添加不同粒度小麥顆粒粉對面團特性及掛面品質的影響

周慧超,劉翀,鄭學玲

(河南工業大學 糧油食品學院,河南 鄭州,450001)

面條制品是我國傳統主食之一,發展至今已有四千多年的歷史,在我國乃至東亞國家的飲食營養和文化中發揮著重要作用。傳統面條主要由精白小麥粉制作而成[1-2],雖然具有良好的蒸煮品質和感官品質,但精細化加工會導致小麥粉營養成分單一且含量低,顯著增加了面條制品中精制谷物淀粉的含量,長期食用會增加肥胖、二型糖尿病的患病風險[3]。為滿足消費者對營養、健康、美味面條制品的需求,高纖維、低升糖指數的功能性健康面條成為了研究熱點。

掛面是我國產量最大的面條制品,因其易貯存、方便、食用方法多樣等特點深受消費者喜愛。國內市場上高纖維、低升糖指數的功能性掛面主要有2種,第一種為全麥掛面或者額外添加麥麩等膳食纖維掛面,但是感官品質總體呈下降趨勢,且因不飽和脂肪酸氧化導致的風味劣化也是亟待解決的技術難題;第二種為雜糧或豆粉等的復配掛面,由于缺乏面筋蛋白導致雜糧添加量有限,產品質量參差不齊[4-6]。近年來,國內外許多研究表明,谷物或者豆類中粒度較大的顆粒粉富含完整細胞壁,且谷物胚乳或豆類子葉細胞的完整細胞壁是淀粉水解酶生物可及性的顯著物理屏障,其制品具有低淀粉消化率的特點,對人體健康有益[7-10]。因此,研究小麥顆粒粉在掛面加工中的應用,對于開發營養健康的掛面新產品具有重要意義。雖然國內外有過關于小麥顆粒粉粒度對面團及面條品質影響的研究,但大多數是單獨采用小麥顆粒粉制作面條,由于粒度較大的顆粒粉其面筋蛋白和淀粉顆粒被細胞壁束縛,難以形成連續的面筋網絡結構和淀粉糊,無法形成面團制作食品。因而,目前關于粒度對顆粒粉食品加工性能影響的研究主要集中在較小的粒度范圍,較小粒度小麥粉由于損失淀粉含量增加,面條蒸煮損失較大,面條色澤發暗,食用品質受到影響。若想有效利用顆粒粉,有必要將其按照一定比例添加于精制小麥粉中,以提升顆粒粉的食品加工性能。

綜上,本研究以顆粒粉的應用為目標,在分析和表征不同粒度顆粒粉的基本理化指標和形態結構的基礎上,研究了添加60%(質量分數)顆粒粉對面團特性及掛面品質的影響,為顆粒粉在功能性健康面條的開發和應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

小麥顆粒粉從清粉機取樣,由山東魯花(延津)面粉食品有限公司提供,小麥粉為同一批次原料生產的產品。

1.2 儀器與設備

Satake mini color grader便攜式測色儀,日本佐竹公司;Quanta 250 FEG掃描電鏡,美國FEI公司;Farinograph-AT粉質儀、Extensograph、黏度儀,德國Brabender有限公司;TA-XT型質構儀,英國Stable MIcro Systems公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同粒度顆粒粉基本理化指標的測定

選用不同規格的標準試驗篩(24、26、35、50、80、100目)對清粉機中的物料進行篩分,將篩分后不同粒度區間顆粒粉的粒度大小用μm表示,并標記為Y710、Y500、Y355、Y150、Y-f;顆粒粉水分含量、灰分含量、淀粉含量、蛋白質含量、膳食纖維含量分別參照國標GB 5009.3—2016、GB 5009.4—2016、GB 5009.9—2016、GB 5009.5—2016、GB/T 5009.88—2014;蛋白的溶脹指數及沉降指數的測定分別參照GB/T 26627.1—2011和GB/T 15685—2011進行。

1.3.2 不同粒度顆粒粉色澤的測定

采用便攜式測色儀對不同粒度顆粒粉的色澤進行測定,選擇CGV(Dry)模式。稱取6 g樣品均勻覆蓋石英皿底部,記錄測定的CGV、L*、a*、b*值,結果取3次平行。

1.3.3 不同粒度顆粒粉形態表征

采用掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)對不同粒度顆粒粉形態進行表征。將樣品涂在含有導電雙面膠的金屬圓盤上,真空條件下進行鍍金處理,再將圓盤放入SEM中觀察。

1.3.4 不同粒度顆粒粉溶解度和膨脹勢的測定

參考CHUNG等[11]的試驗方法并稍作修改,于50 mL離心管中將樣品與去離子水配制為質量濃度為20 g/L的懸浮液,分別在60、70、80、90 ℃下加熱30 min,將懸浮液冷卻至室溫后,3 000 r/min離心15 min,上清液倒入鋁盒置于烘箱中105 ℃下烘干稱重,即水溶性淀粉質量,沉淀即為膨脹淀粉,每個樣品做3次重復。

溶解度和膨脹勢的計算分別如公式(1)、公式(2)所示:

(1)

(2)

1.3.5 不同粒度顆粒粉糊黏度特性的測定

采用布拉班德黏度儀,按照GB/T 24853—2010測定不同樣品的糊黏度特性。

1.3.6 不同粒度顆粒粉混粉的制備

將不同粒度顆粒粉與面粉按照6∶4(質量比)在混粉儀中混合30 min備用,分別標記為:Y710-60%、Y500-60%、Y355-60%、Y150-60%、對照組(Y-f)。

1.3.7 不同粒度顆粒粉混粉對面團流變學特性的測定

面團流變學特性包括粉質特性和拉伸特性,分別參照GB/T 14614—2006和GB/T 14615—2006進行測定。其中,面團的拉伸特性取醒發45 min的面團進行分析。

1.3.8 不同粒度顆粒粉混粉掛面的制作

稱取200 g混粉和6%(質量分數)的谷朊粉于自封袋中手動混合搖勻5 min,同時準備2 g食鹽與64 mL蒸餾水,制備1∶32(g∶mL)鹽水溶液。將混粉倒入針式和面機中攪拌2 min中后加入鹽水和面20 min。將面絮裝入自封袋中于30 ℃醒發1 h,在輥距為3.0 mm處復合壓延6道,再裝入自封袋于30 ℃醒發1 h,隨后依次通過2.0、1.8、1.6、1.4、1.2 mm的軋距,面片厚度達1.2 mm左右時,選擇3 mm切刀進行切條,掛桿,置于掛面干燥平臺[12]中干燥7 h,干燥結束時掛面的水分含量在12%(質量分數)左右,每種混粉制作2份掛面樣品。

1.3.9 面條微觀結構觀察

將添加不同粒度顆粒粉的掛面取中間部分輕輕折斷成長約5 mm左右,方法同1.3.3節。

1.3.10 干掛面力學特性的測定

參考姜松等[13]的方法并稍作修改:質構儀選擇A/SFR型探頭,壓縮模式對掛面的斷裂力和下壓距離進行測定。試驗結果為除去最大和最小試驗值的平均值。

1.3.11 掛面蒸煮品質的測定

稱取10 g掛面于500 mL沸水中蒸煮,取不同時間段蒸煮的掛面于透明亞克力板之間,直到面條內部白芯消失,確定最佳蒸煮時間。參考熊小青[14]的試驗方法對掛面的蒸煮損失和干物質吸水率進行測定。

1.3.12 掛面質構特性的測定

煮后掛面質構特性的測定包括全質構試驗和拉伸試驗,試驗步驟參考王婷等[12]的研究方法,樣品結果取6次計算平均值。

1.4 數據統計與分析

采用Origin 8.5進行制圖,用SPSS 20.0對實驗數據進行方差分析及相關性分析,以P<0.05為顯著性標準。

2 結果與分析

2.1 不同粒度顆粒粉基本理化指標

由表1可知,不同粒度顆粒粉的水分含量具有顯著性差異,可能是粒度較小的顆粒粉需長時間研磨,樣品中的水分由于機械損耗和熱損耗而大量流失[15]?；曳种饕獊碓从邴滬?、麩皮中豐富的礦物質,是衡量小麥粉加工精度與色澤的主要指標;隨著粒度的增加,顆粒粉灰分含量顯著增加,但仍然顯著低于特一粉的等級標準。相反地,淀粉隨著粒度的增加顯著降低,可能與顆粒粉主要以胚乳團塊的形式存在有關,隨著粒度的減小,胚乳團塊逐漸被破碎,淀粉和蛋白逐漸分離,因而淀粉含量逐漸增加[16-17]。另外,小麥籽粒中蛋白質的含量從胚乳外部到胚乳內部是逐漸降低的,所以蛋白質的含量隨著粒度的增大而減小?？偵攀忱w維(total dietary fiber,TDF)的含量隨著粒度的增大而增大,其中較大粒度粒粉的不可溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,IDF)含量顯著增加,可能與粗粒粉中殘留的麩皮有關;此外,也有可能是較粗顆粒粉的細胞壁得以完整保留,隨著粒度減少,部分細胞壁破碎后從小麥粉中篩分出去作為后路粉或者麩皮;而可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF)的含量輕微而非顯著性的增加也有可能與胚乳細胞壁的完整性有關[15];谷蛋白溶脹指數(swelling index of glutenin,SIG)是評價小麥粉蛋白質品質與面團流變學參數的良好指標,尤其是表征小麥粉中不可溶性谷蛋白性質;十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate, SDS)沉淀體積(sedimentation volume , SV)反映了蛋白質數量和質量的差異,與谷蛋白的強度有關。由表1可知,隨著粒度的增大,SIG與SV值均顯著降低,這可能與胚乳細胞壁的完整性與胚乳組織團塊對蛋白質的約束有關[16]。

2.2 不同粒度顆粒粉的色澤

色澤是小麥粉加工精度的重要指標。色度值(color degree value,CGV)是顯示面粉色澤的一個數值,變化范圍為-40～20,CGV值越大說明面粉色澤越差[18]。L*、a*和b*分別為亮度值、紅綠度值和黃藍度值。L*值越大表明樣品亮度越高,a*為紅綠值,正為紅,負為綠。b*為黃藍值,正為黃,負為藍。

如表2所示,隨著粒度的增大,不同粒度顆粒粉CGV、a*、b*值顯著增大,而L*值顯著降低。說明顆粒粉的色澤較差,樣品亮度低,且粒度越大樣品顏色越偏紅黃?？赡苁怯捎诹６容^大的顆粒粉含有更多皮層色素所致[19]。

表2 不同粒度顆粒粉色澤Table 2 Color properties of wheat farina with different particle sizes

2.3 不同粒度顆粒粉微觀結構

由圖1-A～圖1-E可以觀察到,顆粒粉(圖1-A～圖1-D)微觀結構完整,主要以胚乳組織團塊的形式存在;而對照組(圖1-E)由于粒度較小,胚乳細胞受機械破碎程度較大,形狀不規則。通過局部微觀圖(圖1-a～圖1-e)可知,Y710顆粒粉胚乳團塊表面較為光滑,可觀察到完整的棱柱形胚乳細胞,淀粉和蛋白被緊緊的包裹在胚乳細胞內部;Y500的胚乳細胞開始破裂,出現裂痕以及間質碎片;隨著粒度的減小,Y355、Y150胚乳團塊表面變得粗糙且凹凸不平,淀粉顆粒逐漸被暴露,但仍被胚乳團塊束縛;而對照組Y-f由于粒度減小,胚乳團塊破碎程度增大,淀粉顆粒暴露、脫落;主要以面筋網絡結構包裹塊、淀粉和間質碎片3種形式存在[19]。

圖1 不同粒度顆粒粉的SEM圖Fig.1 SEM images of wheat farina with different particle sizes

2.4 不同粒度顆粒粉溶解度和膨脹勢

膨脹勢和溶解度反映淀粉與水之間的相互作用。淀粉膨脹時,直鏈淀粉溶出,造成淀粉的部分溶解;而淀粉的溶脹主要與支鏈淀粉維持顆粒整體結構的特性有關,溶脹勢與淀粉的糊化特性、淀粉的組成、形態結構等均有關。

由圖2可知,隨著溫度的升高,淀粉溶解度和膨脹勢均增大。主要分為2個階段:第一階段為60～80 ℃,顆粒粉和面粉的溶解度和膨脹勢均緩慢增大;且隨著粒度的減小,顆粒粉的溶解度和膨脹勢逐漸增大,而對照組Y-f的溶解度和膨脹勢顯著高于顆粒粉。第二階段為90 ℃,顆粒粉與對照組的溶解度和膨脹勢顯著大于第一階段,當然不同粒度間的顆粒粉與對照組之間的變化趨勢仍然與第一階段一致,這一現象與KOROMPOKIS等[20]的研究一致。主要原因可能是:淀粉在高溫及高水分的情況下更易吸水膨脹,因此出現了2種階段;粒度較大的顆粒粉具有較完整的胚乳細胞壁,對淀粉的膨脹具有阻礙作用,從而導致淀粉顆粒不易破裂,溶解度降低;對照組Y-f由于受到較強的機械破碎作用,細胞壁破裂,淀粉顆粒暴露,易與水接觸,且顆粒膨脹不受限制,從而提高了Y-f的溶解度和膨脹勢[19]。

a-溶解度;b-膨脹勢圖2 不同粒度顆粒粉溶解度和膨脹勢Fig.2 Solubility and swelling potential of wheat farina with different particle sizes注:不同小寫字母表示P<0.05水平上差異顯著(下同)。

2.5 不同粒度顆粒粉糊黏度特性

淀粉糊化特性是指隨著溫度變化,淀粉吸水膨脹后冷凝回生的過程。峰值黏度反映了淀粉糊化升溫過程中淀粉顆粒的膨脹程度;低谷黏度為淀粉溶脹達最大后,淀粉顆粒繼續受熱發生分解,顆粒之間間距加大,造成黏度下降達到最小;崩解值反映了淀粉在高溫下的耐攪拌能力,即淀粉熱糊穩定性,值越大穩定性越差;最終黏度是淀粉分子重新聚合后的狀態;回生值反映了淀粉冷糊的穩定性和老化趨勢。

由表3可知,峰值黏度和崩解值隨著粒度的增大而減小,而其他黏度參數及溫度參數均隨著粒度的增加而增加,且顆粒粉與對照組的差異性極顯著,這與孫創舉[21]的研究結果一致。結果表明,粒度較大的顆粒粉由于胚乳組織團塊的包裹性以及胚乳細胞壁的束縛性,對淀粉的吸水膨脹具有明顯的阻礙作用,在高溫作用下更耐機械剪切,不會發生細胞破裂及淀粉顆粒的分解,其淀粉糊穩定性較好。其次,加熱溫度會引起淀粉顆粒結晶區的破壞及淀粉分子間氫鍵的斷裂,較大粒度顆粒粉的淀粉顆粒受機械損傷較小,晶體結構較為完整,加熱以后,淀粉顆粒吸水糊化和晶體結構的破壞較小[17-23];另外加熱過程中面筋蛋白易與直鏈淀粉結合抑制其老化,因此,蛋白含量低的較大顆粒粉,其回生值較高[23]。

表3 不同粒度顆粒粉糊黏度特性Table 3 Viscosity characteristics of wheat farina with different particle sizes

2.6 添加不同粒度顆粒粉對面團特性的影響

粉質特性主要表征面團的形成難易和穩定性,其中面團吸水率與原料的水分、蛋白質含量、損傷淀粉含量等有關;而拉伸特性可表征面團的強度和延展性。

由表4可知,隨著顆粒粉粒度的增大,吸水率、穩定時間和弱化度逐漸減小,而形成時間逐漸延長;特別是顆粒粉與對照組之間存在顯著性差異。主要原因有:顆粒粉胚乳細胞壁的存在阻礙了蛋白的吸水作用,隨著粒度的增大,蛋白質含量顯著降低,從而影響了面筋網絡的形成及穩定性[24]。另外,粒度較大顆粒粉比表面積大,吸水較少,面筋網絡難以充分水化,因而形成了拉伸阻力大、延伸度小的剛性面團。

表4 添加不同粒度顆粒粉的面團流變特性Table 4 Rheological properties of dough with different particle sizes wheat farina additions

2.7 添加不同粒度顆粒粉對掛面微觀結構的影響

圖3為添加不同粒度顆粒粉的掛面橫截面和表面SEM圖。觀察圖3-A2～圖3-E2可以看出,隨著顆粒粉粒度的增大,截面出現了大小不均的孔洞;圖3-A3～圖3-C3能明顯看到暴露的淀粉顆粒,說明粒度較大的顆粒粉在加工過程不能被面筋網絡結構緊緊包裹;而由圖3-D3和圖3-E3的截面圖可以看出,較小顆粒粉的淀粉顆粒能夠被面筋網絡結構包裹住,結構較為緊密,與對照組差異不是很明顯;由圖3-a1、圖3-a2～圖3-e1、圖3-e2可以看出,隨著粒度的增大,干掛面表面凹凸不平,出現裂紋,能觀察到不連續的面筋網絡結構;由圖3-a3～圖3-e3觀察到這些凹凸不平處及裂紋處,均是沒有被面筋網絡結構包裹的淀粉顆粒;而粒度較小的顆粒粉Y355-60%、Y150-60%的淀粉顆粒沒有完全裸露出來,但仍能觀察到淀粉顆粒的輪廓。除了因為粒度較大,胚乳細胞壁較完整的大顆粒多以胚乳團塊的形式存在,阻礙了面筋蛋白吸水形成面筋網絡結構;還有一種可能是顆粒粉混粉不均,導致局部面筋網絡結構不完整。

圖3 添加不同粒度顆粒粉的掛面橫截面和表面的SEM圖Fig.3 SEM images of cross-section and surface of dried noodles with different particle sizes wheat farina additions注:1、2、3表示比例尺分別為:1 mm、300 μm、100 μm;大寫字母表示掛面的橫截面積,小寫字母表示掛面的表面。

2.8 添加不同粒度顆粒粉對干掛面力學特性的影響

干掛面力學特性中抗斷折力強度與柔韌性不僅可以預測產品的彎曲斷條率,而且可以預測煮后面條質地。由圖4可知,隨著顆粒粉粒度的增大,掛面抗彎折力強度和柔韌性均顯著下降;而Y150-60%的柔韌性顯著大于Y-f。有研究指出,干掛面抗彎折強度與蛋白質含量呈極顯著正相關,同時受面筋強度的顯著影響[25]。結合圖3可知,由于顆粒粉粒度較大,蛋白質含量及面筋強度均較低,造成面筋網絡結構不夠致密,從而導致掛面的力學特性較差;此外,干掛面力學特性與不同粒度顆粒粉的SIG與SV值的變化趨勢一致。綜上可以得出:粒度較小的顆粒粉,對改善干掛面柔韌性具有有利的作用,可能是小麥粉中的細小顆粒填充于稍大的顆粒之間,形成了更加柔韌的結構。

圖4 添加不同粒度顆粒粉的干掛面力學特性Fig.4 Mechanical properties of dried noodles with different particle sizes wheat farina additions

2.9 添加不同粒度顆粒粉對掛面蒸煮品質的影響

干物質吸水率主要與淀粉在糊化過程中膨脹吸水有關;而蒸煮損失率可以理解為蒸煮過程中淀粉損失[25]。圖5中Y710-60%、Y500-60%與Y-f相比,最佳蒸煮時間顯著提高,而Y355-60%、Y150-60%與Y-f相比,最佳蒸煮時間顯著降低;同時,不同粒度顆粒粉添加的掛面干物質吸水率與蒸煮損失率變化趨勢一致,Y710-60%與Y500-60%顯著高于其他樣品。結果表明,較大粒度顆粒粉蛋白含量低且胚乳細胞壁相對完整,面筋蛋白被局限于細胞內,不利于形成更廣泛的連續網絡結構,對于淀粉顆粒無法很好地包埋,降低了面條的蒸煮品質;相反較小粒度顆粒粉的添加對面條的蒸煮品質影響相對較小,甚至還提升了其易煮性。

2.10 添加不同粒度顆粒粉對掛面質構特性的影響

研究表明,面筋蛋白通過分子間二硫鍵及次級鍵形成具有剛性和彈性的網絡結構,是面條硬度、彈性、咀嚼性、回復性和拉伸特性的主要來源,而黏結性和黏附性是淀粉與蛋白的綜合體現[26]。如圖6所示,添加的顆粒粉粒度較大時,熟掛面的硬度、咀嚼性、彈性、黏結性總體呈下降趨勢,而回復性、黏附性整體呈上升趨勢;拉斷力和拉斷距離隨粒度增大而降低,這與王崇崇[23]對不同粒度小麥粉研究的結果一致。特別的,除了Y710-60%對掛面質構特性具有顯著降低的作用,而其他樣品之間的變化波動較小,尤其是Y150-60%相較于對照組Y-f質構特性更佳。一方面可能與蛋白含量有關,粒度較大顆粒粉蛋白含量較低,而蛋白含量和硬度、彈性等正相關;另一方面,較大的顆粒粉對面筋網絡結構具有破壞作用;同時顆粒粉中由于麩皮及胚乳細胞壁的存在導致阿拉伯木聚糖的含量增加,也會抑制面筋網絡結構的形成[27-28],因而Y710-60%、Y500-60%、Y355-60%的硬度顯著降低。而Y150-60%相較于對照組Y-f質構特性整體較好,可能是蒸煮過程中,小顆粒填充于稍大的顆粒之間,形成彈性更好的網絡結構。此外,蒸煮過程中,顆粒粉在胚乳細胞壁以及面筋網絡結構的束縛作用下,糊化冷卻后的游離直鏈淀粉形成的凝膠能將面筋網絡中的較大空隙填補,從而使其回復性提高[19]。

a-彈性、黏結性、回復性;b-黏附性、拉斷力、拉斷距離圖6 不同粒度顆粒粉添加的掛面質構特性Fig.6 Texture characteristics of dried noodles with different particle sizes wheat farina additions

3 結論

本研究發現不同粒度顆粒粉添加對面團特性及掛面品質具有顯著影響。首先隨著顆粒粉粒度的增大,吸水率、穩定時間和弱化度逐漸減小,而形成時間逐漸延長;拉伸特性的結果進一步證實添加顆粒粉易形成剛性面團。其次,添加較大粒度的顆粒粉會降低干掛面抗彎折力、熟掛面的硬度、彈性、咀嚼性、黏結性;增加熟掛面的回復性、黏附性,及熟掛面的拉斷力和拉斷距離。說明顆粒粉對掛面面筋網絡結構的形成具有較大的影響,是造成掛面品質降低的主要原因。最后,與較大粒度的顆粒粉相比,較小粒度的顆粒粉Y355、Y150對面團及掛面品質的整體影響較小,甚至提高了掛面的質構品質。因此,本研究認為較小粒度的顆粒粉對面團特性及掛面品質具有改善作用。本研究僅對面條基本品質進行了分析,顆粒粉添加對掛面中胚乳細胞壁完整性及淀粉體外消化性的影響尚需要進一步研究,以便開發具有預防慢性代謝致病功能的新型掛面產品。