刺槐豆膠對冷凍面團(tuán)水分分布及面包品質(zhì)的影響

龔維，吳磊燕，鐘雅云，周錦楓，涂瑾，董武輝，羅登

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江西南昌 330000）

“短?！泵姘钱?dāng)今烘焙產(chǎn)品的一種消費(fèi)趨勢，一般由集中生產(chǎn)的冷凍面團(tuán)加工而成，以降低添加劑含量以及保證面包的品質(zhì)，集中生產(chǎn)的面團(tuán)經(jīng)過冷凍后由于水分的結(jié)晶和重新分布會導(dǎo)致酵母失活，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化，面包老化等，最終導(dǎo)致面包品質(zhì)下降，因此對面包水分分布調(diào)控是改善冷凍面團(tuán)產(chǎn)品品質(zhì)的方法之一[1,2]。目前使用廣泛的是添加持水劑來改善冷凍面團(tuán)的儲藏特性，持水劑對冷凍面團(tuán)的水分分布及狀態(tài)的影響很大，刺槐豆膠(LBG)因其保水持水功效而被應(yīng)用在冷凍面團(tuán)中。

刺槐豆膠也稱為角豆膠，具有良好的持水性，由含有許多氫鍵結(jié)合位點(diǎn)的甘露糖為主鏈的半乳甘露聚糖組成[3]（如圖1），在較低的濃度范圍內(nèi)能形成高粘度的水狀膠質(zhì)[4]，能改變產(chǎn)品的水分分布狀態(tài)，廣泛應(yīng)用于飲料、面包、面條、乳制品和食用涂料等方面，起到穩(wěn)定以及脂肪替代等效果[5]。唐慧琳在無鹽面條中添加1.5%的刺槐豆膠后，面條的保水能力和質(zhì)地都有顯著的提高[6]。AyselKoksoy等[7]研究了刺槐豆膠在酸奶飲料中穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用；用刺槐豆膠和卡拉膠復(fù)配對益生乳酸菌進(jìn)行包裹，使益生菌在胃腸道不良環(huán)境下其存活率能維持在8 log CFU/g以上[8]。但是很少文獻(xiàn)涉及刺槐豆膠添加到冷凍面團(tuán)中研究對水分分布和狀態(tài)的影響。

本文將刺槐豆膠加入冷凍面團(tuán)中研究其對冷凍面團(tuán)水分分布及狀態(tài)的影響，旨在探討面團(tuán)中的水分分布狀態(tài)與最終產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系，為尋求品質(zhì)更佳的短保面包產(chǎn)品提供理論依據(jù)。

圖1 由半乳糖和甘露糖組成的刺槐豆膠結(jié)構(gòu)圖Fig.1.Structure of locust bean gum consisting of mannose and galactose

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

金像牌面包用小麥粉，蛇口南順面粉有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；刺槐豆膠，東莞泛亞太生物科技有限公司；質(zhì)構(gòu)儀，美國TA儀器公司；MicroMR-25核磁共振成像分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；JSM-6490LV掃描電子顯微鏡，日本JEOL公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 冷凍面團(tuán)面包的制作工藝要點(diǎn)

面團(tuán)的基本配方：高筋粉1000 g，刺槐豆膠20 g，高活性干酵母10 g，黃油100 g，白砂糖200 g，食鹽10 g，蒸餾水510 g。根據(jù)Wang P[9]的方法并稍作修改，面團(tuán)制作完成后分切成50 g/個(gè)，-80 ℃下速凍25 min后-17 ℃冷藏。將上述制得的冷凍面團(tuán)分別凍藏 1～8周備用。

1.2.2 冷凍面團(tuán)水分分布及狀態(tài)測定

取不同凍藏時(shí)間的冷凍面團(tuán)，利用FID試驗(yàn)調(diào)節(jié)共振中心頻率，CPMG脈沖序列測量樣品的自旋弛豫時(shí)間(T2)，稱取面團(tuán)(3.0±0.01) g放入試管中，置于永久磁場中心位置射頻線圈的中心，進(jìn)行CPMG脈沖序列的掃描試驗(yàn)。CPMG試驗(yàn)參數(shù)：主頻=21（MHz）,偏移頻率=99315.9（MHz），采樣點(diǎn)數(shù)TD=156492，重復(fù)掃描次數(shù)NS=64，重復(fù)時(shí)間TR=1500 ms，半回波時(shí)間τ=7 μs，溫度=32 ℃。利用T2反演擬合軟件對CPMG弛豫衰減曲線進(jìn)行反演得到弛豫圖譜和T2[10]。

MRI試驗(yàn)主要參數(shù)：重復(fù)時(shí)間TR=1000 ms；矩陣256×256；信號接收帶寬SW=40 kHz；采樣次數(shù)NS=4；根據(jù)CPMG序列測得的T2值，選擇回波時(shí)間TE=1 ms進(jìn)行成像，采集數(shù)據(jù)，同時(shí)，通過調(diào)整MSE序列中的選層梯度、相位編碼梯度和頻率編碼梯度，獲取樣品側(cè)視成像數(shù)據(jù)[11]。

1.2.3 冷凍面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)Zhang Y，Shao J H等[12,13]的方法，并稍作修改，使用掃描電子顯微鏡觀察、記錄添加刺槐豆膠以及空白組冷凍面團(tuán)凍藏不同時(shí)間的微觀結(jié)構(gòu)。將凍藏后樣品放入1 cm2大小的正方形模具中進(jìn)行冷凍干燥，冷凍干燥結(jié)束后用導(dǎo)電雙面膠固定到樣品臺上進(jìn)行樣品表面噴金，噴金后置于SEM下觀察（電壓10 kV），拍攝放大倍數(shù)2000倍的圖像。

1.2.4 冷凍面團(tuán)發(fā)酵速度測定

參照Chevallier S[14]的方法，將面團(tuán)塊（50 g）置于量筒中，用軟紙蘸取少量向日葵油涂抹量筒壁以避免氣泡產(chǎn)生，溫度30 ℃，濕度70%發(fā)酵2 h，對面團(tuán)發(fā)酵速度進(jìn)行測定。

1.2.5 冷凍面團(tuán)面包內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)分析根據(jù)王沛[15]等的方法，在面包中心位置切出厚度為1 cm的面包片，利用圖像掃描儀獲取圖像，并用

Image J分析軟件進(jìn)行內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)參數(shù)分析（孔隙率，氣孔密度，氣孔均面積）。

1.2.6 冷凍面團(tuán)面包的質(zhì)構(gòu)測定

根據(jù)黃桂東和Xia K的[16,17]方法，將不同冷藏時(shí)間的面團(tuán)烘烤，冷卻至室溫，切成2 cm厚薄片，用物性儀測定硬度和彈性，每個(gè)樣品重復(fù)3次。程序參數(shù)設(shè)定條件如表1。

表1 質(zhì)構(gòu)儀程序參數(shù)Table 1 The program parameters of the texture instrument

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用Origin 8.5軟件整理數(shù)據(jù)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷凍面團(tuán)水分分布及狀態(tài)分析

從冷凍面團(tuán)的 T2圖譜可以看出，冷凍面團(tuán)在弛豫時(shí)間內(nèi)有3個(gè)峰，第1個(gè)峰（T21）表示與淀粉或面筋蛋白緊密結(jié)合的深層結(jié)合水，與蛋白的三、四級結(jié)構(gòu)相關(guān)[18]；T22表示弱結(jié)合水，流動性介于深層結(jié)合水和自由水之間，此部分水結(jié)合于蛋白質(zhì)、淀粉等大分子之間；T23代表冷凍面團(tuán)中的自由水[13,19,20]。從表2可以看出，A22占比均在75.80%以上，即冷凍面團(tuán)中的水分主要以半結(jié)合水的狀態(tài)存在著，這部分水是面筋形成以及淀粉脹潤過程所吸收的水分。隨著儲藏周數(shù)的增加，對照組的深層結(jié)合水 A21占比由17.40%下降至 14.40%，LBG組由 17.20%下降至15.70%，冷凍面團(tuán)的深層結(jié)合水所占比例逐漸減??；對照組自由水A23占比上升了3.40%，LBG組上升了2.70%，冷凍面團(tuán)的自由水所占比例逐漸上升，深層次結(jié)合水逐漸遷移為半結(jié)合水和自由水。第8周時(shí)，LBG組深層次結(jié)合水所占比例多于對照組，說明添加LBG后能在一定程度上延緩面團(tuán)在凍藏過程中水分的遷移，水分的遷移主要是由于面團(tuán)中氫鍵結(jié)構(gòu)的變化引起的，親水物質(zhì)，如蛋白質(zhì)和碳水化合物有氫鍵位點(diǎn)，可以與水分子形成氫鍵從而影響水的流動[21]。冷凍過程中面筋蛋白的弱化，三四級結(jié)構(gòu)的改變，減少了深層次結(jié)合水的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致深層次結(jié)合水向半自由水以及自由水的轉(zhuǎn)化，而 LBG具有許多裸露在外的氫鍵結(jié)合位點(diǎn)，能與面團(tuán)中的面筋蛋白、淀粉顆粒以及水形成絡(luò)合物，從而延緩面筋蛋白的弱化，保持冷凍面團(tuán)水分分布的穩(wěn)定[22]。另外，面團(tuán)中的其他物質(zhì)如脂質(zhì)可與蛋白質(zhì)形成復(fù)合體因而防止面筋的解聚，刺槐豆膠與面團(tuán)中水結(jié)合的同時(shí)也能加速脂質(zhì)與蛋白復(fù)合體的結(jié)合，增強(qiáng)面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，延緩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弱化速度，最終影響面包的品質(zhì)特性。

圖2 刺槐豆膠對冷凍面團(tuán)儲藏過程中T2分布與變化的影響Fig.2 T2 distributions and changes of frozen dough during storing because of LBG

表2 不同凍藏時(shí)間內(nèi)刺槐豆膠對冷凍面團(tuán)三種狀態(tài)水相對百分含量的影響Table 2 Effect of LBG addition in different store time on the contents of three forms of moisture in frozen dough

低場核磁共振在研究食品中的水分形態(tài)、水分分布及遷移規(guī)律等方面有著廣泛的應(yīng)用，信號強(qiáng)度的強(qiáng)弱能直接反應(yīng)食品組分的質(zhì)子密度及水分含量[11,23]。從圖3可以看到，隨著儲藏周數(shù)的增加，LBG組和對照組的信號強(qiáng)度均逐漸減弱，面團(tuán)圖像的亮度逐漸變?nèi)?，質(zhì)子密度逐漸減小，說明面團(tuán)的總含水量在逐漸減少。到凍藏6周后，對照組的面團(tuán)質(zhì)子成像圖基本上已經(jīng)呈現(xiàn)深灰色，而LBG組的信號強(qiáng)度較強(qiáng)，這是因?yàn)樘砑覮BG后有效的延緩了面團(tuán)整體的失水速度。自由水是面團(tuán)在凍藏過程中極易失去的一部分水，LBG加入面團(tuán)中與面筋蛋白、淀粉以及水形成的絡(luò)合物包裹冷凍面團(tuán)中的水分，面團(tuán)的流動性減弱，調(diào)整三種不同狀態(tài)水的分布，延緩自由水增加速率，從而有效的防止面團(tuán)中總水分的流失，在一定程度上起到保水的作用[24]。這與刺槐豆膠能延緩面團(tuán)水分遷移的結(jié)果 相一致，面團(tuán)的總含水量能直接影響面包的品質(zhì)特性。

圖3 儲藏過程中冷凍面團(tuán)核磁共振質(zhì)子成像變化圖Fig.3 NMR images of frozen dough during storing

2.2 冷凍面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)分析

圖4 刺槐豆膠對不同凍藏時(shí)間的冷凍面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Scanning electron microscopy (SEM) of dough without and with locust bean gum addition at different freezing times

圖4是經(jīng)過不同冷凍時(shí)間，凍干后面團(tuán)的掃描電鏡圖。其中a、c、e為添加刺槐豆膠的面團(tuán)微觀圖，b、d、f為空白對照。a、b為凍藏2周，c、d為凍藏4周，e、f為凍藏8周的面團(tuán)微觀圖。面團(tuán)是由淀粉和蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體系[23]，不同大小的圓形顆粒為面團(tuán)中的淀粉顆粒，面筋網(wǎng)絡(luò)包裹著淀粉顆粒。從4a，4b中可以清晰的看到面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)G，以及被包裹著的淀粉顆粒LS，SS，淀粉顆粒完全鑲嵌于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中且LS和SS分布均勻，兩者再由面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹，形成的面團(tuán)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[26]。隨著凍藏時(shí)間的延長，面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了弱化的趨勢，圖4c，4d中淀粉顆粒逐漸開始裸露在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外，D的裸露程度更明顯；凍藏8周時(shí)，對照組4f中LS以及SS基本已經(jīng)完全裸露在面筋蛋白之外，LS的外圍大部分沒有SS的包圍，蛋白面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)弱化嚴(yán)重；LBG組4e中LS基本已經(jīng)完全裸露在面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之外，SS還有部分被面筋包裹著，LS的周圍分布著SS。這是因?yàn)樵诘蜏貎霾仄陂g，面團(tuán)的結(jié)合水發(fā)生遷移，自由水增多，面筋蛋白失水，面筋網(wǎng)絡(luò)逐漸弱化，淀粉顆粒逐漸裸露，包裹能力逐漸下降[1,25]，刺槐豆膠的添加改變了冷凍面團(tuán)的水分分布以及維持了面團(tuán)總含水量的穩(wěn)定，進(jìn)而避免了面筋網(wǎng)絡(luò)由于失水而導(dǎo)致的弱化以及淀粉由于失水而導(dǎo)致的老化，使淀粉顆粒與面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)排列更均勻，細(xì)膩均勻的微觀結(jié)構(gòu)排列有助于提升產(chǎn)品的質(zhì)地和口感[27]。

2.3 LBG對冷凍面團(tuán)發(fā)酵速度的影響

面團(tuán)發(fā)酵是制作面包的關(guān)鍵工序之一，酵母將面粉中的糖代謝成二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w在混合過程中擴(kuò)散到面團(tuán)內(nèi)部[28]，面包的最終氣體體積可以超過面包體積的70%，氣體的大小和密度與酵母的活性以及面團(tuán)的水分分布有關(guān)，導(dǎo)致最終產(chǎn)品在質(zhì)地和感官性能上的巨大差異[14]。從圖5面團(tuán)的發(fā)酵速度圖可以看出，隨著凍藏時(shí)間的延長，LBG和對照組的發(fā)酵速度都有明顯的下降趨勢，這是因?yàn)槊鎴F(tuán)中的自由水不斷聚集成大冰晶，刺破酵母細(xì)胞從而抑制了酵母的活性，LBG的添加延緩了冷凍面團(tuán)在凍藏期間發(fā)酵速度的下降，這是因?yàn)長BG改變了面團(tuán)內(nèi)部的水分分布狀態(tài)，減弱了面團(tuán)的流動性，使面團(tuán)中總含水量的維持穩(wěn)定，有效的降低了酵母細(xì)胞被凍藏過程中大冰晶刺破的概率[29]，保護(hù)了酵母的活性，從而維持冷凍面團(tuán)較好的發(fā)酵速度。

圖5 不同凍藏時(shí)間LBG對冷凍面團(tuán)發(fā)酵速度的影響Fig.5 Effects of LBG on the fermentation rate of frozen dough under different freezing time

2.4 冷凍面團(tuán)面包切面內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)分析

圖6和表3是冷凍面團(tuán)面包在凍藏不同時(shí)期的切面紋理結(jié)構(gòu)圖及其參數(shù)分析，可以看出隨著凍藏周數(shù)的增加，面包的氣孔均面積逐漸增大，LBG組由23.17 mm2增加到51.96 mm2，對照組由20.84 mm2增加到78.98 mm2，孔隙率及氣孔密度均逐漸減小。面包的氣孔均面積越大，孔隙率和氣孔密度越小說明面包的結(jié)構(gòu)致密，組織結(jié)構(gòu)不均一，最終導(dǎo)致面包硬度增大，彈性減弱。從圖6可以清晰地看到第6周時(shí)LBG組和對照組面包的氣孔大小均參差不齊，紋理不再均一有序，到第8周對照組的孔隙率下降到0.31%，LBG組下降到1.21%，LBG組與對照組相比有效的延緩了冷凍面團(tuán)面包氣孔密度和孔隙率減小的速度以及氣孔均面積增大的速度。說明LBG可以改善冷凍面團(tuán)的烘烤面包的烘焙性質(zhì)及儲藏特性，這與上述刺槐豆膠改變冷凍面團(tuán)內(nèi)部的水分分布以及維持面筋網(wǎng)絡(luò)蛋白強(qiáng)度的研究結(jié)果相符。

圖6 LBG組和空白組冷凍面團(tuán)面包切面紋理圖Fig.6 The surface texture illustration of LBG group and blank group of frozen dough bread

表3 凍藏不同時(shí)間后LBG組與空白組所制面包切面參數(shù)分析Table 3 Analysis of cutting parameters of bread made by LBG group and blank group in different frozen time

2.5 LBG對冷凍面團(tuán)面包彈性、硬度的影響

面包的彈性和硬度是直觀反映面包品質(zhì)的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。從圖7可以發(fā)現(xiàn)，第5周后面包的彈性下降迅速；第1周到第6周面包硬度增加迅速，第6周后趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S著儲藏時(shí)間的延長，面團(tuán)逐漸失水，面筋網(wǎng)絡(luò)逐漸弱化，導(dǎo)致面包彈性下降，硬度增大。添加LBG后，面包的彈性高于對照組，硬度低于對照組，說明LBG改善了冷凍面團(tuán)面包的烘焙品質(zhì)。

圖7 不同凍藏時(shí)間LBG對冷凍面團(tuán)米面包彈性和硬度的影響Fig.7 Effects of LBG on the elasticity and hardness of frozen dough under different freezing time

3 結(jié)論

本文研究了刺槐豆膠對冷凍面團(tuán)水分分布及面包品質(zhì)的影響。刺槐豆膠對冷凍面團(tuán)具有良好的持水保水性能，隨著冷凍面團(tuán)凍藏時(shí)間的增加，面團(tuán)中的水分發(fā)生遷移，由深層次結(jié)合水向半結(jié)合水和自由水轉(zhuǎn)化，自由水的占比由5.60%增加到9.00%，添加刺槐豆膠后自由水的占比由5.80%增加到8.50%，減小了自由水的占比，減弱了冷凍面團(tuán)的流動性。面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)在凍藏過程中會有明顯改變，面筋蛋白逐漸弱化，包裹淀粉顆粒能力逐漸下降，淀粉顆粒的排布逐漸混亂，面團(tuán)的發(fā)酵速度逐漸緩慢，刺槐豆膠的加入，一定程度上保護(hù)了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，維持了淀粉顆粒的排布狀態(tài)以及面團(tuán)發(fā)酵速度的穩(wěn)定。面包的紋理結(jié)構(gòu)以及品質(zhì)隨著凍藏時(shí)間的延長而逐漸下降，加入刺槐豆膠能有效的延緩冷凍面團(tuán)及其烘烤面包品質(zhì)在儲藏期間的劣變，與面團(tuán)的水分分布及微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果相符。由此可見，冷凍面團(tuán)面包的品質(zhì)可以通過面團(tuán)的水分分布狀態(tài)來進(jìn)行預(yù)測和分析。