吹泡仪应用于发酵面团的研究
中国粮油仪器网从法国肖邦技术了解到:吹泡仪是Marcel Chopin于1927年发明的面团流变学检测设备。时至今天,吹泡仪已经成为了最广泛使用的面粉质量检测和流变学特性研究的工具之一。从北半球到南半球,从欧亚大陆到拉丁美洲,都能见到吹泡仪的身影。吹泡仪被应用于检测小麦质量、面粉揉混,并用于研究发酵面团的各项指标以及各种添加剂和配料对面粉的影响,以确保产品和技术参数的稳定。吹泡仪原理的优越性和其对发酵面团研究的独特性在国内也吸引了很多专家学者,共同研究和谈论。
1 标准吹泡仪方法
吹泡仪的研究基础是采用恒量加水作为其标准实验方案。恒量加水法根据面粉样品的含水量确定水分的添加量,实验结果如图1。吹泡仪遵循标准协议(如:ISO, Afnor, ICC, AACC, GBT等)来测量面团的流变学特性。恒量加水实验协议有两个目的[2]:
(1)一旦面粉的水分已知了,就能进行实验,从而使分析简化。
(2)使通过相同加水条件下获得的实验图线的比较变得迅速而且简单。
这个协议选择15%湿基含量下吸水率50%的面团作为标准,在判定小麦质量上非常有效,特别适用于中低筋小麦的检测研究。不过这个协议不适用于质地坚硬、富含蛋白、具有很高的吸水能力的小麦样品。因此,由于硬质小麦的需求,催生了新的测试仪器和方法。
图1 使用ISO 5530-4 标准协议作的吹泡仪实验图。P=耐压性,W=形变能量,
L/G=曲线长度(破裂时的横坐标),Ie=弹性指数,p=面泡破裂时的压力。
2 吹泡稠度仪的出现
1970年,Nuret等[3]关注到根据面粉的吸水能力,适量加水后达到恒量稠度时吹泡结果的变化。他们提出一种方法,使恒量稠度成为了可能,即设置一个常量“P”。这个方法首先由实验得到“P”值,由“p”值确定吸水率,再来进行传统的恒量加水实验。
1985年,Chen和d’Appolonia[4]发表了一篇研究吹泡仪在美国硬质红色春小麦上应用的文章。他们的研究表明恒量稠度的方法在研究硬麦上是极其实用的。他们提出了一种方法,即通过布拉班德粉质仪对面粉吸水能力的计算,在250克面粉中加入8%的水。这种添加方案特别适用于到达500BU时,吸水率值超过58%的小麦样品。
1993年,一个法国工作组在IRTAC的赞助下,合作研究了法国小麦的韧性和延展性。这是个跨领域的研究,包含了基因、农艺学和技术链,在多领域中同时被广泛报道。在它众多的研究结果中,有一个是:为了清楚的了解法国地区小麦的质量,最好使用恒量稠度的吹泡仪法。
根据这个研究,肖邦在1998年推出了吹泡稠度仪,这是一款可以测量恒量加水和恒量稠度的设备,通过适量加水可以达到恒定的稠度。这个研究结果在意大利Antonella Petrini等[5]人使用新款吹泡仪做的研究中引起共鸣。他们结论是:对于所有的硬质小麦在制作面团时,用恒量稠度吹泡效果会更好。2001年,A. Barrigon[6]就这个课题发表了他的研究报告:(1)恒量稠度吹泡使小麦粉颗粒更容易吸水饱和(2)推荐在研究高筋力面团时,使用恒量稠度吹泡法。
3 适量加水吹泡法的原理
吹泡稠度仪是新一代的吹泡仪,它的和面钵进行了一些改善,使其能测量面粉的吸水能力。使用这个特殊的揉面钵(见图2)成就了稠度仪。传统吹泡仪的单刀揉混被双刀代替,而原来的侧臂也被特殊制作为开口较小、带心轴的侧臂。这个设备作为一个整体保证了有效的揉混行为。
图2 稠度仪的双刀和特殊侧板
稠度仪的压力传感器安装在图中所示揉面钵左侧内部来记录面团对面钵的压力。双臂搅拌刀在面团的揉混过程中将这种压力推向传感器。首先,进行恒量加水稠度测试,实验只需4分钟即可完成。假设估算吸水率50%,按照15%湿基进行实验,测量出被称作PrMax 的最大压力值。面粉的吸水能力越强,就越容易吸水不充分并引起稠度的升高,这样的面团会对传感器产生很高的压力,于是得到较高的PrMax。肖邦协议设定目标稠度为2200mb,通过设备自动换算可以确定面粉在2200mb下的吸水能力,在CHOPIN协议中称为适量水合能力,简称HYDHA。有了HYDHA 就可以进行适量水合条件下稠度实验或吹泡实验。
使用稠度仪获得的吸水率值比粉质仪值会低。但是两种方法得到的结果显著相关性[7],因此两种方法都有同样的地位。
适量加水吹泡测试是接着恒量加水稠度测试而进行的。适量加水吹泡测试的操作方法与恒量加水吹泡测试相同,只是盐水及面粉需求量要根据恒量加水测试的结果(HYDHA)来确定。
适量加水吹泡测试的曲线有点像标准的吹泡曲线。为了避免任何混淆,参数的名字作了些修改.
4 适量加水实验的意义
不同的吸水率样品会得到不同的最大压力值,吸水率高的样品,恒量吹泡实验都会产生比较高的P值,而使区分不太明显。然而适量加水吹泡实验则能够很好的区分开来。而影响面粉吸水率的原因涉及到基因、种植技术、生化和机械因素。说的更简单些,面粉的吸水量依赖于这四点必要因素:面粉的固有水分,蛋白比例,戊聚糖含量和淀粉损伤。
戊聚糖在面粉中的含量为1%-2%,但它有7倍于自身重量的吸水能力。他们是麦麸麦糠的构成成分。面粉的出粉率越高,戊聚糖的含量也越多。由于工业加工中其戊聚糖的含量很低且比例基本一致,我们一般不考虑其对吸水率的影响。
蛋白在面粉中的含量在8%-16%之间,它具有自身重量1.8倍的吸水能力。成熟小麦的蛋白含量不只取决于品种,还受气候、土壤条件以及农作物管理(如氮肥施加量等)的影响。同样的品种,生长的越密集,其蛋白比例越低。
淀粉占了面粉中的78%-82%的比重,单个淀粉颗粒吸水大约为自身重量的0.3倍。而由于研磨过程中的机械破损,单个破损淀粉可以吸收多达3倍于自身重量的水分。同样的磨粉过程,硬麦有较强的反抗碾磨的作用力,因而会比碾磨软麦产生更多的淀粉损伤。这种坚硬的特性一般来自于基因。对于同样的硬度,磨粉作用的方式(外部条件、磨辊间距、压力、研磨次数等) 也会在生产过程中大大地影响破损淀粉的产生量。
总之,蛋白丰富的硬麦会比蛋白含量较少的软麦在生产过程中产生更多的破损淀粉,也会有更强的吸水能力。获得的曲线就会显示很高的P/L值,但这并不一定就是样品本身该有的曲线,却是测试的没有充分吸水的实验面团。因此对于含蛋白丰富的硬质小麦样品,适量加水实验可以提供更好的分析结果。
5 总结
吹泡稠度仪的适量加水方法很好的解决了对硬质小麦的分析难题。该法简单、快速、标准,已经在世界范围内被使用了十多年了,但尚未被广泛应用。然而,高吸水率的小麦在世界范围内正在逐步增加,而适量加水法是一个很好的处理高吸水率小麦吹泡分析的方法,但是还没有形成广泛的认知,且缺少数据经验的积累。
正如制粉工业、烘焙工业和小麦本身在最近几十年都有很大的进步,实验设备也在紧跟这个步伐。实验室也趋向于使用更多的优秀工具。适量加水吹泡方法的存在,推动稠度仪的功能的实现,稠度仪也已经应用在了很多实验室。现在的问题就是怎么去用好它。相信有了更多的粘度测试仪研究与验证,大家会逐渐发现稠度仪所能提供的丰富的信息,从而加深对面粉研究的手段和方法。