小麦粉主要组分对非发酵面团冻融循环后品质的影响
2016-12-26叶晓枫彭常安韩永斌
刘 永 杨 选 叶晓枫 杨 震 彭常安 韩永斌
(芜湖职业技术学院1， 芜湖 241006)(农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室 南京农业大学2，南京 210095)
小麦粉主要组分对非发酵面团冻融循环后品质的影响
刘 永1杨 选2叶晓枫2杨 震2彭常安1韩永斌2
(芜湖职业技术学院1， 芜湖 241006)(农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室 南京农业大学2，南京 210095)
通过分离重组方法研究小麦粉主要组分对非发酵面团冻融品质的影响。运用场发射扫描电镜观察到冻融循环后淀粉颗粒与面筋结构均发生不同程度的破坏。随着重组后面团中的蛋白质/淀粉含量比的下降，深层结合水相对含量下降(P<0.05)；与对照相比，生面坯剪切力与强韧性均呈逐渐下降趋势(P<0.05)；与对照相比，蛋白含量较高的样品，其熟面坯质构剖面分析(TPA)各指标变化较显著(P<0.05)；弹性模量G′与黏性模量G″均呈下降趋势(P<0.05)，但在升温过程中，G′与G″反而上升(P<0.05)，tan δ 变化幅度也逐渐变大，且淀粉糊化与蛋白变性的起始温度不断提前。因此，蛋白质与淀粉对非发酵面团冻融品质均有影响，提高面筋与淀粉含量比例可在一定程度上有效地缓解非发酵面团在冻融过程中的品质劣变程度。
小麦粉 主要组分 冻融非发酵面团 品质变化
冷冻面制品因其方便简单的食用越来越受到消费者的喜爱，但多次冻融循环降低了冷冻面制品的品质。研究表明反复冻融后，面团中由于冰晶重结晶与再生长作用，加剧了内部网络结构的破坏[1-3]，从而使得冷冻非发酵面团品质下降。然而，以高分子为主要成分的小麦粉体系比较复杂，蛋白质与淀粉作为其主要成分，两者的理化性质必然对面团的冻融品质有着重要影响[4-5]。目前研究小麦粉组分对面团或面制品品质的影响主要采用分离重组、统计分析法与客观评价的方法[6-7]。美国研究者指出，分离重组后的面团具有与小麦粉面团类似的组分，在本质上与其相似[6,8]。而我国在这方面起步较晚，且具体机理尚未完全清晰。此外，关于面团重组后，冷冻非发酵面团冻融品质变化的研究相对较少。
本试验将运用分离重组方法，以特制一等粉为原料，将小麦粉中面筋与淀粉分离，研究它们各自在经历冻融循环后内部结构的变化；再以不同比例进行重组，探讨配粉在经冻融循环后，面团水分特性变化、面团流变及质构等性质的变化，从而进一步阐明淀粉与面筋对非发酵面团冻融品质影响的机理。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
小麦粉为特制一等粉(含水量13.1%，湿面筋质量分数33.1%)：江苏扬州名佳食品有限公司。
TSK-9416和面仪：厦门灿坤实业股份有限公司；DZM-180型电动压片机：海鸥电器有限公司；Free-zone台式冻干机：美国Labconco公司；S-4800场发射扫描电子显微镜：日本高新技术公司；SCD-500离子镀膜仪：瑞士BAL-TEC公司；WXG-4目视旋光仪：上海精密科学仪器有限公司；TA-XT2i 质构仪：英国Stable Micro System公司；MCR 301流变仪：奥地利安东帕公司；MicroMR型核磁共振成像分析仪：上海纽迈电子科技有限公司。
1.2 淀粉-面筋分离与重组
1.2.1 淀粉分离提取
参照刘娟等[9]的方法，取适量的小麦粉用5倍体积的0.25% NaOH处理4 h，倾去上清液；重新加入0.25% NaOH处理3 h后，彻底清洗至无NaOH(pH=7)。浆液通过100目滤布，得到提取粗淀粉浆，静置12 h后，保留下层沉淀物，于4 000r/min条件下离心10 min。收集沉淀物，于50 ℃恒温箱中干燥，得到的淀粉块经粉碎，过60目筛，于干燥器中保存待用。
1.2.2 面筋分离
参考 Edward等[10]的方法，略有改进。试验将小麦粉与氯仿按照2∶1(V/W)的比例进行脱脂，再于室温下自然风干。再将其与适量1 mmol/L NaCl 混合形成面筋球，然后用手洗法(蒸馏水与小麦粉质量比为2∶1)洗涤得到面筋，冻干研磨成粉，过120目筛网得到面筋粉，于干燥器中保存备用。
1.3 配粉重组
参考Koksel等[11]的方法并作修改，测定前将原小麦粉、淀粉与面筋粉混合均匀。各配粉中原面粉的添加量恒定为50%(占配粉总量)，再以粗提面筋与淀粉按照表1进行配粉，分别用A1、A2、A3、A4、A5、A6表示，以100%原小麦粉作为空白对照(CK)。由于面筋粉和淀粉组分的水分含量较低，重组后将其含水量基本平衡在同一水平。试验前需将各组于50 ℃下烘干至恒重，待用。
表1 淀粉与面筋混合的配粉方案/%
1.4 冻融非发酵面团制作
将配粉与水按2∶1混合，和面15 min，终温控制约20 ℃。将和好面团用保鲜膜包裹，常温下稳定1 h，制成小面团，于液氮中速冻20 min后，置于-18 ℃冰箱中冷藏1 d，取出部分于30 ℃下解冻2 h，此解冻好的面团记为第1次冻融循环，依次重复4次，得到第4次冻融循环的样品即本试验样品,待测。
1.5 测定指标与方法
1.5.1 淀粉与面筋粉冻融稳定性[12]
称取一定质量样品，分别与一定量的水混合，于室温下放置1 d，使其充分持水，再于3 500 r/min下离心10 min，保留沉淀，盖紧盖子，重复步骤，至质量几乎不再变化，记作第0次冻融循环(F0)，称其质量；接着放入-18 ℃冰箱中冻藏1 d后，取出于30 ℃恒温箱中解冻2 h，再次于3 500 r/min离心10 min，重复此前操作步骤，分别记作第1、2、3、4、5次冻融循环，即F1、F2、F3、F4、F5。称取各沉淀物的质量，计算其析水率：
析水率= (冻融前质量-冻融后质量) /冻融前质量×100%。
1.5.2 场发射电子扫描显微镜(FESEM)观察
取样品于pH 7.0 的2.5%戊二醛溶液在4 ℃冰箱预固定10 h，电镜扫描前于2.5%戊二醛溶液中固定2 h，用pH 7.0的0. 1 mol/L磷酸盐缓冲液清洗3次，每次5 min，再用1%四氧化二锇固定1.5 h，0.1 mol/L磷酸缓冲液冲洗，用10%、20%、40%、60%、80%、100%乙醇进行梯度脱洗，每次20 min。用丙酮与CO2临界点干燥法进行干燥，待用。
采用场发射扫描电子显微镜(FESEM) 观察淀粉与面筋样品在经历0、2、4次冻融循环后其微观形态变化情况。上样方法：取小块双面胶贴于场发射扫描电镜载物台上，取经预处理的样品轻轻敷在双面胶上，然后将样品放入镀金器中喷金。测定时电子枪加速度为 15.0 kV，分别于5 000放大倍数下，观察淀粉样品；于2 000放大倍数下，观察面筋样品，扫描、照相。
1.5.3 重组配粉及冻融面团品质
淀粉含量测定：采用1%盐酸旋光法[13]；蛋白质含量测定：采用国标GB 5009.5—2010[14]测定。
1.5.4 水分分布与迁移
参考叶晓枫等[15]的方法。
1.5.5 质构特性
参考叶晓枫等[15]的方法，试验中样品直径5 cm厚度3 cm。
1.5.6 流变学性质
1.5.6.1 频率扫描测定
参考叶晓枫等[15]的方法。
1.5.6.2 温度扫描测定
采用振荡模式下的温度扫描试验，参考Gujral等[16]的方法。温度扫描参数：平板直径：50 mm，夹缝距离：1.5 mm，应变：0.5%；升温范围：25～95 ℃；恒定频率：1 Hz；升温速率：5 ℃/ min。
1.6 数据统计与分析
2 结果与分析
2.1 淀粉与面筋冻融的稳定性
本试验冻融稳定性用析水率来反映[17]。在冻融循环过程中，淀粉与面筋不断有水析出，且两者的吸水速率均呈先上升后趋缓，其中淀粉析水率显著上升(P<0.05)，且析水速率高于面筋(图1)，可能是因在冻融初期，由于样品中半结合水较多，在外力作用下大幅损失，或冻融处理使淀粉分子-分子之间相互作用增强，促使形成网状结构，致使淀粉分子与水分子之间相互作用减小[18]，离心后可析出大量水分；在F3后，面筋冻融稳定性显著优于淀粉(P<0.05)，可能是由于原淀粉间分子链断裂，分子间结合力较大幅度下降，或重新排列形成氢键，使淀粉分子结合的水分更易排出，发生水分离析[18-19]；淀粉较高的析水率还与上升的直链淀粉含量有关[20]。冻融冻藏中的面团，其水分失去的难度会随着时间增加而增加[21]。多次冻融循环使淀粉网状结构被加强，形成“水笼”，水分被锁入笼中，致使析出水分速度趋于平缓；而面筋网络的强交联作用，使其锁水能力较强，故析水变化不显著(P>0.05)。
图1 反复冻融下淀粉与面筋粉冻融稳定性变化
2.2 冻融循环下淀粉与面筋粉FESCM观察结果
图2为经0、2、4次冻融循环后淀粉与面筋粉团在场发射扫描电子显微镜下所呈现的形态。图2a～图2c中，冻融前，大多数淀粉颗粒呈近似球状；在F2后，仍可见少部分球状颗粒，但呈现较多不规则状颗粒；在F4后，视野中出现更多分散的淀粉小颗粒，说明多次冻融循环导致淀粉颗粒遭受不同程度的机械性破坏。由于淀粉颗粒内部具有微孔[22]，其无定型通道和内部空腔结构的存在会有利于水分迁移、冰晶成核与生长，而冰晶的增大对淀粉微孔和内部空腔结构产生较大的机械膨胀压力和渗透压，反而不利于它们结构的维持而造成严重破坏[23]，最终导致淀粉颗粒形态发生变化。
由图2d～图2f可知，F0时面筋团表面较致密，结构明显紧凑但不光整，且呈色较深；F2时面筋团表面能明显观察到连续、清晰的束状面筋网络，同时有少量孔洞出现、表面较平坦，且呈色较浅；F4时面筋团出现明显的断裂，表面变得非常粗糙，出现更多的孔洞，结构松散。这说明反复冻融也会对面筋团结构造成不利影响，冰晶的生长与重结晶使得较大冰晶逐渐增多，对面筋基质的机械破坏更剧烈[24-25]，产生类似“撕扯”的力，致使面筋团的纤维状逐渐变细，甚至出现孔洞或断裂。因此，图2更好地印证了经历冻融循环后的淀粉与面筋粉不断失水与冻融稳定性下降的解释。
注：a,b,c,分别表示于5 000倍数下冻融0、2、4次的淀粉微观形态；d,e,f,分别表示于2 000倍下冻融0、2、4次的面筋微观形态。
图2 反复冻融下淀粉与面筋粉的场发射扫描电子显微镜照片
2.3 配粉主要成分测定
通过向小麦粉中添加由其自身分离所得的面筋粉和淀粉，按不同比例重组形成蛋白质和淀粉相对含量不同的系列混合小麦粉，其主要理化性质如表2所示。由于样品面团具有与原小麦粉面团类似的组分，小麦粉中脂肪含量很低，酶活性也很低对面团的特性影响甚微，因此在本质上与原面团相似[6,10]，能准确地反映面团主要组分含量对冻融条件下的非发酵面团品质的影响。由表2看出，重组体系仍主要含淀粉和蛋白质，随着淀粉与面筋粉混合比例逐渐升高，其淀粉与蛋白质质量分数比也呈明显上升趋势，且组间质量分数差异显著(P<0.05)。
表2 配粉的理化指标(以干基计)/%
注：CK, A1～A6分别表示不同比例淀粉-面筋粉混合后得到的配粉样品，下同。
2.4 冻融循环下重组面团的水分分布
利用低场核磁共振技术并运用FID和CPMG序列可获得冻融处理后非发酵面团的弛豫时间T2反演谱(图3)，图谱中明显看到2个峰，其中峰1与峰2的T2(1)与T2(2)出现时间均发生变化，表明不同的面筋/淀粉含量比使得面团中的水分结合状态发生变化。图谱中，A1～A5的T2(1)出现时间呈一定的规律，即面筋含量较高的样品，T2(1)出现时间较短，说明水分结合越紧密，越不易迁移。
图3 冻融循环下重组面团的横向弛豫时间反演谱
图4反映F4下各配粉面团中水分分布情况。由图4看出，冻融循环后随着重组面团中面筋/淀粉下降，深层结合水所占比例呈下降趋势，由27.13% 降至18.89%，说明面筋相对含量较高，其不可迁移水分含量越高；淀粉相对含量越高，其可迁移的水分比例越高，易迁移散失[26]，致使失水率升高。可见，面筋相对含量较高可在一定程度上缓解失水率，而淀粉相对含量较高在一定程度上会提高其失水率。
图4 冻融循环下重组非发酵面团水分中深层结合水比例
2.5 冻融循环下重组面团的质构特性
2.5.1 冻融下重组面团生面坯剪切力与强韧性
由表3看出，随着重组面团面筋/淀粉比值下降，其剪切力与强韧性呈逐渐下降趋势，其中面筋含量较高的，其剪切力与强韧性均显著高于空白组，说明在一定程度上面筋含量越高，更能促进分子内或分子间交联作用，使其持水能力增强，以减缓冻融过程中的水分流失[27-29]，使得硬度与筋力越大；而淀粉含量较高时，变化幅度较小。与淀粉相比，蛋白质对冻融面团剪切力与强韧性影响较显著。因此，提高面筋/淀粉比可在一定程度上缓解其剪切力与强韧性的劣变。
表3 冻融循环下重组非发酵面团剪切力与强韧性的变化
2.5.2 冻融下重组面团熟面坯的TPA
由表4看出，冻融循环下的重组面团随着面筋/淀粉比的变化，其熟面坯TPA均有所变化。随着蛋白含量的下降，硬度呈先显著下降(P<0.05)后趋于平缓，可能是蛋白含量减少引起面筋形成量减少而软化面团，Park等[30]也指出较高蛋白含量的熟面制品硬度更大；黏性则呈“下降-上升”趋势，面筋量的减少使得持水力下降以及高含量淀粉糊化后黏性增强[31]。淀粉含量较高的样品，除黏性之外，其余TPA指标变化均不显著。因此，与淀粉相比，蛋白质对非发酵冻融熟面坯TPA影响更显著。
表4 冻融循环下重组非发酵熟面坯TPA的变化
2.6 冻融循环下重组面团的流变特性
2.6.1 面团重组对频率升高过程中冻融面团动态流变学特性的影响
图5反映冻融循环下引入不同比例的面筋-淀粉对非发酵面团动态流变学特性的影响。在恒定温度进行的频率扫描能够提供面团内分子结构的一些信息，如图5所示，在频率为 0.1～40 Hz 的范围内进行扫描时，面团的弹性模量G′和黏性模量G″ 始终随着频率增加而增大。当频率相同时，所有样品的G′ 仍均大于G″。
图5 冻融循环下重组非发酵面团弹性模量、黏性模量与损耗角正切tan δ的变化
在冻融条件下，随着面筋-淀粉混合添加比例的下降，重组面团的G′和G″均显著下降(P<0.05)，其中A1～A3的G′和G″均显著高于对照，但损耗角正切值 tanδ变化有所差异，其中在A6与A1时，tanδ较小，可能是因为当面筋含量较高时，冻融过程中冰晶的机械力反而会加剧对其结构破坏，导致高聚物含量降低，而A1面筋含量过高，使其具备一定程度的“冰晶耐受力”，经冻融循环后仍具有较高含量的高聚物，而A6淀粉含量过高，在冻融过程中的淀粉颗粒将自身含量较低的高聚物包裹起来而起到保护作用。说明在一定程度上，改变面筋与淀粉的相对含量能缓解冻融后非发酵面团黏弹性的劣变，即在一定范围内提高蛋白质含量或降低淀粉含量可有效改善面团流变特性。
2.6.2 面团重组对升温过程中冻融面团动态流变学特性的影响
图6反映经历冻融循环后的重组面团在升温过程中面团动态流变学特性—弹性模量G′与黏性模量G″的变化情况。由图6a可知，在45.4 ℃时，A6弹性模量G′与黏性模量G″均随温度的升高先呈轻微下降，在46.6 ℃时开始大幅增加，在78.6～79.6 ℃时达到最大值，继后迅速下跌，在95 ℃时两者均低于其它组；其余分别在25～48.9、25～50.1、25～54.9、25～56.1、25～60.8 ℃时，A5～A1的G′ 陆续呈现轻微下降趋势，分别在50.1、53.7、56.1、57.3、60.8 ℃时开始增加，至82.2、85.7、86.9、89.3、90.5 ℃时分别达到最大值。G′ 迅速增大，可反映淀粉的糊化与蛋白质的热变性的进行[31]，说明随着添加面筋/淀粉比的下降，开始淀粉糊化与蛋白质热变性时的温度不断提前，且在一定范围内整体呈上升趋势，但当超过某一界限值时又迅速下降。说明高含量淀粉在升温过程中由于糊化与凝胶化的作用[32]可在一定程度上可提高面团弹性。
由图6b可知，与G′ 呈现相似的变化规律，且G′ 始终大于G″。G″的上升与淀粉的溶胀有关[33]。淀粉含量较高时，重组面团冻融后G′与G″上升速率越大，说明淀粉更易糊化，且对在升温过程中面团流变性的影响要显著于面筋蛋白的变性。由图6c可知，随着温度的升高，tan δ 逐渐减小，说明在升温过程中冻融面团中高聚物的含量逐渐增多，反映出聚合度也逐渐增大。随着添加面筋/淀粉比的下降，tan δ 变化幅度也逐渐变大。因此，冻融循环后重组面团在升温过程中动态流变学特性的变化受淀粉的影响更大。
图6 升温过程中重组面团流变学参数的变化
3 结论
冻融循环使得淀粉颗粒与面筋结构发生不同程度的破坏，且面筋结构受损程度较为严重；面筋冻融稳定性显著优于淀粉。重组面团中，面筋/淀粉含量比影响着冻融面团的品质。随着蛋白质/淀粉含量比的下降，深层结合水相对质量分数由27.13% 降至18.89%，即较易发生迁移的水分有所增多；与对照相比，生面坯的剪切力与强韧性均呈下降趋势(P<0.05)；与对照相比，蛋白质相对含量较高时，TPA各指标变化较显著(P<0.05)；G′与G″均呈下降趋势；但在升温过程中，G′与G″反而呈上升趋势(P<0.05)，tan δ 变化幅度也逐渐变大，且开始发生淀粉糊化与蛋白变性的温度不断提前。因此，提高面筋与淀粉含量比例可在一定程度上有效地缓解非发酵面团在冻融过程中的品质劣变程度。
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Effect of Flour Main Components on the Qualities of Non-Fermented Dough After Freeze-Thaw Circles
Liu Yong1Yang Xuan2Ye Xiaofeng2Yang Zhen2Peng Chang′an1Han Yongbin2
(Wuhu Institute of Technology1, Wuhu 241006)(Key Open Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality Control of Ministry of Agriculture Nanjing Agricultural University2, Nanjing 210095)
The effect of flour main components on the qualities of non-fermented and freeze-thaw dough were investigated through separation and recombination method.The results showed that the structure of starch and gluten suffered different degrees of damage by using SEM. With the decline in the ratio of protein to starch content in
non-fermented and freeze-thaw dough, the relative content of deep-bound water decreased after recombination(<0.05), firmness and toughness both decreasd compared to the control group(<0.05), TPA indexes all had significant changes in samples with higher protein(<0.05), the storage modulus G′ and loss modulus G″ both fell behind(<0.05), while G′ and G″ both decreased and during heating G′ and G″ increase (<0.05) the amplitude of variation in tan δ rose was great, the initial temperature of starch gelatinization and protein denaturation was gradually advanced. Therefore, protein and starch both have certain influences on the qualities of non-fermented and freeze-thaw dough, and improving the ratio of gluten to starch content can effectively alleviate the deterioration of non-fermented and freeze-thaw dough to some extent.
wheat powder，main components，non-fermented and freeze-thaw dough，changes of quality
TS201.1
A
1003-0174(2016)04-0016-08
：2016-01-29 14:23:26
：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2864.TS.20160129.1423.006.html
江苏省农业支撑(BE2014366)
2015-04-13
