小麦粉粒度对面团特性及蛋白组分的影响

2018-12-15张剑张杰樊荻李梦琴艾志录

食品与发酵工业 2018年11期

张剑,张杰, 樊荻,李梦琴,艾志录

1(河南农业大学食品科学技术学院,河南郑州,450002) 2(农业部大宗粮食加工重点实验室, 河南郑州, 450002)3(河南工业大学粮油食品学院, 河南郑州, 450000)

小麦粉粒度，也称粗细度，是小麦粉一个重要的品质指标，常使用留存或通过的筛孔来表示，它在一定程度上反映了小麦粉的加工精度[1]。随着生活水平的不断提高，人们对小麦粉品质的要求也越来越高，很多人认为优质小麦粉应粒细色白、少含麸星，故面粉企业日益提高小麦粉的加工精度，面粉细度亦逐步提高。加工精度的提高导致大部分的皮层和胚芽从小麦粉中分离出去，营养成分大量流失[2]。研究表明，小麦粉的粒度对面粉品质及面制食品的品质有很大影响，很多专用粉的粒度要求根据它们的成品品质要求而定[3]。小麦粉的粗细度不仅影响面制食品的质量，而且对小麦粉厂的技术经济指标也有很大的影响。小麦粉要求越细，产量越低，单位耗电量增加。有研究认为吃过粗的小麦粉会增加胃肠负担，会妨碍其他营养物质的吸收[4]。关于小麦粉粒度对品质的影响，有不少学者作了部分研究与报道。WANG指出粒度与小麦粉品质如灰分、白度、色泽、蛋白含量和破损淀粉含量等有很大的相关性[5]；MILLER等指出小麦粉粒度降低，会增加小麦粉中破损淀粉的含量，使得小麦粉面团吸水率增加[6]；WICHER指出气流分级得到的中等偏细的小麦粉具有好的烘焙特性[7]，陈成[8]、李逸鹤等[9]通过不同粒度面粉、不同粗细度面粉之间的搭配研究了粒度对面团粉质拉伸性能及发酵性能的影响；陈志成[10]研究了不同粒度面粉的理化指标差异及粒度对馒头品质的影响。但是，关于小麦粉粒度对其超微结构、蛋白组分及蛋白质二级结构的影响，至今尚未见报道，进行这方面的研究极具必要性。本研究利用不同筛号的筛绢将面粉分为4个粒度级别，测定其理化指标、超微结构、面团流变学特性、蛋白组分及蛋白质二级结构，旨在探明不同粒度小麦粉的面团品质差异及其影响机理，为我国小麦制粉行业技术水平提升提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 主要实验材料

中筋普通小麦，硬度指数62.3%，郑州金苑面业有限公司提供。

1.2 主要仪器与设备

Brabender Quadrumat Junior实验磨粉机，德国Brabender有限公司； JJSY30圆形筛粉机，上海嘉定粮油仪器有限公司； BT-9300H型激光粒度分布仪，丹东市百特仪器有限公司； S-3400MⅡ型扫描电镜，日本HITACHI公司； InfratecTM 1241型近红外谷物分析仪，法国FOSS(北京)有限公司；Fariongraph-AT粉质仪，德国Brabender有限公司；Extengraph-E拉伸仪，德国Brabender有限公司；JJMS54S 面筋洗涤仪，上海嘉定粮油仪器有限公司；JLZM面筋离心指数测定仪，上海嘉定粮油仪器有限公司； JHGM面筋烘干机，上海嘉定粮油仪器有限公司；WZZ-2S旋光仪，武汉格莱莫检测设备有限公司； CR-400色度仪，日本柯尼卡美能达传感有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 小麦磨粉与分级

小麦清理干净，加水润麦，小麦调节水分至14.0%～14.5%；采用Brabender Quadrumat Junior实验磨粉机磨粉，总出粉率50%，放置保存1个月后备用。

由于小麦制粉企业大多情况下采用11 XX(123 μm)、12 XX(112 μm)筛号的筛绢进行筛粉，部分企业为了提高小麦粉的精度采用13 XX(100 μm)与14 XX(95 μm)的筛绢筛粉。参考企业应用情况，适当扩大筛号范围，选用了12 XX、13 XX、15 XX筛号的筛绢，利用JJSY30圆形验粉筛对磨制的小麦粉进行筛理，将小麦粉分级为(>12 XX、12 XX～13 XX、13 XX～15 XX、<15 XX)4个级别分别进行相关指标的测定。

1.3.2 小麦粉的粒度分布测定

采用BT-9300H型激光粒度分析仪进行测定，测试范围0.1～300 μm[11]。在粒度分布曲线中，D10表示在样品粒度分布中占10%所对应的粒径；D50表示样品粒径分布中占50%所对应的粒径，又称中位径，D50的数值就是颗粒的平均粒径；D90表示样品粒径分布中占90%所对应的粒径。

1.3.3 小麦粉基本指标测定

(1)水分含量测定：按照GB/T 21305—2007的方法测定；灰分的测定：按照GB/T 5509—2010的方法测定；湿面筋与干面筋含量测定：按照GB/T 14608—2008和GB/T 14607—2008的方法测定；蛋白质含量：采用近红外法，由InfratecTM1241 近红外谷物品质分析仪测定；总淀粉含量测定：按GB/T 20378―2006(旋光法)测定。

(2)面团粉质与拉伸特性测定：粉质参数按照GB/T 14614—2006方法，用Fariongraph -AT粉质仪测定；拉伸参数按照GB/T 14615—2006方法，用Extengraph-E-拉伸仪测定。

1.3.4 蛋白组分测定

蛋白组分含量采用考马斯亮蓝G-250法[12-13]，HMW-GS和LMW-GS的提取分离测定参照段淑娥[14]的方法。

1.3.5 巯基和二硫键测定

按照刘燕琪[15]的方法，测定方法如下：称取5份面团样品，每份75 mg，加4.7 g盐酸胍，然后用缓冲液定容至10 mL。对照组不加任何添加剂。测定巯基时，取1 mL面团溶液上清液加4 mL脲-酸胍溶液和0.05 mL Ellman′s试剂,于412 nm处测吸光度值。测定二硫键时，取1mL面团溶液上清液，加0.05 mL巯基乙醇和4 mL脲-盐酸胍溶液，于25 ℃保温1 h，然后加入10 mL 2%三氯乙酸，继续于25 ℃下恒温1 h，5 000 r/min离心10 min,用5 mL 12%三氯乙酸清洗沉淀物2次，将沉淀物溶于10 mL 8 mol/L脲中，加0.04 mL Ellman′s试剂测412 nm处的吸光度值。按照下列公式计算游离巯基、总巯基和二硫键含量。

(1)

(2)

式中：A412，412 nm处的吸光值；D，稀释因子，5.02(表面-SH)，10(总-SH)；C，样品质量浓度，mg(干物)/mL；N1,还原前巯基数；N2,还原后巯基数。

1.3.6 小麦粉色泽测定

使用CR-400色差仪测试L*、a*和b*值。小麦粉颜色采用国际照明组织(CIE)1976年制定的均匀色立体图表色系统即L*a*b*色系统表示，L*a*b*是表示色度的常用指标，其中L值表示亮度，值越大，表面式样越白，越明亮。a值表示红绿值，值越大，式样越发红。b值表示黄蓝值，值越大式样越发黄。

1.3.7 傅立叶变换红外光谱测定[12-13]

将面粉过120目筛，取适量与溴化钾按1∶100质量比混合压片，做全波段扫描测定，以溴化钾做空白。试验参数：分辨率为4.0 cm-1，扫描波数范围为4 000～400 cm-1。红外谱图的处理：利用Nicolet Omnic软件取对波段图谱进行放大，用Peakfit 4.12软件进行分析：先基线校正，然后用Deconvolve Gaussian IRF去卷积，再由二阶倒数拟合，直至拟合相关系数R2不变为止，确定各个子峰与各二级结构的对应关系，然后根据各子峰所占面积计算出各部分二级结构所占的比率。

1.3.8 SEM电镜扫描分析

取干燥的小麦粉样品粘在样品台上，离子溅射喷金35 s，放入电子显微镜内，对样品进行扫描，并不断放大至500倍，观察样品内部结构，并拍摄照片。

1.4 数据处理

采用Excel 2007、SPSS 13.0对实验数据进行统计分析。实验数据在p<0.05下进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 小麦粉粒度对基本指标的影响

本研究测定了不同粒度小麦粉的蛋白质含量、淀粉含量、灰分含量、色泽值、粒度分布等基本特征指标，测定结果见表1，超微结构见图1。

表1 不同粒度小麦粉的基本指标Table1 Basic parameters of wheat flour of different particle size

注：表中对照为没有用JJSY30圆形验粉筛分级的原始小麦粉。下同。

a-粒度>112 μm;b-粒度100～112 μm;c-粒度88～100 μm;d-粒度<88 μm图1 不同粒度小麦粉的电镜图谱Fig.1 SEM figures of wheat flour of different particle sizes

由表1可知，随着小麦粉粒度的降低，蛋白质与灰分的含量呈上升趋势，总淀粉含量呈先上升后下降趋势。根据王晓曦等[1]的研究表明，小麦胚乳中蛋白质含量越靠近皮层含量越高，越靠近胚乳内心含量越低。粒度越小的面粉中应该含更多的接近皮层部分的粉粒，蛋白质与灰分的含量较高；粒度大的面粉中应含有更多的位于胚乳中心部分的粉粒，蛋白质与灰分相应较低。D10、D50、D90表示激光粒度分析仪测定的样品粒度分布指标。由图1可知，随着小麦粉粒度的下降，小麦粉的D10、D50、D90均呈现下降趋势，各部分间的差异性达到了显著水平(p<0.05)。L*、a*和b*反映小麦粉的色泽指标，由表1可知，随着小麦粉粒度范围降低，各部分小麦粉的L*值呈增加趋势，b*值呈下降趋势，这说明小麦粉越细，对光的反射能力越强，白度值愈高[16]，色泽越好，这与李逸鹤等[9]的研究结果基本一致。

由图1可以看出，各种粒度小麦粉均有圆形或椭圆形的淀粉粒及不规则的蛋白质颗粒组成，4个图中颗粒的粒度逐渐变小。图1-a中存在较多的大颗粒，这些大颗粒是由蛋白质与淀粉相互包裹的在一起，小颗粒所占比例较少；图1-c与图1-d的小麦粉中大颗粒较少，颗粒整体较小，小颗粒的淀粉较多，有明显的破损淀粉颗粒存在，而在图1-a与图1-b中破损淀粉颗粒较少，淀粉颗粒以较大的为主。在图1-a与图1-b中，由于颗粒整体较大，流散性较好，颗粒均匀分散；在图1-c与图1-d中由于整体颗粒粒度小，颗粒间的静电吸附现象明显，流散性较差，颗粒间相互集聚现象明显。

2.2 粒度对小麦粉面筋特性及流变学特性的影响

测定了不同粒度小麦粉及原始小麦粉的面筋特性指标与粉质拉伸指标，测定结果见表2与表3。

表2 小麦粉粒度对其面筋特性的影响Table 2 Effect of particle size of wheat flour ongluten parameters

由表2与表3可以看出，随着小麦粉粒度的减小，面团的湿面筋含量、干面筋含量与面筋指数均呈下降趋势；面团的粉质拉伸参数如面团的稳定时间、拉伸面积、最大拉伸阻力亦呈下降趋势，弱化度与延伸度呈上升趋势，面团强度总体上随粒度的减小而变弱；面团的吸水率先上升后下降，这可能因为粒度减小总体的比表面积增加导致吸水率提高[9]，但粒度过小时可能致使淀粉破碎过多持水性下降使面团吸水率降低[10]。表1显示小麦粉总蛋白质含量随小麦粉粒度的减小而升高，但从表2、表3则反映出面筋指数及粉质拉伸指标的下降，说明对小麦粉品质的评价不能只考虑蛋白质的数量而要更多地考虑蛋白质的质量。由表2、表3可以看出，粒度>112 μm小麦粉面筋特性品质优于原始小麦粉，粒度100～112 μm小麦粉面筋特性品质接近于原始小麦粉，而粒度88～100 μm与粒度<88 μm的小麦粉的面筋特性品质劣于原始小麦粉，这对于小麦制粉企业生产与配粉具有一定的理论指导意义。

表3 小麦粉粒度对其粉质特性与拉伸特性的影响Table 3 Effect of particle size of wheat flour on farinaceous and extensograph properties

2.3 粒度对小麦粉蛋白质组分的影响

为了进一步研究粒度对小麦粉蛋白特性的影响的机理，本研究测定了每种粒度范围小麦粉的蛋白组分含量及巯基(—SH)和二硫键(—S—S—)的含量，结果见表4。

表4 小麦粉粒度对其蛋白质组分的影响Table 4 Effect of particle size of wheat flour on protein components

小麦粉所含的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白是组成面筋的主要成分，麦谷蛋白通过多肽链间的二硫键和许多次级键的共同作用，使面筋具有良好的弹性，麦醇溶蛋白使面筋具有较好的延伸性和黏性。小麦粉中麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的含量与比例对面筋强度及面制食品的品质有很大的影响。谷蛋白由高分子量(HMW)谷蛋白与低分子质量(LMW)谷蛋白组成，其中高分子质量(HMW)谷蛋白含量对面筋强度影响最大[17-18]。由表4可知，随着小麦粉粒度的减小，谷蛋白含量、高分子量(HMW)谷蛋白含量均呈下降趋势，醇溶蛋白含量呈上升趋势，低分子质量(LMW)谷蛋白含量变化趋势不明显，这说明粒度的减小会使小麦粉面团的弹性与耐搅拌性能变弱，而延伸性与黏性增强，面团的筋力总体变弱。

二硫键(—S—S—)是存在于两个硫原子间的共价键，可以把不同肽链或同一肽链的不同部分连接起来，使蛋白质肽链的空间结构更为紧密，对稳定蛋白质的构象起到重要的作用；断开面筋蛋白中的二硫键，面筋黏度会急剧下降。半胱氨酸残基中的巯基(—SH)是所有蛋白质氨基酸残基中最活泼基团，在体内多种反应中扮演着至关重要角色[19]。二硫键与巯基间也可借氧化还原反应相互转化。由表4可知，随着小麦粉粒度的减小，面团里的二硫键(—S—S—)含量呈下降趋势，而巯基(—SH)含量呈上升趋势，二硫键(—S—S—)的减少与巯基(—SH)的增加意味着面团中面筋网络形成变得疏松，面团强度变弱。

2.4 小麦粉粒度对其蛋白质二级结构的影响

表5 粒度对小麦粉面筋蛋白二级结构的影响Table 5 Effect of particle size of wheat flour on gluten protein second-structure

由表5可看出，随着小麦粉粒度的减小，小麦粉面团中α-螺旋、β-转角含量呈下降趋势，β-折叠与无规则卷曲含量呈上升趋势。小麦粉粒度减小使蛋白质螺旋结构减少，维持小麦蛋白质α-螺旋结构的主要化学作用力氢键减弱，小麦蛋白质结构发生变化，小麦品质下降；β-转角转换为β-折叠和无规则卷曲，蛋白质二级结构总体呈现由反转向折叠转化的趋势。KARREN[21]研究表明，小麦粉中的α-螺旋和β-折叠，无规则卷曲和β-转角之间会发生转换，使小麦粉的面筋含量及强度发生改变。

3 讨论

研究表明，小麦粉粒度对面粉品质会产生较大的影响，而且会影响面条、馒头等食品的品质[8-10]。为了使研究能更好地指导制粉企业生产实际，本研究利用制粉企业常用的粉筛(12XX、13XX、15XX)把磨制的小麦粉分成了4种，通过相关指标的测试来分析不同粒度范围内面粉的品质差别。研究发现，随着面粉粒度的变小，面粉的蛋白质含量逐渐升高，但是面筋指数、稳定时间、拉伸面积、最大拉伸阻力的指标逐渐下降，这说明蛋白质的数量虽然上升但质量却在下降，面团的强度下降。很多研究表明，小麦粉面筋质量与强度与面粉中谷蛋白尤其是高分子质量谷蛋白的含量及二硫键的含量呈极显著正相关[18-19]，通过进一步的研究发现，小麦粉粒度降低后，面团中的谷蛋白含量、高分子量谷蛋白(HMW)下降，面筋中的二硫键含量亦下降，这从理论上解释了随着粒度下降面筋强度下降的原因。从蛋白质二级结构的研究可以发现，小麦粉粒度的减小导致面团中α-螺旋、β-转角含量下降，β-折叠与无规则卷曲含量上升。通过综合分析可以发现α-螺旋、β-转角含量与面团稳定时间、面团拉伸面积、面团抗拉伸阻力之间呈现正相关，与谷蛋白含量、高分子量谷蛋白含量、二硫键含量的变化变呈正相关；β-折叠与无规则卷曲含量与这些指标呈现负相关。由此可以说明，α-螺旋、β-转角含量增加，面团筋力呈增强趋势；α-螺旋、β-转角含量下降，面团筋力呈减弱趋势。

虽然粒度的下降导致小麦粉灰分含量上升，但是L*上升、b*下降，面粉色泽却有较明显的改善。这说明灰分并不是影响小麦粉色泽的最关键因素，小麦粉产品最终色泽受到胚乳的自然色泽、粒度大小、研磨工艺条件、灰分含量的共同影响[1]。综合分析发现，小麦粒度下降虽然导致其面团面筋品质的下降，但是色泽却有较明显的提高。

为了能更好地为制粉生产提高理论指导，综合本研究所测定项目，对不同粒度的面粉进行综合评价，粒度>112 μm小麦粉面筋特性品质优于原始小麦粉，粒度100～112 μm小麦粉面筋特性品质接近于原始小麦粉，而粒度88～100 μm与粒度<88 μm的小麦粉的面筋特性品质劣于原始小麦粉；并且从电镜图谱可以看出，面粉过细时由于静电带来的相互吸附较严重，流散性变差，不利于生产过程的筛理。这说明在制粉过程中没有必要将面粉过度研磨导致面粉过细，保持适中的粒度范围更有利于表现出更好的品质特性。