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作者:秦博闻,王红玲,熊文飞,王立峰关键词:淮海经济区;小麦面团;糊化特性;流变特性摘要:小麦制品的品质特性不仅与原料小麦的品种、产地有着重要的联系,更与小麦所包含的特征组分密切相关。基于此,本研究针对淮海经济区小麦品质评价和性状研究较少的现状,从该区域选取30个小麦品种为研究对象,采用Mixolab混合实验仪、动态流变

作者:秦博闻,王红玲,熊文飞,王立峰

关键词:淮海经济区;小麦面团糊化特性;流变特性

摘要:小麦制品的 品质特性不仅与原料小麦的品种、产地有着重要的联系,更与小麦所包含的特征组分密切相关。基于此,本研究针对淮海经济区小麦品质评价和性状研究较少的现状,从该区域选取30个小麦品种为研究对象,采用Mixolab混合实验仪、动态流变仪和快速黏度分析仪分别探究了小麦面团形成过程、黏弹性和糊化特性。发现该地区的30种小麦粉中有23个品种达到我国小麦品种品质分类标准中筋和中强筋小麦品种的标准(吸水率≥56%)。进一步分析发现影响面团流变特性的主要指标为峰值黏度、保持强度、衰减度、最终黏度、回升值、峰值时间和稳定时间。本研究可为淮海经济区不同品种小麦的深加工提供基础数据和理论信息。

淮海经济区是地跨江苏、安徽、山东和河南四省的国家级战略发展区,包含徐州、连云港、盐城、淮安、宿迁、宿州、淮北、阜阳、蚌埠、亳州、菏泽、济宁、临沂、枣庄、日照、泰安、莱芜(2019年撤市设区)、商丘、开封、周口20个地级市。该区域地处南北过渡的黄淮海平原地带,地势平坦,属北温带半湿润季风气候,兼有南北气候之利,光照适宜,年降雨量适中,是我国小麦主产区之一。据统计,

2018年全国小麦总产量约13143 万t,淮海经济区产量近8000万t,占比超过全国小麦总产量的60%。由于该地区的南北之间气候条件存在一定差异,土壤类型也比较复杂,所以小麦的品质类型也呈多样性。

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小麦面团是由小麦粉和水组成的黏弹性物质,获得优质面团是保证小麦粉制品稳定的前提。小麦面团的制备是小麦粉制品加工的主要环节,也是影响小麦粉制品质量的关键因素之一 。面团的糊化特性与流变学特性是小麦粉品质的主要指标,是小麦粉加水面团耐揉性和弹性等物理特性的综合指标,也是当前我国小麦品质检测的重要分析指标,其对小麦粉制品的加工品质有重要影响,不同的小麦粉制品对面团的糊化特性与流变学实验要求也不同。因此,面团的糊化特性与流变学实验已逐渐成为评价原料加工特性必不可少的手段。尹成华等选取安徽、河北、河南、江苏、山东5省共计244份小麦样品进行研究,发现容重与面团吸水率显著正相关,粗蛋白质含量和湿面筋含量与面团吸水率以及面团拉伸特性各指标极显著相关。滕晓焕等通过对10种河南不同产地小麦粉的理化指标和流变学特性的测定,揭示小麦粉的理化指标与流变学特性之间的相关性,结果表明小麦粉蛋白质含量与小麦粉的流变学特性呈正相关。杨钏等发现小麦粉蛋白质含量对面团吸水率直接增强效应较大,但对稳定时间、拉伸长度的抑制效应较大,沉降指数对稳定时间和最大拉伸阻力、拉伸面积的直接增强和综合增强效应较大。

目前对淮海经济区小麦面团品质特性的比较分析鲜有报道,针对这一现状本研究采用Mixolab混合实验仪、RVA快速黏度仪和 Rheometer 动态流变仪测定小麦面团糊化特性、黏弹性等流变学特性。对淮海经济区小麦面团流变特性进行测定,进一步了解淮海经济区小麦的品质状况。本研究可为淮海经济区不同品种小麦的深加工提供基础数据和理论信息,对于保证小麦粉的品质稳定、优化小麦制品的产品特性等方面具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验试剂:乳酸、碳酸钠、蔗糖、正丁醇等(均为分析纯)

实验原材料(小麦)均由中国农科院作物所提供,所用样品品种编号如表1所示。

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1.2 实验仪器与设备

磨粉机,CP213型电子天平,Mixolab混合实验仪。RVA快速黏度仪4500, HWCL-3恒温磁力搅拌器,QL—861涡旋振荡器,MCR302系列高级旋转流变仪。

1.3 方法

1.3.1 小麦面团热机械学特性测定

小麦面团热机械学特性使用Mixolab混合实验仪分析,Mixolab可实时测定搅拌臂在搅拌样品时受到的扭矩,因而可测定其物理化学特性的变化。同时该设备可用来分析加热冷却过程中蛋白质网络及淀粉的性质。选择Chopin+标准测试法适用于ICC173(ICC2011),该设备可以在面团形成的不同阶段,根据时间和温度的不同,测量扭矩(Nm)。实验采用的样品(小麦粉和水)总质量75 g,和面转速为80 r/min,目标扭矩为(1.1 0.05) Nm。程序参考Han等设置为:30C下搅拌时间为8min;加热速度以4 °C/min升至90 °C,冷却速度4 °C/min速度降温到50°C,总分析时间为45 min。Mixolab 混合实验仪测试曲线图与标准曲线检测指标的含义分别如图1与表2所示。

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1.3.2 小麦面团糊化特性测定

利用快速黏度分析仪( AACC22—08方法)测定小麦的糊化特性。以含水量14%为基准,称取小麦粉3.5g左右,添加25mL的去离子水于铝盒中并快速用搅拌桨上下搅拌使样品均匀分散,然后按照13 min standard 1测定小麦粉的糊化性质,每个测试样品重复3次。小麦粉的糊化特性测试程序如表3所示。

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1.3.3 小麦面团动态流变特性测定

取Mixolab混合实验仪获得扭矩为(1.10. 05)Nm的面团,利用PP25探头,间隙为2mm,先对样品进行应变扫描,确定线性黏弹性范围。取适量小麦面团置于Rheometer动态流变仪测试平台,静置2min后进行测定,测量过程中多余的样品轻轻地去除,剩余的已暴露的小麦面团周围涂抹一层硅油,防止测试过程中水分的散发。频率扫描的测试条件为:温度25 °C,应变为0.1% ,扫描频率为0.1 ~10Hz (1 ~100s~1)。

1.3.4 数据分析

实验结果用Excel以平均值士标准差( MeanSD)来表示;相关性分析采用SPSS 22. 0统计分析软件;绘图软件采用Origin 9.0。

2 结果与讨论

2.1 小麦面团热机械学特性分析

小麦面团的热机械学特性是指小麦粉在一定 升温速率下加热伴随机械力搅打成为小麦面团的过程中显示出的综合性质。使用Mixolab混合实验仪评估面团的强度和稳定性以及淀粉的糊化特性。不同品种小麦面团热机械学特性测定结果见表4。吸水率是指谷物和水混合后,达到目标扭矩(1.10.05) Nm的加水量,它决定着粮食加工的经济性。不同品种小麦面粉吸水率变幅在51. 00% ~61.50%之间,平均值为57.20%,达到了我国小麦品种品质分类标准( GB/T 17320- 2013)中筋和中强筋小麦品种的标准(吸水率≥56% ),变异系数为3.76%。形成时间是谷物和水混合后,达到目标扭矩(1.1+0.05)Nm所需要得时间,反映出面筋网络蛋白的形成速度。通常来说,形成时间越长,小麦粉的筋力越强。稳定时间是指谷物和水混合后,在揉和过程达到较高稠度值并保持稳定的时间。形成时间在1.45~4.15 min之间,平均值为2.56 min,变异系数为26.81% ;稳定时间在1.85 ~8.93 min之间,平均值为4.43 min(≥3 min),达到了我国小麦品种品质分类标准( GB/T 17320- 2013) 中筋和中强筋小麦品种的标准,变异系数为37.33%。Mixolab检测出不同小麦品种间在形成时间和稳定时间上的差异,反映了不同品种小麦蛋白成分的数量和质量上存在的差异。形成时间与稳定时间呈显著正相关(r=0.425,P <0.05)。加热和机械剪切力(混合)的综合作用导致蛋白质的结构改变与不稳定,导致小麦面团稠度降低。稠度最小值C2测定小麦粉和水在混合过程中蛋白质弱化的程度,变幅在0.21 ~0.48 Nm之间,平均值为0.37 Nm,变异系数为15.79%。C1—C2表示小麦粉和水混合过程中的总弱化值,其变幅在0.34 ~0.81 Nm之间,平均值为0. 72 Nm,变异系数为12.27%。回生终点值C5反映面团最终达到的冷黏度,冷黏度越高越易于凝沉;C5-C4(回生值)的大小能够反映冷黏度的稳定性,回生值数值越高,表明随时间变化其冷黏度越大。C5—C4(回生值)变幅在0.59 ~ 1.93 Nm之间,平均值为1.04 Nm,变异系数达25. 84%。

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2.2 面团糊化特性分析

不同品种小麦面团糊化特性分析如表5所示。除糊化温度外,RVA参数之间存在显著的正相关,与姜艳对20种小麦品种淀粉糊化特性的研究结果一致。峰值黏度范围在1 317.67 ~2 954.67 cP之间,平均值2306.04 cP,变异系数18. 38%,苏麦11、华麦1028的峰值黏度较高,而西农511峰值黏度较低。保持强度范围636.33~1 916.33 cP之间,平均值1395.71 cP,变异系数23.67%,保麦6号保持强度最高,而西农511较低;衰减度变幅在578.33~1 188.33 cP之间,平均值为910.33 cP,变异系数为18.28% ,苏麦11衰减度较高,说明苏麦11小麦粉淀粉糊的稳定性最差;最终黏度范围在1 409. 67 ~3 244.67 cP之间,平均值2 553.35 cP,变异系 数18. 78% ;回升值773.33 ~ 1363.33 cP之间,平均值1 157.64 cP,变异系数13. 43%,回生值表示淀粉糊的老化性,华麦1028小麦回生值最高,表明其制作的面制品易老化;峰值时间变幅在5.47 ~6.29min之间,平均值为5.95 min,变异系数为3.39%, 糊化温度变幅在67.68 ~86.1 °C,平均值为77.91 °C,变异系数为9.02% ,江麦23糊化温度最高,说明此小麦不易糊化或糊化需要吸收较高热量。董凯娜以不同品种的小麦为研究对象,研究小麦淀粉特性的分布糊化温度为61 ~67 °C,峰值黏度48 ~746cP,低谷黏度为13~486cP,最终黏度为25~893cP,降落数值为35 ~286 cP,回生值为13 ~499 cP,可以看出不同小麦品种糊化特性差异显著。Cao等研究了6个具有不同面团特性的小麦品种淀粉的微观结构和理化特性,说明6个具有明显不同淀粉特性的变种表现出不同的面团特性。图2表示不同品种小麦糊化特性图谱,从图谱看出,来自淮海经济区的30个不同品种的整体糊化特性变化相接近,在最低峰值黏度处有差异性,可能是由于品种之间的差异性造成峰值黏度最低值有所不同。

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2.3 面团动态流变特性分析

动态流变测试是检测小麦面团蛋白质结构和基本性质的优质方法。面团的动态振荡特性是面团的主要流变特性之一,对面团制品的质量起着重要作用。频率扫描技术常用于测量面团的储能模量(G' )和损耗模量(G")。这2个指标分别反映了面团的弹性和黏性,它们是频率扫描的2个重要指标。由图3可知鲁原502(编号13)、济麦22号(编号15)、邯6172(编号12)、杨麦23(编号28)、苏麦11(编号18)的储能模量和损耗模量较高。在角频率为62.81/s时,5种小麦面团的储能模量与损耗模量分别为3012.5、2 686.0、2 600.0、2 887.5、1 792.5 kPa和583.5、506.8 379.8、548.3、439.0 kPao说明5种小麦面团的弹性与黏性优于其他小麦品种面团,而其他品种小麦面团黏弹性差异不大。G6mez 等研究表示就频率扫描结果而言,不同品种小麦粉频率扫描结果无显著差异。Lefebvrej的研究说明不同水分含量、不同蛋白质组成和不同工艺特性的面团表现出相同的流动行为。

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2.4 主成分分析

由表6可知,主成分1、主成分2和主成分3的特征值均大于1,且3组分的累积贡献率高达81.516%,因此选取这3个主成分来对小麦面团的糊化和热机械学特性进行表征。

表7为原始载荷矩阵经正交旋转法转化得到的结果。主成分1上载荷值较大的有峰值黏度、保持强度、最终黏度、回升值、峰值时间,这5个指标反映的是淀粉糊化特性;主成分2上载荷值较大的吸水率、形成时间、稳定时间,反映了面团的热机械学特性;主成分3上载荷值较大的是衰减值和糊化温度;经过总贡献率分析可知,影响面团糊化和混合品质的主要因素为峰值黏度、保持强度、衰减度、最终黏度、回升值、峰值时间、稳定时间。

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3 结论

本研究对淮海经济区30个不同品种的小麦面团的品质特性进行比较分析,发现不同品种小麦糊化特性相关参数值变化范围分别是峰值黏度1 317.67 ~2 954.67 cP、保持强度636.33 ~1 916.33cP、衰减度578.33~1 188.33 cP、最终黏度1409. 67 ~3 244.67 cP、峰值时间5.47 ~ 6.29 min;热机械学特:性相关参数变化范围是吸水率51.00% ~ 61.50%、形成时间1.45 ~4.15 min、 稳定时间1.85 ~8. 93min,结果说明30种小麦粉中有23个品种达到我国小麦品种品质分类标准中筋和中强筋小麦品种的标准(吸水率≥56% )。除糊化温度外,RVA参数之间存在显著正相关;形成时间与稳定时间呈显著正相关。通过主成分分析法发现影响面条流变学特征的主要因素指标为峰值黏度、保持强度、衰减度、最终黏度回升值、峰值时间、稳定时间。同时小麦面团的储能模量(G')和损耗模量(G")结果显示鲁原502、济麦22号、邯6172、杨麦23、苏麦11的小麦面团黏性和弹性较高,表明5个品种的小麦面团黏弹性优于其他小麦品种面团。

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