海越平科學儀器(蘇州)制造有限公司；101型電熱鼓風干燥箱，北京市永光明醫療儀器有限公司；FD-1A-50型冷凍干燥機，北京博醫康實驗儀器有限公司；Nicolet 6700 FT-IR型傅里葉紅外光譜儀，美國賽默飛世爾； SHZ-B型水浴恒溫振蕩器，上海博訊醫療生物儀器股份有限公司；KjeltecTM 8400型凱氏定氮儀，瑞典福斯分析儀器公司；MJ-Ⅲ型面筋數量和質量測定儀，杭州大成光電儀器有限公司；MJZ型面筋指數測定儀，杭州大成光電儀器有限公司；L550型醫用離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；UV-1100B型可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；TA-XT Plus型質構儀，德國Stable Micro Systems公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

使用電磁炒貨機將小麥粉在60、70、80、90 ℃分別處理10、20、30、40、50 s，每次處理量為125 g。處理功率為1.8 kW，轉速為36 r/min。

1.3.2 測定方法

(1)水分含量測定：根據AACC Method 44—19。

(2) 干面筋含量、面筋指數測定：根據GB/T 5506.2—2008/ISO 21415—2:2006、GB/T 5506.4—2008/ISO 21415—4:2006、SB/T 10248—95。

(3)蛋白質組分的提取及測定：采用逐步提取法[9]，根據GB5009.5—2016自動凱氏定氮儀法測定蛋白質含量。

(4)面筋蛋白提?。簠⒖糋B/T 5506.1—2008，稱取100.0 g小麥粉，加入50 mL 2%的NaCl溶液，和成面團靜置30 min后，洗滌面團直至淀粉洗凈為止。將得到的面筋預冷凍后，在冷凍干燥機干燥48 h，研磨粉碎，過100目篩備用。

(5)巰基和二硫鍵測定：根據Ellman’s試劑比色法測定[10]。

(6)蛋白質二級結構測定：使用ATR(衰減全反射法)，將面筋蛋白樣品進行傅里葉變換紅外光譜的數據采集。掃描次數為16次，掃描波長4 000～650 cm-1，分辨率為4 cm-1。數據通過Peakfit 4.12軟件進行分析。

(7)面團質構特性測定：面團制備：取100 g小麥粉，參考GB/T 35991—2018制備面團，將面團放入測試單元容器，用排氣柱塞對面團進行排氣，再用壓平柱塞壓平面團。將面團放入溫度為(30±1) ℃，相對濕度為80%～90%的醒發箱中醒發45 min。

質構特性測定：根據質構儀中的方法，使用P/6探頭。測定參數為：測前、中、后速度分別為2.0、5.0、10.0 mm/s；觸發力5.0 g；測試距離20 mm。在醒發0 min、45 min時進行面團質構特性測定。

1.4 數據處理

所有試驗至少進行兩次平行試驗，采用Excel進行數據統計，以“平均值±標準差”來表示試驗數據，Origin 8.5軟件作圖。采用SPSS 20軟件對數據進行顯著性分析，a、b、c為方差分析差異性結果，不同字母表示樣品間存在顯著差異(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 小麥粉理化特性

2.1.1 不同受熱條件對小麥粉水分含量的影響

水分含量是評價小麥粉品質和影響小麥粉制作的主要指標之一。由圖1可知，不同受熱條件下的小麥粉水分含量變化極顯著(P<0.05)。溫度和時間增加，水分含量從13.29%降低到7.74%。

圖1 不同受熱條件下小麥粉水分含量

2.1.2 不同受熱條件對小麥粉面筋的影響

由圖2可知樣品間干面筋含量受熱處理影響差異不大。但在較高溫度、較長時間時，隨著時間和溫度的增加，干面筋含量呈先升高后降低的趨勢。這是由于干熱處理導致蛋白質發生變性，面筋蛋白結構不緊密所致。CETINERA等[11]研究中，在75 ℃有更低的面筋含量，85 ℃和95 ℃的干面筋無法分析。與RAGASITS[12]研究發現相似，在80 ℃干燥小麥時，濕面筋含量急劇降低，在更高的溫度無法洗出面筋。在本文試驗中由于處理時間較短，所以面筋含量變化不大。

圖3顯示不同受熱條件下面筋指數有極顯著差異(P<0.05)。在60 ℃時，面筋指數隨時間的增加先升高后降低；在70～90 ℃時，面筋指數均低于原粉，隨時間的增加先升高后降低。溫度增加，在10、20 s時，面筋指數先降低后升高，但低于原粉；在30、40 s時先升高后降低；50 s時降低。面筋指數與醇溶蛋白和麥谷蛋白含量有關，不同小麥粉的面筋指數變化趨勢也有所不同。面筋含量及面筋指數是評價小麥粉優劣的重要指標，分別代表面筋的數量和質量。不同面制品對面筋的數量和質量有不同的要求，面筋的改變會影響面粉制作性能或造成產品質量不穩定，最終影響產品品質和企業效益。

圖2 不同受熱條件下小麥粉干面筋含量

圖3 不同受熱條件下小麥粉面筋指數

2.1.3 不同受熱條件對小麥粉蛋白質組分含量的影響

小麥粉蛋白組分主要包括清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麥谷蛋白，其中醇溶蛋白和麥谷蛋白能夠形成面筋網絡，影響面團特性。由圖4可知，受熱后清蛋白含量有極顯著變化(P<0.05)。清蛋白含量降低，這是由于清蛋白熱穩定性差，在60 ℃時可變性。

圖4 不同受熱條件下小麥粉清蛋白含量

圖5顯示受熱條件對球蛋白含量的影響，溫度對球蛋白含量有顯著影響(P<0.05)；時間對球蛋白含量影響不大(P>0.05)。球蛋白含量隨溫度的增加，呈現降低趨勢，50 s時先降低后升高。高溫使球蛋白發生聚集，提取率降低。

圖5 不同受熱條件下小麥粉球蛋白含量

由圖6可知，醇溶蛋白含量有極顯著變化(P<0.05)。溫度和時間增加，醇溶蛋白含量先升高后降低?？赡苁鞘軣崾姑娣鄞既艿鞍妆┞兜酶?，增加了提取率。而進一步的處理使醇溶蛋白聚集，降低了提取率。具體的原因還需要進一步的研究。

圖6 不同受熱條件下小麥粉醇溶蛋白含量

受熱條件對麥谷蛋白含量的影響見圖7，溫度對麥谷蛋白含量有極顯著影響(P<0.05)；時間對麥谷蛋白含量無顯著影響(P>0.05)。在同一時間，溫度變化，麥谷蛋白含量呈先升高后降低的趨勢。BUCSELLA等[13]對蛋糕粉和面包粉進行干熱處理，發現在50 ℃以上的高溫，發生面筋蛋白展開，更多蛋白分子疏水部分暴露，這使得二硫鍵重排，谷蛋白聚集降低了提取率。麥谷蛋白的聚合可能涉及巰基氧化，而巰基-二硫鍵交換可能是醇溶蛋白交聯的機制[14]。

圖7 不同受熱條件下小麥粉麥谷蛋白含量

2.2 小麥粉結構組成

2.2.1 不同受熱條件對小麥粉游離巰基、二硫鍵含量的影響

圖8顯示不同受熱條件下，游離巰基含量有極顯著性差異(P<0.05)。隨著溫度和時間增加，游離巰基含量呈先升高后降低趨勢，90 ℃時降低，在較高溫度(80、90 ℃)時降低趨勢明顯。根據以前的研究，游離巰基含量的降低是由于新的二硫鍵的形成。當溫度高于60 ℃時，小麥蛋白展開，導致游離巰基容易受到氧化和形成分子間或分子內二硫鍵[15]。

由圖9可知，二硫鍵含量有極顯著差異(P<0.05)。隨著時間增加，二硫鍵含量先降低后升高，70 ℃時，先升高后降低；隨著溫度增加，二硫鍵含量先升高后降低，50 s時先降低后升高。游離巰基基團降低，二硫鍵增加，與巰基基團的氧化一致[16-17]。也可能與蛋白質二級結構變化有關。

圖8 不同受熱條件下小麥粉游離巰基含量

圖9 不同受熱條件下小麥粉二硫鍵含量

2.2.2 不同受熱條件對小麥粉面筋蛋白質二級結構的影響

本實驗采用傅里葉紅外光譜研究不同受熱條件對小麥粉面筋蛋白二級結構的影響，酰胺I帶反映蛋白質二級結構中α-螺旋、β-折疊和β-轉角結構的分布，對應的傅里葉紅外掃描波段為1 600～1 700 cm-1。蛋白質的二級結構直接決定了蛋白質的功能特性，通常，α-螺旋影響面筋蛋白的硬度和彈性，β-折疊影響面筋蛋白的黏性[18]。

不同受熱條件下蛋白質二級結構的變化如表1所示。溫度變化，蛋白質二級結構含量有極顯著性差異(P<0.05)；時間變化，僅β-轉角含量有顯著性差異(P<0.05)。在同一時間下，溫度升高，β-折疊含量先降低后升高；除90 ℃處理10 s外，β-折疊含量均低于原粉。溫度升高，無規則卷曲、α-螺旋、β-轉角含量先升高后降低；在20 s時，無規則卷曲含量隨溫度升高而升高；除90 ℃處理10 s外，無規則卷曲含量均高于原粉。除90 ℃處理10 s外，α-螺旋含量均高于原粉。時間增加，β-轉角含量升高。在本實驗結果中，β-折疊含量變化趨勢與無規則卷曲、α-螺旋、β-轉角含量變化趨勢相反。與LUO等[19]研究發現相似，分別對醇溶蛋白和麥谷蛋白進行熱處理，β-折疊含量變化趨勢與α-螺旋、β-轉角含量變化趨勢相反。不同溫度的熱處理導致二級結構相似的趨勢變化，α-螺旋和β-轉角是在熱處理中最敏感的結構，而β-折疊結構的所有類型在加熱中或多或少會受到影響[20]。

2.3 小麥粉面團特性

本文通過測定面團質構來研究小麥粉受熱對其面團特性的影響。面團的堅實度與硬度相似，表示物體變形所需要的力。由圖10、圖12可知，受熱條件對面團堅實度(0 min)和面團黏彈性(0 min)無顯著影響(P>0.05)。

由圖11可知,受熱條件對面團堅實度(45 min)有極顯著影響(P<0.05)，時間增加，堅實度(45 min)呈升高趨勢，在90 ℃時先升高后降低。溫度增加，堅實度(45 min)呈升高趨勢，在50 s時先升高后降低。除了90 ℃處理50 s外，溫度較高、時間較長時，面團堅實度升高。

黏彈性(45 min)受溫度、時間影響極顯著(P<0.05)。如圖12所示，時間增加，黏彈性(45 min)呈升高趨勢，在70 ℃時變化不大，90 ℃時先升高后降低。溫度增加，10～30 s時黏彈性(45 min)呈升高趨勢。在70 ℃時的黏彈性(45 min)都較低，其他溫度均高于原粉。

表1 不同受熱條件下小麥粉面筋蛋白質的二級結構含量

注：不同小寫字母代表同列試驗數據之間存在顯著性差異(P<0.05)

圖10 不同受熱條件下小麥粉面團堅實度(醒發0 min)

圖11 不同受熱條件下小麥粉面團堅實度(醒發45 min)

圖12 不同受熱條件下小麥粉面團黏彈性(醒發0min)

圖13 不同受熱條件下小麥粉面團黏彈性(醒發45 min)

3 結論

小麥粉是我國最主要的主食原料之一，隨著生活水平的提高，人們對其品質的要求越來越高。在中國的面食品主要為中筋食品，要求面筋含量適中，過高或過低會影響面制品品質。對小麥粉進行干熱處理后，水分含量、面筋指數、清蛋白、醇溶蛋白、巰基、二硫鍵受熱影響顯著。溫度對球蛋白、麥谷蛋白、二級結構含量影響顯著，時間對β-轉角影響顯著。面團堅實度和黏彈性在醒發45 min后有顯著差異。通過研究受熱對小麥粉品質及其面團特性的影響，發現小麥粉在加工過程中品質發生變化，為提高小麥粉質量和使用價值提供依據。面粉受熱品質的變化還需做進一步的研究，如對面制品的影響和小麥粉品質變化機理的分析。