谷朊粉添加量对小麦粉流变学特性的影响

刘梦丽，刘佳雯，齐沙沙，刘 鹏，王文昊,4，邱 斌,*

（1.枣庄市东粮生物科技发展有限公司，山东枣庄 277200；2.山东省农业科学院农产品加工与营养研究所，山东济南 250000；3.山东农业大学，山东泰安 271000；4.烟台大学，山东烟台 264010）

谷朊粉，又称活性小麦面筋粉，是小麦粉经水洗去淀粉和其他水溶性成分后得到的一种粉末状产物，主要成分为麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，其蛋白质含量高达80%[1-2]。谷朊粉中的麦醇溶蛋白具有延伸性，弹性小；而麦谷蛋白具有弹性，但延伸性小，两者独特的氨基酸组成有利于形成黏弹性网络结构[3]。因此，在食品加工过程中，谷朊粉作为一种纯天然高蛋白食品添加剂被广泛应用[4-6]。此外，谷朊粉作为品质改良剂，可显著提高面粉的黏弹性和筋力，在面食的加工中具有非常重要的作用[7]。

小麦粉是食品加工中的重要原料之一，其流变学特性更是加工面制品的重要评价指标[8]。谷朊粉添加到面粉中改善面制品的质构，增加黏弹性和咀嚼性、提高口感及品质等方面已有诸多报道，然而其不同添加量对小麦面糊流变学特性的影响报道较少[9-10]。因此，本研究使用流变仪分析了不同添加量的谷朊粉对小麦面糊流变学特性的影响，尤其是对其流体性质和黏弹性的影响，并确定了谷朊粉的最适添加量。所得结果将为含谷朊粉的特色面食制品的开发提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原味小麦粉，滨州中裕食品有限公司；谷朊粉，枣庄市东粮生物科技发展有限公司。

1.2 仪器与设备

Waters-HR20多功能流变仪，美国TA仪器沃特斯公司；恒温水浴锅，上海树立仪器仪表有限公司；HJ-4型多头磁力加热搅拌器，常州荣华仪器制造有限公司；HZK-FA210电子天平，华志（福建）电子科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

取一定量的小麦粉，分别添加0%、2%、6%和10%的谷朊粉（以混合粉总量计），充分混合均匀后，每份准确称取8 g混合粉加入50 mL去离子水，搅匀后置于95 ℃恒温水浴锅中充分糊化25 min，取出冷却至室温，随后放入4 ℃冰箱冷藏12 h，备用。所得谷朊粉-小麦粉混合面糊（GWR）样品依次标记为0% GWR、2% GWR、6% GWR和10% GWR。

1.3.2 流变学特性测定

参考IUGA等[11]的方法，稍做修改。所有测试均用直径40 mm的平行板，样品与平行板间距为1 mm，样品平衡5 min后，使用Waters-HR20流变仪对所有样品进行测定，每组样品重复测定3次。

（1）静态扫描。对各组GWR进行静态扫描，并分析其表观黏度随剪切速率的变化情况。测试条件：温度25 ℃，剪切速率为0～1 000 s-1。采用幂定律（Power-Law）模型拟合流变曲线，公式为

式中：σ为剪切应力，Pa；γ为剪切速率，s-1；K为稠度系数，Pa·sn；n为流体指数。

（2）温度扫描。对GWR进行温度扫描测试，并分析其表观黏度随温度的变化情况。测试条件：剪切速率50 s-1，温度为25～90 ℃，升温速率5 ℃·min-1。

（3）时间扫描。对GWR进行时间扫描测试，并分析其表观黏度随剪切时间的变化情况。测试条件：温度25 ℃，剪切速率50 s-1，剪切时间60 s。

（4）动态扫描。在固定振荡频率下进行应力扫描，确定样品的线性黏弹区，温度为25 ℃，频率为1 Hz，应变范围为0.01%～1 000%。在线性黏弹区范围内，进行频率扫描。测试条件：温度25 ℃，应变值0.1%，频率为0.1～1 000 rad·s-1。测定样品的弹性模量（G’）、黏性模量（G’’）和损耗角正切（tanδ）。

1.3.3 数据处理

采用Origin 2021b软件绘制图表，每个样品进行3次重复试验。

2 结果与分析

2.1 不同谷朊粉添加量对小麦粉静态流变学特性的影响

2.1.1 静态扫描分析

静态流变学是通过对样品施加线性稳态剪切速率来反映样品结构随剪切速率变化的规律[12]。为了更清晰地比较4组GWR样品间的差异，采用Power-Low模型对所测得流动曲线进行拟合。假塑性流体是指流体的表观黏度随剪切速率的增加而降低的现象，具有剪切变稀的性质，是非牛顿流体的一个重要的流体类型[13]。

由图1可知，各组GWR的表观黏度均随剪切速率的增大而下降，且添加量越多，下降幅度越大，呈现出明显的剪切变稀特征，均属于非牛顿假塑性流体。这是因为谷朊粉的添加阻碍了小麦面粉和面筋蛋白的结合，影响了面筋网络的形成，导致面糊中的面筋数量与质量双重下降，使得GWR体系的黏度下降[14]。

图1 不同谷朊粉含量的GWR静态扫描曲线

幂律方程常用来描述流体的剪切变稀行为[15]。由表1可知，所有样品的相关性系数R2均大于0.99，说明所选用的模型对所有样品的流变学性质具有较好的拟合度；流体指数n均小于1，表明4组GWR体系均为假塑性流体，且n值越小，稠度系数K值就越大。

表1 不同谷朊粉含量的GWR静态拟合参数

2.1.2 温度扫描分析

通过对不同谷朊粉含量的GWR进行黏度-温度扫描，探讨黏度随温度变化的情况，结果见图2。在25～90 ℃，样品的表观黏度随温度的升高呈先下降后上升的趋势，且6%和10%的GWR体系变化最明显。可能是因为温度升高使分子的无规则热运动加快，分子间距变大，使面糊内部形成了更多的“空穴”，进而表现为黏度下降[16]。但是，当温度高于60 ℃，黏度随温度的升高呈现上升趋势，可能是由于GWR体系在超过60 ℃后开始形成热诱导凝胶，在一定程度上促进了面糊的变性，使其黏性增大。图2结果还显示各组GWR均具有明显温度触变性，其中0% GWR和2% GWR体系温度触变性最小，6% GWR体系的黏度最高。由此可推测谷朊粉添加量为6%时，相关粉糊类产品可能具有更好的黏弹性、韧性以及更强的适口性，有利于其整体感官品质的提升[17]。

图2 不同谷朊粉含量的GWR温度扫描曲线

2.1.3 时间扫描分析

时间扫描测试可以反映在一定剪切速率下样品的表观黏度随剪切时间的变化情况，从而判断样品的剪切触变性。由图3可知，各组GWR在所测的时间范围内的表观黏度随时间的变化均不明显，即在较短的剪切时间内黏度变化小，说明不同比例GWR无明显剪切触变性。

图3 不同谷朊粉含量的GWR时间扫描曲线

2.2 不同谷朊粉添加量对小麦粉动态流变学特性的影响

为确定谷朊粉对小麦面粉频率依赖性的影响，对4组GWR进行了振荡扫描，结果见图4。频率在10-1～101rad·s-1时，4组GWR的弹性模量（a）与黏性模量（b）变化不明显，在101rad·s-1后，G’和G’’变化明显，且G’始终高于G’’。有研究表明，面糊中的直链淀粉含量越少，其频率依赖性越强[18]。加入谷朊粉后，6% GWR组和10% GWR组的弹性模量和黏性模量明显增加，说明谷朊粉蛋白结构增强了其频率依赖性。而添加10% GWR的黏弹性之所以低于6% GWR，，可能是因为10% GWR体系中含有更多可以形成二硫键的半胱氨酸，导致频率依赖性减弱，进而黏弹性下降[19]。谷朊粉的添加均提高了小麦粉糊体系的弹性模量和黏性模量，但当其添加量为6%时，小麦粉糊的黏弹性最好。

图4 不同谷朊粉含量的GWR频率扫描曲线

机械损耗角正切tanδ是G’与G’’的比值，该比值越小表明样品的弹性越强，反之则说明黏性越强[20]。如图5所示，在角频率102～103 rad·s-1时，添加0%和2%的谷朊粉tanδ出现最大值，且大于1，说明此时的GWR体系表现出较高的黏性性质，体系结构较为松散。添加6%和10% GWR体系tanδ恒小于1，可以看出GWR体系呈现出弱凝胶的性质[21]，并且两者在整个测试范围内tanδ随角频率变化的曲线波动不明显，说明该GWR的体系结构更加紧密、结实，具有较高的弹性性能，也表现出更稳定的固体特征[22]。

图5 不同谷朊粉含量的GWR tanδ扫描曲线

3 结论

综合GWR的流变学特性分析可知，在小麦粉中添加6%的谷朊粉可提高体系的黏度，使之具有更好的黏弹性。静态流变学特性分析发现所有GWR样品均为假塑性流体，添加量越多，剪切变稀现象越明显；无剪切触变性，但具有明显的温度触变性，即随着温度的继续升高其黏度具有一定的不稳定性。动态流变学分析发现GWR体系中G’和G’’均不断增加，具有类固体的特征（G’＞G’’），呈现出弱凝胶的性质。