面粉的测定与分析(一)--中国面粉网

面粉的测定与分析(一)
http://www.chnmf.com    2010-06-21     中国面粉网

面粉的品质特性是小麦粉的理化特性、面团的物理特性、面粉食用品质特性及其他特性的总和。面粉的品质特性一般受多方面因素的影响，其中最主要的是原料小麦的品质特性。因此原料小麦在加工过程中要受到多种因素的作用和影响。这些因素中有机械的、物理的，也有化学的，这些因素对面粉品质特性的影响有时是不可忽略的。
一、面粉的理化特性
（一）色泽和加工精度
小麦粉的加工精度即小麦在制粉工艺中的去皮程度，一般加工精度愈高、粉色愈好、麸星愈少，其直观评定通常以粉色、麸星的比较来衡量。小麦面粉的色泽简称粉色，是指面粉颜色的深浅、明暗，它是面粉划定等级的基本项目。正常的面粉色泽为白色或乳白色。在储藏过程中，由于空气的氧化作用，面粉的白度将增加。
面粉粉色主要取决于下列因素：一是面粉等级。不同等级的面粉，其中的麸星比例是不同的。面粉等级越低，麸星比例越大，粉色越差。面粉等级越高，麸星含量越少，面粉的色泽就越好。实际上，麸皮中的色素并非面粉本色，但却直接影响面粉色泽的明暗。二是胚乳本身的颜色。小麦胚乳中含有一种橘黄色素，它会转变成为商品面粉的淡黄色，当然，这种淡黄色不仅与叶黄素、叶黄素酯、胡萝卜素及某些天然物质的数量有关，还与这些物质被添加剂漂白程度有关。三是小麦的软、硬红白品种。通常软麦的粉色好于硬麦的粉色，白麦的粉色优于红麦的粉色。四是面粉的粗细度。面粉研磨得越细，越显现出亮色。这是由于每一粉粒产生的暗影降低了粉粒发光的效果。五是小麦加工前外来物的污染和黑穗病孢子等的存在。此外面粉的水分含量对面粉粉色也有影响。水分含量越低粉色越亮。
面粉粉色的测定方法有五种：干法、湿法、湿烫法、干烫法和蒸馒头法。但这些方法都有一定的局限性，主要是因为其结果容易受操作者的影响，具有一定的主观性，常常造成人为误差，并且没有数量概念，对粉色差异较小的面粉难以分辨。
利用白度仪测定面粉的白度是一种反映面粉色泽的有效方法，目前这种方法已被国内外广泛使用。相应的仪器也有很多类型。影响面粉白度测定结果的因素基本类似于影响面粉色泽的因素。当然，白度仪测得的白度值是干面粉对光线的反射量的量度，因此，有时也有局限性。比如，面粉粗细度会影响面粉的白度，一般面粉越细，白度值越高。有时面粉厂为了提高白度，把面粉研磨得很细，但是面制食品或湿粉样的白度值却不会增加，反而使面粉中破损淀粉远超过指标值，制作成的成品易芯发粘。
我国小麦面粉（73%出粉率）的白度为75%~84%。
（二）水分
面粉的水分是指在105℃下烘干面粉，所损失的水分占试样的百分含量。
面粉的水分的高低，主要受入磨小麦水分的影响，小麦水分高，麸片的韧性就越好，粉率不变的条件下，面粉的加工精度会越高，粉色也越好，相应的面粉的水分也会越高。反之亦然。但过高的水分会使胚乳难以剥刮，流动性和散落性差，物料的流动和筛理困难，车间电耗增加，面粉重复碾磨等不足。水分过低，胚乳不易破碎，皮层易碎，筛理容易出现筛枯现象，车间电耗增加，面粉麸星含量严重，面粉质量差，灰分增加，往往是车间工艺走到后路无料或料少现象。国家标准中规定面粉的水分不超过14.0%，水分超过标准时，面粉不宜存放，很容易结块、生虫甚至霉变。
测定水分的方法有两种：105℃衡重法和130℃高温定时法。但这些方法比较费工费时，对车间生产指导意义不是很大，现在已有多种快速水分测定仪，比如近红外仪测定法，就有操作简单、数值直观、测定速度快、重复性好等特点。当然，这种仪器受原粮稳定性、面粉的粗细度的影响。
（三）灰分
面粉的灰分是各种矿物质元素的氧化物占面粉的百分含量。它是衡量面粉纯度的重要指标。一般发达国家规定面粉的灰分含量在0.5%以下，我国特一粉的灰分含量在0.75%以下，标准粉的为1.2%以下，面包用粉的为0.6%以下，面条、饺子用粉的为0.55%以下。
面粉的灰分含量可以通过间接的方法来衡量，如通过粉色深浅、出粉率的高低等。准确的方法是进行灰分测定，通常的是将面粉放在指定高温的电炉中灼烧，面粉燃烧后所剩下的灰烬的含量占样品量的百分比即灰分含量。常用的是550℃衡重法和850℃高温定时法。
制粉的主要目的是将麸皮、麦胚和胚乳相互分开，然后，将胚乳可以研制成粉。由于麸皮的矿物质含量约为胚乳中含量的20倍，所以灰分测定基本上反映面粉的纯度或麸皮、麦胚与胚乳分离的彻底性。面粉的灰分对面制食品的加工制作有时是有影响的，比如，用于方便面的专用粉，如果灰分过高，其耗油量就会增加，对方便面的货架期产生不利的影响，通常要求制面的小麦粉灰分含量应在0.5%以下。
（四）吸水率
面粉的吸水率是指调制单位重量的面粉成面团所需的最大加水量，以百分比表示（%），通常采用粉质仪来测定。它表示面粉在面包厂或馒头厂和面时所加水的量。面包行业最关心的是从面袋内取出的面粉是否做出理想质量和体积的面包。面粉吸水率可以提高面包、馒头的出品率，而且面包中水分增加，面包芯较柔软，保存时间也相应延长。面粉吸水率低，面包出品率也降低。这决定着面包厂利润率的高低，因而也就自然成为面包制造商主要关注的问题。对于面包制造商来讲，比较不同面粉的面包产出量是很正常的事情。当然，在比较两种或多种不同面粉之间的吸水率时，必须将不同的面粉含水量统一到相同的基础上，才能进行有效的比较。对于饼干、糕点面粉，则要求用吸水率较低的面粉，这有利于饼干、糕点的烘烤。
面粉的吸水率一般在60%~70%之间为适。我国面粉吸水率在50.2%~70.5%之间，平均为57%。
影响面粉吸水率的因素有很多，主要有如下几个方面：
（1）小麦的软硬：一般硬质、玻璃质小麦磨制出的面粉吸水率高，粉质小麦吸水率低。硬麦粉吸水率达60%左右，而软麦粉吸水率在56左右。
（2）面粉的蛋白质含量：蛋白质含量高的面粉，一般吸水率较高。面粉吸水率在很大程度上取决于面粉蛋白质的含量，随蛋白质含量的提高而增加。蛋白质吸水多而快，比淀粉有较高的持水能力。据报道，面粉蛋白质含量每增加1%，用粉质仪测得的吸水率约增加1.5%。但不同品种小麦面粉的吸水率增加程度不同。即使蛋白质含量相似，吸水率也存在着差异。此外，但蛋白质含量在9%以下时，吸水率减少很少或不再减少，这是因为当蛋白质含量减到一定程度时，淀粉吸水的相对比例增加较大。
（3）面粉粒度：面粉越细，面粉颗粒表面积越大，吸水率越高。如果面粉磨得过细，淀粉损伤也可能越多。
（4）面粉中的淀粉破损淀粉率：破损淀粉含量越高，吸水量越高。破损淀粉颗粒使水分吸收更容易、更快。但太多的破损淀粉导致成品出现芯发粘。
（五）面筋质的特性
面粉经过加水揉制成面团后，在水中揉洗，淀粉和麸皮微粒呈悬浮状态分离出来，其它水溶性和溶于稀NaCl溶液的蛋白质等物质被洗去，剩留的有弹性和黏弹性的胶状物质即成为面筋，用百分比表示（%）。面筋是小麦蛋白质存在的一种特殊形式，小麦面粉之所以能加工成种类繁多的食品，就在于它具有特有的面筋。小麦蛋白质是功能性蛋白质，具有形成可夹持气体从而生产出松软烘烤食品的强韧黏合面团的功能特性，在各种谷物中，只有小麦蛋白质具有这种功能特性。面筋蛋白质是小麦的储藏蛋白质，它们不具有酶活性，不溶于水，比较容易分离提纯。
1．面筋的组成
小麦面筋含有丰富的蛋白质，其主要由麦胶蛋白和麦谷蛋白组成，还含有少量的淀粉、糖分、脂肪和其它蛋白质。主要成分见表11-22。
表11-22 小麦粉面筋质的成分 单位：%
成分水麦胶蛋白麦谷蛋白其它蛋白脂肪糖分淀粉
干面筋0.043.0239.104.412.82.136.45
湿面筋67.014.1912.91.460.920.702.13
麦胶蛋白不溶于水、乙醚和无机盐溶液，能溶于60%—70%酒精溶液中，湿的麦胶蛋白粘力甚强。富有延伸性，加入少量食盐时粘力则增大，加入过量食盐时粘力则降低。这类蛋白质的延伸性、膨胀性好，这就是导致面团有黏性的主要原因。麦谷蛋白不溶于水、乙醇和无机盐溶液，能溶于稀碱或稀酸溶液，湿的麦谷蛋白凝结力甚强、富有弹性，但无粘力，这使面团具有抗延伸性。这两种蛋白质之所以能形成面筋，是由于它们的共性和其他特性所决定的。它们都不溶于水，但是吸水力较强，吸水后发生膨胀，分子互相连接形成网络状胶质整体，并且具有延伸性和弹性。
蛋白质是高分子亲水化合物，分子中有羰基及氨基等基团存在。蛋白质分子很大，相当于胶体颗粒大小，分子表面有许多亲水基团。在水中溶解时，麦谷蛋白、麦胶蛋白的亲水基团与水分子相互作用，形成胶体水化物—湿面筋。它和一切胶体物质一样，具有特殊的粘性、弹性、延伸性等特性。小麦粉中的面筋质数量及质量是影响面粉蒸制食品品质的重要因素。面粉加水搅拌合成或成型后在醒发过程中蛋白质吸水形成面筋在二硫键作用下形成网络结构，淀粉、矿物质等成分填充在该网络结构中。由此可见，蛋白质最重要的作用就是构成蒸制食品时保持二氧化碳的“骨架”，使食品变得多孔、疏松、体积增大，吃起来感觉松软香甜可口。
2．面筋的含量
面筋含量测定方法有手工洗涤法、仪器设备洗涤法和化学测定法。
⑴ 手工洗涤法：取10g小麦粉，放入容器中，加2%的食盐水5ml左右，混合成面团，直至不粘手为止。然后将面团泡到水中，在室温下静置20min。将面团放入盆中轻轻揉捏，洗去面团内的淀粉、麸皮等物质。再揉洗过程中必须更换盆中清水数次，换水时需要用筛子接着免得面筋流失，反复揉洗，直至面筋挤出的水遇碘液无蓝色为止。将面筋挤压除水，直至感到面筋球表面稍微粘手时为止，进行称量，即得湿面筋质量。将湿面筋放在100~104℃恒温箱中干燥20h，使其干燥至恒重，在干燥器中冷却后称量，即得干面筋重。分别计算出湿、干面筋质量占小麦粉质量的分数，即为湿、干面筋的含量，用百分数表示（%）。此方法简便易行，但误差较大。
⑵ 仪器设备洗涤法：即用机洗来代替手工洗涤。近年国内外已研制出面筋洗涤仪，使和面、洗涤、烘干简便化，可大规模、准确的测定面筋含量。面筋含量测定应采用规范化的标准方法，从小麦制粉方法、小麦粉的含水量、和面洗涤用水（一般用2%的食盐水）、洗涤工序、烘烤时间均应一致，才能得到可靠的结果。
⑶ 化学测定法：其原理是面粉中的含氮物，一部分是盐水可溶的酰胺化合物，如球蛋白、清蛋白等；另一部分是不溶于水的蛋白质即为面筋。故测定小麦粉总氮量和盐水可溶性氮量，二者之差即为面筋含氮量。此法比上述物理法测定结果要准确得多。但是，由于操作复杂，实际应用较少。
使用水洗方法测定面筋含量时，有许多因素影响水洗面筋的质量及收率。一是面粉的种类、数量和所用加水量等；二是水洗前面团放置时间长短，即揉成面团后立即水洗，面筋收率较低，放置0.5h，可以洗出品质较好的面筋；放置1h，可以洗出品质较好、收率较高的面筋，放置1h以上，与放置1h的面筋没有多大差别；三是水的种类，蒸馏水使面筋筋力弱且松软，软水面筋品质一般，中硬水面筋品质良好，高硬水面筋韧性太强，碱性水面筋溶解被破坏，酸性水、微酸性水有助于面筋品质与收率的提高，酸性太强时对面筋品质稍有损害，但比碱性水破坏程度小，钙、镁、铁等盐类对面筋品质及收率有益处。
在同一品种内，随面筋含量增加，面包体积变大。但不同品种之间这种差异相当悬殊，如同是12%面筋含量的不同小麦粉，其面包体积的变幅宽在300~1200ml之间。面筋含量为6%的小麦粉其面包体积可能比面筋含量为18%的还大，这就反映了质的影响，面包品质与蛋白质面筋含量无显著相关，而与面筋质量无例外地呈显著正相关。这表明仅根据面筋或蛋白质数量作评价是很不够的，必须同时考虑面筋质量的问题，才能做出客观评价。
3．面筋质量
面粉工艺性能不仅与面筋的数量有关，而且与面筋的质量有关。通常人们使用筋力来描述面粉的工艺性能。面筋含量高、质量好的面粉，其工艺性能也好。
面粉之所以具有一定的筋力，面筋蛋白质之所以能形成强韧的面团，与很多因素相关。面筋的质量主要指面筋的弹性、韧性和延伸性。面筋之黏性、弹性和一定的流动性取决于组成面筋的主要蛋白质麦胶蛋白（醇溶蛋白）和麦谷蛋白及残基蛋白的组成、分子形状、大小和存在状态。
由于这三种蛋白以不同的比例和不同的方式相互作用，形成了面筋既具有黏弹特性，又具有延伸性和稳定性的特有性质。
面粉加水和成面团时，麦谷蛋白首先吸水胀润，同时麦胶蛋白、麦谷蛋白及水溶性的蛋清蛋白和球蛋白等成分也逐渐吸水胀润，分子间相互连结。麦胶蛋白、麦谷蛋白及残基蛋白互相按一定的规律相结合，随着不断地揉合组成面筋网络，形成一种结实并具有弹性的像海绵一样的网络结构而成骨架。其它成分，如脂肪、糖类、淀粉和水都包藏在面筋骨架的网络之中，形成连续的面团结构。由于麦胶蛋白分子较小和具有紧密的三维结构，而使面筋具有黏性。麦谷蛋白是由于多肽链间的二硫键和许多次级键的共同作用，而使面筋具有弹性。二者结合是面筋具有膨胀型、延伸性和弹性。麦胶蛋白形成的面筋具有良好的延伸性，有利于面团的整形操作，但面筋筋力不足，很软弱，从而使制成品体积小、弹性较差；麦谷蛋白形成的面筋则有良好的弹性，筋力强，面筋结构牢固，但延伸性差。如果麦谷蛋白含量过多，势必造成面团弹性、韧性太强，无法膨胀，导致产品体积小，或因面团韧性和持气性太强，面团气压大而造成产品表面开裂。如果麦胶蛋白含量过多，则造成面团太软弱，面筋网络结构不牢固，持气性差，面团过度膨胀，导致产品出现顶部塌陷、变形等不良结果。由此可知，麦胶蛋白和麦谷蛋白含量的高低，不仅决定了面筋数量的多少，而且二者比例与面筋品质强度有很大关系。只有这两种蛋白质共同存在，并以一定的比例相结合时，才共同赋予小麦面筋所特有的性质。由于实际当中，小麦品种间麦胶蛋白和麦谷蛋白在面筋中所含的比例差异很大，形成面筋强度不同，所以小麦面粉品质也存在很大的差异性。评定面筋质量和工艺性能的指标有延伸性、可塑性、弹性、韧性和比延伸性。
反映面筋质量和数量的综合指标是沉降值，其原理是一定量的小麦粉在特定的条件下，于弱酸介质作用下吸水膨胀，形成絮状物并缓慢沉淀，在规定时间内的沉降体积，称为沉降值。以ml表示。沉降速度和体积反映了面筋含量和质量，测定值越大，表明面筋强度越大，面粉的烘烤品质就越好。
沉降试验中，膨胀面筋的形成数量及沉淀速度取决于面筋蛋白质水和能力和水合率。在乳酸—异丙醇溶液中面筋蛋白质的氢键等疏水键被破坏，麦谷蛋白则以纤维状存在，使溶胀的面粉颗粒形成絮状物。因此，蛋白质含量越高，质量越好，形成的絮状物就越多，沉淀速度就越缓慢，一定的时间内沉淀的体积就越多。
（六）淀粉的特性
1．淀粉的功能特性
面粉的主要成分是淀粉，其烘烤蒸煮品质除与面筋的数量和质量、面团发酵性能有关系外，还受糊化特性、酶活性的影响。面包、馒头等发酵食品的体积主要取决于面团的产气能力（CO2的数量）和持气能力（保持CO2的能力），持气能力取决于面筋的含量和质量。酵母使面团内的糖类转化为乙醇和CO2，充满在面团的面筋网络结构中，使面团内部呈蜂窝状空隙，从而制成海绵结构的食品。面团的产气能力，一方面有赖于酵母的数量和质量，另一方面取决于面团中可供酵母利用的糖类。而酵母的生产和活动主要以小麦粉中淀粉酶和麦芽糖酶降解淀粉形成的糖分为原料。显然，面团的产气能力又与面粉中淀粉酶活性、破损淀粉含量等密切相关，酶作用适当的面团能使淀粉达到适当的黏度而是面团膨胀。
面筋在面团中构成网络结构时，淀粉即充塞于其中。在烘烤过程中淀粉的糊化直接影响面包的组织结构。开始糊化的淀粉颗粒吸水膨胀，这使淀粉粒体积增加，固定在面筋的网状结构中。同时由于淀粉所需要的水是从面筋所吸收的水分转移而来，这使面筋在逐步失水状态下，网状结构变得更有黏性和弹性。小麦淀粉的糊化温度一般为55～65℃，淀粉糊化峰值黏度与面条煮面品质密切相关。一般的，峰值黏度越高，面条品质越好。
面粉中淀粉粒在适当温度下在水中溶胀、分裂、形成均匀状溶液的过程称为糊化。糊化作用的本质是淀粉粒中有序及无序（晶质与非晶质）态的淀粉分子间的氢键断开，分散在水中形成胶体溶液。
测定淀粉糊化的仪器有糊化仪和电子黏度仪。这两种仪器用于测定小麦粉试样中淀粉的糊化性质（糊化温度、最高黏度、最低黏度和面粉糊回生后黏度增加值）和α-淀粉酶活性。
糊化仪测定淀粉的流变学特性，可反映温度连续变化时，体系黏度变化状态。面粉糊的黏度在搅拌、加热过程中下降的程度，可由黏度仪自动绘出的糊化特性、图峰形中读出，根据最高黏度可预知面包内部结构状况，应在200～500为宜。若过低，酶活性强，过高酶活性低。
面包的老化是由于淀粉发生物理性质变化，即由α-淀粉回生为β-淀粉所致。其机理是经过加热后的α-淀粉，在逐渐冷却和储藏过程中，分子动能下降，淀粉分子的羟基与水分子间形成的氢键断开，淀粉分子间相邻的羟基产生缔结，形成氢键，挤出水分子，转移给面筋，恢复微晶状结构，硬度增加，即产生老化现象。
2．破损淀粉特性及测定
损伤淀粉是指在小麦加工过程中，由于机械力的作用，使小麦胚乳完整的淀粉受到外形上的破坏，损伤后的淀粉粒，其物理和化学性质都发生了变化。损伤淀粉的吸水率比未损伤淀粉的吸水率增加2.5倍，同时，损伤淀粉易被α-淀粉酶所分解，生成糊精和麦芽糖。利用损伤淀粉易被淀粉酶分解的特点可以测定面粉中损伤淀粉的含量。
常用的测定方法是酶法和非酶法。
⑴ 酶法（AACC方法76-30A）
取1g面粉试样，加入一定活性的α-淀粉酶溶液46Ml，在30℃水浴中保温1h，然后加入10%硫酸2 Ml，停止酶反应。再加入12%钨酸钠溶液，沉淀蛋白质，过滤后，取一定滤液，测定其麦芽糖含量。麦芽糖的测定采用氰化钾法，用硫代硫酸滴定，查表得到麦芽糖的含量，带入法兰德公式计算破损淀粉值。
破损淀粉值=（5×麦芽糖值-3.5）×6法兰德单位
⑵ 非酶法
主要依据是破损淀粉中可溶于水的直链淀粉含量高，采用抽提法抽提可溶性直链淀粉，然后使抽提液与碘-碘化钾溶液作用生成蓝色物质，再用光学测定仪测定溶液的消化度以推算直链淀粉的可溶解度，从而推算直链淀粉的含量。
（七）酶活性
面粉中的淀粉酶主要是α-淀粉酶和β-淀粉酶。当α-淀粉酶和β-淀粉酶同时对淀粉起水解作用时，α-淀粉酶从淀粉的分子内部进行水解，而β-淀粉酶则从非还原末端开始。α-淀粉酶作用时会产生更多的末端，便于β-淀粉酶的作用。这样两种酶同时对淀粉起作用，将会得到更好的水解效果。其最终产物主要是麦芽糖和少量葡萄糖，另外还有一部分极限糊精。正常面粉中含有足够的β-淀粉酶，而α-淀粉酶则不足，为利用α-淀粉酶以改善面包的质量、皮色、风味、结构，增加面包体积，可在面团中加入一定数量的α-淀粉酶制剂或加入占一定数量的麦芽粉和含有淀粉酶的糖浆。
α-淀粉酶和β-淀粉酶的活性不完全一样，α-淀粉酶热稳定要比β-淀粉酶好，在加热到70℃时仍然对淀粉起水解作用，而且在一定温度下，温度越高，水解的作用越快，在超过90℃时才会钝化。而β-淀粉酶在加热到70℃时，活力减小50%，几分钟后钝化。由于β-淀粉热稳定较差，它只能在面团的发酵阶段起水解作用，而α-淀粉酶不仅在发酵阶段起水解作用，在面包入炉烘焙后，仍在继续进行水解作用。
α-淀粉酶和β-淀粉酶对面条专用粉来说是不利的，因为淀粉会分解淀粉，导致面团黏度降低，容易混汤。因此要求面条专用粉淀粉酶含量低一些。
测定α-淀粉酶活性常用的方法是降落数值法，其定义是指一定量的小麦粉和水的混合物置于特定黏度管内并浸入沸水中，然后以一种特定的方式搅拌，并使搅拌器在糊化物中从一定高度下降一段特定距离，自黏度管浸入水浴，搅拌器开始搅拌到搅拌器自由降落一段特定距离的全过程所需要的时间（s），即为降落数值。
降落数值测定的原理是测定α-淀粉酶对淀粉糊的降解作用。小麦粉在沸水中能迅速糊化，并因其中α-淀粉酶活性不同而使糊化物中的淀粉不同程度的被液化，搅拌器在糊化物中下降速度不同。因此，随α-淀粉酶的增加，更多的淀粉被降解，淀粉糊黏度降低，搅拌器下降的速度就越快。数值就越小。
一般来说，降落数值是250s的面粉，其淀粉酶的活性适中，可以烘焙出质量优质的面包，小于200s的面粉，淀粉酶活性太高，做出的面包芯黏湿、内部结构差、大孔洞。高于400s的面粉活性太小，芯发干，体积小。一般面包的降落数值为250s～300s