全自動吹泡儀及其應(yīng)用

趙君蘭

法國肖邦技術(shù)中國分公司 北京 100038

十九世紀二十年代，馬爾文肖邦先生認為用面團測試儀代替烘焙實驗評價小麥烘焙品質(zhì)是完全可行的，于1921年發(fā)明了世界上第一臺吹泡儀，用于模擬面團制作中的變化過程，旨在測量面團的韌性和延展性。目前吹泡儀已經(jīng)成為國際公認的面團流變學檢測設(shè)備，符合GB/T14614.4—2005，AACC 54-30.02，ICC121，NFENISO27971，GOST51415-99等標準[1-2]，在育種、收糧、制粉和工業(yè)烘焙等行業(yè)，吹泡儀都用于面粉的品質(zhì)分析。在國內(nèi)育種方面，前人[3]的研究發(fā)現(xiàn)吹泡儀P值與SDS沉淀值、面筋指數(shù)和除形成時間外的所有粉質(zhì)儀參數(shù)呈極顯著相關(guān)，L值與蛋白質(zhì)含量、干面筋含量、濕面筋含量呈極顯著相關(guān)，W值與除干面筋外的所有品質(zhì)指標都呈極顯著相關(guān)，說明了吹泡儀參數(shù)P值、L值和W值是弱筋小麥品質(zhì)育種的理想選擇指標。在專用粉品質(zhì)檢測方面，王曉陽等[4]發(fā)現(xiàn)當小麥粉的吹泡指標 P 值處于 72～110、L 值 55～70、W 值 140～210 范圍時，北方饅頭的制作品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)良，證明吹泡儀是估測和控制北方饅頭專用粉品質(zhì)的有用工具。經(jīng)過八十多年的經(jīng)驗結(jié)晶，法國肖邦技術(shù)公司推出了最新型的全自動吹泡儀，其硬件的自動化使實驗變得更簡單、結(jié)果更精準，其軟件的多功能性使面團性能的檢測存在更多的可能。

1 吹泡儀的工作原理

一直以來，無論吹泡儀進行怎樣的創(chuàng)新和變革，其檢測原理一直未變。吹泡儀由三個部分組成：和面機、吹泡器、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。吹泡儀測試的是在充氣膨脹變成面泡過程中面團的粘彈性，整個測試包括四個主要步驟。

“面粉和鹽水的混合→5個標準面片的制備→面片的醒置→向面片內(nèi)充入氣體直至面片變成面泡且破裂”，這些步驟模擬了面團發(fā)酵的整個過程：壓片，搓圓，成型，最后發(fā)酵過程中產(chǎn)生二氧化碳使面團產(chǎn)生形變。

圖1 標準吹泡實驗曲線

以“W”表示使面團產(chǎn)生形變所做的功，計算公式為：W=6.54S。S代表曲線下方的面積，以cm2計算，參數(shù)W被稱為“面粉的烘培力”，代表氣泡完成形變所做的功。

Ie值代表面團的彈性系數(shù)，當面泡中注入200mL空氣時所對應(yīng)的“L”值為40mm，內(nèi)壓用另一個參數(shù)“P200”表示，Ie=（P200/P）×100%。Ie值越高，面泡膨脹的阻力越大。但如果Ie值過高，則會出現(xiàn)面團皺縮的現(xiàn)象（特別是在面片擠出和壓平的過程中表現(xiàn)較為明顯）。相反，如果Ie值太低，面團極不穩(wěn)定，尤其是在制樣的過程中。

標準協(xié)議實驗下獲得的吹泡實驗曲線如圖1所示，表示面泡內(nèi)部壓力隨時間的變化。隨著空氣的流入，面片抵抗形變的發(fā)生，當氣流量增加到一個特定值時，面片內(nèi)部壓力增加，使面片產(chǎn)生形變的壓力代表了面團的韌性，即“P”值。“P”值越大，面團的韌性越大。當無法承受更多壓力時，面團開始膨脹，一旦氣泡體積開始增加，內(nèi)部壓力就開始降低。氣泡持續(xù)膨脹的時間依賴于它自身的延展特性。當達到最大延伸力時，氣泡破裂，內(nèi)部壓力降低到零，實驗結(jié)束。

面團的最大延伸性標記為“L”值，該值越高，面團的延展性越強。也可以以膨脹面積（標記為“G”）檢測面團的延展性。公式

2 吹泡儀的檢測方法

傳統(tǒng)的吹泡儀檢測方法根據(jù)面團制備時水合方式的不同分為兩類：

第一種是恒量加水法，是指所有的面粉按照相同的水合率加水。一旦確定了目標水合率（標準實驗方法為15%濕基條件下吸水率50%），實驗開始前操作人員只需要知道面粉的水分含量。該方法操作簡單，適用于各類面粉的分析。

第二種是適量加水法（或者叫“恒定稠度”），是指面粉按照自身的吸水能力加水。實驗根據(jù)面粉水分和面粉本身吸水能力構(gòu)成。適量加水吹泡實驗首先需要通過稠度儀來確定面粉吸水率。稠度儀是由內(nèi)置有傳感器的和面器和數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)組成，在面團稠度達到（2200±7%）mb標準稠度時的加水量即為吸水率，稠度儀在4min的時間內(nèi)便可確定出吸水率。適量加水的吹泡實驗與標準恒量加水實驗操作完全一樣。為了防止恒量加水和適量加水實驗結(jié)果的混淆，吹泡實驗結(jié)果參數(shù)進行了不同的命名。適量加水時，P改為 T，L改為 A，G改為 Ex，W改為Fb，Ie改為Iec。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對高蛋白含量的面粉及小麥的追求日益增多，蛋白是面粉中的主要吸水成分，其吸水能力是自身重量的1.8倍，高蛋白的面粉其吸水率較高。而適量加水吹泡法可以更好地區(qū)分出該類面粉[5]。

3 最新型的AlveoLab全自動吹泡儀

Alveolab全自動吹泡儀是由兩部分組成，數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)由外置計算機完成。如圖2所示，左側(cè)為和面器和醒置室，該部分還包含了自動注水系統(tǒng)，右側(cè)為吹泡器。AlveoLab的研發(fā)是基于操作更容易和結(jié)果更準確的創(chuàng)新理念。

圖2 Alveolab全自動吹泡儀

3.1 Alveolab全自動吹泡儀的硬件創(chuàng)新

在硬件上，全自動吹泡儀提高了主要實驗步驟的自動化程度，對測試條件進行精確的監(jiān)控。從而減少操作者及環(huán)境條件對結(jié)果的影響。

實驗第一步是面團的形成，Alveolab會根據(jù)操作員的實驗設(shè)定自動調(diào)節(jié)水溫、自動加水、自動和面。實驗第二步是面片的制備，該過程Alveolab配備了自動圓切刀和防粘涂層的新型醒置片，具體操作如圖3所示。每一步驟都進行了改進，使得操作更簡單、結(jié)果更精確。

圖3 Alveolab面片制作過程

面片制備后陸續(xù)進入醒置室進行醒置，醒置室溫度恒溫25℃，為了增加實驗效率，Alveolab配備了三組醒置室，可以實現(xiàn)三組實驗同時進行。實驗的最后一步是吹泡，這一過程的改進是最為突出的，面片的定位和膨脹均在溫濕度可控的操作室內(nèi)全自動進行，消除了外部條件對實驗結(jié)果的影響，Alveolab的氣泡設(shè)計為倒置，由于順應(yīng)地心引力的作用使倒置的氣泡更圓，與面制品實際生產(chǎn)過程更加接近，該過程如圖4和圖5所示。整個實驗過程中的溫度控制均由設(shè)備自行控制，無需外接冷卻循環(huán)系統(tǒng)。

圖4 新型吹泡過程

圖5 全自動吹泡儀氣泡倒置

圖6 不同實驗環(huán)境下吹泡結(jié)果的相關(guān)性

Alveolab全自動吹泡儀對各實驗過程操作控制，使檢測結(jié)果更加精準。圖6為法國肖邦應(yīng)用實驗室在不同實驗室條件下進行吹泡實驗的結(jié)果，它表明實驗室溫度在20℃和28℃兩種條件下P值、L值、W值、P/L值均存在極顯著正相關(guān)，說明Alveolab全自動吹泡儀可以很好地消除實驗室的誤差，降低人為因素對實驗結(jié)果的影響。

3.2 Alveolab全自動吹泡儀的軟件創(chuàng)新

Alveolab現(xiàn)代化的軟件設(shè)計，滿足我們對數(shù)據(jù)處理的所有需求：數(shù)據(jù)及圖譜的導入導出、在線對比及計算。除此之外，針對面粉及食品用戶還增加了方便日常生產(chǎn)管理的附加功能。

全自動配麥配粉功能，在實際生產(chǎn)中，面粉廠會根據(jù)不同的生產(chǎn)目的要對市場上所提供的小麥進行比較、分類和選擇，這一過程中用戶需要依據(jù)吹泡儀的指標進行小麥和面粉的搭配。全自動吹泡儀新軟件設(shè)計的自動配麥配粉功能，用戶可以選擇多達10個產(chǎn)品，根據(jù)AlveoLab目標值，該軟件會自動計算最合適的搭配方案；同時用戶也可以自選所配比例，軟件自動給出配麥配粉的結(jié)果，該操作可大大縮短操作時間、降低人工成本。

改良劑指引功能，吹泡儀也廣泛應(yīng)用在面制品改良劑的選擇上，用于檢測改良劑在面團中的品質(zhì)表現(xiàn)，從而確定添加劑（半胱氨酸、抗壞血酸、酵母活性、葡萄糖等）的最佳使用情況。AlveoLab軟件內(nèi)置改良劑數(shù)據(jù)庫，改良劑指南功能可以幫助客戶找出達到目標吹泡值的最適添加劑種類。同時客戶也可根據(jù)實際應(yīng)用更新和擴充該數(shù)據(jù)庫。

對于食品企業(yè)來說，新的吹泡儀軟件可長期圖示化檢測某一供應(yīng)商或客戶產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。另外，為了檢查儀器是否始終處于良好運行狀態(tài)，軟件可以在幾分鐘之內(nèi)給出一個內(nèi)置的精度控制圖。

Alveolab軟件可自動生成帶有企業(yè)名稱和企業(yè)標識的標準結(jié)果證書。為了確保完整的可追溯性，所有實驗結(jié)果均可備份。Alveolab滿足多個實驗同時進行，每天可以增加40%的檢測量，使投資回報率最大化。

4 Alveolab全自動吹泡儀的最新應(yīng)用

AlveoLab全自動吹泡儀包括稠度儀分析功能，實現(xiàn)了更多實驗的可能性。新型軟件預裝了不同的測試協(xié)議供選擇，包括經(jīng)典的恒量加水標準吹泡儀協(xié)議和恒量加水稠度協(xié)議；適量加水吹泡協(xié)議和適量加水稠度協(xié)議（適量加水實驗主要用于硬麥或高筋粉[5]）；杜倫麥檢測協(xié)議；前四種實驗協(xié)議在NG型吹泡儀也同時具備，除此之外還增加了一些功能性的實驗協(xié)議。

衰減實驗協(xié)議：用于識別蟲蝕小麥，5個面片中2個面片遵循標準吹泡儀協(xié)議，另外3個面片靜置2h，比較實驗得出的28min和2h曲線（圖7），得到降解指數(shù) DI，DI=（W28-W120）/W28，降解指數(shù)越大說明小麥被蟲蝕越嚴重。吹泡儀也被公認為是檢驗蟲蝕小麥簡單而有效的儀器。

圖7 降解實驗結(jié)果

松弛實驗協(xié)議：面泡在注入200mL空氣后結(jié)束注氣，隨著與大氣壓力之間平衡的降低而記錄氣泡內(nèi)部壓力。當注氣停止后，壓力降到50%時所需時間被定義為松弛時間。實驗結(jié)果如圖8中所示，T1/2為松弛時間，松弛時間短，說明面團耐受性差，松弛時間長，說明面團具有高的抗張力，好的面包胚擁有一個較長的松弛時間。

圖8 松弛實驗結(jié)果

AlveoLab不僅有之前幾款儀器所有的測試協(xié)議，用戶還可以簡單快速地定義新的測試協(xié)議。例如，改變攪拌強度和時間可讓分析方法更接近某種應(yīng)用，使得吹泡儀結(jié)果更好地預測面粉的使用特性。

另外，軟件新增加“一階導數(shù)”結(jié)果，如圖9所示，其中一個重要的參數(shù)為DMax，該參數(shù)是基于吹泡曲線的一階導數(shù)計算而來。K.Addo曾經(jīng)在1990年報道過這個參數(shù)與面包體積和面包比容均有很好的相關(guān)性，總之，具有很好面包制作潛力的面粉，DMax較低；反之，較高[6]。

圖9 吹泡結(jié)果——一階導數(shù)

BogdanDobraszczyk想要從吹泡的過程中提取更多的信息，提出了用應(yīng)力應(yīng)變（面團抵抗形變的能力）來解釋吹泡面泡抵抗形變的能力，應(yīng)力應(yīng)變是指壓力增加時，面團抗張力相應(yīng)增加的特性。于此，新的吹泡儀軟件增加了基于吹泡的一個新的研究參數(shù)，即應(yīng)力應(yīng)變指數(shù)（SH），其應(yīng)力應(yīng)變曲線的擬合函數(shù)，即y=K·eSH·X，如圖10所示。該應(yīng)力應(yīng)變曲線不同于傳統(tǒng)吹泡曲線（顯示壓力隨時間變化），它給出了兩個新的參數(shù)，K（常數(shù)）和SH（應(yīng)力應(yīng)變指數(shù)），能夠識別出面團破裂時的最大張力。研究顯示，K值與面團的韌性P值顯著正相關(guān)，SH值與面團的結(jié)構(gòu)正相關(guān)，具有良好SH值的面團，其制作出的面包體積更大、面包心紋理更均勻。同時，SH值低于1時，氣泡壁不再穩(wěn)定，快速合并導致所持氣體流失，從而影響產(chǎn)品體積和紋理結(jié)構(gòu)[7-9]。

圖10吹泡結(jié)果——應(yīng)力應(yīng)變曲線

5 結(jié)論

吹泡儀操作簡單、時間短，且實驗結(jié)果與面制品品質(zhì)性狀結(jié)合緊密，最新型的Alveolab全自動吹泡儀規(guī)避了品質(zhì)檢測中常見的臺間差、實驗環(huán)境、人為因素等問題，將設(shè)備的精準度提升到一個更高的水平，更多更深入的應(yīng)用參數(shù)也充分體現(xiàn)了Alveolab在科研及實際應(yīng)用中的重要性。

[1]GB/T14614.4—2005小麥粉面團流變特性測定 吹泡儀法[S]

[2]AMERICAN.Association of Cereal Chemists.Approvedmethods of the AACC54-30.02

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[4]王曉陽，鮑慶丹，王鳳成.小麥粉的吹泡儀指標與北方饅頭品質(zhì)關(guān)系研究[J].糧食與飼料工業(yè)，2010（10）：18-20

[5]王淡兮，于卉，孫哲.適量加水吹泡——一種新型的吹泡測試方法[J].現(xiàn)代面粉工業(yè)，2013，27（04）：32-34

[6]Addo K，Coahran D R，Pomeranz Y.A new parameterrelated to loaf volume based on the first derivative of thealveograph curve[J].Cereal Chemistry，1990，67

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