小麦A/B损伤淀粉-面筋蛋白混合体系流变学特性研究

李明菲，安 迪，郑学玲，卞 科

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

淀粉是小麦粉的主要组分之一，其含量约占70%[1]。小麦淀粉粒以大、小两种颗粒形式存在，分别被称为A淀粉粒(简称A淀粉)和B淀粉粒(简称B淀粉)，A淀粉和B淀粉粒径分别为16～35 μm、5～15 μm，电镜下呈椭圆形和卵圆形。淀粉从结构上可分为直链淀粉和支链淀粉，其中，直链淀粉可分为游离的直链淀粉(FAM)和与脂质结合的直链淀粉(LAM)，在淀粉粒中的含量分别为21.5%～25.9% 和5.0%～7.1%,其中LAM含量占直链淀粉总量的18%～22%。与A淀粉相比，B淀粉含有较多直链淀粉以及脂质，差异不显著。B淀粉颗粒结合紧密，在冷水中不溶或轻微膨胀，比A淀粉紧实，且不容易酶解。A淀粉和B淀粉表面结构特性不同，A淀粉表面有沟槽型结构，而B淀粉表面则具有小孔状结构，使得淀粉粒易吸水膨胀，并被酶以及其他试剂所作用。小麦中A淀粉和B淀粉的结构组成、比例、表面结合物等特征会影响淀粉功能特性、面团特性及面制品品质[2]。A淀粉含量与支链淀粉、糕点饼干品质呈正相关；B淀粉含量与直链淀粉、面包品质呈正相关[3]。

小麦在制粉时，由于机械的碾压作用，有少量的淀粉外层细胞膜被损伤，从而造成淀粉粒的损伤[4]。小麦损伤淀粉含量会影响面粉的很多性质，如面团流变学特性和黏度等[5-6]。小麦粉中的面筋蛋白吸水形成面筋网络，包裹吸水后的淀粉，形成具有弹性、延展性、可塑性的面团，从而具有加工性能。面团形成过程中淀粉粒损伤会造成酶解、溶解、老化等特性改变，淀粉与面筋蛋白的水合作用最终导致制品品质特性的改变。面团流变学特性是小麦粉品质的重要指标之一，是小麦粉面团耐揉性和黏弹性的综合指标，决定面包、馒头、面条等最终产品的加工品质，为小麦粉分类提供理论依据[2-3]。目前关于损伤淀粉对面团的影响主要集中于制品的品质特性，而对于面团形成的影响报道很少，作者采用分离重组的方式探索小麦损伤A/B淀粉对面团形成流变学特性的影响，为研究淀粉与面筋蛋白相互作用提供基础理论依据，同时为实际生产中通过调控损伤淀粉含量，改善小麦面粉的加工适应性提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料

原粉为AK58小麦粉，由河南省农科院提供。所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

GB/T 23111电子分析天平：梅特勒-托力多仪器(上海)有限公司；LXVII低速大容量离心机：上海安亭科学仪器厂；LGJ-10C冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂有限公司；Haake RS6000旋转流变仪：Thermo Frisher Haake,Germany；RVA-4快速黏度分析仪：澳大利亚Newport Scientifi公司；10 g电子揉混仪Mixograph：美国National；YXQM-2 L行星式球磨机：长沙米淇仪器设备有限公司；X-DSC700差示扫描量热仪：日本精工纳米科技有限公司；FV300激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)：奥林巴斯(中国)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的制备

1.3.1.1 谷朊粉的制备

A/B淀粉的分离提纯参考文献[7]。分离淀粉和面筋蛋白时将面团进行水洗后收集得到面筋蛋白，再进行冷冻干燥，研磨粉碎，过80目筛，得到谷朊粉。

1.3.1.2 损伤淀粉的制备

将A、B淀粉置于行星式球磨机的容器内，配平质量。球磨机转速为200 r/min，分别运行0、5、10、15、20 h。将得到的样品分别装入自封袋，备用。其中:0 h表示未经球磨的淀粉。

1.3.1.3 混合样品的制备

将损伤淀粉分别与谷朊粉按照84∶16的质量比进行充分混合,即得淀粉损伤时间为0、5、10、15、20 h的重组粉,A、B损伤淀粉+谷朊粉样品分别采用AS+G、BS+G表示。

1.3.2 基础指标的测定

水分的测定参照GB 5009.3—2016 《食品安全国家标准 食品中水分的测定》。灰分的测定参照GB 5009.4—2016 《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》。湿面筋的测定参照SB/T 10248—1995 《小麦粉湿面筋质量测定法面筋指数法》，

式中：WG为总的湿面筋质量(14%湿基)，g；GI为面筋指数。

损伤淀粉含量的测定采用Chopin方法[8]。糊化特性采用快速黏度测定仪(RVA)按照LS/T 6101—2002[9]进行测定。溶解度和溶胀势的测定参考文献[10]。

1.3.3 热力学特性(DSC)测定

采用DSC测定不同损伤程度的淀粉热稳定性。参考Rungarun等[11]的方法并稍做修改。称取淀粉(干基)2.5 mg置于铝盘中，加入蒸馏水使淀粉和水的质量比为1∶3，密封铝盘置于室温中平衡24 h。平衡后的样品置于DSC样品室中，温度20～100 ℃，升温速率为10 ℃/min。取密封的空铝盘做参比，进行2次平行试验。

1.3.4 流变学特性的测定

称取10 g左右的样品，根据样品的水分和蛋白含量调整加水量，以达到样品的最佳吸水率，在揉混仪中进行揉混至揉混曲线开始降落，取出此时得到的面团，取出一部分揉成2 g左右的小面团。将面团置于流变仪圆盘上，转子选用PP35Ti，间隙为2 mm，样品放置完成后，在平板周围涂抹适量的硅油，盖上防挥发罩，保证在整个流变测试过程中水分恒定。用旋转流变仪在温度降低后对样品进行频率扫描，频率0.1～10 Hz，温度25 ℃，应变1%，得到样品的损耗因子(tanδ=黏性模量(G″)/弹性模量(G′))随频率的变化情况。

1.3.5 微观结构观测

将冷冻后的面团切片，得到直径约为1 cm，厚度为10 μm的薄片，用少量的蒸馏水喷雾润湿载玻片，将面团切片吸附到载玻片上，使用10 μL 1 mg/L罗丹明B和10 μL 10 mg/L FITC进行染色处理，染色20 min 后使用蒸馏水洗掉剩余染色剂。待切片晾干后，使用激光共聚焦显微镜设置波长为561 nm和488 nm(两种荧光元素的显色波长)，在(20×40)倍率下观察，即可得到面团网络显微结构图。

1.3.6 数据处理

采用 Origin 8.5和 SPSS 16.0分析软件进行数据分析处理。

2 结果与讨论

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标见表1。从表1可以看出，随着球磨处理时间的延长，B淀粉-面筋蛋白混合粉水分含量逐渐降低。这说明在行星式球磨机运行期间球与球之间相互撞击、摩擦产生的热量导致淀粉的部分水分挥发[12]。随着球磨时间的延长，A/B淀粉混合粉的蛋白质及湿面筋含量均在球磨5 h时达到最大值。

表1 混合样品的基本理化指标

2.2 球磨处理对小麦损伤淀粉含量的影响

对A/B淀粉进行不同时间梯度的球磨处理，结果如图1所示。由图1可知，对于A淀粉和B淀粉，随着球磨处理时间的延长，其DS(损伤淀粉)含量均呈上升趋势，但当球磨处理时间延长至5 h时，B淀粉的DS含量曲线趋于平缓，这可能是由于B淀粉的颗粒较小，当损伤达到一定程度后，B淀粉的颗粒不易被球磨损伤[13]。

图1 损伤A/B淀粉含量随球磨时间变化曲线

2.3 球磨处理对淀粉-面筋混合粉糊化特性的影响

球磨处理后淀粉-面筋混合粉的糊化特性如表2所示。由表2可知，随着处理时间的延长，A淀粉、B淀粉混合粉的峰值黏度、衰减值和回生值均减小，这表示DS含量升高，淀粉的糊黏度下降。可能是由于随着损伤程度的增加，支链淀粉的破坏更为严重，导致淀粉在发生糊化时，支链淀粉的氢键缔合作用减弱，造成黏度下降[14]。混合粉的糊化黏度均高于原淀粉，这可能是由于面筋蛋白具有亲水性，使得混合粉中淀粉浓度相对升高，造成更多的直链淀粉溶出。B淀粉混合粉糊化温度高于A淀粉混合粉，均低于同一DS含量的原淀粉，这可能是混合粉中的面筋蛋白通过热量的传递途径及对水分利用而影响其糊化特性[15]。B淀粉混合粉的糊化黏度均低于A淀粉混合粉，这可能是由于B淀粉中含有非淀粉多糖、脂质等杂质较多的原因导致[16]。

表 2 A/B损伤淀粉-面筋蛋白混合粉的糊化特性

2.4 球磨处理对淀粉及淀粉-面筋混合粉糊特性的影响

淀粉颗粒在热能和水分的共同作用下吸水膨胀，部分淀粉溶解于溶液中，混合粉的溶解度和溶胀势见表3。可以看出，随着损伤程度的增大，溶解度和溶胀势呈逐渐升高的趋势，处理后的淀粉其溶解度和溶胀势均大于原淀粉。这可能是由于淀粉结构被破坏，支链淀粉的分支断裂，产生小分子量的支链淀粉，这些小分子支链淀粉在水溶液中容易溢出，淀粉损伤程度越大，产生的小分子支链淀粉越多。同一温度下，B淀粉的溶解度大于A淀粉，这主要与B淀粉中存在戊聚糖等水溶性成分有关[14]。混合粉的溶解度大于原小麦淀粉，主要是由于面筋蛋白的亲水性使体系中淀粉的浓度增加，从而有更多的直链淀粉溶出导致溶解度增加[15]。

表3 球磨处理对淀粉-面筋混合粉的溶解度及溶胀势影响

2.5 球磨处理对淀粉-面筋混合粉热特性的影响

淀粉具有半结晶的颗粒结构, 在水存在下经加热处理会发生糊化，微观表现为有序的晶体相向无定形态转化，在此过程中伴随能量的变化[16]。表4为球磨处理A/B淀粉与面筋蛋白混合粉的热力学特性特征值。从表4可以看出，对于A淀粉而言，随着损伤程度的增加，糊化焓逐渐降低，这可能是由于原来作为球状半晶体的多糖分子经研磨遭受破坏后，颗粒吸水能力增加，在糊化过程中吸热增加，直链淀粉往外渗透，相对于熔融的支链淀粉形成基质，阻止其晶体融化的阻力变小，导致热焓值减小[17]，也可能是由于DS含量增加，支链淀粉的分支及长链的直链淀粉分子链被切断，造成无定形区增多，结晶区减少，从而使糊化焓值降低。未球磨处理的B淀粉混合粉的焓值小于A淀粉混合粉，这主要是由于B淀粉颗粒小于A淀粉，吸水能力大于A淀粉[18]。

表4 球磨处理对淀粉-面筋混合粉的热特性影响

在多次试验中发现损伤的B淀粉混合粉的DSC特征值都难以得出，可能是由于B淀粉的支直比较大，支链淀粉含量高，在球磨处理时支链淀粉结构易断裂，因此，损伤淀粉对B淀粉的结构影响较大，同时机械损伤导致B淀粉的结晶区受到破坏，导致B淀粉的性质发生变化。

2.6 淀粉损伤程度对淀粉-面筋蛋白混合粉面团流变学特性的影响

图2表示不同损伤程度的A淀粉与面筋蛋白混合粉面团的频率扫描曲线。从图2可以看出，混合粉面团的弹性模量(G′)和黏性模量(G″)均低于原面粉即AK58小麦粉(AK58f)面团，且随着淀粉损伤程度的增加，混合粉面团弹性和黏性模量逐渐增加。从图2可以看出，不同损伤程度淀粉混合粉的损耗因子均小于1，即G″

图2 AS+G面团和原粉面团的频率扫描曲线

图3为不同损伤程度的B淀粉与面筋蛋白混合粉面团的频率扫描曲线。B淀粉弹性模量(G′)、黏性模量(G″)均小于原粉面团，弹性模量和黏性模量随损伤淀粉程度增大而降低，损耗因子(tanδ)<1，且均小于原粉面团，表明B淀粉损伤可以提高面团的抗形变能力。

图3 BS+G面团和原粉面团的频率扫描曲线

2.7 小麦淀粉损伤程度对淀粉-面筋蛋白混合粉面团微观结构的影响

图4、图5分别显示了不同球磨时间处理的A/B淀粉-面筋蛋白混合粉面团的CLSM图像，从图4和图5可以看出，呈椭圆形的大颗粒A淀粉、呈圆形的小颗粒B淀粉与面筋蛋白均有不同程度的结合，且B淀粉与蛋白结合更为紧密[20]。随着淀粉损伤程度的增大，淀粉的颗粒完整性被破坏，视野中可见片状淀粉碎粒逐渐增多。对于A淀粉而言，淀粉破碎后淀粉颗粒更多地暴露在外部环境中，与面筋网络接触面积增加。同时由于机械力的作用，淀粉颗粒出现碎屑，导致在面团形成过程中破损的淀粉颗粒更多填充在面筋网络的空隙里，同时以氢键等共价、非共价键与面筋蛋白结合[21]。损伤后B淀粉颗粒表面出现凹陷、变形及剥落现象，且颗粒度更小，表面光滑度降低，导致与蛋白质更易结合。

图4 损伤淀粉混合面团(AS+G)和原粉面团的微观结构

图5 损伤淀粉混合面团(BS+G)和原粉面团的微观结构

3 结论

小麦淀粉经球磨处理后，DS含量随球磨时间延长而增大，A、B淀粉混合粉的峰值黏度、衰减值和回生值均减小，B淀粉混合粉的黏度均低于A淀粉混合粉；随着损伤程度的增加，混合粉的溶解度和溶胀势整体呈上升趋势，处理后的淀粉其溶解度和溶胀势均大于原淀粉。对于A淀粉而言，随着损伤程度的增加，糊化焓逐渐降低。未球磨处理的B淀粉混合粉的焓值小于A淀粉混合粉。不同损伤程度淀粉-面筋蛋白混合粉面团流变学特性研究表明，A淀粉混合粉面团的G′和G″均低于原面团，且在相同频率下随着淀粉损伤程度的增加，混合粉面团弹性和黏性模量逐渐增加。A淀粉、B淀粉混合面团的G′、G″均小于原粉面团，而在相同频率下B淀粉的弹性和黏性模量随淀粉损伤程度增大而降低，损耗因子(tanδ)均小于原粉面团，说明B淀粉与面筋蛋白所得混合体系的黏性、弹性模量均小于原粉面团，而其抗形变能力大于原粉面团。对比A淀粉、B淀粉的微观结构发现它们在粒度上存在很大差异，A淀粉多为较大的椭圆形颗粒，B淀粉的颗粒较小，呈圆形或不规则的结构。比较淀粉与蛋白的结合程度，发现B淀粉与蛋白结合更紧密，A淀粉与蛋白结合较弱。