張學(xué)閣 ，詹 華 ，王亦奇 ，李世巖 ，汪瑞軍 ，

（1.中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083；2.北京金輪坤天特種機(jī)械有限公司，北京 100083）

0 引言

掛面、鮮濕面是重要的方便面食產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程需將面粉和水按照一定比例混合制成面團(tuán)，然后經(jīng)逐級壓延制成不同厚度的面帶［1］。加水量是影響面食口感和裝備穩(wěn)定性的主要因素。加水量過高，面帶黏附繞輥影響生產(chǎn)效率［2-3］。因此，通過研究加水量和壓延比對面帶壓延黏附特性的影響，對提升面食品質(zhì)、提高制面裝備效率具有重要現(xiàn)實(shí)意義［4］。

“黏附”是源于面團(tuán)黏性的一種界面膠黏性行為，黏附能力與面團(tuán)體系及其界面特性相關(guān)。張康逸等［5］研究表明，濕面筋質(zhì)量影響面團(tuán)黏彈性。DORRA等［6］發(fā)現(xiàn)面團(tuán)黏附剝離能與加水量（43%～47%）呈顯著正相關(guān)。雷恒森等［7］發(fā)現(xiàn)干面粉可降低生鮮面表面黏聯(lián)。現(xiàn)有研究多關(guān)注面團(tuán)的流變學(xué)特性［8-10］，很少見有關(guān)面帶壓延黏附特性的報(bào)道。為此，從加水量和壓延比2個(gè)角度開展有關(guān)面帶黏附特性的研究，并分別采用核磁共振分析技術(shù)（LF-NMR）、網(wǎng)絡(luò)分析法（GNAM）研究面團(tuán)內(nèi)水分遷移規(guī)律和面筋網(wǎng)絡(luò)變化。為解決面帶黏附問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與面帶制備

面粉：古船富強(qiáng)粉（Fa）與河套雪花粉（Fb）；軟化水；考馬斯染色液；洗脫液。面粉主要營養(yǎng)成分見表1，試驗(yàn)以Fa為主，F(xiàn)b作對比用。

根據(jù)陳潔等［11］的方法（略有調(diào)整）調(diào)制面團(tuán)并制備面帶試樣。稱取80 g面粉和一定比例的軟化水一次性加入和面機(jī)，攪拌3 min調(diào)制成面團(tuán)；不經(jīng)熟化，用制面機(jī)復(fù)合一次將面團(tuán)制成厚度為10 mm的面帶，隨后用切刀將面帶分割成100 mm×30 mm×10 mm的條狀，并轉(zhuǎn)移至304材質(zhì)托盤上；使用薄膜覆蓋并密封，松弛20min后用作待測試樣。根據(jù)研究內(nèi)容，共制備a～d 4類試樣，具體如下：

（1）用Fa、Fb制備加水量分別為35%，40%，45%，50%，55%，65%的試樣，用于測試不同加水量面帶的黏附性能（壓延比η=50%）。

（2）用Fa制備加水量分別為35%，40%，45%，50%，55%，65%的試樣，用于核磁共振分析。

（3）用Fa、Fb制備加水量為55%的試樣，用于測試不同壓延比面帶的黏附性能，η分別為10%，25%，40%，55%。

（4）用Fa制備加水量為55%的試樣，用于測試不同壓延比面帶的面筋網(wǎng)絡(luò)分析，η分別為25%，40%，55%。

試樣以“面粉代號”+“加水量”表示，例如，F(xiàn)a35表示由Fa制作，加水量為35%。

1.2 儀器與方法

采用AY200型電子天平稱取面粉和軟化水（紙杯做容器）。用JHMZ 200型針式和面機(jī)制備面團(tuán)。采用LF-NMR研究面團(tuán)內(nèi)水分的遷移規(guī)律。用核磁共振分析軟件中的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時(shí)間T2。從4類待測試樣中各取9 g樣品，用聚四氟乙烯薄膜纏繞防止水分蒸發(fā)，隨后放至10 mm直徑核磁管中，核磁管內(nèi)面團(tuán)高度控制在2 cm。CPMG脈沖序列參數(shù)：主頻20 MHz，偏移頻率 996.87 kHz，90脈沖時(shí)間 3 μs，180脈沖時(shí)間6.24 μs，采樣點(diǎn)數(shù)10 000，重復(fù)時(shí)間1 500 ms，累加16次，回波數(shù)3 000，回波時(shí)間0.1 ms。掃描結(jié)束后，反演獲得T2波譜。采用核磁共振成像系統(tǒng)自旋回波成像序列對樣品進(jìn)行氫質(zhì)子密度成像。采用劉全［12］描述的面筋GNAM研究壓延過程對面筋網(wǎng)絡(luò)的影響；將制備的面帶分割為約1 cm×1 cm的樣塊并放入LABCONO-195型冷凍切片機(jī)冷凍室，冷凍3 min，冷凍室溫度-15 ℃；隨后切出3 μm樣片置于載玻片上；染色15 min后用洗脫液沖洗掉多余染色劑；使用共聚焦掃描電鏡觀察染色的面筋圖像并拍照。采用專用軟件分析面筋蛋白面積、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、蛋白百分比、蛋白網(wǎng)絡(luò)線總長度等數(shù)據(jù)。用SPSS22.0分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性、相關(guān)性和線性回歸分析，用Duncan's進(jìn)行多重比較，顯著性差異P＜0.05，采用Origin 9.0 軟件制圖。

采用試驗(yàn)室自制黏附測試平臺(tái)測試黏附力，圖1為黏附測試曲線，反映探頭與試樣接觸、分離過程中力隨時(shí)間的變化關(guān)系。測試可獲得黏附面積S、最大黏附力FSmax、最大壓力FPmax3個(gè)數(shù)據(jù)。經(jīng)式（1）運(yùn)算獲得單位面積剝離能［13-14］，用其表征面帶黏附能力。主要測試參數(shù)：接觸時(shí)間為2 s，剝離速度為16 mm/s，探頭為15 mm的合金鋼。每組測試3次，結(jié)果取平均值。

式中 ω——單位面積剝離能，J/m2；

S——黏附面積，N·s；

V——?jiǎng)冸x速度，m/s；

A——探頭面積，m2。

圖1 黏附測試典型曲線Fig.1 Typical curve of adhesion test

2 結(jié)果與分析

2.1 加水量對面帶黏附能力的影響

黏附能力隨加水量變化規(guī)律如圖2，曲線整體呈現(xiàn)“S”型。為便于分析，將曲線分為A、B兩段。A段加水量在35%～45%，加水量增加，ω?cái)?shù)值增長緩慢，且ω＜10 J/m2。B段加水量在45%～65%，加水量增大，ω?cái)?shù)值急速增長。同一加水量下，2類面粉所制面帶的數(shù)值差異較大（Fa：10～121 J/m2，F(xiàn)b：10～241 J/m2）；并且 Fb 的ω曲線上升的時(shí)機(jī)比Fa的曲線遲緩，例如，F(xiàn)a55的ω值約是Fb55的2.3倍（Fa55的ω值為116.2 J/m2，F(xiàn)b55的ω值為49.89 J/m2），表明Fa55的黏附能力高于Fb55。就面條生產(chǎn)而言，目前制面加水量普遍在30%～35%，與A段對應(yīng)。原因是此段的數(shù)值偏小，面帶黏附能力相對偏低，利于生產(chǎn)過程的穩(wěn)定。A段黏附能力偏低可能與面筋的形成過程有關(guān)，面粉顆粒吸水不充足的情況下，面團(tuán)體系損耗模量的增加速率略大于彈性模量的增加速率［15-16］，兩者沒有產(chǎn)生過大的差距，所以此段的ω表現(xiàn)出緩慢增加的現(xiàn)象。在不影響穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下多加水有利于提升面食品質(zhì)，但從B段曲線分析，加水量增大后面帶黏附能力急劇增加，約是A段的10～20倍，極不利于面食裝備的穩(wěn)定性。加水量增大后面帶黏附能力增強(qiáng)是面食行業(yè)無法回避的問題，提高裝備的抗黏附能力是未來保證面食品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)。

圖2 加水量對面帶黏附能力的影響規(guī)律Fig.2 The influence rules of the amount of water added on the adhesion ability of the dough

2.2 加水量對面團(tuán)內(nèi)水分遷移規(guī)律的影響

不同加水量面團(tuán)的T2反演圖譜如圖3，反映面團(tuán)中水分子的運(yùn)動(dòng)特性和不同的結(jié)合狀態(tài)［17-18］。反演圖譜中有3個(gè)峰，代表面團(tuán)內(nèi)3種水的分布狀態(tài)，從左至右依次代表強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水，對應(yīng)橫向弛豫時(shí)間分別為0.05～1 ms（T21）、1～40 ms（T22）、40～500 ms（T23）。T2時(shí)間與面團(tuán)內(nèi)水分子所受的束縛力有關(guān)，氫質(zhì)子所受束縛力越大，T2時(shí)間越短，圖譜上峰值位置越靠左，反之峰值位置越靠右。反演圖譜上不同峰積分面積大小代表不同水分的含量，表明面團(tuán)內(nèi)弱自由水的含量最大，占據(jù)水分子的主體，其次依次是強(qiáng)結(jié)合水、自由水。隨著加水量增大，反演圖譜發(fā)生以下變化：一是T22、T23的橫向弛豫時(shí)間變長，峰值位置向右移動(dòng)，說明加水后弱結(jié)合水、自由水的含量增大，水的流動(dòng)能力增強(qiáng)；二是總的峰值面積逐漸增大，說明面團(tuán)中水的含量增大。這與黃澤華［19］研究的加水量分別為50%，60%，70%3種面團(tuán)內(nèi)的水分遷移規(guī)律一致。由于目前機(jī)制面加水量普遍在35%以下，離55%的加水量差距較大，所以研究未對加水量大于55%的面團(tuán)進(jìn)行核磁分析。

圖3 不同加水量下的核磁共振波譜Fig.3 NMR spectrum under different amount of water added

表2表明，增大加水量對T22、T23影響顯著，峰位置逐漸向右移動(dòng)，但對T21影響不明顯；同時(shí)，加水改變了3種水分狀態(tài)的比例，強(qiáng)結(jié)合水與自由水的比例降低，而弱結(jié)合水的比例擴(kuò)大，說明面團(tuán)中多加的水主要是以弱結(jié)合水的形式存在，并且強(qiáng)結(jié)合水有向弱結(jié)合水轉(zhuǎn)移的趨勢。T2時(shí)間延長也說明面團(tuán)內(nèi)水分子結(jié)構(gòu)的有序性變差，水分子受其他構(gòu)象的約束力降低，面團(tuán)體系的持水能力下降，水的流動(dòng)性增強(qiáng)［20］。加水后黏附能力增強(qiáng)可能與面粉顆粒表面含有的眾多C、N、O類極性基團(tuán)有關(guān)［21］，遇水后這些基團(tuán)可與具有極性的水分子通過分子間的作用力彼此聯(lián)結(jié)，增大組織的滑移阻力［22-25］。

表2 T21，T22和T23自旋弛豫時(shí)間以及各峰的比例Tab.2 The proton population spin-spin relaxation time of T21，T22 and T23 with their respective proportions of total protons

2.3 壓延比對面帶黏附能力的影響

圖4反映黏附能力與壓延比之間的變化規(guī)律。ω隨η呈線性規(guī)律變化；壓延過程增大了面帶與其接觸表面的黏附能力；并且在相同η下，F(xiàn)a55的ω依然大于Fb55，再次表明原料差異影響面帶黏附能力。

圖4 壓延比對黏附能力的影響Fig.4 Effect of calendering ratio on the adhesion ability

表3為相關(guān)性分析數(shù)據(jù)，表明η與ω呈顯著正相關(guān)（R＞0.98，p＜0.05），決定系數(shù)R2：0.96＜R2＜1，表明曲線擬合度較好，模型能反映η與ω之間的變化規(guī)律。η對ω在p＜0.05水平上顯著，表明η是影響ω的顯著性因素。

表3 壓延比對面團(tuán)黏附能力的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of calendering ratio on dough adhesion ability

2.4 壓延比對面筋網(wǎng)絡(luò)的影響

圖5為不同壓延比條件下面筋組織的圖像（400倍），不同壓縮狀態(tài)下面筋網(wǎng)絡(luò)形貌有較大變化。圖5（a）壓延比最小，面筋組織松散呈嶙峋狀，紋理方向不清晰，圖像上無明顯黑色區(qū)域；圖5（b）與圖5（a）相比，圖像呈片層狀且較扁平，紋理方向清晰，組織更加致密，已無鏤空的嶙峋狀形態(tài)，但明亮的區(qū)域明顯變小；圖5（c）面帶變形量最大，局部區(qū)域出現(xiàn)了圖5（a）中的嶙峋狀形態(tài)，而預(yù)期的更致密的面筋組織沒有出現(xiàn)，反而出現(xiàn)大面積的黑暗色區(qū)域，表明此處發(fā)生了大面積的面筋斷裂。

圖5 不同壓延比下的面筋組織圖像Fig.5 Image of gluten tissue under different calendering ratios

面筋網(wǎng)絡(luò)圖像的統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)如表4所示，隨著壓延比增大，面筋蛋白面積、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)、蛋白網(wǎng)絡(luò)線總長度降低。綜合分析表明：壓延可以縮短面團(tuán)組織間的距離，使面團(tuán)致密化，但不合適的壓延參數(shù)會(huì)破壞面筋的連續(xù)性，弱化已形成的面筋網(wǎng)絡(luò)，降低面團(tuán)的持水能力。壓延比增大，面帶黏附能力增強(qiáng)，可能是因?yàn)榻佑|表面的面筋網(wǎng)絡(luò)因擠壓損壞所致，此時(shí)面帶的持水能力降低，致使水分子與面帶表面更多的極性基團(tuán)通過分子間作用力彼此聯(lián)結(jié)。

表4 面帶中面筋網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)Tab.4 The data of the gluten in dough sheet

3 結(jié)語

（1）35%～45%加水量時(shí)，面帶黏附能力增長緩慢且數(shù)值較低；加水量在45%～65%區(qū)間時(shí)，面帶黏附能力急速增長。

（2）水在面團(tuán)內(nèi)主要以強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水的形式存在；增大加水量會(huì)提高弱結(jié)合水的比例，強(qiáng)結(jié)合水的比例降低，水分子向弱結(jié)合水的狀態(tài)遷移。

（3）在相同加水量條件下，壓延比從10%增大到55%，面帶黏附能力呈線性規(guī)律增大。壓延過程具有雙重作用，一方面使面筋組織更加致密，另一方面過大的壓延比又破壞面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性，使面帶表現(xiàn)出更強(qiáng)的黏附能力。