小麦特一粉和特二粉的面筋聚集特性分析

贾 峰，耿瑞蝶，张长付，陈 雨，王 琦，王金水

河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001

小麦粉可用于制作面包、馒头、面条及油条等各式面点[1-4]，随着人们对食品品种多样性的需求不断增强，对小麦粉品质提出了更高要求。面粉中面筋的品质和数量决定了面粉的烘焙品质[5]，面筋添加量与馒头品质呈极显著正相关[6]，湿面筋含量与面条的干物质吸水率、干物质损失率、蛋白质损失率呈显著负相关[7]，醇溶蛋白能够有效提升馒头的比容及结构特性[8]，面粉中面筋蛋白的分子结构与面团黏弹性有较好的相关性[9]。

小麦特一粉和特二粉在我国北方应用广泛，但二者品质存在一定的差异，前期研究表明，面粉中蛋白质提取量与面粉质量的比值可作为区分面粉筋力的指标[10-11]，但该检测步骤比较烦琐，检测时间较长。面筋聚集仪是可对少量的面粉和溶剂混合物进行快速剪切，同时测量面粉扭矩大小变化的装置，主要特征参数为最大峰值时间(PMT)和最大扭矩(BEM)[12]。研究表明，面筋聚集特性可以预测小麦籽粒品质、面粉品质及面粉制作的面条的潜在品质[13-17],还可用于对普通小麦白面粉的面筋和烘烤品质的预测[18-19]，硬粒小麦品质的筛选[20]，普通小麦、粗麦、硬麦、二聚体和黑角小麦全麦粉烘烤品质的预测等[5]。其中，PMT被认为是可替代评价硬粒小麦面筋强度和面筋指数的指标[21]。

作者使用面筋聚集仪，以特一粉和特二粉为试验材料，探讨面粉质量、水粉比、转速和温度等因素对面粉聚集特性中PMT和BEM的影响，以期为快速、微量鉴定小麦粉品质提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

特一粉(能量：1 472 kJ/100 g，蛋白质：9.9 g/100 g， 脂肪：1.1 g/100 g， 碳水化合物：74.3 g/100 g)、特二粉(能量：1 533 kJ/100 g，蛋白质：11.1 g/100 g， 脂肪：2.0 g/100 g， 碳水化合物：74.7 g/100 g)：河南金苑粮油有限公司。

GlutoPeak面筋聚集仪：德国布拉班德公司；BLH-1500 电子粉质仪：常州德杜精密仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 正交试验设计

按照L9(34)设计正交试验(表1)，采用面筋聚集仪进行测定，分析软件为Brabender GlutoPeak v.2.2.6，检测时长为300 s，记录PMT和BEM数据。

表1 正交试验设计Table 1 The orthogonal design of experiments

1.2.2 转速对小麦粉面筋聚集特性PMT和BEM的影响

取7 g面粉，水粉比为1∶1(mL/g)，面筋聚集仪的温度30 ℃，测定时长300 s，分别检测和记录500、1 000、1 200、1 500、1 800、1 900、2 000、2 300、2 500 r/min的PMT和BEM。

1.2.3 温度对小麦粉面筋聚集特性PMT和BEM的影响

取7 g面粉，设定水粉比为1∶1，面筋聚集仪的转速2 300 r/min，测定时长300 s，分别检测和记录20、23、25、30、35、40 ℃的PMT和BEM。

1.3 湿面筋含量的测定

湿面筋含量的测定方法参考GB/T 5506.2—2008，并稍做改动。取面团14.5 g，用20 g/L NaCl溶液洗涤，洗涤面筋至碘化钾滴定不变蓝，将洗好的面筋球挤压出水分至质量不再变化，称量洗涤出的面筋质量。

湿面筋含量=洗涤出的面筋质量/面团质量×100%。

1.4 粉质特性的测定

面粉粉质特性测定参照GB/T 14614—2006中的粉质仪方法。

1.5 统计分析

上述所有试验均重复测定2～4次，测得的结果取平均值。试验设计及分析采用Excel 2010和PASW Statistics 18.0软件，各水平处理之间用Duncan’s显著性分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 正交试验设计中小麦粉面筋聚集特性PMT的变化

小麦粉面筋聚集特性的正交试验中PMT的变化如图1所示。从图1可以看出，面粉质量越小PMT越小，其中特一粉或特二粉中面粉质量小(6 g)的3组试验(编号1、2、3)PMT平均值最小，分别是面粉质量大(8 g)的3组试验(编号7、8、9)PMT平均值的74.86%或72.42%；水粉比越大，则样品越稀，PMT越大，其中特一粉或特二粉中水粉比小(0.8∶1)的3组试验(编号1、4、7)PMT平均值分别是水粉比大(1.2∶1)的3组试验(编号3、6、9)PMT平均值的21.71%或23.98%。

图1 正交试验设计中小麦粉面筋聚集特性PMT的结果Fig.1 Peak maximum time of wheat flour

转速对特一粉和特二粉PMT的影响不一致，特一粉PMT平均值在2 300 r/min时最大，转速2 700 r/min时PMT平均值最小，为最大值的60.4%；特二粉PMT平均值在1 900 r/min时达到最大，随着转速增加PMT不断减小，转速为2 700 r/min时PMT平均值最小，为最大值的56.8%。

温度的增加能使特一粉和特二粉PMT减小，二者的趋势一致，25 ℃时特一粉和特二粉的PMT平均值最大，而45 ℃时特一粉和特二粉的PMT平均值最小，分别是最大值的60.6%和52.1%。

特一粉和特二粉正交试验设计极差分析见表2，结果表明：对面筋聚集特性PMT的影响顺序为水粉比>温度>转速>面粉质量。Duncan’s 检测结果显示：特一粉和特二粉的水粉比3个水平之间差异显著(P<0.05)，而其他因素(温度、转速和面粉质量)的3个水平之间均未达到显著差异。

表2 小麦粉面筋聚集特性PMT的极差分析Table 2 Extremum difference analysis of peak maximum time of wheat flour

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，表3同。

2.2 正交试验设计中小麦粉面筋聚集特性BEM的变化

正交试验设计中小麦粉面筋聚集特性BEM的变化如图2所示。面粉质量越大则BEM越大，面粉质量为8 g时的3组试验(编号7、8、9)，特一粉和特二粉的BEM平均值最大，分别是面粉质量为6 g时的3组试验(编号1、2、3)的139%和139%。

图2 正交试验设计中小麦粉面筋聚集特性BEM的结果Fig.2 Maximum torque of wheat flour

水粉比越大，则样品浓度越稀，BEM显著降低，其中特一粉和特二粉的水粉比的3个水平(编号1、4、7；编号2、5、8；编号3、6、9)之间最大和最小的BEM之比分别为198%和198%。

转速对特一粉和特二粉的BEM影响一致，转速越高则BEM越大，转速为2 700 r/min时BEM平均值最大，是转速为1 900 r/min时BEM平均值的132%和131%。

温度对特一粉和特二粉的BEM影响趋势不一致，特一粉的BEM平均值在25 ℃时最大，随温度增加，BEM不断减小，当45 ℃时BEM平均值最小，是最大值的85.7%；特二粉的BEM平均值在35 ℃时最大，温度降低或升高，BEM均会减小，但温度升高比温度降低减少的量大，当45 ℃时为最大值的91.1%。

特一粉和特二粉的正交试验极差分析见表3，结果表明：对面筋聚集特性BEM的影响顺序为水粉比>面粉质量>转速>温度。Duncan’s 检测结果表明：特一粉和特二粉的水粉比的3个水平之间差异显著(P<0.05)，而其他3个因素(面粉质量、转速和温度)的3个水平之间均未达到显著差异。

2.3 转速对PMT和BEM的影响

面筋聚集仪的转速对特一粉、特二粉PMT和BEM的影响如图3所示。转速低于1 900 r/min时特一粉的PMT低于特二粉的PMT；转速为1 900 r/min时特一粉与特二粉的PMT基本一致；当转速高于1 900 r/min时特一粉的PMT大于特二粉的PMT；特一粉的PMT在转速为1 800～2 000 r/min时基本保持不变，而特二粉在此区间变化较大。可能的原因是特一粉与特二粉相比在相同的较低转速(<1 800 r/min)时，特一粉更快地到达最大扭矩；当较高转速时，特一粉又能够较长地维持面筋扭矩，而特二粉在较高转速时面筋容易断裂，快速到达最大扭矩。这个结果可作为区分特一粉和特二粉的一个技术指标。

表3 小麦粉面筋聚集特性BEM的极差分析Table 3 Extremum difference analysis of maximum torque of wheat flour

图3 转速对小麦粉面筋聚集特性PMT与BEM的影响Fig.3 Effects of rotating speed on PMT and BEM of wheat flour

由图3可知，在相同转速时特一粉的BEM比特二粉的BEM低；转速从500 r/min升高到1 000 r/min时，特一粉和特二粉的BEM均有显著增加；在1 000～2 500 r/min时，特二粉的BEM与转速基本呈线性相关(Y=3.690 5X+20.827，R2=0.991 6)，而特一粉的BEM主要分为3部分，在1 000～1 800 r/min呈线性增加，在1 800～2 000 r/min保持相对稳定，在2 300～2 500 r/min继续增加。可能是特一粉面筋聚集特性相对较好，能够承受较大的转速而不使面筋网络结构破裂，其最大扭矩相对较大；特二粉的面筋在高转速时，面筋网络结构容易破裂，其最大扭矩就相对较小。

2.4 温度对PMT和BEM的影响

温度对特一粉、特二粉PMT和BEM的影响如图4所示。在20～45 ℃时，特一粉的PMT低于特二粉的PMT；特一粉和特二粉的PMT随着温度的增加逐渐减小，且与温度呈线性相关。其中，特一粉的PMT与温度的相关方程为：Y=-4.368 6X+68.021，R2=0.922 8，特二粉的PMT与温度的相关方程为：Y=-4.226 8X+72.13，R2=0.713 1。

图4 温度对小麦粉面筋聚集特性PMT与BEM的影响Fig.4 Effects of temperature on PMT and BEM of wheat flour

由图4可知，在20～45 ℃时，当检测温度相同时，特一粉的BEM比特二粉的BEM低；特一粉和特二粉的BEM随着温度的增加逐渐减小，且与温度呈线性相关。其中，特一粉的BEM与温度的相关方程为：Y=-1.072 1X+50.956，R2=0.952，特二粉的BEM与温度的相关方程为：Y=-0.773 6X+52.119，R2=0.700 7。

2.5 水粉比和面粉质量对PMT和BEM的影响

水粉比的单因素试验结果表明：水粉比的变化对PMT和BEM的影响比较大，其主要原因与面粉糊的稀稠有关，水粉比为0.8∶1时面粉糊比较稠，其面筋聚集特性值比较大；水粉比为1.2∶1时面粉糊比较稀，其面筋聚集特性值比较小；因此采用水粉比1∶1时形成的面团结构比较合适。面粉质量的单因素试验结果表明：面粉质量为6 g时面粉与转子接触较少，其面筋聚集特性的结果相对就小；面粉质量为8 g时，其面筋聚集特性的结果相对就大，但转子旋转时有面粉溢出；因此面粉质量为7 g比较合适。但这两个因素不能够有效反映单位质量面粉的面筋聚集特性。

3 讨论

3.1 小麦粉总蛋白质含量与湿面筋及粉质特性的关系

面粉的品质特性如表4所示，特一粉的总蛋白质含量比特二粉的总蛋白质含量低，面粉中总蛋白质含量的高低与面筋蛋白(湿面筋)含量高低不一致，而湿面筋含量的高低与面粉的粉质特性(形成时间、稳定时间、弱化度及质量指数)相关性更好些。小麦粉面筋聚集特性的BEM与蛋白质含量、醇溶蛋白含量及面筋蛋白含量均呈中等程度的相关，可作为表示蛋白含量或面筋蛋白含量的指标[22]。

表4 特一粉和特二粉的蛋白质含量、湿面筋含量及粉质指标Table 4 Protein and wet gluten contents and farinograph properties of first-grade wheat flour and second-grade wheat flour

3.2 小麦粉面筋聚集特性PMT和BEM的相关性分析

面粉中PMT和BEM之间呈负相关，即随着转速的增加，PMT逐渐降低，而BEM逐渐增加。特一粉的PMT和BEM之间的相关系数为-0.978 7，特二粉的PMT和BEM之间的相关系数为-0.974 7；PMT与BEM的乘积结果表明，在转速低于2 000 r/min时，特二粉面筋吸收的能量较特一粉的大，而当转速高于2 000 r/min时，特一粉面筋吸收的能量较大。

面粉中BEM和PMT与温度之间存在极强的相关关系(Pearson相关系数绝对值0.8～1.0为极强相关)，即随着温度的增加，分子热力学活性增加，而BEM与PMT不断下降，该结果与常识相符；其中特一粉中BEM和PMT与温度之间的Pearson相关系数分别为-0.978 3和-0.969 4；特二粉中BEM和PMT与温度之间的Pearson相关系数分别为-0.850 3和-0.810 4；特一粉和特二粉中BEM之间的相关系数为0.786 2，PMT之间的相关系数为0.821 0；特一粉的BEM和PMT之间的相关系数为0.950 4，二者之间为高度线性相关；特二粉中BEM和PMT之间的相关系数为0.445 7，二者为显著性相关(相关系数绝对值0.4～0.7为显著性相关，0.7～1.0为高度线性相关)。

4 结论

正交试验极差结果显示，4个因素对PMT和BEM的影响顺序分别为水粉比>温度>转速>面粉质量，水粉比>面粉质量>转速>温度；Duncan’s多重比较结果表明，水粉比3个水平之间有显著差异(P<0.05)，其余3个因素3个水平之间未达到显著差异。单因素试验结果显示，转速在1 000～2 500 r/min时，特二粉的BEM与转速呈线性相关(R2=0.991 6)；转速在1 800～2 000 r/min时，特一粉的PMT变化较小，而特二粉的PMT变化较大，可作为区分二者的一个指标；20～45 ℃时，特一粉、特二粉的PMT和BEM随温度的增加均逐渐减小，且特一粉的PMT和BEM均低于特二粉的；Pearson相关系数分析表明，特一粉、特二粉的BEM和PMT与温度之间有极强的相关性。通过对面粉面筋聚集特性中的PMT和BEM的检测，可为微量快速分析判断面粉品质提供参考。