新收獲不同筋力小麥后熟期間面團(tuán)特性及微觀結(jié)構(gòu)變化

母夢(mèng)羽，張 霞，田 郁，賈 峰，王 琦，梁 贏，王金水

河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

小麥粉能夠形成具有黏彈性的面團(tuán)從而加工成各類食品以滿足人們的需求。面團(tuán)具有均勻分布的氣核和嵌入淀粉顆粒的三維面筋網(wǎng)絡(luò)的特征[1-3]。新收獲小麥經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的儲(chǔ)藏后品質(zhì)得到完善，這段時(shí)間稱為后熟期，是影響小麥品質(zhì)的關(guān)鍵因素，也是小麥儲(chǔ)藏和加工過(guò)程中成本增加的原因之一[4-6]。小麥的后熟期較長(zhǎng)，不同品種的小麥后熟期一般也不同，通常情況下為2個(gè)月左右[7-8]。

理化特性和流變學(xué)特性已廣泛用于以小麥為基礎(chǔ)的食品生產(chǎn)質(zhì)量評(píng)估，在這些品質(zhì)特征中，蛋白含量被認(rèn)為是小麥最重要的指標(biāo)之一[9]。不同筋力小麥的面筋蛋白含量及面團(tuán)流變學(xué)特性存在明顯差異，特別是面筋蛋白的組成及結(jié)構(gòu)是影響面團(tuán)黏彈性的關(guān)鍵因素，也是決定小麥品質(zhì)的關(guān)鍵因素[10-11]。目前研究主要集中于后熟期間小麥品質(zhì)的變化規(guī)律方面，耿瑞蝶[12]研究表明，新收獲小麥后熟過(guò)程中面筋發(fā)生了聚集；王瑞[13]利用粉質(zhì)儀測(cè)定了后熟期間小麥粉質(zhì)特性，指出小麥面團(tuán)的流變學(xué)特性與品質(zhì)指標(biāo)之間具有顯著相關(guān)性；王娜[14]通過(guò)哈克流變儀測(cè)定發(fā)現(xiàn)不同筋力小麥粉熟化過(guò)程中面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性變化規(guī)律不同，高筋粉面團(tuán)的損耗因子先降低后升高，中、低筋粉面團(tuán)的損耗因子逐漸降低。

后熟能夠改善新收獲小麥低筋不弱、高筋不強(qiáng)的現(xiàn)狀，但是后熟期間小麥品質(zhì)的調(diào)控是一個(gè)非常復(fù)雜和難以把控的過(guò)程，也是目前亟須解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。作者從不同筋力小麥入手，研究后熟期間小麥干面筋和濕面筋含量、面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性、拉伸特性和微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，旨在探討不同筋力小麥后熟期間的品質(zhì)變化差異，為深入闡明其分子機(jī)制奠定理論基礎(chǔ)，同時(shí)可以為不同筋力小麥在收獲后的科學(xué)儲(chǔ)藏及品質(zhì)控制提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

選取市場(chǎng)上新收獲的低筋鄭麥103、中筋鄭麥136和高筋新麥26。模擬華中區(qū)域儲(chǔ)藏條件(28 ℃，RH 75%)，儲(chǔ)藏14周并定期取樣。

1.2 儀器與設(shè)備

LFP-800 A高速多功能粉碎機(jī)：無(wú)錫機(jī)械制造有限公司；JSM-6700F掃描電子顯微鏡：日本電子公司；CT3質(zhì)構(gòu)儀：美國(guó)BROOKFIELD公司；SHJ-6AB磁力攪拌水浴鍋：常州金壇良友儀器公司；X1臺(tái)式離心機(jī)：賽默飛世爾公司。

1.3 方法

1.3.1 磨粉

參照江雪[15]的方法潤(rùn)麥，低、中、高筋小麥依次加水至14.5%、15%、15.5%，24 h后利用高速粉碎機(jī)磨粉，過(guò)100目篩后于4 ℃冰箱中保存，備用。

1.3.2 不同筋力小麥面團(tuán)的制備

稱取后熟期間不同筋力的小麥粉10 g，加入4.6～5.2 mL蒸餾水，邊加邊攪拌至面絮狀，用手揉成光滑的長(zhǎng)條形面團(tuán)，保鮮膜包好并靜置20 min。

1.3.3 不同筋力小麥干、濕面筋含量測(cè)定

干、濕面筋含量的測(cè)定參照GB/T 5506.1—2008。

1.3.4 不同筋力小麥面團(tuán)的拉伸特性測(cè)定

在樣板、測(cè)試條上均勻地涂上一層石蠟油，以防止生面團(tuán)黏附，將另一樣板覆蓋上去，并用力擠壓面團(tuán)，使其均勻擴(kuò)散，刮去多余的暴露在壓板外的面團(tuán)，選用A/KIE拉伸探頭，參考Liu等[16]的方法設(shè)置參數(shù)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

1.3.5 不同筋力小麥面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

采用1.3.2的方法制備面團(tuán)，參考席淑媛[17]的方法，選用P/50鋁制圓柱形探頭，設(shè)置測(cè)定參數(shù)，重復(fù)測(cè)定取平均值。

1.3.6 不同筋力小麥面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)觀察

采用1.3.2的方法制備面團(tuán)，冷凍干燥24 h后將面團(tuán)掰成小塊，取斷口面大致平整的位置為觀測(cè)面，保證斷口面清潔及不被應(yīng)力破壞，斷口面朝上放置，用砂紙抹平底部，使底部與斷口面平行，垂直粘貼在導(dǎo)電膠上，面團(tuán)體積控制在8 mm×8 mm×8 mm以內(nèi)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均為3次以上平行試驗(yàn)的平均值，采用Origin 8.5和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干、濕面筋含量的變化

后熟期間不同筋力小麥的干、濕面筋含量見(jiàn)圖1。低筋小麥的干面筋含量從儲(chǔ)藏初期的10.37%下降到第2周的9.77%，儲(chǔ)藏后期上升到10.43%，濕面筋含量從儲(chǔ)藏初期的22.47%下降到第2周的20.63%，儲(chǔ)藏后期上升到22.50%，完成后熟時(shí)趨于穩(wěn)定，與新收獲時(shí)相比干面筋含量和濕面筋含量無(wú)顯著性差異；中筋小麥的干面筋含量從儲(chǔ)藏初期的9.77%下降到第2周的9.13%，第8周上升到9.47%，濕面筋含量從儲(chǔ)藏初期的20.47%下降到第2周的18.63%，第8周上升到21.67%，完成后熟時(shí)趨于穩(wěn)定，與新收獲時(shí)相比干面筋含量和濕面筋含量均下降；高筋小麥的干面筋含量從儲(chǔ)藏初期的10.97%上升到儲(chǔ)藏后期的11.40%，濕面筋含量從儲(chǔ)藏初期的24.07%上升到儲(chǔ)藏后期的25.50%，完成后熟時(shí)趨于穩(wěn)定，與新收獲時(shí)相比干面筋含量和濕面筋含量均升高。有研究表明，面筋蛋白含量與破壞面筋結(jié)構(gòu)時(shí)的峰值扭矩密切相關(guān)[18]，因此在后熟期間不同筋力小麥面團(tuán)品質(zhì)的變化不僅由蛋白含量變化引起，還可能與蛋白的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。

注：大寫字母表示相同儲(chǔ)藏時(shí)間下不同筋力小麥的顯著性分析；小寫字母表示不同儲(chǔ)藏時(shí)間下同一筋力小麥的顯著性分析；相同字母表示無(wú)差異，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 面團(tuán)拉伸特性分析

面團(tuán)最大拉伸阻力反映面團(tuán)的強(qiáng)度和筋力，阻力越大說(shuō)明筋力越強(qiáng)。面團(tuán)拉伸距離表示面團(tuán)的延展性，拉伸距離越大說(shuō)明延展性越好，即抗阻能力越弱。因此，通常采用面團(tuán)最大拉伸阻力與拉伸距離的比值判斷面團(tuán)的烘焙品質(zhì)和筋力強(qiáng)度，該比值稱為拉伸比。面團(tuán)拉伸面積可以直觀反映其拉伸能量[19-20]。由圖2a、c可知，低筋小麥面團(tuán)的最大拉伸阻力最小，高筋小麥面團(tuán)的最大拉伸阻力最大，中筋小麥面團(tuán)的最大拉伸阻力介于兩者之間。面團(tuán)拉伸距離則表現(xiàn)為低筋小麥>高筋小麥>中筋小麥(圖2b)。后熟期間，低筋小麥面團(tuán)的最大拉伸阻力無(wú)顯著變化,隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)拉伸距離先減小，第2周開(kāi)始增加，儲(chǔ)藏8周時(shí)趨于穩(wěn)定；中筋小麥的面團(tuán)最大拉伸阻力儲(chǔ)藏初期無(wú)差異，儲(chǔ)藏至第8周達(dá)到最大值40.644 g，儲(chǔ)藏14周減小到35.607 g，但仍高于新收獲小麥水平；隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，高筋小麥的最大拉伸阻力逐漸增大，面團(tuán)拉伸距離儲(chǔ)藏1周無(wú)差異，而后開(kāi)始減小并趨于穩(wěn)定。

注：小寫字母表示不同儲(chǔ)藏時(shí)間下同一筋力小麥的顯著性分析，相同字母表示無(wú)差異，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

低筋小麥的面團(tuán)拉伸面積儲(chǔ)藏1周后沒(méi)有差異，然后呈降低趨勢(shì)，儲(chǔ)藏14周低于新收獲小麥水平；中筋小麥面團(tuán)的拉伸面積儲(chǔ)藏2周無(wú)差異，第8周顯著減小，儲(chǔ)藏14周趨于穩(wěn)定且高于新收獲小麥水平；高筋小麥面團(tuán)的拉伸面積從新收獲時(shí)的825.826 g·s增大至第1周的989.911 g·s，隨后呈減小趨勢(shì)。從圖2d看到拉伸比為低筋小麥<中筋小麥<高筋小麥，這與楊劍婷等[21]的研究結(jié)論一致。低筋小麥面團(tuán)拉伸比從新收獲時(shí)的0.37 g/mm呈減小趨勢(shì)并穩(wěn)定至第8周的0.29 g/mm；中筋小麥面團(tuán)拉伸比開(kāi)始穩(wěn)定在1.02 g/mm，第2周增至最大，最后穩(wěn)定在儲(chǔ)藏8周的1.67 g/mm；高筋小麥的拉伸比呈增大趨勢(shì)，最大為3.32 g/mm(圖2d)。

從新收獲不同筋力小麥在后熟期間的面團(tuán)拉伸特性測(cè)定結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)后熟，不同筋力小麥表現(xiàn)出不同的拉伸特性變化規(guī)律，拉伸比越大說(shuō)明面團(tuán)筋力越強(qiáng)，相應(yīng)的拉伸阻力越大，面筋由松散變得緊致，烘焙質(zhì)量越好，這與面筋的組成與結(jié)構(gòu)相關(guān)[22]，面筋蛋白是由單體的醇溶蛋白和聚合的麥谷蛋白通過(guò)二硫鍵交聯(lián)而成，拉伸比的減小或增大可能是由于二硫鍵含量變化造成的，二硫鍵含量的減少或增多代表面筋的解聚或聚集，從而表明后熟期間低筋小麥面筋強(qiáng)度弱化，中筋和高筋小麥面筋強(qiáng)度增大。

2.3 面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性分析

由表1可知，后熟期間低筋小麥面團(tuán)的硬度先減小后增大，儲(chǔ)藏14周高于新收獲小麥水平，中筋小麥面團(tuán)的硬度逐漸減小，高筋小麥面團(tuán)的硬度呈先下降后穩(wěn)定的趨勢(shì)；低筋小麥面團(tuán)彈性呈先增大后減小趨勢(shì)，中筋小麥面團(tuán)的彈性先增大，后期趨于穩(wěn)定，高筋小麥面團(tuán)的彈性逐漸增大；低筋小麥面團(tuán)的黏性先減小至第2周的481.10 g·s，隨后開(kāi)始增大且儲(chǔ)藏14周高于新收獲時(shí)的水平，中筋小麥和高筋小麥面團(tuán)的黏性均表現(xiàn)為逐漸減小并趨于穩(wěn)定。

內(nèi)聚性是指形成面團(tuán)時(shí)其內(nèi)部所需要的結(jié)合力，反映面團(tuán)的抗形變能力，進(jìn)而反映面筋蛋白的聚集程度[23]。由表1可知，后熟期間內(nèi)聚性表現(xiàn)為低筋小麥<中筋小麥<高筋小麥；低筋小麥的內(nèi)聚性由新收獲時(shí)的0.26 g·s增大到第1周的0.34 g·s，而后減小，儲(chǔ)藏14周穩(wěn)定在0.27 g·s；中筋小麥的內(nèi)聚性儲(chǔ)藏初期比較穩(wěn)定，儲(chǔ)藏至第8周達(dá)到最大，儲(chǔ)藏14周為0.41 g·s；高筋小麥的內(nèi)聚性呈增大的趨勢(shì)，儲(chǔ)藏14周達(dá)到0.51 g·s。

表1 后熟期間不同筋力小麥面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性Table 1 Dough texture characteristics of wheat with different gluten strength in postharvest maturation

蛋白質(zhì)分子通過(guò)二硫鍵、氫鍵、疏水作用、離子鍵的斷裂和重組，使得面團(tuán)呈現(xiàn)一定的黏彈性和內(nèi)聚性，面筋蛋白的聚集程度是面團(tuán)在一定形變強(qiáng)度下表現(xiàn)出不同黏彈性和內(nèi)聚性的原因[24-25]。通過(guò)對(duì)不同筋力小麥在后熟期間黏彈性及內(nèi)聚性的測(cè)定進(jìn)一步驗(yàn)證了完成后熟時(shí)低筋小麥面筋筋力減弱，中筋和高筋小麥面筋筋力增強(qiáng)。

2.4 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)分析

后熟期間不同筋力小麥的面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。后熟期間面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密程度表現(xiàn)為低筋小麥面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隙較大；高筋小麥面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隙較??；中筋小麥介于兩者之間。低筋小麥儲(chǔ)藏2周面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的空隙變小，儲(chǔ)藏14周空隙變大、不規(guī)則、坍塌；中筋小麥儲(chǔ)藏8周面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的空隙變得小而密集，儲(chǔ)藏14周空隙更致密；高筋小麥儲(chǔ)藏1周面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的空隙變得小而密集，儲(chǔ)藏14周空隙更致密。以上現(xiàn)象表明后熟期間不同筋力小麥面筋蛋白發(fā)生了不同程度的聚集，面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)間隙越小說(shuō)明該面筋結(jié)構(gòu)越緊密，面筋蛋白的結(jié)構(gòu)與面筋的聚集程度密切相關(guān)[26]。面團(tuán)拉伸面積、拉伸比、彈性、內(nèi)聚性增大，黏性、硬度減小，二硫鍵含量增多，進(jìn)而促進(jìn)蛋白的交聯(lián)，使面筋發(fā)生聚集。

注：A、B、C分別是低筋小麥新收獲時(shí)、儲(chǔ)藏2周、完成后熟時(shí)的面團(tuán)樣品；D、E、F分別是中筋小麥新收獲時(shí)、儲(chǔ)藏8周、完成后熟時(shí)的面團(tuán)樣品；G、H、I分別是高筋小麥新收獲時(shí)、儲(chǔ)藏1周、完成后熟時(shí)的面團(tuán)樣品。

3 結(jié)論

本研究采用低、中、高3種不同筋力的新收獲小麥，模擬華中生態(tài)區(qū)域儲(chǔ)藏條件(28 ℃，RH 75%)，儲(chǔ)藏14周并定期取樣，通過(guò)測(cè)定后熟期間不同筋力小麥的干、濕面筋含量以及面團(tuán)的拉伸特性、質(zhì)構(gòu)特性反映后熟期間面團(tuán)品質(zhì)特性變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)面團(tuán)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的觀察初步探究不同筋力小麥后熟期間面團(tuán)品質(zhì)差異變化的內(nèi)在機(jī)制。結(jié)果顯示：與新收獲小麥相比，經(jīng)過(guò)后熟，低筋小麥干、濕面筋含量無(wú)顯著性差異，中筋小麥干、濕面筋含量呈下降趨勢(shì)，高筋小麥干、濕面筋含量則呈上升趨勢(shì)。低筋小麥面團(tuán)的拉伸比減小，中筋小麥面團(tuán)拉伸比第2周達(dá)到最大值，并穩(wěn)定在第8周的1.67 g/mm，高筋小麥面團(tuán)拉伸比呈增大趨勢(shì)，最大值達(dá)到3.32 g/mm。低筋小麥面團(tuán)的彈性先增大后減小并趨于穩(wěn)定，中筋小麥面團(tuán)彈性先增大，儲(chǔ)藏后期無(wú)顯著差異，高筋小麥面團(tuán)彈性逐漸增大。低筋小麥面團(tuán)的內(nèi)聚性先增大后減小，中筋小麥面團(tuán)的內(nèi)聚性儲(chǔ)藏初期比較穩(wěn)定，儲(chǔ)藏至第8周達(dá)到最大，高筋小麥面團(tuán)的內(nèi)聚性呈上升趨勢(shì)，14周達(dá)到0.51 g·s。低筋小麥面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間隙變得疏松，中筋和高筋小麥面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間隙則變得致密。

經(jīng)過(guò)后熟不同筋力小麥面團(tuán)品質(zhì)發(fā)生了不同的變化，低筋小麥面筋筋力弱化，中筋和高筋小麥面筋筋力增強(qiáng)，其加工和食用品質(zhì)逐步改善，后熟期間小麥面團(tuán)品質(zhì)特性的變化不僅與面筋蛋白含量有關(guān)，而且與面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)。因此推測(cè)新收獲不同筋力小麥后熟期間品質(zhì)改善的分子機(jī)制可能不同，可為下一步研究新收獲小麥后熟期間品質(zhì)改善的內(nèi)在分子機(jī)制奠定理論基礎(chǔ)。