江潇潇,刘 翀,郑学玲
(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001)
湿热处理对发芽小麦粉品质影响的研究
江潇潇,刘 翀,郑学玲*
(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001)
小麦发芽过程中芽麦粉品质劣化,本文拟通过湿热处理或热液处理(heat moisture treatment,HMT)对芽麦粉进行处理,研究其对芽麦粉品质的影响。实验以郑麦366为原料,经过发芽处理后制粉,随后对其进行湿热处理,并测定湿热处理前后芽麦粉的品质变化。研究发现:发芽小麦经过湿热处理后白度和色泽变差;降落数值有明显的提升;蛋白质总含量轻微下降;损伤淀粉含量显著下降(p<0.05);糊化特性有明显的改善:峰值黏度有显著的提高(p<0.05),糊化温度升高明显;对湿热处理过的芽麦粉的热机械性质进行分析时发现,形成时间和稳定时间随水分含量、温度、时间增加呈现逐渐下降趋势,表明芽麦粉的蛋白质变性程度随着处理条件的加剧而增加。最佳处理条件为水分含量25%,处理温度100 ℃,处理时间60 min。结果表明,通过精确控制湿热处理条件,可显著改善芽麦粉中淀粉的糊黏度性质,同时避免热对蛋白质的激烈变性作用。
芽麦粉,湿热处理,品质,淀粉,蛋白质
小麦收获期遭遇连续阴雨天气或者运输储存过程中管理不当都会造成小麦籽粒不同程度的发芽。小麦发芽过程中活性急增的水解酶(α-淀粉酶、蛋白酶等)对其储藏物质(淀粉、蛋白质等)的不断水解、消耗会导致芽麦品质劣变,如芽麦的容重、角质率、籽粒硬度、降落数值、淀粉糊黏度、湿面筋含量等降低及脂肪酸值升高[1-5]。改善发芽小麦的食用品质,可减少粮食产后损失。
现阶段对发芽小麦品质改良的方法有剥皮制粉、预处理、酶抑制剂添加等[6],主要是针对发芽籽粒进行的。上述方法都是为了降低皮层水解酶对面粉品质的作用。剥皮制粉工艺较复杂,酶抑制剂添加可能存在化学残留风险。因此,采用热或微波等对芽麦进行预处理是研究的热点[6-7]。虽然微波预处理是一种颇有效的方法,但其处理量较小。相比而言,热处理的产量更大。热处理温度过低(40 ℃),酶不易失活,适当高温处理(70~90 ℃,4 h)能降低α-淀粉酶的活性,降落值、膨胀势恢复明显,但也会造成面筋蛋白质的明显变性[6],该研究未报道热处理对芽麦糊粘度的影响[6,8]。
湿热处理(HMT)是一种淀粉物理改性方法,是在有限水分(20%~30%)及高于淀粉玻璃化转变温度但低于其糊化温度条件下(80~120 ℃)处理一定时间(15 min~16 h),依靠淀粉分子内部迁移造成分子结构的重排从而实现淀粉改性[9-12]。Chung等将湿热处理应用于发芽糙米改性,发现其混粉(米粉∶面粉=1∶1)糊粘度有显著提高,并推测是淀粉分子改性重排造成的[13]。本实验前期研究发现,经过湿热处理(100 ℃,1 h)的芽麦,其面粉糊粘度得到部分恢复,但仍远低于原麦对照(未发表数据)。通常,面粉糊黏度与面条品质正相关[14]。因此,在尽量避免蛋白变性条件下改善芽麦粉糊黏度性质是亟待解决的问题。过往热处理研究多以芽麦籽粒而不是芽麦粉为对象,但粉末状的芽麦粉可能更有利于水分和热的渗透,或将产生很不同的改性效果。与前述湿热处理后发芽糙米糊黏度增加不同,有报道比较湿热处理对小麦淀粉及小麦粉的影响,发现湿热处理后两者的糊黏度均下降,而抗消化淀粉含量均增加,说明对小麦粉进行湿热处理可以达到对其淀粉改性的目的,但也指出,湿热处理会引起面筋蛋白质的变性聚集[15]。
综上所述,湿热处理对芽麦粉品质的影响如何,国内外鲜有报道。本文以对湿热处理效果影响显著的三个条件(水分含量,温度,时间)为变量,分别选择四个水平,探索不同湿热处理条件对发芽小麦粉品质改善的效果。
1.1 材料与仪器
郑麦366 由河南农科院小麦研究所提供。
碘化钾、硫酸铜、硫酸钾、硼酸:分析纯 天津市科密欧化学试剂有限公司。
SDMATIC损伤淀粉测定仪 波通仪器有限公司,瑞典;MB45水分测定仪 OHAUS仪器有限公司,美国;降落数值测定仪 杭州天成光电有限公司,中国;Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪 福斯分析仪器有限公司,丹麦;Viscograph-E布拉班德粘度计 布拉班德有限公司,德国;WGB-2008A型白度测试仪 杭州其伟光电有限公司,中国;便携式测色仪 佐竹公司,日本;Mixolab混合仪 肖邦技术公司,法国;FXB 101-2电热鼓风干燥箱 上海树立仪器仪表有限公司,中国;WB-100混粉机 浙江明星机电制造有限公司,中国。
1.2 实验方法
1.2.1 样品制备 将称量好的郑麦366小麦除杂,用清水洗干净,然后在自来水中浸泡12 h。之后沥干剩余的水分,把小麦放到恒温恒湿培养箱里,调节到温度为20 ℃、湿度为90%,发芽12 h。发芽好的小麦均匀摊放在金属筛网上,分二层放入电热干燥箱中,在温度40 ℃的条件下,鼓风干燥16 h,小麦水分在14%~15%然后储存于冰箱中备用。
采用布勒实验磨磨粉,参照AACC26-20方法,根据籽粒的硬度确定润麦加水量,硬质小麦水分为16%,中等硬度小麦水分为15%,软质小麦水分不超过14%,硬质小麦润麦时间为24 h,中等硬度小麦润麦时间20 h,软质小麦润麦时间16 h,控制面粉出粉率在70%左右。
测定磨粉后的发芽小麦粉水分,取200 g 面粉样品,采用喷雾的方式将水分均匀的加入面粉,期间要不断搅拌保证水分分布平衡,调节水分含量分别至17%、21%、25%、29%,将处理好的小麦粉装入500 mL干燥瓶,放入干燥箱分别干燥30、45、60、75 min,干燥温度分别是80、90、100、110 ℃,(两个定量的选择是依据处理效果也就是预实验以及前部分的已经确定的最佳条件确定的)。将样品取出后冷却至室温,在室温下进行水分平衡,防止样品在高水分下变质,取出物料粉碎过60目筛,即得到湿热处理的小麦面粉样品,并以原小麦粉及发芽小麦粉作为对照。
1.2.2 面粉白度和色度的测定 色度:打开色度仪的开关,用标准白板校正,选择测色模式CGV(Dry)。称取6 g样品均匀铺在测试用石英皿内,轻轻晃动使其尽量平整。按下测定按钮,记录CGV(Dry)值以及L*、a*、b*值。
白度:采用智能白度仪测定发芽小麦粉,开始先用标准板进行校准,然后将待测样品平铺在白度仪的样品盒,刮去多余小麦粉,待小麦粉压紧后转动把手,听到两声哒哒声就可以取下把手,将样品压紧,翻转取下样品盒的底部,开始测量,做两组平行实验,记录数据。
1.2.3 降落数值的测定 按照GB/T 10361-2008的方法执行,每个样品应做两组平行实验。
1.2.4 蛋白含量测定 蛋白含量的测定采用全自动凯氏定氮仪,蛋白质换算系数为5.7。称取1.0~1.1 g面粉样品,取5.4 g硫酸钠,0.6 g无水硫酸铜。将面粉样品分别倒入准备好的专用试管中,再将称取好的硫酸钠和无水硫酸铜加入试管中。将样品消化2 h。用FOSS全自动凯氏定氮仪进行测定蛋白质的含量。
1.2.5 损伤淀粉含量的测定 依据AACC Method 76-31。运用破损淀粉仪进行测定:用分析天平称取1 g左右的样品到仪器样品槽的正中间,后将样品的重量,水分含量,蛋白含量输入仪器中,向干燥的反应杯中加入3 g硼酸和3 g碘化钾,120 mL蒸馏水,备用。开始测量时向反应杯中加一滴1 mol/L硫代硫酸钠。
1.2.6 糊化特性测定 采用德国Brabender Viscograph-E型粘度计按照GB/T 14490-2009进行测定。测试所需的样品质量按照80 g,14%湿基进行校准,加水量为450 mL,混合均匀后置于布拉班德粘度仪的测量杯中,温度从35 ℃开始上升,升温速度为1.5 ℃/min,升温至95 ℃保温30 min,然后降温50 ℃,并保持30 min,降温速度为1.5 ℃/min,最终得到样品的糊化特性曲线。
1.2.7 揉混特性测定 采用法国肖邦mixolab混合仪,运用chopin+实验协议,加水和面后面团的重量为75 g(对应面粉质量大概为50 g),目标扭矩为1.1 N·m(±0.05 N·m)。混合实验仪标准实验的温度控制分为3个过程[16]:8 min保持30 ℃恒温阶段;加温阶段,15 min内以4 ℃/min速度升温到90 ℃并保持高温7 min;降温阶段,10 min内以4 ℃/min速度降温到50 ℃并保持5 min,整个过程共计45 min。
表1 HMT对小麦粉的白度和色泽的影响
注:同一列不同字母表示显著性差异(p<0.05,n=2)表2~表4同,结果均是两次平行实验的平均值±标准偏差,表2、表3同。
1.3 数据分析
样品的所有测试结果均进行两次平行实验。数据分析使用单向方差分析(方差分析),结果以j±s 表示。采用Duncan’s multiple range test法对实验结果的平均值进行了显著性差异检验(p<0.05)分析数据,以及Bivariate Correlations分析相关性。软件采用SPSS version 16.0。
2.1 不同处理条件下发芽小麦粉白度和色度变化
表1为湿热处理前后小麦粉的白度和色度变化情况,并与发芽未处理和原麦作对照。由表1可以看出,不同湿热处理的条件都会导致面粉的白度下降,而且随着水分含量、处理温度及处理时间的增长,样品的白度有显著(p<0.05)的下降趋势。处理温度和时间固定时,随水分含量的升高,处理样品的白度有显著(p<0.05)下降;处理水分含量和处理时间固定时间,随着处理温度的提升,所得样品的白度有显著(p<0.05)下降;水分含量和处理温度固定时,随着处理时间的延长,样品的白度有显著的降低(在60 min时下降变缓)。经发芽未经过热处理的样品白度相对于原麦也有一定的下降,但却高于所有经过湿热处理的样品。
色度值(CGV)及L*、a*、b*三色空间法是国际上表示色泽的指标,CGV值越小,L*值越大说明色泽好,a*表示红度值,b*表示黄度值。由表1可以得出:湿热处理后红度值和黄度值均会增大,样品色泽变差,其规律与白度基本相同。水分含量变化时,水分含量与色泽呈极显著负相关(p<0.01);温度变化时,温度与色泽呈极显著负相关(p<0.01);时间变化时,时间与白度值及色泽呈极显著负相关(p<0.01)。
图1给出了HMT前后样品白度和色度变化的对比图。湿热处理后样品的白度和色泽变差是由于小麦粉中蛋白质和多糖发生了美拉德反应产生了褐变,也有可能是湿热处理使面粉中蛋白发生了变性。这与李明菲等[17]研究结果一致。
图1 HMT前后小麦粉实物图Fig.1 Picture of wheat flour before and after HMT注:A:25%-60 min-110 ℃条件下处理的样品; B:60 min-100 ℃-29%条件下处理的样品; C:25%-100 ℃-75 min条件下处理的样品; D:原麦;E:发芽未处理的对照样品。
2.2 湿热处理前后发芽小麦粉降落数值变化
降落数值是目前被广泛使用测定α-淀粉酶活性的指标。发芽的小麦粉降落值与α-淀粉酶活性有较好的相关性[18]。小麦在发芽时,伴随着α-淀粉酶活性的显著增高,其降落数值会有明显的降低趋势。发芽12 h时样品的降落数值由原来的325 s降至183 s,湿热处理过后,面粉的降落数值有明显的回升。由图2可以看出水分含量升高时,处理的样品降落数值有先降低后升高的趋势,在17%时达到最大(265 s),与25%水分含量(260 s)相差不大。处理温度(图3)和处理时间(图4)对样品降落数值的影响趋势基本一致,都呈现显著的增高趋势,增长趋势分别在100 ℃和60 min以后变缓。
图2 水分含量对降落数值的影响Fig.2 Effect of moisture content on falling number
图3 处理温度对降落数值的影响Fig.3 Effect of temperature on falling number
图4 处理时间对降落数值的影响Fig.4 Effect of treatment time on falling number
2.3 湿热处理前后发芽小麦粉蛋白和损伤淀粉含量变化
表2给出了HMT前后发芽小麦粉蛋白质含量的数据,与发芽未处理对照相比,HMT后发芽小麦粉蛋白质含量有轻微下降趋势,这可能是由于美拉德反应(羰基和氨基的缩合)造成了以凯氏定氮法测定的蛋白质含量的下降,但蛋白质含量随处理条件不同存在轻微变化,说明不同处理条件下美拉德反应(羰基和氨基的缩合)发生程度不同[19]。发芽12 h后的小麦样品的损伤淀粉含量有明显的增加,这是因为在小麦发芽期间α-淀粉酶活性急剧增高,淀粉被水解,淀粉颗粒结构被破坏导致的。湿热处理后样品中损伤淀粉含量有显著的降低,这可能是HMT对淀粉的改性作用造成的。发芽过程中部分淀粉大分子被酶水解为更小的分子,与机械损伤造成淀粉分子断裂存在相似性,本实验之前研究发现,HMT处理后的机械损伤淀粉其损伤度明显下降,可能是热运动使得损伤造成的无序淀粉分子链发生重排,形成新的结晶结构或晶体完善造成的[20-21]。
表2 HMT 对小麦粉的蛋白含量和损伤淀粉的影响
2.4 不同湿热处理条件对发芽小麦粉糊特性的影响
表3是不同湿热处理条件下发芽小麦粉的糊化特性变化。相对于原麦,发芽12 h的样品糊化特性各项参数都有极其显著的降低趋势,经过湿热处理后主要黏度参数及糊化温度均有不同程度的回升。由表3可以看出,随着处理水分含量的升高,样品峰值粘度呈现先增加后降低的趋势,在25%水分含量的条件下达到最大值2277.5 mPa·s,相对于发芽未处理的293 mPa·s有了显著的提升。处理温度和处理时间对样品峰值粘度的影响变化趋势一致,都是先增加最后趋于平稳,100 ℃与110 ℃,60 min与75 min没有显著差异(p>0.05)。赵仁勇[22]团队曾采用微波对15%水分的发芽小麦进行处理,发现处理后发芽小麦粉的峰值粘度也大大增加。HMT处理后糊黏度的增长主要是热对α-淀粉酶活性的钝化造成的,因为α-淀粉酶水解淀粉会导致其膨胀力和糊黏度降低[23]。由于峰值黏度反映了淀粉颗粒在崩解之前的膨胀能力[24],因此,HMT后峰值黏度增加也说明了颗粒膨胀能力的增加,这与董召荣等报道的热处理后发芽小麦淀粉膨胀能力明显回升的结论一致[8]。
表3 HMT对小麦粉的糊化特性的影响
表4 HMT对小麦粉热机械特性的影响
经湿热处理后发芽小麦的糊化温度有显著的提高,并在25%-100 ℃-60 min和29%-100 ℃-60 min达到最大(二者无显著差异),处理效果较为明显。通常,HMT后淀粉糊化温度升高可达10~20 ℃[15,25-26]。例如,Chen等发现,与未经处理的面粉对照相比,HMT后面粉的糊化温度明显提高,这是由于HMT过程中淀粉分子移动重排,结晶结构完善或新结晶结构形成造成的。然而,值得注意的是,当前研究中原麦的糊化温度明显高于文献报道的糊化温度(61.7 ℃)[21],这是由于RVA或布拉班德粘度仪测定得到的糊化温度是糊黏度迅速增长时对应的温度,不能很好地反映淀粉结晶结构在糊化过程中的吸热反应,更准确的测定糊化温度的方法是差示扫描量热仪(DSC)[15,25-26]。因此,HMT处理后糊化温度升高是由于α-淀粉酶失活还是淀粉分子热运动造成的改性引起的需要进一步研究。
2.5 不同湿热处理条件对发芽小麦粉热机械特性的影响
肖邦mixolab混合仪,可用于研究小麦粉面团中蛋白质和淀粉在经受机械剪切应力及加热过程中的流变学特性变化[27]。由表4可以得出,随着水分含量的增加、处理温度的升高、处理时间的延长,主要反应面筋蛋白质特性的面团形成时间逐渐缩短,稳定时间变化虽然没有明显规律但相对于原麦甚至发芽未处理的样品都有一定缩减(80 ℃和30 min条件下稳定时间有略微增加)。结果表明,芽麦粉面团中的面筋蛋白质发生了不同程度的变性。面团吸水率随处理条件变化规律不明显,但总体上,HMT后芽麦粉的吸水率比未处理的对照及原麦均有下降。面团吸水率受淀粉和蛋白质的双重影响,一方面,HMT后淀粉膨胀能力增加(糊黏度指标反应),说明其结合水能力有提高,另一方面,面筋蛋白质受热变性会发生疏水聚集,其吸水能力下降,在高温下,蛋白质变性的影响更大,因此造成吸水率较低。弱化度是蛋白质耐揉混性的综合指标,湿热处理样品的弱化度都介于芽麦和原麦之间,表明HMT后面团的耐揉混性有所增加。
综上所述,湿热处理能够有效钝化发芽小麦α-淀粉酶,降低发芽小麦粉的损伤淀粉含量,显著提高发芽小麦粉的糊化温度及峰值黏度,改善发芽小麦粉糊化特性。实验得到的最佳处理条件为25%-100 ℃-60 min。但湿热处理也会导致小麦粉白度和色泽变差,蛋白质发生变性。因此,如何在改善发芽小麦粉糊特性的同时尽量避免蛋白质变性是今后湿热处理研究首要解决的问题。
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Effect of heat-moisture treatment on the quality of germinated wheat flour
JIANG Xiao-xiao,LIU Chong,ZHENG Xue-ling*
(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)
Wheat germination results in the deterioration of germinated wheat flour quality. This paper aimed to study the effect of heat-moisture treatment(HMT)on the quality of germinated wheat flour,by treating germinated wheat flour with an effective physical starch modified method-heat moisture treatment(HMT). Wheat variety ZhengMai366 was used as raw material,after germination treatment and then milling,the germinated wheat flour was modified by HMT and the resulting changes of its quality were analyzed. The results showed that:after HMT,the whiteness and colorof germinated wheat flour became worse,the falling number was significantly improved,the total protein content was slightly decreased,and the damage starch content were decreased significantly(p<0.05). The pasting properties were significantly improved(p<0.05),for example,both the peak viscosity and the pasting temperature were obviously increased. The thermomechanical properties of germinated wheat flour after HMT was also analyzed,it was found that the development time and stability time showed a decreasing trend with the increase of water content,temperature and time. This showed that the degree of protein denaturation was enhanced gradually as the treating intensity increased. The optimum treatment condition was 25%-100 ℃-60 min. The result implied that the properties of starch pastes can be improved obviously while avoiding serious denaturation of protein through precisely controlling the HMT conditions.
germinated wheat flour;heat-moisture treatment(HMT);quality;starch;proteins
2016-09-28
江潇潇(1993-),男,硕士研究生,研究方向:食品科学与工程,E-mail:786952265@qq.com。
*通讯作者:郑学玲(1972-),女,博士,研究方向:食品科学与工程,E-mail:zhengxueling@126.com。
国家自然科学基金联合基金项目(U1404331);河南工业大学基础研究基金(2013JCYJ01);河南省小麦产业技术体系建设专项(S2010-01-G06);河南省科技创新团队项目(13IRTSTHN008)。
TS210.1
B
1002-0306(2017)05-0060-06
10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.003