小麦不同程度萌发后其加工品质的变化

2020-03-23张玉荣潘运宇宋秀娟夏欣雨

河南工业大学学报（自然科学版） 2020年1期

张玉荣，潘运宇，宋秀娟，陈红，夏欣雨

1.河南工业大学粮油食品学院，河南粮食作物协同创新中心,粮食储藏安全河南省协同创新中心, 河南郑州 450001 2.黑龙江省粮油卫生检验监测站，黑龙江哈尔滨 150000

小麦的种植面积占粮食作物总面积的25%，作为世界第二大粮种，其贸易量和需求量巨大，均居粮食作物首位[1-4]。小麦籽粒在成熟后进入休眠状态，但在收获时如果遇到降水，或者储藏期间天气潮湿、人工管理不当，就会萌动、发芽[5]。小麦萌动、发芽比例高于标准规定值就会出现难以出售或低价出售的局面从而造成严重的经济损失。相关研究表明，发芽后的小麦淀粉酶等酶的活性升高，降解胚乳中储存的营养物质，进而对加工品质产生一定影响。如发芽对α-淀粉酶产生影响，使淀粉含量改变，蛋白酶的激活使蛋白质的结构发生改变，同时还可导致小麦的加工品质如拉伸特性、粉质特性等发生变化[6-9]。张佳灵[10]的研究表明小麦萌动过程中出粉率下降明显，但其下降的幅度小于发芽小麦。孙辉等[11]研究指出，萌动和发芽都会使小麦降落数值发生明显变化，并且发芽对其影响更大，同时由于蛋白质含量的变化，面筋结构被破坏，制成面团后保气能力减弱，烘焙品质降低。种子萌发分为吸胀、萌动、发芽和成苗4个阶段[12]。由GB 1351可知，小麦生芽包括两种类型：未突破种皮的萌动和突破种皮的发芽。萌动作为小麦吸水膨胀的起始阶段，理论上跟发芽是两个截然不同的生理表现，造成的影响也必然大不相同。小麦品质虽发生较大变化但萌动和发芽可以归为一类，而有学者认为10%或以下的发芽粒对面包和馒头品质没有影响[13-14]。鼓泡、萌动、发芽的检测和划分方法不一致，导致了生芽对小麦粉品质影响的结论也各有差异，因此无法正确指导发芽小麦的加工和收购[15]。

作者按照小麦萌发过程中呈现的不同特征将萌发小麦划分为鼓泡、皮裂、露白、芽长为小麦籽粒长度的一半、芽长跟小麦籽粒长度相同5种状态，在实验室最佳条件下萌发、干燥。与正常小麦作对比，研究不同萌发程度的小麦加工品质指标(出粉率、沉降值、粉质特性)的变化，为小麦生产加工以及生芽粒标准的制定提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与主要仪器

河南省焦作市修武县2017年6月田间新收获周麦27。

HWS-300恒温恒湿培养箱：宁波东南仪器有限公司；101 A-I型电热恒温干燥箱：上海市崇明实验仪器厂；ML204/02电子天平：梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；恒温水浴锅：金坛市华峰仪器有限公司；TGL-18MS台式高速冷冻离心机：上海卢湘离心机仪器有限公司；JFZD电子粉质仪：北京东方孚德技术发展中心；LRMM-8040-3-D实验磨粉机：中国无锡锡粮机械制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 材料处理方法

1.2.1.1 原材料前处理

小麦过筛去除杂质，用0.1% HgCl2溶液对其进行快速(1 min)消毒处理后清洗。

1.2.1.2 萌动和发芽小麦样品的制备

田间模拟：将处理过的小麦籽粒放在海绵上，喷洒水模拟下雨，33 ℃左右培养8 h，然后每2 h观察1次小麦籽粒的形态并记录。

实验室培养：参照GB/T 5520—2011对小麦进行发芽试验，培养12 h后，每2 h观察1次小麦籽粒的形态并记录。

高温快速干燥：用烘箱对小麦进行高温干燥处理，设置温度为80 ℃，使水分降为12.5%以下。

自然晾晒干燥：将萌动和发芽的小麦于室外太阳光下进行晾晒(37～40 ℃)，使水分降为12.5%以下。

1.2.2 测定方法

小麦出粉率的测定参照NY/T 1094.1—2006和NY/T 1094.2—2006的操作方法，用实验磨粉机对500 g小麦进行磨粉，测定其出粉率。

小麦沉降值的测定参照GB/T 21119—2007中Zeleny试验；小麦粉质特性的测定参照GB/T 14614—2006。

1.3 试样制备

按GB 5491对样品进行分样，再用锤式旋风磨制备全麦粉。

2 结果与分析

2.1 出粉率

出粉率是小麦加工中非常重要的质量指标，它直接关系到小麦粉生产企业的经济效益。出粉率的变化导致小麦粉的蛋白质、淀粉等营养物质含量的变化进而影响其加工品质[16]。由图1可知，小麦的出粉率随小麦萌动和发芽程度的加深而逐渐下降。其中，自然晾晒干燥的小麦出粉率高于经高温干燥的，经实验室培养的小麦出粉率小于田间模拟培养的。此外，小麦萌动阶段出粉率下降幅度小于发芽阶段，且出粉率均在皮裂期开始明显下降。相关研究表明：小麦在发芽过程中水分增高，酶被激活，营养物质被分解以供发芽，籽粒饱满程度降低，导致容重、出粉率降低[17-18]。同时由于籽粒结构的变化，后续磨粉也会受到影响[19]。Dziki等[20]的研究表明用发芽小麦磨粉最明显的特征是200 μm以下的颗粒数明显增加，这就会导致研磨过程中消耗的能量更少，从而出粉率降低。随着小麦发芽程度加深，出粉率降低，小麦粉的品质也受到影响。

注：发芽4表示芽长为小麦籽粒长度的一半；发芽5表示芽长与小麦籽粒长度相等，图2—图5、表1和表2同。图1 不同萌动和发芽程度对小麦出粉率的影响Fig.1 Effect of different germination degrees on the yield of wheat flour

2.2 沉降值

小麦粉沉降值是反映面粉中面筋水合能力的一项指标，是评估小麦中蛋白质含量及质量的重要依据。小麦中粗蛋白含量高、质量好，小麦粉沉降值就高。因此，小麦粉沉降值能反映出蛋白质、面筋含量和品质的综合情况。

由图2 可知，小麦无论是萌动还是发芽，沉降值均呈现无规律的波动变化，且数值上下浮动很小，说明培养方式和干燥温度对沉降值几乎没有影响。小麦萌动和发芽后，蛋白质含量逐渐降低，经高温处理过的小麦蛋白质变性，使得面筋结构松散，质量变差，蛋白质质量和含量的改变使面筋吸水率下降，沉降值降低；小麦发芽过程中种皮面积增加使小麦吸水率增加，从而沉降值变大。两种变化相互影响可能最终导致了沉降值变化不明显。

图2 不同萌动和发芽程度对小麦沉降值的影响Fig.2 Effects of different germination degrees on the sedimentation value of wheat

2.3 粉质特性

小麦面粉在加水形成面团的过程中所具有的流动性、耐揉性及黏弹性是面团的流变学特性[21-22]。小麦的粉质特性指标不仅能反映出小麦粉的综合品质，还可以判断其加工品质[23]。

2.3.1 吸水率

面团吸水率是指面团在揉制过程中达到最大稠度(500±20) FU时所需加水量占小麦粉总量的百分比。一般来说，面团吸水率主要受破损淀粉的影响，同时也受面筋蛋白的影响。

由图3可知，随着小麦萌动和发芽程度的增加，吸水率是逐渐下降的。同时经80 ℃高温干燥的小麦样品吸水率要低于经过自然晾晒干燥的小麦，而干燥方式对吸水率的影响不大。这是因为对于同种状态下的小麦，首先，当温度高于65 ℃时，面筋蛋白会因热变性而使面筋生成率显著降低，从而使面筋的吸水率降低；其次，萌动和发芽小麦籽粒内部酶活性的上升，促进了淀粉和蛋白质的分解，小麦破损淀粉含量越高面团吸水率越高[24]，总体呈现下降的趋势可能是由于面筋蛋白结合水的能力降低抵消了破损淀粉带来的影响[25]。

图3 不同萌动和发芽程度对小麦面团吸水率的影响Fig.3 Effects of different germination degrees on water absorption of wheat dough

2.3.2 面团形成时间和稳定时间

面团形成时间是指从加水点起至粉质曲线到达最大稠度后开始下降的时刻点的时间间隔。面团的形成时间与面团中面筋的含量、质量密切相关，面筋含量高的小麦粉形成面团的时间就长。

面团稳定时间是指在粉质曲线上升与下降的过程中，与500 FU线形成的两个交点间对应的时间差值。稳定时间可反映面团耐受机械搅拌的能力，稳定时间越长，面粉的筋力越强，韧性及醒发能力也越好[26]。

由图4可以看出，随着小麦萌动和发芽时间的延长，3种处理方式下的小麦面团的形成时间和稳定时间都逐渐下降。对发芽后的小麦高温干燥与自然晾晒相比会延长其面团稳定时间和形成时间，减缓其加工品质的劣化。面筋含量越高，质量越好就越易阻碍面团的形成，相应地，面团的形成时间会延长。萌动小麦和发芽小麦中蛋白酶活性的升高不仅使蛋白质含量降低，也导致了面筋结构被破坏，降低了面筋的筋力，所以面团的形成时间和稳定时间不断降低。温度过高会使蛋白质发生不同程度的变性，破坏蛋白质的网络结构，从而影响面团的形成时间和稳定时间，这与郭翎菲等[27]的研究结果是相似的。

图4 不同萌动和发芽程度对小麦面团形成时间和稳定时间的影响Fig.4 Effects of different germination degrees on the formation time and stabilization time of wheat dough

2.3.3 面团弱化度和粉质指数

面团弱化度即面团到达形成时间点时曲线带宽的中间值和此点后12 min处曲线带宽的中间值之间的高度差。面筋弱化度大说明加工性能较差。

粉质指数指从曲线开始到最大稠度衰减至某个相对于最大值的降低值。通常使用降低30 FU时的时间对小麦粉品质进行评估。为简化评估操作，以粉质曲线到此点的长度(mm)来表示结果(通常取整数)。筋力弱的面粉所需时间短，对应的长度短；筋力强的反之。

由图5可知，鼓泡小麦面团弱化度变化不大，但此后随着萌动和发芽程度的加深，面团弱化度迅速升高。从皮裂期开始，面团弱化度加大，明显区别于正常小麦。不同干燥方式的小麦面团弱化度上升的幅度明显不同，田间模拟自然晾晒的小麦面团弱化度要远远大于高温干燥的，由此说明小麦一旦发芽需立即进行干燥。小麦的粉质指数变化趋势与小麦面团弱化度变化趋势相反，随着萌发程度的加深小麦的粉质指数逐渐降低。不同的干燥方式对粉质指数影响也比较大，小麦萌动和发芽后，酶活性的升高使得淀粉、蛋白质降解，破坏了其网络结构[28]。此外，高温对面筋蛋白的影响也很大。这些都影响小麦粉的加工品质，因此在对粮食进行干燥时最好选用低温慢速干燥方式。

图5 不同萌动和发芽程度对小麦面团弱化度和粉质指数的影响Fig.5 Effects of different germination degrees on weakening degree and powder index of wheat dough

2.4 差异性分析

对3种干燥处理下不同萌动程度的小麦出粉率、沉降值、粉质特性进行样品均值、标准差的统计分析，并对其加工品质指标进行差异性分析，结果见表1和表2。

表1 不同萌动和发芽程度的小麦出粉率、沉降值的变化及其差异性分析Table 1 Variation and difference analysis of flour yield and sedimentation value of wheat with different germination degrees

注：数据为均值±标准差，同一列的相同字母表示在P=0.05水平上差异不显著，不同字母表示显著性差异，表2同。

由表1和表2可知,田间模拟自然晾晒、田间模拟高温干燥的小麦出粉率与原始样相比均在皮裂期差异性显著，而实验室培养高温干燥在鼓泡期发生显著性差异，皮裂期与鼓泡期差异性并不显著。田间自然晾晒、田间高温干燥的小麦沉降值在整个萌动阶段并未发生显著性差异，实验室培养高温干燥在皮裂期差异性显著。实验室培养高温干燥的小麦鼓泡期较原始样面团形成时间已有显著性差异，另外两种干燥方式均在皮裂期出现显著性差异。3种处理方式下面团稳定时间较原始样也均在皮裂期出现显著性差异。对于吸水率，与原始样相比田间自然干燥在皮裂期发生显著性差异，田间高温干燥在鼓泡期发生显著性差异，而皮裂期与鼓泡期差异性并不显著，实验室培养高温干燥也从鼓泡期开始出现显著性差异。面团弱化度与粉质指数在田间模拟自然晾晒、高温干燥与原始样相比在皮裂期发生显著性差异，实验室高温干燥在鼓泡期发生显著性差异。

综合各个指标的差异性分析，除沉降值外田间模拟自然晾晒的加工品质指标较原始样在皮裂期开始发生显著性差异，田间模拟高温干燥的出粉率、面团形成时间、面团稳定时间、面团弱化度、粉质指数也均在皮裂期差异性显著，吸水率在鼓泡期发生显著性差异。实验室培养高温干燥的出粉率、面团形成时间、面团弱化度、吸水率、粉质指数在鼓泡期差异性显著，面团稳定时间在皮裂期发生显著性差异。