復(fù)合乳化劑對面包品質(zhì)及貨架期影響研究

鐘寶瑜，陸利霞，熊曉輝

(南京工業(yè)大學(xué) 食品與輕工學(xué)院，江蘇 南京，211800)

當(dāng)今社會，隨著人們的生活節(jié)奏日益加快，面包這樣一種既方便又營養(yǎng)的食品越來越受到上班族的青睞。但是，由于面包營養(yǎng)豐富且自身水分含量較高[1-2]，為微生物的生長提供了良好的環(huán)境，容易導(dǎo)致面包腐敗變質(zhì)，貨架期縮短，尤其是夏季和秋季通常只有兩三天保質(zhì)期[2-4]；通常添加山梨酸鉀等防腐劑的方式來延長面包保質(zhì)期。由于防腐劑對酵母菌有一定的抑制作用，在面包制作過程中會影響面團(tuán)的發(fā)酵，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的體積較小，品質(zhì)較差。同時面包在貯藏過程中還存在面包芯變硬無彈性等問題[5-6]，每年因面包品質(zhì)問題造成3%～7%經(jīng)濟(jì)損失[7]，嚴(yán)重制約了面包行業(yè)的發(fā)展。因此，如何延長面包貨架期成為現(xiàn)階段急需解決的問題。

作為面包常見品質(zhì)改良劑，乳化劑主要用于改善面包品質(zhì)，提高其感官性狀。而有研究表示如聚甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯和單月桂酸甘油酯等乳化劑具有一定的抑菌作用[8-14]，報道稱單月桂酸甘油酯抑菌譜廣，對常見的革蘭氏陽性菌、霉菌等真菌均有較強(qiáng)的抑制作用[14]，且其抑菌效果比山梨酸、脫氫乙酸鈉等常見防腐劑好[15]，是一種安全高效的天然防腐保鮮劑，目前研究主要應(yīng)用于肉制品、豆制品、糯米糕團(tuán)、月餅中作為保鮮防腐劑，但其應(yīng)用于面包中的研究報道較少。本實驗選取單月桂酸甘油酯、聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸鈉3種食品乳化劑，通過單因素實驗和響應(yīng)面法復(fù)合乳化劑并探究其改善面包品質(zhì)及防腐抑菌性能，改善面包品質(zhì)的同時使復(fù)合乳化劑具有防腐抑菌的功效，如能將其投入生產(chǎn)，將會使得傳統(tǒng)的面包生產(chǎn)方式得以改變，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

單月桂酸甘油酯，河南正通食品科技有限公司；聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸鈉、硬脂酰乳酸鈣，河南奧尼斯特食品有限公司；蔗糖脂肪酸酯，廣西云鵬工貿(mào)有限責(zé)任公司；單硬脂酸甘油酯，廣州嘉德樂生化科技有限公司；面包用小麥粉，江蘇南順食品有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；糖、食鹽、脫脂奶粉、黃油等原輔料(食品級)，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

SM-50攪拌機(jī)、SM-32F醒發(fā)箱、SM-636電動分塊機(jī)、SM-603T電烤爐：新麥機(jī)械(無錫)有限公司；TMS-Prol質(zhì)構(gòu)儀：美國FTC公司；JH2102電子天平：上海精密儀器科學(xué)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面包制作工藝[16]

參照GB/T 14611—2008《糧油檢驗 小麥粉面包烘焙品質(zhì)試驗 直接發(fā)酵法》配方制作面包，制作方法：先將除黃油外的原料混合均勻，加水?dāng)嚢璩蓤F(tuán)后加入黃油，繼續(xù)攪拌至面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成型，此時面團(tuán)表面呈光滑狀態(tài)，無斷裂痕跡、手感柔和、一般可拉成均勻的薄膜。取面團(tuán)在室溫下松弛20 min，然后分割切塊，將面團(tuán)搓圓整形置于面包模具中，于溫度30 ℃、濕度85%的醒發(fā)箱中發(fā)酵90 min，最后將發(fā)酵后的面包烘烤12 min(上火210 ℃，下火200 ℃)，將制備好的面包于無菌操作臺冷卻1 h，裝入食品級密封包裝袋保存、待測。

1.3.2 比容的測定[17]

參照GB/T 20981—2007《面包》中體積置換的方法，取在無菌操作臺冷卻1 h的面包樣品，測定其體積和質(zhì)量。按照以下進(jìn)行計算，每個樣品重復(fù)3次，取平均值。

面包比容P=體積(mL)/質(zhì)量(g)

(1)

1.3.3 面包感官品質(zhì)評價

參照GB/T 14611—2008中面包烘焙品質(zhì)評分標(biāo)準(zhǔn)[16]和美國谷物化學(xué)師協(xié)會AACC審批方法[18]，結(jié)合面包的特點，制定了面包的感官品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)，見表1。將制備好的面包于無菌操作臺冷卻1 h后進(jìn)行面包感官品質(zhì)評價。組織10個品評人員對面包進(jìn)行感官評價，結(jié)果取平均值。

表1 面包感官評價指標(biāo)及評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of bread

續(xù)表1

評分項目指標(biāo)要求得分香味(15)有強(qiáng)烈的烘烤及發(fā)酵面包香氣、芳香,無異味15具有烘烤及發(fā)酵面包香氣、芳香,無異味14有較淡的香氣、芳香,無異味13香味不足,有生面粉味或陳腐味、酸味11沒有香味,只有生面味、陳腐味、酸味,異味大9口味和口感(20)略有咸味,口感松軟適口,有彈性有嚼勁20口味平淡或太咸,比較松軟,有一定彈性和嚼勁18松軟度不足,彈性欠缺,嚼勁不足15較干硬或局部干硬,有酸味,稍粘牙13口感很硬,明顯掉渣、粘牙10組織結(jié)構(gòu)(20)組織均勻,顆粒氣孔大小一致均勻,無大孔洞,柔軟細(xì)膩,紋理清晰完整呈海綿狀,疏松度好20氣孔大小較均勻,紋理較清晰結(jié)構(gòu)較完整,比較細(xì)膩18氣孔多,且有大有小,紋理不太清晰,結(jié)構(gòu)較少缺損15氣孔大小不勻,紋理不規(guī)則,結(jié)構(gòu)部分缺損,局部粗糙,較疏松13氣孔大小極度不均,有明顯大孔,結(jié)構(gòu)破損,彈性差,粗糙10

1.3.4 面包硬度的測定

面包質(zhì)構(gòu)特性測定，將冷卻包裝好的面包，置于在恒溫恒濕(30 ℃，濕度70%)的醒發(fā)箱內(nèi)貯藏，單因素試驗取貯藏1、3、5、7 d的面包樣品，響應(yīng)面試驗取貯藏24 h的面包樣品，采用質(zhì)構(gòu)儀測定面包芯的硬度。將面包去掉表皮后，用切片機(jī)將其切成高20 mm、直徑50 mm的薄片，待測。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)：P36R圓柱形平底探頭。測試方式為TPA，測前速度為5 mm/s,測試速度為1 mm/s，測后速度5 mm/s、壓縮程度為50%。

1.3.5 面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況的測定[19]

將冷卻包裝好的面包放置在恒溫保濕發(fā)酵箱中(30 ℃，濕度70%)，在貯藏期間，測定貯藏2、4、6 d的面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況，按照GB 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》所述方法進(jìn)行測定。響應(yīng)面試驗以面包細(xì)菌菌落總數(shù)小于104CFU/g的貯藏時間為保質(zhì)期。

1.3.6 單因素試驗

以干面粉質(zhì)量的百分比計算，分別考察聚甘油脂肪酸酯添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%、0.5%、0.75%、1.0%)、單月桂酸甘油酯添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%)和硬脂酰乳酸鈉添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)對面包品質(zhì)和面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況的影響，以乳化劑添加量為0的實驗組作為對照組。

1.3.7 響應(yīng)面試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，選取單月桂酸甘油酯、聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸鈉3個因素，以保質(zhì)期、面包比容和硬度為測定指標(biāo)，采用Box-Behnken的響應(yīng)面分析法進(jìn)行3因素3水平組合試驗，試驗因素及水平如表2所示。

表2 響應(yīng)面試驗因素水平及編碼Table 2 Factors and levels used in response surfaceexperiments

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2007和Origin 8.0 處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 20.0和Design-Expert軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，運(yùn)用方差分析法(ANOVA)進(jìn)行顯著性差異分析，顯著性差異水平選取p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 聚甘油脂肪酸酯添加量對面包品質(zhì)和面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況的影響

由表3可以看出，隨著聚甘油脂肪酸酯添加量的增加，面包的比容逐漸增大(p<0.05)。由于聚甘油脂肪酸酯增大面包體積，改善面包紋理結(jié)構(gòu)，使面包柔軟細(xì)膩，面包感官品質(zhì)隨之提高，當(dāng)添加量達(dá)0.5%，面包感官品質(zhì)評分最高。在貯藏期間，面包硬度不斷增加，但添加聚甘油脂肪酸酯的實驗組其面包硬度在貯藏期間均顯著低于對照組(p<0.05)。表明添加聚甘油脂肪酸酯能顯著增大面包比容，降低面包硬度，提高面包感官品質(zhì)。

表3 聚甘油脂肪酸酯添加量對面包品質(zhì)和細(xì)菌菌落總數(shù)的影響Table 3 Influence of polyglycerol fatty acid esters amount on the quality and colony count of bread

注：平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，同一列不同上標(biāo)字母表示差異顯著(p<0.05)。表4、表5同。

隨著貯藏時間的延長，面包中細(xì)菌菌落總數(shù)呈上升趨勢。但隨著聚甘油脂肪酸酯添加量的增加，細(xì)菌菌落總數(shù)越低。第4天對照組面包細(xì)菌菌落總數(shù)對數(shù)達(dá)4.34，超國標(biāo)GB 7099—2015 要求的104CFU/g，第6天對照組、添加量為0.25%和0.5%實驗組面包細(xì)菌菌落總數(shù)對數(shù)均已超標(biāo)，此時面包腐敗嚴(yán)重，失去面包的香味并伴有酸腐味，面包表面出現(xiàn)粘絲現(xiàn)象。只有添加量為0.75%和1.0%實驗組面包細(xì)菌菌落總數(shù)分別為3.8和3.6，接近細(xì)菌菌落總數(shù)限量值，此時面包香氣不足，伴有酸味。結(jié)果表明聚甘油脂肪酸酯在一定程度能抑制面包中細(xì)菌菌落總數(shù)的增長。

綜合考慮，確定聚甘油脂肪酸酯添加量范圍在0.5%～1.0%。

2.1.2 單月桂酸甘油酯添加量對面包品質(zhì)和面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況的影響

從表4可以看出，隨著單月桂酸甘油酯添加量的增加，面包比容逐漸增大，添加量達(dá)0.3%實驗組面包比容即顯著比對照組大(p<0.05)，由于添加單月桂酸甘油酯，面包體積增大，使面包感官品質(zhì)得到改善，當(dāng)添加量為0.5%時感官評分最高。面包硬度隨著貯藏時間的延長而呈線性關(guān)系增加，而貯藏期間，添加單月桂酸甘油酯的實驗組其面包硬度均明顯低于對照組，且面包硬度隨著添加量的增加而進(jìn)一步顯著性降低(p<0.05)。表明添加單月桂酸甘油酯能增加面包比容，降低面包硬度，改善面包品質(zhì)。

隨著貯藏時間的延長，細(xì)菌總數(shù)呈直線上升趨勢。但貯藏期間，隨著單月桂酸甘油酯添加量的增加，細(xì)菌總數(shù)顯著降低(p<0.05)。第4天對照組菌落總數(shù)已超GB 7099—2015中要求的104CFU/g，第6天對照組和添加量為0.1%的單月桂酸甘油酯實驗組其菌落總數(shù)對數(shù)分別為6.11和5.32，均已超標(biāo)，此時面包腐敗嚴(yán)重，并有酸腐味，面包表面產(chǎn)生粘絲。而添加0.7%單月桂酸甘油酯實驗組此時細(xì)菌菌落總數(shù)對數(shù)僅為2.6。表明添加單月桂酸甘油酯能抑制面包中腐敗細(xì)菌的生長，且抑菌效果隨著添加量的增加而增加。

綜合考慮，確定單月桂酸甘油酯的添加量在0.3%～0.7%。

表4 單月桂酸甘油酯添加量對面包品質(zhì)和細(xì)菌菌落總數(shù)的影響Table 4 Influence of glycerol monolaurate amount on the quality and colony count of bread

2.1.3 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質(zhì)和面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況的影響

從表5可以看出，面包比容隨著硬脂酰乳酸鈉添加量的增加而增大，當(dāng)添加量達(dá)0.1%面包比容即顯著比對照組大(p<0.05)。由于硬脂酰乳酸鈉增強(qiáng)了面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面團(tuán)發(fā)酵體積增大，面包組織結(jié)構(gòu)更加細(xì)膩柔軟，其感官評分隨之提高，當(dāng)添加量為0.15%時，面包感官品質(zhì)評分最高。隨貯藏時間的延長面包硬度呈線性增加，當(dāng)單硬脂酸甘油酯添加量達(dá)0.10%面包硬度即顯著降低(p<0.05)，隨著添加量增加，面包硬度進(jìn)一步降低。結(jié)果表明添加硬脂酰乳酸鈉可增大面包比容，降低面包硬度，提高面包感官品質(zhì)。

表5 硬脂酰乳酸鈉添加量對面包品質(zhì)的影響Table 5 Influence of sodium stearyl lactate amount on the quality and colony count of bread

隨著貯藏時間的延長，細(xì)菌總數(shù)呈上升趨勢。添加0.05%硬脂酰乳酸鈉的實驗組其細(xì)菌總數(shù)比對照組略低，但無顯著性差異(p>0.05)，隨著添加量的進(jìn)一步增加，細(xì)菌總數(shù)進(jìn)一步降低，下降程度不大。第4天時對照組和添加0.05%實驗組細(xì)菌菌落總數(shù)對數(shù)分別為4.3和4.2，均超過GB 7099—2015中要求的104CFU/g。到了第6天，除添加量為0.2%的實驗組細(xì)菌菌落總數(shù)對數(shù)為3.8外，其它實驗組細(xì)菌菌落總數(shù)均超過104CFU/g，此時面包均腐敗很嚴(yán)重，面包表面粘絲成片，并伴有腐敗酸味。

綜合考慮，確定硬脂酰乳酸鈉的添加量在0.10%～0.20%。

2.2 響應(yīng)面實驗優(yōu)化復(fù)合乳化劑的結(jié)果

2.2.1 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

采用Design-Expert 8.05軟件對上述3個因素進(jìn)行3因素3水平試驗設(shè)計。按照試驗方案進(jìn)行檢測指標(biāo)的測定，并分別以面包比容和面包硬度作為最終響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面分析，試驗設(shè)計及結(jié)果見表6。

2.2.2 響應(yīng)面回歸模型的建立與顯著性檢驗分析

表6 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果Table 6 Results of response surface experiments

利用Design-Expert 8.05 軟件對表6中所得試驗結(jié)果進(jìn)行二次多項式回歸擬合，分別得到以面包比容和面包硬度為響應(yīng)值的回歸方程：

X=5.86-0.041A+0.18B+0.09C-0.0025AB-0.1AC-0.21BC-0.24A2-0.23B2-0.34C2

(2)

Y=11.86+0.38A-0.58B-0.024C+0.11AB+0.85AC+0.88BC+1.63A2+1.40B2+3.06C2

(3)

式中：X、Y分別為面包比容和面包硬度；A、B、C分別代表聚甘油脂肪酸酯、單月桂酸甘油酯和硬脂酰乳酸鈉的編碼值。

表7 回歸模型方差分析Table 7 Analysis of variance for regression model

注：*差異顯著(p<0.05)；**差異極顯著(p<0.01)。表8同。

表8 回歸模型方差分析Table 8 Analysis of variance for regression model

2.2.3 復(fù)合乳化劑最優(yōu)配方的確定

通過對回歸模型的預(yù)測，得到以面包比容為響應(yīng)值的面包復(fù)合乳化劑最優(yōu)配方為：聚甘油脂肪酸酯添加量0.73%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、單月桂酸甘油酯添加量0.58%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、硬脂酰乳酸鈉添加量0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；以面包硬度為響應(yīng)值的面包復(fù)合乳化劑最優(yōu)配方為：聚甘油脂肪酸酯添加量0.72%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、單月桂酸甘油酯添加量0.54%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、硬脂酰乳酸鈉添加量0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。根據(jù)單因素結(jié)果，面包中細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況的抑制程度隨著乳化劑添加量的增加而程度加深。本實驗以抑制面包中細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況為最終考慮指標(biāo)，在保證對面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況抑制，考慮選取對面包比容和面包硬度較好的配方，因此綜合考慮，最終選取配方為：聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、單月桂酸甘油酯添加量0.60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、硬脂酰乳酸鈉添加量0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

2.2.4 復(fù)合乳化劑最優(yōu)配方及驗證實驗結(jié)果

綜合考慮得到面包復(fù)合乳化劑的最優(yōu)配方為：聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、單月桂酸甘油酯添加量0.60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、硬脂酰乳酸鈉添加量0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果測得面包比容為5.87，面包硬度為474.4，與對照面包3 d保質(zhì)期相比，保質(zhì)期延長了4 d。

3 討論

乳化劑對面包比容硬度等品質(zhì)的改善作用主要與乳化劑的性質(zhì)有關(guān)。由于乳化劑均由非極性的疏水基團(tuán)和極性的親水基團(tuán)共同構(gòu)成，其中親水基與麥膠蛋白結(jié)合，疏水基團(tuán)與麥谷蛋白結(jié)合，加工過程中因機(jī)械攪拌使面筋蛋白分子相互連接起來的小分子變大分子，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)牢固、緊密的面筋蛋白復(fù)合物[20]，改善面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更細(xì)致而有彈性，形成具有較好持氣性的液膜狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到顯著性改善面團(tuán)持氣性的作用，從而顯著性提高面包比容。

本實驗中的聚甘油脂肪酸酯、單月桂酸甘油酯和硬脂酰乳酸鈉分子中的疏水基團(tuán)是線型的脂肪酸長鏈，能進(jìn)入直鏈淀粉形成的螺旋狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以疏水方式相互結(jié)合[21]，形成不溶性絡(luò)合物，使直鏈淀粉固定下來，阻止淀粉粒之間的相互連接。在貯藏期間可以阻止淀粉的重結(jié)晶，同時由于乳化劑能與面包中的脂類化合物發(fā)生相互作用，調(diào)節(jié)晶型，形成有利于面包感官性狀所需的晶型[22]，使面包柔軟細(xì)膩，提高感官品質(zhì)，延緩面包硬化現(xiàn)象。

本實驗中選取的聚甘油脂肪酸酯和單月桂酸甘油酯為非離子型乳化劑，其疏水基團(tuán)均為脂肪酸長鏈，單月桂酸甘油酯HLB值為5.2，是親油性乳化劑，一般形成油包水型乳液，硬脂酰乳酸鈉為陰離子型乳化劑，疏水基團(tuán)由被酯化的乳酸和多聚乳酸組成，其HLB值為8.3，是親水性乳化劑，形成水包油型乳液[23]。除去乳化劑本身具有抑菌特性，能對細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用。本實驗選取的乳化劑通過影響面包中水分分布，降低細(xì)菌能利用的水分活度，從而抑制面包細(xì)菌菌落總數(shù)的生長，延緩其腐敗變質(zhì)。

由于乳化劑對酵母無抑制作用，因此發(fā)酵過程中不會抑制酵母的發(fā)酵而影響面包的發(fā)酵體積，同時乳化劑與面筋蛋白的結(jié)合使面團(tuán)的持氣性提高，從而使面包體積增大，形狀更加飽滿。

4 結(jié)論

本實驗研究添加聚甘油脂肪酸酯、單月桂酸甘油酯和硬脂酰乳酸鈉對面包品質(zhì)以及面包細(xì)菌菌落總數(shù)抑制情況的影響，結(jié)果表明面包制作中添加這3種乳化劑均能提高面包比容，降低硬度，提高面包感官品質(zhì)，同時能抑制面包中細(xì)菌菌落總數(shù)的增長，且隨著添加量的增加，效果越顯著。通過響應(yīng)面優(yōu)化，綜合面包細(xì)菌菌落總數(shù)生長情況、面包比容和面包硬度三個方面，最終得到最優(yōu)的復(fù)合乳化劑配方為：聚甘油脂肪酸酯添加量0.75%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、單月桂酸甘油酯添加量0.60%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、硬脂酰乳酸鈉添加量0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。以此配方制備的面包比容為5.87，硬度為474.4 g，與對照組比較，該復(fù)合乳化劑制備的面包比容有效提高了20%，面包硬度下降22%，在30 ℃、濕度70%條件下面包保質(zhì)期延長4 d，顯著改善了面包品質(zhì)，延長面包貨架期。