加水量和压延比对面带压延黏附特性的影响

2022-03-23张学阁王亦奇李世岩汪瑞军

包装与食品机械 2022年1期

张学阁，詹华，王亦奇，李世岩，汪瑞军，

（1.中国农业机械化科学研究院，北京 100083；2.北京金轮坤天特种机械有限公司，北京 100083）

0 引言

挂面、鲜湿面是重要的方便面食产品，其生产过程需将面粉和水按照一定比例混合制成面团，然后经逐级压延制成不同厚度的面带［1］。加水量是影响面食口感和装备稳定性的主要因素。加水量过高，面带黏附绕辊影响生产效率［2-3］。因此，通过研究加水量和压延比对面带压延黏附特性的影响，对提升面食品质、提高制面装备效率具有重要现实意义［4］。

“黏附”是源于面团黏性的一种界面胶黏性行为，黏附能力与面团体系及其界面特性相关。张康逸等［5］研究表明，湿面筋质量影响面团黏弹性。DORRA等［6］发现面团黏附剥离能与加水量（43%～47%）呈显著正相关。雷恒森等［7］发现干面粉可降低生鲜面表面黏联。现有研究多关注面团的流变学特性［8-10］，很少见有关面带压延黏附特性的报道。为此，从加水量和压延比2个角度开展有关面带黏附特性的研究，并分别采用核磁共振分析技术（LF-NMR）、网络分析法（GNAM）研究面团内水分迁移规律和面筋网络变化。为解决面带黏附问题提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与面带制备

面粉：古船富强粉（Fa）与河套雪花粉（Fb）；软化水；考马斯染色液；洗脱液。面粉主要营养成分见表1，试验以Fa为主，Fb作对比用。

根据陈洁等［11］的方法（略有调整）调制面团并制备面带试样。称取80 g面粉和一定比例的软化水一次性加入和面机，搅拌3 min调制成面团；不经熟化，用制面机复合一次将面团制成厚度为10 mm的面带，随后用切刀将面带分割成100 mm×30 mm×10 mm的条状，并转移至304材质托盘上；使用薄膜覆盖并密封，松弛20min后用作待测试样。根据研究内容，共制备a～d 4类试样，具体如下：

（1）用Fa、Fb制备加水量分别为35%，40%，45%，50%，55%，65%的试样，用于测试不同加水量面带的黏附性能（压延比η=50%）。

（2）用Fa制备加水量分别为35%，40%，45%，50%，55%，65%的试样，用于核磁共振分析。

（3）用Fa、Fb制备加水量为55%的试样，用于测试不同压延比面带的黏附性能，η分别为10%，25%，40%，55%。

（4）用Fa制备加水量为55%的试样，用于测试不同压延比面带的面筋网络分析，η分别为25%，40%，55%。

试样以“面粉代号”+“加水量”表示，例如，Fa35表示由Fa制作，加水量为35%。

1.2 仪器与方法

采用AY200型电子天平称取面粉和软化水（纸杯做容器）。用JHMZ 200型针式和面机制备面团。采用LF-NMR研究面团内水分的迁移规律。用核磁共振分析软件中的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列测定样品的横向弛豫时间T2。从4类待测试样中各取9 g样品，用聚四氟乙烯薄膜缠绕防止水分蒸发，随后放至10 mm直径核磁管中，核磁管内面团高度控制在2 cm。CPMG脉冲序列参数：主频20 MHz，偏移频率 996.87 kHz，90脉冲时间 3 μs，180脉冲时间6.24 μs，采样点数10 000，重复时间1 500 ms，累加16次，回波数3 000，回波时间0.1 ms。扫描结束后，反演获得T2波谱。采用核磁共振成像系统自旋回波成像序列对样品进行氢质子密度成像。采用刘全［12］描述的面筋GNAM研究压延过程对面筋网络的影响；将制备的面带分割为约1 cm×1 cm的样块并放入LABCONO-195型冷冻切片机冷冻室，冷冻3 min，冷冻室温度-15 ℃；随后切出3 μm样片置于载玻片上；染色15 min后用洗脱液冲洗掉多余染色剂；使用共聚焦扫描电镜观察染色的面筋图像并拍照。采用专用软件分析面筋蛋白面积、网络节点数、蛋白百分比、蛋白网络线总长度等数据。用SPSS22.0分析软件对数据进行显著性、相关性和线性回归分析，用Duncan's进行多重比较，显著性差异P＜0.05，采用Origin 9.0 软件制图。

采用试验室自制黏附测试平台测试黏附力，图1为黏附测试曲线，反映探头与试样接触、分离过程中力随时间的变化关系。测试可获得黏附面积S、最大黏附力FSmax、最大压力FPmax3个数据。经式（1）运算获得单位面积剥离能［13-14］，用其表征面带黏附能力。主要测试参数：接触时间为2 s，剥离速度为16 mm/s，探头为15 mm的合金钢。每组测试3次，结果取平均值。

式中 ω——单位面积剥离能，J/m2；

S——黏附面积，N·s；

V——剥离速度，m/s；

A——探头面积，m2。

图1 黏附测试典型曲线Fig.1 Typical curve of adhesion test

2 结果与分析

2.1 加水量对面带黏附能力的影响

黏附能力随加水量变化规律如图2，曲线整体呈现“S”型。为便于分析，将曲线分为A、B两段。A段加水量在35%～45%，加水量增加，ω数值增长缓慢，且ω＜10 J/m2。B段加水量在45%～65%，加水量增大，ω数值急速增长。同一加水量下，2类面粉所制面带的数值差异较大（Fa：10～121 J/m2，Fb：10～241 J/m2）；并且 Fb 的ω曲线上升的时机比Fa的曲线迟缓，例如，Fa55的ω值约是Fb55的2.3倍（Fa55的ω值为116.2 J/m2，Fb55的ω值为49.89 J/m2），表明Fa55的黏附能力高于Fb55。就面条生产而言，目前制面加水量普遍在30%～35%，与A段对应。原因是此段的数值偏小，面带黏附能力相对偏低，利于生产过程的稳定。A段黏附能力偏低可能与面筋的形成过程有关，面粉颗粒吸水不充足的情况下，面团体系损耗模量的增加速率略大于弹性模量的增加速率［15-16］，两者没有产生过大的差距，所以此段的ω表现出缓慢增加的现象。在不影响稳定生产的前提下多加水有利于提升面食品质，但从B段曲线分析，加水量增大后面带黏附能力急剧增加，约是A段的10～20倍，极不利于面食装备的稳定性。加水量增大后面带黏附能力增强是面食行业无法回避的问题，提高装备的抗黏附能力是未来保证面食品质的关键技术。

图2 加水量对面带黏附能力的影响规律Fig.2 The influence rules of the amount of water added on the adhesion ability of the dough

2.2 加水量对面团内水分迁移规律的影响

不同加水量面团的T2反演图谱如图3，反映面团中水分子的运动特性和不同的结合状态［17-18］。反演图谱中有3个峰，代表面团内3种水的分布状态，从左至右依次代表强结合水、弱结合水和自由水，对应横向弛豫时间分别为0.05～1 ms（T21）、1～40 ms（T22）、40～500 ms（T23）。T2时间与面团内水分子所受的束缚力有关，氢质子所受束缚力越大，T2时间越短，图谱上峰值位置越靠左，反之峰值位置越靠右。反演图谱上不同峰积分面积大小代表不同水分的含量，表明面团内弱自由水的含量最大，占据水分子的主体，其次依次是强结合水、自由水。随着加水量增大，反演图谱发生以下变化：一是T22、T23的横向弛豫时间变长，峰值位置向右移动，说明加水后弱结合水、自由水的含量增大，水的流动能力增强；二是总的峰值面积逐渐增大，说明面团中水的含量增大。这与黄泽华［19］研究的加水量分别为50%，60%，70%3种面团内的水分迁移规律一致。由于目前机制面加水量普遍在35%以下，离55%的加水量差距较大，所以研究未对加水量大于55%的面团进行核磁分析。

图3 不同加水量下的核磁共振波谱Fig.3 NMR spectrum under different amount of water added

表2表明，增大加水量对T22、T23影响显著，峰位置逐渐向右移动，但对T21影响不明显；同时，加水改变了3种水分状态的比例，强结合水与自由水的比例降低，而弱结合水的比例扩大，说明面团中多加的水主要是以弱结合水的形式存在，并且强结合水有向弱结合水转移的趋势。T2时间延长也说明面团内水分子结构的有序性变差，水分子受其他构象的约束力降低，面团体系的持水能力下降，水的流动性增强［20］。加水后黏附能力增强可能与面粉颗粒表面含有的众多C、N、O类极性基团有关［21］，遇水后这些基团可与具有极性的水分子通过分子间的作用力彼此联结，增大组织的滑移阻力［22-25］。

表2 T21，T22和T23自旋弛豫时间以及各峰的比例Tab.2 The proton population spin-spin relaxation time of T21，T22 and T23 with their respective proportions of total protons

2.3 压延比对面带黏附能力的影响

图4反映黏附能力与压延比之间的变化规律。ω随η呈线性规律变化；压延过程增大了面带与其接触表面的黏附能力；并且在相同η下，Fa55的ω依然大于Fb55，再次表明原料差异影响面带黏附能力。

图4 压延比对黏附能力的影响Fig.4 Effect of calendering ratio on the adhesion ability

表3为相关性分析数据，表明η与ω呈显著正相关（R＞0.98，p＜0.05），决定系数R2：0.96＜R2＜1，表明曲线拟合度较好，模型能反映η与ω之间的变化规律。η对ω在p＜0.05水平上显著，表明η是影响ω的显著性因素。

表3 压延比对面团黏附能力的相关性分析Tab.3 Correlation analysis of calendering ratio on dough adhesion ability

2.4 压延比对面筋网络的影响

图5为不同压延比条件下面筋组织的图像（400倍），不同压缩状态下面筋网络形貌有较大变化。图5（a）压延比最小，面筋组织松散呈嶙峋状，纹理方向不清晰，图像上无明显黑色区域；图5（b）与图5（a）相比，图像呈片层状且较扁平，纹理方向清晰，组织更加致密，已无镂空的嶙峋状形态，但明亮的区域明显变小；图5（c）面带变形量最大，局部区域出现了图5（a）中的嶙峋状形态，而预期的更致密的面筋组织没有出现，反而出现大面积的黑暗色区域，表明此处发生了大面积的面筋断裂。

图5 不同压延比下的面筋组织图像Fig.5 Image of gluten tissue under different calendering ratios

面筋网络图像的统计学数据如表4所示，随着压延比增大，面筋蛋白面积、网络节点数、蛋白网络线总长度降低。综合分析表明：压延可以缩短面团组织间的距离，使面团致密化，但不合适的压延参数会破坏面筋的连续性，弱化已形成的面筋网络，降低面团的持水能力。压延比增大，面带黏附能力增强，可能是因为接触表面的面筋网络因挤压损坏所致，此时面带的持水能力降低，致使水分子与面带表面更多的极性基团通过分子间作用力彼此联结。