小麦粉吸水速率对面团特性及馒头品质的影响

林江涛，郭晓丹，苏东民,2*

1(河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州，450000)2(郑州轻工业大学 食品与生物工程学院，河南 郑州，450000)

在面制品的加工过程中，面粉中的蛋白质遇水在搅拌作用下形成网络结构，并将淀粉及其他成分包裹，使面团具有黏弹性及延伸性，面筋网络在面团发酵过程中保持住气体，这是面包、面条、馒头等品质的保障和基础[1]。众多学者研究后发现，在面粉遇水成团过程中包含着很多物化现象[2]。BELTON[3]发现水分在与面粉结合的过程中，面粉颗粒表面很快吸水，在搅拌力的作用下，颗粒表面相互摩擦，通过颗粒与和面机内壁及搅拌机的摩擦作用，吸水的表面被剥落，重新裸露出的颗粒表面层又重新开始吸水[3]。当水分进入面粉颗粒内部时首先与蛋白质外围的亲水性基团作用形成水化合物，水分子附着在面团表面，麦醇溶蛋白与麦谷蛋白在水和搅拌力作用下在接触面表面形成面筋膜，阻碍水的渗透与其他蛋白的相互作用[4]。陈卫江等[5]发现，随着搅拌的进行，部分面筋膜被破坏，使得吸水作用继续进行。吸水膨胀的淀粉颗粒通过氢键作用开始形成淀粉-水-淀粉体系，此时面团形成大而较为空洞的面筋网络。在搅拌力的作用下，面筋网络不断展开，将膨胀的淀粉颗粒包裹于其中，逐渐形成具有延伸性与弹性的面团[6]。

表示小麦粉的吸水性能的指标参数包含吸水量与吸水速率。吸水量即吸水率，指14%水分小麦粉所能吸收的水量，吸水速率用来描述同等重量的小麦粉从加水开始到和制成为一定稠度特性的面团快慢的能力。吸水速率作为表征吸水性的指标已被广泛地应用，然而关于小麦粉吸水速率的研究还不够深入和系统。小麦粉吸水速率分为静态吸水速率与动态吸水速率，小麦粉遇水并在搅拌力作用下形成面团，因此研究小麦粉和面过程中的吸水速率即为动态吸水速率。粉质仪测试中加水量与形成时间可以作为表征吸水速率的参数[7]。即用有14%水分的小麦粉所能吸收的水的质量除以当小麦粉面团达到最大稠度时的时间，将其比值定义为小麦粉吸水速率。本文以不同吸水速率的小麦粉为研究对象，通过测定其粉质特性、面筋特性、面团特性、馒头品质的变化，来研究小麦粉吸水速率与面团及馒头品质之间的相关性。

1 材料与方法

1.1 材料

克明高筋、低筋小麦粉，豫粮集团濮阳专用面粉有限公司；金像小麦粉，江苏南顺食品有限公司；百钻中筋、低筋小麦粉，安琪酵母股份有限公司；维良中筋小麦粉，青岛维良食品有限公司；福临门中筋小麦粉、麦芯粉，中粮面业(海宁有限公司)；思丰超级雪花粉，新乡市思丰粉业有限公司；新良低筋小麦粉，新乡市新良粮油加工有限公司。

1.2 仪器与设备

FA2204B型电子天平，上海越平科学仪器(苏州)制造有限公司；MJ-Ⅲ型面筋数量和质量测定仪，杭州大成光电仪器有限公司；MJZ型面筋指数测定仪，杭州大成光电仪器有限公司；L550型医用离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；UV-1100B型可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；TZ-XTPlus型质构仪，德国Stable Micro System公司；810152自动型粉质仪，德国Brabender公司。

1.3 试验方法

1.3.1 小麦粉吸水速率的测定

参照 GB/T 14614—2206，使用粉质仪法测定，选用300 g和面钵，如公式(1)所示：

(1)

式中：V，小麦粉吸水速率，g/s；WZ，加水量，g；DDT，面团形成时间，s。

1.3.2 湿面筋含量、面筋指数测定

参照GB/T 14608—2008和GB/T 14607—2008的方法。

1.3.3 小麦粉中巯基与二硫键含量测定

根据Ellman′s试剂比色法测定[8]。

1.3.4 面团质构特性测定

面团制备：取100 g小麦粉，参考GB/T 35991—2018制备面团，将面团放入测试单元容器，用压平柱塞压平面团。将面团放入温度为30 ℃、相对湿度为 80%的醒发箱中醒发45 min。质构特性测定：根据质构仪的方法，使用P/6探头。测定参数为：测前、中、后速度分别为 2.0、5.0、10.0 mm/s；触发力5.0 g；测试距离20 mm。在醒发0 min、45 min时进行面团质构特性测定。

1.3.5 馒头的制作

参照GB/T 35991—2018方法并略有改进。取1.6 g酵母溶于50 mL温蒸馏水中，取200 g小麦粉，倒入和面机中，加入酵母溶液，并补加粉质吸水率70%的蒸馏水，和面3 min。将和好的面团在压片机由上至下辊压6次赶气，然后均分成2块，分别用手揉20次制成馒头胚。将馒头胚放置在湿度为80%、温度为30 ℃的醒发中醒发30 min。醒发完成后放置不锈钢蒸锅中，将电磁炉功率设置成1 600 W蒸制25 min，取出馒头后盖上纱布冷却60 min后测量。

1.3.6 馒头比容及高径比测定

小米置换法测馒头的体积，游标卡尺测量馒头直径、高度。馒头比容及馒头高径比计算如公式(2)和公式(3)所示：

(2)

(3)

式中：λ，馒头比容，mL/g；V，馒头体积，mL；M，馒头质量，g；R，馒头高径比；D，馒头直径，cm；H，馒头高度，cm。

1.4 馒头质构特性测定

取冷却后的馒头，使用切片机将其切成大约12 mm厚的均匀薄片，取中间3片用P/36探头进行质构测定。测定馒头瓤的硬度、黏性、弹性、内聚性、胶着性、咀嚼性、回复性6个指标。测定参数为：测前、中、后速度分别为3.0、1.0、1.0 mm/s;压缩程度50%;2次压缩之间的时间间隔：5.0 s。

1.5 数据处理

采用 SPSS 20 软件对数据进行显著性分析，不同字母表示样品间存在显著性差异(P<0.05)。采用Origin 8.0软件作图。数据结果以“平均值±标准偏差”来表示。

2 结果与分析

2.1 不同品种小麦粉吸水速率结果分析

如表1所示，不同品种小麦粉间吸水速率变幅为0.17～3.87，不同品种间差异性显著，平均值为1.51。在下文的叙述中不同品种的小麦粉将按吸水速率从低到高排序，V1～V10。

表1 不同品牌小麦粉吸水速率的差异Table 1 Determination of water absorption speed of wheat flour

2.2 不同品种小麦粉粉质特性结果分析

粉质特性是面团形成过程中耐揉性和黏弹性的综合表现，不仅决定面制品加工过程中的可操作性能，而且对最终产品的质量有着重要影响[9]。

弱化度为面团达到最大稠度后，继续搅拌12 min后，粉质曲线中衰减值的大小，其表示面团在搅拌过程中的破坏速率。弱化度小，表示面团的筋力强，耐搅拌，反之则表示面团筋力弱，易稀懈，不耐放置。弱化度与馒头品质的相关性：弱化度越大，则馒头的成品品质不挺，发扁。如表1所示，不同品种小麦粉间弱化度的变幅为24～155，平均值为58.4。随着小麦粉吸水速率的增加，面团的弱化程度整体呈现上升趋势，说明小麦粉吸水速率越大，面团的韧性越弱。

面团的稳定时间代表面团的稳定性，稳定时间长，代表面团对剪切力有较强的抵抗能力，面团的韧性好，面筋强度大，面团的加工性能好[10]。不同品种小麦粉间稳定时间的变幅为0.92～26.43 min，平均值为 9.34 min。按照我国标准,强筋小麦粉的稳定时间≥7 min,弱筋小麦粉的稳定时间为≤2.5 min。中筋小麦粉的稳定时间在2.5～7 min。即V1～V5属于强筋粉，V6～V8属于中筋粉，V9～V10属于弱筋粉。随着小麦粉吸水速率的增大，面团的稳定时间整体上呈现下降趋势。说明小麦粉吸水速率越大，面团的筋力强度越小。

表2 不同吸水速率小麦粉粉质特性Table 2 Silty characteristics of wheat flour at different water absorption speeds

2.3 不同吸水速率小麦粉中湿面筋含量与面筋指数

当面粉加水后，水分开始与醇溶蛋白及麦谷蛋白分子外侧的极性基团结合，随着蛋白质分子吸水过程的不断延续，水分子渗入蛋白质分子内部，使内部非极性基团外翻，水化了的极性基团内聚，相互交织在一起，形成面筋网络，并将面粉中的其他成分如淀粉和脂质包围起来，形成独特的具有黏弹性的面团[11]。因此面筋的含量与质量对面团的品质有着决定性的作用。面筋指数是反映面团中面筋质量的标准，面筋指数越大，面筋质量越好，反之越差[12]。

由图1可知，随着小麦粉吸水速率的增大，湿面筋含量从38.81%降低到19.19%，显著下降(P<0.05)。面筋指数对吸水速率无显著性影响。面筋形成过程主要是蛋白质分子通过氢键发生水合作用。由于水合作用，面筋蛋白产生一定的内聚性和黏附性。面筋蛋白含量高即在面粉在成团搅拌过程中所形成的蛋白膜的韧性越好。面团在形成的过程中，需要不断被破坏已经形成的蛋白膜，才能让吸水作用继续进行。在相同的搅拌条件下，蛋白膜的韧性越好，需要消耗的时间越多。

图1 不同吸水速率小麦粉中湿面筋含量及面筋指数Fig.1 Content and gluten index of wet gluten in wheat flour at different water absorption speeds

2.4 不同吸水速率小麦粉中游离巯基与二硫键含量

在和面的过程中，小麦粉中的面筋蛋白与水相互作用，游离巯基之间相互结合形成二硫键。二硫键(S—S)的组成成分半胱氨酸残基是一种天然构象，它在维持蛋白质结构稳定中起到重要作用[13]。二硫键的含量代表着蛋白质结构中的稳定性[14]，当蛋白质中的二硫键发生还原反应时会生成游离的巯基，导致蛋白质结构变为无序，从而破坏蛋白质结构的稳定。

如表3所示，随着小麦粉吸水速率增大，游离巯基含量从2.97 μmol/g增加到5.53 μmol/g，总巯基含量从29.61 μmol/g降低到23.53 μmol/g，二硫键含量从13.31 μmol/g下降到9.05 μmol/g，各组间存在显著性差异(P<0.05)。因二硫键是由小麦蛋白质多肽链中2个半胱氨酸端的—SH形成的共价键[15],当面粉蛋白质含量越多，其氨基酸中所对应的半胱氨酸越多，从而二硫键含量越多。

2.5 小麦粉吸水速率对面团特性的影响

向面粉中加入适量的水，并在力的作用下可将面粉揉制成具有黏弹性的面团。如图2-a所示，随着小麦粉吸水速率的增大，面团的硬度及黏弹性先上升后下降，面团硬度从348.91 g降到了266.82 g,硬度及黏弹性均在V5号粉时达到最大值,各品种之间存在显著性差异(P<0.05)。

表3 不同速率小麦粉中游离巯基、总巯基、 二硫键、和游离巯基/二硫键比值的变化Table 3 Changes of the ratio of free sulfhydryl group, total sulfhydryl group, disulfide bond and free sulfhydryl/ disulfide bond in wheat flour at different water absorption speeds

出现这种现象的原因是由于面团在形成的过程中分为3个阶段[16]。刚开始时小麦粉被水调湿,形成面絮, 此时水化作用仅在小麦粉颗粒表面，面筋蛋白仅发生表面水化作用，面筋网络无法形成，面团硬且无弹性和延伸性。随着面筋的逐渐形成,面团表面逐渐无粗糙感、硬度下降、出现弹性且具有延伸性。最后在面团的完成阶段，面筋网络已完全形成，面团有光泽、细腻整洁，具有良好的弹性及延伸性[17]。因为吸水速率小的小麦粉在与水结合的过程中需要消耗较长的时间，当吸水速率大的小麦粉已经开始进入面团的后续阶段时，速率小的面粉还停留在上个阶段。同时由于V5号粉的湿面筋含量为32.08%，面筋含量适中，较容易达到面团的最后形成阶段，此时的面团已经达到最好的弹性阶段，具有较大的硬度。吸水速率稍大的小麦粉过了最优阶段，开始进入了搅拌过度阶段，因此面团硬度也随之下降。

由图2-b可知，在面团发酵45 min后，面团的硬度及黏弹性相对于0 min时面团显著性降低。面团发酵45 min后，随着小麦粉吸水速率的降低，面团的硬度从76.21 g降低到了42.56 g,黏弹性从18.67 g·s降低到了3.65 g·s。各品种间存在显著性差异(P<0.05)。这是因为吸水速率低的面团湿面筋含量高能束缚酵母发酵产生的CO2，面筋网络较难舒展开，导致在醒发时间相同的条件下，发酵后的面团相对与吸水速率较高的面团硬度较大。

a-发酵0 min面团特性；b-发酵45 min面团特性图2 面团0 min与45 min的发酵特性Fig.2 Fermentation characteristics of dough at 0 min and 45 min

2.6 小麦粉吸水速率对馒头比容及高径比的影响

馒头的比容代表代表馒头内部结构的完整性，即面筋网络结构的好坏[18]。如图3所示，随着小麦粉吸水速率的增大，馒头的高径比及比容均呈现下降趋势。馒头比容从2.67 mL/g降低到了2.27 mL/g，馒头高径比从0.68降低到了0.56，各品种间存在显著性差异(P<0.05)。由2.3可知，吸水速率低的面粉中湿面筋含量相对较高，面筋网络的持气性与稳定性较好，对馒头的支撑作用较强，馒头的体积增大。从而使馒头的比容与高径比较大。反之，吸水速率较高的小麦粉湿面筋含量较低，同时含有的淀粉较高，导致面筋结构被稀化，从而比容与高径比较小。

图3 馒头比容与高径比Fig.3 Ratio of volume to height to diameter of steamed bread

2.7 小麦粉吸水速率对馒头质构特性的影响

不同吸水速率馒头质构特性如表4所示，随着小麦粉吸水速率的减小，馒头的硬度、胶着性、咀嚼性呈显著性下降，各品种之间差异性显著(P<0.05)。因吸水速率低的小麦粉中的湿面筋含量较高，而吸水速率较高的小麦粉湿面筋含量较低。高含量的湿面筋能束缚酵母发酵产生的CO2，阻碍CO2的流动，从而使馒头内部结构变得更加紧密。低含量湿面筋会导致面团中面筋网络结构松懈[19]，面团的延展性变差，从而使馒头的柔软度降低、硬度下降，这与张丽莉等[20]的研究结果一致。当馒头的硬度下降时，相应地馒头在咀嚼的过程中消耗的力也会降低，从而使馒头咀嚼性降低。将馒头破裂并咀嚼成吞咽时的稳定状态所需要的能量称为胶着性[21]，随着吸水速率的增加，馒头的筋力与内部紧密性下降，导致馒头的胶着性下降。

表4 不同吸水速率小麦粉馒头特性Table 4 Characteristics of wheat flour steamed bread with different water absorption speeds

3 结论

本文以不同吸水速率小麦粉为研究对象，测定了面粉中的面筋含量与质量、面团的粉质特性、游离巯基与二硫键含量、面团的质构特性、馒头比容与高径比、馒头的质构特性。结果表明，不同吸水速率小麦粉之间差异显著。随着吸水速率的增大，小麦粉中的湿面筋含量显著下降。因吸水速率的变化，面团的硬度与黏弹性在醒发0 min时，呈先上升后下降趋势；在醒发45 min后，呈显著下降趋势。馒头的比容与高径比的下降趋势明显，同时馒头的硬度与咀嚼性也随吸水速率的增大而明显下降。

通过本文的研究发现，当小麦粉的吸水速率不同时，所对应的面团、馒头品质也呈现不同的特点。根据我国南北方主食食品品质的差异性，即北方馒头有嚼劲，南方馒头较松软的特点，因此北方馒头制作时可选择吸水速率较低的小麦粉、南方馒头可选择吸水速率较高的小麦粉。