混合实验仪在评价面团流变学特性中的应用与研究

赵 萍,周 伟,张生堂,高国强,*,王 雅

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730050;2.兰州工业研究院,甘肃兰州 730050)

混合实验仪在评价面团流变学特性中的应用与研究

赵 萍1,周 伟1,张生堂2,高国强2,*,王 雅1

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730050;2.兰州工业研究院,甘肃兰州 730050)

运用Mixolab混合实验仪、吹泡稠度仪及粉质仪测定面粉流变学特性,然后再运用混合实验仪分析了不同添加量的亚麻籽粉对面粉的流变学特性的影响。结果表明Mixolab混合实验仪在搅拌时两个搅拌臂的扭矩变化参数C2、C3、C4及C5与粉质仪参数柔嫩度具有负相关;C2、C3与吹泡稠度仪操作时所需最大压力P、充气膨胀指数G、面团变形所做的功W显著相关。当亚麻籽粉添加量为5%时,面团的吸水率达到最大,机械稳定性最强,糊化作用最弱,酶活性降低。而C4与C3的比值不变,说明亚麻籽粉的添加不影响面团的烹煮性能。因此亚麻籽粉的最优添加量为5%。

混合实验仪,亚麻籽粉,相关性,流变学特性

谷物的流变学特性是指谷物及其制品表现出的流体力学和粘弹性,是评定谷物品质的重要指标,已被广泛地应用到谷物及其制品质量评价中。除蛋白质的数量和质量外,小麦粉的淀粉特性,尤其是淀粉糊的峰值粘度对面制品品质有重要的影响和作用。法国肖邦公司开发的Mixolab谷物综合特性测定仪[1-2],将面团粉质特性与淀粉糊化特性的测定结合为一台仪器。使用Mixolab混合实验仪一次检测就可以同时测定面粉的蛋白特性和淀粉糊化特性,用于研究样品的蛋白质特性、淀粉特性、酶活性和添加剂特性及影响[3]。Mixolab混合实验仪是目前世界上最先进、多功能的用于检测小麦、面粉、大米和其它谷物品质特性的设备。

有研究表明[4],随着亚麻籽粉添加比例的增加,混合面粉的吸水率增加,面团形成时间、稳定时间缩短,弱化度增加,评价值降低,且面团的韧性、抗延伸阻力及粉力等指标也降低,面团的微观结构发生变化。亚麻籽粉对面包的烘焙品质有明显的改善效果,添加适量(1%～5%)可提高面包的感官评分和比容,同时具有明显的抗老化作用,延长产品的货架寿命。本文主要研究了Mixolab混合实验仪和吹泡稠度仪及粉质仪之间的相关性,然后利用Mixolab混合实验仪分析将亚麻籽粉碎并添加到面粉后对面团流变学特性的影响,为Mixolab混合实验仪的应用与研究提供一个切实可行的方向。

表1 小麦的沉降值、吹泡稠度仪参数及粉质参数Table 1 The Zeleny sedimentation and the parameter of Alveoconsistograph and Farinograph of flour samples

注:同一列中,相同字母者表示差异未达0.05显著水平,不同字母表示差异显著p<0.05;表2、表4同。其中样品1～9号分别为：陇春5号、陇春17号、陇春18号、陇春20号、陇春22号、陇春24号、陇春25号、陇春27号、陇春28号。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

亚麻籽品种:陇亚;产地:甘肃景泰,由甘肃省农科院提供。

小麦:陇春15号、陇春17号、陇春18号、陇春20号、陇春22号、陇春24号、陇春25号、陇春27号、陇春28号,由甘肃省农科院提供;小麦沉降值及其粉质参数由甘肃省农科院测得。小麦样品用肖邦磨粉机研磨成面粉,待用。

Mixolab混合实验仪、CD1 实验磨粉机、吹泡稠度仪 法国肖邦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 面粉的流变学特性和稠度吹泡实验 将制得的面粉分别用Mixolab混合实验仪和稠度吹泡仪进行实验,将实验所得数据与小麦的沉降值及粉质参数进行相关性分析,所得数据采用spss多因素方差分析。

1.2.2 混合粉的制备及水分的测定 选择经过混合实验仪测定得知的最佳小麦粉与研磨的亚麻籽粉按照0/100、1/99、3/97、5/95(w/w)的比例混合,配制成混合粉,备用。

水分的测定方法:直接干燥法,参照GB 5009.3-2010。

1.2.3 混合面粉的流变学特性测定 在混合实验仪的和面钵中加入适量的混合粉。混合实验仪的操作程序设定[6-7]:揉混速度80r/min,目标扭矩(C1)1.10N·M,面团重量75g,储水罐温度30℃,第一级温度30℃,第一级温度持续时间8min,第二级温度90℃,升温速度4℃/min,第二级温度持续时间7min,降温速度4℃/min,第三级温度50℃,第三级温度持续时间10min,分析时间合计45min。

2 结果与讨论

2.1 小麦粉的品质分析

2.1.1 吹泡稠度仪的特性曲线分析 小麦的湿面筋含量、蛋白质含量、沉降值、吹泡稠度仪参数及粉质参数如表1所示。

由表1中所示，9个样品的沉降值有显著差异，其中样品5和样品7的沉降值较低，说明样品5和样品7的筋力比其它样品弱，筋力弱的面粉沉降速度快,沉降物体积小;属于中低筋小麦粉(20～34mL),适于制作饼干、糕点[5]。P值表示吹泡过程中的最大压力,P值随面团的稠度及面团的韧性而变化,G值是面团延展性的体现,P/G表示面筋强度的平衡性,P/G值较大的小麦粉,韧性强,延展性差,样品5的P/G值是除了样品9外最大的;W值是在指定的方法内一克面团变形所做的功,W值大于300×10-4J属于强筋小麦粉;W值等于200～300×10-4J属于中筋粉;W值小于200×10-4J属于弱筋粉[5];9种样品显然都属于弱筋粉;P/L反映柔韧性与延展性的关系,P/L>1表明面团的揉韧性强于延展性,P/L过小(低于0.3)表明延展性过强,甚至可能会影响机械的操作,显然9种样品的P/L值都大于0.3。综上所述,9种样品都属于弱筋粉,且样品1和样品2在P值和W值无显著差异,而样品1和样品6在沉降值和G值无显著差异。

2.1.2 混合实验仪的特性曲线分析 表2列出了不同面粉样品的混合实验仪测试参数,这些数据如下表所示。

由表2中看出,9种面粉样品的混合实验仪参数具有很好的变化,面团的吸水率指达到面团的目标扭矩C1((1.1±0.5)Nm)所需的水分[6],样品5的C1值为1.16,接近目标扭矩,表明这种样品具有较好的揉混性;C2指面团在受到机械及热作用后扭矩降低的最小值,值越小,面团的机械力稳定性越强[8],9种样品的C2值都比较小,并存在显著差异,它们的机械力稳定性比较强;C3是面团在糊化过程中的最大扭矩,样品5的C3值最大,并与其他样品存在显著差异;糊化作用是糊化过程中,最大扭矩C3与最小扭矩C2的差值,差值越大,糊化作用越强;样品5的差值最大,说明其糊化作用最强[7];烹煮稳定性指在90℃保温过程中,C4与C3的比值,值越大,则说明面团的烹煮稳定性越强。样品8的C4与C3比值最大(样品6和样品7的C4与C3的比值无显著差异),说明其形成的面团的烹煮性能最强。C5指面团冷却阶段糊化淀粉的回生特性,值越大说明淀粉酶活性越高,而回生值过高,随着时间的推移会对加工产品的风味及质构造成很大影响[8],样品8的酶活性最高。综上所述,5号样品参数比其它样品参数好,且其加工特性良好,因此我们选取5号样品面粉为原料制取混合面粉为下面做研究。

表2 面粉样品的混合实验仪参数Table 2 The parameter of Mixolab of flour samples

表3 混合实验仪参数、沉降值、吹泡稠度参数及粉质参数的相关性分析Table 3 Correlation analysis parameters between Mixolab,and Zeleny sedimentation, Alveoconsistograph,and Farinograph of flour samples

注:*,** 分别表示在p<0.05,p<0.01。

2.1.3 相关性分析 为了验证混合实验仪能够预测样品的蛋白特性,将混合实验仪参数与已经测得的面粉品质参数进行相关性分析,分析数据列在表3中。

由表3得知,混合实验仪参数中稳定性与沉降值、吹泡稠度参数及粉质参数显著相关,其中与吹泡稠度参数W及粉质参数稳定性的相关性更高(r=0.919,p<0.01;r=0.931,p<0.01)。大多数的混合实验仪参数如稳定性、C2、C3、C4和C5与粉质参数柔嫩度具有负相关性;混合实验仪参数C2、C3、C4与吹泡稠度参数G、W显著相关;混合实验仪参数稳定性、C2、C3与吹泡稠度P显著相关。揉混指数表示的是在30℃恒温揉混阶段面粉的特性,它涉及稳定时间、形成时间和机械弱化等参数概念,该值越大表示面团在揉和阶段的稳定时间越长[8]。混合参数C2和C1的差值正好可以表明生面团的揉混特性,并且与粉质参数柔嫩度具有负相关性(r=-0.651,p<0.01),它们的差值与吹泡稠度参数G(r=0.721)、W(r=0.670)及粉质参数吸水率(r=0.735)、稳定性(r=0.560)具有相关性。混合实验仪参数C3与C2的差值和C4与C3的差值都与吹泡稠度参数G显著相关,这说明混合实验仪[9]能够在面粉揉混和加热过程中测试面粉的糊化特性和揉混特性。

表4 亚麻籽粉不同添加量对面团粉质特性的影响Table 4 Effects of Different zugabemenge of flaxseed meal on farinograph properties

一些研究表明[10-12],混合实验仪参数C3、C4、C5是与淀粉的烹煮特性、酶活性、回生特性相关,由表3得出,它们与吹泡稠度参数G具有相关性。这说明混合实验仪[9]能够在面粉揉混和加热过程中测试面粉的淀粉酶特性及蛋白特性。斜率α代表蛋白弱化度[13-15],表明面粉的筋力强度,由表3得知它与沉降值(r=-0.590,p<0.05)、吹泡稠度参数P(r=-0.550,p<0.05)、W(r=-0.676,p<0.01),及粉质参数稳定性(r=-0.577,p<0.05)具有负相关性。斜率α、β、γ与其它的面粉品质参数没有显著相关。由于在实验操作中发现,重复实验时,曲线的斜率就会发生较大差异,因此没有深入研究分析斜率α、β、γ这3个参数。

2.2 混合面粉的品质分析

根据以上实验分析结果,9种样品均为弱筋粉,同时考虑数据的显著差异性,选取最适宜的5号面粉样品为原料,添加不同比例的亚麻籽粉,用混合实验仪参数分析不同添加量(0%、1%、3%、5%)的亚麻籽粉对5号样品面粉粉质特性的影响,结果见表4。

由表中数据可知,添加亚麻籽粉后,面团的C1值明显变小,说明面团的吸水率在增加,而随着亚麻籽粉的添加,面团的C1值变化幅度明显变小。随着亚麻籽粉的添加,面团的稳定性时间在变长,(由于添加量为3%时,稳定性时间增长并不明显,所以稳定性时间的变化不是线性的)这是由于亚麻籽粉中含有的蛋白质主要是水溶性的,不能形成类似面筋网络的结构,加入面团中反而会稀释面筋蛋白的含量。同时亚麻籽粉中高含量的膳食纤维导致面团的吸水率增加,促使面团弱化,并且大量的不溶性纤维成分对面筋网络有机械破坏作用[16-17],添加量在5%的时候C1值最小,其吸水率最大;随着亚麻籽粉添加量的增加C2值在不断的减小,说明其抵抗热的能力在增强。这是因为在加热过程中,首先糊化,糊化后的淀粉颗粒粘度增加,更好的粘附了面团中的面筋及淀粉,从而使得其热弱化值降低,添加量在5%的时候机械稳定性最强;由表4中数据看出添加亚麻籽粉C3值在变小,它与最小扭矩C2的差值也在变小,说明形成的面团糊化作用在减弱,添加量在5%的时候糊化作用最弱,而C4与C3的比值未达0.05显著水平,说明亚麻籽粉的添加对形成的面团的烹煮性能没有减弱;随着亚麻籽粉的添加,C5值在逐渐变小,则说明淀粉酶活性在降低。

综上所述,当添加量为5%的时候,混合粉的酶活性虽然有所降低,有研究表明[8]淀粉酶活性指数的可接受范围在5～7,但仍在接受范围内,因此对面粉品质的影响很小。而吸水率、糊化作用等特性都得到了优化,因此亚麻籽粉的添加量以5%为最佳。

3 结论

混合实验仪在搅拌时两个搅拌臂的扭矩变化参数C2、C3、C4及C5与粉质仪参数柔嫩度具有负相关;C2、C3与吹泡稠度仪操作时所需最大压力P、充气膨胀指数G、面团变形所做的功W显著相关。混合实验仪参数C2、C3、C4、C5与吹泡稠度参数G具有相关性,这些表明混合实验仪能够在面粉揉混和加热过程中测试面粉的淀粉特性、淀粉酶特性及蛋白特性等。再利用混合实验仪研究了亚麻籽粉对面粉的流变学特性的影响,随着亚麻籽粉的添加,当添加量达到5%时,面团的吸水率达到最大,机械稳定性最强,糊化作用最弱,同时又不影响面团的烹煮性能。面团的淀粉酶活性虽然有所降低,但是对面粉品质影响很小,因此亚麻籽粉的最优添加量为5%。这为Mixolab混合实验仪的应用与研究提供了一个切实可行的方向。

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Application and research of the evaluation of dough rheological properties with the Mixolab

ZHAO Ping1,ZHOU Wei1,ZHANG Sheng-tang2,GAO Guo-qiang2,*,WANG Ya1

(1.School of Life Science and Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China;2. Lanzhou Industry Research Institute,Lanzhou 730050,China)

The rheological properties of different flours were measured by instruments of Chopin Mixolab,Alveograph and Farinograph,and then the rheological properties of the flour added zugabemenge flaxseed meal were analyzed by the Mixolab. The results showed that there existed negative correlation between the parameters of C2,C3,C4 and C5 of two stirring arms,torque by the Mixolab and the parameters of tenderness by Farinograph;C2,C3 were significantly related to the parameters of the maximum pressure P,inflation index G and work of dough deformation W by Alveograph. While the zugabemenge of flaxseed meal was up to 5%,the absorption of water of the dough reached the maximum,mechanical stability was the strongest,gelatinization became the weakest,the amylase activity of the dough decreased,while the ratio of C4 and C3 unchanged. It indicated that the zugabemenge of flaxseed meal did not affect the cooking properties of the dough. Therefore the optimal zugabemenge of flaxseed meal was 5%.

Mixolab;flaxseed meal;correlation;rheological properties

2014-03-18

赵萍(1964-)，女，硕士，教授，主要从事食品科学、副产物综合利用研究。

*通讯作者:高国强(1966-)，男，本科，研究员，主要从事农产品加工与综合利用研究。

甘肃省重点学科建设项目资助。

TS211.3

A

1002-0306(2015)01-0097-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.01.012