添加不同粒度小麦颗粒粉对面团特性及挂面品质的影响

周慧超,刘翀,郑学玲

(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)

面条制品是我国传统主食之一,发展至今已有四千多年的历史,在我国乃至东亚国家的饮食营养和文化中发挥着重要作用。传统面条主要由精白小麦粉制作而成[1-2],虽然具有良好的蒸煮品质和感官品质,但精细化加工会导致小麦粉营养成分单一且含量低,显著增加了面条制品中精制谷物淀粉的含量,长期食用会增加肥胖、二型糖尿病的患病风险[3]。为满足消费者对营养、健康、美味面条制品的需求,高纤维、低升糖指数的功能性健康面条成为了研究热点。

挂面是我国产量最大的面条制品,因其易贮存、方便、食用方法多样等特点深受消费者喜爱。国内市场上高纤维、低升糖指数的功能性挂面主要有2种,第一种为全麦挂面或者额外添加麦麸等膳食纤维挂面,但是感官品质总体呈下降趋势,且因不饱和脂肪酸氧化导致的风味劣化也是亟待解决的技术难题;第二种为杂粮或豆粉等的复配挂面,由于缺乏面筋蛋白导致杂粮添加量有限,产品质量参差不齐[4-6]。近年来,国内外许多研究表明,谷物或者豆类中粒度较大的颗粒粉富含完整细胞壁,且谷物胚乳或豆类子叶细胞的完整细胞壁是淀粉水解酶生物可及性的显著物理屏障,其制品具有低淀粉消化率的特点,对人体健康有益[7-10]。因此,研究小麦颗粒粉在挂面加工中的应用,对于开发营养健康的挂面新产品具有重要意义。虽然国内外有过关于小麦颗粒粉粒度对面团及面条品质影响的研究,但大多数是单独采用小麦颗粒粉制作面条,由于粒度较大的颗粒粉其面筋蛋白和淀粉颗粒被细胞壁束缚,难以形成连续的面筋网络结构和淀粉糊,无法形成面团制作食品。因而,目前关于粒度对颗粒粉食品加工性能影响的研究主要集中在较小的粒度范围,较小粒度小麦粉由于损失淀粉含量增加,面条蒸煮损失较大,面条色泽发暗,食用品质受到影响。若想有效利用颗粒粉,有必要将其按照一定比例添加于精制小麦粉中,以提升颗粒粉的食品加工性能。

综上,本研究以颗粒粉的应用为目标,在分析和表征不同粒度颗粒粉的基本理化指标和形态结构的基础上,研究了添加60%(质量分数)颗粒粉对面团特性及挂面品质的影响,为颗粒粉在功能性健康面条的开发和应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦颗粒粉从清粉机取样,由山东鲁花(延津)面粉食品有限公司提供,小麦粉为同一批次原料生产的产品。

1.2 仪器与设备

Satake mini color grader便携式测色仪,日本佐竹公司;Quanta 250 FEG扫描电镜,美国FEI公司;Farinograph-AT粉质仪、Extensograph、黏度仪,德国Brabender有限公司;TA-XT型质构仪,英国Stable MIcro Systems公司。

1.3 实验方法

1.3.1 不同粒度颗粒粉基本理化指标的测定

选用不同规格的标准试验筛(24、26、35、50、80、100目)对清粉机中的物料进行筛分,将筛分后不同粒度区间颗粒粉的粒度大小用μm表示,并标记为Y710、Y500、Y355、Y150、Y-f;颗粒粉水分含量、灰分含量、淀粉含量、蛋白质含量、膳食纤维含量分别参照国标GB 5009.3—2016、GB 5009.4—2016、GB 5009.9—2016、GB 5009.5—2016、GB/T 5009.88—2014;蛋白的溶胀指数及沉降指数的测定分别参照GB/T 26627.1—2011和GB/T 15685—2011进行。

1.3.2 不同粒度颗粒粉色泽的测定

采用便携式测色仪对不同粒度颗粒粉的色泽进行测定,选择CGV(Dry)模式。称取6 g样品均匀覆盖石英皿底部,记录测定的CGV、L*、a*、b*值,结果取3次平行。

1.3.3 不同粒度颗粒粉形态表征

采用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)对不同粒度颗粒粉形态进行表征。将样品涂在含有导电双面胶的金属圆盘上,真空条件下进行镀金处理,再将圆盘放入SEM中观察。

1.3.4 不同粒度颗粒粉溶解度和膨胀势的测定

参考CHUNG等[11]的试验方法并稍作修改,于50 mL离心管中将样品与去离子水配制为质量浓度为20 g/L的悬浮液,分别在60、70、80、90 ℃下加热30 min,将悬浮液冷却至室温后,3 000 r/min离心15 min,上清液倒入铝盒置于烘箱中105 ℃下烘干称重,即水溶性淀粉质量,沉淀即为膨胀淀粉,每个样品做3次重复。

溶解度和膨胀势的计算分别如公式(1)、公式(2)所示:

(1)

(2)

1.3.5 不同粒度颗粒粉糊黏度特性的测定

采用布拉班德黏度仪,按照GB/T 24853—2010测定不同样品的糊黏度特性。

1.3.6 不同粒度颗粒粉混粉的制备

将不同粒度颗粒粉与面粉按照6∶4(质量比)在混粉仪中混合30 min备用,分别标记为:Y710-60%、Y500-60%、Y355-60%、Y150-60%、对照组(Y-f)。

1.3.7 不同粒度颗粒粉混粉对面团流变学特性的测定

面团流变学特性包括粉质特性和拉伸特性,分别参照GB/T 14614—2006和GB/T 14615—2006进行测定。其中,面团的拉伸特性取醒发45 min的面团进行分析。

1.3.8 不同粒度颗粒粉混粉挂面的制作

称取200 g混粉和6%(质量分数)的谷朊粉于自封袋中手动混合摇匀5 min,同时准备2 g食盐与64 mL蒸馏水,制备1∶32(g∶mL)盐水溶液。将混粉倒入针式和面机中搅拌2 min中后加入盐水和面20 min。将面絮装入自封袋中于30 ℃醒发1 h,在辊距为3.0 mm处复合压延6道,再装入自封袋于30 ℃醒发1 h,随后依次通过2.0、1.8、1.6、1.4、1.2 mm的轧距,面片厚度达1.2 mm左右时,选择3 mm切刀进行切条,挂杆,置于挂面干燥平台[12]中干燥7 h,干燥结束时挂面的水分含量在12%(质量分数)左右,每种混粉制作2份挂面样品。

1.3.9 面条微观结构观察

将添加不同粒度颗粒粉的挂面取中间部分轻轻折断成长约5 mm左右,方法同1.3.3节。

1.3.10 干挂面力学特性的测定

参考姜松等[13]的方法并稍作修改:质构仪选择A/SFR型探头,压缩模式对挂面的断裂力和下压距离进行测定。试验结果为除去最大和最小试验值的平均值。

1.3.11 挂面蒸煮品质的测定

称取10 g挂面于500 mL沸水中蒸煮,取不同时间段蒸煮的挂面于透明亚克力板之间,直到面条内部白芯消失,确定最佳蒸煮时间。参考熊小青[14]的试验方法对挂面的蒸煮损失和干物质吸水率进行测定。

1.3.12 挂面质构特性的测定

煮后挂面质构特性的测定包括全质构试验和拉伸试验,试验步骤参考王婷等[12]的研究方法,样品结果取6次计算平均值。

1.4 数据统计与分析

采用Origin 8.5进行制图,用SPSS 20.0对实验数据进行方差分析及相关性分析,以P<0.05为显著性标准。

2 结果与分析

2.1 不同粒度颗粒粉基本理化指标

由表1可知,不同粒度颗粒粉的水分含量具有显著性差异,可能是粒度较小的颗粒粉需长时间研磨,样品中的水分由于机械损耗和热损耗而大量流失[15]。灰分主要来源于麦麸、麸皮中丰富的矿物质,是衡量小麦粉加工精度与色泽的主要指标;随着粒度的增加,颗粒粉灰分含量显著增加,但仍然显著低于特一粉的等级标准。相反地,淀粉随着粒度的增加显著降低,可能与颗粒粉主要以胚乳团块的形式存在有关,随着粒度的减小,胚乳团块逐渐被破碎,淀粉和蛋白逐渐分离,因而淀粉含量逐渐增加[16-17]。另外,小麦籽粒中蛋白质的含量从胚乳外部到胚乳内部是逐渐降低的,所以蛋白质的含量随着粒度的增大而减小。总膳食纤维(total dietary fiber,TDF)的含量随着粒度的增大而增大,其中较大粒度粒粉的不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)含量显著增加,可能与粗粒粉中残留的麸皮有关;此外,也有可能是较粗颗粒粉的细胞壁得以完整保留,随着粒度减少,部分细胞壁破碎后从小麦粉中筛分出去作为后路粉或者麸皮;而可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF)的含量轻微而非显著性的增加也有可能与胚乳细胞壁的完整性有关[15];谷蛋白溶胀指数(swelling index of glutenin,SIG)是评价小麦粉蛋白质品质与面团流变学参数的良好指标,尤其是表征小麦粉中不可溶性谷蛋白性质;十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate, SDS)沉淀体积(sedimentation volume , SV)反映了蛋白质数量和质量的差异,与谷蛋白的强度有关。由表1可知,随着粒度的增大,SIG与SV值均显著降低,这可能与胚乳细胞壁的完整性与胚乳组织团块对蛋白质的约束有关[16]。

2.2 不同粒度颗粒粉的色泽

色泽是小麦粉加工精度的重要指标。色度值(color degree value,CGV)是显示面粉色泽的一个数值,变化范围为-40～20,CGV值越大说明面粉色泽越差[18]。L*、a*和b*分别为亮度值、红绿度值和黄蓝度值。L*值越大表明样品亮度越高,a*为红绿值,正为红,负为绿。b*为黄蓝值,正为黄,负为蓝。

如表2所示,随着粒度的增大,不同粒度颗粒粉CGV、a*、b*值显著增大,而L*值显著降低。说明颗粒粉的色泽较差,样品亮度低,且粒度越大样品颜色越偏红黄。可能是由于粒度较大的颗粒粉含有更多皮层色素所致[19]。

表2 不同粒度颗粒粉色泽Table 2 Color properties of wheat farina with different particle sizes

2.3 不同粒度颗粒粉微观结构

由图1-A～图1-E可以观察到,颗粒粉(图1-A～图1-D)微观结构完整,主要以胚乳组织团块的形式存在;而对照组(图1-E)由于粒度较小,胚乳细胞受机械破碎程度较大,形状不规则。通过局部微观图(图1-a～图1-e)可知,Y710颗粒粉胚乳团块表面较为光滑,可观察到完整的棱柱形胚乳细胞,淀粉和蛋白被紧紧的包裹在胚乳细胞内部;Y500的胚乳细胞开始破裂,出现裂痕以及间质碎片;随着粒度的减小,Y355、Y150胚乳团块表面变得粗糙且凹凸不平,淀粉颗粒逐渐被暴露,但仍被胚乳团块束缚;而对照组Y-f由于粒度减小,胚乳团块破碎程度增大,淀粉颗粒暴露、脱落;主要以面筋网络结构包裹块、淀粉和间质碎片3种形式存在[19]。

图1 不同粒度颗粒粉的SEM图Fig.1 SEM images of wheat farina with different particle sizes

2.4 不同粒度颗粒粉溶解度和膨胀势

膨胀势和溶解度反映淀粉与水之间的相互作用。淀粉膨胀时,直链淀粉溶出,造成淀粉的部分溶解;而淀粉的溶胀主要与支链淀粉维持颗粒整体结构的特性有关,溶胀势与淀粉的糊化特性、淀粉的组成、形态结构等均有关。

由图2可知,随着温度的升高,淀粉溶解度和膨胀势均增大。主要分为2个阶段:第一阶段为60～80 ℃,颗粒粉和面粉的溶解度和膨胀势均缓慢增大;且随着粒度的减小,颗粒粉的溶解度和膨胀势逐渐增大,而对照组Y-f的溶解度和膨胀势显著高于颗粒粉。第二阶段为90 ℃,颗粒粉与对照组的溶解度和膨胀势显著大于第一阶段,当然不同粒度间的颗粒粉与对照组之间的变化趋势仍然与第一阶段一致,这一现象与KOROMPOKIS等[20]的研究一致。主要原因可能是:淀粉在高温及高水分的情况下更易吸水膨胀,因此出现了2种阶段;粒度较大的颗粒粉具有较完整的胚乳细胞壁,对淀粉的膨胀具有阻碍作用,从而导致淀粉颗粒不易破裂,溶解度降低;对照组Y-f由于受到较强的机械破碎作用,细胞壁破裂,淀粉颗粒暴露,易与水接触,且颗粒膨胀不受限制,从而提高了Y-f的溶解度和膨胀势[19]。

a-溶解度;b-膨胀势图2 不同粒度颗粒粉溶解度和膨胀势Fig.2 Solubility and swelling potential of wheat farina with different particle sizes注:不同小写字母表示P<0.05水平上差异显著(下同)。

2.5 不同粒度颗粒粉糊黏度特性

淀粉糊化特性是指随着温度变化,淀粉吸水膨胀后冷凝回生的过程。峰值黏度反映了淀粉糊化升温过程中淀粉颗粒的膨胀程度;低谷黏度为淀粉溶胀达最大后,淀粉颗粒继续受热发生分解,颗粒之间间距加大,造成黏度下降达到最小;崩解值反映了淀粉在高温下的耐搅拌能力,即淀粉热糊稳定性,值越大稳定性越差;最终黏度是淀粉分子重新聚合后的状态;回生值反映了淀粉冷糊的稳定性和老化趋势。

由表3可知,峰值黏度和崩解值随着粒度的增大而减小,而其他黏度参数及温度参数均随着粒度的增加而增加,且颗粒粉与对照组的差异性极显著,这与孙创举[21]的研究结果一致。结果表明,粒度较大的颗粒粉由于胚乳组织团块的包裹性以及胚乳细胞壁的束缚性,对淀粉的吸水膨胀具有明显的阻碍作用,在高温作用下更耐机械剪切,不会发生细胞破裂及淀粉颗粒的分解,其淀粉糊稳定性较好。其次,加热温度会引起淀粉颗粒结晶区的破坏及淀粉分子间氢键的断裂,较大粒度颗粒粉的淀粉颗粒受机械损伤较小,晶体结构较为完整,加热以后,淀粉颗粒吸水糊化和晶体结构的破坏较小[17-23];另外加热过程中面筋蛋白易与直链淀粉结合抑制其老化,因此,蛋白含量低的较大颗粒粉,其回生值较高[23]。

表3 不同粒度颗粒粉糊黏度特性Table 3 Viscosity characteristics of wheat farina with different particle sizes

2.6 添加不同粒度颗粒粉对面团特性的影响

粉质特性主要表征面团的形成难易和稳定性,其中面团吸水率与原料的水分、蛋白质含量、损伤淀粉含量等有关;而拉伸特性可表征面团的强度和延展性。

由表4可知,随着颗粒粉粒度的增大,吸水率、稳定时间和弱化度逐渐减小,而形成时间逐渐延长;特别是颗粒粉与对照组之间存在显著性差异。主要原因有:颗粒粉胚乳细胞壁的存在阻碍了蛋白的吸水作用,随着粒度的增大,蛋白质含量显著降低,从而影响了面筋网络的形成及稳定性[24]。另外,粒度较大颗粒粉比表面积大,吸水较少,面筋网络难以充分水化,因而形成了拉伸阻力大、延伸度小的刚性面团。

表4 添加不同粒度颗粒粉的面团流变特性Table 4 Rheological properties of dough with different particle sizes wheat farina additions

2.7 添加不同粒度颗粒粉对挂面微观结构的影响

图3为添加不同粒度颗粒粉的挂面横截面和表面SEM图。观察图3-A2～图3-E2可以看出,随着颗粒粉粒度的增大,截面出现了大小不均的孔洞;图3-A3～图3-C3能明显看到暴露的淀粉颗粒,说明粒度较大的颗粒粉在加工过程不能被面筋网络结构紧紧包裹;而由图3-D3和图3-E3的截面图可以看出,较小颗粒粉的淀粉颗粒能够被面筋网络结构包裹住,结构较为紧密,与对照组差异不是很明显;由图3-a1、图3-a2～图3-e1、图3-e2可以看出,随着粒度的增大,干挂面表面凹凸不平,出现裂纹,能观察到不连续的面筋网络结构;由图3-a3～图3-e3观察到这些凹凸不平处及裂纹处,均是没有被面筋网络结构包裹的淀粉颗粒;而粒度较小的颗粒粉Y355-60%、Y150-60%的淀粉颗粒没有完全裸露出来,但仍能观察到淀粉颗粒的轮廓。除了因为粒度较大,胚乳细胞壁较完整的大颗粒多以胚乳团块的形式存在,阻碍了面筋蛋白吸水形成面筋网络结构;还有一种可能是颗粒粉混粉不均,导致局部面筋网络结构不完整。

图3 添加不同粒度颗粒粉的挂面横截面和表面的SEM图Fig.3 SEM images of cross-section and surface of dried noodles with different particle sizes wheat farina additions注:1、2、3表示比例尺分别为:1 mm、300 μm、100 μm;大写字母表示挂面的横截面积,小写字母表示挂面的表面。

2.8 添加不同粒度颗粒粉对干挂面力学特性的影响

干挂面力学特性中抗断折力强度与柔韧性不仅可以预测产品的弯曲断条率,而且可以预测煮后面条质地。由图4可知,随着颗粒粉粒度的增大,挂面抗弯折力强度和柔韧性均显著下降;而Y150-60%的柔韧性显著大于Y-f。有研究指出,干挂面抗弯折强度与蛋白质含量呈极显著正相关,同时受面筋强度的显著影响[25]。结合图3可知,由于颗粒粉粒度较大,蛋白质含量及面筋强度均较低,造成面筋网络结构不够致密,从而导致挂面的力学特性较差;此外,干挂面力学特性与不同粒度颗粒粉的SIG与SV值的变化趋势一致。综上可以得出:粒度较小的颗粒粉,对改善干挂面柔韧性具有有利的作用,可能是小麦粉中的细小颗粒填充于稍大的颗粒之间,形成了更加柔韧的结构。

图4 添加不同粒度颗粒粉的干挂面力学特性Fig.4 Mechanical properties of dried noodles with different particle sizes wheat farina additions

2.9 添加不同粒度颗粒粉对挂面蒸煮品质的影响

干物质吸水率主要与淀粉在糊化过程中膨胀吸水有关;而蒸煮损失率可以理解为蒸煮过程中淀粉损失[25]。图5中Y710-60%、Y500-60%与Y-f相比,最佳蒸煮时间显著提高,而Y355-60%、Y150-60%与Y-f相比,最佳蒸煮时间显著降低;同时,不同粒度颗粒粉添加的挂面干物质吸水率与蒸煮损失率变化趋势一致,Y710-60%与Y500-60%显著高于其他样品。结果表明,较大粒度颗粒粉蛋白含量低且胚乳细胞壁相对完整,面筋蛋白被局限于细胞内,不利于形成更广泛的连续网络结构,对于淀粉颗粒无法很好地包埋,降低了面条的蒸煮品质;相反较小粒度颗粒粉的添加对面条的蒸煮品质影响相对较小,甚至还提升了其易煮性。

2.10 添加不同粒度颗粒粉对挂面质构特性的影响

研究表明,面筋蛋白通过分子间二硫键及次级键形成具有刚性和弹性的网络结构,是面条硬度、弹性、咀嚼性、回复性和拉伸特性的主要来源,而黏结性和黏附性是淀粉与蛋白的综合体现[26]。如图6所示,添加的颗粒粉粒度较大时,熟挂面的硬度、咀嚼性、弹性、黏结性总体呈下降趋势,而回复性、黏附性整体呈上升趋势;拉断力和拉断距离随粒度增大而降低,这与王崇崇[23]对不同粒度小麦粉研究的结果一致。特别的,除了Y710-60%对挂面质构特性具有显著降低的作用,而其他样品之间的变化波动较小,尤其是Y150-60%相较于对照组Y-f质构特性更佳。一方面可能与蛋白含量有关,粒度较大颗粒粉蛋白含量较低,而蛋白含量和硬度、弹性等正相关;另一方面,较大的颗粒粉对面筋网络结构具有破坏作用;同时颗粒粉中由于麸皮及胚乳细胞壁的存在导致阿拉伯木聚糖的含量增加,也会抑制面筋网络结构的形成[27-28],因而Y710-60%、Y500-60%、Y355-60%的硬度显著降低。而Y150-60%相较于对照组Y-f质构特性整体较好,可能是蒸煮过程中,小颗粒填充于稍大的颗粒之间,形成弹性更好的网络结构。此外,蒸煮过程中,颗粒粉在胚乳细胞壁以及面筋网络结构的束缚作用下,糊化冷却后的游离直链淀粉形成的凝胶能将面筋网络中的较大空隙填补,从而使其回复性提高[19]。

a-弹性、黏结性、回复性;b-黏附性、拉断力、拉断距离图6 不同粒度颗粒粉添加的挂面质构特性Fig.6 Texture characteristics of dried noodles with different particle sizes wheat farina additions

3 结论

本研究发现不同粒度颗粒粉添加对面团特性及挂面品质具有显著影响。首先随着颗粒粉粒度的增大,吸水率、稳定时间和弱化度逐渐减小,而形成时间逐渐延长;拉伸特性的结果进一步证实添加颗粒粉易形成刚性面团。其次,添加较大粒度的颗粒粉会降低干挂面抗弯折力、熟挂面的硬度、弹性、咀嚼性、黏结性;增加熟挂面的回复性、黏附性,及熟挂面的拉断力和拉断距离。说明颗粒粉对挂面面筋网络结构的形成具有较大的影响,是造成挂面品质降低的主要原因。最后,与较大粒度的颗粒粉相比,较小粒度的颗粒粉Y355、Y150对面团及挂面品质的整体影响较小,甚至提高了挂面的质构品质。因此,本研究认为较小粒度的颗粒粉对面团特性及挂面品质具有改善作用。本研究仅对面条基本品质进行了分析,颗粒粉添加对挂面中胚乳细胞壁完整性及淀粉体外消化性的影响尚需要进一步研究,以便开发具有预防慢性代谢致病功能的新型挂面产品。