濕熱處理對發(fā)芽小麥粉品質(zhì)影響的研究

江瀟瀟,劉 翀,鄭學(xué)玲

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

濕熱處理對發(fā)芽小麥粉品質(zhì)影響的研究

江瀟瀟,劉 翀,鄭學(xué)玲*

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

小麥發(fā)芽過程中芽麥粉品質(zhì)劣化,本文擬通過濕熱處理或熱液處理(heat moisture treatment,HMT)對芽麥粉進行處理,研究其對芽麥粉品質(zhì)的影響。實驗以鄭麥366為原料,經(jīng)過發(fā)芽處理后制粉,隨后對其進行濕熱處理,并測定濕熱處理前后芽麥粉的品質(zhì)變化。研究發(fā)現(xiàn):發(fā)芽小麥經(jīng)過濕熱處理后白度和色澤變差;降落數(shù)值有明顯的提升;蛋白質(zhì)總含量輕微下降;損傷淀粉含量顯著下降(p<0.05);糊化特性有明顯的改善:峰值黏度有顯著的提高(p<0.05),糊化溫度升高明顯;對濕熱處理過的芽麥粉的熱機械性質(zhì)進行分析時發(fā)現(xiàn),形成時間和穩(wěn)定時間隨水分含量、溫度、時間增加呈現(xiàn)逐漸下降趨勢,表明芽麥粉的蛋白質(zhì)變性程度隨著處理條件的加劇而增加。最佳處理條件為水分含量25%,處理溫度100 ℃,處理時間60 min。結(jié)果表明,通過精確控制濕熱處理條件,可顯著改善芽麥粉中淀粉的糊黏度性質(zhì),同時避免熱對蛋白質(zhì)的激烈變性作用。

芽麥粉,濕熱處理,品質(zhì),淀粉,蛋白質(zhì)

小麥收獲期遭遇連續(xù)陰雨天氣或者運輸儲存過程中管理不當(dāng)都會造成小麥籽粒不同程度的發(fā)芽。小麥發(fā)芽過程中活性急增的水解酶(α-淀粉酶、蛋白酶等)對其儲藏物質(zhì)(淀粉、蛋白質(zhì)等)的不斷水解、消耗會導(dǎo)致芽麥品質(zhì)劣變,如芽麥的容重、角質(zhì)率、籽粒硬度、降落數(shù)值、淀粉糊黏度、濕面筋含量等降低及脂肪酸值升高[1-5]。改善發(fā)芽小麥的食用品質(zhì),可減少糧食產(chǎn)后損失。

現(xiàn)階段對發(fā)芽小麥品質(zhì)改良的方法有剝皮制粉、預(yù)處理、酶抑制劑添加等[6],主要是針對發(fā)芽籽粒進行的。上述方法都是為了降低皮層水解酶對面粉品質(zhì)的作用。剝皮制粉工藝較復(fù)雜,酶抑制劑添加可能存在化學(xué)殘留風(fēng)險。因此,采用熱或微波等對芽麥進行預(yù)處理是研究的熱點[6-7]。雖然微波預(yù)處理是一種頗有效的方法,但其處理量較小。相比而言,熱處理的產(chǎn)量更大。熱處理溫度過低(40 ℃),酶不易失活,適當(dāng)高溫處理(70～90 ℃,4 h)能降低α-淀粉酶的活性,降落值、膨脹勢恢復(fù)明顯,但也會造成面筋蛋白質(zhì)的明顯變性[6],該研究未報道熱處理對芽麥糊粘度的影響[6,8]。

濕熱處理(HMT)是一種淀粉物理改性方法,是在有限水分(20%～30%)及高于淀粉玻璃化轉(zhuǎn)變溫度但低于其糊化溫度條件下(80～120 ℃)處理一定時間(15 min～16 h),依靠淀粉分子內(nèi)部遷移造成分子結(jié)構(gòu)的重排從而實現(xiàn)淀粉改性[9-12]。Chung等將濕熱處理應(yīng)用于發(fā)芽糙米改性,發(fā)現(xiàn)其混粉(米粉∶面粉=1∶1)糊粘度有顯著提高,并推測是淀粉分子改性重排造成的[13]。本實驗前期研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過濕熱處理(100 ℃,1 h)的芽麥,其面粉糊粘度得到部分恢復(fù),但仍遠低于原麥對照(未發(fā)表數(shù)據(jù))。通常,面粉糊黏度與面條品質(zhì)正相關(guān)[14]。因此,在盡量避免蛋白變性條件下改善芽麥粉糊黏度性質(zhì)是亟待解決的問題。過往熱處理研究多以芽麥籽粒而不是芽麥粉為對象,但粉末狀的芽麥粉可能更有利于水分和熱的滲透,或?qū)a(chǎn)生很不同的改性效果。與前述濕熱處理后發(fā)芽糙米糊黏度增加不同,有報道比較濕熱處理對小麥淀粉及小麥粉的影響,發(fā)現(xiàn)濕熱處理后兩者的糊黏度均下降,而抗消化淀粉含量均增加,說明對小麥粉進行濕熱處理可以達到對其淀粉改性的目的,但也指出,濕熱處理會引起面筋蛋白質(zhì)的變性聚集[15]。

綜上所述,濕熱處理對芽麥粉品質(zhì)的影響如何,國內(nèi)外鮮有報道。本文以對濕熱處理效果影響顯著的三個條件(水分含量,溫度,時間)為變量,分別選擇四個水平,探索不同濕熱處理條件對發(fā)芽小麥粉品質(zhì)改善的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鄭麥366 由河南農(nóng)科院小麥研究所提供。

碘化鉀、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸:分析純 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

SDMATIC損傷淀粉測定儀 波通儀器有限公司,瑞典;MB45水分測定儀 OHAUS儀器有限公司,美國;降落數(shù)值測定儀 杭州天成光電有限公司,中國;Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀 福斯分析儀器有限公司,丹麥;Viscograph-E布拉班德粘度計 布拉班德有限公司,德國;WGB-2008A型白度測試儀 杭州其偉光電有限公司,中國;便攜式測色儀 佐竹公司,日本;Mixolab混合儀 肖邦技術(shù)公司,法國;FXB 101-2電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海樹立儀器儀表有限公司,中國;WB-100混粉機 浙江明星機電制造有限公司,中國。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 將稱量好的鄭麥366小麥除雜,用清水洗干凈,然后在自來水中浸泡12 h。之后瀝干剩余的水分,把小麥放到恒溫恒濕培養(yǎng)箱里,調(diào)節(jié)到溫度為20 ℃、濕度為90%,發(fā)芽12 h。發(fā)芽好的小麥均勻攤放在金屬篩網(wǎng)上,分二層放入電熱干燥箱中,在溫度40 ℃的條件下,鼓風(fēng)干燥16 h,小麥水分在14%～15%然后儲存于冰箱中備用。

采用布勒實驗?zāi)ツシ?參照AACC26-20方法,根據(jù)籽粒的硬度確定潤麥加水量,硬質(zhì)小麥水分為16%,中等硬度小麥水分為15%,軟質(zhì)小麥水分不超過14%,硬質(zhì)小麥潤麥時間為24 h,中等硬度小麥潤麥時間20 h,軟質(zhì)小麥潤麥時間16 h,控制面粉出粉率在70%左右。

測定磨粉后的發(fā)芽小麥粉水分,取200 g 面粉樣品,采用噴霧的方式將水分均勻的加入面粉,期間要不斷攪拌保證水分分布平衡,調(diào)節(jié)水分含量分別至17%、21%、25%、29%,將處理好的小麥粉裝入500 mL干燥瓶,放入干燥箱分別干燥30、45、60、75 min,干燥溫度分別是80、90、100、110 ℃，(兩個定量的選擇是依據(jù)處理效果也就是預(yù)實驗以及前部分的已經(jīng)確定的最佳條件確定的)。將樣品取出后冷卻至室溫,在室溫下進行水分平衡,防止樣品在高水分下變質(zhì),取出物料粉碎過60目篩,即得到濕熱處理的小麥面粉樣品,并以原小麥粉及發(fā)芽小麥粉作為對照。

1.2.2 面粉白度和色度的測定 色度:打開色度儀的開關(guān),用標準白板校正,選擇測色模式CGV(Dry)。稱取6 g樣品均勻鋪在測試用石英皿內(nèi),輕輕晃動使其盡量平整。按下測定按鈕,記錄CGV(Dry)值以及L*、a*、b*值。

白度:采用智能白度儀測定發(fā)芽小麥粉,開始先用標準板進行校準,然后將待測樣品平鋪在白度儀的樣品盒,刮去多余小麥粉,待小麥粉壓緊后轉(zhuǎn)動把手,聽到兩聲噠噠聲就可以取下把手,將樣品壓緊,翻轉(zhuǎn)取下樣品盒的底部,開始測量,做兩組平行實驗,記錄數(shù)據(jù)。

1.2.3 降落數(shù)值的測定 按照GB/T 10361-2008的方法執(zhí)行,每個樣品應(yīng)做兩組平行實驗。

1.2.4 蛋白含量測定 蛋白含量的測定采用全自動凱氏定氮儀,蛋白質(zhì)換算系數(shù)為5.7。稱取1.0～1.1 g面粉樣品,取5.4 g硫酸鈉,0.6 g無水硫酸銅。將面粉樣品分別倒入準備好的專用試管中,再將稱取好的硫酸鈉和無水硫酸銅加入試管中。將樣品消化2 h。用FOSS全自動凱氏定氮儀進行測定蛋白質(zhì)的含量。

1.2.5 損傷淀粉含量的測定 依據(jù)AACC Method 76-31。運用破損淀粉儀進行測定:用分析天平稱取1 g左右的樣品到儀器樣品槽的正中間,后將樣品的重量,水分含量,蛋白含量輸入儀器中,向干燥的反應(yīng)杯中加入3 g硼酸和3 g碘化鉀,120 mL蒸餾水,備用。開始測量時向反應(yīng)杯中加一滴1 mol/L硫代硫酸鈉。

1.2.6 糊化特性測定 采用德國Brabender Viscograph-E型粘度計按照GB/T 14490-2009進行測定。測試所需的樣品質(zhì)量按照80 g,14%濕基進行校準,加水量為450 mL,混合均勻后置于布拉班德粘度儀的測量杯中,溫度從35 ℃開始上升,升溫速度為1.5 ℃/min,升溫至95 ℃保溫30 min,然后降溫50 ℃,并保持30 min,降溫速度為1.5 ℃/min,最終得到樣品的糊化特性曲線。

1.2.7 揉混特性測定 采用法國肖邦mixolab混合儀,運用chopin+實驗協(xié)議,加水和面后面團的重量為75 g(對應(yīng)面粉質(zhì)量大概為50 g),目標扭矩為1.1 N·m(±0.05 N·m)?；旌蠈嶒瀮x標準實驗的溫度控制分為3個過程[16]:8 min保持30 ℃恒溫階段;加溫階段,15 min內(nèi)以4 ℃/min速度升溫到90 ℃并保持高溫7 min;降溫階段,10 min內(nèi)以4 ℃/min速度降溫到50 ℃并保持5 min,整個過程共計45 min。

表1 HMT對小麥粉的白度和色澤的影響

注：同一列不同字母表示顯著性差異(p<0.05,n=2)表2～表4同,結(jié)果均是兩次平行實驗的平均值±標準偏差，表2、表3同。

1.3 數(shù)據(jù)分析

樣品的所有測試結(jié)果均進行兩次平行實驗。數(shù)據(jù)分析使用單向方差分析(方差分析),結(jié)果以j±s 表示。采用Duncan’s multiple range test法對實驗結(jié)果的平均值進行了顯著性差異檢驗(p<0.05)分析數(shù)據(jù),以及Bivariate Correlations分析相關(guān)性。軟件采用SPSS version 16.0。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理條件下發(fā)芽小麥粉白度和色度變化

表1為濕熱處理前后小麥粉的白度和色度變化情況,并與發(fā)芽未處理和原麥作對照。由表1可以看出,不同濕熱處理的條件都會導(dǎo)致面粉的白度下降,而且隨著水分含量、處理溫度及處理時間的增長,樣品的白度有顯著(p<0.05)的下降趨勢。處理溫度和時間固定時,隨水分含量的升高,處理樣品的白度有顯著(p<0.05)下降;處理水分含量和處理時間固定時間,隨著處理溫度的提升,所得樣品的白度有顯著(p<0.05)下降;水分含量和處理溫度固定時,隨著處理時間的延長,樣品的白度有顯著的降低(在60 min時下降變緩)。經(jīng)發(fā)芽未經(jīng)過熱處理的樣品白度相對于原麥也有一定的下降,但卻高于所有經(jīng)過濕熱處理的樣品。

色度值(CGV)及L*、a*、b*三色空間法是國際上表示色澤的指標,CGV值越小,L*值越大說明色澤好,a*表示紅度值,b*表示黃度值。由表1可以得出:濕熱處理后紅度值和黃度值均會增大,樣品色澤變差,其規(guī)律與白度基本相同。水分含量變化時,水分含量與色澤呈極顯著負相關(guān)(p<0.01);溫度變化時,溫度與色澤呈極顯著負相關(guān)(p<0.01);時間變化時,時間與白度值及色澤呈極顯著負相關(guān)(p<0.01)。

圖1給出了HMT前后樣品白度和色度變化的對比圖。濕熱處理后樣品的白度和色澤變差是由于小麥粉中蛋白質(zhì)和多糖發(fā)生了美拉德反應(yīng)產(chǎn)生了褐變,也有可能是濕熱處理使面粉中蛋白發(fā)生了變性。這與李明菲等[17]研究結(jié)果一致。

圖1 HMT前后小麥粉實物圖Fig.1 Picture of wheat flour before and after HMT注：A:25%-60 min-110 ℃條件下處理的樣品; B:60 min-100 ℃-29%條件下處理的樣品; C:25%-100 ℃-75 min條件下處理的樣品; D:原麥;E:發(fā)芽未處理的對照樣品。

2.2 濕熱處理前后發(fā)芽小麥粉降落數(shù)值變化

降落數(shù)值是目前被廣泛使用測定α-淀粉酶活性的指標。發(fā)芽的小麥粉降落值與α-淀粉酶活性有較好的相關(guān)性[18]。小麥在發(fā)芽時,伴隨著α-淀粉酶活性的顯著增高,其降落數(shù)值會有明顯的降低趨勢。發(fā)芽12 h時樣品的降落數(shù)值由原來的325 s降至183 s,濕熱處理過后,面粉的降落數(shù)值有明顯的回升。由圖2可以看出水分含量升高時,處理的樣品降落數(shù)值有先降低后升高的趨勢,在17%時達到最大(265 s),與25%水分含量(260 s)相差不大。處理溫度(圖3)和處理時間(圖4)對樣品降落數(shù)值的影響趨勢基本一致,都呈現(xiàn)顯著的增高趨勢,增長趨勢分別在100 ℃和60 min以后變緩。

圖2 水分含量對降落數(shù)值的影響Fig.2 Effect of moisture content on falling number

圖3 處理溫度對降落數(shù)值的影響Fig.3 Effect of temperature on falling number

圖4 處理時間對降落數(shù)值的影響Fig.4 Effect of treatment time on falling number

2.3 濕熱處理前后發(fā)芽小麥粉蛋白和損傷淀粉含量變化

表2給出了HMT前后發(fā)芽小麥粉蛋白質(zhì)含量的數(shù)據(jù),與發(fā)芽未處理對照相比,HMT后發(fā)芽小麥粉蛋白質(zhì)含量有輕微下降趨勢,這可能是由于美拉德反應(yīng)(羰基和氨基的縮合)造成了以凱氏定氮法測定的蛋白質(zhì)含量的下降,但蛋白質(zhì)含量隨處理條件不同存在輕微變化,說明不同處理條件下美拉德反應(yīng)(羰基和氨基的縮合)發(fā)生程度不同[19]。發(fā)芽12 h后的小麥樣品的損傷淀粉含量有明顯的增加,這是因為在小麥發(fā)芽期間α-淀粉酶活性急劇增高,淀粉被水解,淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞導(dǎo)致的。濕熱處理后樣品中損傷淀粉含量有顯著的降低,這可能是HMT對淀粉的改性作用造成的。發(fā)芽過程中部分淀粉大分子被酶水解為更小的分子,與機械損傷造成淀粉分子斷裂存在相似性,本實驗之前研究發(fā)現(xiàn),HMT處理后的機械損傷淀粉其損傷度明顯下降,可能是熱運動使得損傷造成的無序淀粉分子鏈發(fā)生重排,形成新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)或晶體完善造成的[20-21]。

表2 HMT 對小麥粉的蛋白含量和損傷淀粉的影響

2.4 不同濕熱處理條件對發(fā)芽小麥粉糊特性的影響

表3是不同濕熱處理條件下發(fā)芽小麥粉的糊化特性變化。相對于原麥,發(fā)芽12 h的樣品糊化特性各項參數(shù)都有極其顯著的降低趨勢,經(jīng)過濕熱處理后主要黏度參數(shù)及糊化溫度均有不同程度的回升。由表3可以看出,隨著處理水分含量的升高,樣品峰值粘度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,在25%水分含量的條件下達到最大值2277.5 mPa·s,相對于發(fā)芽未處理的293 mPa·s有了顯著的提升。處理溫度和處理時間對樣品峰值粘度的影響變化趨勢一致,都是先增加最后趨于平穩(wěn),100 ℃與110 ℃,60 min與75 min沒有顯著差異(p>0.05)。趙仁勇[22]團隊曾采用微波對15%水分的發(fā)芽小麥進行處理,發(fā)現(xiàn)處理后發(fā)芽小麥粉的峰值粘度也大大增加。HMT處理后糊黏度的增長主要是熱對α-淀粉酶活性的鈍化造成的,因為α-淀粉酶水解淀粉會導(dǎo)致其膨脹力和糊黏度降低[23]。由于峰值黏度反映了淀粉顆粒在崩解之前的膨脹能力[24],因此,HMT后峰值黏度增加也說明了顆粒膨脹能力的增加,這與董召榮等報道的熱處理后發(fā)芽小麥淀粉膨脹能力明顯回升的結(jié)論一致[8]。

表3 HMT對小麥粉的糊化特性的影響

表4 HMT對小麥粉熱機械特性的影響

經(jīng)濕熱處理后發(fā)芽小麥的糊化溫度有顯著的提高,并在25%-100 ℃-60 min和29%-100 ℃-60 min達到最大(二者無顯著差異),處理效果較為明顯。通常,HMT后淀粉糊化溫度升高可達10～20 ℃[15,25-26]。例如,Chen等發(fā)現(xiàn),與未經(jīng)處理的面粉對照相比,HMT后面粉的糊化溫度明顯提高,這是由于HMT過程中淀粉分子移動重排,結(jié)晶結(jié)構(gòu)完善或新結(jié)晶結(jié)構(gòu)形成造成的。然而,值得注意的是,當(dāng)前研究中原麥的糊化溫度明顯高于文獻報道的糊化溫度(61.7 ℃)[21],這是由于RVA或布拉班德粘度儀測定得到的糊化溫度是糊黏度迅速增長時對應(yīng)的溫度,不能很好地反映淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)在糊化過程中的吸熱反應(yīng),更準確的測定糊化溫度的方法是差示掃描量熱儀(DSC)[15,25-26]。因此,HMT處理后糊化溫度升高是由于α-淀粉酶失活還是淀粉分子熱運動造成的改性引起的需要進一步研究。

2.5 不同濕熱處理條件對發(fā)芽小麥粉熱機械特性的影響

肖邦mixolab混合儀,可用于研究小麥粉面團中蛋白質(zhì)和淀粉在經(jīng)受機械剪切應(yīng)力及加熱過程中的流變學(xué)特性變化[27]。由表4可以得出,隨著水分含量的增加、處理溫度的升高、處理時間的延長,主要反應(yīng)面筋蛋白質(zhì)特性的面團形成時間逐漸縮短,穩(wěn)定時間變化雖然沒有明顯規(guī)律但相對于原麥甚至發(fā)芽未處理的樣品都有一定縮減(80 ℃和30 min條件下穩(wěn)定時間有略微增加)。結(jié)果表明,芽麥粉面團中的面筋蛋白質(zhì)發(fā)生了不同程度的變性。面團吸水率隨處理條件變化規(guī)律不明顯,但總體上,HMT后芽麥粉的吸水率比未處理的對照及原麥均有下降。面團吸水率受淀粉和蛋白質(zhì)的雙重影響,一方面,HMT后淀粉膨脹能力增加(糊黏度指標反應(yīng)),說明其結(jié)合水能力有提高,另一方面,面筋蛋白質(zhì)受熱變性會發(fā)生疏水聚集,其吸水能力下降,在高溫下,蛋白質(zhì)變性的影響更大,因此造成吸水率較低。弱化度是蛋白質(zhì)耐揉混性的綜合指標,濕熱處理樣品的弱化度都介于芽麥和原麥之間,表明HMT后面團的耐揉混性有所增加。

3 結(jié)論

綜上所述,濕熱處理能夠有效鈍化發(fā)芽小麥α-淀粉酶,降低發(fā)芽小麥粉的損傷淀粉含量,顯著提高發(fā)芽小麥粉的糊化溫度及峰值黏度,改善發(fā)芽小麥粉糊化特性。實驗得到的最佳處理條件為25%-100 ℃-60 min。但濕熱處理也會導(dǎo)致小麥粉白度和色澤變差,蛋白質(zhì)發(fā)生變性。因此,如何在改善發(fā)芽小麥粉糊特性的同時盡量避免蛋白質(zhì)變性是今后濕熱處理研究首要解決的問題。

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Effect of heat-moisture treatment on the quality of germinated wheat flour

JIANG Xiao-xiao,LIU Chong,ZHENG Xue-ling*

(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

Wheat germination results in the deterioration of germinated wheat flour quality. This paper aimed to study the effect of heat-moisture treatment(HMT)on the quality of germinated wheat flour,by treating germinated wheat flour with an effective physical starch modified method-heat moisture treatment(HMT). Wheat variety ZhengMai366 was used as raw material,after germination treatment and then milling,the germinated wheat flour was modified by HMT and the resulting changes of its quality were analyzed. The results showed that:after HMT,the whiteness and colorof germinated wheat flour became worse,the falling number was significantly improved,the total protein content was slightly decreased,and the damage starch content were decreased significantly(p<0.05). The pasting properties were significantly improved(p<0.05),for example,both the peak viscosity and the pasting temperature were obviously increased. The thermomechanical properties of germinated wheat flour after HMT was also analyzed,it was found that the development time and stability time showed a decreasing trend with the increase of water content,temperature and time. This showed that the degree of protein denaturation was enhanced gradually as the treating intensity increased. The optimum treatment condition was 25%-100 ℃-60 min. The result implied that the properties of starch pastes can be improved obviously while avoiding serious denaturation of protein through precisely controlling the HMT conditions.

germinated wheat flour;heat-moisture treatment(HMT);quality;starch;proteins

2016-09-28

江瀟瀟(1993-)，男，碩士研究生，研究方向：食品科學(xué)與工程，E-mail:786952265@qq.com。

*通訊作者:鄭學(xué)玲(1972-)，女，博士，研究方向：食品科學(xué)與工程,E-mail:zhengxueling@126.com。

國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目(U1404331)；河南工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(2013JCYJ01)；河南省小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(S2010-01-G06)；河南省科技創(chuàng)新團隊項目(13IRTSTHN008)。

TS210.1

B

1002-0306(2017)05-0060-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.003