板栗-小麥混合粉的流變學(xué)和熱力學(xué)特性

李 勇 周文化 李 彥 羅奡劼 張夢瀟 林奇弘 聶曉玲

(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，長沙 410004)(糧油深加工與品質(zhì)控制湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心2，長沙 410004)(特醫(yī)食品加工湖南省重點實驗室3，長沙 410004)

板栗(CastaneamollissimaBL.)屬殼斗科栗屬經(jīng)濟植物，是一種口感甜糯芳香、營養(yǎng)品質(zhì)豐富的堅果類食品，有“干果之王”的美稱[1]。板栗營養(yǎng)價值極高，其中板栗淀粉質(zhì)量分數(shù)高達70%左右，脂肪質(zhì)量分數(shù)為2.1%～7.5%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)占5.6%～10.6%，含有豐富的胡蘿卜素、硫胺素等多種維生素，特別是 VC、VB1和胡蘿卜素的質(zhì)量分數(shù)比一般干果要高，同時還富含Ca、Fe和Zn等多種礦質(zhì)元素[2]，可與缺乏維生素、礦質(zhì)元素的小麥粉復(fù)混起到營養(yǎng)加強的作用，彌補小麥粉營養(yǎng)結(jié)構(gòu)單一的缺點[3]。板栗全粉自身難以形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，無法賦予面團良好的黏彈性等流變特性，板栗全粉和小麥粉按一定比例混合，可以發(fā)揮出新的優(yōu)勢。

面團的流變特性、熱特性等物性指標與面制品的品質(zhì)有很大的關(guān)聯(lián)性[4]，目前國內(nèi)外普遍重視對面團物性的研究，而關(guān)于板栗-小麥混合粉面團的流變特性、熱力學(xué)特性等物性研究的報道較少，本實驗以板栗全粉和小麥粉為主要原料，研究不同板栗全粉添加量對混合粉面團的粉質(zhì)特性、動態(tài)流變學(xué)特性和熱力學(xué)特性等物性的影響，探討不同來源食品大分子的共混效應(yīng)，為板栗-小麥復(fù)合食品的開發(fā)及品質(zhì)控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

板栗全粉：花橋板栗采購自湖南省金湖良種板栗示范種植基地，熱風(fēng)干燥法于50 ℃烘干10 h，萬能粉碎機破碎后過100目篩備用；高筋小麥粉。

1.2 儀器與設(shè)備

Micro-doughLAB 2800粉質(zhì)儀；JK-1快速黏度分析儀；Q-2000差式掃描量熱儀；DHR-2流變儀；101-3EBS 型電熱鼓風(fēng)干燥箱；FW-400A型高速萬能粉碎機。

1.3 實驗方法

1.3.1 混合粉制備

分別將0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%的板栗全粉添加至小麥粉中混合均勻。

1.3.2 板栗-小麥粉粉質(zhì)特性測定

參照GB/T 14614—2006，稱取一定量的混合粉置于和面缽中，并加入相應(yīng)量的水，在揉面缽中進行攪拌，使用粉質(zhì)儀測定面團最高稠度達(500±20)FU時的吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度等粉質(zhì)特性指標。

1.3.3 板栗-小麥粉糊化特性測定

參照GB/T 24853—2010，稱取3.0 g混合粉樣品(濕基水分校正為14%)于測量筒中，加入25 mL蒸餾水，預(yù)攪拌30 s，使用快速黏度分析儀(RVA)測定混合粉在糊化過程中糊化溫度、峰值黏度、衰減值等糊化特性指標。程序設(shè)置：旋轉(zhuǎn)漿以960 r/min旋轉(zhuǎn)10 s，減速至160 r/min均勻轉(zhuǎn)動13 min至測試結(jié)束；初始溫度為50 ℃保持1 min，再以12 ℃/min升高至 95 ℃保持2.5 min，再以12 ℃/min降至50 ℃保持2 min。

1.3.4 板栗-小麥粉熱力學(xué)特性測定

參照陳帥[5]方法，按1∶3比例將混合粉樣品與超純水混合，取4 mg混合粉樣品(含干物質(zhì)1 mg)于鋁坩堝中，壓蓋密封后于4 ℃條件下平衡24 h。以空坩堝作為參照，使用差式掃描量熱儀(DSC)進行測定，測定條件：掃描溫度20～120 ℃，升溫速率10 ℃/min。

1.3.5 板栗-小麥粉濕面筋含量測定

參照 GB/T 5506.1—2008，手洗法測定。

1.3.6 板栗-小麥粉動態(tài)流變學(xué)特性的測定

參照Gujral等[6]的方法稍加修改，25 g混合粉在粉質(zhì)儀中加水?dāng)嚢瑁矶冗_到500 FU時停止攪拌，稱取4 g混合粉面團用保鮮膜密封，放在2塊平板間靜置5 min，使用流變儀進行測定，測定條件：平板直徑為40 mm，應(yīng)變2.0 %，溫度25 ℃，對數(shù)掃描頻率0.1～20 Hz，間隙1 mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 板栗-小麥粉的粉質(zhì)特性

粉質(zhì)特性是面團的耐揉性和黏彈性的綜合表現(xiàn)，決定了面制品中面團的加工性能。由表1可知，隨著板栗全粉添加量的增加，混合粉面團的吸水率先增大后減小。單珊等[7]將紫薯粉添加到小麥粉中，也發(fā)現(xiàn)相同的趨勢。導(dǎo)致吸水率上升的原因可能是板栗全粉中含有豐富的淀粉顆粒，板栗淀粉顆粒破碎后具有較大表面積能夠吸收大量水分[8]。隨著板栗全粉添加量增加至30%，面團的形成時間和穩(wěn)定時間逐漸降低，弱化度升高，粉質(zhì)指數(shù)逐漸降低。這可能是由于板栗全粉的加入，面筋蛋白多肽鏈間二硫鍵和次級鍵發(fā)生斷裂和重組[9]，使得混合粉面團的形成時間和穩(wěn)定時間減少，弱化度增加，粉質(zhì)指數(shù)降低，面團筋力減弱。

2.2 板栗-小麥粉的糊化特性

糊化特性是淀粉類原料的重要性質(zhì)之一，對最終產(chǎn)品的品質(zhì)有重大影響。從表2可以看出，隨著板栗全粉添加量的增加，混合粉的峰值黏度、最低黏度和最終黏度逐漸降低，說明添加板栗全粉對小麥粉的黏度特性影響顯著?？赡苁怯捎诎謇跞壑蟹堑矸鄱嗵歉偁幗Y(jié)合水分，阻礙淀粉的吸水膨脹，導(dǎo)致混合粉黏度降低。這與陳書攀等[10]研究結(jié)果一致。從表2還可以看出，板栗全粉的添加使混合粉的衰減值和回生值都有所減小。衰減值的降低說明添加板栗全粉使混合粉的耐剪切性增強，從而增大了使產(chǎn)品的咀嚼性[11]?；厣悼梢苑从吵龅矸鄣幕厣院湍z性，混合粉回生值逐漸降低，說明混合粉不容易發(fā)生回生，在降溫時不容易形成凝膠[12]。糊化溫度隨著板栗全粉的增加略微增大，這可能是因為板栗淀粉中的直鏈淀粉含量高于小麥淀粉的，添加板栗全粉使混合粉中結(jié)晶部分減少，晶體溶解所需的熱量增大[13]，從而使增加了混合粉的糊化溫度[14]。

表1 板栗-小麥粉的粉質(zhì)特性

注：同一列中字母不同者表示有顯著性差異(P<0.05)，下同。

表2 板栗-小麥粉的糊化特性

2.3 板栗-小麥粉的熱特性

對混合粉的熱力學(xué)特性進行測定，結(jié)果如表3所示。隨著板栗全粉添加量的增大，混合粉的To、Tp和Tc值逐漸增大，這說明板栗粉的添加可以降低混合粉的熱穩(wěn)定性。而熱焓值隨著板栗粉添加量的增加逐漸減小，這與Ahn等[15]研究結(jié)果一致。這可能是因為板栗全粉添加量的增大使混合粉中蛋白質(zhì)的含量逐漸增加。淀粉與蛋白質(zhì)競爭性吸水，減少了供淀粉糊化的水分，淀粉的糊化度降低，導(dǎo)致混合粉的焓值降低[16]。

表3 板栗-小麥粉的熱力學(xué)參數(shù)

注：To表示起始溫度，TP表示峰值溫度，Tc表示終止溫度，ΔH表示熱焓值。

2.4 板栗-小麥粉的濕面筋含量及面筋指數(shù)

從圖1可以看出，隨著板栗全粉添加量的增大，混合粉中濕面筋含量和面筋指數(shù)呈下降趨勢，這可能是由于板栗全粉中的面筋蛋白含量較低，較難形成面筋。面筋指數(shù)是評價面筋質(zhì)量的指標，研究報道面筋指數(shù)降低與蛋白質(zhì)中谷蛋白的含量降低有關(guān)[17]。因此，混合粉面筋指數(shù)的降低可能是由于混合體系中谷蛋白含量的減少導(dǎo)致的。衛(wèi)阿枝等[18]將青麥仁粉添加到小麥粉時發(fā)現(xiàn)混合粉的濕面筋含量和面筋指數(shù)均顯著降低，這與本研究結(jié)果一致。使用高筋小麥粉的前提下，板栗全粉添加量為 10%～20%時符合小麥粉的筋力要求，適合用來制作面條。

圖1 板栗-小麥粉的濕面筋含量及面筋指數(shù)

2.5 板栗-小麥粉的動態(tài)流變學(xué)特性

圖2是不同比例板栗全粉添加量對面團動態(tài)流變學(xué)特性的影響，圖2分別為面團的儲能模量(G′)、損耗模量(G″)和tanδ(損耗角正切值)隨動態(tài)掃描頻率的變化關(guān)系圖。從圖2a和圖2b可以看出，板栗全粉的添加使小麥面團的黏彈性發(fā)生了顯著變化，隨著板栗全粉添加量的增加，儲能模量(G′)和損耗模量(G″)的值均呈現(xiàn)降低的趨勢，這可能是由于板栗全粉的添加稀釋了小麥粉中的面筋蛋白，使面筋蛋白的交聯(lián)程度降低，面團網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得松散，從而使得面團的黏彈性降低。另外，板栗全粉中含有的可溶性成分也可能參與到由面筋蛋白和淀粉組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使產(chǎn)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得松散[19]，G′值和G″值逐漸降低。同時，圖2a和圖2b顯示，所測樣品的G′和G″的值均隨著頻率的增大而增大，且G′一直大于G″，無重疊交叉，表現(xiàn)為典型的弱凝膠流變學(xué)動態(tài)體系[20]。

圖2 板栗-小麥粉的動態(tài)流變學(xué)特性

由圖2c可知，損耗角正切值tanδ 的數(shù)值均分布在0.5～0.8之間，且隨著板栗全粉的添加呈現(xiàn)降低的趨勢，這說明混合粉面團中的黏性比例降低，彈性比例增大，這可能是由于混合粉面團中分子交聯(lián)的程度增加導(dǎo)致的。此外，tanδ 隨著頻率的增加先降低后升高，表明混合粉面團在較低頻率(<1.25 Hz)范圍隨著頻率升高具有較高的彈性比例、較低的黏性比例，在較高頻率(>2.51 Hz)范圍黏性比例逐漸增加、彈性比例逐漸降低，說明在高頻率下混合粉面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

3 結(jié)論

添加板栗全粉對板栗-小麥混合粉的性質(zhì)影響顯著。隨著板栗全粉添加量的增大，混合粉的形成時間、穩(wěn)定時間、吸水率和粉質(zhì)指數(shù)逐漸降低，弱化度逐漸增加?；旌戏鄣酿ざ?、衰減值和回生值逐漸降低，糊化溫度、起始溫度、峰值溫度和終止溫度均略微升高，熱焓值顯著降低?；旌戏壑袧衩娼詈亢兔娼钪笖?shù)均逐漸降低。動態(tài)流變學(xué)特性中儲能模量和損耗模量隨著板栗全粉添加量的增大逐漸降低。板栗全粉的添加會破壞板栗-小麥混合粉面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面團黏彈性降低。