比重分級對小麥粉及海綿蛋糕品質的影響

張 晨， 莊 坤， 王國珍， 陳 磊，陳 曦， 王月慧， 翟健安， 丁文平

(武漢輕工大學食品科學與工程學院1，武漢 430040)(教育部大宗糧油精深加工重點實驗室2，武漢 430040)

小麥是三大谷物之一，其種植面積占世界糧食作物總面積的11%左右，產(chǎn)量占世界糧食總產(chǎn)量的17%左右[1]。隨著主食精細化進程的推進，人們對小麥粉及其烘焙產(chǎn)品品質的要求日漸提高。研究發(fā)現(xiàn)小麥比重同小麥粉品質密切相關[2]。發(fā)芽粒、蟲蝕粒、赤霉病粒等不完善粒比例的增加會導致小麥比重的降低，降低小麥粉安全性[3-5]。同時何慧慧等[6]發(fā)現(xiàn)，通過比重分級分離高比重小麥，會提升小麥粉的色澤，降低灰分、麩星面積、α-淀粉酶活性等指標。然而，小麥比重對蛋糕品質影響的研究較少。因此，進一步研究比重分級對小麥粉及海綿蛋糕品質影響十分必要。本實驗通過對小麥比重分級前后小麥粉的理化特性、粉質特性、糊化特性以及蛋糕品質特性進行測試分析，探討小麥比重同小麥粉品質之間的關系，研究比重分級對海綿蛋糕品質的影響，為小麥的分級加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗材料及處理方式

小麥：鄭麥9023，2018年3月收獲。

比重分級：將小麥樣品(原麥)倒入比重分級機進料口中，通過傾斜篩板水平左右方向的振動，在自由落體及水平氣流的作用下，小麥中輕粒與重粒因比重差異會分開，獲得輕麥(比重小)和重麥(比重大)。其中輕麥、重麥分別占比為12%和 88%(質量分數(shù))。

小麥制粉：按照NYT 1094.1—2006將小麥水分調(diào)節(jié)至16.0%，參照AACC International Method 26-70.01方法，使用MLU-202型布勒磨粉機將小麥制粉。

1.1.2 試劑

食鹽、雞蛋、植物油；氫氧化鈉、氯化鈉、碘化鉀、石油醚、硫代硫酸鈉、無水乙醇，均為分析純。

1.2 儀器與設備

TQSF比重分級機，GHCS-1000電子谷物容重器，JYD100X40 小麥硬度指數(shù)測定儀，F(xiàn)W500高速萬能粉碎機，Vario EL Cube元素分析儀，UltraScan VIS臺式分光測色儀，1900降落數(shù)值儀，2200面筋測定系統(tǒng)，SMZ1270/1270i體式顯微鏡，DHR-2動態(tài)流變儀，體積測定儀，TA touch質構儀，C-CELL圖像分析儀，SDmatic破損淀粉測量儀，Mixolab混合實驗儀，MLU-202布勒小麥實驗制粉機。

1.3 測定方法

1.3.1 小麥籽粒指標的測定

不完善粒率參照GB/T 5494—2008；容重參照GB/T 5498—2013；硬度指數(shù)參照GB/T 21304—2007。

1.3.2 小麥粉指標的測定

面筋含量參考GB/T 5506.2—2008和GB/T 5506.1—2008；降落數(shù)值參考GB/T 10361—2008；小麥粉粉色參照GB/T 27628—2011；破損淀粉參考AACC International Method 76-33.01。

1.3.3 小麥粉流變學特性的測定

1.3.3.1 小麥粉混合流變特性的測定小麥粉面團流變學特性測試—混合儀法(GB/T 37511—2019)。

1.3.3.2 小麥粉動態(tài)流變特性的測定

取混合儀達到C1時的面團，用保鮮膜包好，室溫松弛15 min，取小塊面團放置在流變儀平臺上，壓力松弛5 min。面團的線性黏彈性區(qū)域使用應力掃描程序以動態(tài)測量模式確定。測量參數(shù)為：50mm圓形平板探測探頭，1mm平行移位間距，溫度30 ℃，頻率0.1～10 Hz。

1.3.4 海綿蛋糕的制作

海綿蛋糕配方參照牛麗莎[7]配方。具體制作工藝：將新鮮雞蛋放入電動攪拌器中，中速攪拌3 min；加入蔗糖，繼續(xù)中速攪拌4 min；添加過篩小麥粉和淀粉，中速攪拌2 min；加入植物油，慢速攪打3 min，將面糊放入模具中，調(diào)整烤箱上火185 ℃，下火 180 ℃，焙烤 20 min。

1.3.5 海綿蛋糕品質指標的測定

1.3.5.1 蛋糕質構試驗將蛋糕切成20 mm×20 mm×20 mm的塊狀物，置于質構儀下進行測試。測試參數(shù)：測前速率2 mm/s，測中速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，壓縮程度50%，觸發(fā)力5 g，2次壓縮間隔時間3 s，每組樣品重復3次取平均值。

1.3.5.2 蛋糕C-CELL圖像分析

將蛋糕切成 100 mm×20 mm×20 mm的塊狀物，置于經(jīng)過校正后的C-CELL圖像分析儀的分析平臺中進行掃描分析，并分析結果，每組樣品重復3次取平均值。

1.3.5.3 蛋糕體式顯微鏡圖像分析

第三，必須把融合理念作為抓手。推進精準扶貧、精準脫貧，不能就扶貧抓扶貧，必須把扶貧開發(fā)作為推進整個農(nóng)村“五位一體”戰(zhàn)略布局的“撬杠”。金雞產(chǎn)業(yè)項目的入駐，不僅有力推動了脫貧攻堅，也引發(fā)了一系列鏈條效應，衍生出蛋雞養(yǎng)殖、食品加工和雞糞發(fā)電三大產(chǎn)業(yè)，形成一個配套銜接、鏈條完備、類別多樣的產(chǎn)業(yè)體系，帶動現(xiàn)代物流、農(nóng)村旅游、特色小鎮(zhèn)等融合發(fā)展，有效提升了威縣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展大格局，加快推動了一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展。

取經(jīng)C-CELL分析后的蛋糕塊置于體式顯微鏡下，分別進行1倍和5倍倍數(shù)下顯微觀察。

1.3.5.4 蛋糕感官評價

海綿蛋糕感官評價參照牛麗莎[7]方法。評定前對小組成員進行培訓，包括明確感官評價目的、原則以及注意事項等。主要從色澤、風味、甜度、口感、整體接受性五方面打分。感官評定使用 9 分嗜好評分法，分值范圍設定為 1～9分(1分=特別不喜歡；5分=既不喜歡也不討厭；9分=特別喜歡)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗結果采SPSS21.0軟件中的Duncan方差分析對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析，95%置信度(P<0.05)；采用Graphpad Prism 8.3.1軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 比重分級對小麥籽粒品質的影響

比重分級對小麥籽粒品質的影響如表1所示。通過比重分級處理，原麥籽粒的不完善粒率由15.83%降低到了重麥的12.33%。由于輕麥主要是蟲蝕粒、赤霉病粒、生霉粒、黑胚粒等不完善粒，故而其不完善粒率達到了91.71%。在不完善粒中發(fā)芽粒、赤霉病粒、霉變粒、蟲蝕粒的比例分別為26.23%、40.77%、13.46%、32.32%。不完善粒的去除，使得重麥中未成熟粒比例相對升高。小麥籽粒比重同出粉率、容重以及硬度指數(shù)都呈現(xiàn)正相關趨勢。這是由于蟲蝕、發(fā)芽、赤霉病導致小麥籽粒干癟，內(nèi)部胚乳組織空虛，從而引起小麥容重及出粉率的下降[8]。另外，有研究發(fā)現(xiàn)赤霉病粒的內(nèi)部組織松散，蛋白淀粉結合較弱，致使小麥籽?？箶D壓能力減弱，這可能導致了輕麥硬度指數(shù)下降[9]。

表1 比重分級對小麥籽粒品質的影響

2.2 比重分級對小麥粉品質的影響

2.2.1 比重分級對小麥粉基本理化指標的影響

由表2可知，小麥分級對粗脂肪、蛋白質含量無顯著影響。但通過比重分級，小麥灰分、淀粉含量、破損淀粉含量均發(fā)生了明顯變化。其中，灰分含量從原麥的0.618%降低到了重麥的0.523%。這表明比重分級對小麥粉的灰分具有降低作用。3種小麥的淀粉含量呈現(xiàn)上升趨勢。這可能是由于淀粉酶活性依次減弱，減少了對淀粉的水解。王曉曦[10]研究認為破損淀粉含量與小麥硬度呈正相關關系。本研究發(fā)現(xiàn)3種小麥破損淀粉依次呈現(xiàn)下降的趨勢。其原因可能為輕麥籽粒的皮層破裂降低了對胚乳粒的保護，同時內(nèi)部的松散淀粉蛋白復合體結構降低了研磨抵抗力，增加了研磨強度，從而導致輕麥破損淀粉含量的增加[11]。

表2 比重分級對小麥粉基本理化特性的影響/%

2.2.2 比重分級對小麥粉的面筋指標、降落數(shù)值、色度的影響

經(jīng)過比重分級，原麥粉的降落數(shù)值由329 s提升至重麥粉的379 s，而輕麥粉卻僅僅只有170 s。降落數(shù)值與α-淀粉酶活性呈負相關，故而重麥粉、原麥粉、輕麥粉的α-淀粉酶活性依次增強。進一步支持了淀粉酶水解作用導致淀粉含量減少的分析。有研究進一步證實了該結論，認為是小麥籽粒發(fā)芽引起[16]。過高的α-淀粉酶活性將導致在產(chǎn)品生產(chǎn)中造成面團稀軟、產(chǎn)品內(nèi)部彈性差、口感差，在后文混合、動態(tài)流變儀中得到了驗證。

2.3 比重分級對小麥粉流變學特性的影響

2.3.1 比重分級對小麥粉混合特性的影響

表4為不同比重小麥面團的淀粉糊化特性信息。C1-C2為機械和加熱引起的蛋白質結構弱化的程度。C3為淀粉糊化峰值，代表了凝膠的形成能力(或膨脹力)；C4為是淀粉糊化的谷值，即崩解值，C3-C4為淀粉衰減值，即熱穩(wěn)定性；C5為淀粉回生終點值，C5-C4為冷穩(wěn)定性(回生值)，反映了淀粉老化特性[17]。

表3 比重分級對小麥粉的面筋指標、降落數(shù)值、色度的影響

面團的形成時間反映的面團的彈性，輕麥粉、原麥粉、重麥粉的形成時間分別為1.45、1.50、1.52 min依次增加，所反映出的面團抗形變能力以及面團彈性也呈現(xiàn)依次上升趨勢。這是由于小麥粉的面筋含量較少并且筋力較弱會縮短面團形成所需的時間。而小麥粉吸水率和面團穩(wěn)定時間分別反映了小麥粉在蛋糕面糊體系中的持水能力和蛋糕糊在烘焙過程中的氣泡包裹能力。由表4可以看出，重麥粉的穩(wěn)定時間均明顯高于輕、原麥粉，其中輕麥粉最低。由混合特性結果可以看出，輕、原、重3種小麥熱作用下蛋白網(wǎng)絡的弱化速度依次增加、糊化速度依次增加、酶解速度依次減少。從扭矩上分析，重麥較分級前原麥，其面團擁有更高的蛋白弱化度(更大的C2值)，較高的淀粉糊化峰(較高的C3值)，更強的熱穩(wěn)定性(更大C4值)，較低的淀粉衰減度(較低的C3-C4值)，較高的淀粉凝沉度(較高的C5值) 較高的淀粉回生值(更高的C5-C4值)。較高的蛋白弱化度、強熱穩(wěn)定性以及淀粉衰減度，對重麥蛋糕面糊在烘焙過程中形成蓬松、完整、細膩的蛋糕胚至關重要。α、β、γ分別反映了熱作用下蛋白網(wǎng)絡的弱化速度、淀粉糊化速度、酶解速度[18]。

表4 比重分級對小麥粉的混合特性的影響

2.3.2 比重分級對小麥粉動態(tài)流變特性的影響

動態(tài)流變儀的2個主要參數(shù)：損耗模量(G′)反映了面團的彈性，儲能模量(G″)反映了面團的黏性。G′的增加有助于提升烘焙成品的彈性，G″的提升有助于提升面糊在烘焙過程中的氣孔均一度。比重分級在頻率變化過程中對面團損耗模量、儲能模量和損耗角正切有顯著的影響(如圖1)。并且隨著小麥比重的升高，面團損耗模量增高而儲能模量降低，說明小麥比重對面團彈性有著增強作用，而對于面團的黏性具有減弱的作用。這可能是由于重麥面筋蛋白含量較高，促進了面團形成強彈性結構的能力，整個體系的凝膠網(wǎng)絡結構增強。而蛋白質交聯(lián)引起谷蛋白大聚體含量的變化可能是導致G′和G″變化的主要原因[19]。

圖1 比重分級對動態(tài)流變特性的影響

損耗角正切tanδ=G″/G′，其值越小表示面團彈性組分越高，彈性組分的增加，提升面糊的整體乳化性能，進而提升烘焙后海綿蛋糕的彈性和比容。我們發(fā)現(xiàn)隨著小麥比重的增加，面團體系的損耗角正切值處于下降趨勢，說明小麥比重的提升可以改善面團的品質。同時tanδ隨頻率的變化可以發(fā)現(xiàn)，在較低頻率下，tanδ隨頻率的上升而下降；在高頻率下tanδ隨著頻率的上升而升高，說明面團體系在高頻率下易被破壞，不穩(wěn)定[20]。

2.4 比重分級對蛋糕品質的影響

2.4.1 比重分級對海綿蛋糕的氣孔及表觀結構特性的影響

比重分級前后小麥制得的海綿蛋糕氣孔及表觀結構特性通過CELL圖像分析儀分析結果獲得，如表5所示。氣孔對比度和L*均表示蛋糕色澤亮度。隨著小麥比重的增加，海綿蛋糕的色澤變亮?？偘级群饬康氖堑案馀邇?nèi)部裂紋孔洞等的深度[21]。重麥總凹度為6.27%，約為輕麥海綿蛋糕總凹度13.42%的0.5倍，約為原麥海綿蛋糕總凹度8.23%的0.76倍。反映出比重分級得到的重麥海綿蛋糕成品蛋糕胚內(nèi)部凹凸均一，沒有明顯斷裂。氣孔直徑和氣孔體積結果同時反映了蛋糕胚內(nèi)氣孔大小。3種小麥其海綿蛋糕氣孔大小呈現(xiàn)了顯著的減小趨勢，輕麥海綿蛋糕氣孔體積達到了29.51 mm3，是原麥海綿蛋糕氣孔體積的2倍，甚至是重麥海綿蛋糕氣孔體積的3倍。與此同時輕、原、重小麥蛋糕的氣孔數(shù)依次增加，氣孔粗糙度依次減小。說明隨著小麥比重的提升，面糊整體乳化性提升，蛋糕內(nèi)部氣孔變得小而密，氣孔形狀更加圓潤，這會提升蛋糕綿軟且細膩的口感。不均一度和比容分別反映了蛋糕內(nèi)部的均一程度和蛋糕烘焙過程中的膨脹比例，通過提升小麥的比重其蛋糕成品的氣孔均一度和蛋糕體積均會有顯著的提升。這可能由于面糊體系黏性較高增強了其在烘焙攪拌過程中的持氣能力和包裹能力，減少了大氣泡的形成，同時使得氣泡整體的分布更加均勻。

2.4.2 比重分級對蛋糕成品體視顯微鏡成像的影響

比重分級對蛋糕成品體視顯微鏡成像的影響如圖2所示。由圖2a可知，在一倍倍數(shù)下輕麥海綿蛋糕的內(nèi)部結構呈現(xiàn)：組織破裂、紋理混亂結構松散，色澤暗淡、有焦糊狀質感的狀態(tài)。在5倍倍數(shù)下明顯發(fā)現(xiàn)其中交聯(lián)斷裂，網(wǎng)狀組織結構并未形成(圖2d)，這可能是由于真菌毒素侵染以及α-淀粉酶等內(nèi)源酶共同作用導致蛋糕內(nèi)部網(wǎng)絡結構的破壞。相較而言在圖2b中，原麥海綿蛋糕的色澤明顯要更加白亮，氣孔結構明顯均勻，結構更加有層次，但氣孔分布依舊不夠均勻，孔洞結構雖然形成但體積依舊偏大且不規(guī)則。在5倍倍數(shù)下觀察，網(wǎng)狀組織結構已經(jīng)形成，但結構仍然不夠致密，存在一些較大孔隙。相較于輕麥海綿蛋糕、原麥海綿蛋糕，重麥海綿蛋糕結構明顯有層次感，氣孔明顯小且均勻，紋理更加細膩，色澤更加接近乳白色(圖2c)。在5倍倍數(shù)下，重麥海綿蛋糕結構呈現(xiàn)明顯網(wǎng)狀致密結構，網(wǎng)絡結構致密且均勻的層層交疊，空隙分布細小均一(圖2f)。

圖2 比重分級對3種小麥制得蛋糕在不同體式顯微的影響

表5 比重分級對海綿蛋糕的氣孔及表觀結構特性

2.4.3 比重分級對海綿蛋糕質構的影響

如圖3所示，通過比重分級得到的重麥相較分級前原麥，其海綿蛋糕的硬度、咀嚼性、膠著性、彈性、黏聚性均有提升，能夠有效的增加蛋糕松彈有嚼勁的口感。而蛋糕的黏度增加會使得蛋糕的黏牙性增強，對蛋糕的整體食味品質產(chǎn)生消極的影響。與輕麥海綿蛋糕的蛋糕的81.25 gf·s黏性值相比，原、重麥海綿蛋糕的黏性僅有59.97、25.06 gf·s均呈現(xiàn)出較大幅度的下降。這可能是由于α-淀粉酶的含量增加會導致海綿蛋糕成品黏度的提升。這一系列變化佐證了動態(tài)流變儀對重麥烘焙成品品質較佳的結果預測。綜上所述，比重分級對蛋糕的整體質構特性均有著積極且顯著的改善。

圖3 比重分級對海綿蛋糕質構特性雷達圖的影響

2.4.4 比重分級對海綿蛋糕感官評分的影響

比重分級對海綿蛋糕的海綿蛋糕感官評分影響如圖4所示。通過感官評分可以觀察到，比重分級后的重麥整體可接受度、色澤、風味、外觀、口感均呈現(xiàn)明顯的提升。其中以色澤、外觀、口感、整體可接受度的提升較為明顯，進一步印證了比重分級對海綿蛋糕色澤、紋理結構、滋味具有改善作用。尤其輕麥制得蛋糕結構過于松散，色澤暗淡、氣孔粗糙，外觀呈現(xiàn)破損狀，口感黏牙、且嚼勁不足，直接導致了輕麥制得蛋糕整體感觀評分較差。

圖4 比重分級對海綿蛋糕感官評分雷達圖的影響

3 結論

從籽粒特性、小麥粉品質特性、流變學特性，蛋糕品質特性四個方面研究了比重分級對小麥粉及海綿蛋糕品質的影響。研究結果表明通過比重分級去除輕麥，籽粒容重、出粉率、硬度指數(shù)被顯著提升，不完善粒顯著下降。分級后重麥粉較原麥粉， 淀粉含量、破損淀粉含量、L*值、面筋指數(shù)、濕面筋含量、降落數(shù)值提升，灰分含量降低。面團穩(wěn)定時間延長0.97 min，面團儲能模量(G′)和損耗模量(G″)增加，損耗角正切(tanδ)減小，面團黏彈性，面團的持氣能里的增強。通過比重分級得到的重麥蛋糕，其硬度、咀嚼性、膠著性、彈性、黏聚性均被顯著提升，黏度顯著降低，比容提升了4.08%，氣孔小而密集，內(nèi)部紋理結構細膩均一，表觀色澤變亮，感觀評分得到顯著提升。