糯小麦粉配粉对小麦加工品质的影响(Ⅲ)对微观结构的影响

孙 链孙 辉姜薇莉雷 玲李光涛

(雨润食品有限公司1,马鞍山 243000)

(国家粮食局科学研究院2,北京 100037)

糯小麦粉配粉对小麦加工品质的影响(Ⅲ)对微观结构的影响

孙 链1,2孙 辉2姜薇莉2雷 玲2李光涛2

(雨润食品有限公司1,马鞍山 243000)

(国家粮食局科学研究院2,北京 100037)

利用扫描电镜技术(SEM)研究糯小麦与非糯小麦籽粒微观结构的差异以及糯小麦粉配粉对面食品微观结构的影响,以探讨糯小麦粉对面食品品质影响的原因。结果表明:糯小麦籽粒中淀粉与蛋白结合状态受品种硬度的影响,仅从 SEM照片上无法分辨出淀粉颗粒大小分布的差异;非糯小麦糊化后的凝胶内部结构坚实,糯小麦则结构疏松多孔、呈现均匀的网状结构且孔壁薄而透亮;随着糯小麦粉配比的增加,凝胶逐渐变得疏散、蓬松、多孔,且所形成的空隙壁也呈现逐渐变薄、均匀透亮的蜂窝状。糯小麦面团蛋白质基质不连续,薄而透亮呈鳞片状,且与淀粉结合松散,非糯小麦面团网络坚实、结构连续,且与淀粉颗粒紧密结合;糯小麦粉的添加使得配粉面团面筋逐渐弱化、不连续,结构逐渐疏散。

糯小麦 籽粒 面团 扫描电镜技术 显微结构

面食品食用品质主要由小麦粉蛋白质和淀粉等成分的特性决定[1]。此外,食品的加工处理方法 (烘焙和蒸煮)和储藏环境也影响着食品的质地[2]。在食品加工中,面团和淀粉糊化凝胶的结构则是决定最终产品品质的最重要因素。

面团的微观结构决定着面团的宏观特性。面团的组成、蛋白质与淀粉的空间排列以及它们之间结合键的种类等都直接影响面团的流变学特性[3]。因此分子水平的微观结构观察将有利于面团结构的研究。关于面团的结构,早期的研究主要集中在从面团中分离出的面筋上[4-6],而并没有对面团进行系统的研究。后期关于面团结构的报道:面团的结构就是未糊化的大小淀粉颗粒镶嵌在充分水化的蛋白质形成的面筋网络中[2-3,7],对于蒸煮食品,则是充分糊化膨胀的淀粉颗粒与变性的蛋白质遇冷时所形成的凝胶。有学者对面团的形成过程和面团中添加外来物质对面团结构的影响进行研究,进而通过面团的微观结构变化来预测食品品质的好坏[3,7]。对于面条结构的研究,Dexter等[8]通过电镜扫描比较了日本小麦与硬粒小麦制作盐白面条时面团结构的差异并发现:与硬粒小麦面团相比,日本小麦制作的面团结构比较松散,淀粉颗粒比较松散地镶嵌在面筋网络里。Bushak等[9]和Létang[3]比较了面包面团在形成过程中结构的变化,结果表明:充分形成前的面团结构不均匀,而形成后的面团结构均匀,面筋网络均匀连续,淀粉颗粒很均匀地分布在面筋上。

糯小麦极低的直链淀粉含量赋予糯小麦粉极高的面团吸水率和淀粉膨胀体积。糯性淀粉快速的吸水糊化和极高的 RVA黏度特性将会对面食品微观结构产生影响,进而影响食品品质。关于糯小麦与非糯小麦配粉所形成的面团、淀粉凝胶及面条结构研究较少。国内学者通过电镜扫描分别对糯小麦粉、糯小麦淀粉扫描发现,糯小麦粉、非糯普通小麦粉(郑 9023)与淀粉在微观结构上表现出极大的差异[10]。然而对于样品的处理方法,采用传统的处理方法 (固定、漂洗、再固定、漂洗、脱水、再固定)对于面团的内部结构的破坏极大,能造成面筋蛋白结构的破坏,同时在漂洗过程中还能使一部分淀粉颗粒从中释放出来,造成观察结果失真。

本试验采用样品直接固定冷冻干燥的方法对样品进行前处理,主要通过 SEM(Scanning Electron Mi2 croscopy)对不同配比的糯小麦粉配粉面团淀粉凝胶进行观察,研究糯小麦粉对面团结构和凝胶结构的影响,探讨糯小麦粉影响食品品质的作用机理,为糯小麦粉在食品工业中的广泛应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

中糯一号、蓝糯、农大60和农大393来自中国农业大学植物遗传育种系小麦品质研究室;皖麦 38由安徽农业大学农学院提供;澳大利亚白麦来自于中储粮总公司三河直属库。小麦 (除澳大利亚白麦外)在实验室用布勒实验磨制粉。各小麦品种的出粉率如下:中糯一号为 68.4%;蓝糯为 68.2%;农大 60为70.6%;皖麦 38为 73.6%。小麦粉放置一周后配粉备用。各测定化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器

S-3000N型扫描电子显微镜 (SEM):日本日立公司;Free Zone 2.5型低温冷冻干燥机:LABCONCO公司;实验面条制作机:日本 OHTAKE株式会社;E型粉质仪:德国 Brabender公司;RVA-3D+型快速黏度测定仪 (RVA):澳大利亚 Newport公司;Perten单颗粒谷物分析仪(SKCS):瑞典波通公司。

1.3 麦粒的处理

选择饱满、完整的原粮小麦颗粒 (每份样本 3粒,以防杂、假),擦干净,将麦粒横切成厚度约为1.0 mm的薄片,选直径较大的作为观察用样本。小麦颗粒样本均喷金镀膜,然后放在扫描电子显微镜下,进行观察、拍照。麦粒的硬度采用 SKCS按照AACC方法测试[11]。

1.4 RVA凝胶样品的制备

根据 LS/T6101—2002标准[12],将不同配比的糯小麦粉进行 RVA黏度试验。试验结束后,立即取下冷却回生的凝胶,进行低温冷冻。取出冻结的 RVA凝胶进行 CO2临界冷冻干燥,并将喷金镀膜处理好的样品立即放入电镜载物腔体内抽至真空,加压 (20 kV),然后观察、拍照。

1.5 面团试样的制备

按照 GB/T14614—1993的方法[12]用 Brabender粉质仪(50 g小钵,30℃)将不同配比的糯小麦粉加入 30℃水,使其至最大稠度 (500 FU),立即关机。轻轻地取下面团,将所得面团立即进行低温冻结,并将冻结的面团放入低温冷冻干燥机 CO2临界点冷冻干燥。干燥后的样品处理同 1.4。

2 结果与分析

2.1 糯小麦与非糯小麦籽粒内部微观结构的比较

图 1所示为 2个糯性小麦和 4个非糯小麦籽粒的横断面电镜照片,可以看出胚乳淀粉与蛋白的结合、结构组成和淀粉、蛋白质在小麦籽粒中的形态。

图 1 糯小麦与非糯小麦颗粒截面 SEM微观结构比较(×1000)

在图 1中可以清晰的看到圆形或椭圆形的淀粉颗粒和白色连续凝胶状的蛋白质基质,其中淀粉颗粒有大小之分,有盘形或透镜形的大颗粒,直径约25μm,近球形的小淀粉颗粒,直径约为 5μm,另外还有介于二者之间的中等大小的淀粉粒。大小淀粉颗粒均以一定形式镶嵌在连续的蛋白质基质中。

不同小麦品种的结构有所不同。2种糯小麦中,蓝糯蛋白与淀粉结合较为紧密,空隙较少,紧密的蛋白与淀粉结合体使得颗粒微观结构出现了裂缝 (图1a);中糯一号(图 1b)的淀粉与蛋白结合较为松散,蛋白质基质本身也较为松散,蓬松状的不连续的蛋白质几乎不能完全附着小的淀粉颗粒,许多小淀粉颗粒已经从上面流失。4个非糯小麦的结构也有差异。农大 60(图 1d)淀粉与蛋白质结合比较松散,淀粉颗粒零散地分布在不连续的蛋白质中,同时淀粉颗粒感很强,胚乳细胞的轮廓几乎不可见。而农大393(图 1e)和皖麦 38(图 1f)结构则截然不同,尤其是皖麦 38,淀粉与蛋白结合非常紧密,空隙较少,连续的蛋白基质几乎浸润了所有的淀粉颗粒,从 SEM中仅能模糊地观察到大的 A型淀粉颗粒,且颗粒感也较差,胚乳细胞的轮廓清晰看见。

籽粒的微观结构主要受籽粒硬度影响,Lup2 ton[13]发现,硬质小麦的大淀粉颗粒嵌合在厚厚的蛋白质基质中,而软质小麦的蛋白质基质明显减少。本研究结果也证实了这种结论。农大 60、农大 393、皖麦 38的籽粒 SKCS硬度值分别为 33、67、72,蓝糯和中糯一号的硬度分别为 60和 38,即农大 60属于偏软质小麦,而农大393和皖麦 38则为偏硬质小麦;糯小麦中蓝糯的硬度要明显高于中糯一号。

Gianibelli[14]的研究中发现,糯小麦的小颗粒淀粉较多,是糯小麦粉独特的、极高的吸水率的基础。本研究仅从电镜照片上无法证实这一现象。尽管 2种糯小麦与配粉用的 3种非糯小麦相比,其 SEM照片中小的淀粉颗粒较多,尤其是中糯一号。但是,在非糯性的软质小麦——澳大利亚软白麦的 SEM图片中 (图 1c),也可以看到数量众多的小颗粒淀粉。因此,仅从电镜照片上无法分辨出淀粉粒的这种差异。

2.2 糯小麦粉配粉对小麦粉 RVA糊化凝胶结构的影响

糯小麦粉与非糯小麦粉 RVA糊化冷凝凝胶微观结构有着很大的不同。如图 2所示,非糯小麦粉皖麦 38(图 2a)经 RVA糊化冷凝后所形成的凝胶结构甚为紧密,坚实,糊化的淀粉与变性后的蛋白溶为一体,没有任何缝隙,表面较光滑,结构致密坚实的混合体与结构蓬松的糯小麦粉 RVA凝胶有着显著的不同。中糯一号(图 2h)凝胶结构疏松多孔,呈空隙甚多的网状结构;同样,蓝糯(图 2i)凝胶也具有疏松多孔的松散结构,凝胶整体呈蜂窝状。糊化冷凝后的糯小麦凝胶以疏松多孔且孔壁薄而透亮的结构区别于结构紧密坚实的非糯小麦凝胶。糯小麦粉对小麦粉 RVA糊化凝胶结构影响很大 (见图 2b至图2g),配粉凝胶结构随着配比的增加而逐渐变得疏散、蓬松、多孔,且所形成的空隙壁也呈现逐渐变薄、均匀透亮的蜂窝状的趋势,尤其当配比增加到 50% (图 2g),蜂窝状的结构已经接近糯小麦粉所形成的凝胶结构。快速糊化、峰值高、低终止黏度和回生值的糯性凝胶对皖麦粉 38的淀粉糊化可能产生了影响,迅速糊化膨胀的糯性淀粉包裹着待吸水膨胀糊化的非糯淀粉颗粒,使得整个体系淀粉不能充分糊化,未糊化的小淀粉颗粒清晰可见 (图 2g)。结构疏密适中且光滑透亮的凝胶结构有可能改善蒸煮面食品,尤其是面条食用品质,使面条光滑透亮。

图2 糯小麦粉、非糯小麦粉及配粉RVA糊化凝胶SE M照片(×500～1000)

2.3 糯小麦粉对配粉面团微观结构的影响

糯小麦粉与非糯小麦粉通过粉质仪制得的最佳形成面团微观结构在 SEM下有着明显的不同。图 3f所示为糯小麦中糯一号面团的微观结构。其蛋白质所形成面筋形态呈薄而透明的鳞片状,且不连续,也没有与淀粉颗粒紧密的镶嵌。大小淀粉颗粒清晰可见,整体面筋结构也呈现松散的状态。而非糯小麦面团结构则不同 (图 3a所示),面团坚实、紧密、连续,淀粉颗粒深深地埋藏在内部。非糯小麦面团的连续面筋区别于不连续的糯小麦面筋,非糯小麦面团的这种结构与非糯小麦粉 RVA糊化凝胶结构有些类似,所不同的是,RVA凝胶结构中淀粉颗粒已完全糊化,而面团中淀粉颗粒清晰可见。图 3b至图 3e是中糯一号与农大 60在 15%、20%、25%和 30%配比下面团的微观结构。可以看出,随着糯小麦粉的添加和配比的递增,面团整体上呈现筋力变弱,结构逐渐疏散,面筋不连续的趋势;筋力变弱的面筋网络逐渐开始流稀,不连续的面筋已经不能完全吸附未糊化的淀粉颗粒,整体结构变的疏散蓬松。

图 3 糯小麦粉、非糯小麦粉及配粉面团 SEM照片(×1000)

3 结论和讨论

3.1 糯小麦与非糯小麦籽粒内部微观结构的比较

前人研究表明,与非糯小麦相比,糯小麦淀粉颗粒中含有更多的小颗粒淀粉,占总淀粉质量的 30%以下,而数目占 90%以上[15-18]。更高比例的小淀粉颗粒将有利于增大淀粉颗粒的比表面积,与水接触的面积就会增大,因此有利于吸水率的提高;同时使糯小麦粉具有更高的吸水膨胀能力,对淀粉的糊化特性则具有正向作用。但是本研究仅仅从电镜照片上分辨不出这种差异,应分别提取不同大小的淀粉粒分别进行定量,以做进一步的研究。

对于淀粉颗粒形状的研究中,透镜或盘型的 A型淀粉与圆形的 B型淀粉清晰可见,这显著的区别于有些玉米品种的呈多边形淀粉颗粒形状;关于淀粉与蛋白结合在颗粒中所呈现形态的研究上,本研究结论与只采用中糯一号所得到的结论不一致[19]。对比 2种糯小麦品种可以看出,淀粉颗粒与蛋白结合紧密程度以及蛋白所呈现的状态与小麦品种硬度有关,而与糯和非糯的性质无关。在本研究中,偏软质弱筋的中糯一号小麦籽粒体现了淀粉颗粒感很强,零散的分布在蓬松状的不连续的蛋白基质上,而偏硬质的蓝糯的淀粉和蛋白质基质的结合紧密程度较高,蛋白质基质的的连续性较好。

3.2 关于 RVA糊化冷凝凝胶结构的研究

淀粉的糊化及冷凝后所形成凝胶是蒸煮食品所必经的环节。冷凝后所形成凝胶结构在很大程度上影响蒸煮食品的品质和质地,尤其是馒头和面条。而关于RVA凝胶微观结构的 SEM研究较少。本研究中,糊化冷凝后的糯小麦凝胶以疏松多孔且孔壁薄而透亮的结构区别于结构紧密坚实的非糯小麦凝胶。糯小麦粉对小麦粉 RVA糊化凝胶结构影响很大,使得配粉凝胶结构随着配比的增加而逐渐变得疏散、蓬松、多孔,且所形成的空隙壁也呈现逐渐变薄、均匀透亮的蜂窝状;这种结构疏密适中且光滑透亮的凝胶结构将有可能改善蒸煮面食品,尤其是面条的食用品质和质地特性。糯小麦粉配粉对面条,尤其是煮后面条的微观结构的影响应做进一步的研究,以便与RVA结果进行比较和验证。

3.3 糯小麦粉对面团微观结构的影响

利用粉质仪按粉质吸水率加水制得模拟面包制作中和面完成的面团。糯小麦面团内部结构松散,蛋白质不连续,淀粉颗粒清晰可见,本研究所采用的面团是最佳形成面团,理论上,面团中淀粉颗粒与面筋结合程度最佳,面筋也具有最佳的形成状态。相比而言,非糯小麦面筋网络坚实、紧密、连续,淀粉颗粒深深地埋藏在内部;蛋白质不连续的薄而透亮鳞片状且与淀粉结合松散的糯小麦面团区别于结构面筋网络坚实、连续,且与淀粉颗粒紧密结合的非糯小麦面团。在对糯小麦粉对配粉面团影响的研究中,面团整体上呈现筋力变弱,结构逐渐疏散,面筋不连续的趋势。

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FlourBlendingwithWaxyWheat Flour(Ⅲ) Effect onMicrostructure ofWheat-Based Food

Sun Lian1,2Sun Hui2JiangWeili2LeiLing2Li Guangtao2

(Yurun Food Corporation1,Ma’anshan 243000)
(Academy of State Administration of Grain2,Beijing 100037)

To investigate the mechanis m of the effect of waxy flour blending to wheat-based product quality, the microstructures ofwheat kernel,RVA gel and developed dough ofwaxywheat,non-waxywheat and their blends were studied with scanning electron microscope(SEM)technology.Results:The microstructure of a wheat kernel de2 pendson kernel hardness and there is no obvious difference observed from the SEM photos between a waxywheat ker2 nel and a non-waxy wheat kernel.The internal structure of RVA gel of non-waxy wheat flour is fir m while that of waxy flour is soft,spongy and netlike with very thin and transparent cells.W ith blending ofwaxy flour,the microstruc2 ture of RVA gel turns to be floppy and lacunaris and the cell wall becomes thinner.The protein matrix of developed dough ofwaxy wheat is discontiguous,thin,bright and scalelike with loose connection of starch granules,while that of non-waxywheat is very firm and contiguous and combined with starch granules very tightly.The blending of waxy flour results in a weaker and more incompact structure of dough.

waxy wheat,kernel,dough,SEM,microstructure

TS211.4 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)03-0001-05

国家自然科学基金项目(30671290)

2009-03-26

孙链,男,1983年出生,硕士,粮食、油脂及植物蛋白

孙辉,女,1971年出生,博士,副研究员,粮食品质与标准化