小麦粉品质特性对油条加工适应性的研究

王静,赵相振,温纪平*,展小彬,石松业,耿浩

1(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)2(国家小麦加工技术研发专业中心,河南 郑州,450001) 3(中粮(郑州)粮油工业有限公司,河南 郑州,450016)

油条因其悠久的历史底蕴和典型的东方特色已逐渐走出国门受到东南亚国家消费者的喜爱[1]。目前,对油条的相关研究主要集中在制品配方优化[2]、工艺参数优化[3]、油条的冻融品质[4]以及油条风味物质[5]等方面。对油条品质与其原料组分间的关系鲜有涉及,而小麦粉品质往往对制品品质有着决定性的作用。有研究表明油炸面制品含油量随小麦粉筋力增强而逐渐下降[6]。周若昕[7]指出,全麦油条的含油量与普通油条相比显著减少了40.61%,但同时全麦油条比容也显著减小,其膨化品质降低。另外,小麦粉的灰分、蛋白和淀粉品质、流变学特性等都会对面制品的加工品质产生不同的影响[8]。基于此,本研究以20种不同系统粉为原料,对小麦粉特性和面团特性进行测定,进一步对油条成品品质评定,通过相关性分析以寻找出油条品质与小麦粉品质的内在联系,进而通过主成分分析为不同小麦粉对油条的加工适应性加以衡量,以期为品质优良油条的生产提供思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

中粮(郑州)粮油工业有限公司,在制粉车间正常运转的情况下一次性获取样品:皮磨粉4个,心磨粉7个,渣磨粉2个,尾磨粉2个,重筛粉3个,打麸粉2个。原粮基本情况如表1所示。

无铝害复配油条膨松剂,安琪酵母股份有限公司;食盐、福临门大豆油,永辉超市。

硫酸铜、硫酸钾、盐酸、硫酸锌、亚铁氰化钾、碘化钾、硼酸、硫代硫酸钠、石油醚、蒸馏水:三级,除特殊说明外,试剂均为分析纯。

表1 原粮基本情况Table 1 Basic information of raw grain

1.2 仪器与设备

Foss Kjeltec 8400型全自动凯式定氮仪,福斯分析仪器公司;WZZ 1S自动旋光仪,上海易测仪器设备有限公司;MJ-Ⅲ型面筋数量和质量测定仪,杭州大成光电仪器厂;破损淀粉仪,瑞典Falling Number公司;Brabender粉质仪、Brabender电子型拉伸仪,德国Brabender仪器公司;TZ-XT Plus型质构仪,美国Stable Micro System仪器公司。

1.3 实验方法

1.3.1 小麦粉性质测定

水分含量:GB/T 5009.3—2016,直接干燥法;灰分含量:GB/T 5009.4—2016,550 ℃灼烧法;粗蛋白:GB 5009.5—2016,凯氏定氮法,换算系数5.7;粗淀粉:1%盐酸旋光仪法;破损淀粉:肖邦破损淀粉测定仪。粉质特性:GB/T 14614—2019;拉伸特性:GB/T 14615—2019。

1.3.2 蛋白特性测定

湿面筋含量:GB/T 5506.2—2008方法;面筋指数:LS/T 6102—1995方法;沉降值:GB/T 15685—2011;谷蛋白溶胀指数(swelling index of glutenin,SIG):GB/T 26627.1—2011。

1.3.3 油条样品准备

参考李旭等[3]的方法稍作修改。将300 g面粉与2.5%(以面粉干基计,下同)膨松剂混合1 min至均匀,1.5%食盐与温水混合倒入粉料,高速挡形成表面光滑且具有韧性的面团。保鲜膜包裹10 min后二次揣面,继续饧面4 h后将面团整型为0.5 cm厚度的长条,再切分为8 cm×2 cm×0.5 cm的长胚条,2个叠放一起,筷子按压成型,拉长至25 cm,170 ℃炸制2 min捞出沥油。

1.3.4 油条品质测定

含油量:GB/T 5009.6—2016,索氏抽提法;含水量:GB/T 5009.3—2016,直接干燥法;比容测定:菜籽置换法[9],按照公式(1)计算油条比容:

(1)

式中:λ为油条比容,mL/g;V为油条体积,mL;m为油条质量,g。

质构特性测定:参考杨念[10]的方法。参数设置:P50探头,测前测后速度1 mm/s,测试速度0.8 mm/s,压缩比75%,停留时间5 s。感官评定:由10名专业的感官人员分别就油条香气、色泽、食味、表观状态、组织结构等进行评价,表2为油条感官评定标准[11-12]。

表2 油条感官评分Table 2 Sensory scores of fried dough sticks

1.4 数据分析

Excel汇总数据,利用IBM SPSS 25.0软件和Origin 2018 64Bit软件对数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 系统粉品质分析

2.1.1 小麦粉理化性质

由图1可知,随小麦研磨道数的增加,各系统粉水分含量整体呈下降趋势,物料输送过程中也不可避免地会出现水分损耗[13]。1B和D1粉的水分含量相对较高,后路心磨粉含量较低,结构疏松、纤维富集的皮层水分含量较高,结构致密、富集淀粉和蛋白质的胚乳含水量较低[14]。灰分含量在后路心磨、尾磨和打麸粉中显著升高。由图2可知,粗淀粉含量在皮磨、心磨和尾磨中呈显著降低趋势,其中,粗淀粉含量在1M粉和2M粉中相对较高,在7M粉和2T粉中较低,这是因为在皮磨和渣磨系统剥刮下的胚乳会输送至心磨系统继续研磨,之后麦心和麸片分别被输送至后路心磨和尾磨,因而各系统经逐层筛理粗淀粉含量也逐渐降低[15]。破损淀粉含量随研磨道数增加呈上升趋势。后路粉的蛋白含量普遍高于前路粉。总的来看,粗淀粉含量与蛋白质和破损淀粉含量均存在着负相关性。

2.1.2 蛋白特性

由图3可知,3B和4Bc湿面筋含量相对较高,这是因为后路皮磨靠近小麦皮层,面筋数量较多[16]。而3B、4Bc、6M、7M、1T、2T、D3、Br1的面筋指数相对较高。这表明,后路皮磨粉的面筋含量与质量相对较好,满足制作高筋制品的基本要求;前路心磨、渣磨和尾磨粉面筋含量与质量均未处于较高的水平,制作成品过程中可能会出现面团易断条、成品体积小的情况。

图1 不同小麦粉水分与灰分变化Fig.1 Variation of moisture and ash content of different wheat flour注:不同小写字母表示不同系统粉之间差异显著(P<0.05)(下同)。

图2 不同小麦粉淀粉与蛋白含量变化Fig.2 Variation in starch and protein content of different wheat flour

图3 不同小麦粉面筋含量变化Fig.3 Variation in gluten content of different wheat flour

图4为不同小麦粉蛋白特性变化。SIG能够反映小麦粉中不溶性谷蛋白的特性。小麦粉沉降值是反映面筋蛋白含量与质量的综合性指标,与面筋强度呈正比关系。如图4所示,随研磨道数增加,SIG的变化趋势与面筋指数的变化基本一致。皮磨、渣磨以及重筛粉的沉降值显著升高,打麸粉与尾磨粉的沉降值明显下降,在1M～4M呈逐渐升高趋势,而4M～7M则逐渐下降。粗蛋白含量提高是沉降值升高的主要原因,但同时,沉降值还受灰分的影响,因此在后路心磨、打麸粉以及尾磨系统等后路粉中也出现沉降值下降的情况[17-18]。

图4 不同小麦粉蛋白特性变化Fig.4 Variation in protein properties of different wheat flour

2.1.3 流变学特性

由表3可知,后路心磨和尾磨粉的吸水率较高,而前路皮磨粉较低。吸水率大小与破损淀粉以及蛋白质含量有一定的正相关性[19],这与上述破损淀粉含量变化趋势相一致。3B、4Bc面团的形成和稳定时间均较长,面团韧性强;而1T、2T面团的形成和稳定时间都相对较短,面团弹韧性不足。这表明,皮磨和尾磨粉中的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白含量存在差异性[20]。综上,后路皮磨面团弹韧性及操作性能较好,前路皮磨、渣磨尾磨粉面团的筋力较弱,操作性能欠佳。皮磨和重筛粉抗拉伸强度较强,而心磨、渣磨尾磨相对较低。3B、4Bc的延伸度较大,其可塑性较好,延伸度大小将会影响制品的体积[21]。1Mc、2M、4M、1S、2S、1T的拉伸比例较大,面团较硬,发酵过程中可能会影响其膨胀性而导致制品体积减小;而3B、4Bc、5M～7M、2T、D3、Br2面团在发酵时可能因为过软而出现制品塌陷的情况。皮磨、重筛和打麸粉的拉伸曲线面积相对较大,表明面团的拉伸性能相对较好。综上,皮磨和重筛粉的面团拉伸性能相对良好。

2.2 油条品质分析

由表4可知,1B、2B、3B、3M、5M、6M、2T、D2、D3制作油条的含油量均低于3种油条专用粉,其中1B和3B含量相对较低;1B～4Bc、D2、D3和Br1的油条比容达到了专用粉油条的水平,后路心磨粉制作油条比容普遍较低,这与流变学特性的测定结果相一致;同时,1B～4Bc、Br1油条总评分均在80分以上,表明其接受度较高。综合分析得到,1B～3B以及D3系统粉制作的油条既维持了较低的含油量又保证了较好的适口性。

表3 小麦粉流变学特性Table 3 Wheat flour rheological properties

表4 油条品质分析Table 4 Analysis of fried dough sticks quality

2.3 相关性分析

由表5分析可知,水分含量较高的小麦粉在形成面团的过程中吸水率低,面团含水量少油炸后油条含水量少。灰分高的小麦粉基本为后路粉,所含小颗粒麸皮较多,会加深油条色泽从而影响油条评分。王鑫宇等[19]认为破损淀粉通过影响面团吸水率以及醒发效果进而影响制品品质。破损淀粉含量越高,面团吸水率越高[22]。付奎等[23]认为破损淀粉含量对面团面筋网络发育有较大影响,它会导致二硫键、游离巯基含量发生变化从而破坏醇溶蛋白与麦谷蛋白的稳定。破损淀粉含量过多或过少均对制品不好[19],因此,制品品质与破损淀粉含量并非呈完全的线性关系,而是在一定范围内,呈现出相对较好的品质。粗淀粉含量与油条评分极显著正相关,与油条含水量极显著负相关。粗蛋白含量与油条水分极显著正相关。粗淀粉含量与蛋白质含量和破损淀粉含量均存在着负相关性[24]。沉降值、SIG以及湿面筋含量与油条比容和评分均极显著正相关。因此,面筋蛋白的含量与质量均对油条品质有相关性影响,其中面筋质量影响更大。由表6可知,油条比容和感官评分与吸水率极显著负相关,与稳定时间和大部分拉伸指标显著正相关。以上结果表明,油条品质指标不仅与系统粉理化性质显著或极显著相关,并且也和大部分面团特性指标显著相关。

表5 系统粉理化性质与油条品质的相关性Table 5 Correlation between physicochemical properties of system flour and quality of fried dough sticks

表6 系统粉流变学性质与油条品质的相关性Table 6 Correlation between rheological properties of system flour and quality of fried dough sticks

2.4 主成分分析

2.4.1 系统粉品质的主成分分析

相关性分析中各指标信息相互重叠,相关系数也无法全面反映因素与结果之间的相关性。因此本研究选取了20项小麦粉指标进行主成分分析:X1-水分、X2-灰分、X3-白度、X4-破损淀粉、X5-粗淀粉、X6-粗蛋白、X7-沉降值、X8-SIG、X9-湿面筋含量、X10-面筋指数、X11-吸水率、X12-形成时间、X13-稳定时间、X14-弱化度、X15-粉质质量指数、X16-拉伸曲线面积、X17-拉伸阻力、X18-延伸度、X19-最大拉伸阻力、X20-拉伸比例。

为了克服不同指标间的量纲差异对分析结果的影响,须对原始数据进行标准化处理,之后再进行主成分分析可得到表7,只有前4个特征值大于1,分别为λ1=8.017,λ2=6.802,λ3=1.773,λ4=1.107。累计方差贡献率达到88.493%,表明这4个主成分可以综合反映不同系统粉品质的整体信息,因此接下来选择这4个主成分进一步分析。

表7 主成分特征值及贡献率Table 7 Principal component eigenvalue and contribution rate

表8 旋转成分载荷矩阵Table 8 Rotating component load matrix

成分荷载是各主成分与变量的相关系数,数值大小代表初始变量在综合变量中的贡献率高低,荷载绝对值越大的主成分与变量关系越密切,也更能代表这个变量[25]。由表8可知,第1主成分在大部分小麦粉基本指标、面筋特性指标以及大多数拉伸特性指标中载荷较高,表明第1主成分基本反映了这些指标的信息;第2主成分在破损淀粉、沉降值、粉质特性指标、拉伸曲线面积最大拉伸阻力指标中载荷较高,表明第2主成分基本反映这些指标的信息;第3主成分和第4主成分则分别反映弱化度与形成时间2个信息。根据上述分析,提取的4个主成分是可以基本反映全部指标的信息,因此,这4个主成分可以作为4个新的变量替代初始的20个变量对小麦粉品质进行表征。旋转成分载荷矩阵与对应的主成分特征值的算术平方根的比值即为4个主成分中每个指标对应的系数[26],再与标准化后的数据相乘,则构造出以下4个主成分表达式,F1～F4分别表示各主成分得分。

F1=0.166ZX1+0.249ZX2-0.284ZX3+0.150ZX4-0.311ZX5+0.336ZX6-0.042ZX7+0.277ZX8+0.241ZX9+0.294ZX10+0.163ZX11+0.072ZX12+0.152ZX13-0.134ZX14+0.187ZX15+0.122ZX16-0.284ZX17+0.260ZX18-0.091ZX19-0.310ZX20

F2=0.159ZX1-0.230ZX2+0.159ZX3-0.259ZX4+0.112ZX5-0.018ZX6+0.310ZX7+0.210ZX8+0.248ZX9-0.021ZX10-0.266ZX11+0.198ZX12+0.288ZX13-0.158ZX14+0.233ZX15+0.341ZX16+0.178ZX17+0.235ZX18+0.344ZX19+0.142ZX20

F3=0.119ZX1-0.125ZX2+0.187ZX3+0.295ZX4+0.195ZX5-0.133ZX6-0.122ZX7-0.132ZX8-0.106ZX9-0.074ZX10+0.302ZX11+0.354ZX12+0.358ZX13-0.332ZX14+0.420ZX15-0.193ZX16-0.011ZX17-0.156ZX18-0.224ZX19+0.022ZX20

F4=-0.365ZX1+0.200ZX2-0.192ZX3-0.237ZX4-0.135ZX5+0.062ZX6-0.357ZX7-0.108ZX8-0.107ZX9-0.064ZX10-0.136ZX11+0.605ZX12+0.115ZX13+0.337ZX14+0.158ZX15+0.062ZX16+0.086ZX17+0.023ZX18+0.082ZX19+0.052ZX20

以各主成分所对应的特征值占特征值之和的比例作为权重系数,建立主成分综合得分模型:

F=0.454F1+0.386F2+0.100F3+0.063F4。根据主成分综合模型可计算系统粉品质综合得分见表9。

表9 主成分综合得分Table 9 Principal component comprehensive score

根据表9综合评价结果:3B、4Bc、D3、Br2系统粉的综合得分为1.05～4.14,表明这些小麦粉综合品质较好;2B、5M～7M、D2、Br1系统粉的综合得分为-0.51～0.74,表明这些小麦粉综合品质一般;1B、1Mc～4M、1S、2S、1T、2T、D1系统粉的综合得分为-1.65～-0.72,表明这些小麦粉综合品质欠佳。

2.4.2 油条品质的主成分分析

选取了10项油条指标:X1-硬度、X2-脆性、X3-弹性、X4-内聚性、X5-咀嚼性、X6-回复性、X7-比容、X8-粗脂肪、X9-含水量、X10-感官评分。分别得到4个大于1的特征值:λ1=2.662,λ2=2.589,λ3=1.966,λ4=1.187。累计方差贡献率达到84.045%。

接下来通过旋转成分载荷矩阵构造4个主成分表达式如下:

f1=-0.266ZX1-0.428ZX2+0.313ZX3+0.541ZX4-0.061ZX5+0.382ZX6+0.312ZX7+0.044ZX8+0.056ZX9+0.322ZX10

f2=0.500ZX1+0.109ZX2-0.194ZX3+0.191ZX4+0.567ZX5+0.449ZX6-0.072ZX7+0.006ZX8+0.369ZX9+0.005ZX10

f3=0.235ZX1+0.386ZX2+0.119ZX3-0.091ZX4+0.206ZX5-0.155ZX6+0.495ZX7-0.118ZX8-0.360ZX9+0.565ZX10

f4=-0.051ZX1+0.082ZX2-0.390ZX3+0.044ZX4-0.069ZX5+0.116ZX6+0.011ZX7+0.865ZX8-0.233ZX9+0.134ZX10

主成分综合得分模型为:f=0.317f1+0.308f2+0.234f3+0.141f4

表10 主成分综合得分Table 10 Principal component comprehensive score

根据表10综合评价结果,4Bc、1Mc、D3粉制作油条品质的综合得分为1.08～1.54,表明油条品质相对较好;1S、D2、Br1、1T、5M、1B、3B粉制作油条品质的综合得分为0.08～0.93,表明油条品质一般;2B、D1、Br2、2M～4M、6M、7M、2S、2T粉制作油条品质的综合得分为-0.01～-1.45,表明油条品质较差。

3 结论

不同小麦粉的水分、灰分、破损淀粉、粗淀粉、粗蛋白、沉降值、SIG、湿面筋含量、面筋指数与油条含油量、含水量、比容以及感官品质显著或极显著相关;面团的吸水率、形成时间、稳定时间、粉质质量指数、拉伸曲线面积、拉伸阻力、延伸度、最大拉伸阻力、拉伸比例与油条含油量、含水量、比容以及感官品质也显著或极显著相关。

4Bc与D3小麦粉不仅品质好,制作出的油条品质也相对优异,非常适合油条的生产制作;3B粉品质较好,制作油条的含油量少并且也维持了油条的一般品质,1B油条品质良好且含油量少,但其面粉品质有待提升;Br2粉品质得分较高,但对于油条的生产适应性不佳;前路心磨、渣磨尾磨在面粉品质和油条品质方面均未达到较好的水平,不推荐作为油条粉的原料;同样地,重筛粉若用于油条生产,也需要与其他粉复配使用。