小麥粉粒度對面團特性及蛋白組分的影響

張劍,張杰, 樊荻,李夢琴,艾志錄

1(河南農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術(shù)學院,河南 鄭州,450002) 2(農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點實驗室, 河南 鄭州, 450002)3(河南工業(yè)大學 糧油食品學院, 河南 鄭州, 450000)

小麥粉粒度，也稱粗細度，是小麥粉一個重要的品質(zhì)指標，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，很多人認為優(yōu)質(zhì)小麥粉應(yīng)粒細色白、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)濟指標也有很大的影響。小麥粉要求越細，產(chǎn)量越低，單位耗電量增加。有研究認為吃過粗的小麥粉會增加胃腸負擔，會妨礙其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[4]。關(guān)于小麥粉粒度對品質(zhì)的影響，有不少學者作了部分研究與報道。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，會增加小麥粉中破損淀粉的含量，使得小麥粉面團吸水率增加[6]；WICHER指出氣流分級得到的中等偏細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、不同粗細度面粉之間的搭配研究了粒度對面團粉質(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)二級結(jié)構(gòu)的影響，至今尚未見報道，進行這方面的研究極具必要性。本研究利用不同篩號的篩絹將面粉分為4個粒度級別，測定其理化指標、超微結(jié)構(gòu)、面團流變學特性、蛋白組分及蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)，旨在探明不同粒度小麥粉的面團品質(zhì)差異及其影響機理，為我國小麥制粉行業(yè)技術(shù)水平提升提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 主要實驗材料

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。

1.2 主要儀器與設(shè)備

Brabender Quadrumat Junior實驗?zāi)シ蹤C，德國Brabender有限公司； JJSY30圓形篩粉機，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，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，日本柯尼卡美能達傳感有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 小麥磨粉與分級

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實驗?zāi)シ蹤C磨粉，總出粉率50%，放置保存1個月后備用。

由于小麥制粉企業(yè)大多情況下采用11 XX(123 μm)、12 XX(112 μm)篩號的篩絹進行篩粉，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，適當擴大篩號范圍，選用了12 XX、13 XX、15 XX篩號的篩絹，利用JJSY30圓形驗粉篩對磨制的小麥粉進行篩理，將小麥粉分級為(>12 XX、12 XX～13 XX、13 XX～15 XX、<15 XX)4個級別分別進行相關(guān)指標的測定。

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，取1 mL面團溶液上清液加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，取1mL面團溶液上清液，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，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行放大，用Peakfit 4.12軟件進行分析：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?，確定各個子峰與各二級結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)各子峰所占面積計算出各部分二級結(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上，離子濺射噴金35 s，放入電子顯微鏡內(nèi)，對樣品進行掃描，并不斷放大至500倍，觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并拍攝照片。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007、SPSS 13.0對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。實驗數(shù)據(jù)在p<0.05下進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥粉粒度對基本指標的影響

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，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Table1 Basic parameters of wheat flour of different particle size

注：表中對照為沒有用JJSY30圓形驗粉篩分級的原始小麥粉。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。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到了顯著水平(p<0.05)。L*、a*和b*反映小麥粉的色澤指標，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，對光的反射能力越強，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。

2.2 粒度對小麥粉面筋特性及流變學特性的影響

測定了不同粒度小麥粉及原始小麥粉的面筋特性指標與粉質(zhì)拉伸指標，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；面團的粉質(zhì)拉伸參數(shù)如面團的穩(wěn)定時間、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，面團強度總體上隨粒度的減小而變?nèi)酰幻鎴F的吸水率先上升后下降，這可能因為粒度減小總體的比表面積增加導(dǎo)致吸水率提高[9]，但粒度過小時可能致使淀粉破碎過多持水性下降使面團吸水率降低[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)拉伸指標的下降，說明對小麥粉品質(zhì)的評價不能只考慮蛋白質(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

2.3 粒度對小麥粉蛋白質(zhì)組分的影響

為了進一步研究粒度對小麥粉蛋白特性的影響的機理，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使小麥粉面團的彈性與耐攪拌性能變?nèi)?，而延伸性與黏性增強，面團的筋力總體變?nèi)酢?/p>

二硫鍵(—S—S—)是存在于兩個硫原子間的共價鍵，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，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)的增加意味著面團中面筋網(wǎng)絡(luò)形成變得疏松，面團強度變?nèi)酢?/p>

2.4 小麥粉粒度對其蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響

表5 粒度對小麥粉面筋蛋白二級結(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)角之間會發(fā)生轉(zhuǎn)換，使小麥粉的面筋含量及強度發(fā)生改變。

3 討論

研究表明，小麥粉粒度對面粉品質(zhì)會產(chǎn)生較大的影響，而且會影響面條、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)定時間、拉伸面積、最大拉伸阻力的指標逐漸下降，這說明蛋白質(zhì)的數(shù)量雖然上升但質(zhì)量卻在下降，面團的強度下降。很多研究表明，小麥粉面筋質(zhì)量與強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]，通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)，小麥粉粒度降低后，面團中的谷蛋白含量、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度下降的原因。從蛋白質(zhì)二級結(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)角含量與面團穩(wěn)定時間、面團拉伸面積、面團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呈現(xiàn)負相關(guān)。由此可以說明，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量增加，面團筋力呈增強趨勢；α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角含量下降，面團筋力呈減弱趨勢。

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目，對不同粒度的面粉進行綜合評價，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，面粉過細時由于靜電帶來的相互吸附較嚴重，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，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。

4 結(jié)論

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)、面團穩(wěn)定時間、面團拉伸面積、面團最大拉伸阻力的指標逐漸下降，面團的弱化度、延伸度增加，面團的強度下降。

隨著小麥粉粒度的減小，面團中的谷蛋白含量、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。