椰子粉對小麥粉熱機械流變特性的影響

李 銘 盛 政 李則均 張海華

(1. 三亞中瑞酒店管理職業(yè)學(xué)院，海南 三亞 572000；2. 浙江農(nóng)林大學(xué)食品與健康學(xué)院，浙江 杭州 311300)

椰子風(fēng)味獨特、營養(yǎng)豐富，所含的蛋白質(zhì)中具有人體所需的18種氨基酸，且必需氨基酸配比合理[1]，尤其是所含的椰油熱量低、代謝速度快[2]、易于消化吸收[3]，還含有大量的膳食纖維。將椰子去殼后取椰果果肉和椰汁經(jīng)冷凍干燥制成椰子全粉，保留了椰子的全部營養(yǎng)成分，再將椰子全粉與小麥粉混合可用于開發(fā)具有椰香風(fēng)味、營養(yǎng)獨特的面食品。開發(fā)含有椰子全粉的面食品需先了解椰子全粉對小麥粉的流變特性的影響，然而當(dāng)前尚未見相關(guān)研究報道。

流變特性是小麥粉最重要的加工特性，也是決定面制品品質(zhì)的最關(guān)鍵特性。良好的流變特性，可賦予面團良好的加工性能，如面條不斷條、不黏結(jié)、易成型等，以及面制品良好的質(zhì)地品質(zhì)，如面條彈性、硬度更佳等。小麥面團獨特的流變特性是由小麥面筋蛋白分子間通過氫鍵、范德華力、二硫鍵和疏水作用等形成面筋網(wǎng)絡(luò)骨架，其中包裹/鑲嵌小麥淀粉分子，進(jìn)而形成的大分子聚合體所決定的[4]。然而，面制品的面團流變特性除與小麥粉有關(guān)外，還受到配方中其他組分的影響，如鹽、糖、脂、蛋白、纖維素等。研究[5-7]表明，大量脂肪、纖維素、非面筋類蛋白的存在會影響面筋蛋白的水合形成面筋網(wǎng)絡(luò)，降低吸水率，面團穩(wěn)定時間降低，進(jìn)而影響面團質(zhì)構(gòu)和黏彈性。少量添加纖維素，可以形成纖維素—蛋白—淀粉之間的弱作用和纖維素自身形成剛性的凝膠結(jié)構(gòu)有利于面團的形成[8-10]。

研究擬采用Mixolab混合實驗儀考察不同配比椰子全粉對小麥粉熱機械流變特性的影響，以期為開發(fā)含椰子全粉的面食品提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金龍魚多用途麥芯中筋小麥粉：益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司；

椰子粉：實驗室自制(將海南市售椰果的果肉和椰汁經(jīng)打漿后冷凍干燥即得，其中含粗脂肪69%、蛋白質(zhì)8%、纖維素18%)。

1.2 儀器與設(shè)備

混合實驗儀：Mixolab2型，法國肖邦技術(shù)公司；

電子分析天平：HZ2002A型，慈溪紅鉆衡器設(shè)備有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9053A型，上海精宏實驗設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水分含量測定 按GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》中的直接干燥法執(zhí)行。

1.3.2 復(fù)配粉制備 以小麥粉為基礎(chǔ)，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別添加0%，1%，3%，5%的椰子粉，充分混合即為椰子粉—小麥粉復(fù)配粉，分別標(biāo)記為y0、y1、y3和y5，密封待用。

1.3.3 熱機械流變特性測定 依據(jù)GB/T 37511—2019，采用Mixolab 混合實驗儀研究復(fù)配粉在攪拌和加熱及冷卻過程中面團的熱機械流變特性。儀器參數(shù)設(shè)置：選擇Chopin+協(xié)議，揉面刀轉(zhuǎn)速80 r/min，測試面團重量為75.0 g，面團的稠度以(1.10±0.05) N·m為標(biāo)準(zhǔn)，水箱溫度恒定30 ℃。試驗溫度程序設(shè)置：先30 ℃恒溫8 min；以4 ℃/min 的速度升溫到90 ℃，保持7 min；再以4 ℃/min的速度降溫到50 ℃，保持5 min；整個測定過程共45 min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個樣品重復(fù)試驗3次，取平均值作為最終分析的指標(biāo)數(shù)據(jù)。采用Origin 2021進(jìn)行作圖，使用SPSS 25.0統(tǒng)計軟件在P<0.05水平下進(jìn)行數(shù)據(jù)間顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配粉的熱機械流變曲線

將各復(fù)合粉按設(shè)定程序進(jìn)行熱機械流變特性測定，結(jié)果見圖1。通過圖1可以獲得面團形成時間、穩(wěn)定時間、面筋蛋白弱化時間和弱化溫度、淀粉糊化溫度和凝膠化溫度、峰值黏度、降落值等，表征面團在熱和機械攪拌共同作用下的流變特征指標(biāo)。從曲線圖上可以直觀觀察到，椰子粉對面筋蛋白主導(dǎo)的面團形成與弱化階段的影響，和淀粉主導(dǎo)的糊化凝膠化階段的影響。

圖1 復(fù)合粉的熱機械流變曲線Figure 1 Thermomechanical rheology of wheat flour mixing coconut flour

2.2 椰子粉對面筋蛋白特性的影響

2.2.1 吸水率 根據(jù)GB/T 37511—2019，吸水率(ABS)是指面團在機械攪拌下稠度首次到達(dá)1.100 N·m(C1)時的加水量，以占14%濕基小麥粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。吸水率是小麥粉的重要物理特性，對于特定的小麥粉和標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，主要受體系中添加劑的影響，其與面團的硬度、回復(fù)性等質(zhì)構(gòu)和黏彈性等流變特性緊密相關(guān)[5]。

對于純粹的小麥面團體系而言，吸水率越高，表明小麥粉中面筋蛋白的水合能力越強。但當(dāng)體系添加其他物質(zhì)時，面筋蛋白的水合能力會受到影響。如圖2(a)所示，隨著椰子粉添加量的增加，吸水率顯著降低，說明小麥面筋蛋白的水合能力受到了椰子粉的影響。已知椰子粉主要化學(xué)組成為粗脂肪69%、蛋白質(zhì)8%、纖維素18%，按添加量1%，3%，5%計算，相應(yīng)樣品中分別增加粗脂肪6.9，20.7，34.5 mg/g，蛋白質(zhì)0.8，2.4，4 mg/g，纖維素1.8，5.4，9.0 mg/g。增加的粗脂肪和纖維素比對照中筋小麥粉中原有含量多，會影響小麥粉中面筋蛋白的水合。纖維素會吸水、鎖水，面團的柔軟度相應(yīng)的增加[6]；脂質(zhì)會伸展形成片狀油膜[7]，并附著在蛋白質(zhì)和淀粉等其他成分上，阻礙了蛋白與水的接觸，進(jìn)而影響了蛋白分子水化層的形成，降低了吸水率。纖維素和脂肪兩方面拮抗作用中明顯脂肪占了優(yōu)勢，所以吸水率表現(xiàn)出降低趨勢。

2.2.2 面團的形成時間 面團的形成時間(DT)是水和面粉在機械力的不斷作用下，形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時間，其形成時間與面粉中面筋蛋白質(zhì)量呈正比。在Mixolab中表征為面團扭矩達(dá)到1.1 N·m(固定值C1)時所用時間。如圖2(b)所示，復(fù)配面團的形成時間隨椰子粉添加量增加出現(xiàn)先增后降的趨勢。與對照相比，添加1%和5%椰子粉時面團的形成時間明顯降低，而3%的椰子粉顯著增加了面團的形成時間。研究表明，少量添加纖維素，可以形成纖維素—蛋白—淀粉之間的弱作用和纖維素自身形成剛性的凝膠結(jié)構(gòu)有利于面團的形成[8,10]，而大量添加纖維，則物理空間位阻和稀釋效應(yīng)或改變了面筋蛋白的二級結(jié)構(gòu)，而不利于面團的形成[9]。中性脂的存在，極不利于面團結(jié)構(gòu)，同時球蛋白也不利于面筋網(wǎng)絡(luò)形成。綜合上述幾方面因素推斷：添加1%椰子粉時，椰子中的脂質(zhì)和球蛋白對面團形成的破壞作用明顯高于纖維素的正向作用，因而導(dǎo)致形成時間降低；添加5%時，無論是纖維素還是脂質(zhì)和蛋白，都不利于面筋蛋白交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而形成時間也降低；對于3%添加量，纖維素的正向作用很可能強于脂質(zhì)和蛋白的破壞作用，使得面團形成時間明顯增加。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖2 椰子粉對小麥粉混合特征指標(biāo)的影響Figure 2 Effects of coconut powder on flour properties of wheat flour

2.2.3 面團的穩(wěn)定時間 面團的穩(wěn)定時間(ST)反映了在30 ℃時面團的耐揉性，穩(wěn)定時間越長，面團耐揉性越好，面筋強度越大。如圖2(b)所示，添加椰子粉后的面團穩(wěn)定時間顯著低于對照組(P<0.05)。說明添加椰子粉，降低了面團的抗機械性，這可能由于椰子粉的存在，稀釋了原有小麥粉中面筋蛋白組分占比[11]，以及椰子脂肪的潤滑作用和纖維素的空間位阻效應(yīng)[12]共同起作用，導(dǎo)致難以形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以耐揉性降低。這一結(jié)果與形成時間相對應(yīng)。

2.2.4 面團中面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的弱化 如圖3(a)所示，添加椰子粉后C2(和面階段稠度最小值)均增大，說明隨著溫度升高，面團的耐機械攪拌性增強。這可能是因為：① 隨著溫度升高，面筋蛋白從開始變性到變性程度越來越大，導(dǎo)致面筋蛋白分子鏈?zhǔn)嬲梗W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部基團暴露，尤其是高度重復(fù)的疏水氨基酸脯氨酸殘基，與椰子粉中的脂質(zhì)和蛋白作用增強面團結(jié)構(gòu)；② 椰子粉中纖維素受熱吸水，從面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)中奪取水分造成面筋蛋白之間作用增強，同時纖維素還會產(chǎn)生空間位阻，造成面團對機械攪拌的抵抗；③ 椰子脂質(zhì)可能在體系中起潤滑劑的作用[13]，對面團起軟化作用[14]，降低耐攪拌性。將C2與穩(wěn)定時間結(jié)合來看，椰子面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)受熱后可能是纖維素起了更大作用，引起了C2的升高。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 椰子粉對面團熱穩(wěn)定指標(biāo)的影響Figure 3 Effects of coconut powder on gelatinization characteristics of wheat flour

2.2.5 面筋蛋白的弱化速率 如圖3(c)所示，添加椰子粉后α(C1和C2之間曲線切線的斜率，表征面筋蛋白的弱化速率)表現(xiàn)不一(圖3)，y1>y5>y0>y3，說明添加3%時弱化速度最慢，與其較強的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對應(yīng)且與C2一致。椰子粉中脂質(zhì)有潤滑作用[13]，在混合過程中，椰子脂質(zhì)和淀粉顆粒相互作用，阻止面筋鏈的粘合[15]，加速了面筋弱化。

2.3 椰子粉對淀粉特性的影響

2.3.1 糊化特性 椰子粉的加入顯著影響了面團中淀粉的糊化特性，C3(糊化峰值黏度)、C3—C2值(表征淀粉糊化特性)隨著椰子粉添加量的增加而降低，β(C2和C3之間曲線切線的斜率，表征淀粉糊化速率)隨著椰子粉添加量增大而升高(見圖3)，說明添加椰子粉后面團中淀粉更易糊化、糊化速度快且易形成凝膠、峰值黏度低。淀粉糊化共經(jīng)歷3個重要階段：可逆吸水、不可逆吸水和淀粉粒解體。椰子面團體系中存在的脂質(zhì)、纖維素及蔗糖、葡萄糖等小分子糖的存在，在可逆吸水階段會阻礙水與淀粉的接觸進(jìn)而減緩可逆吸水，但隨著溫度的升高，纖維素強烈吸水，增加脂質(zhì)與直鏈淀粉接觸并形成復(fù)合物，這又進(jìn)一步加速了直鏈淀粉的溶出，同時纖維素等組分的空間位阻效應(yīng)阻礙了溶出的直鏈淀粉的分子重排，進(jìn)而淀粉顆粒更快崩解[16]，淀粉的峰值黏度降低[17]。

2.3.2 面團凝膠的熱穩(wěn)定性 隨著椰子粉添加量的增加，C4(糊化最低黏度，表征淀粉凝膠的穩(wěn)定性)顯著降低(P<0.05)、C4—C3值(表征淀粉糊化熱穩(wěn)定性)顯著增大，γ(C3和C4之間曲線切線的斜率，表征淀粉酶解率)表現(xiàn)為y1

2.3.3 淀粉的回生 C5(降溫階段最大黏度)表征了淀粉的回生，數(shù)值越大回生度越高。C5—C4值(表征淀粉老化性質(zhì))對應(yīng)于快速黏度儀(RVA)中降落值指標(biāo)，表征隨著溫度的降低淀粉回生特性，數(shù)值越小，降落值越小。如圖3(a)和圖3(b)所示，隨著椰子粉添加量的增加，C5和C5—C4值都顯著降低(P<0.05)，當(dāng)椰子粉添加量分別為3%和5%時，與對照相比C5值分別降低了44.17%和60.25%。這可能由于椰子粉脂肪可與淀粉形成復(fù)合物[19]，與纖維素的空間位阻等共同作用，從而延緩了淀粉的回生[20]。

2.4 椰子面團的指數(shù)剖面圖

Mixolab混合實驗儀內(nèi)置軟件設(shè)計了吸水率、混合、面筋+、黏度、淀粉酶和回生6個指數(shù)，每個指數(shù)有10個等級刻度，可直觀量化反映面粉品質(zhì)。如圖4所示，添加不同量的椰子粉都明顯改變了中筋小麥粉品質(zhì)特性：小麥粉的吸水指數(shù)隨椰子粉添加量增加而降低；混合指數(shù)表征了面團面筋網(wǎng)絡(luò)的熱穩(wěn)定性，添加3%椰子粉可增加面團的混合指數(shù)；椰子粉的面筋+指數(shù)不變；黏度、淀粉酶和回生指數(shù)變化較為明顯，隨椰子粉添加量增大大幅下降。

圖4 椰子粉對小麥粉指數(shù)剖面圖的影響Figure 4 Effect of coconut powder on profile of wheat flour

3 結(jié)論

采用Mixolab混合實驗儀對添加不同量椰子粉的小麥復(fù)配粉的面團熱機械流變特性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)椰子粉對小麥粉中面筋蛋白和淀粉特性影響明顯，隨著椰子粉添加量的增大，復(fù)配粉的吸水率、穩(wěn)定時間、峰值黏度、回生值下降，糊化速率增大，而面團形成時間、面筋蛋白弱化速率、淀粉酶解速率則表現(xiàn)不一。從指數(shù)剖面圖看，添加1%椰子粉的復(fù)配粉與對照小麥粉的品質(zhì)最為接近，而3%和5%的椰子粉顯著影響了復(fù)配粉的品質(zhì)，尤其對淀粉糊化、凝膠和老化特性的影響。體系中脂質(zhì)、纖維素、蛋白、淀粉之間作用相當(dāng)復(fù)雜，椰子粉中哪種組分起了主導(dǎo)作用及作用機制如何，還需后續(xù)研究。