弱筋小麥粉品質改善技術研究進展

劉遠曉，李萌萌，卞 科，關二旗，任傳順

河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

弱筋小麥粉是餅干、蛋糕和我國南方饅頭等食品的主要原料[1]，因此,弱筋小麥粉的品質對這些食品的品質具有重要影響。弱筋小麥粉的粒度、濕面筋、粉質曲線穩(wěn)定時間和降落數(shù)值等品質特性均可能對食品品質產生影響[2]。由于弱筋類食品種類繁多，所需加工工藝不同，小麥加工廠所生產的弱筋粉的品質往往難以完全滿足弱筋類食品的需求。為了獲得品質優(yōu)良的弱筋小麥粉，國內外專家和小麥加工企業(yè)嘗試了多種方法改善弱筋小麥粉品質，主要包括氯氣處理、臭氧處理、熱處理和添加改性劑等方法。隨著我國人民生活水平的提高，餅干、蛋糕等食品的市場規(guī)模逐年增大，因而對優(yōu)質弱筋小麥粉的需求量也逐年增加。但是，由于我國缺乏優(yōu)質弱筋小麥種質資源，優(yōu)質弱筋小麥總產量較低，長期以來對弱筋小麥的需求大量依賴進口。目前，我國正通過培育優(yōu)質弱筋小麥品種提高弱筋小麥產量和品質；同時，也研究了改善弱筋小麥粉品質的方法。作者介紹了主要弱筋類面制食品與弱筋小麥粉品質的關系，重點綜述了弱筋小麥育種、氯氣處理、臭氧處理、熱處理和添加改性劑等方法的發(fā)展歷史、基本原理和研究現(xiàn)狀，并對其優(yōu)缺點和應用前景進行了分析，以期為探究更好的改善弱筋小麥粉品質的方法提供參考。

1 弱筋類食品品質與小麥粉理化特性的關系

1.1 餅干

餅干是除面包外生產規(guī)模最大的焙烤食品，據(jù)統(tǒng)計，2019年我國規(guī)模以上餅干生產企業(yè)的總產量約1 007萬t，且預計在未來幾年將以7%～10%的速率增長。弱筋小麥粉是幾乎所有餅干的主要原料之一，因而餅干品質除了加工工藝條件之外，在很大程度上取決于小麥粉的理化特性。

優(yōu)質餅干通常具有口感酥松或松脆等特點，因此，通常要保證在和面過程中面筋形成較少、面團吸水率較低且面團延展性較好。除了餅干配方中油、糖和泡打粉的添加量以外，小麥粉本身的特性對于面團的性質也至關重要[3]。Kweon等[4-5]研究表明，小麥粉的溶劑保持力、粉質特性與餅干的品質具有顯著相關性。對于多數(shù)餅干，小麥粉應具有蛋白質含量、濕面筋含量、灰分、溶劑保持力、破損淀粉含量均較低以及面團延展性好等特性[3,6]。較低的面筋含量可以使餅干具有較好的酥松性，較低的灰分可以使餅干的口感更細膩、延展性更好[7]，較好的面團延展性則可以使餅干焙烤過程中延展性較好。此外，由于餅干為低水分食品，在和面時不宜加水過多，而破損淀粉會顯著增加小麥粉的吸水率，因此，餅干用小麥粉中破損淀粉含量應在較低水平[8]。不同類型的餅干對小麥粉理化特性的要求不盡相同。馬文惠等[9]研究發(fā)現(xiàn)，生產優(yōu)質酥性餅干的小麥粉，應滿足的要求：濕面筋含量≤26%，粉質吸水率≤55%，面團穩(wěn)定時間≤2.0 min，吹泡儀彈性≤60 mm，吹泡儀能量≤150 mJ，吹泡儀彈性/延伸性≤0.50，水保持力(SRC)≤55%，碳酸鈉SRC≤70%，蔗糖SRC≤95%，堿性SRC≤56%。關裕亮等[10]研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)質曲奇餅干專用小麥粉品質特性應達到的標準：灰分≤0.6%,濕面筋含量26%～31.5%，面團穩(wěn)定時間5～7 min，弱化度60～120 BU。

1.2 蛋糕

蛋糕是一種常見的焙烤類糕點，近年來我國蛋糕的消費量逐年增加。小麥粉作為蛋糕生產的主要原料之一，其理化特性對蛋糕品質有重要影響[11]。

優(yōu)質蛋糕通常具有比容大、口感松軟、質地細膩等品質特性，要求面糊面筋含量較低、持氣性良好。調制面糊時面筋的形成量、小麥粉的濕面筋含量均與糖、油的添加量有關。除此之外，小麥粉還應具有灰分含量低、面團穩(wěn)定時間短、降落數(shù)值較高、粒度較小[12]等特性。灰分可以反映小麥粉的加工精度，面團穩(wěn)定時間反映面筋品質，降落數(shù)值反映小麥粉中α-淀粉酶的活性?；曳州^高時，說明混入小麥粉的麩皮較多，不利于蛋糕烘焙時氣孔的形成和穩(wěn)定。面團穩(wěn)定時間較長時，面筋強度較高，不利于蛋糕焙烤過程中面糊的延展，不能形成比容較大的蛋糕。小麥粉粒度較小時，水、油等液態(tài)成分在面糊中的分布更加均勻，更有利于制作出比容較大、質地柔軟的蛋糕[13]。

小麥粉中的蛋白質、淀粉和脂質等主要組分對蛋糕的品質均具有顯著影響，面筋蛋白構成蛋糕的網(wǎng)絡結構，但當面筋蛋白含量較高時，蛋糕糊的延展性受到抑制，而小麥醇溶蛋白則對蛋糕糊的延展性有利[14]。此外，醇溶蛋白有利于提高蛋糕糊的黏度[15]，因而醇溶蛋白含量較高的小麥粉有利于制作比容較大的蛋糕。在焙烤過程中，由于淀粉糊化等因素而產生的黏度是維持蛋糕中氣泡的重要因素，低黏度的蛋糕糊不利于維持氣泡，而蛋糕糊黏度較高時，氣泡則不易逸出，從而增大蛋糕比容[16-17]。因此，淀粉的糊化特性對蛋糕品質具有顯著影響。

目前，弱筋小麥粉主要被用于生產餅干和蛋糕，其他類型的食品，如南方饅頭、叉燒包等，對弱筋小麥粉的特性要求與餅干、蛋糕相似[18-19]。目前，我國現(xiàn)有的弱筋小麥品種雖然蛋白質含量低，但其籽粒硬度、面筋品質和溶劑保持力等品質仍然難以達到優(yōu)質弱筋小麥的要求。因此，我國優(yōu)質弱筋小麥粉的產量難以充分滿足市場需求，需要通過育種、物理改性、化學改性和添加劑的應用等方法來改善弱筋小麥粉品質，從而提高優(yōu)質弱筋小麥粉產量。

2 弱筋小麥粉品質改善研究現(xiàn)狀

2.1 優(yōu)質弱筋小麥品種的培育

早在20世紀50年代，美國、加拿大、澳大利亞等國家已經開展了優(yōu)質弱筋小麥品種選育、品質區(qū)劃等方面的工作。而我國的小麥育種則長期以提高產量為首要目標，直至20世紀末，優(yōu)質弱筋小麥育種才被列為主要目標之一[20]。20世紀末，我國育成了寧麥9號、建麥1號、揚麥9號、豫麥50、鄭麥004等弱筋小麥品種，21世紀初，又育成了揚麥13、揚麥15、寧麥13、皖麥48、揚輻麥2號等弱筋小麥品種[20]。近年來，我國弱筋小麥的種植面積、總產量和品質均得到了顯著提高。張勇等[21]對比了89份美國弱筋小麥品種和18份國產弱筋小麥品種的品質，結果表明，國產弱筋小麥的蛋白質含量更低，但國產弱筋小麥的籽粒硬度、溶劑保持力仍高于美國弱筋小麥，理化特性相對較差。

雖然我國弱筋小麥育種取得了一定成果，但我國在弱筋小麥育種中仍然存在許多問題，主要包括：缺乏優(yōu)質弱筋小麥種質資源[22-23]；品質穩(wěn)定性差；加工品質仍需改良[24]；綜合性狀有待進一步提高。鑒于以上問題，除了小麥育種外，在小麥栽培、產后加工等過程中采取一定手段改善弱筋小麥品質具有重要意義。

2.2 氯氣處理

氯氣處理是改善弱筋小麥粉食用品質的一種有效方法，自20世紀20年代起，氯氣處理法已經逐漸開始在面粉工業(yè)中得到應用[25]。最初，氯氣在面粉工業(yè)中主要用于小麥粉的漂白和促進小麥粉的后熟[26]。以經氯氣處理后的小麥粉為原料可以制得品質(質構、體積等)更好的蛋糕[25]。在面粉工業(yè)中，進行氯氣處理時，所使用的氯氣質量濃度通常為1 100～2 300 mg/kg[25]。在氯氣處理過程中，淀粉、蛋白質、脂質、戊聚糖等各組分均可吸收氯氣[25]。其中，不飽和脂肪酸是首先吸收氯氣的組分，而面筋蛋白則是氯氣的主要吸收體[27]。

氯氣主要通過其強氧化作用以及其他化學性質與小麥粉組分發(fā)生化學反應，改變小麥粉中淀粉、蛋白質、脂類和戊聚糖等組分的性質，從而改善蛋糕的比容、質構等品質。由于小麥粉中含有一定量的水分，因此在進行氯氣處理時，氯氣與小麥粉中水發(fā)生反應，產生次氯酸根離子(ClO-)、氯離子(Cl-)和氫離子(H+)。其中，ClO-具有強氧化性，對小麥粉起到了漂白作用，H+的存在則導致小麥粉pH值降低[25]。在氯氣處理時，氯氣可以與小麥粉中的不飽和脂肪酸發(fā)生加成反應。氯氣最先與小麥粉中的單不飽和脂肪酸發(fā)生反應[28]。在氯氣與脂肪酸發(fā)生反應時，氯氣對游離態(tài)和結合態(tài)脂肪酸不具有選擇性[29]。由于脂質常與蛋白質、淀粉等發(fā)生相互作用，因此,氯氣與小麥粉脂質發(fā)生的化學反應對于改善蛋糕品質也具有重要作用。氯氣處理對小麥粉的作用最終表現(xiàn)為促進淀粉糊化、增強淀粉表面蛋白質的疏水性、弱化面筋強度和增強小麥粉持水力。由于氯氣的作用，在制作蛋糕時，淀粉糊化時溶脹更快、黏度更大，因而對面糊結構的支撐力更強，所制得蛋糕的比容更大。小麥粉經氯氣處理后，由于持水性的增強，在制作蛋糕時可以吸收更多水分，從而使焙烤后的蛋糕質地更加柔軟[30]。雖然氯氣處理對弱筋小麥粉品質具有良好的改善效果，但由于氯氣具有一定毒性，許多國家和地區(qū)已制定了嚴格的限量標準，歐盟已禁止采用氯氣處理小麥粉。

2.3 熱處理

熱處理是小麥加工與儲藏中常用的處理方法，在小麥和小麥粉的殺蟲、殺菌脫毒、酶活性抑制和小麥品質改良等方面均得到了一定應用，同時在低筋小麥粉的品質改善中也取得了良好的效果。適當?shù)臒崽幚砜梢约铀偃踅钚←湹暮笫?，從而使其品質更加穩(wěn)定[31-32]。Russo等[33]首先研究了小麥粉的熱處理技術，經熱處理后，小麥粉的沉降值減小、蛋白質的溶解度降低、淀粉的糊化黏度升高，所制得蛋糕的質構和風味得到顯著改善。此后，不同的研究者從多種角度對熱處理工藝進行了許多改進，研究了多種不同形式的熱處理方法，并對熱處理改善小麥粉品質的機理進行了研究。Neill等[34]和Chesterton等[35]均采用流化床干燥法對小麥粉進行熱處理并對其工藝進行優(yōu)化，所得最優(yōu)工藝分別為120～130 ℃、30 min和130 ℃、15 min，最優(yōu)工藝存在的差別主要可能是由所用熱處理設備的差異造成的。Hanamoto等[36]將小麥粉置于密閉容器中，在71 ℃下密閉4～5 d，隨后在小麥粉中混入適量淀粉，該處理工藝不僅可以顯著改善蛋糕的質構、色澤、感官等品質，而且未使用和產生對人體有害的物質。Chieko等[37]采用干熱法在120 ℃下處理弱筋小麥粉，在10～120 min內，隨著處理時間的延長，在制作日本海綿蛋糕時，蛋糕糊的氣泡穩(wěn)定性顯著增強，最終使蛋糕體積顯著增大。除了傳統(tǒng)的熱處理方法外，新型熱處理方式也在弱筋小麥的改性中得到了一定應用。Liu等[38-40]使用過熱蒸汽處理弱筋小麥，結果表明，在適當條件下，過熱蒸汽處理弱筋小麥可顯著改善蛋糕的比容、質構和感官品質等特性，同時也能顯著降低酥性餅干的硬度，改善其延展性和感官品質等。

在熱處理過程中，小麥粉中淀粉發(fā)生部分糊化[41]、蛋白質部分變性[42]，這些變化是導致小麥粉品質發(fā)生變化的根本原因，從而影響所制得蛋糕的品質。其中，蛋糕體積主要受蛋糕糊黏度的影響，而蛋糕糊黏度主要是由淀粉黏度決定的[30]，而淀粉黏度的變化則是由淀粉顆粒表面蛋白質疏水性的變化、淀粉糊化和淀粉破損等因素引起的[43-44]。此外，由于熱處理溫度和時間與小麥粉水分含量具有一定相關性，因此熱處理后小麥粉水分含量也與蛋糕品質相關，熱處理后小麥粉水分含量低于8%且接近于4%時，所制得蛋糕的品質最佳，因此水分含量的變化可以作為控制熱處理條件的依據(jù)[44]。

適當?shù)臒崽幚韺Φ徒钚←湻燮焚|具有較好的改善效果[45-46]，但不當?shù)臒崽幚韯t可能對小麥粉品質產生負面影響(包括面團品質變差和烘焙品質變差等)。因此，在進行熱處理時，應根據(jù)應用目的、小麥粉品質和食品品質的變化選取合適的熱處理工藝。

2.4 臭氧處理

臭氧具有強氧化性，易于分解，因此臭氧處理不會對樣品造成污染，是一種“理想的綠色強氧化劑”[47]。臭氧對于降低食品加工廠化學需氧量、食品殺菌和延長食品貨架期具有良好的作用，因此在食品加工中應用廣泛[48]。

在蛋糕用小麥粉生產過程中，可以采用臭氧處理法替代氯氣處理。研究表明，臭氧處理小麥粉可以顯著提高蛋糕的體積、改善蛋糕的內部結構和質構，這與氯氣處理的作用相似[49]。但是，臭氧處理和氯氣處理對蛋糕粉的改善機理不完全相同。小麥粉經臭氧處理后，產生了酸性化合物，使小麥粉的pH值降低[50]。臭氧還可以氧化小麥粉中的色素(如葉黃素)，導致黃度值降低[51]。此外，臭氧氧化蛋白質的巰基，形成分子間二硫鍵[52]。因此，經臭氧處理后，小麥粉中的不可提取聚合蛋白質含量增加、蛋白質平均分子量變大，但氯氣處理不會引起蛋白質分子量和溶解性的顯著變化。以上作用最終導致所制得蛋糕糊的黏度增加、比重減小，蛋糕比容增大。

臭氧處理雖然對蛋糕粉具有良好的改善效果且安全性較高，但也可能導致小麥粉產生不良氣味。在實際應用中，應采取一定措施消除臭氧處理過程中產生的不良氣味。

2.5 改性劑法

可以通過在小麥粉中添加化學添加劑改善其品質。碘酸鉀、L-半胱氨酸、N-乙基馬來酰亞胺(NEM)、二硫赤蘚糖醇、蛋白酶等改性劑可以通過改性蛋白質來改善小麥粉的食用品質，添加改性劑后的小麥粉所制得曲奇的延展性、硬度、酥脆性等品質得到顯著改善[53-54]。此外，添加大豆磷脂、黃原膠、過氧化氫、抗壞血酸和葡萄糖氧化酶等改性劑均可以改善蛋糕用小麥粉的品質[25,55]。Geera等[56]研究表明，在小麥粉中添加大豆粉、黃原膠、瓜爾豆膠或乳清蛋白對于蛋糕的高度、體積和質構均具有顯著改善作用。其中黃原膠和瓜爾豆膠對于穩(wěn)定蛋糕糊和蛋糕體系的結構具有重要作用。Thomasson等[57]研究表明，在熱處理后的小麥粉(水分含量7%)中添加0.12%的黃原膠即可顯著提高所制得的蛋糕糊的黏度，從而使最終所制得的蛋糕體積增大，且顯著大于由氯氣處理的小麥粉所制得的蛋糕。而在熱處理后的小麥粉中添加200 mg/kg或300 mg/kg的L-半胱氨酸時，可以減少蛋白質的聚合，增大蛋糕糊在焙烤時的延展性，從而可以達到與氯氣處理相似的效果。葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖氧化產生葡萄糖酸和過氧化氫，而過氧化氫可以促進蛋白質分子中的自由巰基氧化為二硫鍵、促進水溶性戊聚糖的凝膠化并改變面糊的流變學特性，這些性質的改變促進了蛋糕品質的改善[58-59]。Pycarelle等[60]研究表明，某些外源脂類(如單?；视突蚓鄹视王?可以改善蛋糕糊的氣室結構和穩(wěn)定性，從而使蛋糕的體積更大、質構更柔軟。

3 總結與展望

優(yōu)質弱筋小麥品種的選育是穩(wěn)定提高弱筋小麥產量的關鍵，但目前小麥育種難以完全解決弱筋小麥的短缺問題，因此,可以通過氯氣處理、臭氧處理、熱處理和添加改性劑等方法來對弱筋小麥或弱筋小麥粉進行改性，使之更適宜于制作蛋糕、餅干等食品。在這些方法中，氯氣處理是傳統(tǒng)方法，但由于其具有毒性已逐漸被替代；臭氧處理在理論上具有可行性，但目前應用較少；熱處理和改性劑法效果較好、易于操作，是目前應用較多的改善弱筋小麥粉品質的方法。但熱處理在改變烘焙品質的同時，也可能對小麥粉的其他品質造成不良影響，因此，在未來應對熱處理的方法和工藝進行更深入的研究，同時應促進熱處理在小麥加工中的規(guī)?；藴驶瘧?。此外，也應對熱處理改善弱筋小麥粉的機理和分子機制進行深入研究，從而為在實際生產中調整熱處理的參數(shù)和條件提供理論依據(jù)。