劉健飛,鄭學(xué)玲,劉 翀
(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)
面條是中國(guó)和很多亞洲國(guó)家日常飲食中的傳統(tǒng)主食之一[1],由于其簡(jiǎn)單的制作方法和營(yíng)養(yǎng)健康的特點(diǎn)深受人們的喜愛[2]。面條制作過(guò)程中合適的水分含量能夠使面粉水化并形成均勻的面筋網(wǎng)絡(luò),過(guò)多或過(guò)少的水分都會(huì)對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成造成不利的影響[3]。
在不同面制品的制作過(guò)程中,面包的加水量大約為面粉質(zhì)量的60%左右,饅頭為45%左右,生鮮面為34%左右,掛面為30%左右[4]。面條面團(tuán)的加水量較低(28%~38%),加水量不足的面團(tuán)比較硬,延展性也較差,同時(shí)面片的表面會(huì)出現(xiàn)許多不均勻的白點(diǎn),從而影響面條的外觀品質(zhì)[5];而過(guò)多的水分會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)粘輥,對(duì)面條的后續(xù)制作過(guò)程造成不便,同時(shí)導(dǎo)致面條口感不佳[6]。Hardt 等[7]發(fā)現(xiàn)當(dāng)面團(tuán)的加水量從43.5%降低到34%時(shí),面團(tuán)的粘彈性模量都有不同程度的增加,而最大蠕變?nèi)崃拷档?。同時(shí),加水量的增大會(huì)導(dǎo)致面條亮度的降低[8]。Park 等[9]發(fā)現(xiàn)加水量的增加會(huì)促進(jìn)面筋蛋白的形成,面團(tuán)彈性增大,煮后面條的硬度隨加水量增加而降低。以上研究大都固定面團(tuán)及面條的制作過(guò)程(固定壓延次數(shù)),并未涉及壓延次數(shù)對(duì)面團(tuán)特性變化的影響。
Morgenstern 等[10]研究壓延次數(shù)對(duì)高水分面包的流變學(xué)影響發(fā)現(xiàn)面團(tuán)的破裂應(yīng)力和破裂應(yīng)變存在一個(gè)先增加后減小的過(guò)程。李逸群[11]研究壓延次數(shù)對(duì)饅頭品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)過(guò)多的壓延次數(shù)會(huì)使饅頭品質(zhì)發(fā)生劣變。目前壓延次數(shù)對(duì)面團(tuán)品質(zhì)的影響僅局限于高水分的面包、饅頭面團(tuán),對(duì)低水分面條面團(tuán)的影響研究卻很少。
因此本實(shí)驗(yàn)通過(guò)添加不同含量的水分(30%、34%、38%),測(cè)定不同的單向復(fù)合壓延次數(shù)對(duì)面片力學(xué)性質(zhì)和面條品質(zhì)的影響,以期探尋低水分面條面團(tuán)在壓延過(guò)程中能夠表征面筋網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的力學(xué)指標(biāo),以及這些指標(biāo)與面條品質(zhì)的關(guān)系,為面條的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
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1.2.1 面片的制作 參考Song 等[12]的方法稍作修改,分別稱取150 g 面粉,30%、34%、38%(以面粉質(zhì)量為基準(zhǔn))的水分,一起加入針式和面機(jī)內(nèi)并和面7 min,之后將攪拌得到的面絮置于自封袋中密封完全,在25 ℃的醒發(fā)箱中醒發(fā)20 min。將醒發(fā)之后的面絮放入頂部未封閉的長(zhǎng)方形木制模具(160 mm×140 mm× 9 mm)中放置均勻,用配套的模板輕壓制成型。隨后將壓制過(guò)后的面片在3 mm 軋距下的面條機(jī)上分別進(jìn)行2、4、6、10、20、40 次復(fù)合壓延。每次壓延都將面片折疊一次,按照相同的方向進(jìn)行壓延。壓延完成之后靜置面片1 min,隨后在其4 個(gè)不同部位測(cè)定面片厚度,為之后的流變學(xué)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
1.2.2 面條的制作 參照張顏顏等[13]的方法進(jìn)行稍作修改。面片在軋距為3 mm 下分別復(fù)合壓延一定的次數(shù)(2、4、6、10、20、40),之后通過(guò)軋距為2.0、1.8、1.6、1.4、1.2、1.0 mm 的壓輥進(jìn)行連續(xù)壓延,最后將壓好的面片切成2 mm 寬的面條,置于自封袋中備用。
1.2.3 面片的流變學(xué)測(cè)定 采用TA-XT 型質(zhì)構(gòu)儀,根據(jù)Morgenstern 等[10]的方法經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男薷?,用直?10 mm 的圓形刀具從復(fù)合壓延之后的面片中心取樣,將得到的圓形面片用兩個(gè)帶有63 mm 直徑圓孔的不銹鋼平板(HDP/TPB 的探頭夾具)固定于測(cè)試平臺(tái)上。測(cè)試探頭為P36R;測(cè)前和測(cè)后速度為1、5 mm/s;測(cè)試速度為1 mm/s。探頭下壓面片直至破裂,測(cè)定面片破裂時(shí)的最大拉斷力和最大延伸度。其中應(yīng)力(σ)被定義為面片拉伸過(guò)程中垂直于力作用方向上每單位面積上的力,應(yīng)變(ε)被定義為面片拉伸過(guò)程中面片的形變與初始厚度的比例。根據(jù)力、位移和時(shí)間的原始數(shù)據(jù),應(yīng)力、應(yīng)變的計(jì)算公式為:
式中,F(xiàn)(t)表示探頭記錄的力,N;t 表示探頭下壓的時(shí)間,s;R 表示探頭和圓孔邊長(zhǎng)之間的平均半徑,mm;h0表示面片的厚度,mm;v 表示探頭的速度,mm/s;l0表示探頭和圓孔邊緣之間的距離,mm。
參考Song 等[12]的研究,面片在破裂(力最大時(shí))的應(yīng)力和應(yīng)變分別被定義為破裂應(yīng)力(σR)和破裂應(yīng)變(εR)。每個(gè)測(cè)定做3 次重復(fù)。
1.2.4 面片的微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定 將制作好的面片用液氮迅速冷凍,隨后進(jìn)行真空冷凍干燥。將凍干好的面片掰斷,選取具有平整自然斷裂面的樣品固定于圓形樣品臺(tái)上,噴金處理后在電鏡掃描儀上放大2000 倍進(jìn)行觀察面片的微觀結(jié)構(gòu),電壓為3.0 kV。
1.2.5 面條的蒸煮特性測(cè)定 稱取15 g 的生面條放于500 mL 的沸水中煮至最佳蒸煮時(shí)間(面條中心部分的白芯消失)。將面條撈出至于冷水中浸泡30 s,之后將面條放置于濾紙上吸水5 min 后進(jìn)行稱重。將煮面湯和冷卻水倒入1000 mL 的容量瓶中定容,后稱取50 mL 到恒重的鋁盒中,最后將鋁盒在105 ℃烘箱中烘干到恒重。面條的干物質(zhì)吸水率和蒸煮損失率計(jì)算公式如下[14]:
式中,m1為煮后瀝干面條的質(zhì)量,g;m0為煮前面條的質(zhì)量,g;m 為50 mL 面湯干物質(zhì)質(zhì)量,g;w 為煮前面條的水分含量,%。
1.2.6 煮熟面條的拉伸特性測(cè)定 取20 根左右的面條至于500 mL 沸水中,將面條煮至面條中心部分的白芯消失為最佳狀態(tài)。立即撈出并在300 mL 冷水中冷卻30 s,隨后撈出面條在濕紗布下靜置1 min 后用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定煮熟面條的拉斷力和拉斷距離[15?16]。探頭類型:Code A/SPR;測(cè)前和測(cè)后速度分別為2、2 mm/s;測(cè)試速度為1 mm/s;觸發(fā)力:Auto-5.0 g,每個(gè)樣品做5 次平行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以3 次平行實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,使用SPSS 23 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和使用Origin 2018 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖,同時(shí)采用Duncan 檢驗(yàn)方法,在P<0.05 的水平下進(jìn)行顯著性分析。
不同加水和復(fù)合壓延次數(shù)下面片破裂時(shí)的原始最大拉斷力和最大拉伸距離如表1 所示。在整個(gè)壓延的過(guò)程中,面片的拉伸力和延伸度都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),且兩者都在壓延4 次時(shí)最大。由表1可見,隨著面團(tuán)加水量的增大,面片破裂時(shí)的最大拉斷力顯著(P<0.05)減小,表明水分含量更高,使面片破裂所需要的力就更小。在壓延4 次時(shí),對(duì)于加水量為30%、34%、38%的面片,最大拉斷力分別為2659、1935 和969 g。造成這一現(xiàn)象的原因:一方面,隨著加水量的增多,加速了面團(tuán)中蛋白質(zhì)的吸水膨脹,從而形成更加伸展柔順的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其塑性增加而硬度下降;另一方面,含水量增加導(dǎo)致自由水含量也隨之增加,而水具有塑化作用,會(huì)促進(jìn)面筋的潤(rùn)滑移動(dòng),從而使拉斷力逐漸下降。這與經(jīng)典的粉質(zhì)拉伸試驗(yàn)具有相同的現(xiàn)象:水分含量的增加降低了粉質(zhì)拉儀的扭矩(表現(xiàn)為BU 的降低)[17]。Mastromatteo等[3]研究了不同加水量對(duì)面包面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)的影響,也得到了相似的結(jié)論:高水分面團(tuán)變形需要的力更小,且隨著水分含量的增加,面片破裂時(shí)的拉伸距離也顯著(P<0.05)增加。Letang 等[18]也表明過(guò)多的水分會(huì)使得面團(tuán)軟化。
表1 不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面片的拉伸特性的影響Table 1 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on tensile properties of dough sheet
在面片的拉伸過(guò)程中,面片的厚度和形狀是一直在發(fā)生變化的,為了去除拉伸過(guò)程中面片厚度和形狀的影響,選擇引入破裂應(yīng)力及破裂應(yīng)變來(lái)表征面片拉伸性質(zhì)的變化。其中破裂應(yīng)力反映的是面片的強(qiáng)度及抗拉伸性能,破裂應(yīng)變反映的是面片的延伸度。
圖1 表示的是不同加水條件下復(fù)合壓延過(guò)程中面片破裂應(yīng)力的變化。由圖1 中可以明顯看出,在三個(gè)水分含量下,隨著壓延次數(shù)的逐漸增加,破裂應(yīng)力都先增加后顯著(P<0.05)減小,且都在復(fù)合壓延4 次出現(xiàn)最大值(6.06、4.78、2.81 kPa),壓延20 次后破裂應(yīng)力的變化趨于平緩。面片的破裂應(yīng)力在復(fù)合壓延過(guò)程中的變化規(guī)律和高水分面團(tuán)和面過(guò)程中阻力的變化規(guī)律很相似:在和面開始階段,面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)逐漸形成,面團(tuán)的強(qiáng)度逐漸增大;隨著和面時(shí)間增加,面團(tuán)被過(guò)度攪拌,破壞了原有的連續(xù)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),面團(tuán)強(qiáng)度下降而變得又軟又粘,面團(tuán)抗拉伸能力下降[19]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著水分含量的增加,面片的破裂應(yīng)力顯著(P<0.05)下降,這是由于水分的塑化作用造成的結(jié)果[20]。
圖1 不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面片破裂應(yīng)力的影響Fig.1 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on rupture stress of dough sheet
不同加水條件下復(fù)合壓延過(guò)程中面片破裂應(yīng)變的變化如圖2 所示,隨著壓延次數(shù)的增加,30%和38%水分條件的面片的破裂應(yīng)變和應(yīng)力的變化趨勢(shì)相同且都在第4 次出現(xiàn)最大值,34%水分的面片在第6 次出現(xiàn)最大值。這與面片的最大延伸度變化規(guī)律也相同,這是因?yàn)殡S著壓延過(guò)程的進(jìn)行,過(guò)多的壓延次數(shù)破壞了原本已經(jīng)完善的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使面片的延展性下降。當(dāng)水分含量增加,破裂應(yīng)變也顯著(P<0.05)增加,這可能是由于一定范圍內(nèi)水分增加促進(jìn)了面筋蛋白分子伸展并通過(guò)次級(jí)鍵相互纏結(jié),增大了面筋網(wǎng)絡(luò)的延展性。這與Hardt 等[7]的研究相似:隨著水分含量增加(33%~44.8%),面團(tuán)的延伸度增加。綜上所述,壓延4 次得到的面片具有最好拉伸特性,38%加水量的面片雖然具有最大的破裂應(yīng)變,但是由于在此水分含量下面片過(guò)于柔軟其黏性過(guò)大,不利于面片的壓延操作,所以當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下,34%加水量的面片具有最好的操作特性。
圖2 不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面片破裂應(yīng)變的影響Fig.2 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on rupture elongation of dough sheet
不同壓延次數(shù)的面片微觀結(jié)構(gòu)如圖3 所示。由圖3 可以清楚的看到面片的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)物質(zhì)為蛋白質(zhì),大顆粒物質(zhì)為淀粉顆粒。隨著壓延次數(shù)的增加(2~4 次),面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加緊密。蛋白質(zhì)彼此粘連,淀粉分子被緊密的包裹其中,形成平整連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著壓延的繼續(xù)進(jìn)行,20 次壓延獲得的面片中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的空隙,部分淀粉分子裸露在外,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變差。這是由于在初始?jí)貉与A段,適當(dāng)?shù)膲貉硬僮鞔龠M(jìn)蛋白質(zhì)、淀粉、水分子等物質(zhì)的相互作用,形成連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)。而之后過(guò)度的壓延,在擠壓力的不斷作用下,面筋網(wǎng)絡(luò)遭到了破壞。壓延次數(shù)對(duì)面片微觀結(jié)構(gòu)的影響與前文中對(duì)面片流變學(xué)特性影響相一致:過(guò)多的壓延次數(shù)(20 次)降低了面片的破裂應(yīng)力和破裂應(yīng)變,使面片的強(qiáng)度和延伸度大大降低。
圖3 不同復(fù)合壓延次數(shù)對(duì)面片微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 The influence of different compound sheeting times on the microstructure of dough sheet
圖4 為不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面條吸水率的影響。由圖4 可知,隨著壓延次數(shù)的增加,30%水分含量下的面條吸水率逐漸增大,在復(fù)合壓延40 次處出現(xiàn)最大值(167.55%);34%和38%水分含量的面條吸水率先減小后增大,吸水率在復(fù)合壓延6 次出現(xiàn)最小值(147.46%、121.21%)。這可能是由于在水分較充分時(shí)(>30%),在壓延初始階段,面片的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在壓延過(guò)程中逐漸完善,淀粉和蛋白質(zhì)的纏繞越來(lái)越緊密,面筋網(wǎng)絡(luò)緊密的包裹住淀粉顆粒,在面條的煮制過(guò)程中淀粉顆粒不易糊化吸收水分,從而使吸水率降低。而隨著壓延的繼續(xù)進(jìn)行,過(guò)度的壓延使面片的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞,缺少面筋蛋白的阻礙,越來(lái)越多的淀粉暴露出來(lái),淀粉糊化后體積膨脹從而吸收更多的水分[21]。相反,對(duì)于30%水分,由于缺少足夠的潤(rùn)滑劑,隨著壓延次數(shù)增加,機(jī)械力可能對(duì)面筋緊密結(jié)構(gòu)有破壞作用,造成吸水率增加。在不同的加水量方面,隨著加水量的增多,面條的吸水率顯著(P<0.05)下降,38%水分含量的吸水率下降尤其明顯。這可能是由于面片制作過(guò)程中過(guò)多的水分使蛋白質(zhì)和淀粉充分吸水,在煮制過(guò)程中淀粉吸收的水分減少,因此面條的吸水率下降。
圖4 不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面條吸水率的影響Fig.4 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on waterabsorption rate of noodle
圖5 為不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面條蒸煮損失的影響。由圖5 可知,三種水分含量下面條的蒸煮損失隨著壓延次數(shù)的增加表現(xiàn)出明顯的先減小后增加的趨勢(shì),且壓延6 次處的面條具有最小的蒸煮損失率(8.16%、6.88%、5.61%)。這是由于過(guò)多的壓延操作破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)淀粉的束縛能力減弱,淀粉易在煮制的過(guò)程中脫離,致使高壓延次數(shù)的面條蒸煮損失較大。此外,面條的蒸煮損失隨著加水量的增加,表現(xiàn)出和吸水率相同的趨勢(shì)。這與張美莉等[22]的研究結(jié)果一致:隨著加水量增加(40%~48%),豌豆面條的吸水率逐漸降低。這可能是由于當(dāng)水含量增加時(shí),更多的水分參與面筋網(wǎng)絡(luò)的形成,面筋網(wǎng)絡(luò)形成得更加連續(xù),與淀粉結(jié)合得更加緊密。所以壓延6 次,38%加水量條件下制作的面條具有最好的蒸煮特性。
圖5 不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面條蒸煮損失的影響Fig.5 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on cooking loss rate of noodle
表2 為不同加水量條件下單向復(fù)合壓延對(duì)面條拉伸特性的影響。從表2 中可以看出:在三種水分含量下,隨著壓延次數(shù)的增加,面條的拉斷力都先增大后減小??傮w都在壓延4 道處最大(17.31、15.49、12.98 g),即此處的拉伸力要顯著大于壓延20 道和40 道處的拉伸力(P<0.05)。這與前面面片的拉伸力變化趨勢(shì)相一致。即在壓延的過(guò)程中,無(wú)論是復(fù)合壓延過(guò)程中面片還是最后的面條制品,力學(xué)強(qiáng)度性質(zhì)均遵循相同的變化規(guī)律,都呈現(xiàn)出先增大后減小的規(guī)律。這可能是由于在壓延的過(guò)程中,面筋網(wǎng)絡(luò)隨著壓延次數(shù)的增加逐漸形成連續(xù)的結(jié)構(gòu),從而造成其抗拉伸能力(強(qiáng)度)的增大;而在10 次壓延之后,過(guò)多的壓延次數(shù)開始破壞其連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使其強(qiáng)度降低。另一方面,隨著水分含量的增多,壓延4 次制得的面條的拉斷力從17.31 g 顯著降低到12.98 g(P<0.05)。這可能由于過(guò)多的水分弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),與水對(duì)面團(tuán)的塑化作用有關(guān)。這與胡云峰等[23]的研究相一致:生鮮面條的拉斷力隨著水含量的增加而顯著降低。Park 等[9]同樣發(fā)現(xiàn)隨著水分含量的增加(31%~39%),面條的硬度顯著降低。
表2 不同加水量條件下的復(fù)合壓延對(duì)面條的拉伸特性影響Table 2 Effect of compound sheeting under different water addition conditions on tensile properties of noodle
在面條的拉斷距離方面,在不同的壓延次數(shù)下:加水量為34%時(shí),面條拉斷距離先增大后減小,且在壓延6 次出現(xiàn)最大值;加水量為30%和38%時(shí),拉斷距離的變化趨勢(shì)和33%水分時(shí)相同,但卻在第4 次出現(xiàn)最大值??傮w上和面條的拉斷力表現(xiàn)出相同的規(guī)律。另一方面,當(dāng)加水量增加,不同壓延次數(shù)制得的面條拉斷距離顯著增大(P<0.05)。這可能是由于加水量不足時(shí),面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成不充分,整體延展性較差,當(dāng)增加水分,面筋蛋白充分吸水,逐漸形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而增加了面團(tuán)的延展性[24]。汪師帥等[25]研究水分對(duì)堿面條品質(zhì)的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn),隨著水分含量的增加(30%~35%~38%),堿面條的拉伸距離顯著增加。所以在不同的水分含量下,壓延4 次制得的面條具有最好拉伸特性。34%加水量的面條具有最合適的拉伸特性。
復(fù)合壓延過(guò)程中,面片的破裂應(yīng)力和破裂應(yīng)變的演化具有一定規(guī)律性,均在壓延4 次時(shí)出現(xiàn)峰值(6.06、4.78、2.81 kPa)、(0.64、0.71、0.83),水分在增強(qiáng)面片塑性變形能力的同時(shí)也會(huì)弱化其強(qiáng)度。面片強(qiáng)度峰值出現(xiàn)時(shí),面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成也較充分,說(shuō)明面片力學(xué)指標(biāo)可以指示面條面團(tuán)的形成狀態(tài)。雖然面片在復(fù)合壓延之后還經(jīng)過(guò)連續(xù)壓延、切條和煮制等操作,但是,煮熟面條的拉伸特性與面片拉伸特性具有相同的變化趨勢(shì),即面條拉斷力和拉斷距離的最大值出現(xiàn)在壓延4 次時(shí)(17.31、15.49、12.98 g)、(65.45、69.15、99.48 mm),且水分對(duì)面條拉伸特性的影響也與其對(duì)面片拉伸特性的影響相似,表明復(fù)合壓延面片的強(qiáng)度指標(biāo)(破裂應(yīng)力和破裂應(yīng)變)可以用來(lái)預(yù)測(cè)面條的拉伸品質(zhì)特性。煮熟面條的吸水率和蒸煮損失的峰值出現(xiàn)稍微滯后于其強(qiáng)度性質(zhì),表明采用面片強(qiáng)度指標(biāo)預(yù)測(cè)面條的蒸煮品質(zhì)需要謹(jǐn)慎處理。結(jié)合煮熟面條的蒸煮和拉伸特性分析可見,合適的加水量和復(fù)合壓延次數(shù)(當(dāng)前條件下為34%和復(fù)合壓延4~6 次)對(duì)于獲得品質(zhì)最佳的面條具有重要作用。