过热蒸汽处理面筋蛋白对面团流变学特性及面包品质的影响

柳志玲，卞 科，关二旗，李萌萌，刘远晓，贾泽宇

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

小麦面筋蛋白具有良好的物理特性，其独特的持水性、黏弹性和起泡性对面团强度、延展性和持气性起到决定性作用，可有效提高面团形成时间、组织结构和操作性能，其品质也直接决定了面团的食用品质，作为品质改良剂，与其他化学制剂相比有更高的安全性[1-2]。

过热蒸汽(superheated steam treatment，SS)技术是一种新型的热处理技术，其热效率显著高于饱和蒸汽和热风，具有节能、环保等优点并且易于工业化应用[3]。近年来，SS技术已经被应用于优化谷物的物理化学性质和功能特性中。一定条件的SS处理，可以改善面粉糊化特性、增强面团筋力、提高面粉品质[4-5]；SS处理小麦粉后，由于二硫键的交联作用，面筋蛋白会发生聚集，增加了麦谷蛋白大聚体含量，面筋蛋白的二级结构中分子间β-折叠和α-螺旋的含量增多[6-7]；SS处理提高了小麦粉样品的凝胶化程度(DG)和吸水指数(WAI)，同时降低了水溶度指数(WSI)，淀粉颗粒会发生聚集，直链淀粉和破损淀粉含量显著升高[6,8]；Pronyk等[9]使用SS处理小麦籽粒，发现籽粒更易破碎并且淀粉发生糊化，有利于酒精和动物饲料的生产。此外，SS处理可以快速有效地杀灭小麦中的微生物，并且可以抑制酶活性[4,10-11]；SS处理的小麦制成饼干，可以使饼干的硬度和脆性降低，改善饼干品质；SS处理的全麦粉制成面条，可以降低全麦面条的酶活性，提高储藏稳定性[8,11]。然而，关于SS改性面筋蛋白的研究还相对较少。

我国小麦资源丰富，为了发展面筋蛋白的深加工、提升面筋蛋白的加工品质、增加小麦深加工的附加值，选择一种高效、安全的面筋蛋白改性方法已经成为国内外的研究热点。作者使用SS处理谷朊粉，将经不同条件SS处理的面筋蛋白分别添加到小麦粉中，研究其对面团流变学特性及面包烘焙品质的影响，可以为小麦加工行业提供一种新的面筋蛋白改性方法，为拓宽小麦面筋蛋白应用以及SS技术在食品生产和加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要原料

周麦18：水分含量12.6%，蛋白质含量14.8%，湿面筋含量30.4%；谷朊粉：水分含量7.7%，蛋白质含量74.7%。

1.2 仪器与设备

MLU-202实验磨粉机：瑞士布勒仪器有限公司；过热蒸汽处理器：自制；5810R高速离心机：德国Eppendorf仪器有限公司；KjeltecTM8400全自动凯氏定氮仪：福斯分析仪器公司；RHEO-F3发酵流变仪、Mixolab 2混合实验仪：法国肖邦技术公司；JHMZ-200针式和面机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；SEC-2Y烤箱：广州三麦机械设备有限公司；CR-410色彩色差计：日本柯尼卡美能达光学仪器有限公司；TA-XT 2i质构仪：美国Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 谷朊粉样品的制备

将谷朊粉(100 g)均匀平铺在筛网上，将筛网置于过热蒸汽处理设备的样品处理室中，对样品分别进行不同温度和不同时间的处理，将处理后的样品室温下静置2 h，冷却后过100目筛。其中，SS处理温度分别为140、170、200 ℃，处理时间分别为1、3、5、7、10 min。将SS处理后的谷朊粉记为SSG，将未处理的谷朊粉记为NG。以未添加谷朊粉为空白对照。

1.3.2 小麦制粉

润麦参照NY/T 1094.1―2006 《小麦实验制粉 第一部分》；制粉参照NY/T 1094.4―2006《小麦实验制粉 第四部分》，出粉率在70%左右。制得小麦粉(水分12%，灰分5.77%，蛋白含量12.13%，湿面筋含量33%)在4 ℃下储藏，备用。

1.3.3 混合粉的制备

将不同温度和时间条件下处理的谷朊粉分别添加到小麦粉中，添加量为小麦粉质量的2%。

1.3.4 面团热机械学特性的测定

采用Mixolab 2混合实验仪标准方法研究面团在搅拌形成、加热糊化以及冷却过程中的变化，使用“Chopin+”实验协议，以水分基数14%、面团质量75 g、目标扭矩C1(1.10±0.05) N·m为标准。最佳水分添加量按照达到此面团最佳稠度添加。C2代表面团经受机械和热应力时产生的最小扭矩，其值越高意味着加热阶段面筋蛋白的结构更稳定，面筋蛋白减弱程度越低[12]；C5-C4表示回生值，体现淀粉老化回生特性。

1.3.5 面团发酵流变学特性的测定

采用F3发酵流变仪对面团的持气性和酵母发酵特性进行测定。取3.6 g酵母、3 g盐和12 g糖加入水中搅匀(加水量为吸水率的98%)，形成混合液，将200 g混合粉、10 g黄油和混合液置于和面钵中，在针式和面机中搅拌2 min，搅拌后立即取面团315 g置于发酵箱中，按照操作规程进行测定。测定条件为温度35 ℃、测试时间3 h，面团上砝码质量2 000 g。

1.3.6 面包的制作

参照GB/T 14611―2008中的方法制作面包，面团制作方法参照1.3.5，搅拌后搓圆放入碗中，于35 ℃、RH85%的醒发箱中发酵55 min，排气，再发酵25 min，排气后搓圆整形置于面包模具中再次发酵50 min。将发酵好后的面团置于上火温度为190 ℃、下火温度为200 ℃的烤箱中，烘烤20 min，冷却，装入自封袋中保存，待测。

1.3.7 面包比容、色泽和质构特性的测定

称量面包的质量(m)，使用菜籽置换法测面包的体积(V)。每个样品平行测定3次取平均值，计算面包比容。

面包比容(mL/g)=V/m。

面包色泽的测定参照Zhong等[13]的方法，使用CR-410色差计对随机选取面包表皮和内芯的色泽进行测定，记录L*(明亮度)、a*(红绿色)和b*(黄蓝色)。

采用TA-XT 2i质构仪测定面包的质构。采用P36R探头进行测定，参数：测前、测中、测后速度分别为1.0、2.0、2.0 mm/s,压缩程度50%,停留时间3 s,触发力5 g。

1.3.8 面包感官评价

参照GB/T 14611―2008中面包烘焙品质的评价标准，主要包括面包的体积、外观、芯色泽、芯质地和芯纹理结构。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Office和SPSS 16.0对数据进行统计分析，结果以均值±标准差表示，使用Origin 2021绘图。多组间的分析比较通过单因素方差分析进行，以P<0.05表示在统计学上具有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 添加不同SS处理的面筋蛋白对面团热机械学特性的影响

由表1可知，添加NG后，面团吸水率显著升高，这主要是由于面筋蛋白中巯基含量较高，并且巯基为极性基团，相对于小麦粉，面筋蛋白的吸水性更强[14]。而SS处理后，混合粉面团的吸水率无显著变化。

面筋蛋白经200 ℃的SS处理后，所得混合粉面团的形成时间显著升高，说明200 ℃ SS处理面筋蛋白可使混合面团有更强的面筋网络结构，因而需要更长时间吸收水分来形成面团。面筋蛋白经过不同条件的处理，结构可能发生变化，影响其水合作用，延长了面团的形成时间[15]。

由表1可知，添加NG后，面团的稳定时间显著增加，说明添加NG可以使面团面筋网络交联程度更大。添加SSG后，其混合面团的稳定时间显著长于添加NG的混合面团，这说明SS处理后，混合面团面筋网络结合更稳固，面团抗搅拌能力更强，并且在处理温度为140、170 ℃时，面团的稳定时间随处理时间的延长而增加，在处理条件为140 ℃/10 min和170 ℃/10 min时，相较于添加NG的混合面团，稳定时间分别增加了28.92%和24.10%；在处理温度为200 ℃时，面团的稳定时间先增加后减少，但整体高于添加NG的混合面团。这是因为稳定时间通常与面团强度有关[16]，表明在一定条件下，SS处理面筋蛋白可以使混合面团强度增大，使其在恒定机械剪切下更稳定，但是在较为极端的热处理条件下，混合面团强度变差。这是由于SS处理导致蛋白质发生聚集，分子量增大，巯基含量减少，形成了更强的面筋网络结构，但是过长时间的高温处理使面筋蛋白严重变性，功能性质被破坏，面筋结构变差[4]。

表1 添加不同SS处理的面筋蛋白对面团热机械学特性的影响

由表1可知，添加NG使混合面团的C2增加，但是添加SSG后，混合面团的C2增加更加明显，并且在处理条件为140 ℃/10 min、170 ℃/10 min和200 ℃/5 min时，相较于添加NG的混合面团，C2分别增加了10.53%、7.89%和10.53%。这说明SS处理面筋蛋白可以使混合面团稳定性更高，具有更强的抗搅拌性和热稳定性。由表1可知，添加NG可以使面团回生值降低，这是因为添加面筋蛋白增加了面团的吸水率，从而降低了面团的老化速率[17]，但140 ℃和170 ℃和200 ℃(1～5 min)SS处理的面筋蛋白对混合面团回生值影响不显著，在200 ℃/5 min后，面团的回生值呈升高趋势。

2.2 SS处理的面筋蛋白对面团发酵流变学特性的影响

由图1可知，添加NG可以增大面团的最大发酵高度(Hm)，而添加SSG会使混合面团的Hm增加更明显，这表明SS处理可以提高面团的持气能力和酵母产气能力，因为面筋蛋白具有黏弹性的网络孔状结构，能在面制品制作中截留CO2[18]，由2.1可知，SS处理可以使面团网络孔状结构更稳定，在发酵过程中截留更多的CO2，使面团的Hm增大。在添加SSG的混合面团中，由图1a可知，在140 ℃的处理条件下，面团的Hm随着处理时间的延长呈增大趋势；由图1b和图1c可知，在170、200 ℃的处理条件下，面团的Hm先增大后减小。说明适当的SS处理可以使面团面筋网络结构更稳定，但是过度的热处理会使面筋网络结构变差，保留CO2能力变差。

注：a、b和c分别代表添加140、170和200 ℃处理的面筋蛋白的混合面团最大发酵高度。

2.3 SS处理的面筋蛋白对面包比容的影响

由表2可知，添加NG会增大面包比容。这是因为面包体积与面筋蛋白含量有关，添加面筋蛋白使面筋网络结构更致密，面团持气率较好，醒发过程中有更多的气体保留在面团中，面包体积变大。而当SS处理后，其比容变化如下：当处理温度为140、170 ℃时，面包的比容随处理时间的延长呈增大趋势，并且在处理条件为140 ℃/10 min、170 ℃/3 min时，相较于添加NG的混合面团，比容都增加了4.40%；在处理温度为200 ℃时，面包的比容随处理时间的延长先增大后减小。这与混合粉稳定时间的趋势基本保持一致，也与Hm变化趋势相似。有研究表明，面团稳定时间和Hm均与面包体积呈正相关[19-20]。

表2 添加不同SS处理的面筋蛋白对面包比容的影响

2.4 SS处理的面筋蛋白对面包色泽的影响

由表3可以看出，添加NG后面包的表皮和内芯的L*下降，a*升高，b*无显著变化，这是因为添加面筋蛋白，会增强美拉德反应和焦糖化作用，使生产出的面包颜色加深[21]。由表3可知，添加SSG后，当处理温度为170 ℃，处理时间为7～10 min时，面包内芯的L*下降，a*升高；当处理温度为200 ℃，处理时间为5～10 min时，面包表皮和内芯的L*随处理时间的延长而降低，a*随处理时间的延长呈升高的趋势。与Pronyk[9]得出的SS处理会使热敏性食品产生褐变或者变色的结论相一致。

表3 添加不同SS处理的面筋蛋白对面包色泽的影响

2.5 SS处理的面筋蛋白对面包质构特性的影响

硬度一般与面包的烘烤品质呈显著负相关。由表4可知，添加NG后，面包硬度降低，改善了面包的口感。这可能是由于添加面筋蛋白后，面团的吸水率升高，面包的保水性更好[22]；而SS处理面筋蛋白后，面包硬度的变化如下：当处理温度为140 ℃时，面包的硬度随处理时间的延长先减小后趋于平缓，并且在7 min时最小，相较添加NG的面包降低了11.04%，面包的柔软程度有显著提升；当处理温度为170、200 ℃时，面包的硬度随处理时间的延长呈先减小后增大的趋势，但整体低于未处理过的面包硬度。这表明，添加SSG后，增强了普通小麦粉所形成的面筋网络的筋力和持水能力，使面团中水分分散性更高[23]。

一般情况下，面包的品质与内聚性、回复性和弹性呈正相关[24]。由表4可知，添加NG会使面包的内聚性和回复性增大，而添加SSG后增大效果更明显，这是因为添加面筋蛋白后，面团的吸水率较高，可以避免水分流失，使烘烤出的面包不掉渣[21]，并且添加SSG会使面包内部黏结更紧密，更不容易掉渣，可以更快恢复形变。

表4 添加不同SS处理的面筋蛋白对面包质构特性的影响

面包的咀嚼性同硬度一样，与面包品质呈负相关。由表4可知，添加NG会降低面包的咀嚼性，使面包适口性更好。面筋蛋白经140 ℃的SS处理后，面包的咀嚼性相对于添加NG无显著变化；面筋蛋白经170 ℃的SS处理后，面包的咀嚼性会降低，且在处理5 min时相较添加NG的面包降低了9.59%，达到最低。

2.6 SS处理的面筋蛋白对面包感官品质的影响

由图2可知，添加NG会使面包的体积、外观、芯质地和芯纹理结构评分增大，面包芯色泽评分无显著变化。SS处理面筋蛋白后，面包的体积、外观、芯质地和芯纹理结构评分随处理时间延长整体也会增大，增大效果相较添加NG的面包更加明显。在处理条件为170 ℃/10 min时，面包色泽评分较低；处理温度为200 ℃、处理时间为7、10 min时，面包芯色泽评分随处理时间的增大而降低。

图2 添加不同条件SS处理的面筋蛋白对面包感官品质的影响

3 结论

研究了SS处理面筋蛋白对面团流变学特性和面包品质的影响，得出结论如下：相较于添加未处理的面筋蛋白，添加SSG可以使面团的稳定时间和发酵高度显著增加；添加处理条件为140 ℃(1～10 min)、170 ℃(1～10 min)、200 ℃(1～5 min)的SSG后，面包比容、内聚性和回复性都呈增大趋势，硬度和咀嚼性呈降低趋势，但是添加处理条件为200 ℃(7、10 min)的SSG后，面包比容、内聚性和回复性都呈降低趋势，硬度、咀嚼性升高。因此，添加一定条件处理的SSG到小麦粉中可以改善小麦粉品质，提升面包烘焙品质。