孫娟娟 魏肖鵬 邱燕燕 欒廣忠,2 石 磊 辰巳英三 胡亞云

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院1，楊凌 712100)(陜西省農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心2，楊凌 712100)(日本國際農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)研究中心3，日本筑波 305-8686)

干法糊化對燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性的影響

孫娟娟1魏肖鵬1邱燕燕1欒廣忠1,2石 磊1辰巳英三3胡亞云1

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院1，楊凌 712100)(陜西省農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術(shù)研究中心2，楊凌 712100)(日本國際農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)研究中心3，日本筑波 305-8686)

采用擠壓、蒸汽、微波及烘烤4種干法處理燕麥籽?；蜓帑湻?，測定不同處理及不同糊化度燕麥粉面團(tuán)的應(yīng)力松弛特性。結(jié)果表明：擠壓、蒸汽、微波及烘烤處理的燕麥粉糊化度分別為77.8%、39.3%、17.8%及13.7%。相對于其他糊化方法，擠壓處理組面團(tuán)的松弛時間、阻尼系數(shù)、殘余應(yīng)力最大，分別為60.90 s、3.70×106N·m-2·s、9.39×104N·m-2；糊化度與燕麥粉面團(tuán)的松弛時間、阻尼系數(shù)、殘余應(yīng)力均顯著正相關(guān)(R=0.97、0.99、0.99；P<0.05)。干法糊化顯著提高了燕麥粉面團(tuán)的黏性和結(jié)合力。

燕麥 干法糊化 面團(tuán) 應(yīng)力松弛 糊化度 黏彈性

燕麥(AvenaL.)禾本科燕麥屬，通常分為帶稃型和裸粒型[1]，富含β-葡聚糖，具有降血糖、降血脂及抗癌等保健功效[2-3]。目前燕麥?zhǔn)称分饕匝帑溒瑸橹?，如能將其引入到面條、饅頭、餃子等主食中，將會增加燕麥在主食中的比例。但燕麥粉中谷蛋白分子量較小，難以形成面筋，加水后面絮松散，難以形成面團(tuán)[4]。因此，如何提高面團(tuán)的結(jié)合力成為燕麥在主食中應(yīng)用的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。

民間常采用燙面方法對燕麥、蕎麥等不易形成面團(tuán)的雜糧面粉進(jìn)行處理，可使淀粉糊化而增強(qiáng)面團(tuán)結(jié)合力，但燙面后顯然不適合再制備成商品化面粉，而采用干法糊化處理燕麥面粉后，得到的預(yù)糊化面粉在和面時不用燙面，同時可能增強(qiáng)面團(tuán)結(jié)合力。因此本試驗(yàn)采用擠壓膨化、蒸汽、微波、烘烤4種干法對燕麥進(jìn)行處理，得到預(yù)糊化燕麥粉，利用應(yīng)力松弛試驗(yàn)研究不同糊化處理及糊化度對燕麥粉面團(tuán)黏彈性的影響，進(jìn)而分析干法預(yù)糊化對燕麥粉面團(tuán)結(jié)合力的影響程度及規(guī)律，為進(jìn)一步研究預(yù)糊化燕麥粉在主食中應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥(定攸8號)：甘肅定西農(nóng)科院；小麥粉(特一粉)：陜西老牛面粉有限公司；糖化酶(EINECS: 232-877-2，酶活力105U·mL-1)：阿拉丁試劑公司。

1.2 儀器設(shè)備

傾斜式高速萬能粉碎機(jī)(FW-400A)：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；雙螺桿擠壓膨化機(jī)(DS32-Ⅱ)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；電質(zhì)構(gòu)儀(TA.XT plus)：英國SMS(Stable Micro Systems)公司。

1.3 方法

1.3.1 燕麥干法糊化處理

烘烤處理：燕麥潤麥至含水量達(dá)20%，100 ℃處理1 h；微波處理：燕麥潤麥至含水量達(dá)20%，中火處理5 min；蒸汽處理：100 ℃蒸汽常壓處理40 min；擠壓膨化處理：燕麥全粉，調(diào)節(jié)含水量達(dá)16%，一區(qū)溫度100 ℃，二區(qū)溫度170 ℃，三區(qū)溫度180 ℃擠壓處理。經(jīng)4種方法處理后得到的物料于38 ℃干燥，含水量為10%以下，粉碎5 min得到干法糊化燕麥粉，粉碎時，為防止溫度過高引起的燕麥粉糊化，采用每30 s粉碎1次，控制粉體溫度低于45 ℃。烘烤、微波、蒸汽及膨化處理組糊化燕麥粉含水量分別為：7.50%、8.06%、7.53%及6.11%。燕麥不做處理直接粉碎5 min作為對照，含水量為10.41%。

不同糊化度燕麥粉的配制：將擠壓處理與未處理的燕麥粉進(jìn)行復(fù)配，配制成糊化度為20%、30%、40%、50%及60%的燕麥粉。

1.3.2 糊化度測定

糊化度測定采用熊易強(qiáng)[5]的方法。

1.3.3 面團(tuán)應(yīng)力松弛特性測試

面團(tuán)的制作：分別稱取25 g干法糊化處理與不同糊化度的燕麥粉，添加一定量的蒸餾水，在2～3 min內(nèi)和成面團(tuán)，將其制成直徑20 mm，高25 mm的模型，用保鮮膜包裹，靜置15 min[6]。面團(tuán)含水量以水在面團(tuán)中的質(zhì)量百分比表示，包括燕麥粉中原有的水分。

測試參數(shù)：探頭P/50，測試速度1.0 mm/s，壓縮變形10%，觸發(fā)力5.0 g，釋放時間350 s，每個樣品重復(fù)5次，取平均值[7-9]。

典型的凝膠應(yīng)力松弛曲線見圖1，壓縮-松弛測試曲線分為加載段(AB)、松弛段(BC)、恢復(fù)階段(FG)3個部分，加載段即在外力作用下在很短時間內(nèi)發(fā)生的彈性形變；應(yīng)力松弛階段，此時保持變形量不變，應(yīng)力不斷衰變直至達(dá)到殘余應(yīng)力，在此過程中消耗的時間稱為應(yīng)力松弛時間τ(DE)；恢復(fù)階段，當(dāng)松弛階段結(jié)束時，突然撤銷外載荷，此后樣品開始恢復(fù)。通過加載-松弛-卸載循環(huán)曲線可以分析物體彈性度，彈性度表征樣品測試部位在測試后恢復(fù)的能力，在一定程度上反映了損傷程度，能較好地反映出樣品的松弛特性[10-11]。

圖1 典型的凝膠應(yīng)力松馳曲線

圖2 三要素模型

燕麥面團(tuán)應(yīng)力松弛的應(yīng)力-時間曲線通過三要素Maxwell模型采用非線性回歸法進(jìn)行解析，三要素模型如圖2所示，應(yīng)力松弛方程為[12]：

σ(t)=ε0E1exp(-t/τ)+ε0E2

式中：σ(t)為松弛過程的應(yīng)力，N；ε0為恒定的應(yīng)變(壓縮比)=10%；E1為第一要素胡克體彈性模量，N·m-2；E2為殘余應(yīng)力，N·m-2；t為時間，s；η為阻尼系數(shù)，N·m-2·s；τ為松弛時間，s，τ=η/E1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 15.0統(tǒng)計分析軟件對應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析；采用DPS 7.05處理軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 干法糊化對燕麥粉糊化度的影響

擠壓膨化、蒸汽、微波、烘烤處理及對照組的糊化度間差異顯著，分別為77.8%、39.3%、17.8%、13.7%及12.5%。擠壓膨化是一種高溫、高壓、高剪切的過程[13]，燕麥粉在擠出瞬間發(fā)生高度糊化[14]；蒸汽處理歷時較長，糊化度低。高能量的微波輻射能夠影響淀粉顆粒的形態(tài)及結(jié)晶結(jié)構(gòu)[15]，短時間內(nèi)可增強(qiáng)淀粉顆粒間的相互作用，使其難以糊化[16]。烘烤處理使淀粉顆粒膨脹性增強(qiáng)，破壞淀粉顆粒之間的氫鍵[17]，隨著時間的延長，溫度的上升，燕麥籽粒內(nèi)部水分散失及脂質(zhì)-淀粉復(fù)合物[18]的生成降低了淀粉顆粒的膨脹性、溶解性[19]，導(dǎo)致糊化度降低。未處理的燕麥粉在粉碎過程中，產(chǎn)生了破損淀粉，使得酶水解后得到葡萄糖含量增大，導(dǎo)致測定結(jié)果大于零。

2.2 干法糊化燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性測定

2.2.1 面團(tuán)含水量范圍的確定

未處理燕麥粉面團(tuán)在不同含水量時的狀態(tài)如圖3所示，含水量過高時，面團(tuán)過稀，表面過黏，內(nèi)部結(jié)合力小，不易成團(tuán)(如圖3a)；含水量過低時，面絮松散，干粉含量較多，形成面團(tuán)表面開裂(如圖3b)；含水量適中時，面團(tuán)表面光滑，無開裂或過黏現(xiàn)象(如圖3c)。3種情況中，只有在面團(tuán)含水量適宜時，方可制成符合應(yīng)力松弛測試要求的樣品。不同干法糊化處理的燕麥粉面團(tuán)均具有各自適宜的含水量，以未處理為基準(zhǔn)，水分添加量梯度為5%，試驗(yàn)測得未處理與烘烤處理的面團(tuán)含水量范圍為38.23%～44.01%，微波處理為40.28%～45.71%，蒸汽處理為45.71%～50.23%。擠壓膨化處理面團(tuán)含水量可高于50.23%，但為便于比較擠壓處理與其他不同干法糊化處理面團(tuán)的應(yīng)力松弛特性，擠壓處理面團(tuán)的含水量范圍選取45.71%～50.23%。

2.2.2 干法糊化對燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性的影響

干法糊化燕麥粉面團(tuán)的應(yīng)力松弛曲線按三要素Maxwell模型用非線性回歸法解析的結(jié)果如表1所示，面團(tuán)含水量與應(yīng)力松弛參數(shù)相關(guān)性分析如表2所示。

表1 不同糊化方法燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特征參數(shù)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

表2 燕麥面團(tuán)含水量與應(yīng)力松弛參數(shù)的相關(guān)性分析

注：表中數(shù)值表示相關(guān)系數(shù)，**表示在0.01水平上極顯著相關(guān), *表示在0.05水平上顯著相關(guān)。下同。

表1試驗(yàn)結(jié)果表明，未處理燕麥粉面團(tuán)隨著含水量增加，τ先增加后減小，差異顯著，η與E2逐漸降低，差異顯著；4種干法糊化處理面團(tuán)隨著含水量增加τ、η及E2的變化趨勢與未處理相同，其中烘烤處理、微波處理及蒸汽處理燕麥粉面團(tuán)τ差異不顯著，η與E2差異顯著，擠壓處理中τ、η及E2均差異顯著。應(yīng)力松弛過程中，松弛時間是彈性行為和黏性行為共同作用的結(jié)果，松弛時間τ越大，說明應(yīng)力下降的速度越慢，彈性行為較明顯[20]，面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)越強(qiáng)，黏性越強(qiáng)[21]，較短時黏性形變較明顯，表明試樣的彈性越好；E2產(chǎn)生的是相當(dāng)于鄰近分子鏈相對運(yùn)動引起的高彈形變，達(dá)到平衡時所需的應(yīng)力越大，E2越大，表明面團(tuán)壓縮后期的變化幅度越大，樣品的硬度越大，恢復(fù)彈性形變的速度越慢[22]；η越大，表明待測樣品初始黏度越大，可推得松弛曲線的最高點(diǎn)到拐點(diǎn)的松弛時間越長[23]。結(jié)果說明隨著含水量的增加，面團(tuán)的黏結(jié)性先增大后減小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由強(qiáng)變?nèi)?，面團(tuán)在受到外力時松弛的速度先增加后減小，由黏性較強(qiáng)向彈性較強(qiáng)轉(zhuǎn)變。

面團(tuán)含水量相同時，蒸汽處理與擠壓處理間τ差異不顯著，η與E2均差異顯著；未處理與烘烤處理在面團(tuán)含水量為38.23%～44.01%時，τ差異顯著，含水量為40.28%～44.01%時，η差異不顯著，含水量38.23%～40.28%時，E2差異顯著，含水量增加時，差異不顯著；面團(tuán)含水量為40.28%～44.01%時，微波處理、未處理及烘烤處理間的τ、η及E2均差異顯著；含水量為45.71%時，微波處理、蒸汽處理及擠壓處理τ、η及E2均差異顯著；含水量為40.28%時，微波處理面團(tuán)的τ最接近小麥粉面團(tuán)，但η、E2均大于小麥粉面團(tuán)。應(yīng)力松弛各個參數(shù)值：擠壓處理>蒸汽處理>微波處理>烘烤處理>未處理>小麥粉。結(jié)果表明，燕麥粉面團(tuán)在含水量相同，處理不同時，擠壓處理面團(tuán)結(jié)合力最大，黏性最強(qiáng)，蒸汽處理次之，微波處理介于中間，烘烤處理與未處理較小，從應(yīng)力松弛參數(shù)分析，小麥粉面團(tuán)的結(jié)合力與黏性最小。

經(jīng)干法糊化后，糊化度增加，黏性增大[24]，淀粉分子間相對運(yùn)動更困難[20]，τ與燕麥粉淀粉分子之間的相互作用有關(guān)，τ大說明面團(tuán)中淀粉等大分子的流動性差，面團(tuán)黏性大，彈性小，反之說明淀粉等大分子的流動性較好，面團(tuán)黏性小，彈性大。而未糊化的淀粉顆粒對小麥粉面團(tuán)特性幾乎沒有太大影響，因此，經(jīng)不同干法糊化處理后，燕麥粉面團(tuán)的應(yīng)力松弛參數(shù)要遠(yuǎn)大于小麥粉面團(tuán)。

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與水接觸時，水分子很容易被吸附在蛋白質(zhì)分子周圍，形成水化層，使蛋白質(zhì)體積增大[25]，阻礙了E2產(chǎn)生的相當(dāng)于分子鏈中鏈角、鏈長變化引起的普通形變[20]。經(jīng)不同干法糊化后，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生了改變[26-27]，在形成面團(tuán)過程中，蛋白與水結(jié)合體積變化不同，引起E2的變化不同。

脂肪降低淀粉凝膠的硬度，增加其黏度[28]；較高含量的β-葡聚糖，會引起燕麥粉面團(tuán)表觀黏度的增加[29-30]；經(jīng)不同干法糊化處理后，脂肪與淀粉結(jié)合形成復(fù)合物的比例不同，淀粉糊化度不同，淀粉黏度下降的程度也有一定差異，使得η改變的程度不相同。

4種干法糊化中，烘烤處理對于面團(tuán)黏性影響較小，微波處理與蒸汽處理其次，擠壓處理面團(tuán)糊化度最大，黏性最大，面團(tuán)內(nèi)部黏結(jié)力最大，最容易形成面團(tuán)，因此選取擠壓處理作為燕麥干法糊化的方法。

表2結(jié)果說明，除擠壓膨化燕麥粉外，不同干法糊化處理的燕麥粉面團(tuán)含水量與η、E2間均極顯著負(fù)相關(guān)，與τ相關(guān)性不顯著；擠壓膨化處理的面團(tuán)含水量與η顯著負(fù)相關(guān)，與其他指標(biāo)相關(guān)性均不顯著，說明增大面團(tuán)含水量時，面團(tuán)的應(yīng)力松弛特性各個參數(shù)變化較小，黏性的衰減較弱，仍能夠形成結(jié)合力較強(qiáng)的面團(tuán)。

2.3 不同糊化度燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性測定

表3為不同糊化度燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性的測定結(jié)果，糊化度為20%、30%、40%、50%、60%，面團(tuán)含水量為45.92%。表4為糊化度與應(yīng)力松弛參數(shù)的相關(guān)性分析。

表3 不同糊化度燕麥粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性測定

表4 糊化度與應(yīng)力松弛參數(shù)相關(guān)性分析

表3試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著糊化度的增加，燕麥粉面團(tuán)的τ、η及E2均增加，差異顯著。糊化度越大，面團(tuán)初始黏度、鄰近分子鏈相對運(yùn)動引起的彈性形變、達(dá)到平衡時所需的應(yīng)力及壓縮后期的變化幅度越大，面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)越強(qiáng)，硬度和黏性越大，面團(tuán)應(yīng)力下降和恢復(fù)彈性形變的速度越緩慢。

表4結(jié)果所示，糊化度與τ、η及E2均極顯著正相關(guān)，表明糊化度對燕麥粉面團(tuán)的應(yīng)力松弛特性影響較大，提高燕麥粉糊化度可以增大面團(tuán)的黏性和結(jié)合力，促使面團(tuán)形成，改善燕麥粉面團(tuán)的可操作性。

3 結(jié)論

擠壓膨化法得到的燕麥粉糊化度接近80%，而微波、烘烤及蒸制處理的燕麥粉糊化度均不超過40%，因此擠壓膨化法適合對燕麥粉進(jìn)行干法糊化。不同干法糊化處理及不同糊化度燕麥粉面團(tuán)的應(yīng)力松弛特性研究結(jié)果均表明燕麥粉糊化度與面團(tuán)殘余應(yīng)力呈顯著正相關(guān)，說明干法預(yù)糊化可顯著增強(qiáng)燕麥面團(tuán)的結(jié)合力。

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Effect of Dry Method Gelatinization on the Stress Relaxation Properties of Oat Flour Dough

Sun Juanjuan1Wei Xiaopeng1Qiu Yanyan1Luan Guangzhong1,2Shi Lei1Eizo Tatsumi3Hu Yayun1

(College of Food Science & Engineerring, Northwest A&F University1, Yangling 712100)(Shaanxi Engineering Center of Agro-product Processing2, Yangling 712100)(Japan International Research Center for Agricultural Science3, Tsukuba Japan 305-8686)

Four methods, extruding, steaming, microwaving and baking, were used to make pre-gelatinated oat flour respectively, and then determined the relaxation behaviors of the dough with various treatments and different gelatinization degrees. The results showed that the gelatinization degree of oat powder were 77.8%, 39.3%, 17.8% and 13.7% for extruding, steaming, microwaving and baking, respectively. The extruded samples showed the longest relaxation time, highest damping coefficient and residual stress which were 60.90 s, 3.70×106N·m-2·s, 9.39×104N·m-2, respectively. The gelatinization degree had significant positive correlation (R=0.97,0.99, 0.99;P<0.05) with the relaxation time, damping coefficient and residual stress. It could be concluded that the viscosity and cohesiveness of oat dough were improved significantly after dry gelatinization treatment.

oat, dry method gelatinization, oat dough, stress relaxation, gelatinization degree, viscoelasticity

TS 210

A

1003-0174(2016)04-0023-05

聯(lián)合國大學(xué)-麒麟后續(xù)研究項(xiàng)目(UNU-ISP-0053)，中日合作項(xiàng)目(K332021107)，西北農(nóng)林科技大學(xué)國際合作(A213021006)

2014-08-26

孫娟娟，女，1989年出生，碩士，淀粉與蛋白質(zhì)技術(shù)

欒廣忠，男，1968年出生，副教授，植物蛋白工程