小麦粉品质指标对馒头老化动力学指标的影响

张 剑,艾志录,李梦琴,李 治,孙红敏

(河南农业大学食品科学技术学院，河南 郑州 450002)

馒头是中国北方的传统主食，随着传统食品产业化进程的推进，市场上出现的商业化馒头，其货架期通常为1～2 d.和面包相似，老化现象也是馒头产业化的一大障碍.多年来，国内外科研工作者对面包或馒头老化做了很多研究，许多人通过分析馒头硬度值或硬度增幅来说明馒头老化快慢或老化是否被抑制[1～3].这类方法具有直观易懂的优点，适用于表达馒头老化过程中质地变化规律，不足之处是不能解析贮存过程中硬度的变化速率.本研究采用Avrami方程，分析不同小麦粉馒头老化过程中质地变化规律，试图建立小麦粉品质特性指标与馒头硬度变化动力学参数之间的关系.Avrami方程最初是从金属结晶导出，用在聚合物结晶动力学上颇有成效并得到广泛应用，近年来在淀粉制品、面制食品研究中也取得了一些进展[4～6].FEARN 等[7]利用Avrami方程研究了面包在贮存过程中质地变化特征及面包硬化和面包中支链淀粉结晶的关系；COLWELL等[8]采用Avrami方程，研究不同贮存温度条件下淀粉胶的结晶速率以及面包的硬化速率；ARMEOR等[9]研究表明，面包硬化动力学与k值和n值均有关系，较高的k值或n值与较快的硬化动力学相关；朱帆[10]利用Avrami 方程考察了不同小麦淀粉与小麦粉糊化和回生特性，并探讨了直链淀粉和蛋白含量对热力学行为的影响；丁文平[11]利用Avrami方程研究了淀粉酶对大米淀粉回生的影响机理；谭洪卓[12]研究认为甘薯淀粉糊化后结晶是一个动态变化的过程，其动力学模型可用Avrami方程表达.近年来，研究人员对小麦粉品质与馒头品质的相关性进行了广泛的研究，为小麦育种、品质改良及专用粉生产提供了很多技术依据，但对小麦粉品质与馒头老化过程中质地变化之间的关系研究较少.本研究利用8种不同的小麦粉，测定其面团特性指标，并测定馒头储存过程中的硬度变化，利用Avrami方程研究小麦粉品质指标对馒头硬化(老化)的影响规律，为中国主食产业化与专用小麦粉的生产提供技术依据.

1 材料与方法

1.1试验材料

小麦粉 选用8种不同筋力的小麦粉；干酵母(安琪酵母股份有限公司).

1.2试验仪器及设备

Brabender粉质仪、Brabender糊化度仪，德国Brabender公司； 2200型面筋数量和质量测定系统，瑞典波通公司； Infratec TM 1241近红外谷物品质分析仪，丹麦FOSS公司； TA-XA PLUS物性测试仪，英国 Stable Micro System 公司；A6102型电子天平，上海精天电子仪器厂；722型分光光度计，上海精科实业有限公司；WZZ-2B自动旋光仪，上海精科实业有限公司；FX-15S面包发酵箱，广州赛思达机械设备有限公司；B5A小型多功能搅拌机，广州威万事酒店设备有限公司；MT12.5型压面机，广东恒联食品机械有限公司；面包切片机，北京盛世康龙食品设备制造厂.

1.3试验方法

1.3.1 小麦粉指标的测定 小麦粉粉质参数：按GB/T14614—2006《小麦粉面团的物理特性吸水率和流变学特性的测定粉质仪法》，用Brabender粉质仪测定；小麦粉蛋白质含量：利用近红外谷物品质分析仪测定；小麦粉糊化特性：采用德国Brabender粘度仪测定；小麦粉沉淀值：按GB/T15685—2011《粮油检验 小麦沉淀指数测定 SDS法》测定；小麦粉湿面筋含量：按GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉面筋含量第2部分:仪器法测定湿面筋》测定；小麦粉中总淀粉含量：按GB/T20378—2006《淀粉含量的测定旋光法》测定；小麦粉中直链淀粉含量：按GB7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》测定.

1.3.2 馒头的制作及评价方法[13]按小麦粉用量1.0%称取干酵母，溶于一定量的温水 (30±1) ℃中，活化4～5 min，形成酵母水溶液；将300 g小麦粉倒入搅拌机中，启动搅拌机，缓慢加入酵母水溶液，低速搅拌至基本形成面团，再中速搅拌使面筋充分扩展，并形成光滑完整的面团，取出面团使用压面机压面8次，定量切割成100 g重量的面团，常温保湿静置15 min，手工搓圆整后置于温度35 ℃、相对湿度85%的醒发箱中发酵90 min，随后置于蒸锅中蒸制20 min.和面时加水量按粉质仪吸水率的85%加入.

1.3.3 馒头的贮存条件 将刚蒸好的馒头在室温下自然冷却1 h，装入袋中密封，在15～20 ℃条件下贮存，分别在1，3，6，9，12，24，48，72 h进行检测.

1.3.4 馒头质构测定 利用面包切片机将馒头切片，片厚12.5 mm，将馒头片平放于质构仪操作平台上测定.采用P50柱型探头，每个处理测定7次，取平均值.测试参数为：测前速度2 mm·s-1，测试速度1 mm·s-1，测后速度2 mm·s-1，压缩率：50%.

1.3.5 Avrami 方程计算 Avrami 方程[14]最初用于研究金属结晶，方程见公式(1).

1-X(τ)=exp[-Kτn]

(1)

式中：X(τ)表示相对结晶度，n为Avrami指数，k为老化速率动力学常数.

在对馒头老化过程研究时，某一时刻的相对结晶度X(τ)可由公式(2)表示：

(2)

公式 (1)也可表达为：

(3)

T0，Tt，T∞分别为馒头储存0、t和∞h的硬度值.Tt可以实测，而T0，T∞无法实测，参考其它文献Avrami 方程计算方法，把馒头蒸制出锅20 min后的实测硬度值作为T0，把馒头在15～20 ℃储存的极限时间120 h的硬度值作为T∞[10,11]，但T∞不能实测，可由表4中的回归方程预测.

公式(1)两边取对数计算[6]，可改写为公式(4)：

lg[-ln(1-X(τ))]=lgK+nlgτ

(4)

以lg[-ln(1-X(τ))]对lgτ作图，从直线的斜率和截距可分别求得n和k.

(5)

(6)

1.4数据处理

小麦粉品质指标为平行测试的平均值，试验数据分析采用SPSS19.0数据处理软件和Excel 2003处理.

2 结果与分析

2.1小麦粉的基本参数

表1为8种小麦粉的面团流变学指标，主要测定了面粉中蛋白质与湿面筋含量、沉降值及面团粉质指标；表2为8种小麦粉糊化特性与淀粉含量指标.

表1 小麦粉的面筋与粉质参数

表2 小麦粉的糊化特性与淀粉含量指标

续表2 Continuing table

2.2馒头储存过程中硬度的变化规律

表3为8种小麦粉馒头在储存过程中硬度变化情况.对每种小麦粉馒头硬度变化进行回归，选择对数函数形式，得到回归方程(表4).由于各回归方程的R2值均在0.95以上，方程显著，可以使用方程进行预测.由于Avrami方程计算需要使用T0和T∞，T0和T∞无法实测，T0使用馒头储存20 min的硬度值(实测值)，T∞使用馒头储存120 h的硬度值(预测值).

表3 馒头在储存过程中硬度变化情况

表4 馒头硬度变化的回归方程

表5 Avrami 方程中n、k及的求解

2.3小麦粉品质指标与馒头老化动力学参数的相关性分析

为了研究小麦粉品质指标与馒头老化动力学参数的关系，对其做了相关性分析.小麦淀粉相关指标与馒头老化动力学参数的相关性见表6，小麦蛋白相关指标与馒头老化动力学参数的相关性见表7.

表6 小麦淀粉相关指标与馒头老化动力学参数的相关性

说明：*表示相关性显著(P<0.05)；**表示相关性极显著(P<0.01).下同.

Note:*means significant correlation ofP<0.05;**means extremely significant correlation ofP<0.01. The same as below.

表7 小麦蛋白相关指标与馒头老化动力学参数的相关系数

图1 直链淀粉含量与馒头硬化速率的关系

图2 蛋白质含量与馒头硬化速率的关系

3 结论

2) 小麦粉的直链及支链淀粉的含量及比例是影响馒头老化动力学的重要因素，直链淀粉含量增加、支链淀粉含量降低，将会加速馒头老化；小麦粉糊化的峰值粘度、衰减值与馒头老化速率显著负相关，这2 项指标增加亦会加速馒头老化.

3) 小麦粉蛋白质含量、面团吸水率与稳定时间的增加会在一定程度上加快馒头的老化，馒头生产最好选用中等筋力的小麦粉.

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