面团流变学特性的研究及应用

面团流变学特性的研究及应用 摘要：面团是多种食品的加工原料，其流变学特性对食品的加工制作有极大的影响，甚至起决定性作用，不同的食品对面团的流变学特性有不同的要求，本文研究了面团的流变学特性，列举了研究方法、仪器以及指标，介绍了面团流变学的研究意义，并对馒头、面条、饺子、饼干以及面包五种食品对面团的流变学特性进行了介绍描述。 关键词：面团；流变学特性；应用 1.食品流变学概述 流变学是研究物质形态和流动的学科。食品流变学主要研究作用于物体上的应力和由此产生的应变规律，是力、变形和时间的函数，主要研究的是食品受外力和形变作用的结构。通过对食品流变特性的研究,可以了解食品的组成、内部结构和分子形态等,能为产品配方、加工工艺、设备选型及质量检测等提供方便和依据。近年来由于食品的深加工性、工艺及设备设计的依据性等的需要,食品流变学的研究变得愈来愈广泛【1】。 食品流变特性在生活中随处可见,如打蛋和搅蛋过程中蛋液的流动特性、和面时面团的弹性和变形、花生酱的涂抹等【2】。通过对食品的流变性的研究，可将食品分为固体类食品、牛顿流体类食品、非牛顿流体类食品、粘弹性体类食品以及塑性液体类食品五大类。其中粘弹性体类食品是一类介于固态食品与液态食品之间的具有弹性特性又有粘性特性的粘弹性体。属于这一类食品的有米面粉团、淀粉团、冻凝胶等【3】。本文主要研究面团的流变性以及不同产品对面团流变特性的要求。 2.面团流变学的研究 2.1面团 小麦粉是各种各样面制品的基础原料，与水混合后，由于面筋的形成从而形成了具有黏弹性且具有一定流动性的面团，面团的这种黏弹性和流动性称为面团的流变学特性【4】。水在面团的黏弹性中有重要作用，若要形成很好的面团加水量一定要适中，过多或不足均无法形成良好的面团，面团质量的好坏直接影响产品的质量。 当加适当水混匀时，蛋白质结合在一起形成连续的黏弹性面筋网状结构， 此时淀粉与水合面筋的大分子网络形成连续的颗粒网状结构，这两个独立的网络和他们的相互作用形成了面团的流变学特性，在揉和过程中，脂类和其它成分均被揉和到面筋蛋白网络中。因此，面筋蛋白的含量和质量是影响面团及面制品品质的重要因素【5】。面筋蛋白根据是否溶于乙醇，可分为两类：麦谷蛋白和麦醇溶蛋白。麦谷蛋白决定小麦粉面团的弹性，而麦醇溶蛋白则影响面团延伸性【6】。 2.2面团流变特性研究的意义 在面食类食品加工中，面团的品质其决定性作用，面团流变学特性是小麦品质的指标之一,受面粉蛋白质含量、面筋含量等组成成分的影响, 它决定着小麦和其烘焙、蒸煮食品等最终产品的加工品质, 可以给小麦粉的分类和用途提供一个实际的、科学的依据。研究面团的流变学特性有着重要的意义：(1)面团的结构和性质直接由其品种的品质状况决定, 蛋白质含量和质量、淀粉的种类和组合、脂肪的结构和组成以及矿物质、维生素的多少都直接影响到面团的粉质、拉伸、揉混等特性；(2)面团的性质又直接影响到面包等制成品的品质，其流变学特性决定了面团的行为,可以通过选择配方和加工过程控制面团特性以生产出能满足特殊要求的面包、馒头和面条等食品【7】；(3)通过面团流变学特性的测定可以了解面粉和小麦品质,对于指导面粉品质改良、制定各种专用粉标准、保证面粉质量稳定等,都有十分重要的意义【8】。 2.3面团流变学的研究方法 为了研究面团的流变学性质，科学研究者们设计了不同的试验方法与不同类型的仪器来测定其性质。 根据可根据施加在面团上的形变的相对大小和应变的种类对测定流变学方法进行分类【9】，可分为动态振荡试验、 蠕变和应力松弛试验以及采用单轴、 双轴拉伸试验和气泡膨胀系统测定面团的拉伸黏度的拉伸试验【10】。 在以往的研究中采用主观的手工揉捏和拉伸的方法显示面团是否适合用于焙烤或用于其他方面制作，因此，面团的拉伸阻力和拉伸回弹性能等弹性力学的流变性指标被认为是主观评价的关键参数。然而，众多采用弹性力学作为流变性指标的方法已被证明不能完全反映面团的焙烤性能【11】。随着科技的进步，人们已经开始采用更加精确的仪器来测定面团的流变学特性，目前常用的仪器有电子粉质仪、拉伸仪、面粉揉混仪以及吹泡示功仪等，这些仪器在面团流变学研究及小麦的选种中起到了重要的作用。 王光瑞等【12】用粉质仪研究了面团形成时间和稳定时间与焙烤品质的相关性；李志西等【13】用拉伸仪研究了小麦蛋白组分与面团特性和烘焙品质的关系【14】；王恕【15】应用吹泡示功仪测定并绘制了12种小麦样品或面粉的吹泡示功图,分析了所测参数及其与烘烤品质的关系,Edwards【16】用29微量揉混仪研究了硬粒黑麦的面团流变学特性。 2.4面团流变学特性的指标 利用粉质仪测定面团揉和性可得粉质图，图中指标如下： 吸水率(Water Absorption,WA):是指使面团最大阻力处于500士20FU时所需的加水量,以占14%湿基面粉重量的百分数表示。 形成时间(Development Time,DT):是指从开始加水直至面团稠度(阻力)最大时所需揉混的时间。形成时间反映面团的弹性,面筋含量多且质量好的面粉形成时间较长。 稳定时间(Stability Time,ST):指曲线首次穿过500FU(到达时间)线和离开500Fu(衰减时间)线之间的时间差。稳定时间长短反映面团的耐揉性,时间越长耐揉性越好，面筋强度越大，加工处理性能越好。 弱化度(Softening of Dough,SD):指粉质曲线最高点中心与达到最高点后12mni曲线中心两者之差,用FU表示。弱化度表明面团在搅拌过程中的破坏速率,弱化度测定值越大，面团强度越小，面团越易发生流变。 评价值(Valorimetre Value,VV):是由面团形成时间和耐搅拌性来综合评价粉样品质的单一数值。 利用拉伸仪测面团流变学特性可得拉伸图，图中指标如下： 拉伸阻力(R):曲线开始后在横坐标上到达50mm位置处,曲线的高度,以EU表示。 延伸度(E):曲线在横坐标上的长度,以mm表示。 最大拉伸阻力(Rm):曲线最高点高度,以EU表示。 拉伸曲线面积(A):曲线所包围的面积,以cm2表示，拉伸面积反映面团强度。 拉伸比(R/E):拉伸阻力与延伸度之比,反映面团抗拉伸强度。 3.不同产品对面团流变学特性的要求 面团可以用来加工制作不同的面食类食物，制作的产品不同，所需要的面团的流变学特性也不同，根究研究有以下的结论。 3.1馒头 Sidi Huang等【17】对馒头用粉品质指标进行研究得出结论,蛋白质的含量和质量以及淀粉质量是影响馒头体积的重要决定因素，硬质小麦面粉比软质小麦面粉更适于加工优质馒头。魏益民等【18】研究了小麦子粒品质与馒头品质的关系,得出结论馒头对小麦粉品质的要求范围较大,从中筋到弱筋品种小麦都可以制作馒头；筋力愈高,面团的发酵时间愈长,馒头的弹性愈高。 由研究得知面粉蛋白质、沉降值、和面时间、形成时间、稳定时间与馒头体积和比容呈极显著正相关,与馒头外观呈极显著负相关,延伸度较其他几个流变参数与馒头品质的相关系数较大,但只与馒头的粘性呈显著相关,适宜制作馒头的小麦面粉蛋白质含量中等偏高,面筋强度中等。 3.2面条 面条最主要的原料成分是小麦粉,国内外学者的研究结果表明,小麦粉中的各种化学成分与面条的品质有着不可分割的联系,特别是蛋白质和淀粉对面条的品质影响最大【19】。 胡新中等【20】采用新的蛋白质组分分离方法进行了研究，结果发现单体蛋白对于面条拉伸特性和弹性作用小于谷蛋白；谷蛋白含量、与其它蛋白质品质指标如沉淀值、谷蛋白溶涨指数和部分流变学指标呈极显著正相关,与鲜面条制作特性及质构仪拉伸特性,如面条厚度、面带长度、最大抗拉伸阻力、拉伸长度、拉伸能量等关系密切；可溶性谷蛋白含量高低是面条小麦的主要特性。 Toyokawa等利用分馏法和重组法发现,好的面条品质应该具有一个合适的直链淀粉与支链淀粉比例,直链淀粉含量偏低或中等的小麦粉制成的面条品质好,有韧性、不粘【21】。 形成时间、稳定时间、评价值、拉伸面积、最大拉伸阻力、拉伸阻力对面条表观状态影响较大与面条的韧性呈显著正相关,吸水率对面条色泽影响较大，面团流变学特性对面条适口性、粘性和光滑性影响不显著。 3.3饺子 饺子作为传统食物之一，饺子皮对面团也有一定的要求。 李桂玉等【22】分析了影响速冻水饺冻裂因素及改进措施,指出面粉作为速冻水饺专用的面粉,应该具备以下特点:(l)灰分低；(2)蛋白质质量好。张国权等【23】对饺子专用粉的淀粉品质特性分析指出,优质饺子专用粉不但应具有较好的蛋白质品质,还应具有合理的淀粉构成以及较高的峰值粘度、较强的凝胶形成能力和较大的淀粉膨胀体积。 面团流变学特性对饺子品质的影响较大。形成时间、稳定时间、评价值和拉伸面积、最大拉伸阻力、拉伸阻力对饺子总分影响均表现为极显著正相关,延伸度对饺子品质总分影响表现为显著负相关,饺子品质中颜色、饺子汤特性、总分、细腻度、韧性等品质指标与面团流变学特性相关性强,所以,要提高饺子品质就必须了解和控制加工用小麦分的面团流变学特性参数。 3.4饼干 面团的流变学特性与饼干的质量密切相关，根据饼干制作特点，饼干粉面团需要较好的延伸性(即可塑性),对弹性和筋力要求较弱，因此饼干选用低筋粉制作。面团的挤压时间、弹性回复、拉伸黏度、稠度和硬度与饼干的延伸显著相关，面团的弹性回复和稠度主要影响饼干的厚度；面团挤压时间、弹性回复、表观双轴拉伸黏度、稠度和硬度与饼干密度正相关，饼干密度也与感官评价相关，研究发现，在流变学指标中，弹性回复是预测饼干质构的最好指标【24】。 3.5面包 面团流变学特性与面包烘焙品质间存在着显著的相关关系，面筋赋于面团的黏弹性，对面包烘焙特性如面包体积、内瓤结构、质均等均有很大影响。面团凝聚力是预测面包质量的一个较佳的指标【25】。通常认为，稳定时间越长，面团的韧性越好，面筋强度越大，面团的处理性质越好。 制作面包应选用形成时间、稳定时间都较长和形成时间长、稳定时间稍短以及稳定时间长、形成时间稍短的小麦面粉，或对具有不同品质的面粉进行适当的