宋亞博,宋 斌,麻 琦,趙仁勇
(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001)
使用面筋峰值儀快速評價小麥品質(zhì)的研究
宋亞博,宋 斌,麻 琦,趙仁勇*
(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001)
面筋峰值儀(GlutoPeak)是一種基于高剪切力原理、快速測定面筋強度、反映面筋黏聚特性的儀器。利用面筋峰值儀測定了50份小麥樣品籽粒全粉(簡稱全麥粉)的面筋聚合特性,并與相應(yīng)的小麥粉樣品經(jīng)粉質(zhì)儀、拉伸儀測定的面團流變學(xué)特性對比。結(jié)果表明,全麥粉樣品面筋的黏聚特性與相應(yīng)的小麥粉樣品面團的流變學(xué)特性之間呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系,驗證了使用面筋峰值儀快速評價小麥品質(zhì)的可行性。多元線性回歸分析結(jié)果表明,利用全麥粉樣品的面筋峰值儀參數(shù)如PMT、AM、PM以及A3值等指標可以快速預(yù)測相應(yīng)小麥粉樣品的面團流變學(xué)特性,如形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、評價計值、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)等揉混特性參數(shù)或拉伸面積、最大拉伸阻力等延展特性參數(shù),建立的數(shù)學(xué)模型具有較高的決定系數(shù)(R2)。
全麥粉;面筋峰值儀;面團;流變學(xué)特性
小麥品質(zhì)是由多因素構(gòu)成的綜合概念,主要可分為加工品質(zhì)和食用品質(zhì)。目前,大多利用小麥粉來分析小麥的品質(zhì)。小麥粉品質(zhì)指標主要包括物理特性指標、化學(xué)特性指標和流變學(xué)特性指標以及通過蒸煮試驗、烘焙試驗評價其食用品質(zhì)等[1-2]。這些指標能在不同程度上反映小麥品質(zhì)的優(yōu)劣,不同的流變學(xué)測定方法,如粉質(zhì)儀和拉伸儀已經(jīng)被很好地用于評價面筋的特性。依據(jù)現(xiàn)行的國家或國際標準,無論進行粉質(zhì)儀還是拉伸儀試驗,都首先需要對小麥樣品進行水分調(diào)節(jié)、試驗制粉以及對小麥粉樣品進行后熟穩(wěn)定化處理,這難免導(dǎo)致測定周期延長,無法實現(xiàn)收購過程中優(yōu)質(zhì)專用小麥的快速檢測和評判[3]。因此,如果能找到一種快速、簡單且能夠有效反映小麥粉品質(zhì)的檢測方法,同時,能夠大幅縮短試驗周期,提高各個試驗階段的效率,并且得到可信的試驗結(jié)果,將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
面筋峰值儀(GlutoPeak)是德國布拉本德公司研發(fā)的一種用于快速測定面筋強度,反映面筋質(zhì)量特性的儀器,其原理是基于高剪切力的作用,使面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)快速形成后被破壞,其特點是試驗時間不超過 10 min,樣品用量少(<10 g),可快速了解小麥粉面筋特性。Chandi等[4]利用響應(yīng)面的方法優(yōu)化得到了面筋峰值儀測定全麥粉、軟質(zhì)和硬質(zhì)小麥粉的面筋聚合特性的最優(yōu)測試條件,推動了面筋峰值儀在實際工作中的應(yīng)用。Marti等[5]應(yīng)用面筋峰值儀測定了120個小麥粉樣品,結(jié)果顯示面筋峰值儀的參數(shù)與粉質(zhì)儀、拉伸儀和吹泡示功儀的測試參數(shù)有極顯著相關(guān)性,表明面筋峰值儀可以作為一種可靠、快速的手段用于評價小麥粉的質(zhì)量。Brunnbauer等[6]的研究指出,到達最大扭矩的時間(PMT)與面團形成時間,最大扭矩值(MT)與蛋白含量、面包體積、最大拉伸阻力和延伸性等具有較好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)在0.664~0.956之間。醇溶蛋白與谷蛋白的比例影響面筋峰值儀的PMT值,不同的小麥品種其谷蛋白的含量影響B(tài)EM值,可以利用面筋峰值儀對小麥粉的面筋特性進行快速、準確的評價[7]。Chandi等[8]在小麥粉中加入不同比例的小米粉或卡姆麥粉,結(jié)果顯示面筋峰值儀的PMT和MT值與卡姆麥粉的添加比例和餅干膨脹特性極顯著正相關(guān),與小米粉的添加比例極顯著負相關(guān),PMT和BEM值隨著小麥粉中蛋白質(zhì)含量的增加而增加。
本研究通過測定全麥粉的理化特性和面筋峰值儀參數(shù),分析全麥粉的理化指標及面筋峰值儀參數(shù)與試驗制粉后小麥粉的理化特性、面團的流變學(xué)特性之間的相關(guān)關(guān)系,探討基于全麥粉的面筋聚合特性快速評價小麥品質(zhì)的可行性。
小麥樣品50個,由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥所提供。
無水碳酸鈉為基準級試劑,氯化鈉、濃硫酸、硼酸、氫氧化鈉、硫酸銅、氯化鉀、甲基紅、溴甲酚綠、乙酸鎂、乙醇、無水氯化鈣等均為分析純試劑。
AB204-S分析天平、PL1502-S電子天平:瑞士Mettler Toledo公司;101A-2電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海實驗儀器廠有限公司;SX2-5-12馬弗爐:天津市中環(huán)實驗電爐有限公司;JYDB100×40小麥硬度指數(shù)測定儀、LRMM8040-3-D實驗?zāi)シ蹤C和LFS-30實驗粉篩:無錫錫糧機械制造有限公司;AM5100水分測定儀、3100錘式旋風(fēng)磨和2200自動面筋洗滌系統(tǒng):瑞典Perten公司;8400凱氏定氮儀:瑞典FOSS TECATOR公司;面筋峰值儀(Gluto-Peak)、 粉質(zhì)儀 (Farinograph) 和拉伸儀(Extenograph):德國 Brabender公司。
采用錘式旋風(fēng)磨粉碎人工清理后的小麥樣品。全麥粉樣品全通0.8 mm圓孔篩板,混合均勻后低溫(4~6℃)條件下儲存?zhèn)溆谩?/p>
采用實驗?zāi)シ蹤C,參考AACC 26—21方法[9]制備小麥粉樣品。
水分含量的測定參照 GB/T 21305—2007方法;小麥硬度指數(shù)的測定參照GB/T 21304—2007方法;全麥粉灰分含量的測定參照GB/T 5505—2008方法;小麥粉粗蛋白質(zhì)含量的測定參照GB/T 5511—2008方法;小麥粉濕面筋含量和面筋指數(shù)的測定參照AACC Method 38—12A方法;小麥粉面團揉混特性的測定參照GB/T 14614—2006方法;小麥粉面團延展特性的測定參照GB/T 14615—2006方法;全麥粉及小麥粉面筋黏聚特性的測定參照Chandi等[4]的方法,測試條件為:小麥粉 8.5 g;0.5 mol/L的 CaCl2溶液 9.5 g; 轉(zhuǎn)速1 900 r/min;溫度34℃;運行時間10 min,可以根據(jù)實際情況適當(dāng)縮短。
面筋峰值儀扭矩曲線如圖1所示,所測定的各項指標及含義[10-11]見表1。
圖1 面筋峰值儀扭矩曲線Fig.1 GlutoPeak graph
表1 面筋峰值儀所測定的各項指標及含義Table 1 Indices characterized by GlutoPeak
所有數(shù)據(jù)均為兩次平行試驗結(jié)果的平均值,如無特別說明,測定結(jié)果均以干基計。用SAS 9.1軟件進行方差和線性回歸分析。
測定了50個小麥樣品的硬度指數(shù)、全麥粉的水分和灰分。小麥硬度指數(shù)的平均值為64%,變幅47%~71%。全麥粉水分含量的平均值為11.1%,變幅9.8%~12.2%?;曳趾康钠骄禐?.74%,變幅1.44%~2.01%。
使用面筋峰值儀測定50個全麥粉樣品面筋的聚合特性。全麥粉PMT的平均值為52.7 s,變幅為25.0~82.5 s。全麥粉BEM的平均值為42.5 B.U.,變幅為 29.5~54.5 B.U.。全麥粉AM的平均值為16.9 B.U.,變幅為 6.5~29.5 B.U.。全麥粉 PM 的平均值為 28.9 B.U.,變幅為 19~42 B.U.。全麥粉 A3的平均值為328.7,變幅為23.5~638.0。全麥粉A4的平均值為485.1,變幅為318.5~707.0。全麥粉A5的平均值為557.9,變幅為375.0~702.5。
如表2所示,對50個小麥粉樣品的理化特性及面團的流變學(xué)特性進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),濕面筋含量、面筋指數(shù)、面團揉混特性以及延展特性等表征小麥粉內(nèi)在質(zhì)量的參數(shù)具有較大的變異系數(shù),說明小麥樣品間存在很大的品質(zhì)差異性。從小麥品質(zhì)的角度看,分析測試的樣品具有很好的代表性。
表2 小麥粉樣品的理化特性及面團的流變學(xué)特性Table 2 Physicochemical properties of wheat flour and rheological properties of the dough
用面筋峰值儀測定了50個小麥粉樣品面筋的聚合特性。小麥粉PMT的平均值為67.4 s,變幅為23.0~188.0 s。小麥粉BEM 的平均值為 44.2 B.U.,變幅為 30.5~59.0 B.U.。小麥粉AM的平均值為27.0 B.U.,變幅為 7.5~49.0 B.U.。小麥粉 PM 值的平均值為 36.5 B.U.,變幅為 21.0~50.0 B.U.。小麥粉A3的平均值為918.5,變幅為49.4~2 310.1。小麥粉A4的平均值為773.1,變幅為31.2~2 310.1。小麥粉 A5的平均值為 1 271.1,變幅為 733.1~1 782.7。
在相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上,篩選出與小麥粉粉質(zhì)儀、拉伸儀及面筋峰值儀各項指標高度相關(guān)的全麥粉面筋峰值儀參數(shù),采用逐步回歸的方法建立小麥粉品質(zhì)參數(shù)的預(yù)測模型。
全麥粉樣品的面筋峰值儀參數(shù)與小麥粉樣品的粗蛋白含量、濕面筋含量及面筋指數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果見表3。除PMT值外,全麥粉樣品的其他參數(shù)均與小麥粉粗蛋白含量呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.364~0.746。除AM值外,全麥粉樣品的其他參數(shù)均與小麥粉濕面筋含量呈顯著或極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.283~0.541。除BEM值外,全麥粉樣品的其他參數(shù)均與小麥粉面筋指數(shù)呈極顯著相關(guān),相關(guān)系數(shù)為 0.326~0.878。
表3 全麥粉樣品的面筋峰值儀參數(shù)與小麥粉樣品的理化指標之間的相關(guān)性Table 3 Correlation coefficients among GlutoPeak parameters of whole wheat meal samples and physicochemical parameters of flour samples
如表4、表5所示,全麥粉樣品的PMT、AM、PM和A3值與小麥粉樣品的形成時間、穩(wěn)定時間、評價計值、粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)以及拉伸面積、最大拉伸阻力等參數(shù)都呈極顯著相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.506~0.928,而與弱化度極顯著負相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.703、-0.638、-0.510 和-0.740。從相關(guān)性分析結(jié)果可以看出,全麥粉PMT、AM、PM以及A3值與小麥粉粉質(zhì)、拉伸參數(shù)的相關(guān)性較好,可以作為基礎(chǔ)參數(shù)建立小麥粉面團的流變學(xué)特性,如粉質(zhì)儀、拉伸儀參數(shù)的預(yù)測模型。
表4 全麥粉樣品的面筋峰值儀參數(shù)與小麥粉樣品的粉質(zhì)儀參數(shù)之間的相關(guān)性Table 4 Correlation coefficients among GlutoPeak parameters of whole wheat meal samples and Farinograph parameters of flour samples
表5 全麥粉樣品的面筋峰值儀參數(shù)與小麥粉樣品的拉伸儀參數(shù)之間的相關(guān)性Table 5 Correlation coefficients among GlutoPeak parameters of whole wheat meal samples and Extensograph parameters of flour samples
如表6所示,在逐步線性回歸分析的基礎(chǔ)上,建立了通過全麥粉的面筋峰值儀參數(shù)預(yù)測小麥粉的粉質(zhì)儀、拉伸儀參數(shù)的模型。
全麥粉面筋峰值儀PMT和A3這兩個參數(shù)對小麥粉評價計值的影響顯著,它們可以解釋其變異的77.6%,其中,全麥粉A3值就可以解釋變異的76%。全麥粉面筋峰值儀A3、A4和AM這3個參數(shù)對小麥粉拉伸面積的影響顯著,它們可以解釋其變異的91.5%,其中,全麥粉A3值就可以解釋變異的84.2%。全麥粉面筋峰值儀參數(shù)A3值與小麥粉最大拉伸阻力顯著相關(guān),可以解釋其變異的86.1%。可見,全麥粉面筋峰值儀的A3值是預(yù)測小麥粉其面團揉混和延展特性的重要指標。
表6 用全麥粉面筋峰值儀參數(shù)預(yù)測小麥粉粉質(zhì)儀、拉伸儀參數(shù)的數(shù)學(xué)模型Table 6 Mathematical models for predicting Farinograph and Extensograph parameters of flour from GlutoPeak parameters of whole wheat meal
50份全麥粉樣品的 PMT、AM、PM以及A3值與相應(yīng)的小麥粉樣品其粉質(zhì)儀、拉伸儀參數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系,可以通過直接測定全麥粉樣品面筋的聚合特性,根據(jù)已建立的數(shù)學(xué)模型來預(yù)測小麥粉樣品面團的流變學(xué)特性,如形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、評價計值等粉質(zhì)儀參數(shù)以及拉伸面積和最大抗伸阻力等拉伸儀參數(shù),而且預(yù)測模型的決定系數(shù)(R2)較高。與粉質(zhì)儀、拉伸儀等測定小麥品質(zhì)的傳統(tǒng)方法相比,利用面筋峰值儀直接分析全麥粉樣品的方法不需要對小麥樣品進行水分調(diào)節(jié)、試驗制粉以及對小麥粉樣品進行后熟穩(wěn)定化處理,在檢測周期、樣品用量以及試驗結(jié)果等方面具有一定的優(yōu)勢,適合于小麥品質(zhì)的快速檢測。
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RAPID DETERMINATION OF WHEAT QUALITY USING GLUTOPEAK
SONG Yabo,SONG Bin,MA Qi,ZHAO Renyong
(School of Food Science and Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)
GlutoPeak is a shear-based device for rapid testing gluten strength and its aggregation behavior. The gluten aggregation properties of 50 whole wheat meal samples were investigated by GlutoPeak,in comparison with the dough rheological properties of their corresponding flour samples characterized by Farinograph and Extensograph. Analysis results showed that there were significant correlations between gluten aggregation properties of whole wheat meal samples and dough rheological properties of flour samples,suggesting that GlutoPeak could be used to rapidly evaluate wheat quality. The use of multivariate statistics demonstrated that such GlutoPeak parameters asPMT,AM,PM,andA3 of whole wheat meal samples could predict the dough rheological properties of flour samples rapidly,including mixing properties characterized by Farinograph and extension properties by Extensograph. Mathematical models for predicting Farinograph,and Extensograph parameters of flour from GlutoPeak parameters of whole wheat meal had high coefficient of determination (R2).
whole wheat meal;glutopeak;dough;rheological properties
TS 201.1 文獻標志碼:B
1673-2383(2017)05-0045-05
http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171030.0936.018.html
網(wǎng)絡(luò)出版時間:2017-10-30 9:36:36
2017-03-03
國家自然科學(xué)基金項目(31171653);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303070-01);農(nóng)業(yè)部小麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-03)
宋亞博(1991—),女,河南鄭州人,碩士研究生,專業(yè)方向為糧食資源利用與轉(zhuǎn)化。
*通信作者