全自动吹泡仪及其应用

赵君兰

法国肖邦技术中国分公司 北京 100038

十九世纪二十年代，马尔文肖邦先生认为用面团测试仪代替烘焙实验评价小麦烘焙品质是完全可行的，于1921年发明了世界上第一台吹泡仪，用于模拟面团制作中的变化过程，旨在测量面团的韧性和延展性。目前吹泡仪已经成为国际公认的面团流变学检测设备，符合GB/T14614.4—2005，AACC 54-30.02，ICC121，NFENISO27971，GOST51415-99等标准[1-2]，在育种、收粮、制粉和工业烘焙等行业，吹泡仪都用于面粉的品质分析。在国内育种方面，前人[3]的研究发现吹泡仪P值与SDS沉淀值、面筋指数和除形成时间外的所有粉质仪参数呈极显著相关，L值与蛋白质含量、干面筋含量、湿面筋含量呈极显著相关，W值与除干面筋外的所有品质指标都呈极显著相关，说明了吹泡仪参数P值、L值和W值是弱筋小麦品质育种的理想选择指标。在专用粉品质检测方面，王晓阳等[4]发现当小麦粉的吹泡指标 P 值处于 72～110、L 值 55～70、W 值 140～210 范围时，北方馒头的制作品质表现优良，证明吹泡仪是估测和控制北方馒头专用粉品质的有用工具。经过八十多年的经验结晶，法国肖邦技术公司推出了最新型的全自动吹泡仪，其硬件的自动化使实验变得更简单、结果更精准，其软件的多功能性使面团性能的检测存在更多的可能。

1 吹泡仪的工作原理

一直以来，无论吹泡仪进行怎样的创新和变革，其检测原理一直未变。吹泡仪由三个部分组成：和面机、吹泡器、数据记录系统。吹泡仪测试的是在充气膨胀变成面泡过程中面团的粘弹性，整个测试包括四个主要步骤。

“面粉和盐水的混合→5个标准面片的制备→面片的醒置→向面片内充入气体直至面片变成面泡且破裂”，这些步骤模拟了面团发酵的整个过程：压片，搓圆，成型，最后发酵过程中产生二氧化碳使面团产生形变。

图1 标准吹泡实验曲线

以“W”表示使面团产生形变所做的功，计算公式为：W=6.54S。S代表曲线下方的面积，以cm2计算，参数W被称为“面粉的烘培力”，代表气泡完成形变所做的功。

Ie值代表面团的弹性系数，当面泡中注入200mL空气时所对应的“L”值为40mm，内压用另一个参数“P200”表示，Ie=（P200/P）×100%。Ie值越高，面泡膨胀的阻力越大。但如果Ie值过高，则会出现面团皱缩的现象（特别是在面片挤出和压平的过程中表现较为明显）。相反，如果Ie值太低，面团极不稳定，尤其是在制样的过程中。

标准协议实验下获得的吹泡实验曲线如图1所示，表示面泡内部压力随时间的变化。随着空气的流入，面片抵抗形变的发生，当气流量增加到一个特定值时，面片内部压力增加，使面片产生形变的压力代表了面团的韧性，即“P”值。“P”值越大，面团的韧性越大。当无法承受更多压力时，面团开始膨胀，一旦气泡体积开始增加，内部压力就开始降低。气泡持续膨胀的时间依赖于它自身的延展特性。当达到最大延伸力时，气泡破裂，内部压力降低到零，实验结束。

面团的最大延伸性标记为“L”值，该值越高，面团的延展性越强。也可以以膨胀面积（标记为“G”）检测面团的延展性。公式

2 吹泡仪的检测方法

传统的吹泡仪检测方法根据面团制备时水合方式的不同分为两类：

第一种是恒量加水法，是指所有的面粉按照相同的水合率加水。一旦确定了目标水合率（标准实验方法为15%湿基条件下吸水率50%），实验开始前操作人员只需要知道面粉的水分含量。该方法操作简单，适用于各类面粉的分析。

第二种是适量加水法（或者叫“恒定稠度”），是指面粉按照自身的吸水能力加水。实验根据面粉水分和面粉本身吸水能力构成。适量加水吹泡实验首先需要通过稠度仪来确定面粉吸水率。稠度仪是由内置有传感器的和面器和数据记录系统组成，在面团稠度达到（2200±7%）mb标准稠度时的加水量即为吸水率，稠度仪在4min的时间内便可确定出吸水率。适量加水的吹泡实验与标准恒量加水实验操作完全一样。为了防止恒量加水和适量加水实验结果的混淆，吹泡实验结果参数进行了不同的命名。适量加水时，P改为 T，L改为 A，G改为 Ex，W改为Fb，Ie改为Iec。随着工业的飞速发展，人们对高蛋白含量的面粉及小麦的追求日益增多，蛋白是面粉中的主要吸水成分，其吸水能力是自身重量的1.8倍，高蛋白的面粉其吸水率较高。而适量加水吹泡法可以更好地区分出该类面粉[5]。

3 最新型的AlveoLab全自动吹泡仪

Alveolab全自动吹泡仪是由两部分组成，数据记录系统由外置计算机完成。如图2所示，左侧为和面器和醒置室，该部分还包含了自动注水系统，右侧为吹泡器。AlveoLab的研发是基于操作更容易和结果更准确的创新理念。

图2 Alveolab全自动吹泡仪

3.1 Alveolab全自动吹泡仪的硬件创新

在硬件上，全自动吹泡仪提高了主要实验步骤的自动化程度，对测试条件进行精确的监控。从而减少操作者及环境条件对结果的影响。

实验第一步是面团的形成，Alveolab会根据操作员的实验设定自动调节水温、自动加水、自动和面。实验第二步是面片的制备，该过程Alveolab配备了自动圆切刀和防粘涂层的新型醒置片，具体操作如图3所示。每一步骤都进行了改进，使得操作更简单、结果更精确。

图3 Alveolab面片制作过程

面片制备后陆续进入醒置室进行醒置，醒置室温度恒温25℃，为了增加实验效率，Alveolab配备了三组醒置室，可以实现三组实验同时进行。实验的最后一步是吹泡，这一过程的改进是最为突出的，面片的定位和膨胀均在温湿度可控的操作室内全自动进行，消除了外部条件对实验结果的影响，Alveolab的气泡设计为倒置，由于顺应地心引力的作用使倒置的气泡更圆，与面制品实际生产过程更加接近，该过程如图4和图5所示。整个实验过程中的温度控制均由设备自行控制，无需外接冷却循环系统。

图4 新型吹泡过程

图5 全自动吹泡仪气泡倒置

图6 不同实验环境下吹泡结果的相关性

Alveolab全自动吹泡仪对各实验过程操作控制，使检测结果更加精准。图6为法国肖邦应用实验室在不同实验室条件下进行吹泡实验的结果，它表明实验室温度在20℃和28℃两种条件下P值、L值、W值、P/L值均存在极显著正相关，说明Alveolab全自动吹泡仪可以很好地消除实验室的误差，降低人为因素对实验结果的影响。

3.2 Alveolab全自动吹泡仪的软件创新

Alveolab现代化的软件设计，满足我们对数据处理的所有需求：数据及图谱的导入导出、在线对比及计算。除此之外，针对面粉及食品用户还增加了方便日常生产管理的附加功能。

全自动配麦配粉功能，在实际生产中，面粉厂会根据不同的生产目的要对市场上所提供的小麦进行比较、分类和选择，这一过程中用户需要依据吹泡仪的指标进行小麦和面粉的搭配。全自动吹泡仪新软件设计的自动配麦配粉功能，用户可以选择多达10个产品，根据AlveoLab目标值，该软件会自动计算最合适的搭配方案；同时用户也可以自选所配比例，软件自动给出配麦配粉的结果，该操作可大大缩短操作时间、降低人工成本。

改良剂指引功能，吹泡仪也广泛应用在面制品改良剂的选择上，用于检测改良剂在面团中的品质表现，从而确定添加剂（半胱氨酸、抗坏血酸、酵母活性、葡萄糖等）的最佳使用情况。AlveoLab软件内置改良剂数据库，改良剂指南功能可以帮助客户找出达到目标吹泡值的最适添加剂种类。同时客户也可根据实际应用更新和扩充该数据库。

对于食品企业来说，新的吹泡仪软件可长期图示化检测某一供应商或客户产品品质的稳定性。另外，为了检查仪器是否始终处于良好运行状态，软件可以在几分钟之内给出一个内置的精度控制图。

Alveolab软件可自动生成带有企业名称和企业标识的标准结果证书。为了确保完整的可追溯性，所有实验结果均可备份。Alveolab满足多个实验同时进行，每天可以增加40%的检测量，使投资回报率最大化。

4 Alveolab全自动吹泡仪的最新应用

AlveoLab全自动吹泡仪包括稠度仪分析功能，实现了更多实验的可能性。新型软件预装了不同的测试协议供选择，包括经典的恒量加水标准吹泡仪协议和恒量加水稠度协议；适量加水吹泡协议和适量加水稠度协议（适量加水实验主要用于硬麦或高筋粉[5]）；杜伦麦检测协议；前四种实验协议在NG型吹泡仪也同时具备，除此之外还增加了一些功能性的实验协议。

衰减实验协议：用于识别虫蚀小麦，5个面片中2个面片遵循标准吹泡仪协议，另外3个面片静置2h，比较实验得出的28min和2h曲线（图7），得到降解指数 DI，DI=（W28-W120）/W28，降解指数越大说明小麦被虫蚀越严重。吹泡仪也被公认为是检验虫蚀小麦简单而有效的仪器。

图7 降解实验结果

松弛实验协议：面泡在注入200mL空气后结束注气，随着与大气压力之间平衡的降低而记录气泡内部压力。当注气停止后，压力降到50%时所需时间被定义为松弛时间。实验结果如图8中所示，T1/2为松弛时间，松弛时间短，说明面团耐受性差，松弛时间长，说明面团具有高的抗张力，好的面包胚拥有一个较长的松弛时间。

图8 松弛实验结果

AlveoLab不仅有之前几款仪器所有的测试协议，用户还可以简单快速地定义新的测试协议。例如，改变搅拌强度和时间可让分析方法更接近某种应用，使得吹泡仪结果更好地预测面粉的使用特性。

另外，软件新增加“一阶导数”结果，如图9所示，其中一个重要的参数为DMax，该参数是基于吹泡曲线的一阶导数计算而来。K.Addo曾经在1990年报道过这个参数与面包体积和面包比容均有很好的相关性，总之，具有很好面包制作潜力的面粉，DMax较低；反之，较高[6]。

图9 吹泡结果——一阶导数

BogdanDobraszczyk想要从吹泡的过程中提取更多的信息，提出了用应力应变（面团抵抗形变的能力）来解释吹泡面泡抵抗形变的能力，应力应变是指压力增加时，面团抗张力相应增加的特性。于此，新的吹泡仪软件增加了基于吹泡的一个新的研究参数，即应力应变指数（SH），其应力应变曲线的拟合函数，即y=K·eSH·X，如图10所示。该应力应变曲线不同于传统吹泡曲线（显示压力随时间变化），它给出了两个新的参数，K（常数）和SH（应力应变指数），能够识别出面团破裂时的最大张力。研究显示，K值与面团的韧性P值显著正相关，SH值与面团的结构正相关，具有良好SH值的面团，其制作出的面包体积更大、面包心纹理更均匀。同时，SH值低于1时，气泡壁不再稳定，快速合并导致所持气体流失，从而影响产品体积和纹理结构[7-9]。

图10吹泡结果——应力应变曲线

5 结论

吹泡仪操作简单、时间短，且实验结果与面制品品质性状结合紧密，最新型的Alveolab全自动吹泡仪规避了品质检测中常见的台间差、实验环境、人为因素等问题，将设备的精准度提升到一个更高的水平，更多更深入的应用参数也充分体现了Alveolab在科研及实际应用中的重要性。

[1]GB/T14614.4—2005小麦粉面团流变特性测定 吹泡仪法[S]

[2]AMERICAN.Association of Cereal Chemists.Approvedmethods of the AACC54-30.02

[3]张伯桥，张晓，高德荣，等.吹泡仪参数作为弱筋小麦品质育种选择指标的评价[J].麦类作物学报，2010，30（01）：29-33

[4]王晓阳，鲍庆丹，王凤成.小麦粉的吹泡仪指标与北方馒头品质关系研究[J].粮食与饲料工业，2010（10）：18-20

[5]王淡兮，于卉，孙哲.适量加水吹泡——一种新型的吹泡测试方法[J].现代面粉工业，2013，27（04）：32-34

[6]Addo K，Coahran D R，Pomeranz Y.A new parameterrelated to loaf volume based on the first derivative of thealveograph curve[J].Cereal Chemistry，1990，67

[7]Kokelaar J J，Tvan V，Prins A.Strain hardening propertiesand extensibility of flour and gluten doughs in relation tobreadmaking performance [J].Journal of Cereal Science，1996，24（3）：199-214

[8]Kindelspire， Julie Y， Glover K D， Caffé ㏕ reml，Melanie， et al.Dough Strain Hardening Properties as Indicators ofBaking Performance [J].Cereal Chemistry，2015，92 （3）：150105142308009

[9]Dobraszczyk B J，Morgenstern M P.Rheology and thebreadmaking process[J].Journal of Cereal Science，2003，38（3）：229-245