比重分级对小麦粉及海绵蛋糕品质的影响

张 晨， 庄 坤， 王国珍， 陈 磊，陈 曦， 王月慧， 翟健安， 丁文平

(武汉轻工大学食品科学与工程学院1，武汉 430040)(教育部大宗粮油精深加工重点实验室2，武汉 430040)

小麦是三大谷物之一，其种植面积占世界粮食作物总面积的11%左右，产量占世界粮食总产量的17%左右[1]。随着主食精细化进程的推进，人们对小麦粉及其烘焙产品品质的要求日渐提高。研究发现小麦比重同小麦粉品质密切相关[2]。发芽粒、虫蚀粒、赤霉病粒等不完善粒比例的增加会导致小麦比重的降低，降低小麦粉安全性[3-5]。同时何慧慧等[6]发现，通过比重分级分离高比重小麦，会提升小麦粉的色泽，降低灰分、麸星面积、α-淀粉酶活性等指标。然而，小麦比重对蛋糕品质影响的研究较少。因此，进一步研究比重分级对小麦粉及海绵蛋糕品质影响十分必要。本实验通过对小麦比重分级前后小麦粉的理化特性、粉质特性、糊化特性以及蛋糕品质特性进行测试分析，探讨小麦比重同小麦粉品质之间的关系，研究比重分级对海绵蛋糕品质的影响，为小麦的分级加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 实验材料及处理方式

小麦：郑麦9023，2018年3月收获。

比重分级：将小麦样品(原麦)倒入比重分级机进料口中，通过倾斜筛板水平左右方向的振动，在自由落体及水平气流的作用下，小麦中轻粒与重粒因比重差异会分开，获得轻麦(比重小)和重麦(比重大)。其中轻麦、重麦分别占比为12%和 88%(质量分数)。

小麦制粉：按照NYT 1094.1—2006将小麦水分调节至16.0%，参照AACC International Method 26-70.01方法，使用MLU-202型布勒磨粉机将小麦制粉。

1.1.2 试剂

食盐、鸡蛋、植物油；氢氧化钠、氯化钠、碘化钾、石油醚、硫代硫酸钠、无水乙醇，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TQSF比重分级机，GHCS-1000电子谷物容重器，JYD100X40 小麦硬度指数测定仪，FW500高速万能粉碎机，Vario EL Cube元素分析仪，UltraScan VIS台式分光测色仪，1900降落数值仪，2200面筋测定系统，SMZ1270/1270i体式显微镜，DHR-2动态流变仪，体积测定仪，TA touch质构仪，C-CELL图像分析仪，SDmatic破损淀粉测量仪，Mixolab混合实验仪，MLU-202布勒小麦实验制粉机。

1.3 测定方法

1.3.1 小麦籽粒指标的测定

不完善粒率参照GB/T 5494—2008；容重参照GB/T 5498—2013；硬度指数参照GB/T 21304—2007。

1.3.2 小麦粉指标的测定

面筋含量参考GB/T 5506.2—2008和GB/T 5506.1—2008；降落数值参考GB/T 10361—2008；小麦粉粉色参照GB/T 27628—2011；破损淀粉参考AACC International Method 76-33.01。

1.3.3 小麦粉流变学特性的测定

1.3.3.1 小麦粉混合流变特性的测定小麦粉面团流变学特性测试—混合仪法(GB/T 37511—2019)。

1.3.3.2 小麦粉动态流变特性的测定

取混合仪达到C1时的面团，用保鲜膜包好，室温松弛15 min，取小块面团放置在流变仪平台上，压力松弛5 min。面团的线性黏弹性区域使用应力扫描程序以动态测量模式确定。测量参数为：50mm圆形平板探测探头，1mm平行移位间距，温度30 ℃，频率0.1～10 Hz。

1.3.4 海绵蛋糕的制作

海绵蛋糕配方参照牛丽莎[7]配方。具体制作工艺：将新鲜鸡蛋放入电动搅拌器中，中速搅拌3 min；加入蔗糖，继续中速搅拌4 min；添加过筛小麦粉和淀粉，中速搅拌2 min；加入植物油，慢速搅打3 min，将面糊放入模具中，调整烤箱上火185 ℃，下火 180 ℃，焙烤 20 min。

1.3.5 海绵蛋糕品质指标的测定

1.3.5.1 蛋糕质构试验将蛋糕切成20 mm×20 mm×20 mm的块状物，置于质构仪下进行测试。测试参数：测前速率2 mm/s，测中速率1 mm/s，测后速率2 mm/s，压缩程度50%，触发力5 g，2次压缩间隔时间3 s，每组样品重复3次取平均值。

1.3.5.2 蛋糕C-CELL图像分析

将蛋糕切成 100 mm×20 mm×20 mm的块状物，置于经过校正后的C-CELL图像分析仪的分析平台中进行扫描分析，并分析结果，每组样品重复3次取平均值。

1.3.5.3 蛋糕体式显微镜图像分析

第三，必须把融合理念作为抓手。推进精准扶贫、精准脱贫，不能就扶贫抓扶贫，必须把扶贫开发作为推进整个农村“五位一体”战略布局的“撬杠”。金鸡产业项目的入驻，不仅有力推动了脱贫攻坚，也引发了一系列链条效应，衍生出蛋鸡养殖、食品加工和鸡粪发电三大产业，形成一个配套衔接、链条完备、类别多样的产业体系，带动现代物流、农村旅游、特色小镇等融合发展，有效提升了威县现代农业发展大格局，加快推动了一二三产业融合发展。

取经C-CELL分析后的蛋糕块置于体式显微镜下，分别进行1倍和5倍倍数下显微观察。

1.3.5.4 蛋糕感官评价

海绵蛋糕感官评价参照牛丽莎[7]方法。评定前对小组成员进行培训，包括明确感官评价目的、原则以及注意事项等。主要从色泽、风味、甜度、口感、整体接受性五方面打分。感官评定使用 9 分嗜好评分法，分值范围设定为 1～9分(1分=特别不喜欢；5分=既不喜欢也不讨厌；9分=特别喜欢)。

1.4 数据分析

实验结果采SPSS21.0软件中的Duncan方差分析对数据进行差异显著性分析，95%置信度(P<0.05)；采用Graphpad Prism 8.3.1软件作图。

2 结果与分析

2.1 比重分级对小麦籽粒品质的影响

比重分级对小麦籽粒品质的影响如表1所示。通过比重分级处理，原麦籽粒的不完善粒率由15.83%降低到了重麦的12.33%。由于轻麦主要是虫蚀粒、赤霉病粒、生霉粒、黑胚粒等不完善粒，故而其不完善粒率达到了91.71%。在不完善粒中发芽粒、赤霉病粒、霉变粒、虫蚀粒的比例分别为26.23%、40.77%、13.46%、32.32%。不完善粒的去除，使得重麦中未成熟粒比例相对升高。小麦籽粒比重同出粉率、容重以及硬度指数都呈现正相关趋势。这是由于虫蚀、发芽、赤霉病导致小麦籽粒干瘪，内部胚乳组织空虚，从而引起小麦容重及出粉率的下降[8]。另外，有研究发现赤霉病粒的内部组织松散，蛋白淀粉结合较弱，致使小麦籽粒抗挤压能力减弱，这可能导致了轻麦硬度指数下降[9]。

表1 比重分级对小麦籽粒品质的影响

2.2 比重分级对小麦粉品质的影响

2.2.1 比重分级对小麦粉基本理化指标的影响

由表2可知，小麦分级对粗脂肪、蛋白质含量无显著影响。但通过比重分级，小麦灰分、淀粉含量、破损淀粉含量均发生了明显变化。其中，灰分含量从原麦的0.618%降低到了重麦的0.523%。这表明比重分级对小麦粉的灰分具有降低作用。3种小麦的淀粉含量呈现上升趋势。这可能是由于淀粉酶活性依次减弱，减少了对淀粉的水解。王晓曦[10]研究认为破损淀粉含量与小麦硬度呈正相关关系。本研究发现3种小麦破损淀粉依次呈现下降的趋势。其原因可能为轻麦籽粒的皮层破裂降低了对胚乳粒的保护，同时内部的松散淀粉蛋白复合体结构降低了研磨抵抗力，增加了研磨强度，从而导致轻麦破损淀粉含量的增加[11]。

表2 比重分级对小麦粉基本理化特性的影响/%

2.2.2 比重分级对小麦粉的面筋指标、降落数值、色度的影响

经过比重分级，原麦粉的降落数值由329 s提升至重麦粉的379 s，而轻麦粉却仅仅只有170 s。降落数值与α-淀粉酶活性呈负相关，故而重麦粉、原麦粉、轻麦粉的α-淀粉酶活性依次增强。进一步支持了淀粉酶水解作用导致淀粉含量减少的分析。有研究进一步证实了该结论，认为是小麦籽粒发芽引起[16]。过高的α-淀粉酶活性将导致在产品生产中造成面团稀软、产品内部弹性差、口感差，在后文混合、动态流变仪中得到了验证。

2.3 比重分级对小麦粉流变学特性的影响

2.3.1 比重分级对小麦粉混合特性的影响

表4为不同比重小麦面团的淀粉糊化特性信息。C1-C2为机械和加热引起的蛋白质结构弱化的程度。C3为淀粉糊化峰值，代表了凝胶的形成能力(或膨胀力)；C4为是淀粉糊化的谷值，即崩解值，C3-C4为淀粉衰减值，即热稳定性；C5为淀粉回生终点值，C5-C4为冷稳定性(回生值)，反映了淀粉老化特性[17]。

表3 比重分级对小麦粉的面筋指标、降落数值、色度的影响

面团的形成时间反映的面团的弹性，轻麦粉、原麦粉、重麦粉的形成时间分别为1.45、1.50、1.52 min依次增加，所反映出的面团抗形变能力以及面团弹性也呈现依次上升趋势。这是由于小麦粉的面筋含量较少并且筋力较弱会缩短面团形成所需的时间。而小麦粉吸水率和面团稳定时间分别反映了小麦粉在蛋糕面糊体系中的持水能力和蛋糕糊在烘焙过程中的气泡包裹能力。由表4可以看出，重麦粉的稳定时间均明显高于轻、原麦粉，其中轻麦粉最低。由混合特性结果可以看出，轻、原、重3种小麦热作用下蛋白网络的弱化速度依次增加、糊化速度依次增加、酶解速度依次减少。从扭矩上分析，重麦较分级前原麦，其面团拥有更高的蛋白弱化度(更大的C2值)，较高的淀粉糊化峰(较高的C3值)，更强的热稳定性(更大C4值)，较低的淀粉衰减度(较低的C3-C4值)，较高的淀粉凝沉度(较高的C5值) 较高的淀粉回生值(更高的C5-C4值)。较高的蛋白弱化度、强热稳定性以及淀粉衰减度，对重麦蛋糕面糊在烘焙过程中形成蓬松、完整、细腻的蛋糕胚至关重要。α、β、γ分别反映了热作用下蛋白网络的弱化速度、淀粉糊化速度、酶解速度[18]。

表4 比重分级对小麦粉的混合特性的影响

2.3.2 比重分级对小麦粉动态流变特性的影响

动态流变仪的2个主要参数：损耗模量(G′)反映了面团的弹性，储能模量(G″)反映了面团的黏性。G′的增加有助于提升烘焙成品的弹性，G″的提升有助于提升面糊在烘焙过程中的气孔均一度。比重分级在频率变化过程中对面团损耗模量、储能模量和损耗角正切有显著的影响(如图1)。并且随着小麦比重的升高，面团损耗模量增高而储能模量降低，说明小麦比重对面团弹性有着增强作用，而对于面团的黏性具有减弱的作用。这可能是由于重麦面筋蛋白含量较高，促进了面团形成强弹性结构的能力，整个体系的凝胶网络结构增强。而蛋白质交联引起谷蛋白大聚体含量的变化可能是导致G′和G″变化的主要原因[19]。

图1 比重分级对动态流变特性的影响

损耗角正切tanδ=G″/G′，其值越小表示面团弹性组分越高，弹性组分的增加，提升面糊的整体乳化性能，进而提升烘焙后海绵蛋糕的弹性和比容。我们发现随着小麦比重的增加，面团体系的损耗角正切值处于下降趋势，说明小麦比重的提升可以改善面团的品质。同时tanδ随频率的变化可以发现，在较低频率下，tanδ随频率的上升而下降；在高频率下tanδ随着频率的上升而升高，说明面团体系在高频率下易被破坏，不稳定[20]。

2.4 比重分级对蛋糕品质的影响

2.4.1 比重分级对海绵蛋糕的气孔及表观结构特性的影响

比重分级前后小麦制得的海绵蛋糕气孔及表观结构特性通过CELL图像分析仪分析结果获得，如表5所示。气孔对比度和L*均表示蛋糕色泽亮度。随着小麦比重的增加，海绵蛋糕的色泽变亮。总凹度衡量的是蛋糕胚内部裂纹孔洞等的深度[21]。重麦总凹度为6.27%，约为轻麦海绵蛋糕总凹度13.42%的0.5倍，约为原麦海绵蛋糕总凹度8.23%的0.76倍。反映出比重分级得到的重麦海绵蛋糕成品蛋糕胚内部凹凸均一，没有明显断裂。气孔直径和气孔体积结果同时反映了蛋糕胚内气孔大小。3种小麦其海绵蛋糕气孔大小呈现了显著的减小趋势，轻麦海绵蛋糕气孔体积达到了29.51 mm3，是原麦海绵蛋糕气孔体积的2倍，甚至是重麦海绵蛋糕气孔体积的3倍。与此同时轻、原、重小麦蛋糕的气孔数依次增加，气孔粗糙度依次减小。说明随着小麦比重的提升，面糊整体乳化性提升，蛋糕内部气孔变得小而密，气孔形状更加圆润，这会提升蛋糕绵软且细腻的口感。不均一度和比容分别反映了蛋糕内部的均一程度和蛋糕烘焙过程中的膨胀比例，通过提升小麦的比重其蛋糕成品的气孔均一度和蛋糕体积均会有显著的提升。这可能由于面糊体系黏性较高增强了其在烘焙搅拌过程中的持气能力和包裹能力，减少了大气泡的形成，同时使得气泡整体的分布更加均匀。

2.4.2 比重分级对蛋糕成品体视显微镜成像的影响

比重分级对蛋糕成品体视显微镜成像的影响如图2所示。由图2a可知，在一倍倍数下轻麦海绵蛋糕的内部结构呈现：组织破裂、纹理混乱结构松散，色泽暗淡、有焦糊状质感的状态。在5倍倍数下明显发现其中交联断裂，网状组织结构并未形成(图2d)，这可能是由于真菌毒素侵染以及α-淀粉酶等内源酶共同作用导致蛋糕内部网络结构的破坏。相较而言在图2b中，原麦海绵蛋糕的色泽明显要更加白亮，气孔结构明显均匀，结构更加有层次，但气孔分布依旧不够均匀，孔洞结构虽然形成但体积依旧偏大且不规则。在5倍倍数下观察，网状组织结构已经形成，但结构仍然不够致密，存在一些较大孔隙。相较于轻麦海绵蛋糕、原麦海绵蛋糕，重麦海绵蛋糕结构明显有层次感，气孔明显小且均匀，纹理更加细腻，色泽更加接近乳白色(图2c)。在5倍倍数下，重麦海绵蛋糕结构呈现明显网状致密结构，网络结构致密且均匀的层层交叠，空隙分布细小均一(图2f)。

图2 比重分级对3种小麦制得蛋糕在不同体式显微的影响

表5 比重分级对海绵蛋糕的气孔及表观结构特性

2.4.3 比重分级对海绵蛋糕质构的影响

如图3所示，通过比重分级得到的重麦相较分级前原麦，其海绵蛋糕的硬度、咀嚼性、胶着性、弹性、黏聚性均有提升，能够有效的增加蛋糕松弹有嚼劲的口感。而蛋糕的黏度增加会使得蛋糕的黏牙性增强，对蛋糕的整体食味品质产生消极的影响。与轻麦海绵蛋糕的蛋糕的81.25 gf·s黏性值相比，原、重麦海绵蛋糕的黏性仅有59.97、25.06 gf·s均呈现出较大幅度的下降。这可能是由于α-淀粉酶的含量增加会导致海绵蛋糕成品黏度的提升。这一系列变化佐证了动态流变仪对重麦烘焙成品品质较佳的结果预测。综上所述，比重分级对蛋糕的整体质构特性均有着积极且显著的改善。

图3 比重分级对海绵蛋糕质构特性雷达图的影响

2.4.4 比重分级对海绵蛋糕感官评分的影响

比重分级对海绵蛋糕的海绵蛋糕感官评分影响如图4所示。通过感官评分可以观察到，比重分级后的重麦整体可接受度、色泽、风味、外观、口感均呈现明显的提升。其中以色泽、外观、口感、整体可接受度的提升较为明显，进一步印证了比重分级对海绵蛋糕色泽、纹理结构、滋味具有改善作用。尤其轻麦制得蛋糕结构过于松散，色泽暗淡、气孔粗糙，外观呈现破损状，口感黏牙、且嚼劲不足，直接导致了轻麦制得蛋糕整体感观评分较差。

图4 比重分级对海绵蛋糕感官评分雷达图的影响

3 结论

从籽粒特性、小麦粉品质特性、流变学特性，蛋糕品质特性四个方面研究了比重分级对小麦粉及海绵蛋糕品质的影响。研究结果表明通过比重分级去除轻麦，籽粒容重、出粉率、硬度指数被显著提升，不完善粒显著下降。分级后重麦粉较原麦粉， 淀粉含量、破损淀粉含量、L*值、面筋指数、湿面筋含量、降落数值提升，灰分含量降低。面团稳定时间延长0.97 min，面团储能模量(G′)和损耗模量(G″)增加，损耗角正切(tanδ)减小，面团黏弹性，面团的持气能里的增强。通过比重分级得到的重麦蛋糕，其硬度、咀嚼性、胶着性、弹性、黏聚性均被显著提升，黏度显著降低，比容提升了4.08%，气孔小而密集，内部纹理结构细腻均一，表观色泽变亮，感观评分得到显著提升。