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大麦β-葡聚糖对小麦粉糊化性质和流变学影响

时间:2018-01-11 13:11来源:《食品与机械》 , 2016 (4) :1-4 作者:李 渊,周惠明,郭晓 点击:
以水提法提取大麦β-葡聚糖(BBG),然后以中筋小麦粉为参照样,研究不同添加量的BBG对小麦粉糊化性质和流变学性质的影响。结果表明,随着BBG添加量的增加,湿面筋含量逐渐降低。BBG的加入,使得小麦粉糊化过程的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和终值粘度均呈现增
李 渊,周惠明,郭晓娜,朱科学,彭 伟
(江南大学食品学院食品安全与质量控制协同创新中心,无锡 214122) 
 
摘 要:以水提法提取大麦β-葡聚糖(BBG),然后以中筋小麦粉为参照样,研究不同添加量的BBG对小麦粉糊化性质和流变学性质的影响。结果表明,随着BBG添加量的增加,湿面筋含量逐渐降低。BBG的加入,使得小麦粉糊化过程的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和终值粘度均呈现增大的趋势,而回生值有所降低。与对照相比,添加BBG的小麦粉面团吸水率增加,面团形成时间,稳定时间及弱化值呈现下降的趋势。面团的弹性模量(G′)和黏性模量(G″)随着BBG添加比例的升高而不断降低。
关键词:大麦β-葡聚糖;糊化性质;热机械性质;流变学 
β-葡聚糖是禾谷类植物籽粒胚乳和糊粉层细胞壁的主要成分,由均一的D-吡喃葡萄糖(glcp)单位通过β-(1→3)和β-(1→4)键连接而成[1],在燕麦和大麦中含量较高。大麦β-葡聚糖(BBG)是大麦膳食纤维中最丰富的成分,主要存在于胚乳细胞壁中。BBG已被科学证实具有降低胆固醇[2]、控制血糖[3]、维持肠道健康[4]等益处,因此将BBG添加到小麦粉中开发传统面制品非常符合人们的消费需求。
目前,中国对于β-葡聚糖的研究大多集中在燕麦β-葡聚糖和青稞β-葡聚糖的提取工艺、分离纯化、理化性质和生理活性等[5-6],而BBG还未引起中国科研工作者的关注。β-葡聚糖作为功能性原料在国外的烘焙产品中应用广泛,但在中国传统面制品中的应用以及其对小麦粉性质影响的研究较少。潘利华等[7]研究了0.5~5.0%燕麦β-葡聚糖对面团流变性的影响,认为适量添加燕麦β-葡聚糖能够改善面团的流变学特性。李真[8]45-48研究了BBG对面团延伸特性、形成时间、稳定时间和弱化度的影响,而BBG对小麦粉糊化性质和面团流变学性质的影响尚未见报道。由于糊化特性能够反映小麦粉中淀粉的性质,面团的流变学性质会影响最终产品的质量,因此本研究拟利用快速粘度仪,旋转流变仪结合Mixolab试验仪,探究BBG对中筋小麦粉糊化性质和流变学性质的影响,为BBG在面制品中的应用提供理论依据。
 
1 材料与方法
1.1 材料及试剂
香满园小麦粉:水分13.0%,蛋白质11.0%,脂肪1.6%,碳水化合物73.5%,益海嘉里(昆山)食品工业有限公司;
大麦粉:大丰市大德麦仁厂;
乙醇等试剂:均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。
1.2 主要仪器和设备
冷冻干燥机:FreeZone2.5型,LABCO-NCO(美国)公司;
高速冷冻离心机:20PR-52D型,日立公司;
快速黏度分析仪:RVA4500型,澳大利亚波通公司;
旋转流变仪:AR-G2型,美国TA公司;
混合试验仪:Mixolab型,法国Chopin公司。
1.3 试验方法
1.3.1 大麦β-葡聚糖的制备 参考SayarSedar等[2]的方法稍作修改提取大麦β-葡聚糖,具体方法:称取一定量的大麦粉,用10倍体积的82%乙醇在85℃回流2h,5000×g离心10min,所得沉淀用2.5倍体积的95%乙醇洗涤2次,沉淀在40℃烘箱干燥12h。干燥后的样品用10倍体积水在47℃水浴中提取3h,搅拌桨速度为250r/min,提取液在5000×g离心10min,得到的上清液用旋蒸法浓缩至原来的1/3。向浓缩液中加入2倍体积的95%乙醇,8000×g离心得到沉淀,在85℃水中完全溶解,随后进行冷冻干燥得BBG。
1.3.2 湿面筋含量的测定 将冻干后的BBG分别按0.0%,0.2%,0.6%,1.0%的比例与小麦粉均匀混合,参照GB/T 5506.1-2008手洗法测定湿面筋含量。
1.3.3 糊化性质的测定 将冻干后的BBG分别按0.0%,0.2%,0.6%,1.0%的比例与小麦粉均匀混合,根据GB/T 24853-2010快速粘度仪法,以14%的水分含量称取一定量的样品于铝盒中,用搅拌桨上下搅拌,按照13min standard 1测定糊化特性的改变。测定程序:前10s搅拌速度为960r/min,随后保持160r/min。在50℃保温1min后,3min42s内加热至95℃,并保持2min30s,随后即在3min48s内冷却至50℃,保持2min。
1.3.4 热机械性质的测定 Mixolab试验仪能够通过实时测定搅拌臂受到的扭矩,反映粉团的流变特性和糊化性质。将冻干后的BBG分别按0.0%,0.2%,0.6%,1.0%的比例与小麦粉均匀混合,采用Mixolab混合试验仪研究BBG对小麦粉面团热机械学性质的影响。试验测定过程中,面团总重量75g,其中水分以达到目标扭矩C1:(1.10±0.05)N·m添加,搅拌速度始终维持在80r/min。仪器运行中的温度程序设置为:30℃恒温8min,然后以4℃/min的速率升至90℃并保持7min,再以4℃/min的速率降至50℃,保持5min。每组样品重复测定3次,取平均值。
从Mixolab图谱中可得到以下参数:吸水率(%)为面团产生最佳稠度(1.10N·m± 0.05N·m)所需添加水的量;面团形成时间(min)即在30℃下面团达到最大扭矩(C1,N·m)需要的时间;稳定性(min)即面团所产生的扭矩在最佳稠度维持的时间;C2(N·m)是面团形成过程中受到机械或热力作用时产生的最小扭矩;C3(N·m)为面团在加热过程中产生的最大扭矩;C4(N·m)是90℃恒温阶段产生的最小扭矩;C5(N·m)为冷却至50℃过程中的最大扭矩。另外,C2能够反映蛋白质弱化度,而C5-C4表示淀粉回生值。
1.3.5 面团流变学性质的测定 准确称取不同BBG添加量的小麦粉,按Mixolab混合试验仪所测得的吸水率加入相应的水分后揉成面团。取3g左右的面团,采用20mm平板夹具,2mm的间隙,进行震荡流变测定。在进行频率扫描试验之前,首先对所有样品进行应力扫描,以确定线性黏弹性范围,保证频率扫描试验中选择的应力不致于破坏面团结构。频率扫描的测试条件为:温度25℃,应力0.1%,扫描频率0.1~10.0Hz。
1.4 数据统计分析
所得数据均为3次以上平行测定的平均值,采用SPSS17.0软件,选择Duncan测试,在P<0.05检验水平下进行显著性分析。
 
2 结果与分析
2.1 BBG对小麦粉湿面筋含量的影响
面筋在面团的形成过程中起着重要的作用,湿面筋含量可以预测小麦粉的流变特性,添加不同比例BBG的小麦粉的湿面筋含量见图1。
由图1可知,加入BBG后小麦粉的湿面筋含量显著下降(P<0.05),最大添加量1.0%时湿面筋含量由对照组的29.28%下降至28.32%。杨锦健等[9]将苹果纤维和苹果渣添加到蛋糕粉中,也发现生成的湿面筋含量下降。在手洗面筋的过程中,面筋蛋白迅速吸水,通过非共价键作用形成三维网状结构。而向小麦粉中加入吸水能力较强的BBG后,一方面BBG稀释了面筋蛋白,另一方面BBG与面筋蛋白竞争吸收水分,阻碍面筋网状结构形成,从而导致湿面筋含量下降。
2.2 BBG对小麦粉糊化性质的影响
利用快速粘度分析仪测定添加不同比例BBG的小麦粉的糊化性质,各参数见表1。由表1可知,随着BBG添加比例的增大,体系的峰值粘度、低谷粘度、崩解值、终值粘度均有所增加,回生值呈现降低的趋势。BBG在水中形成网状结构困住溶胀的淀粉颗粒,同时与淀粉竞争吸收水分,BBG的浓度越高,形成的溶胀颗粒越多,使得体系的峰值粘度升高[10]。该现象与Banchathanakij等[11]的研究结果一致。崩解值表示淀粉的耐剪切程度,崩解值越大,表明其耐剪切性越差。小麦粉中加入BBG后,崩解值增大,说明添加BBG的体系中淀粉颗粒的破损程度增大,原因是混合体系的粘度高,导致施加在颗粒上的剪切力增大[10]。此现象说明BBG能够促进淀粉颗粒的溶胀和糊化。回生值能够反映淀粉颗粒的短期回生,添加0.6%和1.0%BBG时回生值显著降低,说明高添加量的BBG能够抑制小麦淀粉的短期回生。淀粉的回生是淀粉分子通过氢键重新排列成有序状态的过程,BBG可能与小麦淀粉颗粒(尤其是直链淀粉分子)相互作用[12],阻碍了直链淀粉的重排,从而降低淀粉的老化速率。该现象与Sharma Paras等[13]的结论一致,添加大麦粉和BBG能够延缓薄饼的回生过程,BBG的强保水能力不利于面团形成过程中淀粉的溶解、肿胀,从而削弱了淀粉的老化作用。这显示,BBG添加到小麦粉中,不仅能够作为膳食纤维带来健康益处,而且有助于抑制面制品的老化。
2.3 BBG对小麦粉热机械性质的影响
表2为BBG对小麦面团热机械学特性的影响。由表2可知,随着BBG添加量的增加,面团吸水率显著增加(P<0.05),在1.0%添加量时吸水率达到60.7%。这主要是因为BBG作为一种水溶性的膳食纤维,具有很强的吸水性。添加BBG后,面团的形成时间和稳定时间有所降低,弱化度(C2)呈现降低趋势,说明BBG的添加减弱了面团筋力,降低了面团的耐揉性,阻碍了面筋蛋白网络结构的形成,与湿面筋含量的结果一致。然而李真[8]45-46报道称小麦面团的形成时间和稳定时间随着BBG添加量的增加呈现先增加后降低的趋势,这种差异可能是由BBG的纯度、分子量和结构特征不同所造成的。Mixolab试验仪能够反映小麦粉加少量水后粉团的糊化性质,与快速粘度仪中谷物粉匀浆液的状态不同。在加热时,添加BBG的面团相比于空白面团C3值增加,可能是大分子的BBG受热后能形成凝胶,使得面团粘性增加[14],但此效果与添加量并无相关性。回生值(C5-C4)呈下降趋势,反映了BBG的加入能够抑制淀粉的老化过程,这与糊化性质的结论一致。
2.4 BBG对小麦粉面团流变学性质的影响
面团属于粘弹性的材料,不仅具有粘性流体的粘性性质,还具有弹性固体的弹性性质[15]。面团的流变学性质非常重要,它既能表征面团的胶粘性[16],耐揉性等物理性能,又决定着最终面制品的弹性、硬度、体积、色泽等品质[17]。因此,采用振荡频率扫描模式研究不同频率下BBG对小麦面团流变学特性的影响。图2为面团的弹性模量(G′)和黏性模量(G″)随频率变化的关系图。
由图2可知,所有样品在所测频率范围内,G′均高于G″,表明试验中所测面团属于黏弹性的软固体[18]。同时,G′和G″均随频率的增大而增大,可知面团具有较高的流动性。与空白面团相比,添加BBG面团的G′和G″减小,表明了BBG对面筋网络结构形成有一定的阻碍作用。且该效果与BBG的添加比例呈正相关,主要是因为BBG吸水性强,与面团中的面筋蛋白竞争吸收水分,使面筋蛋白的自由水分含量降低,同时提高了面团体系的持水能力,导致添加BBG的面团流动性降低[8]77-78。潘利华等[7]将燕麦葡聚糖添加到低筋面粉,高筋面粉和馒头专用粉中,却得到相反的结论,主要是因为β-葡聚糖对面团的影响因其分子量大小、浓度以及面粉类型而异。
 
3 结论
本研究将BBG以不同比例添加到小麦粉中,研究BBG对小麦粉糊化性质和流变学性质的影响。结果表明,BBG能够促进小麦淀粉的溶胀和糊化,且在一定添加比例时(高于0.6%),BBG能够延缓淀粉的老化,可为BBG在易老化面制品中的应用提供理论依据。流变学试验结果表明BBG的添加,降低了面团的弹性模量和黏性模量,这可能跟BBG与面筋蛋白竞争吸水,阻碍面筋网状结构形成有关。BBG的分子量不同,理化性质不同,对小麦粉性质的影响可能也不同,这还有待进一步的研究和探索。
 
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(责任编辑:lsgy100)
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