受热对小麦粉品质及其面团特性的影响

林江涛，黄美琳，苏东民

(河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州，450000)

小麦粉是我国主食的重要原料之一，小麦粉受热后其品质会发生一定的变化，影响最终食用品质。小麦粉受热有主动受热和被动受热。小麦粉热处理是一种主动让小麦粉受热的方式，它是主动对小麦粉进行加热处理，以期改善品质，提高利用价值，增加使用途径。李明菲[1]通过对小麦粉中提取的淀粉进行湿热处理，为开发一种适合糖尿病患者食用抗消化淀粉含量高的主食产品提供依据。KEPPLR等[2]对软麦粉进行干热处理，以期获得高比例蛋糕。在小麦粉加工过程中，由于加工机械、压运输送等过程中机械设备表面的温度或在储存运输过程中的阳光暴晒，小麦粉有时会不可避免地被动受热。

小麦粉品质受加热方式、条件和小麦粉种类等因素的影响。李怡林等[3]研究中，微波(2 450 MHz)和间壁式水浴2种热处理方式对小麦粉品质的影响有差异。干湿热处理均会降低小麦粉白度[1,4]。MANN等[5]在水分含量、温度和时间在热处理中对小麦粉影响的研究中，发现热处理造成面筋聚集的形成，降低蛋白质溶解度和面团网络强度。STATHOPOULOS等[6]指出，热处理小麦粉会使面团的弹性模量增强，黏性模量下降。

小麦制粉时，长时间工作的磨辊表面温度可达60～80 ℃[7]。小麦粉大多采用正压输送方式，夏季罗茨鼓风机的出口空气温度可能会达到70～90 ℃[8]。小麦粉在加工过程中有2种受热途径：(1)夏季小麦研磨中温度过高的磨辊和管道壁；(2)小麦粉输送过程中局部管道热量聚集的热气流。夏季罐车运输小麦粉时，小麦粉也会受到热空气和罐壁的影响。小麦粉主要成分是淀粉和蛋白质，受热可能会对其有不同程度的影响，导致面粉品质特性发生变化，影响其品质和使用。

目前有许多对小麦粉进行热处理的研究，但关于小麦粉加工过程中的被动受热问题研究较少。本文模拟工厂管道输送小麦粉环境，对小麦粉进行干热处理，研究小麦粉在加工过程中，受热对小麦粉品质及其面团特性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

中筋小麦粉，河南天香面粉厂生产。

1.2 仪器与设备

DCCZ 3-4型微型电磁炒货机，许昌智工机械制造有限公司；FA2204B型电子天平，上海越平科学仪器(苏州)制造有限公司；101型电热鼓风干燥箱，北京市永光明医疗仪器有限公司；FD-1A-50型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；Nicolet 6700 FT-IR型傅里叶红外光谱仪，美国赛默飞世尔； SHZ-B型水浴恒温振荡器，上海博讯医疗生物仪器股份有限公司；KjeltecTM 8400型凯氏定氮仪，瑞典福斯分析仪器公司；MJ-Ⅲ型面筋数量和质量测定仪，杭州大成光电仪器有限公司；MJZ型面筋指数测定仪，杭州大成光电仪器有限公司；L550型医用离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；UV-1100B型可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；TA-XT Plus型质构仪，德国Stable Micro Systems公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

使用电磁炒货机将小麦粉在60、70、80、90 ℃分别处理10、20、30、40、50 s，每次处理量为125 g。处理功率为1.8 kW，转速为36 r/min。

1.3.2 测定方法

(1)水分含量测定：根据AACC Method 44—19。

(2) 干面筋含量、面筋指数测定：根据GB/T 5506.2—2008/ISO 21415—2:2006、GB/T 5506.4—2008/ISO 21415—4:2006、SB/T 10248—95。

(3)蛋白质组分的提取及测定：采用逐步提取法[9]，根据GB5009.5—2016自动凯氏定氮仪法测定蛋白质含量。

(4)面筋蛋白提取：参考GB/T 5506.1—2008，称取100.0 g小麦粉，加入50 mL 2%的NaCl溶液，和成面团静置30 min后，洗涤面团直至淀粉洗净为止。将得到的面筋预冷冻后，在冷冻干燥机干燥48 h，研磨粉碎，过100目筛备用。

(5)巯基和二硫键测定：根据Ellman’s试剂比色法测定[10]。

(6)蛋白质二级结构测定：使用ATR(衰减全反射法)，将面筋蛋白样品进行傅里叶变换红外光谱的数据采集。扫描次数为16次，扫描波长4 000～650 cm-1，分辨率为4 cm-1。数据通过Peakfit 4.12软件进行分析。

(7)面团质构特性测定：面团制备：取100 g小麦粉，参考GB/T 35991—2018制备面团，将面团放入测试单元容器，用排气柱塞对面团进行排气，再用压平柱塞压平面团。将面团放入温度为(30±1) ℃，相对湿度为80%～90%的醒发箱中醒发45 min。

质构特性测定：根据质构仪中的方法，使用P/6探头。测定参数为：测前、中、后速度分别为2.0、5.0、10.0 mm/s；触发力5.0 g；测试距离20 mm。在醒发0 min、45 min时进行面团质构特性测定。

1.4 数据处理

所有试验至少进行两次平行试验，采用Excel进行数据统计，以“平均值±标准差”来表示试验数据，Origin 8.5软件作图。采用SPSS 20软件对数据进行显著性分析，a、b、c为方差分析差异性结果，不同字母表示样品间存在显著差异(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 小麦粉理化特性

2.1.1 不同受热条件对小麦粉水分含量的影响

水分含量是评价小麦粉品质和影响小麦粉制作的主要指标之一。由图1可知，不同受热条件下的小麦粉水分含量变化极显著(P<0.05)。温度和时间增加，水分含量从13.29%降低到7.74%。

图1 不同受热条件下小麦粉水分含量

2.1.2 不同受热条件对小麦粉面筋的影响

由图2可知样品间干面筋含量受热处理影响差异不大。但在较高温度、较长时间时，随着时间和温度的增加，干面筋含量呈先升高后降低的趋势。这是由于干热处理导致蛋白质发生变性，面筋蛋白结构不紧密所致。CETINERA等[11]研究中，在75 ℃有更低的面筋含量，85 ℃和95 ℃的干面筋无法分析。与RAGASITS[12]研究发现相似，在80 ℃干燥小麦时，湿面筋含量急剧降低，在更高的温度无法洗出面筋。在本文试验中由于处理时间较短，所以面筋含量变化不大。

图3显示不同受热条件下面筋指数有极显著差异(P<0.05)。在60 ℃时，面筋指数随时间的增加先升高后降低；在70～90 ℃时，面筋指数均低于原粉，随时间的增加先升高后降低。温度增加，在10、20 s时，面筋指数先降低后升高，但低于原粉；在30、40 s时先升高后降低；50 s时降低。面筋指数与醇溶蛋白和麦谷蛋白含量有关，不同小麦粉的面筋指数变化趋势也有所不同。面筋含量及面筋指数是评价小麦粉优劣的重要指标，分别代表面筋的数量和质量。不同面制品对面筋的数量和质量有不同的要求，面筋的改变会影响面粉制作性能或造成产品质量不稳定，最终影响产品品质和企业效益。

图2 不同受热条件下小麦粉干面筋含量

图3 不同受热条件下小麦粉面筋指数

2.1.3 不同受热条件对小麦粉蛋白质组分含量的影响

小麦粉蛋白组分主要包括清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白，其中醇溶蛋白和麦谷蛋白能够形成面筋网络，影响面团特性。由图4可知，受热后清蛋白含量有极显著变化(P<0.05)。清蛋白含量降低，这是由于清蛋白热稳定性差，在60 ℃时可变性。

图4 不同受热条件下小麦粉清蛋白含量

图5显示受热条件对球蛋白含量的影响，温度对球蛋白含量有显著影响(P<0.05)；时间对球蛋白含量影响不大(P>0.05)。球蛋白含量随温度的增加，呈现降低趋势，50 s时先降低后升高。高温使球蛋白发生聚集，提取率降低。

图5 不同受热条件下小麦粉球蛋白含量

由图6可知，醇溶蛋白含量有极显著变化(P<0.05)。温度和时间增加，醇溶蛋白含量先升高后降低。可能是受热使面粉醇溶蛋白暴露得更多，增加了提取率。而进一步的处理使醇溶蛋白聚集，降低了提取率。具体的原因还需要进一步的研究。

图6 不同受热条件下小麦粉醇溶蛋白含量

受热条件对麦谷蛋白含量的影响见图7，温度对麦谷蛋白含量有极显著影响(P<0.05)；时间对麦谷蛋白含量无显著影响(P>0.05)。在同一时间，温度变化，麦谷蛋白含量呈先升高后降低的趋势。BUCSELLA等[13]对蛋糕粉和面包粉进行干热处理，发现在50 ℃以上的高温，发生面筋蛋白展开，更多蛋白分子疏水部分暴露，这使得二硫键重排，谷蛋白聚集降低了提取率。麦谷蛋白的聚合可能涉及巯基氧化，而巯基-二硫键交换可能是醇溶蛋白交联的机制[14]。

图7 不同受热条件下小麦粉麦谷蛋白含量

2.2 小麦粉结构组成

2.2.1 不同受热条件对小麦粉游离巯基、二硫键含量的影响

图8显示不同受热条件下，游离巯基含量有极显著性差异(P<0.05)。随着温度和时间增加，游离巯基含量呈先升高后降低趋势，90 ℃时降低，在较高温度(80、90 ℃)时降低趋势明显。根据以前的研究，游离巯基含量的降低是由于新的二硫键的形成。当温度高于60 ℃时，小麦蛋白展开，导致游离巯基容易受到氧化和形成分子间或分子内二硫键[15]。

由图9可知，二硫键含量有极显著差异(P<0.05)。随着时间增加，二硫键含量先降低后升高，70 ℃时，先升高后降低；随着温度增加，二硫键含量先升高后降低，50 s时先降低后升高。游离巯基基团降低，二硫键增加，与巯基基团的氧化一致[16-17]。也可能与蛋白质二级结构变化有关。

图8 不同受热条件下小麦粉游离巯基含量

图9 不同受热条件下小麦粉二硫键含量

2.2.2 不同受热条件对小麦粉面筋蛋白质二级结构的影响

本实验采用傅里叶红外光谱研究不同受热条件对小麦粉面筋蛋白二级结构的影响，酰胺I带反映蛋白质二级结构中α-螺旋、β-折叠和β-转角结构的分布，对应的傅里叶红外扫描波段为1 600～1 700 cm-1。蛋白质的二级结构直接决定了蛋白质的功能特性，通常，α-螺旋影响面筋蛋白的硬度和弹性，β-折叠影响面筋蛋白的黏性[18]。

不同受热条件下蛋白质二级结构的变化如表1所示。温度变化，蛋白质二级结构含量有极显著性差异(P<0.05)；时间变化，仅β-转角含量有显著性差异(P<0.05)。在同一时间下，温度升高，β-折叠含量先降低后升高；除90 ℃处理10 s外，β-折叠含量均低于原粉。温度升高，无规则卷曲、α-螺旋、β-转角含量先升高后降低；在20 s时，无规则卷曲含量随温度升高而升高；除90 ℃处理10 s外，无规则卷曲含量均高于原粉。除90 ℃处理10 s外，α-螺旋含量均高于原粉。时间增加，β-转角含量升高。在本实验结果中，β-折叠含量变化趋势与无规则卷曲、α-螺旋、β-转角含量变化趋势相反。与LUO等[19]研究发现相似，分别对醇溶蛋白和麦谷蛋白进行热处理，β-折叠含量变化趋势与α-螺旋、β-转角含量变化趋势相反。不同温度的热处理导致二级结构相似的趋势变化，α-螺旋和β-转角是在热处理中最敏感的结构，而β-折叠结构的所有类型在加热中或多或少会受到影响[20]。

2.3 小麦粉面团特性

本文通过测定面团质构来研究小麦粉受热对其面团特性的影响。面团的坚实度与硬度相似，表示物体变形所需要的力。由图10、图12可知，受热条件对面团坚实度(0 min)和面团黏弹性(0 min)无显著影响(P>0.05)。

由图11可知,受热条件对面团坚实度(45 min)有极显著影响(P<0.05)，时间增加，坚实度(45 min)呈升高趋势，在90 ℃时先升高后降低。温度增加，坚实度(45 min)呈升高趋势，在50 s时先升高后降低。除了90 ℃处理50 s外，温度较高、时间较长时，面团坚实度升高。

黏弹性(45 min)受温度、时间影响极显著(P<0.05)。如图12所示，时间增加，黏弹性(45 min)呈升高趋势，在70 ℃时变化不大，90 ℃时先升高后降低。温度增加，10～30 s时黏弹性(45 min)呈升高趋势。在70 ℃时的黏弹性(45 min)都较低，其他温度均高于原粉。

表1 不同受热条件下小麦粉面筋蛋白质的二级结构含量

注：不同小写字母代表同列试验数据之间存在显著性差异(P<0.05)

图10 不同受热条件下小麦粉面团坚实度(醒发0 min)

图11 不同受热条件下小麦粉面团坚实度(醒发45 min)

图12 不同受热条件下小麦粉面团黏弹性(醒发0min)

图13 不同受热条件下小麦粉面团黏弹性(醒发45 min)

3 结论

小麦粉是我国最主要的主食原料之一，随着生活水平的提高，人们对其品质的要求越来越高。在中国的面食品主要为中筋食品，要求面筋含量适中，过高或过低会影响面制品品质。对小麦粉进行干热处理后，水分含量、面筋指数、清蛋白、醇溶蛋白、巯基、二硫键受热影响显著。温度对球蛋白、麦谷蛋白、二级结构含量影响显著，时间对β-转角影响显著。面团坚实度和黏弹性在醒发45 min后有显著差异。通过研究受热对小麦粉品质及其面团特性的影响，发现小麦粉在加工过程中品质发生变化，为提高小麦粉质量和使用价值提供依据。面粉受热品质的变化还需做进一步的研究，如对面制品的影响和小麦粉品质变化机理的分析。