復(fù)配親水膠體對面團流變特性及全麥面包品質(zhì)的影響

寧 芊 游佩瓊 - 吳先輝 - 龐 杰

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建 福州 350002；2. 福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院， 福建 福州 350002；3. 寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福安 355000)

以全麥粉為主要原料，經(jīng)酵母發(fā)酵后烘焙制作的全麥面包深受廣大追求健康飲食消費者的喜愛，為歐美國家的主要食物之一，以此來補充膳食纖維及多種營養(yǎng)素。而全麥面包在中國的接受度要明顯低于西方各國，主要是由于全麥面包結(jié)構(gòu)粗糙，口感較差，因而消費量受到了極大的限制。為解決全麥面包制品中存在的問題，添加食品改良劑是安全有效的方法[1]。

面包生產(chǎn)中的各種面包改良劑主要以氧化劑、酶制劑[2]、乳化劑[3]和親水膠體[4]為主，能明顯改善面團的機械加工性能、提高面包的烘焙品質(zhì)，并延緩面包的老化，增加貨架期。但常用的酶制劑如葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等在實際操作中，添加量不足則達不到效果，過量又會使面團發(fā)黏、變硬，對后期產(chǎn)品制備的穩(wěn)定性有較大影響。目前關(guān)于在面包產(chǎn)品中添加各種改良劑的報道較多，如劉海燕等[5]、王雨生等[6]、黃紹華等[7]研究了使用不同膠體對面團流變學(xué)和面包烘焙品質(zhì)的影響。楊雪飛等[8]研究表明，在雜糧面包粉中添加黃原膠、谷朊粉、瓜爾豆膠和硬脂酰乳酸鈉后，其穩(wěn)定時間，形成時間以及粉質(zhì)指數(shù)都有所提升，流變學(xué)特性有了很大的改善。魔芋葡甘聚糖(KGM)作為優(yōu)良的可溶性膳食纖維，因其具備熱量低，吸水性強，膨脹率高、黏度大等特點，能增強食品穩(wěn)定性和改善品質(zhì)。李崇高等[9]將魔芋葡甘聚糖、卡拉膠和大豆分離蛋白以2∶1∶25混合形成的復(fù)配膠添加3%到面團中，可有效改善面包在儲存過程中的持水性和抗老化性。但全麥面包富含膳食纖維，所保留的麩皮會阻斷面筋的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，影響其流變特性，致使所產(chǎn)面包品質(zhì)不高[10]。楊文丹等[11]采用馬克思克魯維酵母發(fā)酵麥麩作為功能配料，應(yīng)用于高膳食纖維面包中以改善面包面團品質(zhì)。但將親水膠體和乳化劑進行復(fù)配后在全麥面包中的應(yīng)用研究，目前尚未見諸于報道。

試驗擬通過將魔芋葡甘聚糖(Konjac glucoman，KGM)、黃原膠(Xanthan gum)和硬脂酰乳酸鈉(Sodium stearyl lactate，SSL)混合添加到面團中，通過對面團流變特性的研究，優(yōu)化復(fù)配膠的成分配比，將優(yōu)化后的復(fù)配膠按一定比例加入面粉中，通過考量全麥面包的比容、不同儲藏時間下的含水量、質(zhì)構(gòu)以及感官品質(zhì)，以期甄選出對全麥面包品質(zhì)有較好提升的天然、高效且安全的改良劑。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

廚師機：HM740型，青海漢尚電器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA-XTplus型，英國Stable Micro System公司；

粉質(zhì)儀：Farinograph-AT自動型，北京冠遠科技有限公司；

醒發(fā)箱：VF-12C型，杭州賽旭食品機械有限公司；

電烤箱：C75型，青海漢尚電器有限公司；

電子天平：ME204E/02型，梅特勒—托利多(常州)測量技術(shù)有限公司。

1.2 材料與試劑

魔芋葡甘聚糖：食品級，云南昭通市三艾有機魔芋發(fā)展有限公司；

黃原膠、SSL：鄭州味美源實業(yè)有限公司；

全麥粉、小麥粉：山東濱州中裕食品有限公司；

高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；

黃油：內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)股份有限公司；

全脂奶粉、食鹽、白砂糖、雞蛋：市售。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同改良劑對面粉粉質(zhì)特性影響的單因素試驗設(shè)計 在前期基礎(chǔ)試驗以及綜合前人[8-9]的研究成果的基礎(chǔ)上，確定KGM、黃原膠、SSL的添加量。

(1) KGM添加量：在粉質(zhì)儀300 g揉混器內(nèi)，以慢和面刀轉(zhuǎn)速為(63±2) r/min，快慢和面刀轉(zhuǎn)速比為1.5∶1.0 的速度，保持30 ℃的恒溫條件下，按0.0%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%的添加量進行粉質(zhì)試驗，以面團的吸水率、弱化度、形成時間以及穩(wěn)定時間為粉質(zhì)曲線指標得出最佳添加量。

(2) 黃原膠添加量：在粉質(zhì)儀300 g揉混器內(nèi)，以慢和面刀轉(zhuǎn)速為(63±2) r/min，快慢和面刀轉(zhuǎn)速比為1.5∶1.0的速度，保持30 ℃的恒溫條件下，按0.00%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%的添加量進行粉質(zhì)試驗，以面團的吸水率、弱化度、形成時間以及穩(wěn)定時間為粉質(zhì)曲線指標得出最佳添加量。

(3) SSL添加量：在粉質(zhì)儀300 g揉混器內(nèi)，以慢和面刀轉(zhuǎn)速為(63±2) r/min，快慢和面刀轉(zhuǎn)速比為1.5∶1.0 的速度，保持30 ℃的恒溫條件下，按0.00%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%的添加量進行粉質(zhì)試驗，以面團的吸水率、弱化度、形成時間以及穩(wěn)定時間為粉質(zhì)曲線指標得出最佳添加量。

1.3.2 利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化復(fù)配膠添加量 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，試驗方案分別選取KGM、黃原膠和SSL的3個水平，利用Box-Behnken進行響應(yīng)曲面分析，以與面團的評價值之間有顯著相關(guān)性的粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)(FQN)[12]為指標，得出最佳的添加比例。

1.3.3 全麥面包制作工藝 參考GB/T 14612—2008的中種發(fā)酵法，以標準中100 g面粉為例，全麥粉和小麥粉以7∶3的質(zhì)量比制作全麥面包。

1.3.4 測定項目及方法

(1) 吸水率：以每100 g水分含量14%的面粉所需添加的水量(mL)表示。

(2) 弱化度：指曲線到達形成時間時兩曲線之間的中間值與此點后12 min時兩曲線的中間值之間的高度差。

(3) 形成時間：指從加水點起，直到曲線達到峰值之后開始下降的時間點這一時間段。

(4) 穩(wěn)定時間：以500 FU為標線，表示粉質(zhì)曲線從上升到第一次接觸500 FU標線到下降至離開500 FU標線所需要的時間。

(5) FQN：是對面包粉品質(zhì)以及面包體積、面包評分和面包堅實度有一定的非線性相關(guān)的一種綜合性指標[13]。在粉質(zhì)曲線的面團形成時間點(B)處通過曲線中心繪制一條水平線，然后在其下方30 FU處再畫一條平行線，找出此線與粉質(zhì)曲線中心的交點(C)，F(xiàn)QN用加水點A與點C間的長度(mm)表示(見圖1)。

(6) 面包比容：用菜籽置換法測面包的體積。按式(1) 計算面包比容。

(1)

式中：

c——比容，cm3/g；

V——面包體積，cm3；

圖1 粉質(zhì)曲線及粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)

m——質(zhì)量，g。

(7) 面包水分：根據(jù)GB 5009.3—2016使用直接干燥法測定面包在室溫儲藏過程中每個時間段的失重。從面包芯的同一部位取樣、揉碎，每組面包做3個平行測定，最后取平均值。

(8) 面包質(zhì)構(gòu)：將出爐后冷卻1 h的全麥面包切成10 mm 厚度的面包片后裝入密封袋保存，在室溫下放置。測定時，將面包片放在平臺上，用TPA模式(測試速度1.0 mm/s，測試后速度10.0 mm/s，感應(yīng)力3.0 g，返回速度10.0 mm/s，返回距離30 mm)，分別測定焙烤結(jié)束后2，24，48，72 h時面包的彈性和硬度。

(9) 全麥面包的感官評定：采用綜合評分法，由30位感官評定員對全麥面包的外觀和內(nèi)部進行綜合評價，并給出評分。全麥面包的感官評定在參考GB/T 14612—2008中的流程及標準的基礎(chǔ)上做出改進，評價分數(shù)(滿分100分)=外表形態(tài)×11%+表面色澤×8%+烘烤均勻度×6%+表皮質(zhì)地×5%+顆粒與氣孔×15%+內(nèi)部顏色×10%+口味×15%+口感×15%+組織結(jié)構(gòu)×15%。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 采用Design Expert 10.0進行方差分析和差異顯著性分析(P<0.05即為差異顯著)。其中，響應(yīng)面設(shè)計試驗數(shù)據(jù)以均值表示(測定數(shù)值均重復(fù)3次，取其均值)，并對數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸擬合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 KGM添加量對面團流變性的影響 根據(jù)粉質(zhì)儀測定添加KGM后面團的粉質(zhì)曲線參數(shù)繪制圖2。從圖2(a) 可看出，當(dāng)KGM添加量不斷增加時，面團的吸水量呈現(xiàn)上升趨勢，在0.4%時達到最大值，因KGM具有穩(wěn)定性，添加到面團后改進其穩(wěn)定性，增大吸水率；面團弱化度隨添加量起伏較為頻繁，但當(dāng)添加量超過0.4%之后又開始上升，可能是KGM與面團中面筋蛋白質(zhì)相互作用，增大了面筋強度，導(dǎo)致弱化度變??；圖2(b)中，面團的穩(wěn)定時間和形成時間在0.4%之后均有較大幅度的上升，是由于KGM為親水膠體，親水膠體可增大面筋與淀

圖2 KGM對面團流變性的影響

粉顆粒及淀粉顆粒間的相互作用，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此，面團的筋力、韌性也隨之增強，有助于提升烘焙效果。綜上所述，當(dāng)KGM的添加量達到0.4%時面團品質(zhì)最適宜。

2.1.2 黃原膠添加量對面團流變性的影響 根據(jù)粉質(zhì)儀測定添加黃原膠后的面團的粉質(zhì)曲線參數(shù)繪制圖3。從圖3(a)可看出，當(dāng)黃原膠添加量不斷增加時，面團弱化度

圖3 黃原膠對面團流變性的影響

波動頻繁在0.04%時達到最大值；面團弱化度波動頻繁，在添加量超過0.06%后又開始上升，說明此時面筋的形成最好；在圖3(b)中面團的形成時間呈先上升后下降的趨勢，在0.06%之后開始下降；面團的穩(wěn)定時間極不穩(wěn)定，在0.06%達到最大值。綜上所述，當(dāng)黃原膠的添加量達到0.06%時面團品質(zhì)最適宜。

2.1.3 SSL添加量對面團流變性的影響 根據(jù)粉質(zhì)儀測定添加SSL后的面團的粉質(zhì)曲線參數(shù)繪制圖4。從圖4(a) 可看出，隨著SSL添加量不斷增加，面團的吸水率呈現(xiàn)下降的趨勢；面團弱化度較不穩(wěn)定，在0.12%處達最低點，可能是SSL與面筋相互作用時，其親水基團和疏水基團分別與麥醇溶蛋白、麥谷蛋白結(jié)合，形成了面筋蛋白復(fù)合物面團，使面團的持氣性在一定程度上有所改善，提高了面團的穩(wěn)定性，所以弱化度在0.12%處達最低點；在圖4(b) 中面團的形成時間波動大，在0.12%處達到最大值；面團的穩(wěn)定時間在添加量為0.12%時達最大值之后開始呈現(xiàn)下降趨勢。綜上所述，當(dāng)SSL的添加量達到0.12% 時面團品質(zhì)最適宜。

圖4 SSL對面團流變性的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析復(fù)配膠最優(yōu)添加比例

由單因素試驗結(jié)果，分別選定KGM、黃原膠、SSL的3個水平進行響應(yīng)曲面設(shè)計，響應(yīng)面設(shè)計因素水平表見表1，試驗方案及響應(yīng)值見表2。

模型對應(yīng)的二次響應(yīng)面回歸方程：

(2)

由表3可知，模型擬合得到的回歸方程P<0.000 1，

表1 響應(yīng)面設(shè)計因素水平

表2 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計方案及響應(yīng)值

表3 試驗回歸方程方差分析表?

? 若P值<0.05代表顯著，以“*”表示；若P值<0.01代表極顯著，以“**”表示。

采用Design Expert 10.0數(shù)據(jù)分析軟件對表3的試驗分析結(jié)果進行響應(yīng)面分析，并描繪了兩兩交互作用關(guān)系的響應(yīng)曲面圖像，分別見圖5～7。

由圖5可知，KGM和黃原膠對粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。KGM與黃原膠的復(fù)配交互作用對面團的粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)影響極顯著，且粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)對KGM反應(yīng)更靈敏。因KGM與黃原膠均為親水膠體，親水膠體的分子結(jié)構(gòu)中包含許多親水基團，如羧基、羥基和氨基等，能與水、淀粉、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等分子發(fā)生作用，形成較大的聚合物，從而使蛋白質(zhì)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處于最佳水合狀態(tài)[14]，同時可增大面筋和淀粉顆粒及顆粒之間的互相作用，從而形成穩(wěn)定有序的三維空間結(jié)構(gòu)，影響面團粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)。

圖5 KGM與黃原膠對粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)影響的等高線圖和響應(yīng)曲面圖

圖6 KGM與SSL對粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)影響的等高線圖和響應(yīng)曲面圖

圖7 黃原膠與SSL對粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)影響的等高線圖和響應(yīng)曲面圖

由圖6可知，KGM和SSL對粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)的影響程度不同，當(dāng)SSL的比例一定時，隨著KGM的增加，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)呈現(xiàn)先升后降的趨勢。KGM與SSL的復(fù)配交互作用對面團的粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)影響顯著，但粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)對KGM反應(yīng)更為敏感。KGM與SSL均可作為乳化劑，添加到面團中后，在與面筋相互作用時，其親水基團和疏水基團分別與麥醇溶蛋白、麥谷蛋白結(jié)合，形成了面筋蛋白復(fù)合物面團，使面團的持氣性在一定程度上有所改善，提高了面團的穩(wěn)定性。

由圖7可知，黃原膠和SSL的復(fù)配對粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)的影響程度相對較弱，但粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)對黃原膠反應(yīng)更為敏感。當(dāng)SSL的比例一定時，隨著黃原膠的增加，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)呈現(xiàn)先升后降的趨勢。但SSL的存在，能與蛋白質(zhì)形成蛋白質(zhì)脂肪鏈，將面團中游離分散狀態(tài)的面筋蛋白充分連接起來，更利于形成致密的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強面團的機械碰撞和發(fā)酵的溫度等，從而促進面團發(fā)酵，同時SSL的添加可能組織蛋白質(zhì)的去凝聚作用，使面團在攪拌時得以充分的擴展，增進了面團的筋力[7,15]。

采用Design Expert 10.0數(shù)據(jù)分析軟件對表3的試驗結(jié)果進行綜合性優(yōu)化分析，得到復(fù)配膠的最佳配比為：KGM 0.47%，黃原膠0.07%，SSL 0.12%，理論得出的FQN為130 mm。將此配比后的復(fù)配膠加入到全麥面包粉中進行實驗驗證(3次)，測得的FQN均值為129 mm，與理論值接近，說明此優(yōu)化配比的可靠性，可將此配比應(yīng)用于實際試驗，并進行后期的結(jié)果分析和比對。

2.3 復(fù)配膠對全麥面包的影響

2.3.1 復(fù)配膠對全麥面包比容的影響 面包的比容可反映出面團體積的膨脹程度和保持能力，比容會直接影響面包成品的組織、口感和外形。將添加了優(yōu)化后比例的復(fù)配膠全麥面包與空白組面包測定的比容值進行對比。

由表4可知，由于全麥面包復(fù)配膠的添加，面包比容值有所增大，其原因是KGM和黃原膠作為親水膠體，可增大面筋和淀粉顆粒及顆粒之間的互相作用，形成穩(wěn)定有序的三維空間結(jié)構(gòu)，提高了面團的穩(wěn)定性，改善其面筋的彈性與筋力，從而增大面包體積，使比容增大。

表4 添加復(fù)配膠全麥面包的比容值測定結(jié)果

2.3.2 復(fù)配膠對全麥面包含水量的影響 將添加了優(yōu)化后比例的復(fù)配膠全麥面包與空白組面包進行不同時段的水分測定。由圖8可以看出，復(fù)配膠的添加使全麥面包含水量明顯增多，呈顯著性差異，主要原因是復(fù)配膠提高了面團穩(wěn)定性，增加面團吸水量，且KGM、SSL和黃原膠都具有較好的吸水、持水能力，添加后可有效減慢面粉中水分遷移速率。

2.3.3 復(fù)配膠對全麥面包質(zhì)構(gòu)的影響 將添加了優(yōu)化后比例的復(fù)配膠全麥面包與空白組面包進行不同時段的質(zhì)構(gòu)測定。由表5可知，添加了優(yōu)化后比例的復(fù)配膠全麥

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

表5 添加復(fù)配膠面包不同時間段的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果

面包較空白組面包的硬度小，咀嚼性小。因面包隨著放置時間的延長，硬度會變得越來越大，添加了復(fù)配膠的全麥面包，在一定程度上對面包起延緩老化的作用。復(fù)配膠延緩老化的原因可能是親水膠體能很好地保持住水分，KGM和黃原膠作為多糖，其分子結(jié)構(gòu)中含有很多親水基團，如羥基能與淀粉鏈上的羥基以及周圍的水分形成氫鍵，并且能與其他大分子，如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)發(fā)生作用，形成分子質(zhì)量更大的復(fù)合體。另外，SSL作為乳化劑，可與直鏈淀粉發(fā)生相互作用，形成不溶性復(fù)合物，進而抑制直鏈淀粉的老化。

2.3.4 復(fù)配膠對全麥面包感官品質(zhì)的影響 將添加了優(yōu)化后比例的復(fù)配膠全麥面包與空白組全麥面包進行感官評定。由圖9可看出，添加復(fù)配膠后的面包各方面感官評定項目分值均有所提高，綜合項目的平均分為90.01，較空白組的79.93提高了12.6%，進一步說明了KGM、黃原膠和SSL之間具有良好的協(xié)同增效作用。由于KGM可使面包芯的質(zhì)地均勻細膩且富有彈性，口感柔軟；黃原膠也可改善面包的口感；SSL在與小麥粉的面筋蛋白相互作用時，可形成面筋蛋白復(fù)合物，使面筋網(wǎng)絡(luò)更有彈性更細致。三者以最優(yōu)比例加入全麥面包制作中，從而更好地改善面包的烘焙效果和感官品質(zhì)。

圖9 添加面包復(fù)配膠面包的感官評分雷達圖

3 結(jié)論

研究探索了單獨添加3種膠體即KGM、黃原膠、SSL對全麥面包粉流變學(xué)特性的影響，KGM和黃原膠可使面包的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)細膩、氣孔均勻，但制得面包比容較??；SSL雖然能增大面包的體積和持氣性，但其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)較粗糙。通過對面團品質(zhì)具有一定相關(guān)度的FQN值的檢測，結(jié)合響應(yīng)面分析試驗，獲得KGM、黃原膠、SSL的最優(yōu)復(fù)合添加量，所得的復(fù)配膠因發(fā)揮了三者之間的協(xié)同增效以及互相彌補單一元素不足之處的原因，使得制成的全麥面包，與普通全麥面包在比容、不同儲藏時間段水分含量、質(zhì)構(gòu)以及感官品質(zhì)進行對比，結(jié)果表明，添加優(yōu)化比例后的復(fù)配膠的全麥面包，在面包口感、質(zhì)地以及抗老化性質(zhì)上均得到極大改善，增大了全麥面包的體積，改善了全麥面包口感粗糙的烘焙特性，延長了面包的儲存周期。

試驗并未就復(fù)配膠與全麥面包中其他基料的比例優(yōu)化做進一步的研究，為更好地研究三者的復(fù)配膠對全麥面包的影響，需進一步對復(fù)合膠在分子層面上的復(fù)合機理做更深的探究。