预糊化小麦粉的热力学和糊化特性研究

刘少广，邹恩坤，张立军

1.无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)2.中粮面业(海宁)有限公司 (海宁 314400)

预糊化小麦粉的热力学和糊化特性研究

刘少广1，邹恩坤1，张立军2

1.无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)2.中粮面业(海宁)有限公司 (海宁 314400)

以脱皮小麦为原料，利用气流膨化的方式，制备出不同糊化度的预糊化小麦粉，分别对其颗粒超微结构、热力学特性、糊化特性等性质进行了分析。实验结果表明，小麦籽粒内淀粉的糊化度随气流膨化压力的增加而上升，气流膨化压力在0.8 MPa时，淀粉几乎完全糊化。预糊化小麦粉的糊化度越高，其A、B型淀粉粒的裂解程度和"软团聚"现象越剧烈，其热糊粘度和冷糊粘度越低，淀粉越不容易回生，糊化度为46.86%淀粉热糊稳定性最好。

糊化度;预糊化小麦粉;特性分析

预糊化淀粉是一种的多孔状、无明显结晶的淀粉颗粒。预糊化淀粉因其方便经济的制作方法，粘性大，可在冷水中迅速糊化等特点而被广泛应用于食品、造纸、医药、饲料、化妆等行业。预糊化淀粉由于其易消化、食用方便、可即食等特点，被广泛地应用于速溶食品、调味品的生产。因其持水性强、可保湿、延缓老化等特点，也被用于蛋糕、糕点和面粉的制作过程中。由于有着较好的冻融稳定性，预糊化淀粉用在速冻食品中可避免产品开裂现象，提高良品出率。在肉制品生产过程中，加入适量的预糊化淀粉可提高成形性便于食品加工，同时还可可改善产品的弹性和口感。

工业上预糊化淀粉的生产多是采用滚筒干燥、喷雾干燥、脉冲喷气法以及挤压膨化等方法。除挤压膨化法外这些方法在制备预糊化淀粉的过程中均需先制备淀粉浆，并且借助化学制剂对淀粉浆的pH值及淀粉浆特性进行调整，从而提高糊化液的粘度稳定性和老化特性，然后干燥粉碎后得到预糊化淀粉；这个过程中由于需要蒸发掉大量的水不经济，同时使用化学加工助剂也不利于食品安全。虽然挤压膨化的方式可以克服上述两个弱点，但在进行膨化时需要先将小麦磨制成面粉后再加入淀粉调整至适宜比例的直链淀粉和支链淀粉比才能进行膨化加工。

利用扫描电镜对样品不同区域、不同放大倍数的微观结构进行观察分析，便于更加直观、全面地观察分析样本的结构变化。DSC是一种程序升温控制下，测定样品和参照物随温度变化的热分析技术，淀粉糊化过程中便随着旧的化学键断裂和新化学键的形成，这些变化都会带来热效应，通过研究这些热效应的变化可推断反应机理，可为淀粉糊化的理论研究提供帮助。RVA则可在设定程序控制下监测淀粉糊化过程中的糊化温度、峰值黏度、最低黏度、最终黏度、衰减值和峰值时间等参数，为研究淀粉糊性质以及淀粉加工工艺参数的选择提供重要数据支撑。

小麦作为主要的禾谷类作物，其淀粉含量高达70%以上。如果将预糊化淀粉的加工工艺用来开发预糊化小麦粉，不仅可以省去淀粉的提取、分离、纯化等繁杂的步骤，而且可以通过控制淀粉糊化程度制得不同糊化度的预糊化小麦粉，拓展小麦粉的绿色深加工，具有重要的生产意义。本实验创新性地采用气流膨化技术对脱皮后的小麦进行加压热处理，通过控制压力参数制备得到一系列不同糊化度的小麦粉，并对其微观结构、热力学特性以及糊化特性进行了详细的研究，以期为小麦粉寻找新的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验用小麦，河南颖农种子公司提供；改进型耐温淀粉酶(Suhong AA Plus)，最佳pH为5.5～6.5，酶性为33 026 U/mL，诺维信生物技术有限公司；葡萄糖淀粉酶(分析纯)，最佳pH值为4.0～4.5，最佳温度为60 ℃～62 ℃，酶活为4.75×105U/g，上海如吉生物科技发展有限公司；实验型碾米机(CLS.JNM-1)，气流膨化机(XLR-QP10)，SEM扫描电子显微镜(S-3000N型)，DSC差示扫描量热仪(DSC-Q10型),RVA快速黏度仪等等。

1.2 实验方法

1.2.1不同糊化度的预糊化小麦粉的制备

每批次称取80 g小麦放入实验碾米机脱皮3 min，脱皮后的小麦使用2.0 mm筛去除杂质后备用。向气流膨化机加入1.0 kg脱皮小麦后，关闭罐体阀门后开始加热。当压力到设定数值后开启罐体阀门，收集膨化的小麦籽粒，冷却后烘箱60 ℃干燥2 h，粉碎，过60目筛，得到的小麦粉即为预糊化小麦粉。不同糊化度的预糊化小麦粉主要是通过控制膨化压力获得，本实验中的膨化压力分别设为0.6 MPa、0.7 MPa、0.8 MPa和0.9 MPa。

1.2.2预糊化小麦粉糊化度的测定方法

小麦粉糊化度的测定参照庄海宁等的方法(葡萄糖糖化酶法)[1]，具体操作步骤如下：经60目筛去除掉结团的面粉后，向A1、A2两个三角瓶中分别加入1.00 g的干基样品，另取1个B三角瓶做为空白对照实验，分别各加50 mL蒸馏水。A1三角瓶沸水浴加热20 min后取出，用自来水冷至常温，分别移取5.0 mL的2%(m/v) 现配葡萄糖糖化酶制剂至A1、A2、B三角瓶中，50 ℃恒温水浴震荡1 h，迅速加入盐酸终止糖化(2.0 mL的1.0mol/L盐酸)，冷至常温后定容至100 mL，过滤后做为待测液。

向3个100 mL的碘量瓶中分别10 mL A1、A2、B的待测液，依次加入10 mL碘液(0.1 mol/L)，18 mL NaOH溶液(0.1 mol/L)后，加塞置于暗处。15 min后加入10%(m/m)的H2SO42.0 mL，用0.1 mol/L的Na2S2O3溶液滴定至无色，记录所消耗Na2S2O3溶液的体积。

糊化度计算：α%=(VB-VA2)/(VB-VA1)×100%

式中：VB为空白样消耗的Na2S2O3毫升数；VA1为糊化样消耗的Na2S2O3毫升数；VA2为未糊化样消耗的Na2S2O3毫升数。

1.2.3小麦粉颗粒的超微结构

依次向3 mL的离心管中加入5.00 mg左右的样品和1.0 mL的50%乙醇溶液，经超声震荡至形成悬浊液。在洁净的铝箔上滴适量的悬浊液，用红外灯烘干液体，然后用离子溅射仪对样品喷金，最后将制备好的样品装入扫描电子显微镜(型号：S-3000N型)，放大倍数设置为350、1000、2000，在相应的放大倍数下观察小麦粉颗粒结构的变化。

1.2.4热力学特性

称取3.00～5.00 mg样品于杜邦坩埚中，称量精确至0.01 mg，然后加入2倍样品重量的去离子水，润湿样品并压片，之后将其置于4 ℃的冷藏室内平衡水分12 h以上。采用DSC对样品的热力学特性进行测定，以10 ℃/min的扫描速率对样品在20 ℃～120 ℃之间进行扫描，并做重复试验。

1.2.5糊化特性测定

样品糊化特性测定参照标准程序，见表1。

表1 糊化特性测定程序

2 结果与讨论

2.1 原料与预糊化小麦粉的糊化度

表2显示的是小麦原料的基本成分指标，由表2可以看出原小麦籽粒中含有75%左右的淀粉和9.52%的蛋白质，同时考虑到容重的因素，该原料属于一等中筋小麦，具有实验代表性。由表3可以看出随着压力的增大，小麦粉的糊化度逐渐增加。当压力增加到0.9 MPa时，小麦粉中的淀粉近乎完全糊化。上述实验表明通过控制压力的大小可以有效地制备得到不同糊化度的小麦粉。

表2 原料小麦的基本成分

表3 不同膨化压力下的预糊化小麦粉糊化度

2.2 预糊化小麦粉微观结构观察

小麦胚乳中的淀粉主要以淀粉粒的形式存在，以淀粉粒的直径为分类依据，可分为A型、B型、C型三类，其中A型淀粉直径范围为10～40 μm，数量约占小麦淀粉总量的12%[2]，质量约占90%[2]，B型淀粉直径范围为1～10 μm，C型淀粉直径小于1 μm[3]。

由图1可以看出，小麦粉中的A型淀粉粒和B型淀粉粒随着小麦粉糊化度的升高均发生明显裂解；且糊化度越大，裂解程度也越大。图2C中的淀粉粒已完全变形，外型不再圆润光滑。图3C中淀粉粒已发生明显的裂解，淀粉粒碎片增加。图4C和5C中淀粉粒已面目全非，变得支离破碎。淀粉粒的上述变化原因在于，气流膨化使淀粉颗粒内的水分发生闪蒸，所谓闪蒸是指水分在瞬间内发生急剧汽化，这种闪蒸效应所产生巨大冲击力将淀粉粒“爆破”，继而使淀粉粒发生裂解。膨化的压力越大，闪蒸效应越明显，糊化度也越高，淀粉粒受到的冲击力越大，裂解的程度越高。

由图1可以看出，在范德华力的作用下，淀粉粒碎片之间相互吸附、聚集，发生“软团聚”[4]；小麦淀粉的糊化度越高，淀粉粒的裂解程度越高，“软团聚”程度也越大。这是因为淀粉在气流膨化时会吸收大量的热能，使得淀粉粒碎片具有较高的表面能，促使其相互聚集进而形成稳定的状态[4]。

2.3 不同糊化度小麦粉的热力学特性

实验结果表明，未经气流膨化的小麦磨制的小麦粉样品在DSC图谱中除含有一个淀粉吸热峰外，还有1个蛋白质等其他物质的吸热峰；而处理后的样品只有1个吸热峰。随着小麦粉糊化度的增大，其起始糊化温度逐渐升高，热焓逐渐降低；其原因在于：小麦粉在糊化过程中，淀粉粒由于分子缔合程度较低、结晶度较低，从而更易糊化，预糊化小麦粉中易糊化淀粉已发生糊化，因此，当其再次发生糊化时，其起始糊化温度、顶点温度都有所上升，对于定量的小麦粉，完全糊化所需要的能量一定，预糊化小麦粉中的部分淀粉已发生糊化，因此小麦粉糊化的热焓随糊化度的增大而降低。

注： 1、2、3、4、5分别代表17.34%、46.84%、80.79%、98.68%和99.57%的样品糊化度；A、B、C分别代表350、1 000、2 000的扫描电镜放大倍数。图1 不同糊化度气流膨化预糊化小麦粉的微观结构

图2 不同糊化度气流膨化预糊化小麦粉的热力学特性变化

2.4 预糊化小麦粉的糊化特性

由图3可以看出，预糊化小麦粉在经过糊化峰值粘度后，在剪切过程中，其黏度并没有发生剪切稀化，而是有上升的趋势。随着预糊化小麦粉的糊化度的升高，其峰值黏度、最低黏度及最终黏度均逐渐降低；说明预糊化小麦粉随着糊化度升高，在淀粉粒充分糊化完成时，其膨胀程度变小，热糊粘度、冷糊粘度降低。图4表明，随着糊化度的增大，回生值呈现逐渐减小趋势，说明预糊化小麦粉的糊化度越高，淀粉越不容易回生。预糊化小麦粉糊化度为46.86%时其衰减值最小，表明其淀粉糊的热糊稳定性最好。

图3 不同糊化度气流膨化预糊化小麦粉的RVA特征图谱

图4 不同糊化度气流膨化预糊化小麦粉的衰减值和回生值

3 结论

气流膨化的压力在0.6 MPa～0.8 MPa内时，小麦粉的糊化度随膨化压力增大呈上升趋势；当膨化压力达到0.8 MPa时，糊化度为98.68%时，淀粉已基本完全糊化。随着糊化度升高，预糊化小麦粉中的A型淀粉粒和B型淀粉粒的裂解程度变大，软团聚的程度增高，达到峰值粘度后，小麦粉糊并没有剪切稀化，相反其黏度呈上升趋势。预糊化小麦粉的糊化度越高，其热糊黏度和冷糊黏度越低，淀粉越不容易回生，糊化度为46.86%淀粉热糊稳定性最好。

[1] 庄海宁，夏 智，李军德，等．挤压方便米的径向膨胀率与其复水率、糊化度关系的研究[J]．现代食品科技，2010，26(10)：1057-1062．

[2] Peng M， Gao M， ABDEL-AAL ESM， et al．Seperation and characterization of A-and B - type starch granules in wheat endosperm[J]．Cereal Chemistry，1999，76(3)：375-379．

[3] 夏恒连．变形的主要品种及其制法[J]．现代科技，1998(12)：38-41.

[4] 纪守峰，李桂春．超细粉体团聚机理研究进展[J]．中国矿业，2006，15(8)：54-56．

Thecharacteristicanalysisonpre-gelatinizedwheatflourofdifferentgelatinizationdegrees

Liu Shaoguang1， Zou Enkun1， Zhang Lijun2

1. Wuxi COFCO Engineering & Technology Co., Ltd.(Wuxi 214035)2. COFCO Flour Industry (Haining) Co., Ltd.(Haining314400)

Grinding wheat was used as raw material to get pre-gelatinized wheat flour (P-g WF) of different gelatinization degrees by air puffing, and ultra-structure, pastingproperties and thermodynamic properties of P-g WF of different gelatinization degrees were investigated. Experimental results show that， the gelatinization degree of starch in wheat grains increases with the increasing of airflow bulking pressure， and the starch is almost completely gelatinized at 0.8 MPa.The greater the gelatinization is， the degree of their (A-Starch and B-Starch granule) cracking is more intense, soft agglomeration appeares more obvious， the viscosity of both starch paste gets lower， starch retrogradation becomes difficult.The gelatinization is 46.86%， the stability of thermal starch paste is the best.

gelatinization degree； pre-gelatinized wheat flour； characteristic analysis

2017-10-23

2015年度公益性行业科研专项经费项目(项目编号：201513003-3)。

刘少广，男，1987年出生，硕士，主要从事面粉设计与研发工作。

TS201

A

1672-5026(2017)06-073-08