Amylab型降落数值仪的技术创新

赵君兰 于 卉 刘 超

（法国肖邦技术中国分公司，北京100038）

由发芽小麦生产的小麦粉制作面包、馒头等发酵类食品，表皮暗、体积小、粘牙；制作的面条煮后弹性差、糊汤、表面不光滑、粘牙[1-3]。研究发现，小麦发芽后，α-淀粉酶活性急剧增加。用贮存多年的小麦粉制作面包，其体积变小、面包心发硬、货架期下降，这是由于小麦籽粒淀粉酶活性不足造成的[4]。也有研究发现，降落数值和湿面筋是影响小麦粉色泽b值的主要因素[5]。

降落数值反映了小麦籽粒中α-淀粉酶活性的大小：α-淀粉酶活性低，则降落数值高；反之，α-淀粉酶活性高，则降落数值低。小麦籽粒中淀粉占68%左右，小麦粉中淀粉占80%左右。淀粉由葡萄糖甙联结起来的大分子碳水化合物，淀粉是以淀粉粒型式存在于小麦种子胚乳中。除了小麦粉中淀粉种类、直链和支链淀粉的比例、损伤淀粉含量对面制品的食用品质和烘焙品质影响外，α-淀粉酶活性的影响也不容小视。为此，2008年我国对GB 10361—89做出了修订[6]，对控制小麦发芽损坏发挥了很好的作用。1993年我国发布的专用小麦粉系列标准规定了不同专用粉的降落数值，如面包用小麦粉的降落数值250～350 s，馒头用小麦粉的降落数值≥250 s，面条用小麦粉的降落数值≥200 s等。2017年发布的中国好粮油标准LST3248同样规定了优质小麦粉（包括优质高筋小麦粉和优质低筋小麦粉）的降落数值≥200 s[7]。

α-淀粉酶活性已作为谷物，特别是小麦、小麦粉的品质检测指标，国内外粮食贸易、制粉和烘焙等行业对谷物α-淀粉酶的测定也有相应的要求，把降落数值作为计算小麦和黑麦价格的依据，降落数值越低收购价也越低。

1 降落数值的检测方法

1960年Hagberg和Perten研制了一种预测α-淀粉酶活性的方法，称为降落数值法（Falling Number，FN），测定时将小麦粉或其他谷物粉加水振荡成水悬浮液，再将悬浮液置于沸水浴中迅速糊化，由于其中的α-淀粉酶活性不同而使糊化物中的淀粉不同程度被液化，液化程度不同，搅拌器在糊化液中下降的时间不同，降落数值也不同。

1.1 Hagberg降落数值仪的检测方法

Hagberg降落数值仪由粘度计、水浴、电子计时器3部分组成。粘度计主要部分是粘度管、搅拌棒和搅拌系统。粘度管内径21 mm，长度23.8 mm，搅拌棒上部有磁性体，下部有阻力轮，以增加其对小麦面糊的阻力。测定时，取经粉碎的小麦粉或其他谷物粉7 g（水分14 %或15 %）置于粘度管中，加25 mL蒸馏水，用手充分振荡成为悬浮液，然后把粘度管放入沸水浴中，5 s后，以2次/s的速率上下移动搅拌棒，使管内的悬浮液充分混合，由于悬浮液受热渐渐糊化粘度上升，60 s时搅拌棒上升到最高位置，让其自由下降，当搅拌棒下落一定距离，搅拌棒上部磁性体与仪器传感器感应，记录下落时所需的时间即为降落数值，用s表示[6]。

1.2 降落数值检测方法的原理

小麦粉加水振荡后形成水悬浮液，随着沸水浴温度的上升，淀粉粒吸水体积涨大，同时α-淀粉酶活动渐渐加大，对损伤淀粉粒中的淀粉发生水解作用。当悬浮液达到小麦淀粉糊化温度时（55℃），淀粉粒破裂，使淀粉分子从淀粉粒中释放出来，形成糊化液，这时α-淀粉酶对糊化后的淀粉分子水解作用明显加剧，把部分淀粉水解成糊精和糖，使淀粉糊粘度下降。小麦粉样品中，α-淀粉酶浓度越大，淀粉糊粘度下降越明显。

降落数值可以正确反映面包的烘焙特性。面团在250℃烤炉中烘烤时，其面包心在55～80℃经历的时间约40 s，降落数值法检测时的加热速度与烘焙过程面包心加热过程极其相似，所以降落数值可以正确反映面包的烘焙特性。

不同降落数值小麦粉所制作面包的结果见图1。

图1 不同降落数值小麦粉所制作面包表现

显然降落数值太小，面包内部粗糙，孔大小不一，而降落数值太大，面包体积小。

1.3 Hagberg降落数值仪存在的一些不足

李振华等[8]研究发现，传统降落数值仪的冷却水流速、加热池、粘度管和搅拌器均是影响检测结果准确性的主要因素。传统降落数值仪加热池水位要求始终保持放入粘度管后水恰好不溢出比较难控制，同时实验过程中水分消耗会导致粘度管不能完全被沸水加热，因而产生实验误差；使用自来水和蒸馏水的检测结果差异较大[9]，加热池内的水质要求始终如一也难以控制；由于海拔高度的差异，不同地区热水沸腾的温度差异较大，高海拔地区沸水温度不能达到100℃，也会导致实验结果误差较大。

2 肖邦Am ylab降落数值仪的创新

2.1 肖邦Amylab降落数值仪在检测技术上的创新

肖邦Amylab降落数值仪与传统降落数值仪的检测原理完全一致，但针对传统降落数值仪存在的一些问题，肖邦Amylab降落数值仪（图2）在检测技术上做了很大改进，从而提高实验的安全性和准确性。

图2 新型Amylab降落数值仪

2.1.1 Amylab降落数值仪沸水浴加热方式的改进

将传统的沸水浴加热改为更加安全的电磁感应加热，图3为改进后的电磁感应加热方式。

图3 Amylab电磁感应加热

改进后的加热方式具有以下优点：（1）加热温度恒定，实验结果不再受海拔高度影响；（2）无沸水喷溅，提高了对操作人员的安全保障；（3）解决了传统降落数值仪循环水浴加热水浴锅易老化导致设备外观受损的缺点；（4）测试结果更准确。

2.1.2 Amylab降落数值仪粘度管的改进

Amylab降落数值仪使用底部可拆卸的铝制粘度管（如图4）替代传统玻璃粘度管。铝制粘度管具有以下优点：（1）可重复使用且不易破损，使用寿命更长；（2）避免人员被破碎玻璃管割伤的危险；（3）粘度管底部可拆卸，操作更迅速、清洗更方便。

图4 Amylab降落数值仪搅拌棒及粘度管构造

2.1.3 Amylab降落数值仪降温方式的改进

实验结束后的冷却阶段，肖邦Amylab降落数值仪采用物理降温。传统降落数值仪采用流动冷却水降温，主要作用是保护粘度管的塑料底座和搅拌器上方的塑料部件，但水流速太小起不到降温作用，水流速太大会导致水的浪费。采用物理降温不仅可以很好地控制降温速度，也避免了水的浪费。

2.2 Amylab降落数值仪在检测方法上的创新

Amylab降落数值仪的检测方法有两种，除了Hagberg标准检测法外，还新增一种检测方法——Testogram快速法。

2.2.1 两种仪器采用标准检测法检测结果比较

图5 Amylab降落数值结果与传统降落数值结果相关性

使用两种仪器，分别采用Hagberg标准法，测定11个不同降落数值的小麦样品的降落数值，结果均介于60 s～500 s之间，平均值为250 s左右，两种设备的检测结果相关性高达0.97，说明采用Hagberg标准法，两种仪器检测结果完全一致。

2.2.2 Amylab降落数值仪的Testogram快速法

Testogram快速法是通过记录搅拌器持续搅拌90 s内的样品粘稠度变化，来预测标准法降落数值，用以快速确定小麦发芽情况。如图6所示，横坐标为搅拌棒下降的时间，纵坐标为搅拌棒下降的过程中所受到的阻力（代表悬浊液的粘稠度）。在搅拌棒搅拌过程中，悬浊液在糊化阶段粘稠度上升，粘稠度达到最高后随着淀粉的液化粘度下降，淀粉的糊化和回生发生在前2 min，该过程中转子下降的时间与粘稠度之间存在指数方程关系，从方程式可以看出，粘度越高，降落数值越高，淀粉酶活性越低。

图6 Testogram快速法—转子下降所受阻力与下降时间的关系

粘稠度的检测原理如图7所示，Amylab降落数值仪内置力量传感器，通过该传感器记录搅拌棒在悬浊液中所受的力。

图7 Testogram快速法的检测原理

10个小麦粉样品采用标准法降落数值变化范围为73～413 s，图8是采用Testogram快速法检测的粘度曲线，横坐标为时间，纵坐标为搅拌棒所受到的力。

从检测结果可以看出，其粘度的主要变化均在90 s以内。所以利用前90 s的搅拌时间即可以很好地预测Hagberg标准法降落数值结果。

图8 10个样品的粘度曲线

10个小麦粉样品的Testogram快速法预测降落数值与Hagberg标准法检测的降落数值结果如图9所示，两种方法的相关性高达0.98，说明Testogram快速法准确可靠。

图9 Testogram快速法和Hagberg标准法降结果相关性

传统检测方法检测一个样品大概需要288 s的时间，而Testogram仅需要90 s的时间，Testogram法简单快速，比标准法平均节约68%的时间。

3 结语

快速判断粮食发芽情况对谷物收购、加工、仓储等企业非常重要，Amylab降落数值仪克服Hagberg降落数值仪的部分缺点，使得降落数值的检测更加快速、准确、简便、安全，Amylab降落数值仪的推出提高了企业的检测工作效率。