小麥A/B損傷淀粉-面筋蛋白混合體系流變學特性研究

李明菲，安 迪，鄭學玲，卞 科

河南工業大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

淀粉是小麥粉的主要組分之一，其含量約占70%[1]。小麥淀粉粒以大、小兩種顆粒形式存在，分別被稱為A淀粉粒(簡稱A淀粉)和B淀粉粒(簡稱B淀粉)，A淀粉和B淀粉粒徑分別為16～35 μm、5～15 μm，電鏡下呈橢圓形和卵圓形。淀粉從結構上可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，其中，直鏈淀粉可分為游離的直鏈淀粉(FAM)和與脂質結合的直鏈淀粉(LAM)，在淀粉粒中的含量分別為21.5%～25.9% 和5.0%～7.1%,其中LAM含量占直鏈淀粉總量的18%～22%。與A淀粉相比，B淀粉含有較多直鏈淀粉以及脂質，差異不顯著。B淀粉顆粒結合緊密，在冷水中不溶或輕微膨脹，比A淀粉緊實，且不容易酶解。A淀粉和B淀粉表面結構特性不同，A淀粉表面有溝槽型結構，而B淀粉表面則具有小孔狀結構，使得淀粉粒易吸水膨脹，并被酶以及其他試劑所作用。小麥中A淀粉和B淀粉的結構組成、比例、表面結合物等特征會影響淀粉功能特性、面團特性及面制品品質[2]。A淀粉含量與支鏈淀粉、糕點餅干品質呈正相關；B淀粉含量與直鏈淀粉、面包品質呈正相關[3]。

小麥在制粉時，由于機械的碾壓作用，有少量的淀粉外層細胞膜被損傷，從而造成淀粉粒的損傷[4]。小麥損傷淀粉含量會影響面粉的很多性質，如面團流變學特性和黏度等[5-6]。小麥粉中的面筋蛋白吸水形成面筋網絡，包裹吸水后的淀粉，形成具有彈性、延展性、可塑性的面團，從而具有加工性能。面團形成過程中淀粉粒損傷會造成酶解、溶解、老化等特性改變，淀粉與面筋蛋白的水合作用最終導致制品品質特性的改變。面團流變學特性是小麥粉品質的重要指標之一，是小麥粉面團耐揉性和黏彈性的綜合指標，決定面包、饅頭、面條等最終產品的加工品質，為小麥粉分類提供理論依據[2-3]。目前關于損傷淀粉對面團的影響主要集中于制品的品質特性，而對于面團形成的影響報道很少，作者采用分離重組的方式探索小麥損傷A/B淀粉對面團形成流變學特性的影響，為研究淀粉與面筋蛋白相互作用提供基礎理論依據，同時為實際生產中通過調控損傷淀粉含量，改善小麥面粉的加工適應性提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

原粉為AK58小麥粉，由河南省農科院提供。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

GB/T 23111電子分析天平：梅特勒-托力多儀器(上海)有限公司；LXVII低速大容量離心機：上海安亭科學儀器廠；LGJ-10C冷凍干燥機：北京四環科學儀器廠有限公司；Haake RS6000旋轉流變儀：Thermo Frisher Haake,Germany；RVA-4快速黏度分析儀：澳大利亞Newport Scientifi公司；10 g電子揉混儀Mixograph：美國National；YXQM-2 L行星式球磨機：長沙米淇儀器設備有限公司；X-DSC700差示掃描量熱儀：日本精工納米科技有限公司；FV300激光共聚焦掃描顯微鏡(CLSM)：奧林巴斯(中國)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

1.3.1.1 谷朊粉的制備

A/B淀粉的分離提純參考文獻[7]。分離淀粉和面筋蛋白時將面團進行水洗后收集得到面筋蛋白，再進行冷凍干燥，研磨粉碎，過80目篩，得到谷朊粉。

1.3.1.2 損傷淀粉的制備

將A、B淀粉置于行星式球磨機的容器內，配平質量。球磨機轉速為200 r/min，分別運行0、5、10、15、20 h。將得到的樣品分別裝入自封袋，備用。其中:0 h表示未經球磨的淀粉。

1.3.1.3 混合樣品的制備

將損傷淀粉分別與谷朊粉按照84∶16的質量比進行充分混合,即得淀粉損傷時間為0、5、10、15、20 h的重組粉,A、B損傷淀粉+谷朊粉樣品分別采用AS+G、BS+G表示。

1.3.2 基礎指標的測定

水分的測定參照GB 5009.3—2016 《食品安全國家標準 食品中水分的測定》?；曳值臏y定參照GB 5009.4—2016 《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》。濕面筋的測定參照SB/T 10248—1995 《小麥粉濕面筋質量測定法面筋指數法》，

式中：WG為總的濕面筋質量(14%濕基)，g；GI為面筋指數。

損傷淀粉含量的測定采用Chopin方法[8]。糊化特性采用快速黏度測定儀(RVA)按照LS/T 6101—2002[9]進行測定。溶解度和溶脹勢的測定參考文獻[10]。

1.3.3 熱力學特性(DSC)測定

采用DSC測定不同損傷程度的淀粉熱穩定性。參考Rungarun等[11]的方法并稍做修改。稱取淀粉(干基)2.5 mg置于鋁盤中，加入蒸餾水使淀粉和水的質量比為1∶3，密封鋁盤置于室溫中平衡24 h。平衡后的樣品置于DSC樣品室中，溫度20～100 ℃，升溫速率為10 ℃/min。取密封的空鋁盤做參比，進行2次平行試驗。

1.3.4 流變學特性的測定

稱取10 g左右的樣品，根據樣品的水分和蛋白含量調整加水量，以達到樣品的最佳吸水率，在揉混儀中進行揉混至揉混曲線開始降落，取出此時得到的面團，取出一部分揉成2 g左右的小面團。將面團置于流變儀圓盤上，轉子選用PP35Ti，間隙為2 mm，樣品放置完成后，在平板周圍涂抹適量的硅油，蓋上防揮發罩，保證在整個流變測試過程中水分恒定。用旋轉流變儀在溫度降低后對樣品進行頻率掃描，頻率0.1～10 Hz，溫度25 ℃，應變1%，得到樣品的損耗因子(tanδ=黏性模量(G″)/彈性模量(G′))隨頻率的變化情況。

1.3.5 微觀結構觀測

將冷凍后的面團切片，得到直徑約為1 cm，厚度為10 μm的薄片，用少量的蒸餾水噴霧潤濕載玻片，將面團切片吸附到載玻片上，使用10 μL 1 mg/L羅丹明B和10 μL 10 mg/L FITC進行染色處理，染色20 min 后使用蒸餾水洗掉剩余染色劑。待切片晾干后，使用激光共聚焦顯微鏡設置波長為561 nm和488 nm(兩種熒光元素的顯色波長)，在(20×40)倍率下觀察，即可得到面團網絡顯微結構圖。

1.3.6 數據處理

采用 Origin 8.5和 SPSS 16.0分析軟件進行數據分析處理。

2 結果與討論

2.1 混合粉的基本理化特性

A/B淀粉-面筋蛋白混合粉的基本理化指標見表1。從表1可以看出，隨著球磨處理時間的延長，B淀粉-面筋蛋白混合粉水分含量逐漸降低。這說明在行星式球磨機運行期間球與球之間相互撞擊、摩擦產生的熱量導致淀粉的部分水分揮發[12]。隨著球磨時間的延長，A/B淀粉混合粉的蛋白質及濕面筋含量均在球磨5 h時達到最大值。

表1 混合樣品的基本理化指標

2.2 球磨處理對小麥損傷淀粉含量的影響

對A/B淀粉進行不同時間梯度的球磨處理，結果如圖1所示。由圖1可知，對于A淀粉和B淀粉，隨著球磨處理時間的延長，其DS(損傷淀粉)含量均呈上升趨勢，但當球磨處理時間延長至5 h時，B淀粉的DS含量曲線趨于平緩，這可能是由于B淀粉的顆粒較小，當損傷達到一定程度后，B淀粉的顆粒不易被球磨損傷[13]。

圖1 損傷A/B淀粉含量隨球磨時間變化曲線

2.3 球磨處理對淀粉-面筋混合粉糊化特性的影響

球磨處理后淀粉-面筋混合粉的糊化特性如表2所示。由表2可知，隨著處理時間的延長，A淀粉、B淀粉混合粉的峰值黏度、衰減值和回生值均減小，這表示DS含量升高，淀粉的糊黏度下降?？赡苁怯捎陔S著損傷程度的增加，支鏈淀粉的破壞更為嚴重，導致淀粉在發生糊化時，支鏈淀粉的氫鍵締合作用減弱，造成黏度下降[14]?；旌戏鄣暮ざ染哂谠矸?，這可能是由于面筋蛋白具有親水性，使得混合粉中淀粉濃度相對升高，造成更多的直鏈淀粉溶出。B淀粉混合粉糊化溫度高于A淀粉混合粉，均低于同一DS含量的原淀粉，這可能是混合粉中的面筋蛋白通過熱量的傳遞途徑及對水分利用而影響其糊化特性[15]。B淀粉混合粉的糊化黏度均低于A淀粉混合粉，這可能是由于B淀粉中含有非淀粉多糖、脂質等雜質較多的原因導致[16]。

表 2 A/B損傷淀粉-面筋蛋白混合粉的糊化特性

2.4 球磨處理對淀粉及淀粉-面筋混合粉糊特性的影響

淀粉顆粒在熱能和水分的共同作用下吸水膨脹，部分淀粉溶解于溶液中，混合粉的溶解度和溶脹勢見表3?？梢钥闯?，隨著損傷程度的增大，溶解度和溶脹勢呈逐漸升高的趨勢，處理后的淀粉其溶解度和溶脹勢均大于原淀粉。這可能是由于淀粉結構被破壞，支鏈淀粉的分支斷裂，產生小分子量的支鏈淀粉，這些小分子支鏈淀粉在水溶液中容易溢出，淀粉損傷程度越大，產生的小分子支鏈淀粉越多。同一溫度下，B淀粉的溶解度大于A淀粉，這主要與B淀粉中存在戊聚糖等水溶性成分有關[14]?；旌戏鄣娜芙舛却笥谠←湹矸?，主要是由于面筋蛋白的親水性使體系中淀粉的濃度增加，從而有更多的直鏈淀粉溶出導致溶解度增加[15]。

表3 球磨處理對淀粉-面筋混合粉的溶解度及溶脹勢影響

2.5 球磨處理對淀粉-面筋混合粉熱特性的影響

淀粉具有半結晶的顆粒結構, 在水存在下經加熱處理會發生糊化，微觀表現為有序的晶體相向無定形態轉化，在此過程中伴隨能量的變化[16]。表4為球磨處理A/B淀粉與面筋蛋白混合粉的熱力學特性特征值。從表4可以看出，對于A淀粉而言，隨著損傷程度的增加，糊化焓逐漸降低，這可能是由于原來作為球狀半晶體的多糖分子經研磨遭受破壞后，顆粒吸水能力增加，在糊化過程中吸熱增加，直鏈淀粉往外滲透，相對于熔融的支鏈淀粉形成基質，阻止其晶體融化的阻力變小，導致熱焓值減小[17]，也可能是由于DS含量增加，支鏈淀粉的分支及長鏈的直鏈淀粉分子鏈被切斷，造成無定形區增多，結晶區減少，從而使糊化焓值降低。未球磨處理的B淀粉混合粉的焓值小于A淀粉混合粉，這主要是由于B淀粉顆粒小于A淀粉，吸水能力大于A淀粉[18]。

表4 球磨處理對淀粉-面筋混合粉的熱特性影響

在多次試驗中發現損傷的B淀粉混合粉的DSC特征值都難以得出，可能是由于B淀粉的支直比較大，支鏈淀粉含量高，在球磨處理時支鏈淀粉結構易斷裂，因此，損傷淀粉對B淀粉的結構影響較大，同時機械損傷導致B淀粉的結晶區受到破壞，導致B淀粉的性質發生變化。

2.6 淀粉損傷程度對淀粉-面筋蛋白混合粉面團流變學特性的影響

圖2表示不同損傷程度的A淀粉與面筋蛋白混合粉面團的頻率掃描曲線。從圖2可以看出，混合粉面團的彈性模量(G′)和黏性模量(G″)均低于原面粉即AK58小麥粉(AK58f)面團，且隨著淀粉損傷程度的增加，混合粉面團彈性和黏性模量逐漸增加。從圖2可以看出，不同損傷程度淀粉混合粉的損耗因子均小于1，即G″

圖2 AS+G面團和原粉面團的頻率掃描曲線

圖3為不同損傷程度的B淀粉與面筋蛋白混合粉面團的頻率掃描曲線。B淀粉彈性模量(G′)、黏性模量(G″)均小于原粉面團，彈性模量和黏性模量隨損傷淀粉程度增大而降低，損耗因子(tanδ)<1，且均小于原粉面團，表明B淀粉損傷可以提高面團的抗形變能力。

圖3 BS+G面團和原粉面團的頻率掃描曲線

2.7 小麥淀粉損傷程度對淀粉-面筋蛋白混合粉面團微觀結構的影響

圖4、圖5分別顯示了不同球磨時間處理的A/B淀粉-面筋蛋白混合粉面團的CLSM圖像，從圖4和圖5可以看出，呈橢圓形的大顆粒A淀粉、呈圓形的小顆粒B淀粉與面筋蛋白均有不同程度的結合，且B淀粉與蛋白結合更為緊密[20]。隨著淀粉損傷程度的增大，淀粉的顆粒完整性被破壞，視野中可見片狀淀粉碎粒逐漸增多。對于A淀粉而言，淀粉破碎后淀粉顆粒更多地暴露在外部環境中，與面筋網絡接觸面積增加。同時由于機械力的作用，淀粉顆粒出現碎屑，導致在面團形成過程中破損的淀粉顆粒更多填充在面筋網絡的空隙里，同時以氫鍵等共價、非共價鍵與面筋蛋白結合[21]。損傷后B淀粉顆粒表面出現凹陷、變形及剝落現象，且顆粒度更小，表面光滑度降低，導致與蛋白質更易結合。

圖4 損傷淀粉混合面團(AS+G)和原粉面團的微觀結構

圖5 損傷淀粉混合面團(BS+G)和原粉面團的微觀結構

3 結論

小麥淀粉經球磨處理后，DS含量隨球磨時間延長而增大，A、B淀粉混合粉的峰值黏度、衰減值和回生值均減小，B淀粉混合粉的黏度均低于A淀粉混合粉；隨著損傷程度的增加，混合粉的溶解度和溶脹勢整體呈上升趨勢，處理后的淀粉其溶解度和溶脹勢均大于原淀粉。對于A淀粉而言，隨著損傷程度的增加，糊化焓逐漸降低。未球磨處理的B淀粉混合粉的焓值小于A淀粉混合粉。不同損傷程度淀粉-面筋蛋白混合粉面團流變學特性研究表明，A淀粉混合粉面團的G′和G″均低于原面團，且在相同頻率下隨著淀粉損傷程度的增加，混合粉面團彈性和黏性模量逐漸增加。A淀粉、B淀粉混合面團的G′、G″均小于原粉面團，而在相同頻率下B淀粉的彈性和黏性模量隨淀粉損傷程度增大而降低，損耗因子(tanδ)均小于原粉面團，說明B淀粉與面筋蛋白所得混合體系的黏性、彈性模量均小于原粉面團，而其抗形變能力大于原粉面團。對比A淀粉、B淀粉的微觀結構發現它們在粒度上存在很大差異，A淀粉多為較大的橢圓形顆粒，B淀粉的顆粒較小，呈圓形或不規則的結構。比較淀粉與蛋白的結合程度，發現B淀粉與蛋白結合更緊密，A淀粉與蛋白結合較弱。