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湿热处理对小麦粉基本理化特性影响的研究

时间:2018-01-11 13:06来源:《河南工业大学学报(自然科学版) 作者:李明菲,李利民,郑学 点击:
以市售金苑特一粉为原料,采用水热反应釜对其进行湿热处理,测定其色泽、糊化度、糊化特性、糊特性等,并将湿热处理后小麦粉与市售预糊化小麦淀粉及未处理小麦粉进行比较,研究不同程度湿热处理对小麦粉的改性作用。研究表明:小麦粉经湿热处理后,其白度值降
李明菲,李利民,郑学玲*
(河南工业大学粮油食品学院,郑州 450001) 
 
摘 要:以市售金苑特一粉为原料,采用水热反应釜对其进行湿热处理,测定其色泽、糊化度、糊化特性、糊特性等,并将湿热处理后小麦粉与市售预糊化小麦淀粉及未处理小麦粉进行比较,研究不同程度湿热处理对小麦粉的改性作用。研究表明:小麦粉经湿热处理后,其白度值降低,色泽变差;糊化度增大,糊黏度降低,糊化温度升高,热糊稳定性提高;溶解度增加,但随着处理温度升高呈先增加后减小的趋势,90℃时溶胀势下降,但80℃时略增加;当处理时间和处理温度一定时,湿热处理水分与小麦粉白度、色泽、糊化度及糊化特性呈显著相关性(P<0.05);当处理时间和处理水分一定时,湿热处理温度与小麦粉的白度、色泽、糊化度及糊化特性呈显著相关性(P<0.05);当处理温度和水分一定时,处理时间与小麦粉白度、色泽、糊化度及糊化特性无显著性差异(P>0.05)。
关键词:湿热处理;面粉;淀粉;改性
0 引言
小麦粉是北方地区最重要的食物来源,主要组分为淀粉与蛋白,小麦淀粉占到75%左右,蛋白含量为6.5~13.5%,小麦粉含有较多膳食营养素,不仅是多种食品的加工原料,也是一种营养价值极高的重要商品,面粉的深加工应用一直受到关注。为保证面粉及其制品具有合理、均衡的营养,常对其进行营养强化,由此开发出了高营养面包、高营养面条等产品[1],于克学等[2]应用超微粉碎技术,将茶叶粉碎添加于面条中,研制了具有特殊风味的茶叶面条。但这些对于小麦粉的应用只是通过添加外源物来提高其功能性,对于面粉的综合加工利用相对不够。而面粉热处理技术作为一种新型的纯物理改性技术,近年来在欧、美等国家被广泛应用。
面粉热处理主要是采用特定的设备通过干热或湿热的方式对面粉进行处理,以达到改性的目的。湿热处理(HMT)目的包括:(1)灭菌;(2)面筋蛋白充分变性;(3)淀粉部分糊化,使其获得高的冷糊黏度,可以在常温下作为沙拉、鱼子酱、果酱等食品的增稠剂—裹粉使用。通常认为,湿热处理(HMT)面粉中淀粉糊化度和蛋白变性程度介于小麦粉和挤压处理小麦粉之间,后者因条件较激烈,易使蛋白完全变性及淀粉完全糊化。HMT是在有限水分含量(20~30%)下,较高温度(80~120℃)条件下维持时间从15min到16h不等。有研究表明,HMT改性过程中淀粉分子相互作用引起溶胀力、溶解性、直链淀粉溶出率、糊黏度特性、晶型结构、直链淀粉~脂质复合物、酸和酶水解敏感性、热性质及质构等结构和理化性质的显著变化[3~4],较高的温度下,HMT还会引起淀粉分子链长分布的改变和双螺旋结构的变化。许多学者对不同来源的淀粉经HMT后的影响进行了研究[5~7]。
目前,欧洲许多国家已经禁止氯化处理在糕点粉生产中的应用,因此,干热处理面粉作为取代氯气处理而获得了广泛应用。相比而言,面粉湿热处理方面的研究较少,尤其是对湿热处理后面粉中淀粉性质的变化规律研究更少。因此,本研究以小麦粉为原料,对其进行湿热处理,随后分析处理前后小麦粉的表观形貌、淀粉糊特性、糊化性质、糊化度的变化,对于拓展湿热处理在面粉品质改良中的应用具有重要意义。
 
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
面粉:金苑特一粉;葡萄糖糖化酶:上海楷洋生物技术有限公司;浓盐酸、氢氧化钠、浓硫酸、硫代硫酸钠、碘、碘化钾等试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
水热反应釜:山东威海正威仪器有限公司;LXJ~IIB型低速大容量离心机:上海安亭科学仪器厂;WGB~2008A型白度测定仪:杭州其伟光电科技有限公司;便携式测色仪:日本佐竹公司;RVA~4型快速黏度分析仪:澳大利亚Newport Scientifi公司;用TCW(Thermal Cycle for Windows)配套软件进行数据记录和分析。
1.3 试验方法
1.3.1 样品制备
取100g面粉样品,调节水分含量分别至25%、30%、35%,置于水热反应釜中,密封24h平衡水分。将反应釜分别设置为100、120、140℃,反应30min、60min,将样品取出后冷却至室温,再放置于40℃对流恒温烘箱中平衡水分至8%,取出物料粉碎过80目筛,即得到HMT的小麦面粉样品,并以小麦粉及小麦预糊化淀粉作为对照。
1.3.2 成分分析
水分含量测定采用GB/T5009.3方法;灰分含量测定采用GB/T24872方法;降落数值测定采用GB/T10361方法;面筋指数测定采用GB/T14608方法;白度测定采用GB/T 12097方法;蛋白含量测定采用GB/T5009.5方法。
1.3.3 损伤淀粉含量的测定
依据AACC Method76-31,采用DS试剂盒测定。
1.3.4 面粉色泽特性测定
三色空间法:打开测色仪的开关,用白板校正,选择测色模式CGV(Dry)记录校正值。称取6g面粉于石英皿中,轻轻地晃动使样品均匀地平铺于皿中。按下测定按钮,记录CGV(Dry)值以及L、a*、b*值。
1.3.5 糊化度测定
糊化度测定(葡萄糖糖化酶法)[8~10]:分别称取1.00g(干基)过60目筛(除去结团面粉)的样品置于A1,A2三角瓶中,另取B瓶做空白对照;分别量取50mL蒸馏水加入上述三角瓶中,振荡摇匀。将A1沸水浴糊化20min,然后用冷水迅速冷却至室温;然后向A1、A2、B三角瓶中各加入2%(m/V)的葡萄糖糖化酶5mL(现配),并置于50℃恒温水浴中保温振荡1h,其后迅速加入1mo1/L的盐酸2mL终止糖化,冷却至室温后定容至100mL,过滤后做待测液。
分别量取各待测液10mL置于3个100mL碘量瓶,依次加入0.1mo1/L碘液10mL、0.1mol/LNaOH溶液18mL,加塞置于暗处静置15min。然后迅速加入10%(m/m)H2S042mL,用0.1mol/LNa2S203溶液滴定至无色,记录所消耗Na2S203溶液的体积。
a%=(V0-V2)/(V0-V1)×100,
式中:V0,V1,V2分别为空白、糊化、未糊化样品所消耗Na2S203溶液的毫升数。
1.3.6 糊化特性的测定
采用快速黏度测定仪(RVA)按照LS/T 6101-2002[6~7]进行测定。所需样品质量按照3.5g,14%湿基进行校准,加水量25mL,搅拌均匀后直接用RVA标准模式进行测定,温度采用Std1特定升温程序进行。
1.3.7 样品粉糊特性的测定
溶解度和溶胀势的测定:溶解度指在一定温度下淀粉分子溶解质量的百分比例。溶胀势是指每克干淀粉在一定温度下吸水质量数。
试验参考文献[11]稍作修改,称取0.2000g样品(干基),精确至0.0001g,配制成10mL质量分数为2%的淀粉乳,分别在80、90℃的水浴锅中搅拌30min,在室温冷却后,3000r/min离心15min。将上清液倒入铝盒中置于烘箱中105℃下烘干称质量,即得到水溶性淀粉质量,沉淀即为膨胀淀粉,每个样品做2次平行试验。
 
1.4 数据分析
面粉和淀粉的所有测定结果均进行2次重复试验。数据分析使用单向方差分析(方差分析),结果以j±s表示。采用Duncan’s multiple range test法对试验结果的平均值进行了显著性差异检验(P<0.05)分析数据,以及Partial Correlations(偏相关分析)分析相关性。软件采用SPSS version16.0。
 
2 结果与讨论
2.1 小麦粉的理化指标
水分、灰分含量是影响面粉品质的重要指标,由表1可知,各项指标符合国家标准。面筋含量(35.08±0.47)%,符合国家中强筋小麦粉的标准(≥32%),又因特一粉在市场上的普遍适用性,故选择金苑特一粉为研究对象。
2.2 不同湿热处理前后小麦粉的白度和色泽变化
表2为湿热处理前后小麦粉的白度及色泽变化,以小麦预糊化淀粉做对照。小麦粉的白度值在HMT后均有不同程度的下降,而且随着处理时间延长、水分增高、温度升高,其白度值下降。同一温度和时间下,白度随着水分增加而显著降低;同一处理水分和温度下,白度随着时间的延长而降低;同一处理时间和水分下,白度值随着处理温度的升高而显著降低;尤其在处理温度为140℃、处理时间60min、处理水分35%时达到最小值34.5。这可能是由于小麦粉中含有蛋白质与糖类物质,发生了一定的美拉德反应,产生褐变,也可能是由于高温高湿使变性的蛋白与改性的淀粉发生化学反应造成的。
色度值(CGV)及L、a*、b*三色空间法是国际上表示色泽的指标,CGV值小,L值大说明色泽好,a*表示红度值,b*表示黄度值。由表2可知,红度值和黄度值均增大,表明色泽变差,其规律与白度基本相符合。水分含量变化时,水分含量与白度和色泽呈显著负相关(P<0.05);温度变化时,温度与白度及色泽呈显著负相关(P<0.05);时间变化时,时间与白度值及色泽的相关性不显著(P>0.05)。
2.3 湿热处理前后小麦粉的糊化度变化
图1为湿热处理后样品的糊化度变化。由图1可以看出,当处理温度和处理水分一定时,小麦粉的糊化度随着处理时间的延长而升高,并且均大于原料小麦粉(31.78%),但是在水分为35%时增长减缓;当处理时间和处理温度一定时,小麦粉的糊化度随着水分的增大而升高,在140℃条件下增长趋势大。当处理时间和水分一定时,小麦粉的糊化度随着处理温度的升高而升高,在140℃~35%~60min时糊化度达到最大的94.54%,与小麦预糊化淀粉的糊化度(93.205%)相近。总之,处理时间在1h以内,水分和处理温度对糊化度影响较大。
小麦粉中小麦淀粉占75%左右,淀粉粒内部结构类似于球晶体,由结晶环层和不定形环层更迭排列,属于半晶体结构[12]。当淀粉粒在湿热条件下被加热到一定温度后,水分子进入淀粉粒的非结晶部分,与部分淀粉分子结合,破坏其氢键并将其水化,淀粉分子间的缔合状态被破坏,体积迅速膨胀;淀粉粒温度进一步升高,更多的淀粉分子获得能量,成为游离分散的自由体。淀粉粒分子间氢键的断裂、淀粉分子的熔出,使得淀粉更易被淀粉酶水解,糊化度上升。
2.4 不同湿热处理对小麦粉糊化特性的影响
表3为湿热处理前后小麦粉的糊黏度特性。从表3可知,与原料相比,HMT后小麦粉的糊化温度升高,相比于小麦预糊化淀粉,小麦粉的糊化温度更高,这可能是由于小麦粉中蛋白的存在造成的。也可能是HMT过程中淀粉颗粒由于双螺旋结构解体重排导致结晶区增加而导致的[13]。淀粉链相互作用和淀粉-蛋白相互作用可能是糊化温度升高的另一个原因[14]。峰值黏度是多聚体逸出与破裂导致黏度增加和多聚体重新排列导致黏度降低之间的平衡点,显示了淀粉结合水的能力,它与最终产品的质量有关[15]。HMT后,样品的峰值黏度降低,相比与小麦预糊化淀粉,HMT后小麦粉显示了更低的黏度,在HMT过程中,分子链的重排形成了有序的直链淀粉群,这个坚固的结构限制了淀粉的溶胀。淀粉~脂质复合物的形成导致淀粉的溶胀,这也可能造成HMT样品的黏度降低[16]。
2.5 HMT处理条件与糊化度及糊化特性的关系
表4给出了HMT处理条件与糊化度及糊化特性的偏相关性分析。可以看出处理时间对小麦粉的糊化度及糊化特性的影响没有温度和水分的影响显著,而且综合作用的影响均大于单因素的影响。HMT处理条件对糊化温度的影响不显著(P>0.05)。
2.6 HMT对小麦粉糊特性的影响
小麦粉中淀粉颗粒在热能和水分的共同作用下吸水膨胀,部分淀粉溶解于溶液中,小麦粉经处理后其溶解度和溶胀势的结果见表5。可以看出,与处理前相比,溶解性增加,这可能是HMT改变了脂肪~直链淀粉复合作用,使得直链淀粉更易溶出;在90℃时溶胀势下降,说明HMT后淀粉分子之间通过氢键相互作用增加,吸水膨胀率下降。与预糊化淀粉相比,溶解性和溶胀势均要低得多,这可能是预糊化淀粉在滚筒干燥过程中,淀粉糊化的同时表面水分快速蒸发,形成多孔结构,有利于吸水膨胀,而HMT改性后的淀粉表面通道被堵死,则不易溶胀[17]。
 
3 结论
对HMT小麦粉的白度及色泽测定分析后可知,小麦粉白度均降低,色泽均变差。其他条件固定时,水分含量与白度和色泽呈显著负相关(P<0.05);温度与白度及色泽呈显著负相关(P<0.05);时间与白度值及色泽的相关性不显著(P>0.05)。
对HMT小麦粉的糊化度测定分析可知,小麦粉糊化度均升高。其他条件固定时,水分含量与糊化度呈极显著正相关(P<0.01);温度与糊化度呈极显著正相关(P<0.01);时间与糊化度呈显著正相关(P<0.05)。
对HMT小麦粉的糊化特性测定分析可知,经HMT后的小麦粉峰值黏度均降低,糊化温度都升高,热稳定性升高。当水分含量,处理温度单个因素变化时,其与糊化特性(除糊化温度)呈极显著相关性(P<0.01),而处理时间与糊化特性的相关性不显著(P>0.05),但是3个因素综合作用HMT对糊化度及糊化特性影响显著性均大于单个因素;经HMT后小麦粉糊的溶解度和溶胀势增长趋势缓慢。
综上所述,经湿热处理后蛋白发生变性包裹在淀粉颗粒表面,形成蛋白~脂质、淀粉~蛋白复合物。在小麦粉实际生产过程中可以将一些劣质、虫噬小麦粉达到灭菌效果,同时使小麦粉高筋弱化以满足生产需要。
 
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(责任编辑:lsgy100)
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