張劍,張杰, 樊荻,李夢琴,艾志錄
1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州,450002) 2(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河南 鄭州, 450002)3(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院, 河南 鄭州, 450000)
小麥粉粒度,也稱粗細(xì)度,是小麥粉一個(gè)重要的品質(zhì)指標(biāo),常使用留存或通過的篩孔來表示,它在一定程度上反映了小麥粉的加工精度[1]。隨著生活水平的不斷提高,人們對小麥粉品質(zhì)的要求也越來越高,很多人認(rèn)為優(yōu)質(zhì)小麥粉應(yīng)粒細(xì)色白、少含麩星,故面粉企業(yè)日益提高小麥粉的加工精度,面粉細(xì)度亦逐步提高。加工精度的提高導(dǎo)致大部分的皮層和胚芽從小麥粉中分離出去,營養(yǎng)成分大量流失[2]。研究表明,小麥粉的粒度對面粉品質(zhì)及面制食品的品質(zhì)有很大影響,很多專用粉的粒度要求根據(jù)它們的成品品質(zhì)要求而定[3]。小麥粉的粗細(xì)度不僅影響面制食品的質(zhì)量,而且對小麥粉廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有很大的影響。小麥粉要求越細(xì),產(chǎn)量越低,單位耗電量增加。有研究認(rèn)為吃過粗的小麥粉會(huì)增加胃腸負(fù)擔(dān),會(huì)妨礙其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[4]。關(guān)于小麥粉粒度對品質(zhì)的影響,有不少學(xué)者作了部分研究與報(bào)道。WANG指出粒度與小麥粉品質(zhì)如灰分、白度、色澤、蛋白含量和破損淀粉含量等有很大的相關(guān)性[5];MILLER等指出小麥粉粒度降低,會(huì)增加小麥粉中破損淀粉的含量,使得小麥粉面團(tuán)吸水率增加[6];WICHER指出氣流分級(jí)得到的中等偏細(xì)的小麥粉具有好的烘焙特性[7],陳成[8]、李逸鶴等[9]通過不同粒度面粉、不同粗細(xì)度面粉之間的搭配研究了粒度對面團(tuán)粉質(zhì)拉伸性能及發(fā)酵性能的影響;陳志成[10]研究了不同粒度面粉的理化指標(biāo)差異及粒度對饅頭品質(zhì)的影響。但是,關(guān)于小麥粉粒度對其超微結(jié)構(gòu)、蛋白組分及蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響,至今尚未見報(bào)道,進(jìn)行這方面的研究極具必要性。本研究利用不同篩號(hào)的篩絹將面粉分為4個(gè)粒度級(jí)別,測定其理化指標(biāo)、超微結(jié)構(gòu)、面團(tuán)流變學(xué)特性、蛋白組分及蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu),旨在探明不同粒度小麥粉的面團(tuán)品質(zhì)差異及其影響機(jī)理,為我國小麥制粉行業(yè)技術(shù)水平提升提供理論基礎(chǔ)。
中筋普通小麥,硬度指數(shù)62.3%,鄭州金苑面業(yè)有限公司提供。
Brabender Quadrumat Junior實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī),德國Brabender有限公司; JJSY30圓形篩粉機(jī),上海嘉定糧油儀器有限公司; BT-9300H型激光粒度分布儀,丹東市百特儀器有限公司; S-3400MⅡ型掃描電鏡,日本HITACHI公司; InfratecTM 1241型近紅外谷物分析儀,法國FOSS(北京)有限公司;Fariongraph-AT粉質(zhì)儀,德國Brabender有限公司;Extengraph-E拉伸儀,德國Brabender有限公司;JJMS54S 面筋洗滌儀,上海嘉定糧油儀器有限公司;JLZM面筋離心指數(shù)測定儀,上海嘉定糧油儀器有限公司; JHGM面筋烘干機(jī),上海嘉定糧油儀器有限公司;WZZ-2S旋光儀,武漢格萊莫檢測設(shè)備有限公司; CR-400色度儀,日本柯尼卡美能達(dá)傳感有限公司。
1.3.1 小麥磨粉與分級(jí)
小麥清理干凈,加水潤麥,小麥調(diào)節(jié)水分至14.0%~14.5%;采用Brabender Quadrumat Junior實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)磨粉,總出粉率50%,放置保存1個(gè)月后備用。
由于小麥制粉企業(yè)大多情況下采用11 XX(123 μm)、12 XX(112 μm)篩號(hào)的篩絹進(jìn)行篩粉,部分企業(yè)為了提高小麥粉的精度采用13 XX(100 μm)與14 XX(95 μm)的篩絹篩粉。參考企業(yè)應(yīng)用情況,適當(dāng)擴(kuò)大篩號(hào)范圍,選用了12 XX、13 XX、15 XX篩號(hào)的篩絹,利用JJSY30圓形驗(yàn)粉篩對磨制的小麥粉進(jìn)行篩理,將小麥粉分級(jí)為(>12 XX、12 XX~13 XX、13 XX~15 XX、<15 XX)4個(gè)級(jí)別分別進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。
1.3.2 小麥粉的粒度分布測定
采用BT-9300H型激光粒度分析儀進(jìn)行測定,測試范圍0.1~300 μm[11]。在粒度分布曲線中,D10表示在樣品粒度分布中占10%所對應(yīng)的粒徑;D50表示樣品粒徑分布中占50%所對應(yīng)的粒徑,又稱中位徑,D50的數(shù)值就是顆粒的平均粒徑;D90表示樣品粒徑分布中占90%所對應(yīng)的粒徑。
1.3.3 小麥粉基本指標(biāo)測定
(1)水分含量測定:按照GB/T 21305—2007的方法測定;灰分的測定:按照GB/T 5509—2010的方法測定;濕面筋與干面筋含量測定:按照GB/T 14608—2008和GB/T 14607—2008的方法測定;蛋白質(zhì)含量:采用近紅外法,由InfratecTM1241 近紅外谷物品質(zhì)分析儀測定;總淀粉含量測定:按GB/T 20378―2006(旋光法)測定。
(2)面團(tuán)粉質(zhì)與拉伸特性測定:粉質(zhì)參數(shù)按照GB/T 14614—2006方法,用Fariongraph -AT粉質(zhì)儀測定;拉伸參數(shù)按照GB/T 14615—2006方法,用Extengraph-E-拉伸儀測定。
1.3.4 蛋白組分測定
蛋白組分含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[12-13],HMW-GS和LMW-GS的提取分離測定參照段淑娥[14]的方法。
1.3.5 巰基和二硫鍵測定
按照劉燕琪[15]的方法,測定方法如下:稱取5份面團(tuán)樣品,每份75 mg,加4.7 g鹽酸胍,然后用緩沖液定容至10 mL。對照組不加任何添加劑。測定巰基時(shí),取1 mL面團(tuán)溶液上清液加4 mL脲-酸胍溶液和0.05 mL Ellman′s試劑,于412 nm處測吸光度值。測定二硫鍵時(shí),取1mL面團(tuán)溶液上清液,加0.05 mL巰基乙醇和4 mL脲-鹽酸胍溶液,于25 ℃保溫1 h,然后加入10 mL 2%三氯乙酸,繼續(xù)于25 ℃下恒溫1 h,5 000 r/min離心10 min,用5 mL 12%三氯乙酸清洗沉淀物2次,將沉淀物溶于10 mL 8 mol/L脲中,加0.04 mL Ellman′s試劑測412 nm處的吸光度值。按照下列公式計(jì)算游離巰基、總巰基和二硫鍵含量。
(1)
(2)
式中:A412,412 nm處的吸光值;D,稀釋因子,5.02(表面-SH),10(總-SH);C,樣品質(zhì)量濃度,mg(干物)/mL;N1,還原前巰基數(shù);N2,還原后巰基數(shù)。
1.3.6 小麥粉色澤測定
使用CR-400色差儀測試L*、a*和b*值。小麥粉顏色采用國際照明組織(CIE)1976年制定的均勻色立體圖表色系統(tǒng)即L*a*b*色系統(tǒng)表示,L*a*b*是表示色度的常用指標(biāo),其中L值表示亮度,值越大,表面式樣越白,越明亮。a值表示紅綠值,值越大,式樣越發(fā)紅。b值表示黃藍(lán)值,值越大式樣越發(fā)黃。
1.3.7 傅立葉變換紅外光譜測定[12-13]
將面粉過120目篩,取適量與溴化鉀按1∶100質(zhì)量比混合壓片,做全波段掃描測定,以溴化鉀做空白。試驗(yàn)參數(shù):分辨率為4.0 cm-1,掃描波數(shù)范圍為4 000~400 cm-1。紅外譜圖的處理:利用Nicolet Omnic軟件取對波段圖譜進(jìn)行放大,用Peakfit 4.12軟件進(jìn)行分析:先基線校正,然后用Deconvolve Gaussian IRF去卷積,再由二階倒數(shù)擬合,直至擬合相關(guān)系數(shù)R2不變?yōu)橹?,確定各個(gè)子峰與各二級(jí)結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系,然后根據(jù)各子峰所占面積計(jì)算出各部分二級(jí)結(jié)構(gòu)所占的比率。
1.3.8 SEM電鏡掃描分析
取干燥的小麥粉樣品粘在樣品臺(tái)上,離子濺射噴金35 s,放入電子顯微鏡內(nèi),對樣品進(jìn)行掃描,并不斷放大至500倍,觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu),并拍攝照片。
采用Excel 2007、SPSS 13.0對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在p<0.05下進(jìn)行顯著性分析。
本研究測定了不同粒度小麥粉的蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、灰分含量、色澤值、粒度分布等基本特征指標(biāo),測定結(jié)果見表1,超微結(jié)構(gòu)見圖1。
表1 不同粒度小麥粉的基本指標(biāo)Table1 Basic parameters of wheat flour of different particle size
注:表中對照為沒有用JJSY30圓形驗(yàn)粉篩分級(jí)的原始小麥粉。下同。
a-粒度>112 μm;b-粒度100~112 μm;c-粒度88~100 μm;d-粒度<88 μm圖1 不同粒度小麥粉的電鏡圖譜Fig.1 SEM figures of wheat flour of different particle sizes
由表1可知,隨著小麥粉粒度的降低,蛋白質(zhì)與灰分的含量呈上升趨勢,總淀粉含量呈先上升后下降趨勢。根據(jù)王曉曦等[1]的研究表明,小麥胚乳中蛋白質(zhì)含量越靠近皮層含量越高,越靠近胚乳內(nèi)心含量越低。粒度越小的面粉中應(yīng)該含更多的接近皮層部分的粉粒,蛋白質(zhì)與灰分的含量較高;粒度大的面粉中應(yīng)含有更多的位于胚乳中心部分的粉粒,蛋白質(zhì)與灰分相應(yīng)較低。D10、D50、D90表示激光粒度分析儀測定的樣品粒度分布指標(biāo)。由圖1可知,隨著小麥粉粒度的下降,小麥粉的D10、D50、D90均呈現(xiàn)下降趨勢,各部分間的差異性達(dá)到了顯著水平(p<0.05)。L*、a*和b*反映小麥粉的色澤指標(biāo),由表1可知,隨著小麥粉粒度范圍降低,各部分小麥粉的L*值呈增加趨勢,b*值呈下降趨勢,這說明小麥粉越細(xì),對光的反射能力越強(qiáng),白度值愈高[16],色澤越好,這與李逸鶴等[9]的研究結(jié)果基本一致。
由圖1可以看出,各種粒度小麥粉均有圓形或橢圓形的淀粉粒及不規(guī)則的蛋白質(zhì)顆粒組成,4個(gè)圖中顆粒的粒度逐漸變小。圖1-a中存在較多的大顆粒,這些大顆粒是由蛋白質(zhì)與淀粉相互包裹的在一起,小顆粒所占比例較少;圖1-c與圖1-d的小麥粉中大顆粒較少,顆粒整體較小,小顆粒的淀粉較多,有明顯的破損淀粉顆粒存在,而在圖1-a與圖1-b中破損淀粉顆粒較少,淀粉顆粒以較大的為主。在圖1-a與圖1-b中,由于顆粒整體較大,流散性較好,顆粒均勻分散;在圖1-c與圖1-d中由于整體顆粒粒度小,顆粒間的靜電吸附現(xiàn)象明顯,流散性較差,顆粒間相互集聚現(xiàn)象明顯。
測定了不同粒度小麥粉及原始小麥粉的面筋特性指標(biāo)與粉質(zhì)拉伸指標(biāo),測定結(jié)果見表2與表3。
表2 小麥粉粒度對其面筋特性的影響Table 2 Effect of particle size of wheat flour ongluten parameters
由表2與表3可以看出,隨著小麥粉粒度的減小,面團(tuán)的濕面筋含量、干面筋含量與面筋指數(shù)均呈下降趨勢;面團(tuán)的粉質(zhì)拉伸參數(shù)如面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積、最大拉伸阻力亦呈下降趨勢,弱化度與延伸度呈上升趨勢,面團(tuán)強(qiáng)度總體上隨粒度的減小而變?nèi)酰幻鎴F(tuán)的吸水率先上升后下降,這可能因?yàn)榱6葴p小總體的比表面積增加導(dǎo)致吸水率提高[9],但粒度過小時(shí)可能致使淀粉破碎過多持水性下降使面團(tuán)吸水率降低[10]。表1顯示小麥粉總蛋白質(zhì)含量隨小麥粉粒度的減小而升高,但從表2、表3則反映出面筋指數(shù)及粉質(zhì)拉伸指標(biāo)的下降,說明對小麥粉品質(zhì)的評價(jià)不能只考慮蛋白質(zhì)的數(shù)量而要更多地考慮蛋白質(zhì)的質(zhì)量。由表2、表3可以看出,粒度>112 μm小麥粉面筋特性品質(zhì)優(yōu)于原始小麥粉,粒度100~112 μm小麥粉面筋特性品質(zhì)接近于原始小麥粉,而粒度88~100 μm與粒度<88 μm的小麥粉的面筋特性品質(zhì)劣于原始小麥粉,這對于小麥制粉企業(yè)生產(chǎn)與配粉具有一定的理論指導(dǎo)意義。
表3 小麥粉粒度對其粉質(zhì)特性與拉伸特性的影響Table 3 Effect of particle size of wheat flour on farinaceous and extensograph properties
為了進(jìn)一步研究粒度對小麥粉蛋白特性的影響的機(jī)理,本研究測定了每種粒度范圍小麥粉的蛋白組分含量及巰基(—SH)和二硫鍵(—S—S—)的含量,結(jié)果見表4。
表4 小麥粉粒度對其蛋白質(zhì)組分的影響Table 4 Effect of particle size of wheat flour on protein components
小麥粉所含的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白是組成面筋的主要成分,麥谷蛋白通過多肽鏈間的二硫鍵和許多次級(jí)鍵的共同作用,使面筋具有良好的彈性,麥醇溶蛋白使面筋具有較好的延伸性和黏性。小麥粉中麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的含量與比例對面筋強(qiáng)度及面制食品的品質(zhì)有很大的影響。谷蛋白由高分子量(HMW)谷蛋白與低分子質(zhì)量(LMW)谷蛋白組成,其中高分子質(zhì)量(HMW)谷蛋白含量對面筋強(qiáng)度影響最大[17-18]。由表4可知,隨著小麥粉粒度的減小,谷蛋白含量、高分子量(HMW)谷蛋白含量均呈下降趨勢,醇溶蛋白含量呈上升趨勢,低分子質(zhì)量(LMW)谷蛋白含量變化趨勢不明顯,這說明粒度的減小會(huì)使小麥粉面團(tuán)的彈性與耐攪拌性能變?nèi)?,而延伸性與黏性增強(qiáng),面團(tuán)的筋力總體變?nèi)酢?/p>
二硫鍵(—S—S—)是存在于兩個(gè)硫原子間的共價(jià)鍵,可以把不同肽鏈或同一肽鏈的不同部分連接起來,使蛋白質(zhì)肽鏈的空間結(jié)構(gòu)更為緊密,對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象起到重要的作用;斷開面筋蛋白中的二硫鍵,面筋黏度會(huì)急劇下降。半胱氨酸殘基中的巰基(—SH)是所有蛋白質(zhì)氨基酸殘基中最活潑基團(tuán),在體內(nèi)多種反應(yīng)中扮演著至關(guān)重要角色[19]。二硫鍵與巰基間也可借氧化還原反應(yīng)相互轉(zhuǎn)化。由表4可知,隨著小麥粉粒度的減小,面團(tuán)里的二硫鍵(—S—S—)含量呈下降趨勢,而巰基(—SH)含量呈上升趨勢,二硫鍵(—S—S—)的減少與巰基(—SH)的增加意味著面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)形成變得疏松,面團(tuán)強(qiáng)度變?nèi)酢?/p>
表5 粒度對小麥粉面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Table 5 Effect of particle size of wheat flour on gluten protein second-structure
由表5可看出,隨著小麥粉粒度的減小,小麥粉面團(tuán)中α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量呈下降趨勢,β-折疊與無規(guī)則卷曲含量呈上升趨勢。小麥粉粒度減小使蛋白質(zhì)螺旋結(jié)構(gòu)減少,維持小麥蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)作用力氫鍵減弱,小麥蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,小麥品質(zhì)下降;β-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為β-折疊和無規(guī)則卷曲,蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)總體呈現(xiàn)由反轉(zhuǎn)向折疊轉(zhuǎn)化的趨勢。KARREN[21]研究表明,小麥粉中的α-螺旋和β-折疊,無規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角之間會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換,使小麥粉的面筋含量及強(qiáng)度發(fā)生改變。
研究表明,小麥粉粒度對面粉品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生較大的影響,而且會(huì)影響面條、饅頭等食品的品質(zhì)[8-10]。為了使研究能更好地指導(dǎo)制粉企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,本研究利用制粉企業(yè)常用的粉篩(12XX、13XX、15XX)把磨制的小麥粉分成了4種,通過相關(guān)指標(biāo)的測試來分析不同粒度范圍內(nèi)面粉的品質(zhì)差別。研究發(fā)現(xiàn),隨著面粉粒度的變小,面粉的蛋白質(zhì)含量逐漸升高,但是面筋指數(shù)、穩(wěn)定時(shí)間、拉伸面積、最大拉伸阻力的指標(biāo)逐漸下降,這說明蛋白質(zhì)的數(shù)量雖然上升但質(zhì)量卻在下降,面團(tuán)的強(qiáng)度下降。很多研究表明,小麥粉面筋質(zhì)量與強(qiáng)度與面粉中谷蛋白尤其是高分子質(zhì)量谷蛋白的含量及二硫鍵的含量呈極顯著正相關(guān)[18-19],通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),小麥粉粒度降低后,面團(tuán)中的谷蛋白含量、高分子量谷蛋白(HMW)下降,面筋中的二硫鍵含量亦下降,這從理論上解釋了隨著粒度下降面筋強(qiáng)度下降的原因。從蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究可以發(fā)現(xiàn),小麥粉粒度的減小導(dǎo)致面團(tuán)中α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量下降,β-折疊與無規(guī)則卷曲含量上升。通過綜合分析可以發(fā)現(xiàn)α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量與面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、面團(tuán)拉伸面積、面團(tuán)抗拉伸阻力之間呈現(xiàn)正相關(guān),與谷蛋白含量、高分子量谷蛋白含量、二硫鍵含量的變化變呈正相關(guān);β-折疊與無規(guī)則卷曲含量與這些指標(biāo)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。由此可以說明,α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量增加,面團(tuán)筋力呈增強(qiáng)趨勢;α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量下降,面團(tuán)筋力呈減弱趨勢。
雖然粒度的下降導(dǎo)致小麥粉灰分含量上升,但是L*上升、b*下降,面粉色澤卻有較明顯的改善。這說明灰分并不是影響小麥粉色澤的最關(guān)鍵因素,小麥粉產(chǎn)品最終色澤受到胚乳的自然色澤、粒度大小、研磨工藝條件、灰分含量的共同影響[1]。綜合分析發(fā)現(xiàn),小麥粒度下降雖然導(dǎo)致其面團(tuán)面筋品質(zhì)的下降,但是色澤卻有較明顯的提高。
為了能更好地為制粉生產(chǎn)提高理論指導(dǎo),綜合本研究所測定項(xiàng)目,對不同粒度的面粉進(jìn)行綜合評價(jià),粒度>112 μm小麥粉面筋特性品質(zhì)優(yōu)于原始小麥粉,粒度100~112 μm小麥粉面筋特性品質(zhì)接近于原始小麥粉,而粒度88~100 μm與粒度<88 μm的小麥粉的面筋特性品質(zhì)劣于原始小麥粉;并且從電鏡圖譜可以看出,面粉過細(xì)時(shí)由于靜電帶來的相互吸附較嚴(yán)重,流散性變差,不利于生產(chǎn)過程的篩理。這說明在制粉過程中沒有必要將面粉過度研磨導(dǎo)致面粉過細(xì),保持適中的粒度范圍更有利于表現(xiàn)出更好的品質(zhì)特性。
隨著小麥粉粒度的減小,小麥粉色澤明顯提高,蛋白質(zhì)和灰分含量增加;濕面筋含量、面筋指數(shù)、面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間、面團(tuán)拉伸面積、面團(tuán)最大拉伸阻力的指標(biāo)逐漸下降,面團(tuán)的弱化度、延伸度增加,面團(tuán)的強(qiáng)度下降。
隨著小麥粉粒度的減小,面團(tuán)中的谷蛋白含量、高分子量谷蛋白(HMW)、面筋中的二硫鍵的含量呈下降趨勢,醇溶蛋白含量、面團(tuán)中巰基(—SH)含量呈上升趨勢,低分子量谷蛋白(HMW)變化趨勢不明顯;小麥粉面團(tuán)中α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量呈下降趨勢,β-折疊與無規(guī)則卷曲含量呈上升趨勢。
粒度>112 μm小麥粉面筋特性品質(zhì)優(yōu)于原始小麥粉,粒度100~112 μm小麥粉面筋特性品質(zhì)接近于原始小麥粉,而粒度88~100 μm與粒度<88 μm的小麥粉的面筋特性品質(zhì)劣于原始小麥粉。