银杏粉对小麦面团流变学特性和水分分布及迁移规律的影响

钱 鑫，李良怡，周文化，谭玉珩，马 妍，赵培瑞

（中南林业科技大学食品科学与工程学院，稻米及副产物深加工国家工程研究中心，湖南省特医食品加工重点实验室，湖南 长沙 410004）

银杏（L.）属落叶乔木植物，是我国特有的珍贵孑遗植物，被称为裸子植物“活化石”。银杏果（俗称白果）具有丰富的营养价值，据测定其成分主要包括淀粉、蛋白质、葡萄糖，多种矿物质以及微量元素等成分。此外，银杏果可作为一种药食同源的食物，内含多种生物活性成分如内酯类和黄酮类等，具有抗炎、抗氧化、抗癌的作用。将银杏粉添加到小麦粉中，不仅可以改善小麦粉的口感和味道，而且可以起到营养增强的作用，满足广大消费者需求。国内普遍重视对面团物性的研究，市场上的混合果蔬面粉种类繁多，如板栗面粉、紫薯面粉、南瓜面粉等多种混合粉，但关于银杏粉-小麦混合粉的研究还较为鲜见。隋勇等将白果粉制作成挂面，发现挂面的硬度和咀嚼性显著增加，而挂面的弹性相应降低。孙小斐将白果蛋白添加到面包粉中研究发现：面团的形成时间、稳定时间均增大，面团吸水率也不断增大，添加适量的白果蛋白可维持面包较好的质地和口味，并延长其面包的货架期。目前银杏果主要以市售干果为主，也常常被炒食、煮食、煲汤等食用，关于银杏粉面制品深加工产品的研究还较少。为了丰富银杏果制品的多样性，将银杏粉添加到小麦粉中制作成混合粉，不仅可以提升银杏果的附加值，还可以增加面粉的种类、提高面粉的营养价值。本研究以银杏粉和小麦粉为原料，主要探究了不同添加量的银杏粉对小麦面团流变学特性和水分分布及迁移特性的影响，为银杏粉-小麦混合粉的面制品的工业化生产和合理利用提供了一定理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

银杏购自于湖北随州长颈鹿电子商务有限公司，通过冷冻干燥，采用破壁料理机粉碎后过100 目筛得银杏粉，放置于4 ℃冰箱中备用；高筋小麦粉购至于湖南长沙凯雪粮油食品有限公司。

测定淀粉含量和总糖含量的试剂盒 北京索莱宝科技有限公司；浓硫酸、硼酸、氢氧化钠 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

JH-HS型卤素快速水分分析仪 泰州宜信得仪器仪表有限公司；B01-10NA型冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；DHR-2型流变仪 美国TA公司；Micro-doughLAB2800型全自动微型粉质仪、JK-1型快速黏度分析仪 瑞典Perten公司；MJ-PB12Easy219型破壁料理机 广东美的生活电器制造有限公司；NMI120型核磁共振成像分析仪 纽迈电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 银杏粉的制备

工艺流程：新鲜银杏→去壳、去皮→蒸煮→冷却→打浆→冷冻干燥→粉碎→过筛→保存备用。

操作要点：取新鲜且外表饱满的银杏果原料，用锤子将银杏果敲开，去除坚硬的外壳、果肉表皮及发生病变的果肉等各种不可食用的部分；将银杏果在蒸笼中蒸35 min，将蒸好的银杏果与蒸馏水按照质量比1∶2进行打浆，并倒入铁盘中，厚度为2 cm，转至冰箱中预冻24 h后，再放入冷冻干燥机中真空干燥48 h；将干燥好的银杏粉通过破壁料理机进行粉碎，过100 目筛得到银杏粉样品，并用密封袋真空包装，放置于4 ℃冰箱中保存备用。

1.3.2 混合面粉的制备

将制备好的银杏粉，分别取0%、6%、12%、18%、24%、30%和100%与小麦粉混合均匀，采用真空包装，放置于4 ℃冰箱中贮藏备用。

1.3.3 面粉基本组成的测定

水分含量：按照GB 5009.3—2016《食品中水分的测定》的直接干燥法测定；湿面筋含量：按照GB/T 5506.1—2008《小麦和小麦粉 面筋含量》手洗法测定；蛋白质含量：按照GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》的凯氏定氮法测定；淀粉含量：采用蒽酮比色法测定；总糖含量：采用微量法测定。

1.3.4 面粉粉质特性的测定

按GB/T 14614—2006《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法》的方法进行测定。测定银杏粉-小麦混合面团粉质特性的5个参数值分别为吸水率、形成时间、稳定时间、公差指数以及带宽。

1.3.5 面粉糊化特性的测定

行业协会作为社会监督的组成部分在社会主义市场经济中起着不可替代的重要作用。这既是快递行业规范管理的需要，更是快递市场健康发展的需要。建立行业协会首先可以加强快递企业自律和诚信教育，通过教育，增强自律和诚信经营的自觉性；通过行业协会可以对行规、行约进行认真清理，剔除与消费者保护相违背的条款，对行规和行约进行规范；行业协会可以加强企业社会责任的宣传，建立强化企业社会责任的制度，完善企业社会责任的指标；可以借鉴国外经验，引导行业和企业向自律的方向迈进。

参照GB/T 14490—2008《粮油检验 谷物及淀粉糊化特性测定 粘度仪法》测定银杏粉-小麦混合面团的糊化特性。

1.3.6 面团流变学特性的测定

称取10 g样品放置于粉质仪中等待达到最大稠度时，停止搅拌取下面团，使用保鲜膜包好，将样品放置于流变仪测试台上，刮掉多余的面团，在25 ℃静置5 min，使用动态黏弹性模式对样品进行测试。测试条件为平板直径40 mm、应变量2.0%、扫描频率范围0.1～20 Hz、平板间隙1 000 μm。

1.3.7 面团热力学特性测定

参照刘锐等的方法进行略微修改。将银杏粉-小麦混合面团调制后，精确称取3.00 mg左右，小心置于铝制坩埚中密封，每个梯度的样品做3组平行，以密封的空坩埚为对照。将空坩埚和样品坩埚分别放到差示扫描量热（differential scanning calorimetry，DSC）仪的样品支持器上，在氮气流速40 mL/min、升温速率5 ℃/min，将样品从20 ℃降至－40 ℃，然后再从－40 ℃升温至40 ℃，得到DSC分析曲线，并记录结晶和融化过程中的焓变和温度。

水分形态分析：假设面团中水的热焓值Δ与纯水的相同，即334 J/g，从DSC图上0 ℃附近吸收热量的焓变Δ，即可计算出可冻结水（）和非冻结水（）的比，计算式如下：

式中：Δ为由面团DSC测得吸热峰面积计算的单位质量焓变/（J/g）；Δ为纯水的单位质量焓变/（J/g）；为银杏粉-小麦混合面团的总含水率。

1.3.8 面团核磁共振的测定

参考肖东等的方法，取3 g银杏粉-小麦粉混合面团样品，做成直径为1.5 cm、高2 cm的圆柱形样品，使用保鲜膜包裹样品，防止水分的减少，并放入核磁管内，置于核磁共振仪中测定。测试参数为采样点数2 048、重复扫描次数8、弛豫衰减时间1 000 ms。通过CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列表征样品的横向弛豫时间。

1.4 数据处理

采用Origin 2018和SPSS 22进行图表绘制及数据统计分析。其中，采用SPSS 22中One-Way ANOVA程序对得到的实验数据进行方差分析，Duncan法进行多重比较；Bivariate Correlations程序进行相关分析，采用Kendall相关系数、Two-tailed显著性检验。

2 结果与分析

2.1 面粉的理化性质

纯小麦粉（0%）和纯银杏粉（100%）各营养成分的测定结果如表1所示。可以明显看出两者成分的差异，银杏粉的水分含量明显低于小麦粉，而淀粉和总糖含量高于小麦粉。此外，根据湿面筋含量结果可得推断出，银杏粉中不含有面筋蛋白，无法形成面筋网络结构。

表1 纯小麦粉和纯银杏粉各营养成分的测定Table 1 Nutritional components of wheat flour and G. biloba fruit flour%

2.2 银杏粉-小麦粉面团的粉质特性

粉质特性是面团流变学特性的重要指标之一，能反映面团的耐揉程度以及后续产品加工性能。从表2可以看出，在银杏粉添加量范围为0%～30%时，面团的公差指数、宽带和吸水率均随添加量的增大而逐渐增大。其中，面团的吸水率从54.70%显著增加到58.00%（＜0.05），推测其原因可能是由于银杏粉中含有的淀粉颗粒较大，其表面积较大能快速吸收大量的水分；而公差指数和带宽的增大，可能是因为混合粉体系中的面筋蛋白浓度下降，面筋网络结构的形成受到影响，从而导致筋力下降；而银杏粉中的水不溶性多糖如纤维素和淀粉等物质与小麦粉中的面筋蛋白之间相互交联，形成了多糖-蛋白质网状结构，具有良好的凝胶性，从而导致面团弹性增大。

面团的稳定时间可以反映面团的稳定性及耐揉程度，由表2可以看出，面团稳定时间呈现出逐渐降低的趋势，则说明纯小麦粉面团的稳定性最好，而纯银杏粉无法形成面团稳定性较差，因此随着银杏粉添加量的增加，混合面团稳定性逐渐变差。这种现象发生可能由于面团中的面筋蛋白所占的比例太小，无法形成良好的空间网络结构，面团的结构变得松散，韧性较差难以揉搓成型，从而使面团的稳定性变差，面团的加工性能也变差。面团的形成时间反映了面团面筋网络形成的速率。当银杏粉添加量范围为0%～12%时，形成时间逐渐缩短降至0.8 min，随着添加量由12%增加到30%时，形成时间反而有所延长，整体呈现出先减少后增加的趋势。这可能是因为银杏粉中的淀粉，蛋白质等各组分之间相互作用，与面筋网络相互交替形成复杂的凝胶体系，从而导致了面筋网络形成速度变化。

表2 银杏粉对小麦粉粉质特性的影响Table 2 Effect of addition of G. biloba fruit powder on farinograph characteristics of wheat flour

2.3 银杏粉-小麦粉面团的糊化特性

银杏粉-小麦混合面团的糊化特性可以反映其体系中淀粉的膨胀能力和结合水能力等品质。使用快速黏度分析仪测定不同银杏粉添加量与小麦面粉混合的糊化曲线特征参数见表3。随着银杏粉的添加，银杏粉-小麦混合面团的糊化时间、峰值黏度、最终黏度、最低黏度、衰减值、回生值均呈现出下降的趋势，且不同添加量的银杏粉之间存在极显著差异（＜0.01）。

表3 银杏粉添加量对面团糊化特性的影响Table 3 Effect of addition of G. biloba fruit powder on dough gelatinization characteristics

峰值黏度是淀粉颗粒充分吸水膨胀破裂达到动态平衡的点，其样品黏度与膨胀后的淀粉粒互相摩擦有关。从表3可知，银杏粉-小麦混合面团的黏度极显著降低（＜0.01），峰值黏度的降低范围在2 587.67～252.33 cP之间，最低黏度的降低范围在3 091.66～300.00 cP之间，最终黏度降低范围在1 943.33～237.67 cP之间。这与熬自华等的研究结果一致，银杏淀粉具有较低的膨润力，降低的膨润力往往对应较低的峰值黏度。随着银杏粉的比例增加，混合粉体系中银杏淀粉含量增多，淀粉吸水溶胀程度小，导致淀粉凝胶程度小，黏度逐渐降低，淀粉糊化时间缩短。

衰减值与淀粉凝胶化过程中的颗粒的破裂有关，可以反应淀粉糊在高温时的热稳定性。由表3可得知，衰减值随着银杏粉的添加呈逐渐减少的趋势，纯银杏粉的衰减值达到最小为11.33，说明纯银杏粉面团糊化的热稳定性较好。陈柏林等研究表示银杏淀粉具有较好的热稳定性、冻融稳定性和透明性。回升值表示淀粉短期回生程度和成胶能力，在一定程度上与淀粉糊的老化程度相关联。马亚君等在淀粉的X射线衍射实验中得出白果淀粉中支链淀粉含量较高。姜欢等也同样证实了白果直链淀粉只占有30%左右。汪兰等研究发现天然银杏淀粉颗粒分子结晶度较高，较难糊化，且在一定温度下银杏淀粉双螺旋有序消失。由表3可知，银杏粉对小麦面团的回生有极显著影响（＜0.01），回生值随着银杏粉的添加量增加而逐渐变小，说明银杏淀粉糊化过程中分子间缔合受到限制，淀粉形成凝胶的能力越弱，面团越不容易发生老化现象。这些指标的测定有利于银杏粉在小麦粉加工中的应用，延长其制品的保质期。

2.4 银杏粉-小麦粉面团的流变学特性

图1表示银杏粉-小麦粉面团动态流变测试中的储能模量（’）、损耗模量（″）和损耗角正切（tan）随频率变化的关系图。在频率0～20 Hz范围内，随着银杏粉添加量的增加，模量变化范围幅度发生显著改变，混合面团的’、″均随着频率的增加呈上升趋势，这说明混合面团中分子间产生了强烈的交联作用。其中，以30%银杏粉添加量面团的’和″增大最为明显，上升趋势幅度最大，其次为24%和18%银杏粉添加量面团，反之，0%的纯小麦面团上升趋势幅度最小，’和″最小。分析其原因可能是银杏粉中的淀粉和纤维素在面团黏弹性展现中可起到填充物的作用，可促进面筋蛋白形成更加致密连续的网络结构，面团体系组分中聚合体分子质量增大，从而导致面团的’和″增大。

tan=″/’表示银杏粉-小麦粉面团的综合黏弹性的比值，值越大，面团黏性的比例越大；值越小，表明体系的弹性比例越大，流动性越差，面团越硬。由图1还可以看出，’始终大于″黏弹性体系，即tan均小于1，表明银杏粉-小麦混合面团的弹性占主导地位，具有类似固体的性质。从图1可以看出，tan随着银杏粉的添加量逐渐增大到18%时，tan逐渐增大，弹性逐渐增大，面团的综合黏弹性逐渐变好。这可能是由于银杏粉的添加一定程度上促进了面团中蛋白质分子之间发生交联，形成良好的面筋网络结构，并消除了银杏粉中其他成分对面团强度的影响，使得混合面团的黏弹性增加。随着银杏粉添加量继续增加到24%时，tan开始明显上升，说明过量添加银杏粉反而不利于混合面团的综合黏弹性。这可能是由于银杏粉中的某些成分与淀粉的相容性较差，破坏了混合面团中淀粉凝胶结构的连续性，从而影响银杏粉-小麦粉面团的流变学特性。

图1 银杏粉-小麦粉面团的动态流变学特性Fig. 1 Dynamic rheological characteristics of G. biloba fruit powder-wheat flour dough

2.5 银杏粉-小麦粉面团的热力学特性

热力学特性可以反映银杏粉-小麦混合面团结晶和融化过程中的焓变和水分形态。可冻结水主要反映面团体系中可利用的水或冻结形成冰晶的水分含量。可冻结水冻结后体积膨胀，形成的冰晶对面团中面筋网络结构有一定的挤压损伤。从表4可以看出，随着银杏粉的添加，混合面团总含水量相差很少，均在39%～41%之间，但银杏粉对混合面团的可冻结水和非冻结水含量存在极显著差异（＜0.01），随着银杏粉的添加，可冻结水逐渐减少，非冻结水逐渐增大。可冻结水含量降低的原因可能是由于银杏粉内的亲水性基团可促进面团中水分的结合方式，形成较稳定的结合水状态，减缓面团中水分的散失，减少淀粉的回生作用，从而提高保水性。另外，随着银杏粉的添加，混合面团的焓变值逐渐降低。陈春艳研究表示银杏蛋白有明显的变性温度和变性热焓，变性热焓值在蛋白质部分变性时将下降而在完全变性时则降为0，且银杏蛋白会在一定温度范围内（55 ℃）随着温度的升高，吸水性和溶解性逐渐增加。还有研究发现白果蛋白可以使面团的吸水率增大，提高其含水量。赵丽婷研究发现银杏果淀粉形成的凝胶网可以截留大量水分。这也证实了银杏粉添加量使混合体系中的银杏蛋白和银杏淀粉含量增多，导致混合粉中焓变值和淀粉的糊化度降低。

表4 银杏粉对小麦粉面团水分融化焓变、可冻结水、非冻结水的影响Table 4 Effect of addition of G. biloba fruit powder on enthalpy change, freezable water content and unfrozen water content of wheat flour dough

2.6 银杏粉-小麦粉面团的水分分布及迁移规律

利用低场核磁共振技术可测定面团体系中水分流动性和分布情况，从而探究不同银杏粉添加量小麦面团中水分迁移规律的状况。表5为通过利用低场核磁共振技术中的CPMG序列所反演并计算出的银杏粉-小麦混合面团各水分状态的峰面积，其中为深层结合水的峰面积比，为弱结合水的峰面积比，为自由水的峰面积比。分析可知，随着银杏粉添加量的增大，混合面团和的峰面积比均相应地减小，而深层结合水在银杏粉添加量为18%～30%时才开始呈现出并逐渐增大。这种现象发生的原因可能是由于银杏粉-小麦混合面团中亲水基团有氢键位点，可以与水分子形成氢键，从而引起氢键结构的变化影响水分的迁移，使面团对弱结合水的束缚力增强。纯银杏粉面团中深层结合水峰面积比达到96.88%，这也证实了银杏粉较强的持水能力。

表5 银杏粉-小麦粉面团各水分分布状态的峰面积比Table 5 Peak area ratio of water distribution state in G. biloba fruit powder-wheat flour dough

表6 银杏粉-小麦粉面团的相关性分析Table 6 Correlation analysis of properties of G. biloba fruit powder-wheat flour dough

2.7 银杏粉-小麦粉面团的相关性分析

从表6可见，吸水性与非可冻结水比，深层结合水峰面积比呈正相关并存在极显著差异（=0.789，=0.893，＜0.01）。这可能是由于银杏粉的吸水性较强，吸收的水分转移为结合水，牢牢的通过化学键与溶质分子紧密结合，并呈现出很低的流动性，不易结冰。另外，形成时间与深层结合水的峰面积比呈正相关且存在极显著差异（=0.472，＜0.01），与糊化时间呈显著差异（=0.407，＜0.05）。则说明了面团的淀粉糊化速度可能与面筋蛋白形成的速度有一定的关联性，随着银杏粉的添加，体系中亲水物质的吸水性，使混合体系中可利用的水变少，糊化经过较短的时间就能够形成凝胶结构，一定程度上对蛋白质面筋网络结构进行填充或相互影响，从而使面团性质发生了改变。焓变值与可冻结水比、弱结合水峰面积比、糊化特性各指标均呈正相关并存在极显著差异（＜0.01）。由此可以推断出面团的焓变值受到糊化度的影响主要与混合体系中自由水和可冻结水有关，从而通过影响淀粉糊化反映了面团的稳定性。因此，进一步解释了自由水和弱结合水逐步向深层结合水转移，水分分布对面团品质和加工特性起着关键作用。

3 结 论

从流变学的角度分析，随着银杏粉添加量的增加，混合粉的吸水率、公差指数和宽带均逐渐增大；形成时间先减少后增加，在添加量为12%时，面筋网络形成时间最短；峰值黏度、最低黏度、衰减值、回生值、糊化时间均呈现出下降的趋势；’和″均随着频率的增加逐渐上升；tan在银杏粉添加量为18%时达到最大，但随着添加量继续增加开始出现了拐点，反而不利于其综合黏弹性。

从水分分布状况及各组分含量角度分析而言，随着银杏粉的添加，水分融化焓变逐渐降低，可冻结水逐渐降低，非可冻结水逐渐增加，体系中水分流动性降低；弱结合水和自由水的含量相应减少，而深层结合水在银杏粉添加量为18%时才开始逐渐增加；纯银杏粉体系中非可冻结水增加，可利用的水变少，不易揉搓成面团，这也相应的解释了其流变学特性。

将所得数据进行相关性分析可以得出，随着银杏粉的添加量逐渐增大，面团体系中的水分含量及迁移规律发生变化，主要表现为银杏粉的吸水性较强，体系中可利用的水变少，自由水和弱结合水逐渐转移为深层结合水，从而影响了银杏粉-小麦混合面团的流变学的性质，可见水分分布对面团品质和加工特性起着关键作用。

综上所述，当银杏粉添加量为12%～18%时，对小麦面团的流变学特性和面团中分布状况均具有显著影响（＜0.05），且面团品质较好，可为后续银杏粉-小麦混合粉进一步的深加工提供了一定的理论依据。但在本实验的研究中也存在一些缺陷，如银杏粉加工精度、添加量梯度有限，在今后的研究中可将这一部分的原因考虑在内进行进一步的探索，以充分阐明银杏粉对小麦粉面团及面条品质的影响。