谷朊粉添加量對小麥粉流變學(xué)特性的影響

劉夢麗，劉佳雯，齊沙沙，劉 鵬，王文昊,4，邱 斌,*

（1.棗莊市東糧生物科技發(fā)展有限公司，山東棗莊 277200；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與營養(yǎng)研究所，山東濟南 250000；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東泰安 271000；4.煙臺大學(xué)，山東煙臺 264010）

谷朊粉，又稱活性小麥面筋粉，是小麥粉經(jīng)水洗去淀粉和其他水溶性成分后得到的一種粉末狀產(chǎn)物，主要成分為麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，其蛋白質(zhì)含量高達80%[1-2]。谷朊粉中的麥醇溶蛋白具有延伸性，彈性??；而麥谷蛋白具有彈性，但延伸性小，兩者獨特的氨基酸組成有利于形成黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。因此，在食品加工過程中，谷朊粉作為一種純天然高蛋白食品添加劑被廣泛應(yīng)用[4-6]。此外，谷朊粉作為品質(zhì)改良劑，可顯著提高面粉的黏彈性和筋力，在面食的加工中具有非常重要的作用[7]。

小麥粉是食品加工中的重要原料之一，其流變學(xué)特性更是加工面制品的重要評價指標(biāo)[8]。谷朊粉添加到面粉中改善面制品的質(zhì)構(gòu)，增加黏彈性和咀嚼性、提高口感及品質(zhì)等方面已有諸多報道，然而其不同添加量對小麥面糊流變學(xué)特性的影響報道較少[9-10]。因此，本研究使用流變儀分析了不同添加量的谷朊粉對小麥面糊流變學(xué)特性的影響，尤其是對其流體性質(zhì)和黏彈性的影響，并確定了谷朊粉的最適添加量。所得結(jié)果將為含谷朊粉的特色面食制品的開發(fā)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原味小麥粉，濱州中裕食品有限公司；谷朊粉，棗莊市東糧生物科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Waters-HR20多功能流變儀，美國TA儀器沃特斯公司；恒溫水浴鍋，上海樹立儀器儀表有限公司；HJ-4型多頭磁力加熱攪拌器，常州榮華儀器制造有限公司；HZK-FA210電子天平，華志（福建）電子科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

取一定量的小麥粉，分別添加0%、2%、6%和10%的谷朊粉（以混合粉總量計），充分混合均勻后，每份準確稱取8 g混合粉加入50 mL去離子水，攪勻后置于95 ℃恒溫水浴鍋中充分糊化25 min，取出冷卻至室溫，隨后放入4 ℃冰箱冷藏12 h，備用。所得谷朊粉-小麥粉混合面糊（GWR）樣品依次標(biāo)記為0% GWR、2% GWR、6% GWR和10% GWR。

1.3.2 流變學(xué)特性測定

參考IUGA等[11]的方法，稍做修改。所有測試均用直徑40 mm的平行板，樣品與平行板間距為1 mm，樣品平衡5 min后，使用Waters-HR20流變儀對所有樣品進行測定，每組樣品重復(fù)測定3次。

（1）靜態(tài)掃描。對各組GWR進行靜態(tài)掃描，并分析其表觀黏度隨剪切速率的變化情況。測試條件：溫度25 ℃，剪切速率為0～1 000 s-1。采用冪定律（Power-Law）模型擬合流變曲線，公式為

式中：σ為剪切應(yīng)力，Pa；γ為剪切速率，s-1；K為稠度系數(shù)，Pa·sn；n為流體指數(shù)。

（2）溫度掃描。對GWR進行溫度掃描測試，并分析其表觀黏度隨溫度的變化情況。測試條件：剪切速率50 s-1，溫度為25～90 ℃，升溫速率5 ℃·min-1。

（3）時間掃描。對GWR進行時間掃描測試，并分析其表觀黏度隨剪切時間的變化情況。測試條件：溫度25 ℃，剪切速率50 s-1，剪切時間60 s。

（4）動態(tài)掃描。在固定振蕩頻率下進行應(yīng)力掃描，確定樣品的線性黏彈區(qū)，溫度為25 ℃，頻率為1 Hz，應(yīng)變范圍為0.01%～1 000%。在線性黏彈區(qū)范圍內(nèi)，進行頻率掃描。測試條件：溫度25 ℃，應(yīng)變值0.1%，頻率為0.1～1 000 rad·s-1。測定樣品的彈性模量（G’）、黏性模量（G’’）和損耗角正切（tanδ）。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2021b軟件繪制圖表，每個樣品進行3次重復(fù)試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同谷朊粉添加量對小麥粉靜態(tài)流變學(xué)特性的影響

2.1.1 靜態(tài)掃描分析

靜態(tài)流變學(xué)是通過對樣品施加線性穩(wěn)態(tài)剪切速率來反映樣品結(jié)構(gòu)隨剪切速率變化的規(guī)律[12]。為了更清晰地比較4組GWR樣品間的差異，采用Power-Low模型對所測得流動曲線進行擬合。假塑性流體是指流體的表觀黏度隨剪切速率的增加而降低的現(xiàn)象，具有剪切變稀的性質(zhì)，是非牛頓流體的一個重要的流體類型[13]。

由圖1可知，各組GWR的表觀黏度均隨剪切速率的增大而下降，且添加量越多，下降幅度越大，呈現(xiàn)出明顯的剪切變稀特征，均屬于非牛頓假塑性流體。這是因為谷朊粉的添加阻礙了小麥面粉和面筋蛋白的結(jié)合，影響了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致面糊中的面筋數(shù)量與質(zhì)量雙重下降，使得GWR體系的黏度下降[14]。

圖1 不同谷朊粉含量的GWR靜態(tài)掃描曲線

冪律方程常用來描述流體的剪切變稀行為[15]。由表1可知，所有樣品的相關(guān)性系數(shù)R2均大于0.99，說明所選用的模型對所有樣品的流變學(xué)性質(zhì)具有較好的擬合度；流體指數(shù)n均小于1，表明4組GWR體系均為假塑性流體，且n值越小，稠度系數(shù)K值就越大。

表1 不同谷朊粉含量的GWR靜態(tài)擬合參數(shù)

2.1.2 溫度掃描分析

通過對不同谷朊粉含量的GWR進行黏度-溫度掃描，探討?zhàn)ざ入S溫度變化的情況，結(jié)果見圖2。在25～90 ℃，樣品的表觀黏度隨溫度的升高呈先下降后上升的趨勢，且6%和10%的GWR體系變化最明顯。可能是因為溫度升高使分子的無規(guī)則熱運動加快，分子間距變大，使面糊內(nèi)部形成了更多的“空穴”，進而表現(xiàn)為黏度下降[16]。但是，當(dāng)溫度高于60 ℃，黏度隨溫度的升高呈現(xiàn)上升趨勢，可能是由于GWR體系在超過60 ℃后開始形成熱誘導(dǎo)凝膠，在一定程度上促進了面糊的變性，使其黏性增大。圖2結(jié)果還顯示各組GWR均具有明顯溫度觸變性，其中0% GWR和2% GWR體系溫度觸變性最小，6% GWR體系的黏度最高。由此可推測谷朊粉添加量為6%時，相關(guān)粉糊類產(chǎn)品可能具有更好的黏彈性、韌性以及更強的適口性，有利于其整體感官品質(zhì)的提升[17]。

圖2 不同谷朊粉含量的GWR溫度掃描曲線

2.1.3 時間掃描分析

時間掃描測試可以反映在一定剪切速率下樣品的表觀黏度隨剪切時間的變化情況，從而判斷樣品的剪切觸變性。由圖3可知，各組GWR在所測的時間范圍內(nèi)的表觀黏度隨時間的變化均不明顯，即在較短的剪切時間內(nèi)黏度變化小，說明不同比例GWR無明顯剪切觸變性。

圖3 不同谷朊粉含量的GWR時間掃描曲線

2.2 不同谷朊粉添加量對小麥粉動態(tài)流變學(xué)特性的影響

為確定谷朊粉對小麥面粉頻率依賴性的影響，對4組GWR進行了振蕩掃描，結(jié)果見圖4。頻率在10-1～101rad·s-1時，4組GWR的彈性模量（a）與黏性模量（b）變化不明顯，在101rad·s-1后，G’和G’’變化明顯，且G’始終高于G’’。有研究表明，面糊中的直鏈淀粉含量越少，其頻率依賴性越強[18]。加入谷朊粉后，6% GWR組和10% GWR組的彈性模量和黏性模量明顯增加，說明谷朊粉蛋白結(jié)構(gòu)增強了其頻率依賴性。而添加10% GWR的黏彈性之所以低于6% GWR，，可能是因為10% GWR體系中含有更多可以形成二硫鍵的半胱氨酸，導(dǎo)致頻率依賴性減弱，進而黏彈性下降[19]。谷朊粉的添加均提高了小麥粉糊體系的彈性模量和黏性模量，但當(dāng)其添加量為6%時，小麥粉糊的黏彈性最好。

圖4 不同谷朊粉含量的GWR頻率掃描曲線

機械損耗角正切tanδ是G’與G’’的比值，該比值越小表明樣品的彈性越強，反之則說明黏性越強[20]。如圖5所示，在角頻率102～103 rad·s-1時，添加0%和2%的谷朊粉tanδ出現(xiàn)最大值，且大于1，說明此時的GWR體系表現(xiàn)出較高的黏性性質(zhì)，體系結(jié)構(gòu)較為松散。添加6%和10% GWR體系tanδ恒小于1，可以看出GWR體系呈現(xiàn)出弱凝膠的性質(zhì)[21]，并且兩者在整個測試范圍內(nèi)tanδ隨角頻率變化的曲線波動不明顯，說明該GWR的體系結(jié)構(gòu)更加緊密、結(jié)實，具有較高的彈性性能，也表現(xiàn)出更穩(wěn)定的固體特征[22]。

圖5 不同谷朊粉含量的GWR tanδ掃描曲線

3 結(jié)論

綜合GWR的流變學(xué)特性分析可知，在小麥粉中添加6%的谷朊粉可提高體系的黏度，使之具有更好的黏彈性。靜態(tài)流變學(xué)特性分析發(fā)現(xiàn)所有GWR樣品均為假塑性流體，添加量越多，剪切變稀現(xiàn)象越明顯；無剪切觸變性，但具有明顯的溫度觸變性，即隨著溫度的繼續(xù)升高其黏度具有一定的不穩(wěn)定性。動態(tài)流變學(xué)分析發(fā)現(xiàn)GWR體系中G’和G’’均不斷增加，具有類固體的特征（G’＞G’’），呈現(xiàn)出弱凝膠的性質(zhì)。