王杰,王晓建,郑学玲*

1(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)2(山东鲁花(延津)面粉食品有限公司,河南 新乡,453200)

小麦制粉过程中,按照处理物料种类和方法的不同,将制粉系统分为皮磨系统、渣磨系统、清粉系统、心磨系统和尾磨系统。在常规的制粉工艺中一般将不同的小麦粉流(即不同的系统粉)按照同质合并的原则,组合成3种基础粉,即F1、F2和F3, 通常也被称为前路粉、中路粉和后路粉,其中,前路粉F1主要来源于前路皮磨和前路心磨,中路粉F2主要来源于中路心磨,后路粉F3则来源于后路皮磨、后路心磨、打麸粉以及吸风粉等。前、中路粉加工精度较高,灰分含量较低,白度高。后路粉加工精度低,灰分含量高,麸星含量高,白度低。由于市场对于面制品要求白和亮的特点,小麦加工企业一般将前、中路粉单独作为市场粉或者进行不同的搭配后作为市场粉出售,而出率10%左右的后路粉由于其灰分含量高,面筋蛋白质量差,制得的制品颜色发暗、口感粗糙等原因,一般将其作为工业原料(如淀粉加工、工业黏合剂生产等)或者饲料出售[1]。

前、中路粉由于加工精度较高,营养成分流失严重,无法满足目前营养健康食品市场的要求。近年来,麦麸由于其高膳食纤维的特点,通常被添加到精制面粉中以提高制品的营养价值[2-3],但是,由于麸皮颗粒粗糙、颜色深、溶解性差,将其添加到精制面粉中会导致制品外观形态及感官风味变差[4]。糊粉层是胚乳的最外层,在碾磨过程中与麸皮一起被除去,随着加工精度的升高,面粉中糊粉层以及麸皮含量逐渐降低。研究表明,糊粉层富含对人体健康有益的微量营养素,含有小麦籽粒中的大部分矿物质、维生素、酚类抗氧化剂和木质素[3]。后路粉中糊粉层含量高,可以起到营养自强化的作用,因此后路粉的食品化应用能够提高食品的营养价值。

为此,本文选取工厂加工生产用量较多且具有代表性的2种国内小麦原料制粉过程的前、中、后路粉,系统比较研究不同原料及同一原料不同粉路面粉关键营养物质、面团及挂面制作品质的差异性,为后续后粉路的开发和利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

A原料F1、F2、F3(AF1、AF2、AF3);B原料F1、F2、F3(BF1、BF2、BF3)。(F1、F2、F3分别为前、中、后路粉,其中,F1出率在55%～60%,为正常出品小麦粉,后续可直接作为市场粉出售。F2、F3出率均在10%～12%。食盐,市售;实验用水均为蒸馏水。

1.2 仪器与设备

面粉加工精度测定仪,珠海市博恩科技有限公司;MJ-Ⅲ型双头面筋测定仪,杭州大成光电仪器有限公司;膳食纤维测定仪、Kjeltec8400自动定氮仪,福斯华(北京)科贸有限公司;黏度仪,德国布拉班德公司;JFZD粉质仪、JMLD150拉伸仪、JHMZ-200 针式和面机、JMTD-168/140实验压片机,北京东孚久恒仪器技术有限公司;SP-18S醒发箱,江苏三麦食品机械有限公司;SYT-030智能挂面干燥实验台,中国包装和食品机械有限公司;TA-XT型质构仪,英国Stable Micro Systems公司;Haake RS6000旋转流变仪,德国赛默飞世尔科技有限公司;Satake mini color grader便携式测色仪,日本佐竹公司。

1.3 实验方法

1.3.1 前、中、后路小麦粉基本理化指标的测定

按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》测定水分含量;按照GB/T 24872—2010《粮油检验 小麦粉灰分含量测定 近红外法》测定灰分含量;按照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》测定可溶性和不溶性膳食纤维含量;按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》测定蛋白质含量。按照GB/T 27628—2011《粮油检验 小麦粉粉色、麸星的测定》测定麸星面积;按照GB/T 22427.6—2008《淀粉白度测定》测定白度;按照GB/T 5506—2008测定湿面筋含量;按照GB/T 21924—2008《谷朊粉》测定面筋吸水率。

1.3.2 前、中、后路小麦粉糊化特性的测定

按照GB/T 14490—2008《粮油检验 谷物及淀粉糊化特性测定 粘度仪法》测定糊化特性。

1.3.3 前、中、后路小麦粉面团流变学特性的测定

按照GB/T 14614—2019《粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试 粉质仪法》测定粉质特性;按照GB/T 14615—2019《粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试 拉伸仪法》测定面团拉伸特性。

1.3.4 前、中、后路小麦粉挂面的制备

分别称取200 g基础粉和66 g水(面粉质量的33%),混合和面7 min,混合结束呈面絮状态,随即放进25 ℃醒发箱内醒发20 min。醒发后的面絮在轧距为3.0 mm处复合压延6道成面片状态,随即再放进25 ℃醒发箱内醒发20 min。醒发结束之后面片依次通过2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0 mm的轧距,面片厚度达1 mm左右时,取出6个直径5 cm的面片用于面片色泽及动态流变学特性测定,剩余面片选择2 mm切刀进行切条,随后挂在挂面杆上。将挂面杆上面的鲜面条放入智能挂面干燥平台至水分含量12%左右。

1.3.5 前、中、后路小麦粉面片色泽的测定

参考NIU等[5]的方法,使用配备D50光源的色度仪分别测定生面片的L*、a*、b*值以及放置12、24 h后的L*变化值。

1.3.6 前、中、后路小麦粉面片动态流变学特性的测定

将面片放置在流变仪上,降下平板,平板间距1 mm,切去多余部分,用油密封,启动频率扫描及蠕变恢复。频率扫描参数设置:剪切速率(0.10±0.01) s-1,频率0.1～10 Hz,温度25 ℃。蠕变恢复参数设置:应力100 Pa,频率1 Hz,温度25 ℃,应力施加时间120 s,样品松弛时间240 s。

1.3.7 前、中、后路小麦粉挂面力学及蒸煮特性的测定

挂面力学特性的测定参考刘书航等[6]的方法并稍作修改:选择A/SFR型探头,随机选取10根挂面并截至15 cm,测前、中、后的速度都为1 mm/s,下压距离40 mm,触发力Auto-1.0 g。每种挂面样品做7个平行,去掉1个最大值和1个最小值后求平均值。

称取10 g左右的挂面样品并记录挂面质量,将其放入500 mL沸水中煮,煮后面条用2片透明玻璃板按压,面条白芯消失时即为最佳蒸煮时间(s)。将煮至最佳蒸煮时间的面条迅速捞出并在冷水中浸泡30 s后放在双层滤纸上静置5 min,称重,记录面条质量。将煮面水倒入500 mL的容量瓶中,加入蒸馏水定容,用移液管取25 mL于恒重的铝盒中放在105 ℃烘箱烘干至恒重。干物质吸水率和挂面的蒸煮损失率的计算如公式(1)、公式(2)所示:

干物质吸水率/%=(m2-m1)/[m1×(1-w)]×100

(1)

蒸煮损失率/%=m×20/[m1×(1-w)]×100

(2)

式中:m,干物质的质量,g;m1,煮前面条的质量,g;m2,煮后面条的质量,g;w,煮前面条的水分质量分数,%。

1.3.8 前、中、后路小麦粉挂面质构特性的测定

煮后挂面质构及拉伸特性的测定参考熊小青等[7]的方法并稍加修改,取20根面条,放入500 mL的沸水中煮至最佳蒸煮时间,捞出放入冷水中静置30 s,沥干水分后进行面条全质构分析(texture profile analysis,TPA)试验和拉伸试验。

挂面TPA试验:选择HDP/PFS探头,测前速度2.0 mm/s;测中速度0.8 mm/s;测后速度2.0 mm/s;压缩程度75%;负载类型Auto-10.0 g,2次压缩之间的时间间隔为5 s。每个试验做7次平行,去掉1个最大值和1个最小值后求平均值。

挂面拉伸试验:选择A/SPR探头;测前速度2.0 mm/s;测中速度2.0 mm/s;测后速度10.0 mm/s;最大拉伸距离120 mm,起始距离20 mm,触发力5.0 g,每个试验做7次平行,去掉1个最大值和1个最小值后求平均值。

1.4 数据分析

采用SPSS 25.0软件对试验数据进行差异性和相关性分析,用Origin 8.1软件作图,以P< 0.05为显著性标准。

2 结果与分析

2.1 前、中、后路小麦粉基本理化指标分析

A、B两种原料通过小麦加工生产线所得的前、中、后路粉的基本理化指标如表1所示,对比A、B两种原料来说,由于同一条生产线加工工艺相同,与不同粉路面粉相比相同粉路面粉灰分含量相差不大,但是其总淀粉、蛋白质及膳食纤维含量有所差异。同一原料小麦粉中,与前、中路粉相比,后路粉加工精度低,麸星面积大,白度值低,在面粉各组分对比中,后路小麦粉灰分、蛋白质、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维、总膳食纤维、湿面筋、干面筋含量均显著升高,总淀粉含量、面筋指数、面筋吸水率显著降低。其中,后路粉灰分含量显著高于前、中路粉(P<0.05),而这与实验得出的后路粉麸星面积大、白度值低的结果是一致的,而淀粉主要存在小麦胚乳部分,后路粉麸星含量高,即皮层含量高,粗淀粉含量相对减小。后路粉中蛋白质含量,可溶以及不溶性膳食纤维含量显著高于前、中路粉(P<0.05),这是因为后路粉中含有大量的麸皮和糊粉层细胞,而小麦中绝大部分的纤维素都存在糊粉层和皮层中。蛋白质存在于小麦籽粒的胚乳和糊粉层中,并且胚乳中蛋白质分布由内向外逐渐增加,但质量越来越差[8-9]。该实验中从前路到后路,小麦粉面筋指数逐渐减小,与上述结果一致。后路粉的总膳食纤维含量>6 g/100 g,符合GB 28050—2011《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》中对于高膳食纤维食品限制性要求。可以为高膳食纤维产品的开发提供良好的原料来源。

表1 前、中、后路小麦粉基本理化指标(湿基)Table 1 Basic physical and chemical indexes of front, middle and rear road wheat flour (wet basis)

2.2 前、中、后路小麦粉糊化特性

糊化特性作为小麦粉重要特性之一,是反映小麦粉品质优劣的重要指标。其中,峰值黏度是反映面粉糊化特性的重要参数,同时也是决定面条品质优劣的最有效指标。通常情况下,峰值黏度越高的面粉,面条质量一般越好[10]。由于A、B两种原料相同粉路面粉的淀粉、蛋白含量不同(表1),导致其糊化黏度值存在显著性差异(表2)。但是其前、中、后路粉黏度值变化规律相同。与前、中路粉相比,后路小麦粉峰值黏度、谷值黏度、衰减值、最终黏度、回生值均显著降低(P<0.05)。黏度值的变化主要是由于淀粉颗粒在糊化过程中发生溶胀、崩解、重新聚合等行为所引起的。面筋易与淀粉结合,使淀粉在糊化过程中不易逸出,进而降低其糊化黏度值[11]。后路粉中湿面筋含量高,面筋与淀粉结合能力较大,导致其糊化黏度降低。另一方面,由于水分活性组分-蛋白质含量增多,其与水分子相结合会阻碍体系内可利用水的转运[12],也会导致黏度值降低。糊化温度表明面粉在溶胀过程中的抗膨胀性和抗破裂性,与蛋白质含量显著正相关。此外,潘秋晓等[13]研究发现灰分含量与面粉糊化特性相关参数均呈显著负相关,后路粉中灰分含量较高,也会导致其糊化黏度值降低。

表2 前、中、后路小麦粉糊化特性Table 2 Gelatinization characteristics of front, middle, and rear road wheat flour

2.3 前、中、后路小麦粉面团流变学特性

粉质特性是面粉加水和面形成面团的耐揉性和黏弹性的综合表现,不仅决定了面制品加工过程中面团的可操作性能,而且对最终产品的品质具有重要影响[14-15]。如表3所示,与前、中路粉相比,后路小麦粉吸水率增大,面团形成时间延长,但其稳定时间缩短。吸水率的变化可能与蛋白质和膳食纤维的含量有关,膳食纤维具有很强的吸水性,使面粉颗粒不能完全吸收水分,减缓面筋网络的形成速度,从而延长了面团的形成时间[16-17]。面团稳定时间与面筋品质有关,后路粉面筋质量较差,面团筋力弱,此外,膳食纤维的存在也会削弱面团、稀释面筋,导致稳定时间不断下降[18]。

表3 前、中、后路小麦粉面团流变学特性Table 3 Rheological properties of dough of front, middle, and rear road wheat flour

评价面团拉伸特性的主要参数有拉伸阻力、延伸度、拉伸能量和拉伸比例等指标[19]。延伸度体现了面团的横向延展性,对挂面品质有积极影响[20]。延伸度越大,延展性越好。根据前、中、后路粉的拉伸曲线(90 min时)分别确定的拉伸特性参数见表4,与前、中路粉相比,后路粉面团延伸度虽然有所增大,但是其拉伸比例却显著减小。可能是在面团形成过程中,部分膳食纤维渗入到面筋网络结构中使其结构更加紧密,但是随着时间的延长,高含量的膳食纤维和灰分会弱化面筋网络结构。导致拉伸阻力减小。拉伸比例即抗拉强度,是衡量拉伸阻力与延伸度平衡的指标,从前路到后路,小麦粉面团拉伸比例逐渐减小,说明其面筋质量越来越差,此结果与前面实验中得出的面筋指数逐渐减小(表1)的结果一致。

表4 前、中、后路小麦粉面片色泽Table 4 Dough sheet color of front, middle, and rear road wheat flour

2.4 前、中、后路小麦粉面片色泽

2.5 前、中、后路小麦粉面片动态流变学特性

用流变仪对前、中、后路小麦粉的面片进行频率扫频,得到弹性模量(G′)和黏性模量(G″)2个指标。弹性模量表示样品受到作用力时的变形程度。弹性模量越大,样品受力时变形越小。黏性模量反映的是样品受力时阻碍其流动的特征,黏性模量越大,表示样品受力时越不易流动。从图1-a和图1-b可以看出,2个模量值都随频率增加而增加,并且在整个频率范围内所有样品面片的G′都大于G″,即损耗因子(tanδ=G″/G′)(图1-c)均小于1,表明面片具有黏弹性软固体特性。此外,与前、中路粉相比,后路粉面片的G′和G″向更高的值移动,即导致更明显的类固体弹性行为。膳食纤维含量的增加可能是导致这一结果的原因。SKENDI等[24]的研究表明,添加纤维成分可以增强面团的结构和弹性,使其更接近固体材料。图1-d是面片蠕变-恢复曲线。在恒定应力下,从前路到后路,面片的最大蠕变量逐渐减小。也就是说,后路小麦粉面片更不易变形,即显示更明显的类固体性质,这与上述频率扫描结果是一致的。

a-面片弹性模量(G′);b-面片黏性模量(G″);c-面片损耗因子(tanδ);d-面片蠕变-回复(γ)图1 前、中、后路小麦粉面片动态流变学特性Fig.1 Dynamic rheological properties of dough sheet of front, middle, and rear road wheat flour

2.6 前、中、后路小麦粉挂面的力学及蒸煮特性

挂面的力学性能可以作为挂面储运的重要参考指标。如图2-a所示,同一粉路面粉制得的挂面中,与原料B相比,原料A的挂面抗弯折强度高,柔韧性好。2种原料不同粉路面粉制得挂面的力学特性具有明显的差异性和规律性。与前、中路粉相比,后路粉挂面断裂强度升高,柔韧性降低。膳食纤维吸水性强,在面团搅拌过程中吸水膨胀。由于后路粉膳食纤维含量的增加,面筋和淀粉颗粒之间的间隙减小,挂面内部的面筋网络结构更加紧密[25]。因此,膳食纤维的增加是挂面断裂强度升高和柔韧性降低的原因。此外,面粉中蛋白质含量对面条形状会产生较大的影响,后路粉蛋白质含量高,在压片和切条后会回缩、变厚、表面变粗,最后也会导致制得的挂面样品抗弯折强度增大。

a-挂面力学特性;b-挂面蒸煮特性图2 前、中、后路小麦粉挂面的力学及蒸煮特性Fig.2 Mechanical and cooking characteristics of dried noodles of front, middle, and rear road wheat flour

蒸煮品质是评价挂面品质的重要指标之一,从图2-b可以看出,前、中、后路小麦粉制得挂面的蒸煮时间、吸水率和蒸煮损失差异较大。后路粉制作的挂面,最佳蒸煮时间长,吸水率低,蒸煮损失大。吸水率低的原因有2个:一是其本身面筋吸水率的性质导致(表1),二可能与膳食纤维含量有关,膳食纤维亲水性较高[26],蒸煮过程中会阻碍挂面中淀粉吸水糊化以及面筋网络的延展[27]。使得挂面在此过程吸水较慢,进而导致了最佳蒸煮时间的增长,随着最佳蒸煮时间的延长,面条的表面结构被水侵蚀破坏,从而导致蒸煮过程中淀粉的溶解增加,蒸煮损失相应增加[28]。

2.7 前、中、后路小麦粉挂面的质构特性

2种小麦原料前、中、后路粉制得的挂面煮至最佳蒸煮时间后测得熟面条的质构与拉伸特性结果如表5所示,2种原料同一粉路面粉制得挂面的质构特性无明显差异,而同一原料不同粉路面粉挂面存在显著性差异(P<0.05),后路粉挂面硬度和咀嚼性显著升高,可能是挂面中蛋白质含量增加和内部结构紧凑导致的[29],HEO等[21]研究蛋白质对挂面质构特性的影响,发现类似的结果。此外,后路小麦粉峰值黏度较低,WANG等[30]报告称,较低的淀粉峰值黏度通常会导致面条质地变硬。咀嚼性与硬度显著正相关。面条弹性无显著差异(P>0.05)。煮后面条受到外力拉伸时会产生阻力,在拉断当时所受的最大阻力及最大位移用拉断力和拉断距离表示,拉断距离越大,说明面条的延伸性越好[31]。与前、中路粉相比,后路粉制得的挂面拉断力显著增大。拉断距离显著减小,拉断力增大可能是由于挂面硬度的升高导致拉伸过程中受到的阻力增大。而面条吸水率降低,面筋网络延展性降低,使得面条最大拉断距离缩短。

表5 前、中、后路小麦粉挂面的质构特性Table 5 Texture characteristics of dried noodles of front, middle, and rear road wheat flour

3 结论

前、中、后路小麦粉的组分分布、面粉特性以及制品品质存在显著差异,与前、中路粉相比,后路粉加工精度低,麸星面积大,蛋白质、膳食纤维、湿面筋、干面筋及灰分含量高,峰值黏度、谷值黏度、衰减值、回生值显著降低,面团形成时间延长,但稳定时间下降,面团延伸度升高,最大拉伸阻力减小,拉伸比例减小。在挂面制品的品质分析中,与前、中路粉相比,后路粉挂面最佳蒸煮时间延长,蒸煮损失率、抗弯折强度、硬度、咀嚼性均显著升高,吸水率、柔韧性、黏附性、最大拉断距离均显著降低。虽然后路粉丰富的膳食纤维含量可以提高制品的营养价值,但是其制品品质有所下降。后续研究可以通过发酵或热处理等方式提升后路粉制品品质。