Amylab型降落數(shù)值儀的技術(shù)創(chuàng)新

趙君蘭 于 卉 劉 超

（法國肖邦技術(shù)中國分公司，北京100038）

由發(fā)芽小麥生產(chǎn)的小麥粉制作面包、饅頭等發(fā)酵類食品，表皮暗、體積小、粘牙；制作的面條煮后彈性差、糊湯、表面不光滑、粘牙[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，小麥發(fā)芽后，α-淀粉酶活性急劇增加。用貯存多年的小麥粉制作面包，其體積變小、面包心發(fā)硬、貨架期下降，這是由于小麥籽粒淀粉酶活性不足造成的[4]。也有研究發(fā)現(xiàn)，降落數(shù)值和濕面筋是影響小麥粉色澤b值的主要因素[5]。

降落數(shù)值反映了小麥籽粒中α-淀粉酶活性的大小：α-淀粉酶活性低，則降落數(shù)值高；反之，α-淀粉酶活性高，則降落數(shù)值低。小麥籽粒中淀粉占68%左右，小麥粉中淀粉占80%左右。淀粉由葡萄糖甙聯(lián)結(jié)起來的大分子碳水化合物，淀粉是以淀粉粒型式存在于小麥種子胚乳中。除了小麥粉中淀粉種類、直鏈和支鏈淀粉的比例、損傷淀粉含量對面制品的食用品質(zhì)和烘焙品質(zhì)影響外，α-淀粉酶活性的影響也不容小視。為此，2008年我國對GB 10361—89做出了修訂[6]，對控制小麥發(fā)芽損壞發(fā)揮了很好的作用。1993年我國發(fā)布的專用小麥粉系列標準規(guī)定了不同專用粉的降落數(shù)值，如面包用小麥粉的降落數(shù)值250～350 s，饅頭用小麥粉的降落數(shù)值≥250 s，面條用小麥粉的降落數(shù)值≥200 s等。2017年發(fā)布的中國好糧油標準LST3248同樣規(guī)定了優(yōu)質(zhì)小麥粉（包括優(yōu)質(zhì)高筋小麥粉和優(yōu)質(zhì)低筋小麥粉）的降落數(shù)值≥200 s[7]。

α-淀粉酶活性已作為谷物，特別是小麥、小麥粉的品質(zhì)檢測指標，國內(nèi)外糧食貿(mào)易、制粉和烘焙等行業(yè)對谷物α-淀粉酶的測定也有相應的要求，把降落數(shù)值作為計算小麥和黑麥價格的依據(jù)，降落數(shù)值越低收購價也越低。

1 降落數(shù)值的檢測方法

1960年Hagberg和Perten研制了一種預測α-淀粉酶活性的方法，稱為降落數(shù)值法（Falling Number，F(xiàn)N），測定時將小麥粉或其他谷物粉加水振蕩成水懸浮液，再將懸浮液置于沸水浴中迅速糊化，由于其中的α-淀粉酶活性不同而使糊化物中的淀粉不同程度被液化，液化程度不同，攪拌器在糊化液中下降的時間不同，降落數(shù)值也不同。

1.1 Hagberg降落數(shù)值儀的檢測方法

Hagberg降落數(shù)值儀由粘度計、水浴、電子計時器3部分組成。粘度計主要部分是粘度管、攪拌棒和攪拌系統(tǒng)。粘度管內(nèi)徑21 mm，長度23.8 mm，攪拌棒上部有磁性體，下部有阻力輪，以增加其對小麥面糊的阻力。測定時，取經(jīng)粉碎的小麥粉或其他谷物粉7 g（水分14 %或15 %）置于粘度管中，加25 mL蒸餾水，用手充分振蕩成為懸浮液，然后把粘度管放入沸水浴中，5 s后，以2次/s的速率上下移動攪拌棒，使管內(nèi)的懸浮液充分混合，由于懸浮液受熱漸漸糊化粘度上升，60 s時攪拌棒上升到最高位置，讓其自由下降，當攪拌棒下落一定距離，攪拌棒上部磁性體與儀器傳感器感應，記錄下落時所需的時間即為降落數(shù)值，用s表示[6]。

1.2 降落數(shù)值檢測方法的原理

小麥粉加水振蕩后形成水懸浮液，隨著沸水浴溫度的上升，淀粉粒吸水體積漲大，同時α-淀粉酶活動漸漸加大，對損傷淀粉粒中的淀粉發(fā)生水解作用。當懸浮液達到小麥淀粉糊化溫度時（55℃），淀粉粒破裂，使淀粉分子從淀粉粒中釋放出來，形成糊化液，這時α-淀粉酶對糊化后的淀粉分子水解作用明顯加劇，把部分淀粉水解成糊精和糖，使淀粉糊粘度下降。小麥粉樣品中，α-淀粉酶濃度越大，淀粉糊粘度下降越明顯。

降落數(shù)值可以正確反映面包的烘焙特性。面團在250℃烤爐中烘烤時，其面包心在55～80℃經(jīng)歷的時間約40 s，降落數(shù)值法檢測時的加熱速度與烘焙過程面包心加熱過程極其相似，所以降落數(shù)值可以正確反映面包的烘焙特性。

不同降落數(shù)值小麥粉所制作面包的結(jié)果見圖1。

圖1 不同降落數(shù)值小麥粉所制作面包表現(xiàn)

顯然降落數(shù)值太小，面包內(nèi)部粗糙，孔大小不一，而降落數(shù)值太大，面包體積小。

1.3 Hagberg降落數(shù)值儀存在的一些不足

李振華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)降落數(shù)值儀的冷卻水流速、加熱池、粘度管和攪拌器均是影響檢測結(jié)果準確性的主要因素。傳統(tǒng)降落數(shù)值儀加熱池水位要求始終保持放入粘度管后水恰好不溢出比較難控制，同時實驗過程中水分消耗會導致粘度管不能完全被沸水加熱，因而產(chǎn)生實驗誤差；使用自來水和蒸餾水的檢測結(jié)果差異較大[9]，加熱池內(nèi)的水質(zhì)要求始終如一也難以控制；由于海拔高度的差異，不同地區(qū)熱水沸騰的溫度差異較大，高海拔地區(qū)沸水溫度不能達到100℃，也會導致實驗結(jié)果誤差較大。

2 肖邦Am ylab降落數(shù)值儀的創(chuàng)新

2.1 肖邦Amylab降落數(shù)值儀在檢測技術(shù)上的創(chuàng)新

肖邦Amylab降落數(shù)值儀與傳統(tǒng)降落數(shù)值儀的檢測原理完全一致，但針對傳統(tǒng)降落數(shù)值儀存在的一些問題，肖邦Amylab降落數(shù)值儀（圖2）在檢測技術(shù)上做了很大改進，從而提高實驗的安全性和準確性。

圖2 新型Amylab降落數(shù)值儀

2.1.1 Amylab降落數(shù)值儀沸水浴加熱方式的改進

將傳統(tǒng)的沸水浴加熱改為更加安全的電磁感應加熱，圖3為改進后的電磁感應加熱方式。

圖3 Amylab電磁感應加熱

改進后的加熱方式具有以下優(yōu)點：（1）加熱溫度恒定，實驗結(jié)果不再受海拔高度影響；（2）無沸水噴濺，提高了對操作人員的安全保障；（3）解決了傳統(tǒng)降落數(shù)值儀循環(huán)水浴加熱水浴鍋易老化導致設(shè)備外觀受損的缺點；（4）測試結(jié)果更準確。

2.1.2 Amylab降落數(shù)值儀粘度管的改進

Amylab降落數(shù)值儀使用底部可拆卸的鋁制粘度管（如圖4）替代傳統(tǒng)玻璃粘度管。鋁制粘度管具有以下優(yōu)點：（1）可重復使用且不易破損，使用壽命更長；（2）避免人員被破碎玻璃管割傷的危險；（3）粘度管底部可拆卸，操作更迅速、清洗更方便。

圖4 Amylab降落數(shù)值儀攪拌棒及粘度管構(gòu)造

2.1.3 Amylab降落數(shù)值儀降溫方式的改進

實驗結(jié)束后的冷卻階段，肖邦Amylab降落數(shù)值儀采用物理降溫。傳統(tǒng)降落數(shù)值儀采用流動冷卻水降溫，主要作用是保護粘度管的塑料底座和攪拌器上方的塑料部件，但水流速太小起不到降溫作用，水流速太大會導致水的浪費。采用物理降溫不僅可以很好地控制降溫速度，也避免了水的浪費。

2.2 Amylab降落數(shù)值儀在檢測方法上的創(chuàng)新

Amylab降落數(shù)值儀的檢測方法有兩種，除了Hagberg標準檢測法外，還新增一種檢測方法——Testogram快速法。

2.2.1 兩種儀器采用標準檢測法檢測結(jié)果比較

圖5 Amylab降落數(shù)值結(jié)果與傳統(tǒng)降落數(shù)值結(jié)果相關(guān)性

使用兩種儀器，分別采用Hagberg標準法，測定11個不同降落數(shù)值的小麥樣品的降落數(shù)值，結(jié)果均介于60 s～500 s之間，平均值為250 s左右，兩種設(shè)備的檢測結(jié)果相關(guān)性高達0.97，說明采用Hagberg標準法，兩種儀器檢測結(jié)果完全一致。

2.2.2 Amylab降落數(shù)值儀的Testogram快速法

Testogram快速法是通過記錄攪拌器持續(xù)攪拌90 s內(nèi)的樣品粘稠度變化，來預測標準法降落數(shù)值，用以快速確定小麥發(fā)芽情況。如圖6所示，橫坐標為攪拌棒下降的時間，縱坐標為攪拌棒下降的過程中所受到的阻力（代表懸濁液的粘稠度）。在攪拌棒攪拌過程中，懸濁液在糊化階段粘稠度上升，粘稠度達到最高后隨著淀粉的液化粘度下降，淀粉的糊化和回生發(fā)生在前2 min，該過程中轉(zhuǎn)子下降的時間與粘稠度之間存在指數(shù)方程關(guān)系，從方程式可以看出，粘度越高，降落數(shù)值越高，淀粉酶活性越低。

圖6 Testogram快速法—轉(zhuǎn)子下降所受阻力與下降時間的關(guān)系

粘稠度的檢測原理如圖7所示，Amylab降落數(shù)值儀內(nèi)置力量傳感器，通過該傳感器記錄攪拌棒在懸濁液中所受的力。

圖7 Testogram快速法的檢測原理

10個小麥粉樣品采用標準法降落數(shù)值變化范圍為73～413 s，圖8是采用Testogram快速法檢測的粘度曲線，橫坐標為時間，縱坐標為攪拌棒所受到的力。

從檢測結(jié)果可以看出，其粘度的主要變化均在90 s以內(nèi)。所以利用前90 s的攪拌時間即可以很好地預測Hagberg標準法降落數(shù)值結(jié)果。

圖8 10個樣品的粘度曲線

10個小麥粉樣品的Testogram快速法預測降落數(shù)值與Hagberg標準法檢測的降落數(shù)值結(jié)果如圖9所示，兩種方法的相關(guān)性高達0.98，說明Testogram快速法準確可靠。

圖9 Testogram快速法和Hagberg標準法降結(jié)果相關(guān)性

傳統(tǒng)檢測方法檢測一個樣品大概需要288 s的時間，而Testogram僅需要90 s的時間，Testogram法簡單快速，比標準法平均節(jié)約68%的時間。

3 結(jié)語

快速判斷糧食發(fā)芽情況對谷物收購、加工、倉儲等企業(yè)非常重要，Amylab降落數(shù)值儀克服Hagberg降落數(shù)值儀的部分缺點，使得降落數(shù)值的檢測更加快速、準確、簡便、安全，Amylab降落數(shù)值儀的推出提高了企業(yè)的檢測工作效率。