面筋聚集儀及其研究進(jìn)展

趙春暉劉　　靜曾淑萍徐　　萍

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面筋聚集儀及其研究進(jìn)展

趙春暉1劉靜2曾淑萍1徐萍1

1.布拉本德公司上海2000012.安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院合肥230001

面筋聚集儀（GlutoPeak，GPT）是德國布拉本德（Brabender）公司研發(fā)的一種基于高剪切力，用于快速測定面筋強(qiáng)度，反映面筋質(zhì)量特性的儀器。它可以全面分析蛋白質(zhì)品質(zhì)和面筋強(qiáng)度，預(yù)測樣品的流變學(xué)特性，為面粉及其制品的質(zhì)量控制和質(zhì)量分析提供新的技術(shù)，適用于糧食加工、糧食儲藏、糧食質(zhì)量檢控、食品加工、育種等行業(yè)。

1　面筋聚集儀結(jié)構(gòu)

面筋聚集儀主要由攪拌系統(tǒng)、扭矩測量系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成（見圖1）。

圖1　　面筋聚集儀

通過USB端口，使面筋聚集儀與電腦連接，用于控制測量過程，并記錄、顯示和儲存所有的測量結(jié)果。

攪拌系統(tǒng)重要組成部件是攪拌刀和測量杯，其中攪拌刀“波浪形”鋒利紋理設(shè)計使其在以某恒定轉(zhuǎn)速（0～300 r/min可調(diào)）運(yùn)轉(zhuǎn)時對樣品產(chǎn)生高剪切力的作用；

扭矩測量系統(tǒng)對樣品產(chǎn)生的扭矩被扭矩，傳感系統(tǒng)記錄下來并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后傳輸?shù)诫娔X；

溫度控制系統(tǒng)由加熱器、恒溫水浴裝置、溫度控制器組成，使測量過程中溫度控制在某一恒定值。

2　面筋聚集儀工作原理

面筋聚集儀通過測量麥谷蛋白和麥膠蛋白的聚合行為，從而反映面筋質(zhì)量。首先面粉和溶液混合攪拌后形成均勻的懸浮溶液，然后面筋組分在高剪切力的作用下被分離出來并發(fā)生聚集，形成均勻的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的攪拌則會破壞面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整個過程中扭矩隨時間的變化被自動記錄下來并以圖表的形式表現(xiàn)出來。

面筋聚集儀主要技術(shù)參數(shù)：樣品量0～10 g，溶液量0～12 g，轉(zhuǎn)速0～3 000 r/min。測試時，可以調(diào)節(jié)各種測試條件，如樣品濃度、溶液種類、攪拌速度和測試溫度，以滿足使用者的需求。整個測試過程，樣品用量少，測試時間短（＜10 min），儀器靈敏度高，適用于分析全麥粉、面粉和谷朊粉樣品，快速反映其面筋質(zhì)量特性，進(jìn)而反應(yīng)產(chǎn)品的工藝特性。

3　面筋聚集儀測試圖譜及各項參數(shù)意義

面筋聚集儀樣品扭矩圖譜如圖2所示，記錄了扭矩隨時間變化的曲線（實時扭矩和均值扭矩），各項評價參數(shù)釋義見表1。

4　不同應(yīng)用面粉的面筋聚集儀的典型曲線

不同面筋質(zhì)量的面粉在面筋聚集儀上的表現(xiàn)不同，強(qiáng)筋粉的面筋質(zhì)量好，面筋網(wǎng)絡(luò)相互作用力強(qiáng)，破壞面筋結(jié)構(gòu)所需要的力較大，具體在面筋峰值儀上表現(xiàn)為峰值形成時間較短，峰值較大；而弱筋粉的峰值形成時間較長，峰值較?。环浅Ｈ醯姆鄯逯敌纬蓵r間很長，峰值很小，甚至無峰值。圖3a～圖3c的圖譜分別是面包粉、蛋糕粉和華夫餅干份的典型測試曲線。利用面筋聚集儀可以快速區(qū)分不同筋力的小麥粉。

圖2　　面筋聚集儀樣品測試圖譜

表1　面筋聚集儀各項參數(shù)及其釋義

圖3a　　面包粉

圖3 b　　蛋糕粉

圖3c　　華夫餅干粉

5　面筋聚集儀的應(yīng)用

面筋聚集儀評價參數(shù)與粉質(zhì)儀、拉伸儀、蛋白含量、濕面筋含量、面筋指數(shù)、面包烘焙體積、紋理結(jié)構(gòu)等高度相關(guān)，可用于面粉及其制品質(zhì)量的快速控制和評價。它替代了傳統(tǒng)的、誤差較大的手洗面筋評價方法，尤其適用于早期樣品篩選階段，避免大量繁瑣的流變學(xué)測試。此外，用戶可以建立自己的“圖書館”，通過面筋聚集儀測試快速判斷樣品的適用性。

John P等［1］采用面筋聚集儀方法研究感膠離子序?qū)γ娼罹奂瘯r間和面筋強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，感膠離子序顯著影響面團(tuán)中的面筋聚集特性，面筋聚集時間符合明顯的感膠離子序的順序，隨著離液序列的增大，面筋聚集時間縮短，在低鹽濃度＜3M時所有鹽溶液的聚集時間差異較小，在鹽濃度較大時差異增大，且隨鹽濃度的增大，扭矩增大，表明面筋聚集儀在研究面筋聚集特性和預(yù)測烘焙產(chǎn)品的特性方面具有很大的潛力。

Gurpreet K等［2］采用響應(yīng)面法對面筋聚集儀的測試參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，研究中以硬質(zhì)小麥粉、軟質(zhì)小麥粉和全麥粉為材料，根據(jù)中心復(fù)合試驗的設(shè)計原理，以面粉重量、溫度、溶液濃度和轉(zhuǎn)速為自變量，以扭矩和峰值時間為響應(yīng)變量。觀察到面粉-溶液相互作用是全麥粉和硬質(zhì)小麥粉扭矩的最重要影響因素，而面粉重量和轉(zhuǎn)速是軟質(zhì)小麥粉扭矩最重要的影響因素，對全麥粉的影響不顯著。全麥粉、軟質(zhì)和硬質(zhì)小麥粉的最優(yōu)條件為：面粉8.5 g，溶劑（0.5 M CaCl2）9.5 g，溫度34℃，轉(zhuǎn)速1 900 r/min。

Markus B等［3］以9個不同品種的小麥為研究對象，研究面筋聚集儀參數(shù)與其流變學(xué)特性和烘焙特性的相關(guān)性，結(jié)果顯示，峰值扭矩與蛋白質(zhì)含量和面包體積高度相關(guān)，回歸方程的R2分別為0.956，0.768，峰值時間與面團(tuán)形成時間回歸方程的R2為0.735，表明面筋聚集儀與面粉的流變學(xué)特性和烘焙特性有一定的相關(guān)性，能夠在一定程度上反映樣品的流變學(xué)特性和烘焙特性。此外，面團(tuán)的流變學(xué)參數(shù)與峰值扭矩的相關(guān)性要高于面筋。

Alessandra M等［4］用面筋聚集儀區(qū)分低、中、高檔的意大利面用小麥粉，研究表明，面筋聚集儀能夠快速、高效地區(qū)分高低品質(zhì)的意大利面用小麥粉，從開始到峰值曲線與橫軸所圍區(qū)域大于2400，意大利面用小麥粉質(zhì)量較好，特別是對于中等品質(zhì)的意大利面用小麥粉，面筋峰值時間與面筋質(zhì)量高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.73。

John P等［5］采用面筋聚集儀并結(jié)合面筋分離重組實驗分析面筋聚集特性，研究發(fā)現(xiàn)麥膠蛋白與麥谷蛋白比例為1：1時，面筋最易發(fā)生聚集，且麥谷蛋白含量對面筋強(qiáng)度有決定性影響。用高質(zhì)量的面筋組分替代低質(zhì)量的面筋組分會顯著降低面筋質(zhì)量。面筋聚集儀峰值時間主要受麥膠蛋白與麥谷蛋白比例影響，不受麥膠蛋白和麥谷蛋白質(zhì)量的影響，但是，麥膠蛋白和麥谷蛋白的質(zhì)量對面筋強(qiáng)度起決定性作用。

6　展望

對于制粉行業(yè)，從小麥驗收、配麥、制粉、配粉到面粉分類，都可以借助面筋聚集儀進(jìn)行快速質(zhì)量控制，預(yù)測面粉品質(zhì)，調(diào)整配麥或配粉方案，以滿足客戶的不同需求，保證產(chǎn)品的連續(xù)性和穩(wěn)定性；對于烘焙行業(yè)，面筋聚集儀可以監(jiān)控原料質(zhì)量，減少生產(chǎn)誤差，保證烘焙產(chǎn)品質(zhì)量，為公司帶來宏觀的經(jīng)濟(jì)效益?？傊娼罹奂瘍x應(yīng)用范圍廣，具有廣闊的開發(fā)前景。

［1］JohnP，JensDandMassimoF.Effectofthe Hofmeister series on gluten aggregation measured using a highshear-basedtechnique.FoodResearchInternational，2011，44：893-896

［2］GurpreetKandKoushikS.Optimizationofgluten peak tester：a statistical approach.Journal of Food Quality，2012，35：69-75

［3］Markus B，Patrick S and Peter K.Determination of gluten aggregation behaviour from different wheat cultivars and correlation with the rheological and baking properities. International Symposium on Food Rheology and Structure，2012

［4］Alessandra M，Maria G，Jens D and Maria A.Durum wheat semolina characterization by means of a rapid shearbased method，2012

［5］John P，Jens D and Massimo F.Using the gluten peak tester as a tool to measure physical properties of gluten. Journal of Food Science，2012，56：561-567

TS 211.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

1674-5280（2016）01-0027-03

2015-11-13

趙春暉（1990—），女，碩士研究生，主要研究方向：糧食加工。