发芽对小麦品质特性及馒头和面包品质的影响

王钰惠,轩毫毫,郑学玲*,尚加英*,李彦龙,王彬,郝瀚章

(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)

摘 要 该文研究了发芽对小麦籽粒特性、面粉品质、面团流变特性、发酵特性以及馒头和面包品质的影响。结果表明,随发芽程度加深,小麦籽粒容重和千粒重呈下降趋势,胚乳中淀粉降解程度加深;面粉白度、淀粉含量显著降低,损伤淀粉含量显著增加,糊化黏度值、衰减值和回生值显著降低,面团稳定时间和粉质质量指数呈降低趋势,弱化度呈上升趋势,拉伸能量和最大拉伸阻力呈下降趋势,延伸性呈增大趋势;发酵流变特性中最大膨胀高度、总产气能力呈增大趋势,持气能力呈降低趋势;降落数值为166 s和179 s的样品馒头制作品质相对较好,而137 s和146 s的样品面包制作品质相对较好。这表明在穗发芽小麦实际应用中,由于种间差距,发芽程度(降落数值)并不能作为衡量小麦是否适合面制品原料的唯一条件,还应充分考虑其自身组分特性及面制品实际加工品质。

关键词 发芽小麦;品质特性;馒头;面包

小麦是世界上重要的粮食作物,为人类提供约20%的蛋白质和20%的热量[1]。在成熟、收获或储藏的过程中由于天气或管理不当造成的小麦发芽已成为全球性的问题,收获前穗发芽也是限制小麦产量的主要非生物因素之一,在世界范围内,穗发芽小麦每年造成的直接损失估计高达10亿美元[1]。穗发芽不仅会导致小麦籽粒中多种酶活性的升高,使其籽粒内部的碳水化合物和蛋白质水解,还会增加研磨难度,降低出粉率,导致面粉品质劣变,做成的馒头发黏,面条易断,面包粗糙发黏[2-3]。因此,普遍认为穗发芽严重的小麦不宜用于人类消费,所以常用来当作动物饲料,造成粮食资源的浪费[4]。因此,如何有效利用穗发芽小麦已成为粮食工业亟需解决的问题。

目前,对于穗发芽小麦的研究多集中于实验室模拟田间发芽来研究其加工、制品、营养等特性[5-7]。但实验室发芽小麦无法完全替代田间发芽,因为实验室和田间发芽的温湿度和环境条件差异很大。小麦籽粒在田间萌发的效率低下,并且穗发芽的籽粒分布和发芽程度不均匀,而在受控的实验室条件下发芽时,几乎所有的小麦籽粒都能同时发芽。因此,这2种发芽方式使小麦品质特性变化有所不同。因此,以田间穗发芽小麦为研究对象,其研究结果更具理论参考价值和实际意义。

本研究以9个田间穗发芽不同程度的小麦为原料,分析穗发芽对小麦籽粒特性、小麦粉品质、面团流变学特性及典型发酵面制品馒头和面包品质的影响,探讨发芽小麦在传统面制主食中利用的可行性,为减少粮食资源损失,提高粮食资源的梯次化高效利用及穗发芽小麦产后增值增效提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验原料

2023年田间收获的9种穗发芽小麦样品:1#-扬麦20(弱筋)、2#-郑麦816(中强筋)、3#-百农4199(中强筋)、4#-百农AK58(中强筋)、5#-百农207(中强筋)、6#-泰禾麦1号(中强筋)、7#-郑麦101(强筋)、8#-中育1211(中筋)、9#-轮选166(中筋),分别由开封、新乡、南阳和信阳农科院提供;白砂糖、食盐、黄油、酵母,市售;所用试剂均为分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器设备

MLU202型BUHLER实验磨,瑞士BUHLER仪器公司;马弗炉,上海跃进医疗器械厂;Kjeltec8400自动定氮仪,福斯华(北京)科贸有限公司;WZZ-2B旋光仪,上海申光仪器仪表有限公司;MJ-III型面筋数量和质量测定仪、白度仪,杭州天成光电仪器厂;Viscograph-E布拉班德黏度计、粉质仪、拉伸仪,德国布拉班德有限公司;BT9300-H激光粒度分析仪,丹东百特仪器有限公司;破损淀粉仪,法国肖邦技术公司;降落数值仪,瑞典Falling Number公司;Chopin F4流变发酵仪,法国肖邦技术公司;SP-18S醒发箱,江苏三麦食品机械有限公司;ME104/02型分析天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;焙烤箱、体积测定仪,美国National公司;LH-Q31切片机,广州智宝星食品专用设备有限公司;TA-XT plus-C质构分析仪,英国Stable Micro System仪器公司;MV-CS050-10GC CCD相机,杭州海康威视数字技术股份有限公司;HP1188扫描仪,美国惠普公司。

1.3 实验方法

1.3.1 小麦籽粒特性测定

小麦籽粒外观:使用CCD相机,采用高光谱成像系统,固定电机前进速度4.8 mm/s,曝光时间15 ms,帧速5,物距13.5 cm,对穗发芽不同程度小麦籽粒进行拍照;

小麦胚乳内部结构观察:利用刀片从籽粒中部轻划一圈,镊子夹住籽粒两端使其自然断裂,再用刀片在距断裂面2~3 mm处切开,使自然断裂面朝上,使用导电碳胶黏于样品台上。用离子溅射仪真空镀膜,观察小麦胚乳内部淀粉粒和蛋白质具体分布状态,放大倍数为2 000倍;

降落数值:按照GB/T 10361—2024 《小麦、黑麦及其面粉和杜伦麦及其粗粒粉 Hagberg-Perten法测定降落数值》测定;

容重:参照GB/T 5498—2013《粮油检验 容重测定》测定;

千粒重:随机取1 000粒小麦并进行称重;

小麦籽粒硬度:按照GB/T 21304—2007《小麦硬度测定 硬度指数法》测定;

水分含量:按照GB/T 5498—2013《粮油检验 容重测定》测定。

1.3.2 小麦研磨制粉

参照NY/T 1094.5—2006《小麦实验制粉》第5部分:Brabender Quadrumat Jr.(Quadruplex)实验磨法进行制粉。根据小麦品种、籽粒水分含量,计算润麦所需加水量,润麦后采用布拉本德实验磨进行制粉。

1.3.3 小麦粉理化特性测定

水分含量:按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》测定;

灰分含量:按照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》测定;

白度:按照GB/T 22427.6—2008《淀粉白度测定》测定;

粗淀粉含量:按照GB/T 20378—2006《原淀粉 淀粉含量的测定 旋光法》测定;

粗蛋白含量:按照GB/T 33862—2017《全(半)自动凯氏定氮仪》测定;

湿面筋含量:按照GB/T 5506.2—2024《小麦和小麦粉 面筋含量 第2部分:仪器法测定湿面筋和面筋指数》测定;

损伤淀粉含量:按照GB/T 31577—2015《粮油检验 小麦粉损伤淀粉测定 安培计法》测定。

1.3.4 小麦粉糊化特性的测定

参照GB/T 14490—2008《粮油检验 谷物及淀粉糊化特性测定 粘度仪法》测定糊化特性。

1.3.5 小麦粉粉质特性的测定

参照GB/T 14614—2019《粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试 粉质仪法》测定小麦粉的粉质特性。

1.3.6 小麦粉拉伸特性的测定

按照GB/T 14615—2019《粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试 拉伸仪法》测定小麦粉面团的拉伸特性。

1.3.7 小麦粉发酵流变特性的测定

使用流变发酵仪对9种小麦粉的发酵特性进行测定。称取小麦粉300 g、水150 g、酵母3.0 g,在和面机中和面5 min,和好的面团在压片机上进行7次复合压延。面团搓圆后分割成面团,放入温度为35 ℃,湿度为85%醒发箱中,每次实验取1个新面团,实验重复3次。准确称取315 g面团放入流变发酵仪的发酵框中,温度设置为30 ℃,开启程序进行测定。

1.3.8 馒头和面包制作及品质评价

馒头制作方法及感官评价:参照GB/T 35991—2018《粮油检验 小麦粉馒头加工品质评价》,略有改动;

面包制作方法及感官评价:参照GB/T 35869—2018《粮油检验 小麦粉面包烘焙品质评价 快速烘焙法》,略有改动。

质构特性测定:将馒头和面包经切片机切成10 mm薄片,采用质构分析仪测定其质构特性。探头为P/36R,测前速度3 mm/s,测中、测后速度1 mm/s,压缩程度50%,触发力5 g,2次压缩时间间隔5 s。每个样品至少6次平行实验。

馒头和面包内部结构观察:采用扫描仪对样品切片后的截面进行扫描,观察其内部孔隙结构分布情况。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 26.0对以上数据进行相关性分析,P<0.05表示差异显著,利用Origin 2021作图。

2 结果与分析

2.1 小麦籽粒特性分析

2.1.1 小麦籽粒外观和胚乳内部结构观察

根据发芽程度的不同,小麦籽粒可分为6种:a)未发芽小麦;b)鼓泡小麦(小麦胚部吸水膨胀,但种皮还未破裂);c)皮裂小麦(小麦胚部种皮破裂且未分化芽尖);d)露白小麦(小麦胚部突破种皮且分化出2或3个芽尖);e)发芽0.5小麦(芽长度为籽粒长度的1/2);f)发芽1小麦(芽长度等于小麦籽粒长度)[8]。实验所用小麦原料的籽粒图片如图1所示,其中样品1#为未发芽小麦,样品2#~7#小麦籽粒鼓泡程度依次加重,样品8#中含露白小麦较多,样品9#中含发芽0.5小麦较多,将1#小麦样品作为对照,2#~9#小麦样品发芽程度依次加深。

图1 未发芽小麦和穗发芽小麦籽粒外观图

Fig.1 Grain appearance of ungerminated and pre-harvest sprouted wheat

小麦籽粒胚乳内部扫描电镜图如图2所示。胚乳是小麦种子的组成部分之一,其功能是供给种子中幼胚的生长或种子萌发过种中胚发育所需的营养物质。多数是薄壁组织,为种子中集中贮藏营养物质的场所。从图2-a(未发芽小麦)可以看出,小麦胚乳中存在A、B两种淀粉粒,大颗粒为呈透镜状的A淀粉粒,小颗粒为呈球形的B淀粉粒,2种淀粉粒表面光滑,且被蛋白质与脂质紧密包裹。从图2-b(鼓泡小麦)可以看出,鼓泡小麦的胚乳中A、B淀粉粒表面出现褶皱,且蛋白质、脂质对淀粉颗粒的包裹性降低。图2-c(发芽0.5小麦)显示发芽程度较深的小麦胚乳中的A淀粉粒出现明显的孔洞,B淀粉粒褶皱更为明显,且蛋白质、脂质对淀粉粒的包裹性更差。这种现象与发芽小麦中酶活性升高导致淀粉和蛋白质的部分水解有关,因此,小麦发芽后会影响小麦粉的糊化特性和面团强度,进而导致小麦粉加工特性及面制品品质的恶化[9]

a-未发芽小麦;b-鼓泡小麦;c-发芽0.5小麦(芽长为籽粒的1/2)

图2 发芽小麦胚乳扫描电镜图

Fig.2 Internal plot of endosperm of wheat grains with different degrees of ungermination and spike germination

注:红色圆圈代表A淀粉,绿色圆圈代表B淀粉,黄色箭头代表淀粉粒表面孔洞。

小麦种子萌发及发芽的过程中,需不断地从胚乳中吸取养分,造成胚乳萎缩。同时,上皮细胞对胚乳内贮藏的物质加以分解和转运。小麦籽粒在田间发芽时,首先由胚芽产生赤霉素并输送至糊粉层,后者在赤霉素刺激下生成并分泌大量的胚乳降解酶类,从而将胚乳中的淀粉、蛋白质等分解为小分子物质。这些降解酶的种类和活性直接决定着胚乳的溶解状况。

2.1.2 小麦籽粒特性

小麦籽粒特性测定结果如表1所示。由表2可知,所选9种小麦的小麦粉降落数值范围为357~65 s。有研究认为降落数值不仅反映了α-淀粉酶的活性,还反映了淀粉的液化程度,以及淀粉在碾磨过程中受到破坏的程度,降落数值与穗萌发程度呈显著负相关,即降落数值越低,小麦穗发芽程度越高[10]。因此,目前普遍利用降落数值来评价小麦籽粒的发芽程度。从表2可以看出,1#~9#小麦样品降落数值逐渐降低,表示发芽程度逐渐上升。由表1可知,9个样品的水分含量在9.75%~13.66%;硬度指数分布范围为53.40~69.80;粒径分布范围为3.20~3.66 mm;容重分布范围为700.82~786.94 g/L,其中1#、2#、3#、5#和6#容重达到二级小麦要求(≥770 g/L),4#小麦样品容重达到三级小麦要求(≥750 g/L),7#和8#样品容重达到四级小麦要求(≥730 g/L),9#样品由于发芽严重,其容重为等外小麦(<710 g/L);千粒重在51.10~37.80 g。综上可知,随着小麦发芽程度的加深,小麦籽粒硬度和粒径呈波动趋势,而容重、千粒重呈下降趋势。

表1 小麦籽粒特性

Table 1 Characteristics of wheat grain

小麦样品小麦水分含量/%硬度指数容重/(g/L)千粒重/g粒径/mm1#12.00±0.03c53.40±0.71g772.78±0.07c47.59±0.02b3.50±0.06bcd2#10.17±0.06e63.10±0.00d778.99±1.46b44.16±0.40e3.45±0.04cd3#13.66±0.23a69.80±0.57a786.94±1.53a47.99±0.05b3.61±0.01ab4#10.98±0.12d57.35±0.64f767.06±0.01d37.80±0.01g3.20±0.04e5#13.05±0.09b62.65±0.35d773.60±1.70c46.23±0.02c3.50±0.03bcd6#13.04±0.06b69.00±0.00a771.35±0.94c51.10±0.03a3.66±0.06a7#11.18±0.19d67.55±0.07b744.12±0.93e40.45±0.67f3.27±0.07e8#12.85±0.02b65.70±0.00c737.56±0.97f45.21±0.57d3.54±0.03bc9#9.75±0.03f58.45±0.64e700.82±0.82g40.27±0.38f3.40±0.04d平均值11.85 63.00 759.24 44.53 3.46 SD1.40 5.65 27.08 4.18 0.15 CV11.77 8.96 3.57 9.39 4.34

注:不同上标小写字母表示不同样品存在显著性差异(P<0.05),SD表示标准偏差,CV表示变异系数(下同)。

表2 小麦粉理化特性

Table 2 Physicochemical properties of wheat flour

小麦样品降落数值/s水分/%灰分/%湿面筋/%面筋指数白度粗淀粉/%粗蛋白/%损伤淀粉1#357.00±1.40a11.45±0.02f0.48±0.01a25.95±0.21f92.10±1.42a81.45±0.07a78.11±0.04a9.75±0.08f18.25±0.21f2#179.00±0.80b13.12±0.01cd0.42±0.00de39.75±0.07a68.56±2.44e76.15±0.07d70.45±0.36g13.24±.000a22.45±0.21d3#166.00±2.40c14.21±0.06a0.40±0.00f29.75±0.49e71.49±7.13de76.65±0.07b72.89±0.01d10.54±0.07e25.95±0.35b4#146.00±1.70d13.07±0.03cd0.42±0.02de26.60±1.70f96.50±2.17a76.35±0.07c76.15±0.44b10.74±0.07 de21.10±0.28e5#137.00±1.10e13.32±0.00b0.46±0.01bc30.20±0.14de89.74±1.36ab75.65±0.07e74.38±0.02c11.22±0.11c23.75±0.07c6#134.00±0.00f13.17±0.03c0.46±0.01bc36.05±0.21b82.66±1.09bc75.45±0.07f70.47±0.27g11.95±0.03b28.30±0.28a7#131.00±1.10g13.00±0.15d0.51±0.01a25.30±0.99f93.71±1.43a74.95±0.07g72.56±0.11d9.26±0.01g26.35±0.21b8#89.00±0.60h13.22±0.06bc0.41±0.01ef32.05±0.21c67.42±6.19e76.05±0.07d71.49±0.04f10.94±0.00d26.40±0.14b9#65.00±0.80i11.98±0.03e0.44±0.01cd31.65±0.21cd78.06±3.2cd75.65±0.07e71.99±0.12e11.91±0.22b23.65±0.07c平均值156.0012.950.4530.8182.2576.4873.1711.0624.02SD83.000.800.044.7811.341.932.601.213.12CV53.216.188.8915.5113.792.523.5510.9412.99

研究认为由于小麦发芽时,各种酶的活性相继升高,小麦中的淀粉、脂肪、蛋白质等因分解来满足芽生长的需要而导致小麦籽粒发生皱缩,进而导致硬度和饱满度下降,千粒重、容重降低[3]。但本研究中硬度指标变化并未呈现下降趋势,可能是由于所用小麦品种不同,小麦籽粒在未发芽时自身硬度存在差异。

2.2 小麦粉品质分析

2.2.1 小麦粉理化特性

由表2可知,小麦粉水分含量范围为11.45%~14.21%;灰分含量范围为0.40%~0.51%;湿面筋含量范围为25.95%~39.75%,面筋指数在67.42~96.50,蛋白质含量范围为9.75%~13.24%,随发芽程度加深,湿面筋含量、面筋指数及蛋白质含量呈波动趋势,这与所用小麦品种自身组分不同有关。白度范围为75.65%~81.45%,淀粉含量范围为70.45%~78.11%,损伤淀粉范围为18.25~28.30,随发芽程度加深,发芽小麦粉的白度和粗淀粉含量呈下降趋势,损伤淀粉含量呈上升趋势,这是因为随着发芽程度的加深,α-淀粉酶的活性逐渐增强,使籽粒中从胚乳-胚交界处开始的淀粉颗粒被侵蚀,导致受损淀粉颗粒和可溶性糖含量增加[4,11-13],分解的淀粉量以及破损淀粉量均增多。

2.2.2 小麦粉糊化特性

峰值黏度反映淀粉糊化过程中淀粉颗粒吸水膨胀的程度,崩解值是峰值黏度与最低黏度的差值,反映淀粉热糊的稳定性,其数值大小表示淀粉颗粒的耐剪切力,崩解值越低,表明淀粉颗粒的耐剪切能力越强,淀粉热糊的稳定性越高。糊化温度是指在加热糊化阶段,使淀粉颗粒发生不可逆膨胀的温度,糊化温度越高,代表淀粉品质越高。回生值是最终黏度与最低黏度的差值,它反映了小麦粉糊化后淀粉回生的程度以及淀粉分子重结晶的程度,衡量淀粉冷糊的稳定性和老化趋势[14]

如表3所示,发芽小麦粉的初始糊化温度在59.65~61.90 ℃;峰值黏度范围为28~98.5 BU,谷值黏度范围为16~24.5 BU,最终黏度范围为19.5~33 BU,衰减值在11~82,回生值在2.5~8.5,随发芽程度加深,峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值、回生值均呈大幅度下降趋势。峰值黏度反映淀粉颗粒崩解之前的膨胀能力,小麦发芽过程中峰值黏度的降低可能是大分子淀粉被水解使得淀粉颗粒数量减少而导致的。发芽小麦粉糊化后回生值降低,老化之后难以形成凝胶,这是由于随着发芽时间的延长,发芽小麦粉中大分子淀粉颗粒被水解酶分解而逐渐变成小分子,从而使得发芽小麦粉中淀粉的结晶区减少,淀粉颗粒内部化学键被破坏,糊化后难以回生,尤其是发芽程度较高的发芽小麦粉在糊化过程中温度降低之后并没有出现回升现象,糊化曲线整体趋于一条直线,且各项黏度指标极低,这说明其中的大分子淀粉颗粒可能已经完全水解,其中某些数据波动的原因可能是由于小麦品种的不同,其含有的初始淀粉含量和组成存在差异。

表3 小麦粉糊化特性

Table 3 Pasting properties of wheat flour

小麦样品糊化温度峰值黏度/BU谷值黏度/BU最终黏度/BU衰减值回生值1#61.15±0.07b509.00±5.66a152.50±0.71a566.00±0.00a356.50±4.95a413.50±0.71a2#60.80±0.14bc90.00±1.41c24.50±0.71b33.00±0.00b65.50±2.12c8.50±0.71b3#59.65±0.07d54.50±2.12f17.00±1.41c20.00±1.41c37.50±0.71f3.00±0.00c4#61.10±0.14b98.50±0.71b16.50±0.71c20.00±0.00c82.00±1.41b3.50±0.71c5#60.95±0.21bc76.00±1.41d16.50±0.71c20.00±1.41c59.50±0.71d3.50±0.71c6#60.60±0.28c67.50±4.95e19.50±2.12c22.50±2.12c48.00±2.83e3.00±0.00c7#60.65±0.07c66.00±1.41e16.00±2.83c19.50±2.12c50.00±1.41e3.50±0.71c8#61.55±0.21a38.50±3.54g20.50±3.54bc23.00±2.83c18.00±0.00g2.50±0.71c9#61.90±0.14a28.00±0.00h17.00±1.41c19.50±0.71c11.00±1.41h2.50±0.71c平均值60.90 114.2233.3382.6180.89 49.28 SD0.60 141.1842.21170.9599.67 128.78CV1.00 123.60 126.64 206.94123.22261.32

2.2.3 面团流变学特性分析

2.2.3.1 粉质特性

小麦粉的粉质特性可以反映面团弹性和面筋强度,预测其面制品品质[15]。小麦粉的粉质特性测定结果见表4。随着发芽程度的加深,发芽小麦粉的稳定时间和粉质质量指数均呈降低趋势。稳定时间的长短反映了面团的强度和面团在发酵过程中的持气能力(与蛋白质的品质特性有关),稳定时间的降低表明发芽小麦中蛋白质含量的降低以及蛋白质质量的下降;粉质指数的降低表明面团筋力强度变差,这可能是由于发芽小麦中酶活性的升高导致蛋白的水解进而造成其质量的降低,且发芽程度越严重,小麦中面筋蛋白质质量下降越严重,面团的耐搅拌性变差[16]。弱化度呈上升趋势,表明面团在搅拌过程中对机械搅拌的承受能力变差,面团更易流变,加工性能变差,这可能是蛋白酶的水解作用造成面筋蛋白质质量降低而导致的。吸水率、形成时间有波动,是因为小麦籽粒品种的不同。损伤淀粉以及面筋蛋白的综合吸水率使发芽小麦粉吸水率呈现波动趋势,面团的形成时间反映了面筋的数量和质量,通常情况下,面粉的筋力越强,面团的形成时间越长。面团的形成时间越长,面包的体积和评分增加的趋势会越明显。因此,普遍认为形成时间越长,面制品的品质越好[17],由于不同品种的小麦面筋蛋白含量的不同导致发芽小麦粉的形成时间呈波动趋势。

表4 小麦粉粉质特性

Table 4 Farinaceous characteristics of wheat flour

小麦样品吸水率/%形成时间/min稳定时间/min弱化度/FE粉质质量指数/mm1#61.45±0.07d1.35±0.17e7.22±0.26a68.50±0.71g69.00±1.41a2#66.60±0.00a3.06±0.23a2.39±0.02c168.00±0.00e45.00±1.41b3#64.15±0.21c2.02±0.28bc2.35±0.17c190.50±3.54d33.00±1.41d4#58.95±0.21e2.31±0.13b2.89±0.27b179.50±4.95de39.00±0.00c

续表4

小麦样品吸水率/%形成时间/min稳定时间/min弱化度/FE粉质质量指数/mm5#61.95±0.21d2.17±0.00bc2.06±0.13c225.00±5.66c33.00±1.41d6#67.00±0.14a1.99±0.27bc1.69±0.05d234.50±6.36bc31.50±2.12de7#65.10±0.28b1.40±0.04de2.29±0.02c139.50±7.78f26.00±1.41f8#64.70±0.00bc1.90±0.25bc1.58±0.11d243.50±2.12b28.50±2.12ef9#61.65±0.64d1.82±0.00cd1.45±0.07d258.00± 8.49a26.00±1.41f平均值63.512.002.66189.6736.78SD2.670.511.7759.7913.55CV4.2025.5066.5431.5236.84

2.2.3.2 拉伸特性

小麦粉的拉伸特性反映了面团的韧性和弹性[18]。如图3所示,随发芽程度的加深,除发芽小麦粉面团的延伸性呈增大趋势外,其拉伸能量、最大拉伸阻力、拉伸比均呈下降趋势。这表明发芽小麦粉面团延展性增加、强度降低、稳定性降低、弹性减弱。这主要与发芽小麦籽粒中酶解导致的蛋白质质量降低有关[19]。2#和6#样品延伸度的偏大可能与其湿面筋含量显著高于其他小麦样品有关。

a-拉伸能量;b-延伸度;c-最大阻力;d-拉伸比

图3 小麦粉面团拉伸能量、延伸度、最大阻力、拉伸比

Fig.3 Stretching energy, extension, maximum resistance, extension ratio of flour dough

2.2.4 小麦粉发酵流变特性

如表5所示,1#样品的最大膨胀高度和产气总体积显著小于其他样品,气体保留率显著高于其他样品。这可能是因为1#样品的损伤淀粉含量较少导致面团总产气量较低,而粗淀粉含量高且面筋未受到酶降解所以能形成具有良好弹性及延展性的薄膜、能更好地储存CO2气体。样品6#、8#和9#的最大膨胀高度和产气总体积高,但气体保留率低,这可能是由于其发芽程度较高,α-淀粉酶活性高导致酵母产气量较高,面筋网络受到破坏,这与粉质特性中稳定时间、粉质质量指数较低相对应,也与其发酵制品品质偏差相对应。整体来看,随发芽程度加深,面团的最大膨胀高度和产气能力显著提升,持气能力显著下降,这可能是因为淀粉酶活性增强,使损伤淀粉含量增高,导致产气能力增大。淀粉水解形成更多的游离糖供酵母菌使用,酵母产气能力、蛋白质含量及面筋持气力共同作用使最大膨胀高度增大,但高活性的蛋白酶水解面筋蛋白导致面筋网络强度降低,气体保留能力下降。

表5 小麦粉发酵流变特性

Table 5 Fermentation rheological characteristics of wheat flour

小麦样品最大膨胀高度/mm 气体释放高度/mm 开始漏气时间/min产气总体积/mL 气体保留总体积/mL 气体保留率/%1#26.25±0.35e65.17±0.66bcd27.50±0.71bc1 985.00±19.8c1 330.50±23.33cd67.05±0.49a2#41.20±0.42ab69.96±0.34a28.25±0.35b2 435.00±29.7a1 376.00±5.66ab56.55±0.57bcd3#27.00±0.28e64.10±1.97bcd27.75±1.06b2 432.50±55.86a1 377.50±14.85a56.60±0.71bcd4#37.50±0.71c63.21±1.4cd35.25±1.06a2 335.00±21.21b1 349.50±28.99abc57.80±0.65b5#37.00±0.28c64.00±0.65bcd28.25±0.35b2 397.50±3.54ab1 368.50±4.95abc57.10±0.14bc6#34.60±0.57d62.30±0.14d26.75±0.35bc2 439.00±35.36a1 332.00±4.24bcd54.65±0.35d7#34.10±0.42d63.71±0.69cd27.50±0.71bc2 416.50±23.33a1 344.00±31.11abcd55.60±1.84cd8#39.15±1.48bc66.03±1.74bc27.25±0.35bc2 407.00±21.21a1 331.00±15.56cd55.30±0.14cd9#41.85±2.33a67.01±2.14b26.00±0.00c2 415.50±9.19a1 304.50±6.36d54.00±0.00d平均值35.4165.0528.282362.561345.9457.18SD5.502.452.67142.1727.153.82CV15.533.779.446.022.026.68

2.3 馒头及面包品质分析

2.3.1 馒头

随着发芽程度的加深,馒头的比容和高径比(图4-a)大体呈下降趋势,硬度(图4-b)呈先上升后下降趋势,其中,1#、2#、3#和7#样品馒头比容均>2 mL/g,高径比>0.7,且1#、2#、3#和7#对应的馒头硬度相对偏低,感官评分相对较高。

a-比容和高径比;b-硬度和评分;c-外观和内部结构图

图4 馒头品质评价

Fig.4 Quality evaluation of steamed bread

注:不同小写字母表示不同样品存在显著性差异(P<0.05)(下同)。

从馒头外观和内部结构图(图4-c)可以看出,1#、2#、3#和7#样品馒头挺立度好,内部结构较好,气孔大小相对均匀;而降落数值小于100 s的8#和9#馒头挺立度偏差,内部过于结实,色泽较暗,4#和5#样品表皮出现大泡,内部结构过于致密,这可能是因为相较于2#和3#,发芽程度较深且面筋含量较低使面团延展性较低,气孔分布不均匀。

整体来看,降落数值为179 s和166 s的2#和3#发芽小麦粉馒头制作适应性相对较好,评分>80分,主要表现在馒头挺立度好,比容偏大,色泽亮白,孔隙结构相对均匀细腻。说明这2种馒头的面筋网络被破坏程度小,空间结构稳定,内部气孔小且均匀,起发性好[17],可能是由于2#和3#产气总体积高、气体保留总体积高、气体释放高度较高、形成时间及稳定时间较长、弱化度较低。这表明穗发芽不同程度的小麦,馒头品质并不完全随发芽程度的加深而变得更差,馒头品质与小麦粉的自身组成也有很大关系,由于样品来自不同小麦品种,除穗发芽外,小麦其他组分对馒头品质也有重要影响。

2.3.2 面包

如图5所示,4#、5#和7#样品面包比容>5 mL/g(图5-a),且对应的面包硬度相对偏低(图5-b),感官评分相对高些(图5-c)。1#对照样硬度偏高,比容和评分偏低,这与其与其他样品同水平加水量导致其面团偏硬,使其炉涨性变差有关。

a-比容和评分;b-硬度和弹性;c-外观和内部结构图

图5 面包品质评价

Fig.5 Quality evaluation of bread

整体来看,降落数值为146 s和137 s的4#和5#芽麦粉面包制作适应性相对较好,感官评分均高于80分,主要表现在面包入炉后炉涨性较好,比容偏大,孔隙结构相对均匀细腻。与馒头相比,发芽程度较深的小麦更适于面包的制作,这是由于小麦发芽程度加深,淀粉酶活性升高,这有助于改善面包屑的柔软度。特别是α-淀粉酶减少支链淀粉的退化,使面包屑结构更有弹性[18],更有益于面包的炉涨,促进面包体积和比容的增大,内部结构和组织更加均匀细腻。且4#、5#最大膨胀高度较高、气体保留率较高、延伸度适中、面筋指数较高、形成时间较长,这些指标均对面包的制作性能有贡献。

3 发芽小麦品质特性及其与面制品品质间相关性分析

如图6所示,发芽程度与白度、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值、回生值、稳定时间、粉质质量指数、最大阻力、拉伸比、气体保留率、馒头高径比呈极显著负相关;与弱化度、产气总体积呈极显著正相关;与粗淀粉、面包硬度呈显著负相关;与损伤淀粉、延伸度、最大膨胀高度呈显著正相关。从相关程度来看,发芽小麦降落数值与小麦粉色泽、糊化黏度、稳定时间、弱化度、粉质拉伸质量、最大阻力、拉伸比、气体总体积、气体保留率和馒头高径比呈极显著相关,与小麦粉粗淀粉、损伤淀粉、延伸度、最大膨胀高度和面包硬度呈显著相关。其中,降落数值与小麦粉糊化黏度呈极显著正相关,表明发芽程度越深,小麦粉糊化黏度值越低,对应的降落数值越小。

图6 发芽小麦品质特性及其与面制品品质间相关性分析热图

Fig.6 Heatmap of germinated wheat quality characteristics and correlation with flour product quality

4 结论

1)发芽对小麦品质特性影响:随发芽程度加深,小麦胚乳中淀粉和蛋白质降解程度加重,容重、千粒重呈下降趋势;小麦粉白度和粗淀粉含量显著降低,损伤淀粉含量显著增加;糊化黏度、衰减和回生值呈大幅度下降趋势,面团稳定时间和粉质质量指数呈降低趋势,拉伸能量、最大拉伸阻力和拉伸比呈下降趋势,延伸性呈增大趋势,发酵流变特性中膨胀高度和产气能力提升,持气能力下降。

2)发芽对馒头和面包品质影响:降落数值为179 s 和166 s样品的馒头感官评分均高于80分,适合馒头的制作;降落数值为146 s和137 s样品的感官评分均高于80分,更适合面包的制作。

由于本实验用发芽小麦不是同一种小麦品种,因此,其小麦籽粒特性、小麦粉品质以及面制品制作品质的变化规律并未随发芽程度加深而呈现一致性变化。小麦粉特性及其加工品质除与小麦发芽程度有关外,还受小麦自身组分特性影响。在世界上部分地区,当小麦粉的降落数值低于220~250 s时,就不能用于面包粉生产,且许多制粉企业规定了更高的降落数值要求(即高于300 s)[19-21]。在本研究中可以看到这个标准有进一步放宽的可能性,但田间发芽小麦能否合理地应用于食品制作,仍需更多食品营养和安全方面的研究来进一步阐明。因此,出于节省粮食的角度考虑[19,22-23],应对发芽小麦能否作为合格食品原料进行进一步考量。本文主要研究了田间穗发芽对小麦品质指标及2种典型传统发酵面制品品质的影响,后续需进一步研究穗发芽对小麦粉和发酵面制品风味、营养、安全及消化特性的影响,并拓展到更多面制品的研究,以更大程度探索穗发芽小麦用于面制品生产的加工适应性,为节粮减损和提高穗发芽小麦的利用价值提供参考。

参考文献

[1] SINGH C, KAMBLE U R, GUPTA V, et al.Pre-harvest sprouting in wheat:Current status and future prospects[J].Journal of Cereal Research, 2021, 86:13.

[2] MARTI A, CARDONE G, PAGANI M A.Sprouted cereal grains and products[J].Innovative Processing Technologies for Healthy Grains, 2020:113-141.

[3] 徐颖, 党长英, 沈汪洋, 等.芽麦的研究进展[J].粮食与油脂, 2019, 32(6):4-7.
XU Y, DANG C Y, SHEN W Y, et al.Research progress of the germinated wheat[J].Cereals &Oils, 2019, 32(6):4-7.

[4] OLAERTS H, COURTIN C M.Impact of preharvest sprouting on endogenous hydrolases and technological quality of wheat and bread:A review[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2018, 17(3):698-713.

[5] NAUMENKO N, POTOROKO I, KALININA I.Stimulation of antioxidant activity and γ-aminobutyric acid synthesis in germinated wheat grain Triticum aestivum L.by ultrasound:Increasing the nutritional value of the product[J].Ultrasonics Sonochemistry, 2022, 86:106000.

[6] DZIKI D, LASKOWSKI J.Study to analyze the influence of sprouting of the wheat grain on the grinding process[J].Journal of Food Engineering, 2010, 96(4):562-567.

[7] UROVI V, RADOVANOVI M, MANDI L K, et al.Chemical and microbial evaluation of biscuits made from wheat flour substituted with wheat sprouts[J].Ciencia y Tecnologia de Los Alimentos Internacional, 2021, 27(2):172-183.

[8] 张玉荣, 卢冠镪, 吴琼, 等.基于高光谱成像技术的发芽小麦分类研究[J].河南工业大学学报(自然科学版), 2022, 43(5):108-115;136.
ZHANG Y R, LU G Q, WU Q, et al.Research on classification of sprouted wheat based on hyperspectral imaging technology[J].Journal of Henan University of Technology (Natural Science Edition), 2022, 43(5):108-115;136.

[9] 杨露, 谭会泽, 刘松柏, 等.芽麦的营养价值特点及其在饲料和食品上的应用[J].粮食与饲料工业, 2018(12):46-49.
YANG L, TAN H Z, LIU S B, et al.Nutritional value of germinated wheat and its application in feed and food[J].Cereal &Feed Industry, 2018(12):46-49.

[10] LI Z, LUO Q Y, GAN Y J, et al.Identification and validation of major and stable quantitative trait locus for falling number in common wheat (Triticum aestivum L.)[J].Theoretical and Applied Genetics, 2024, 137(4):83.

[11] 张琴. 硬质小麦“Chara”α-淀粉酶1、2与穗发芽及迟熟淀粉酶的关系研究[D].雅安:四川农业大学, 2021.
ZHANG Q.Study on the relationship between α-amylase 1,2 from hard wheat “Chara” and PHS or LMA[D].Ya’an:Sichuan Agricultural University, 2021.

[12] DRONZEK B L, BUSHUK W, HWANG P.Scanning electron microscopy of starch from sprouted wheat[J].Cereal Chemistry, 1972, 49(2):232.

[13] LINEBACK D R, PONPIPOM S.Effects of germination of wheat, oats, and pearl millet on alpha-amylase activity and starch degradation[J].Starch - Stärke, 1977, 29(2):52-60.

[14] 胡慧敏. 发芽对小麦麸质蛋白的含量及麦粉品质变化的影响研究[D].南京:南京财经大学, 2020.
HU H M.Effect of germination on gluten protein content and wheat flour quality[D].Nanjing:Nanjing University of Finance and Economics, 2020.

[15] 齐笑笑. 发芽小麦粉气流分级产品及其面筋蛋白品质的研究[D].郑州:河南工业大学, 2022.
QI X X.Analysis of sprouted wheat flour and its gluten protein quality by air classification[D].Zhengzhou:Henan University of Technology, 2022.

[16] 王丽娜, 卞科.添加不同阶段的发芽小麦粉对面团流变学特性及面制品品质的影响[J].农业机械, 2011(20):92-96.
WANG L N, BIAN K.Effects of adding germinated wheat flour at different stages on rheological properties of dough and quality of flour products[J].Farm Machinery, 2011(20):92-96.

[17] 冯春露. 萌动小麦粉气流分级产品品质分析和应用研究[D].郑州:河南工业大学, 2019.
FENG C L.Quality analysis and application of germinated wheat flour classified by air classification[D].Zhengzhou:Henan University of Technology, 2019.

[18] NAUMENKO N, POTOROKO I, KALININA I, et al.The influence of the use of whole grain flour from sprouted wheat grain on the rheological and microstructural properties of dough and bread[J].International Journal of Food Science, 2021, 2021(1):7548759.

[19] HARELAND G A.Effects of pearling on falling number and α-amylase activity of preharvest sprouted spring wheat[J].Cereal Chemistry, 2003, 80(2):232-237.

[20] SKERRITT J H, HEYWOOD R H.A five-minute field test for on-farm detection of pre-harvest sprouting in wheat[J].Crop Science, 2000, 40(3):742-756.

[21] KONDHARE K R, FARRELL A D, KETTLEWELL P S, et al.Pre-maturity α-amylase in wheat:The role of abscisic acid and gibberellins[J].Journal of Cereal Science, 2015, 63:95-108.

[22] 李敏, 何思晴, 余英杰, 等.发芽对小麦粉营养品质及面团特性影响的研究进展[J].中国粮油学报, 2022, 37(3):178-185.
LI M, HE S Q, YU Y J, et al.Research progress on effects of germination on nutritional quality and dough characteristics of wheat flour[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2022, 37(3):178-185.

[23] DHILLON B, CHOUDHARY G, SODHI N S.A study on physicochemical, antioxidant and microbial properties of germinated wheat flour and its utilization in breads[J].Journal of Food Science and Technology, 2020, 57(8):2800-2808.

Effects of germination on wheat quality characteristics and steamed bread and bread quality

WANG Yuhui, XUAN Haohao, ZHENG Xueling*, SHANG Jiaying*,LI Yanlong, WANG Bin, HAO Hanzhang

(College of Food Science and Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

ABSTRACT This paper studied the effects of germination on wheat grain characteristics, flour quality, dough rheological characteristics, fermentation characteristics, and steamed bread and bread quality.Results indicated that with increasing germination, the bulk density and 1 000-grain weight of wheat grains decreased, along with a greater degradation of starch within the endosperm.Both the whiteness and starch content in flour markedly diminished, while the damaged starch content markedly increased.There was a significant reduction in paste viscosity, breakdown, and setback values.Both the stability time and farinograph quality number trended downward, while the degree of softening trended upward.Both stretching energy and maximum resistance decreased, and extensibility showed an upward trend.In the experiment of making fermented flour products, compared with non-germinated wheat.The maximum dough height and total gas volume in the fermentation rheological properties showed an increasing trend, while the gas holding capacity showed a decreasing trend.The quality of steamed bread made from samples with falling numbers of 166 s and 179 s was relatively good, while the quality of bread made from samples with falling numbers of 137 s and 146 s was relatively good.This suggests that in the practical application of pre-harvest sprouted wheat, due to variety differences, the germination degree (falling number) cannot be the sole criterion for determining whether wheat grains are suitable as raw materials for flour products.The intrinsic properties of its components and actual processing quality of flour products should also be fully considered.

Key words sprouted wheat;quality characteristics;steamed bread;bread

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.041102

引用格式:王钰惠,轩毫毫,郑学玲,等.发芽对小麦品质特性及馒头和面包品质的影响[J].食品与发酵工业,2025,51(15):293-302.WANG Yuhui, XUAN Haohao, ZHENG Xueling, et al.Effects of germination on wheat quality characteristics and steamed bread and bread quality[J].Food and Fermentation Industries,2025,51(15):293-302.

第一作者:硕士研究生(郑学玲教授和尚加英讲师为共同通信作者,E-mail:xlzhenghaut@126.com;shangjiaying@126.com)

基金项目:国家小麦产业技术体系专项资金资助项目(CARS-03-38);河南工业大学博士基金项目(2023BS054)

收稿日期:2024-09-20,改回日期:2024-12-02