張智勇，陳潔，任佳影，張毅，魏曉明

（1.中糧糧谷控股有限公司面條管理部，北京 100000）（2.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州 450001） （3.中糧面業(yè)（濮陽）有限公司，河南濮陽 457000）（4.中糧營養(yǎng)健康研究院，北京 100000）

小麥淀粉含量約占面粉的75%左右，是面粉的重要組成之一[1]。在面制品生產(chǎn)加工過程中，淀粉的結(jié)構(gòu)和分子量等對產(chǎn)品影響顯著。淀粉經(jīng)糊化冷卻所產(chǎn)生的回生現(xiàn)象是導(dǎo)致部分食品品質(zhì)劣變的重要原因[2]。針對淀粉特性的研究發(fā)現(xiàn)，通過物理或化學(xué)的方法可以達到改善淀粉糊化和凝膠流變學(xué)特性的目的。目前國內(nèi)外已有很多通過添加親水膠體、脂類等物質(zhì)對面團流變學(xué)特性及淀粉特性變化的研究[3]。Day等[4]研究氯化鈉對小麥淀粉熱特性的影響。閆淑琴等[5]向面粉中添加蠟制馬鈴薯原淀粉、沙蒿膠等親水膠體，對面團特性和面條品質(zhì)進行研究發(fā)現(xiàn)這些親水膠體可以改變淀粉的糊化速率和最終老化程度，對面條品質(zhì)和面筋網(wǎng)絡(luò)有所改善。趙陽等[6]研究發(fā)現(xiàn)共軛亞油酸可以與小麥淀粉結(jié)合生成復(fù)合物，降低峰值黏度阻礙淀粉的吸水溶脹，使其更易形成彈性凝膠，抗老化能力增強。劉會曉等[7]研究發(fā)現(xiàn)，堿性條件易促進淀粉發(fā)生氧化反應(yīng)，破壞淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致面條黏度降低。面條的表面黏性對其口感具有重要影響。煮制過程中，面條表面的部分淀粉吸水溶出，從而造成混湯。此外，面條表面黏性過高將不利于煮后面條的久置，影響面條品質(zhì)與感官評定[8]。

目前關(guān)于食用堿對面條品質(zhì)影響的研究很多，但研究食用堿對小麥淀粉特性以及面條表面黏性作用的機理很少。與以往研究不同，本文以從小麥粉中提取的淀粉為原材料，通過研究食用堿對淀粉糊化特性、凝膠特性以及面條表面黏性的影響，探究其作用的機理，為進一步研究食用堿在面制品中的作用與提高食品品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

特一級面粉（蛋白質(zhì)含量11.0%），鄭州金苑面業(yè)有限公司；食用堿（碳酸鈉），沈陽市蘇家屯區(qū)星火食品廠；無碘食鹽，河南省鹽業(yè)總公司。

1.2 儀器

JHMA-200型針式和面機，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；GDW-50型高低溫試驗箱，無錫科隆試驗設(shè)備有限公司；TX-XTplus質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司；MicroMR-CL-I變溫型核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；RVA-4快速黏度儀，澳大利亞NewPort科學(xué)儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 小麥淀粉的制備

稱取100 g特一粉，1%（面粉基）食鹽，適量蒸餾水于和面機中，攪拌2 min制成面團，25 ℃醒發(fā)15 min。用0.4 mol/L NaCl水溶液搓洗面團至洗出淀粉水溶液，4000 r/min、8000 ×g離心10 min，沉淀物真空冷凍干燥（-50 ℃），粉碎過100目篩網(wǎng)，即得小麥淀粉[9,10]。

1.3.2 面團吸水率的測定

根據(jù)GB/T 14614-2006，ISO 5530-1:1997測定面團吸水率，特一粉按照14%干基稱取。

1.3.3 面團水分分布的測定

參考李妍等[11]的方法并略作修改。參數(shù)設(shè)置：采樣頻率SW＝333.333 kHz；采樣間隔時間TW=2500 ms；重復(fù)掃面次數(shù)NS=64；回波個數(shù)C0NH=6000；弛豫衰減時間D0=2500 ms；采樣點數(shù)TD=19999；回波時間Echo time=0.1 ms。

1.3.4 淀粉糊化特性的測定

參照GB/T 24853-2010，在鋁盒中加入25.00 g水與不同質(zhì)量分數(shù)（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）的食用堿混合均勻后，加入一定量淀粉，上下晃動攪拌槳，裝入RVA，按下塔帽進行測試，每個樣重復(fù)3次。

1.3.5 淀粉透明度的測定

參考吳立夏等[12]的方法，并做以下修改。配置不同質(zhì)量分數(shù)（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）的食用堿溶液，向該溶液中加入一定量的凍干淀粉樣品，配成1%（m/V）的淀粉乳。95 ℃水浴攪拌糊化30 min，冷卻至室溫，在620 nm波長下進行測定。

1.3.6 淀粉凝沉體積的測定

參考郭澤鑌[13]的方法，并做以下修改。按照1.3.5的方法配置質(zhì)量分數(shù)為6%（m/V）的淀粉乳，并對其進行糊化和冷卻后，取25 mL淀粉糊于室溫靜置24 h，記錄下層沉淀物的體積。用沉淀體積占溶液總體積的百分比來表示淀粉的凝沉性質(zhì)。

1.3.7 淀粉溶解度的測定

參考Han等[14]的方法，并略作修改。按照1.3.5的方法稱取一定質(zhì)量淀粉（W），配置質(zhì)量分數(shù)為2%（m/V）的淀粉乳，并對其進行糊化和冷卻后，在4000 r/min條件下離心15 min，烘干上清液，稱量溶解淀粉的含量（A），離心管中沉淀淀粉的質(zhì)量（P）。溶解度（S）和膨脹度（B）的計算公式如下：

1.3.8 淀粉凍融穩(wěn)定性的測定

參考王冠青[15]的方法，并做以下修改。按照1.3.5的方法配置質(zhì)量分數(shù)為6%（m/V）的淀粉乳，并對其進行糊化和冷卻后，取30 g（W1）淀粉糊，-20 ℃放置24 h后自然解凍，在10000 r/min離心力下離心15 min，將上清液倒掉，稱取沉淀物的質(zhì)量（W2）。析水率的計算公式如下：

1.3.9 淀粉凝膠強度的測定

參考Wang等[16]的方法，并略作修改。按照1.3.5的方法配置質(zhì)量分數(shù)為15%（m/V）的淀粉乳，并對其進行糊化和冷卻后用薄膜封口，于4 ℃環(huán)境存放24 h。采用P/5探頭進行凝膠強度分析。測試條件：測試前、測試中、測試后速度均為1.0 mm/s；形變量75%；觸發(fā)力5 g。

1.3.10 面條表面黏性的測定

稱取100 g面粉倒入和面缸中，稱取1%的食鹽與食用堿（添加量分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）溶于適量的水（先溶解堿再溶解鹽），一同倒入快速和面機中，攪拌2 min和成面團，放入溫度為25 ℃的熟化箱中醒發(fā)10 min，復(fù)合壓延3次，壓至成1 mm的面帶，切成1 mm厚、2 mm寬、22 cm長的面條。面條煮制最佳蒸煮時間，撈出。

表面黏性測定參考常戰(zhàn)戰(zhàn)等[2]的方法，并做修改。在載物臺上平行放置3根面條，選擇cooked lasagne程序，選擇P/25探頭進行測定。平行3次，取平均值。測試條件：測定前速度：1.0 mm/s；測定中速度：0.5 mm/s；測定后速度：10.0 mm/s；返回距離：20 mm；觸發(fā)力：1000.0 g；接觸時間：2 s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007、SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，以O(shè)rigin 2017軟件繪制圖形。

2 結(jié)果與討論

2.1 食用堿對面團吸水率的影響

采用粉質(zhì)儀測定面團的吸水率，研究食用堿對面團吸水量變化的影響。由圖1可知，食用堿的添加使面團的吸水率不斷增加，這與Guo等[17]在小麥粉中添加堿的結(jié)果相一致。食用堿添加量為0.1%時，面團吸水率與未添加的面團之間無顯著差異；食用堿添加量為0.2%時，面團吸水率顯著升高至58.1%。食用堿是一種堿性鹽，其水溶液屬于強電解質(zhì)。食用堿水解產(chǎn)生的離子可以中和蛋白質(zhì)表面電荷，使蛋白質(zhì)間的相斥作用力下降，促進面筋蛋白吸水，蛋白質(zhì)和淀粉在堿的作用下連接更加緊密，從而面團吸水率增大[18]。面團的吸水量可以對面條的蒸煮品質(zhì)產(chǎn)生影響。吸水率高的面團更易形成面筋網(wǎng)絡(luò)，更好地包裹淀粉顆粒，在煮制過程中淀粉不易溶出，面條不易混湯和黏條[19]。但過量添加食用堿會使蛋白質(zhì)爭奪面團中的大部分水分，導(dǎo)致水分子不能在淀粉和蛋白質(zhì)之間起到潤滑的作用，形成的面團黏彈性降低[17]。

2.2 食用堿對面團水分分布的影響

圖2為不同食用堿添加量下的面團橫向弛豫時間T2反演圖，圖中曲線上三個峰代表不同食用堿添加量下水分存在的三種形式，分別對應(yīng)的結(jié)合方式如表1所示。弛豫時間T2可以表示水分的流動性以及結(jié)合能力，圖中對應(yīng)于T21、T22、T23的信號強度的3個峰面積為A21、A22、A23，表示面團中不同結(jié)合形態(tài)的水分含量[20]。

表1 弛豫時間T2所代表水的結(jié)合形式 Table 1 Relaxation time T2 represents the binding form of water

由表2可知，面團體系中水分主要以弱結(jié)合水A22形式存在，占總體水分的50%以上。強結(jié)合水含量A21在食用堿添加量為0.1%時顯著增加到17.05%，添加量為0.2%后仍呈增長趨勢。食用堿具有促進面筋蛋白束縛水分子的作用，可降低面團中水分的流動性，從而增強水分子與面筋蛋白、淀粉等組分的結(jié)合能力[21]。弱結(jié)合水含量A22在食用堿添加量為0.2%時顯著下降至56.78%。食用堿促進蛋白質(zhì)面筋網(wǎng)絡(luò)與水結(jié)合，所以在堿添加量為0.2%時弱結(jié)合水更多地向強結(jié)合水轉(zhuǎn)化，面團對水的束縛能力增強。強結(jié)合水含量的升高表明蛋白分子發(fā)生水合作用，更好地形成面筋網(wǎng)絡(luò)，而水分子與淀粉分子的結(jié)合更易促進淀粉糊化。Doona等[22]研究發(fā)現(xiàn)淀粉和面筋蛋白在面團體系中具有不同的水動力學(xué)和分子流動性，在與水的相互作用中淀粉對面團中的水分遷移起決定性作用。

表2 食用堿對面團水分弛豫時間T2及對應(yīng)峰面積的影響 Table 2 Effect of dietary alkali on moisture relaxation time T2 and corresponding peak area of dough

2.3 食用堿對淀粉糊化特性的影響

表3是食用堿對淀粉糊化特性參數(shù)的影響結(jié)果，食用堿的添加使淀粉的各項黏度值較空白樣有所提升。峰值黏度越高的小麥粉生產(chǎn)出的面條質(zhì)量越好[23]。食用堿的加入使淀粉溶液黏度增加。黏度的增加是由于加熱過程中淀粉顆粒膨脹，在糊化過程中食用堿可使淀粉顆粒在破裂前出現(xiàn)較大膨脹和變形[24]。堿溶液中電離出的OH-可以降低水分子之間的締合作用，當遇到高溫加熱時淀粉顆粒遭到破壞后溶于水中，淀粉中的-OH裸露出來，相鄰的-OH基團之間會重新締合形成穩(wěn)定的氫鍵，從而導(dǎo)致淀粉糊黏度的增加[24]。衰減值是峰值黏度與最低黏度之間的差值，反映淀粉在糊化過程中的穩(wěn)定性；回生值是最終黏度與最 低黏度之間的差值，反映糊化后的淀粉在冷卻過程中的重結(jié)晶程度和老化度，回生值越低表明淀粉的抗老化能力越強[25]。隨著食用堿的增加，衰減值和回生值降低，這是由于食用堿的添加促進了淀粉的糊化。添加食用堿后淀粉水溶液的pH逐漸增大，裸露的-OH數(shù)目逐漸增多，基團重新締合形成氫鍵影響了淀粉分子的重新排布，抑制了淀粉回生[24]。隨著食用堿的添加，淀粉糊的糊化溫度逐漸降低，表明淀粉膠束區(qū)發(fā)生破裂。膠束區(qū)的破裂使淀粉溶于水中形成膠體，淀粉易于糊化，這與Tao等[26]的實驗結(jié)果一樣。

表3 食用堿對糊化特性參數(shù)的影響 Table 3 Effects of dietary alkali on the gelatinization characteristic parameters

2.4 食用堿對淀粉透明度的影響

淀粉糊的透光率是一束光通過淀粉顆粒所產(chǎn)生的反射、折射和透射現(xiàn)象，是淀粉糊凝沉特性的一種表現(xiàn)[27]。淀粉種類、添加劑以及淀粉與水分子之間的相互作用是影響淀粉透明度的重要原因。由圖4可知，隨著食用堿的添加，小麥淀粉的透光率顯著增大2.4%，表明淀粉老化程度降低。這可能與兩個原因有關(guān)，一是食用堿中的Na+與淀粉中的羥基發(fā)生靜電相互作用[28]，降低了淀粉分子間的相互作用，從而引起淀粉糊透明度的增加；二是食用堿可以促進淀粉的糊化和膨脹，導(dǎo)致淀粉分子間氫鍵發(fā)生斷裂，因此提高了淀粉的透明度。蒸煮過程中，面條的透明度越高，表明淀粉糊化程度越高，老化程度降低，面條不易黏結(jié)。

2.5 食用堿對淀粉沉淀物體積的影響

凝沉現(xiàn)象是經(jīng)過糊化的淀粉糊放置一段時間后發(fā)生重排，形成致密不溶的淀粉微晶束[29]。淀粉的凝沉特性反映了淀粉制品的加工特性以及感官品質(zhì)，并可影響淀粉制品的機械性能[27]。圖5反映了食用堿添加量對小麥淀粉凝沉特性的影響。由圖5可知，隨著食用堿添加量的增加，淀粉的沉淀物體積逐漸增大至57%。在堿性條件下淀粉的溶脹率增加并且與水的結(jié)合能力增強，從而提高了淀粉的凝沉穩(wěn)定性[27]。食用堿中富含大量的碳酸鈉，屬于強堿弱酸鹽，水解后使淀粉顆粒攜帶大量的電荷，提高淀粉在水中的分散度，從而降低淀粉糊的穩(wěn)定性[30]。

2.6 食用堿對淀粉溶脹度的影響

食用堿對淀粉溶脹度的影響如圖6所示。隨著食用堿添加量的增加，淀粉的溶解度與膨潤率呈現(xiàn)先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢。淀粉顆粒在水溶液中受熱糊化后，淀粉顆粒內(nèi)部用來維持雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子間氫鍵會遭到破壞，水分子與淀粉非結(jié)晶區(qū)中的游離親水性基團相互作用，從而使淀粉顆粒吸水，膨脹或破裂[28,31]。淀粉的溶解度和膨潤率是淀粉鏈在結(jié)晶區(qū)與無定形區(qū)結(jié)合能力的表現(xiàn)，反映了淀粉顆粒的完整性和硬度，主要受淀粉顆粒的大小、直支鏈比、分子間作用力等的影響[32-34]。食用堿的添加可以提高小麥淀粉的溶解度和膨潤率，這與食用堿破壞淀粉的非結(jié)晶區(qū)，使淀粉分子氫鍵斷裂，降低直鏈淀粉的抑制作用，從而使淀粉粒之間結(jié)合的緊密度降低，溶解度升高有關(guān)，而且碳酸鈉溶液中的氫氧基會使淀粉分子電離產(chǎn)生同種電荷，淀粉分子之間產(chǎn)生排斥作用，從而促進了水在顆粒內(nèi)的滲透，淀粉分子自由膨脹，膨潤率增加[35]。面條煮制過程中，淀粉顆粒吸水膨脹，高度擠壓的淀粉顆粒容易分裂崩解，從而導(dǎo)致面條表面黏性的降低[7]。

2.7 食用堿對淀粉析水率的影響

食用堿對小麥淀粉在不同凍融循環(huán)次數(shù)下析水率的影響結(jié)果見表4。淀粉經(jīng)糊化后在低溫下進行儲藏時，淀粉分子由于氫鍵作用可形成冰晶結(jié)構(gòu)，此時淀粉糊膠體遭到破壞發(fā)生相分離，如淀粉膠體解凍會有水析出。因此可以用析水率的大小來反映淀粉的凍融穩(wěn)定性，即淀粉在凍融過程中抵抗負面物理變化的能力和在低溫條件下的抗凝沉特性，同時也可表征淀粉在回生過程中的變化[26]。由表4可知，食用堿添加量的不斷增加逐漸降低了淀粉的析水率，提高了凍融穩(wěn)定性。食用堿溶液電離出來的氫氧根可以與淀粉分子的某位點進行結(jié)合，導(dǎo)致親水區(qū)域暴露出來，促使水分子與淀粉氫鍵在其顆粒內(nèi)部進行結(jié)合，使淀粉凝膠持水能力增加[24]。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，析水率會逐漸增大，在反復(fù)凍融的過程中，淀粉的凝膠結(jié)構(gòu)被破壞，持水能力變?nèi)酰l(fā)生脫水收縮和海綿質(zhì)地的形成[33]。

表4 食用堿對小麥淀粉在不同凍融循環(huán)次數(shù)下析水率的影響 Table 4 Effects of dietary alkali on the water yield of wheat starch under different freeze-thaw cycles

2.8 食用堿對淀粉凝膠強度的影響

圖7為食用堿添加量對小麥淀粉凝膠強度的影響。由圖7可知，添加食用堿至0.4%，小麥淀粉凝膠破裂強度降低40.81%，凝膠破裂距離增大17.99%，凝膠黏度增大30.94%。淀粉凝膠受到壓力后會逐漸變形，當力達到一定量時凝膠會破裂，此時凝膠所承受的力為破裂強度，探頭下壓的距離為破裂距離，兩者反映了凝膠的彈性和脆性。破裂距離越大，破裂強度越小證明淀粉凝膠的彈性越大，脆性越小[36]。當小麥淀粉中加入食用堿后，其凝膠破裂距離顯著增大，破裂強度顯著減小，表明小麥淀粉凝膠的彈性增加，脆性降低。食用堿的添加增加了溶液的pH，使溶液中的氫氧根濃度增大，破壞了淀粉分子間的氫鍵，從而降低了小麥淀粉凝膠的破裂強度[29]。淀粉凝膠的黏度不斷增大與加熱過程中食用堿促進淀粉顆粒破裂，結(jié)晶區(qū)被破壞有關(guān)。

2.9 食用堿對煮后面條表面黏性的影響

面條的表面黏性是探頭擠壓樣品時，樣品粘連探頭的力，可以反映煮后面條的相互粘連情況，黏性功是擠壓過程中表面黏性的做功，同樣表示樣品的粘連程度。食用堿對煮后面條表面黏性的影響如圖8所示。隨著食用堿添加量的增加，煮后面條的表面黏性及黏性功呈下降趨勢。食用堿的添加促進了面條面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，增加了蛋白質(zhì)、淀粉與水分子之間的結(jié)合[24]，更多的水分子成為結(jié)合水，面條表面的自由水含量降低。面條煮制過程中，食用堿的添加使淀粉分子更易糊化，面條表面更多的水分子進入面條內(nèi)部，從而導(dǎo)致面條的表面黏性降低。

2.10 面條表面黏性與淀粉指標的相關(guān)性分析

面條表面黏性與淀粉指標的相關(guān)性如表5所示，表面黏性與面團吸水率、淀粉溶解度、膨潤率、凝膠破裂黏度呈極顯著負相關(guān)，與強結(jié)合水含量、凝膠破裂距離呈顯著負相關(guān)。面團吸水率越高，強結(jié)合水含量顯著升高，淀粉受熱后糊化程度升高。煮制過程中淀粉分子糊化以及面筋蛋白固化，加強了網(wǎng)絡(luò)對淀粉的包裹，顯著降低了面條的表面黏性。面條表面黏性與淀粉凍融特性、回生值呈極顯著正相關(guān)，與衰減值呈顯著正相關(guān)。食用堿的添加顯著降低面條的老化程度有效緩解了面條的黏條現(xiàn)象。

表5 面條表面黏性與淀粉指標的相關(guān)性分析 Table 5 Correlation analysis between noodle surface viscosity and starch index

3 結(jié)論

本實驗通過研究食用堿對小麥面團水分變化、淀粉糊化特性及面條黏性的影響，得出以下結(jié)論：食用堿可以提高面團吸水率與強結(jié)合水含量，提高淀粉的糊化黏度，降低衰減值和回生值。隨著食用堿添加量的增加，淀粉透明度和沉淀物體積不斷增加，溶解度不斷提高，析水率逐漸降低。淀粉的凝膠破裂強度降低，凝膠破裂距離和黏度增加。食用堿可降低面條的表面黏性，使面條表面黏性與小麥淀粉特性具有一定的相關(guān)性。綜上所述，食用堿能提高淀粉的糊化穩(wěn)定性，增加小麥淀粉凝膠彈性，提高淀粉的凍融穩(wěn)定性，降低脆性，并降低煮后面條的粘連程度。