小麦淀粉/谷朊粉体系的水分迁移特性研究

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干燥降低面制品的含水率,延长其货架期。小麦淀粉和谷朊粉是面制品的主要组成成分,其与水分结合能力影响面制品的干燥特性。水分从面制品迁移至外界环境是自由水逐渐降低的过程。水分迁移速率与内外水势差呈正比,内外水势差可用样品水分活度和环境相对湿度的差值表征。过快的失水速率会引起面制品快速收缩,产生不均衡的应力,使面制品形变,甚至结构破坏,如扭曲和表面龟裂等。研究以宁春4号品种的小麦籽粒为原料,分离提取淀粉和谷朊粉,按照不同比例复配混合,制备粉样、家用面条机挤出样(简称挤出样)和双螺杆挤压样(简称挤压样)。在研究淀粉/谷朊粉粉样和挤出样吸湿解吸湿特性的基础上,研究了水分活度(aw)与相对湿度(RH)差值(aw-RH)对挤压样失水速率和形变特征的影响。旨在为调控面制品的水分迁移和形变提供理论依据。结果显示:1.淀粉的吸湿和解吸湿速率分别为2.6×10-6(g/g)/s和2.1×10-6(g/g)/s,谷朊粉的吸湿和解吸湿速率分别为3.2×10-6(g/g)/s和1.2×10-6(g/g)/s;淀粉挤出样的吸湿和解吸湿速率分别为3.3×10-6(g/g)/s和2.4×10-6(g/g)/s,谷朊粉挤出样的吸湿和解吸湿速率分别为1.0×10-6(g/g)/s和0.6×10-6(g/g)/s。淀粉挤出样和淀粉粉样的吸湿、解吸湿速率差异不大,谷朊粉挤出样的吸湿、解吸湿速率显著低于谷朊粉粉样的吸湿、解吸湿速率,表明谷朊粉挤出样形成的网络结构阻碍了水分的迁移。2.吸湿等温线的GAB方程拟合结果显示,代表单分子层水含量的方程参数M0中,淀粉为13.4,谷朊粉为9.8。淀粉的水分结合能高于谷朊粉。当水分活度大于0.9时,水分结合能接近于0 J/mol,家用面条机挤出样对应的最低含水率为23%,表明含水率高于23%的水分以自由水的形态存在;而双螺杆挤压样对应的最低含水率为27%,表明含水率高于27%的水分以自由态存在,低于27%的水分以结合态存在。3.比较水分活度(aw)与相对湿度(RH)差值(aw-RH)在逐渐减小、基本不变和逐渐增加三个条件处理的失水速率时,发现,(aw-RH)逐渐增加条件下,挤压样平均初始含水率从35%降低至16%所需的时间最短,平均失水速率最大,达到3.0×10-3(g/g)/min。随着挤压样中淀粉含量的增加,失水速率增加。当淀粉含量从100%逐渐降低到0%时,挤压样含水率从35%降低至16%所需时间由小于300 min逐渐增加至大于800 min。4.当水分活度由0.35降低至0.11时,纯淀粉挤出样的表观密度降低了57 kg/m3,纯谷朊粉挤出样的表观密度降低了5 kg/m3,淀粉挤出样的表观密度变化值高于谷朊粉挤出样,表明,小麦淀粉和谷朊粉挤出样失水后收缩,淀粉挤出样收缩程度高于谷朊粉。当采用(aw-RH)逐渐增加条件处理时,挤压样的形变程度加剧,如气孔数量变化率、周长和面积变化率逐渐增加,周边凹陷度变化率逐渐降低至负值,气孔面积占比和粗糙面积占比增加。表明,挤压样在失水后整体收缩,表面气孔数量减少,表面更粗糙,更不均匀。结论为:淀粉的单分子层含水量高于谷朊粉,吸湿速率低于谷朊粉,由于谷朊粉挤出样形成网络结构阻碍水分迁移,导致其解吸湿速率低于淀粉挤出样。较大的样品水分活度与环境相对湿度差值增加了小麦淀粉/谷朊粉挤压样的失水速率,加剧了其形变程度。挤压样中较高的淀粉含量增加了样品的失水速率,加剧样品的收缩和形变。可见,水分迁移速率和形变程度可以通过样品水分活度与环境相对湿度差值调控。
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