銀杏粉對小麥面團流變學特性和水分分布及遷移規(guī)律的影響

錢 鑫，李良怡，周文化，譚玉珩，馬 妍，趙培瑞

（中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，稻米及副產(chǎn)物深加工國家工程研究中心，湖南省特醫(yī)食品加工重點實驗室，湖南 長沙 410004）

銀杏（L.）屬落葉喬木植物，是我國特有的珍貴孑遺植物，被稱為裸子植物“活化石”。銀杏果（俗稱白果）具有豐富的營養(yǎng)價值，據(jù)測定其成分主要包括淀粉、蛋白質、葡萄糖，多種礦物質以及微量元素等成分。此外，銀杏果可作為一種藥食同源的食物，內含多種生物活性成分如內酯類和黃酮類等，具有抗炎、抗氧化、抗癌的作用。將銀杏粉添加到小麥粉中，不僅可以改善小麥粉的口感和味道，而且可以起到營養(yǎng)增強的作用，滿足廣大消費者需求。國內普遍重視對面團物性的研究，市場上的混合果蔬面粉種類繁多，如板栗面粉、紫薯面粉、南瓜面粉等多種混合粉，但關于銀杏粉-小麥混合粉的研究還較為鮮見。隋勇等將白果粉制作成掛面，發(fā)現(xiàn)掛面的硬度和咀嚼性顯著增加，而掛面的彈性相應降低。孫小斐將白果蛋白添加到面包粉中研究發(fā)現(xiàn)：面團的形成時間、穩(wěn)定時間均增大，面團吸水率也不斷增大，添加適量的白果蛋白可維持面包較好的質地和口味，并延長其面包的貨架期。目前銀杏果主要以市售干果為主，也常常被炒食、煮食、煲湯等食用，關于銀杏粉面制品深加工產(chǎn)品的研究還較少。為了豐富銀杏果制品的多樣性，將銀杏粉添加到小麥粉中制作成混合粉，不僅可以提升銀杏果的附加值，還可以增加面粉的種類、提高面粉的營養(yǎng)價值。本研究以銀杏粉和小麥粉為原料，主要探究了不同添加量的銀杏粉對小麥面團流變學特性和水分分布及遷移特性的影響，為銀杏粉-小麥混合粉的面制品的工業(yè)化生產(chǎn)和合理利用提供了一定理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

銀杏購自于湖北隨州長頸鹿電子商務有限公司，通過冷凍干燥，采用破壁料理機粉碎后過100 目篩得銀杏粉，放置于4 ℃冰箱中備用；高筋小麥粉購至于湖南長沙凱雪糧油食品有限公司。

測定淀粉含量和總糖含量的試劑盒 北京索萊寶科技有限公司；濃硫酸、硼酸、氫氧化鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JH-HS型鹵素快速水分分析儀 泰州宜信得儀器儀表有限公司；B01-10NA型冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司；DHR-2型流變儀 美國TA公司；Micro-doughLAB2800型全自動微型粉質儀、JK-1型快速黏度分析儀 瑞典Perten公司；MJ-PB12Easy219型破壁料理機 廣東美的生活電器制造有限公司；NMI120型核磁共振成像分析儀 紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 銀杏粉的制備

工藝流程：新鮮銀杏→去殼、去皮→蒸煮→冷卻→打漿→冷凍干燥→粉碎→過篩→保存?zhèn)溆谩?/p>

操作要點：取新鮮且外表飽滿的銀杏果原料，用錘子將銀杏果敲開，去除堅硬的外殼、果肉表皮及發(fā)生病變的果肉等各種不可食用的部分；將銀杏果在蒸籠中蒸35 min，將蒸好的銀杏果與蒸餾水按照質量比1∶2進行打漿，并倒入鐵盤中，厚度為2 cm，轉至冰箱中預凍24 h后，再放入冷凍干燥機中真空干燥48 h；將干燥好的銀杏粉通過破壁料理機進行粉碎，過100 目篩得到銀杏粉樣品，并用密封袋真空包裝，放置于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 混合面粉的制備

將制備好的銀杏粉，分別取0%、6%、12%、18%、24%、30%和100%與小麥粉混合均勻，采用真空包裝，放置于4 ℃冰箱中貯藏備用。

1.3.3 面粉基本組成的測定

水分含量：按照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》的直接干燥法測定；濕面筋含量：按照GB/T 5506.1—2008《小麥和小麥粉 面筋含量》手洗法測定；蛋白質含量：按照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》的凱氏定氮法測定；淀粉含量：采用蒽酮比色法測定；總糖含量：采用微量法測定。

1.3.4 面粉粉質特性的測定

按GB/T 14614—2006《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法》的方法進行測定。測定銀杏粉-小麥混合面團粉質特性的5個參數(shù)值分別為吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、公差指數(shù)以及帶寬。

1.3.5 面粉糊化特性的測定

行業(yè)協(xié)會作為社會監(jiān)督的組成部分在社會主義市場經(jīng)濟中起著不可替代的重要作用。這既是快遞行業(yè)規(guī)范管理的需要，更是快遞市場健康發(fā)展的需要。建立行業(yè)協(xié)會首先可以加強快遞企業(yè)自律和誠信教育，通過教育，增強自律和誠信經(jīng)營的自覺性；通過行業(yè)協(xié)會可以對行規(guī)、行約進行認真清理，剔除與消費者保護相違背的條款，對行規(guī)和行約進行規(guī)范；行業(yè)協(xié)會可以加強企業(yè)社會責任的宣傳，建立強化企業(yè)社會責任的制度，完善企業(yè)社會責任的指標；可以借鑒國外經(jīng)驗，引導行業(yè)和企業(yè)向自律的方向邁進。

參照GB/T 14490—2008《糧油檢驗 谷物及淀粉糊化特性測定 粘度儀法》測定銀杏粉-小麥混合面團的糊化特性。

1.3.6 面團流變學特性的測定

稱取10 g樣品放置于粉質儀中等待達到最大稠度時，停止攪拌取下面團，使用保鮮膜包好，將樣品放置于流變儀測試臺上，刮掉多余的面團，在25 ℃靜置5 min，使用動態(tài)黏彈性模式對樣品進行測試。測試條件為平板直徑40 mm、應變量2.0%、掃描頻率范圍0.1～20 Hz、平板間隙1 000 μm。

1.3.7 面團熱力學特性測定

參照劉銳等的方法進行略微修改。將銀杏粉-小麥混合面團調制后，精確稱取3.00 mg左右，小心置于鋁制坩堝中密封，每個梯度的樣品做3組平行，以密封的空坩堝為對照。將空坩堝和樣品坩堝分別放到差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀的樣品支持器上，在氮氣流速40 mL/min、升溫速率5 ℃/min，將樣品從20 ℃降至－40 ℃，然后再從－40 ℃升溫至40 ℃，得到DSC分析曲線，并記錄結晶和融化過程中的焓變和溫度。

水分形態(tài)分析：假設面團中水的熱焓值Δ與純水的相同，即334 J/g，從DSC圖上0 ℃附近吸收熱量的焓變Δ，即可計算出可凍結水（）和非凍結水（）的比，計算式如下：

式中：Δ為由面團DSC測得吸熱峰面積計算的單位質量焓變/（J/g）；Δ為純水的單位質量焓變/（J/g）；為銀杏粉-小麥混合面團的總含水率。

1.3.8 面團核磁共振的測定

參考肖東等的方法，取3 g銀杏粉-小麥粉混合面團樣品，做成直徑為1.5 cm、高2 cm的圓柱形樣品，使用保鮮膜包裹樣品，防止水分的減少，并放入核磁管內，置于核磁共振儀中測定。測試參數(shù)為采樣點數(shù)2 048、重復掃描次數(shù)8、弛豫衰減時間1 000 ms。通過CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脈沖序列表征樣品的橫向弛豫時間。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018和SPSS 22進行圖表繪制及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。其中，采用SPSS 22中One-Way ANOVA程序對得到的實驗數(shù)據(jù)進行方差分析，Duncan法進行多重比較；Bivariate Correlations程序進行相關分析，采用Kendall相關系數(shù)、Two-tailed顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 面粉的理化性質

純小麥粉（0%）和純銀杏粉（100%）各營養(yǎng)成分的測定結果如表1所示?？梢悦黠@看出兩者成分的差異，銀杏粉的水分含量明顯低于小麥粉，而淀粉和總糖含量高于小麥粉。此外，根據(jù)濕面筋含量結果可得推斷出，銀杏粉中不含有面筋蛋白，無法形成面筋網(wǎng)絡結構。

表1 純小麥粉和純銀杏粉各營養(yǎng)成分的測定Table 1 Nutritional components of wheat flour and G. biloba fruit flour%

2.2 銀杏粉-小麥粉面團的粉質特性

粉質特性是面團流變學特性的重要指標之一，能反映面團的耐揉程度以及后續(xù)產(chǎn)品加工性能。從表2可以看出，在銀杏粉添加量范圍為0%～30%時，面團的公差指數(shù)、寬帶和吸水率均隨添加量的增大而逐漸增大。其中，面團的吸水率從54.70%顯著增加到58.00%（＜0.05），推測其原因可能是由于銀杏粉中含有的淀粉顆粒較大，其表面積較大能快速吸收大量的水分；而公差指數(shù)和帶寬的增大，可能是因為混合粉體系中的面筋蛋白濃度下降，面筋網(wǎng)絡結構的形成受到影響，從而導致筋力下降；而銀杏粉中的水不溶性多糖如纖維素和淀粉等物質與小麥粉中的面筋蛋白之間相互交聯(lián)，形成了多糖-蛋白質網(wǎng)狀結構，具有良好的凝膠性，從而導致面團彈性增大。

面團的穩(wěn)定時間可以反映面團的穩(wěn)定性及耐揉程度，由表2可以看出，面團穩(wěn)定時間呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，則說明純小麥粉面團的穩(wěn)定性最好，而純銀杏粉無法形成面團穩(wěn)定性較差，因此隨著銀杏粉添加量的增加，混合面團穩(wěn)定性逐漸變差。這種現(xiàn)象發(fā)生可能由于面團中的面筋蛋白所占的比例太小，無法形成良好的空間網(wǎng)絡結構，面團的結構變得松散，韌性較差難以揉搓成型，從而使面團的穩(wěn)定性變差，面團的加工性能也變差。面團的形成時間反映了面團面筋網(wǎng)絡形成的速率。當銀杏粉添加量范圍為0%～12%時，形成時間逐漸縮短降至0.8 min，隨著添加量由12%增加到30%時，形成時間反而有所延長，整體呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢。這可能是因為銀杏粉中的淀粉，蛋白質等各組分之間相互作用，與面筋網(wǎng)絡相互交替形成復雜的凝膠體系，從而導致了面筋網(wǎng)絡形成速度變化。

表2 銀杏粉對小麥粉粉質特性的影響Table 2 Effect of addition of G. biloba fruit powder on farinograph characteristics of wheat flour

2.3 銀杏粉-小麥粉面團的糊化特性

銀杏粉-小麥混合面團的糊化特性可以反映其體系中淀粉的膨脹能力和結合水能力等品質。使用快速黏度分析儀測定不同銀杏粉添加量與小麥面粉混合的糊化曲線特征參數(shù)見表3。隨著銀杏粉的添加，銀杏粉-小麥混合面團的糊化時間、峰值黏度、最終黏度、最低黏度、衰減值、回生值均呈現(xiàn)出下降的趨勢，且不同添加量的銀杏粉之間存在極顯著差異（＜0.01）。

表3 銀杏粉添加量對面團糊化特性的影響Table 3 Effect of addition of G. biloba fruit powder on dough gelatinization characteristics

峰值黏度是淀粉顆粒充分吸水膨脹破裂達到動態(tài)平衡的點，其樣品黏度與膨脹后的淀粉?；ハ嗄Σ劣嘘P。從表3可知，銀杏粉-小麥混合面團的黏度極顯著降低（＜0.01），峰值黏度的降低范圍在2 587.67～252.33 cP之間，最低黏度的降低范圍在3 091.66～300.00 cP之間，最終黏度降低范圍在1 943.33～237.67 cP之間。這與熬自華等的研究結果一致，銀杏淀粉具有較低的膨潤力，降低的膨潤力往往對應較低的峰值黏度。隨著銀杏粉的比例增加，混合粉體系中銀杏淀粉含量增多，淀粉吸水溶脹程度小，導致淀粉凝膠程度小，黏度逐漸降低，淀粉糊化時間縮短。

衰減值與淀粉凝膠化過程中的顆粒的破裂有關，可以反應淀粉糊在高溫時的熱穩(wěn)定性。由表3可得知，衰減值隨著銀杏粉的添加呈逐漸減少的趨勢，純銀杏粉的衰減值達到最小為11.33，說明純銀杏粉面團糊化的熱穩(wěn)定性較好。陳柏林等研究表示銀杏淀粉具有較好的熱穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性和透明性?；厣当硎镜矸鄱唐诨厣潭群统赡z能力，在一定程度上與淀粉糊的老化程度相關聯(lián)。馬亞君等在淀粉的X射線衍射實驗中得出白果淀粉中支鏈淀粉含量較高。姜歡等也同樣證實了白果直鏈淀粉只占有30%左右。汪蘭等研究發(fā)現(xiàn)天然銀杏淀粉顆粒分子結晶度較高，較難糊化，且在一定溫度下銀杏淀粉雙螺旋有序消失。由表3可知，銀杏粉對小麥面團的回生有極顯著影響（＜0.01），回生值隨著銀杏粉的添加量增加而逐漸變小，說明銀杏淀粉糊化過程中分子間締合受到限制，淀粉形成凝膠的能力越弱，面團越不容易發(fā)生老化現(xiàn)象。這些指標的測定有利于銀杏粉在小麥粉加工中的應用，延長其制品的保質期。

2.4 銀杏粉-小麥粉面團的流變學特性

圖1表示銀杏粉-小麥粉面團動態(tài)流變測試中的儲能模量（’）、損耗模量（″）和損耗角正切（tan）隨頻率變化的關系圖。在頻率0～20 Hz范圍內，隨著銀杏粉添加量的增加，模量變化范圍幅度發(fā)生顯著改變，混合面團的’、″均隨著頻率的增加呈上升趨勢，這說明混合面團中分子間產(chǎn)生了強烈的交聯(lián)作用。其中，以30%銀杏粉添加量面團的’和″增大最為明顯，上升趨勢幅度最大，其次為24%和18%銀杏粉添加量面團，反之，0%的純小麥面團上升趨勢幅度最小，’和″最小。分析其原因可能是銀杏粉中的淀粉和纖維素在面團黏彈性展現(xiàn)中可起到填充物的作用，可促進面筋蛋白形成更加致密連續(xù)的網(wǎng)絡結構，面團體系組分中聚合體分子質量增大，從而導致面團的’和″增大。

tan=″/’表示銀杏粉-小麥粉面團的綜合黏彈性的比值，值越大，面團黏性的比例越大；值越小，表明體系的彈性比例越大，流動性越差，面團越硬。由圖1還可以看出，’始終大于″黏彈性體系，即tan均小于1，表明銀杏粉-小麥混合面團的彈性占主導地位，具有類似固體的性質。從圖1可以看出，tan隨著銀杏粉的添加量逐漸增大到18%時，tan逐漸增大，彈性逐漸增大，面團的綜合黏彈性逐漸變好。這可能是由于銀杏粉的添加一定程度上促進了面團中蛋白質分子之間發(fā)生交聯(lián)，形成良好的面筋網(wǎng)絡結構，并消除了銀杏粉中其他成分對面團強度的影響，使得混合面團的黏彈性增加。隨著銀杏粉添加量繼續(xù)增加到24%時，tan開始明顯上升，說明過量添加銀杏粉反而不利于混合面團的綜合黏彈性。這可能是由于銀杏粉中的某些成分與淀粉的相容性較差，破壞了混合面團中淀粉凝膠結構的連續(xù)性，從而影響銀杏粉-小麥粉面團的流變學特性。

圖1 銀杏粉-小麥粉面團的動態(tài)流變學特性Fig. 1 Dynamic rheological characteristics of G. biloba fruit powder-wheat flour dough

2.5 銀杏粉-小麥粉面團的熱力學特性

熱力學特性可以反映銀杏粉-小麥混合面團結晶和融化過程中的焓變和水分形態(tài)?？蓛鼋Y水主要反映面團體系中可利用的水或凍結形成冰晶的水分含量?？蓛鼋Y水凍結后體積膨脹，形成的冰晶對面團中面筋網(wǎng)絡結構有一定的擠壓損傷。從表4可以看出，隨著銀杏粉的添加，混合面團總含水量相差很少，均在39%～41%之間，但銀杏粉對混合面團的可凍結水和非凍結水含量存在極顯著差異（＜0.01），隨著銀杏粉的添加，可凍結水逐漸減少，非凍結水逐漸增大。可凍結水含量降低的原因可能是由于銀杏粉內的親水性基團可促進面團中水分的結合方式，形成較穩(wěn)定的結合水狀態(tài)，減緩面團中水分的散失，減少淀粉的回生作用，從而提高保水性。另外，隨著銀杏粉的添加，混合面團的焓變值逐漸降低。陳春艷研究表示銀杏蛋白有明顯的變性溫度和變性熱焓，變性熱焓值在蛋白質部分變性時將下降而在完全變性時則降為0，且銀杏蛋白會在一定溫度范圍內（55 ℃）隨著溫度的升高，吸水性和溶解性逐漸增加。還有研究發(fā)現(xiàn)白果蛋白可以使面團的吸水率增大，提高其含水量。趙麗婷研究發(fā)現(xiàn)銀杏果淀粉形成的凝膠網(wǎng)可以截留大量水分。這也證實了銀杏粉添加量使混合體系中的銀杏蛋白和銀杏淀粉含量增多，導致混合粉中焓變值和淀粉的糊化度降低。

表4 銀杏粉對小麥粉面團水分融化焓變、可凍結水、非凍結水的影響Table 4 Effect of addition of G. biloba fruit powder on enthalpy change, freezable water content and unfrozen water content of wheat flour dough

2.6 銀杏粉-小麥粉面團的水分分布及遷移規(guī)律

利用低場核磁共振技術可測定面團體系中水分流動性和分布情況，從而探究不同銀杏粉添加量小麥面團中水分遷移規(guī)律的狀況。表5為通過利用低場核磁共振技術中的CPMG序列所反演并計算出的銀杏粉-小麥混合面團各水分狀態(tài)的峰面積，其中為深層結合水的峰面積比，為弱結合水的峰面積比，為自由水的峰面積比。分析可知，隨著銀杏粉添加量的增大，混合面團和的峰面積比均相應地減小，而深層結合水在銀杏粉添加量為18%～30%時才開始呈現(xiàn)出并逐漸增大。這種現(xiàn)象發(fā)生的原因可能是由于銀杏粉-小麥混合面團中親水基團有氫鍵位點，可以與水分子形成氫鍵，從而引起氫鍵結構的變化影響水分的遷移，使面團對弱結合水的束縛力增強。純銀杏粉面團中深層結合水峰面積比達到96.88%，這也證實了銀杏粉較強的持水能力。

表5 銀杏粉-小麥粉面團各水分分布狀態(tài)的峰面積比Table 5 Peak area ratio of water distribution state in G. biloba fruit powder-wheat flour dough

表6 銀杏粉-小麥粉面團的相關性分析Table 6 Correlation analysis of properties of G. biloba fruit powder-wheat flour dough

2.7 銀杏粉-小麥粉面團的相關性分析

從表6可見，吸水性與非可凍結水比，深層結合水峰面積比呈正相關并存在極顯著差異（=0.789，=0.893，＜0.01）。這可能是由于銀杏粉的吸水性較強，吸收的水分轉移為結合水，牢牢的通過化學鍵與溶質分子緊密結合，并呈現(xiàn)出很低的流動性，不易結冰。另外，形成時間與深層結合水的峰面積比呈正相關且存在極顯著差異（=0.472，＜0.01），與糊化時間呈顯著差異（=0.407，＜0.05）。則說明了面團的淀粉糊化速度可能與面筋蛋白形成的速度有一定的關聯(lián)性，隨著銀杏粉的添加，體系中親水物質的吸水性，使混合體系中可利用的水變少，糊化經(jīng)過較短的時間就能夠形成凝膠結構，一定程度上對蛋白質面筋網(wǎng)絡結構進行填充或相互影響，從而使面團性質發(fā)生了改變。焓變值與可凍結水比、弱結合水峰面積比、糊化特性各指標均呈正相關并存在極顯著差異（＜0.01）。由此可以推斷出面團的焓變值受到糊化度的影響主要與混合體系中自由水和可凍結水有關，從而通過影響淀粉糊化反映了面團的穩(wěn)定性。因此，進一步解釋了自由水和弱結合水逐步向深層結合水轉移，水分分布對面團品質和加工特性起著關鍵作用。

3 結 論

從流變學的角度分析，隨著銀杏粉添加量的增加，混合粉的吸水率、公差指數(shù)和寬帶均逐漸增大；形成時間先減少后增加，在添加量為12%時，面筋網(wǎng)絡形成時間最短；峰值黏度、最低黏度、衰減值、回生值、糊化時間均呈現(xiàn)出下降的趨勢；’和″均隨著頻率的增加逐漸上升；tan在銀杏粉添加量為18%時達到最大，但隨著添加量繼續(xù)增加開始出現(xiàn)了拐點，反而不利于其綜合黏彈性。

從水分分布狀況及各組分含量角度分析而言，隨著銀杏粉的添加，水分融化焓變逐漸降低，可凍結水逐漸降低，非可凍結水逐漸增加，體系中水分流動性降低；弱結合水和自由水的含量相應減少，而深層結合水在銀杏粉添加量為18%時才開始逐漸增加；純銀杏粉體系中非可凍結水增加，可利用的水變少，不易揉搓成面團，這也相應的解釋了其流變學特性。

將所得數(shù)據(jù)進行相關性分析可以得出，隨著銀杏粉的添加量逐漸增大，面團體系中的水分含量及遷移規(guī)律發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為銀杏粉的吸水性較強，體系中可利用的水變少，自由水和弱結合水逐漸轉移為深層結合水，從而影響了銀杏粉-小麥混合面團的流變學的性質，可見水分分布對面團品質和加工特性起著關鍵作用。

綜上所述，當銀杏粉添加量為12%～18%時，對小麥面團的流變學特性和面團中分布狀況均具有顯著影響（＜0.05），且面團品質較好，可為后續(xù)銀杏粉-小麥混合粉進一步的深加工提供了一定的理論依據(jù)。但在本實驗的研究中也存在一些缺陷，如銀杏粉加工精度、添加量梯度有限，在今后的研究中可將這一部分的原因考慮在內進行進一步的探索，以充分闡明銀杏粉對小麥粉面團及面條品質的影響。