改良剂对面团热机械学特性的影响

李 操，程 科，黄文雄

(国粮武汉科学研究设计院有限公司，湖北 武汉 430079)

挂面是我国最常见的主食之一，其历史悠久，具有制作简单、美味可口等优点。挂面中主要含有碳水化合物、蛋白质、脂类物质等，能够提供人体所需营养物质，深受消费者的喜爱。随着人们生活水平的提高，消费者越来越看重挂面以及面制品的品质和口感，如软硬适中、弹性较好、有嚼劲等[1]。小麦粉生产挂面的原料，所以其品质是挂面质量的基础。我国小麦粉中蛋白质含量普遍较低，面筋质量较差，导致面条品质差，易出现不耐煮、易断条、易糊汤、口感较差等问题[2-4]。

随着食品行业的快速发展，食品添加剂已成为现代食品工业中不可缺少的辅料，广泛应用在各种食品的生产加工中[5]。目前，在我国被允许使用的食品添加剂共有20多种类型，有2 000多个品种[6]。面制品常见的面团改良剂包括六大类，分别为营养强化剂类、淀粉类、凝胶多糖类、乳化剂类、无机盐类、酶制剂类。它们能够不同程度的改善面条的营养品质、烹煮品质、质构特性、保鲜防腐等性能指标，因此其在生产高品质挂面中被广泛使用[7]。改良剂的添加方式可根据不同的需要自行搭配，有时单一改良剂的作用有限，就会将几种不同作用的改良剂复配使用，进而提高其改良效果[8]。通过测定改良剂对小麦粉及面团的热机械学特性、粉质特性和糊化特性等方面的影响，深入探究其对挂面的改良效果及作用机理，为食品改良剂在面条工业中的合理添加使用，提供进一步的指导，从而推动面条行业发展[9]。

我们主要探究大豆蛋白粉、木薯变性淀粉及瓜尔豆胶这3种改良剂在不同添加量的条件下对挂面生产中面团的吸水率、稳定时间、蛋白质弱化度、蒸煮稳定性及淀粉回生特性的影响，得出改良效果最佳的添加量，进行正交实验，从而获得最优的改良复配方案。

1 材料与方法

1.1 实验材料

香满园优质特一小麦粉，益海嘉里(郑州)食品有限公司；大豆蛋白粉、木薯变性淀粉、瓜尔豆胶，河南万邦化工科技有限公司。

1.2 实验仪器

Mixolab混合试验仪，法国肖邦公司；AL204电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；YP2001N电子天平，上海菁海仪器有限公司；MB23水分测定仪，奥豪斯仪器(常州)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1面团热机械学特性的测定

先将3种改良剂(大豆蛋白粉、木薯变性淀粉、瓜尔豆胶)以不同的添加量分别与小麦粉混合均匀后测定其水分含量，然后使用Mixolab混合试验仪测定混合面团，并测定其热机械学特性的各项指标。

实验参数采用混合试验仪自带Chopin+协议，基数14%(b14)，面团质量默认为45 g，面团的扭矩以(1.0±0.05)N·m为标准。然后按照扭矩1.0 N·m的要求加入一定量的水，测试条件：测试的初始温度为30℃，搅拌8 min；再以4 ℃/min的速度升温到90℃，保持7 min；再以4 ℃/min的速度降温到50℃，保持5 min，整个过程中的揉混速度始终为80 r/min，总时间为45 min。表1为混合试验仪所测定的指标及其含义。

表1 Mixolab 混合试验仪

1.3.2单因素实验设计

以蛋白质弱化度、蒸煮稳定性及淀粉回生特性为指标，依次考察3种改良剂对面团热机械学特性的影响。其添加水平分别为：大豆蛋白粉(0、2%、4%、6%、8%、10%)、木薯变性淀粉(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)、瓜尔豆胶(0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)。

1.3.3改良剂复配实验设计

根据3种改良剂对面团热机械学特性影响的结果分析，筛选出大豆蛋白粉、木薯变性淀粉和瓜尔豆胶的最优添加量，设计正交实验，由此获得改良剂的最佳复配比。

1.3.4数据处理与分析

实验均重复3次，取平均值，使用SPSS 19.0进行数据的方差分析及显著性检验。使用Microsoft Excel 2010进行数据处理分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1大豆蛋白粉添加量对面团热机械学特性的影响

吸水率反映小麦粉各组成成分的吸水性，也是衡量小麦粉生产和加工质量的重要指标之一。

由表2可以看出，大豆蛋白粉的添加会对面团的吸水率产生显著影响。面团吸水率随大豆蛋白粉添加量的增加而显著增大(P<0.05)，可能是因为蛋白质有良好的吸水性，加入了大豆蛋白粉后，混合粉中蛋白质含量增大，故混合粉的吸水率上升。

表2 大豆蛋白粉对面团热机械学特性的影响

面团稳定时间反映了面团揉制阻力，是衡量小麦粉粉质特性的重要指标，一般来说，粉质指数与稳定时间呈正相关关系。在实际加工过程中，面团的稳定时间并不是越长越好，如果稳定时间太长易导致面团筋力过强，在挂面压片切条时，容易收缩变厚，烹饪后外观颜色较差，质地过硬；反之，稳定时间太短时，挂面易拉长变薄、不耐煮和咀嚼性较差。一般挂面类产品的面团稳定时间为3～5 min，不同的挂面产品对稳定时间有不同的要求[10]。添加大豆蛋白粉对面团稳定时间产生显著影响(P<0.05)，面团的稳定时间随着大豆蛋白粉的添加量而逐渐增大，当添加量为8%时，稳定时间已达到7.54 min，适当添加大豆蛋白粉能够显著增加面团的筋力，从而提高挂面的品质；但过长，则会产生负面影响。

面团的弱化度反映了面团在搅拌过程中能够承受机械搅拌的程度，弱化度值越大，面团越黏，弹性越差，添加大豆蛋白粉对蛋白质弱化度无显著影响，但当添加量为6%时，蛋白质弱化度最低为0.62 N·m，当添加量超过6%后，弱化度呈增加趋势，可能是因为大豆蛋白粉与面筋蛋白的混合物互相作用形成一个整体，从而提高了面团的耐揉性和耐搅拌力[11]。

C3是面团在糊化过程中的最大扭矩，随着大豆蛋白粉添加量的增加，C3呈先降低后升高的趋势。蒸煮稳定性指在90℃保温过程中，C4与C3的比值，值越大，则说明面团的蒸煮稳定性越强，随着添加量的增加，面团的蒸煮稳定性呈先增大后减小趋势，在添加量为6%时，蒸煮稳定性达到最大值。C5-C4值表示淀粉回生特性，淀粉回生是指糊化淀粉在逐渐冷却过程中，分子动能降低，相邻分子间致密而高度晶化的淀粉分子微束失去了溶解性，C5-C4值越小，说明淀粉回生的可能性越小。淀粉的回生特性通常用来描述直链淀粉的重结晶性。可以看出，添加了大豆蛋白粉后，淀粉回生特性逐渐降低，说明添加大豆蛋白粉能够抑制淀粉老化，Marcoa等[12]也得到了相同的结果。

在大豆蛋白粉添加量为6%时，蛋白质弱化度最小，说明面团弹性较好；蒸煮稳定性在此添加量下达到最大为1.04；与空白组相比，淀粉回生特性也显著降低。综合来说，6%的大豆蛋白粉的加入能够较好的改善面团品质。

2.1.2木薯变性淀粉添加量对面团热机械学特性的影响

木薯变性淀粉对面团热机械学特性的影响见表3。

表3 木薯变性淀粉对面团热机械学特性的影响

由表3可以看出，随着木薯变性淀粉添加量的增加，面团吸水率和稳定时间均先增大后减小，在添加量为1.2%时分别达到最大值59.5%和5.40 min，说明木薯变性淀粉的适当加入可以提高面团的加工性能，改善面团的品质。这是因为木薯变性淀粉具有良好的吸水性，适当添加易与蛋白质结合形成良好的网状结构，使得面团韧性变好。加入木薯变性淀粉对C1-C2蛋白质的弱化度和α值没有显著影响(P>0.05)。

随着添加量的增加，C4∶C3蒸煮稳定性呈先增大后减小的趋势，说明木薯变性淀粉的适量加入能够增加面团的蒸煮稳定性。C5-C4淀粉热回生特性无显著规律性，但是和空白组相比，回生特性都稍有增高，且试验组的淀粉热回生特性之间无显著性差异(P>0.05)。目前，人们普遍认为，淀粉中支链淀粉结晶是影响淀粉糊化和老化的主要原因，支链淀粉晶体融熔温度是55～65℃，当温度升高时，可消除淀粉的回生老化现象。因此，解决淀粉老化回生的问题可以通过抑制或消除支链淀粉结晶。在淀粉老化过程中，可能支链淀粉结晶速率受直链淀粉分子含量的影响较大，即高含量的直链淀粉分子可能显著促进支链淀粉的结晶速率，但这一结论尚未得到证实[13]。随着木薯变性淀粉添加量的增加，直链淀粉的含量也会逐渐增加，可能这会促进支链淀粉的结晶速率，从而使得淀粉回生特性稍有偏高。

在木薯变性淀粉添加量为1.2%时，蒸煮稳定性达到最大；与空白组相比，淀粉回生特性稍有升高。综合来看，添加量为1.2%时，面团品质相对较好。

2.1.3瓜尔豆胶添加量对面团热机械学特性的影响

瓜尔豆胶对面团热机械学特性的影响见表4。

表4 瓜尔豆胶对面团热机械学特性的影响

由表4可以看出，随着瓜尔豆胶添加量的增加，面团的吸水率呈逐渐下降趋势。与空白试验组相比，稳定时间呈不同程度的增加，说明面筋强度均比空白组要强。由于瓜尔豆胶是一种中性亲水胶体，吸水后多糖分子不仅分子间交联形成网络，还能与面筋蛋白间相互作用，从而提升了面团的耐搅拌性。

加入瓜尔豆胶后，蛋白质弱化度呈显著下降趋势(P<0.05)，说明加入瓜尔豆胶后使得面团内部结构更加稳定，各个组分结合更加紧密，面筋的强度增大，从而使得面团中蛋白质不易被弱化。但是面筋强度并不是越强越好，过强反而会影响挂面的适口性。蒸煮稳定性随着添加量的增加呈显著增加趋势(P<0.05)。添加量对淀粉回生特性无显著影响(P>0.05)，在添加量为0.6%时，回生特性由0%时的1.70增至1.75，随后，逐渐呈下降趋势。

与空白组相比，在瓜尔豆胶添加量为0.9%时，蛋白质弱化度和蒸煮稳定性均有所改善。综合来看，添加0.9%瓜尔豆胶能较好的改善面团品质，同时用量也相对较少，节约成本。

2.2 改良剂复配实验结果与分析

根据单因素实验结果，分别选取大豆蛋白粉添加量4%、6%、8%；木薯变性淀粉添加量0.8%、1.2%、1.6%；瓜尔豆胶添加量0.6%、0.9%、1.2%做正交实验，以蛋白质弱化度、蒸煮稳定性及淀粉热回生特性性作为评价指标，设计L9(34)的正交试验(见表5)，确定改良剂复配的最佳配方。

表5 正交因素设计因素水平表

2.2.1正交实验结果与分析

正交实验设计方案及结果见表6。

由表6可知，对于面团的蛋白质弱化度和蒸煮稳定性结果可得最佳试验条件为第5号试验，即A2B2C3，即大豆蛋白粉为6%、木薯变性淀粉为1.2%，瓜尔豆胶为1.2%；对于淀粉热回生特性结果可得最佳试验条件为第8号试验，即A3B2C1，即大豆蛋白粉为8%、木薯变性淀粉为1.2%，瓜尔豆胶为0.6%。

表6 正交设计方案及结果

2.2.2正交实验极差分析

根据极差分析结果可知，各因素对面团热机械学特性影响程度有所不同，影响蛋白质弱化度主次顺序为：瓜尔豆胶>大豆蛋白粉>木薯变性淀粉，最佳因素水平为A2B2C3；影响蒸煮稳定性主次顺序为：大豆蛋白粉>瓜尔豆胶>木薯变性淀粉，最佳因素水平为A2B2C2或A2B3C2，考虑到添加成本等问题，选择A2B2C2作为最佳因素水平；影响淀粉回生特性主次顺序为大豆蛋白粉>瓜尔豆胶>木薯变性淀粉，最佳因素水平为A3B2C1。

综合来看，得到的最佳因素水平为A2B2C2，即大豆蛋白粉添加量为6%，木薯变性淀粉添加量为1.2%，瓜尔豆胶添加量为0.9%。因为该组合不在正交实验中，所以选择此组合方案进行多次验证试验，验证结果为蛋白质弱化度0.52 N·m、蒸煮稳定性1.09，淀粉回生特性1.30 N·m，其综合水平较优于其他试验组，故最优方案为A2B2C2。

3 结论

本研究以大豆蛋白粉、木薯变性淀粉及瓜尔豆胶作为挂面改良剂，借助Mixolab混合试验仪测定并讨论了不同改良剂对小麦粉的面团热机械学特性的影响；随着大豆蛋白粉添加量的增加，面团的吸水率、稳定时间逐渐增大，蒸煮稳定性呈先增大后减小趋势，淀粉回生特性显著减小；随着木薯变性淀粉添加量的增加，吸水率在添加量为1.2%时达到最大，面团筋力和蒸煮稳定性均先增大后减小，淀粉回生特性增强；随着瓜尔豆胶添加量的增加，吸水率减小，稳定时间有不同程度的增大，面团筋力增加，耐搅拌性增强，回生特性先增大后减小，面团品质有一定程度的改善。在单因素的基础上，经过正交试验优化后，综合蛋白质弱化度、蒸煮稳定性及淀粉回生特性3个指标，得到改良剂最佳添加量为：大豆蛋白粉6%、木薯变性淀粉1.2%、瓜尔豆胶0.9%。