摘要
烘焙食品是我国食品产业链中的一个重要组成部分，蛋糕因其组织松软、富有弹性、入口绵软等重要品质，广受消费者的青睐。小麦粉作为配方中最主要的原料，其品质对蛋糕质量起着至关重要的作用。采用针对性方法改良小麦粉品质有利于生产高品质蛋糕。就方便性、安全性和经济性而言，热处理改良小麦粉品质是一种可行且有效的方法。过热蒸汽技术作为一种高效的新型热处理方式，具有较高的蒸发潜热和更高的传热系数等优点。但目前对利用过热蒸汽技术生产蛋糕专用粉以达到改善蛋糕品质为目的的研究甚少，尤其对小麦粉及蛋糕品质变化机理缺乏深入且系统的研究。基于此，本论文利用过热蒸汽直接处理小麦粉，并以此为原料制作海绵蛋糕，通过分析小麦粉及其主要组分面筋蛋白及小麦淀粉结构与功能的变化，研究小麦粉过热蒸汽处理对最终烘焙产品海绵蛋糕品质作用变化的机制，为采用过热蒸汽技术开发专用小麦粉或改善其他谷物原料的品质提供理论指导。主要研究内容和结论如下： 1.小麦粉过热蒸汽处理可改善海绵蛋糕品质。采用光学显微镜和快速粘度分析仪（RVA）研究了海绵蛋糕糊中气泡大小和粘度的变化，发现小麦粉经过热蒸汽处理后，海绵蛋糕糊中含有更多数量的气泡；同时其粘度降低，由原小麦粉的2936cP降低至2876cP（170℃过热蒸汽处理4分钟，SST-170-4）。利用动态流变学分析了小麦粉过热蒸汽处理前后蛋糕糊粘弹性的变化，发现小麦粉过热蒸汽处理提高了海绵蛋糕糊的弹性性质，降低了其粘性性质。此外，以过热蒸汽处理的小麦粉为原料制作的蛋糕具有更低的烘焙损失率和更高的比容和体积指数。其比容由原小麦粉的3.12mL/g增加至4.28mL/g（SST-170-4）。利用质构仪和ImageJ分析软件分别对海绵蛋糕的质构和内部纹理进行了分析，发现小麦粉过热蒸汽处理后海绵蛋糕具有较低的硬度和较高的弹性，硬度由原小麦粉的159.9N降低至25.3N（SST-170-4），弹性由原小麦粉的0.8910升高至0.9123（SST-170-4）；同时，海绵蛋糕内部纹理结构更加疏松多孔，其孔隙率、气孔面积和气孔密度由原小麦粉的22.9%、0.44mm2和50.3个/cm2分别增加至35.5%、0.53mm2和66.8个/cm2（SST-170-4）。 2.采用过热蒸汽处理可显著改变小麦粉的粒径和粉质特性等品质参数。通过扫描电子显微镜（SEM）、激光共聚焦显微镜（CLSM）和激光粒度分析仪分别对小麦粉微观形态、颗粒分布和粒径大小进行了表征，结果显示蛋白质发生热聚集现象，淀粉颗粒发生部分糊化且被蛋白质覆盖于其表面，导致小麦粉聚集形成较大的聚集体，进而增加了小麦粉颗粒尺寸。采用X-射线衍射仪（XRD）、RVA和差示扫描量热仪（DSC）测定了小麦粉样品处理前后晶体结构、糊化特性和热力学性质的变化，发现小麦粉在过热蒸汽处理过程中直链淀粉和脂质发生络合，形成了直链淀粉-脂质复合物。同时，由于小麦粉中各组分之间的相互作用增强，增加了小麦粉的粘度和糊化温度。而过热蒸汽处理后淀粉的部分糊化导致其糊化焓由原小麦粉的5.41J/g降低至4.62J/g（SST-170-4）。利用粉质仪对面团流变学特性进行研究，发现过热蒸汽处理的小麦粉无法形成面团，表明过热蒸汽处理改变了小麦粉中面筋的质量。 3.面筋蛋白质在过热蒸汽处理过程中发生了聚集。通过高效液相分子排阻色谱（SE-HPLC）和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）分析面筋蛋白的分子量及亚基分布情况，发现面筋蛋白由于二硫键的形成发生了聚集，生成SDS-不溶性蛋白，其含量由原面筋蛋白的39.18%增加至74.48%（SST-170-4）。此外，非共价作用力和共价作用力的变化使面筋蛋白构象和空间结构发生了改变，形成了有利于面筋蛋白聚集物的稳定结构。拉曼光谱对面筋蛋白构象表征结果表明，其非共价作用力疏水作用减弱，而氢键得到加强；同时C-S-S-C原子构象发生变化，trans-gauche-trans（t-g-t）构象转变为gauche-gauche-gauche（g-g-g）构象和trans-gauche-gauche（t-g-g）构象。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对面筋蛋白在过热蒸汽处理过程中的二级结构变化进行了分析，与原面筋蛋白相比，在SST-170-4条件下，反向平行β-折叠、β-转角和β-折叠降低至23.9%、17.7%和5.6%；而使得面筋蛋白空间结构更加稳定的分子间β-折叠和α-螺旋升高至14.2%和38.6%。 4.过热蒸汽削弱了面筋蛋白与水之间的结合作用，弱化了面筋面团中的三维网络结构。利用原子力显微镜（AFM）和SEM分别对面筋表面结构和三维网络结构进行了观察，发现面筋蛋白在高温下变性发生结构重组形成不规则聚集体，面筋蛋白形成面筋网络结构的能力减弱。同时，根据低场核磁共振（LF-NMR）技术研究了面筋蛋白与水的相互作用，结果表明过热蒸汽处理限制了自由水通过氢键作用转化为限制水填充于面筋三维网络结构中的能力，降低了水和面筋蛋白之间的相互作用。采用DSC和热重分析仪（TGA）对面筋的热力学行为进行研究，发现其热稳定性升高，焓变和降解温度分别由2.35J/g和318.17℃（原面筋蛋白）升高到2.62J/g和326.16℃（SST-170-4），说明面筋蛋白中由于二硫键的形成，增加了其结构的稳定性，而质量损失增加可能与弱面筋网络结构有关。通过分析流变特性的变化研究过热蒸汽处理对面筋蛋白功能特性的影响，发现网络结构的弱化，增加了面筋的刚性，降低了面筋的粘弹性。在整个蠕变回复阶段，回复柔量（Jr）从6.65×10-3Pa-1（原面筋蛋白）下降到3.66×10-3Pa-1（SST-170-4），表明面筋蛋白经过热蒸汽处理后其回复性变差。 5.过热蒸汽处理降低了小麦粉中淀粉的膨胀度、溶解度和相对结晶度，增加了小麦淀粉的水分含量和淀粉颗粒尺寸。采用SEM、CLSM和偏光显微镜对淀粉颗粒进行观察，发现过热蒸汽处理破坏了部分淀粉颗粒形态，使其发生部分糊化或熔融，导致偏光十字减弱甚至消失。利用小角X-射线散射仪（SAXS）、XRD和FTIR分别对淀粉的层级结构、晶体结构和短程有序结构进行了表征，结果显示淀粉颗粒在过热蒸汽处理过程中半结晶区中的晶层结构转变成了非晶层结构，短程有序结构被破坏，其晶层厚度、相对结晶度分别由4.78nm和35.6%（原小麦淀粉）降低至4.58nm和28.5%（SST-170-4）。通过对DSC结果分析，过热蒸汽处理后，淀粉的糊化度约为21.2%~24.9%。流变学结果表明淀粉颗粒的部分糊化和熔融使淀粉糊的屈服应力和稠度系数由原淀粉的64.25Pa和116.1Pa·sn降低至50.01Pa和86.5Pa·sn（SST-170-4）。
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