玉米微孔淀粉對冷凍面團品質特性的影響

黃忠民，白璐璐，艾志錄，王拴欣，劉燕，黃宇琪，雷萌萌*

1(河南農業大學 食品科學技術學院，國家速凍米面制品加工技術研發專業中心，農業部大宗糧食加工重點實驗室，河南省冷鏈食品工程技術研究中心，河南 鄭州，450002)2(鄭州思念食品有限公司，河南 鄭州，450011)3(三全食品股份有限公司，河南 鄭州，450000)

冷凍面團由于方便貯存、運輸，便于家庭和便利店新鮮食用[1]，近年來在速凍食品行業迅速崛起。冷凍面團凍結過程中，冰晶的生長容易破壞面筋蛋白結構，淀粉顆粒分離，出現皺縮、裂紋等現象；貯存過程中容易出現失水、解凍后面團色澤、質地發生明顯變化等現象，最終導致冷凍面制品的品質下降[2]。因此如何提高面團冷凍后的品質穩定性成為影響冷凍面團的重要因素。

微孔淀粉是一種新型的變性淀粉，它是由原淀粉在不經糊化的前提下，利用淀粉酶或酸水解，將其制成表面布滿孔洞的淀粉顆粒[3]。與天然淀粉相比，微孔淀粉具有較大的比孔容、比表面積，低的堆積密度、顆粒密度及良好的吸水、吸油、分散等優良性能[4]。許多學者對微孔淀粉進行改性及優化，GUO等[5]對酶解后小麥和玉米淀粉的結構及特性進行對比發現，與小麥淀粉相比，玉米淀粉更容易水解，從而形成大量更大更深的孔隙，且玉米微孔淀粉的吸附能力遠大于小麥微孔淀粉；吳立根等[6]在微孔淀粉制備及對速凍水餃品質的影響研究中對微孔淀粉進行化學改性，以彌補它結構上的不足，發現微孔淀粉對功能性物質吸附量可達到原淀粉的2.5～4.3倍，而再次改性后微孔淀粉的吸附量可達到原淀粉的3.0～7.5倍，通過在餃子皮跟餃子餡中添加一定比例的多孔淀粉可以改善水餃的品質。田龍等[7]在微孔淀粉的半干法制備條件及其理化特性研究中發現，與原淀粉相比，微孔淀粉能夠吸附更多水分子，增大了淀粉糊透明性，可以改善食品外觀，增大食品光澤度。

目前，微孔淀粉的研究主要集中在制備方法、制備工藝、條件優化、微孔淀粉的應用、微孔淀粉顆粒結構和吸附性能方面，而在冷凍面團中的應用研究還未見報道。本研究將微孔淀粉應用到冷凍面團中，利用其良好的吸附特性，以期提高冷凍面團的感官品質和食用品質，為微孔淀粉在速凍食品工業上的應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋面粉，河南金苑糧油有限公司；玉米微孔淀粉，遼寧立達生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

ACA多功能面包機，北美電器有限公司；140-SA低溫冰箱，星星集團有限公司；HH-S28S 型恒溫水浴鍋，金壇市大地自動化儀器廠；RVA-4500快速黏度分析儀，瑞典波通儀器公司；CR-400 全自動色差計，日本康佳；TA-XAPLUS型質構儀，英國StableMicroSystems；DHR-2型旋轉流變儀，美國TA儀器公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 玉米微孔淀粉性質的測定

將玉米微孔淀粉粉末涂覆在粘附有雙面膠帶的樣品架上，噴金固定于載物臺上，采用日立SU3500型掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面結構。以玉米原淀粉為對比，按照ONOFRE等[8]的方法測定淀粉持水性、持油性；參照WATERSCHOO等[9]的方法測定淀粉的溶解度，透明度的測定參考張琛等[10]的方法，分析玉米微孔淀粉的性質。

1.3.2 混合粉的制備

以小麥粉為基礎，分別加入0%、1%、2%、3%、4%、5%添加量的微孔淀粉(以混合粉總質量為100%計)備用。

1.3.3 面粉糊化特性的測定

分別稱取3 g不同比例混合粉樣品放入鋁制坩堝中，加入25 mL去離子水(按體積分數14%濕基試樣水分補償)，充分攪拌后，在快速黏度分析儀(rapid visco analyzer，RVA)中進行測量。RVA程序設置為：旋轉漿以960 r/min旋轉10 s，減速至160 r/min均勻轉動13 min至測試結束，初始溫度50 ℃保持1 min，后以12 ℃/min逐漸上升至95 ℃，保持2.5 min：以相同速率降至50 ℃，保持2 min。測定得出淀粉糊化的峰值黏度(peak viscosity，PV)、最低黏度(trough viscosity，TV)、終值黏度(final viscosity，FV)、糊化溫度(pasting temperature，PT)，衰減值(breakdown viscosity，BD)和回生值(setback，SB)的計算分別如公式(1)、公式(2)所示：

BD=PV-TV

(1)

SB=FV-TV

(2)

1.3.4 冷凍面團的制備

將微孔淀粉分別按質量分數1%、2%、3%、4%、5%加入面粉中，混合均勻，加入50%質量分數的水，使用ACA多功能面包機和面20 min至面團內部均勻且表面光滑，將面團用保鮮膜包覆，靜置10 min。將面團均勻分成每份30 g，進行稱重記錄并確保外觀平整，然后放入-40 ℃的低溫冰箱冷凍，直到面團中心溫度低于-18 ℃，放入-18 ℃以下冷凍保存待用。以不含微孔淀粉的冷凍面團作為空白對照，進行上述相同處理。

1.3.5 色度的測定

使用全自動色差儀測定面團凍結前、中心溫度達到-18 ℃凍結后及在25 ℃、相對濕度 85%的恒溫恒濕箱中解凍后的面團色澤，用CIEL*、a*、b*顏色系統讀數。L*為亮度，指色彩的明暗程度，完全白的物體的L*視為100，完全黑的視為0；a*為紅綠軸色品指數，正值越大表示顏色越偏向紅色，負值越大表示越偏向綠色；b*為黃藍軸色品指數，正值越大表示顏色越偏向黃色，負值越大表示越偏向藍色。

1.3.6 失水率的測定

將冷凍到中心溫度為-18 ℃以下的冷凍面團進行稱重并按公式(3)計算失水率。

(3)

式中：m1，冷凍前質量，g；m2，冷凍后質量，g。

1.3.7 面團質構特性的測定

參考楊靜潔等[11]的面團質構特性測定方法測定解凍后面團的質構特性，并有所修改。將解凍后的面團分成若干質量為5 g的小球體，置于質構儀載物臺中央，質構儀設置成TPA模式，實驗采用探頭：P/50鋁制圓柱形探頭，測定參數設置為：測前速度3 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度3 mm/s，壓縮比例70%，2次壓縮時間間隔10 s，觸發力10 g。每個樣品做6次重復，取平均值。本實驗中選擇硬度、彈性、黏附性、內聚性、咀嚼度作為質構評價指標。

1.3.8 面團流變學特性測定

采用旋轉流變儀測定解凍后面團的動態流變學特性。首先選擇40 mm夾具，設置上下平板之間的間隙為1.5 mm。取待測面團約5 g壓制成面皮，隨后置于底部平板，降下頂部平板后，刮去平板以外多余面皮，避免影響測試結果。參數設定：應變恒定為0.05%(在線性黏彈區)，頻率由0.1 Hz增大至10 Hz，測定溫恒設定為25 ℃。對所得的儲能模量(G′)、損耗模量(G″)及損耗角正切(tanδ)結果作圖分析。

1.4 數據處理與分析

使用SPSS 23.0、Excel 2019、Origin 2018分析處理數據。

2 結果與分析

2.1 玉米微孔淀粉的性質

酶法改性已成為制備微孔淀粉的主要方法，制備微孔淀粉常用的酶有α-淀粉酶(α-amylase，AM)、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶(glucoamylase，GAM)和異淀粉酶，本實驗所使用的是市售經AM改性后的玉米微孔淀粉，AM是一種內切淀粉酶，可以隨機水解淀粉分子內α-(1，4)糖苷鍵，能快速分解長鏈淀粉從內到外水解，出現大量錐形孔，形成微孔淀粉[12]。通過掃描電子顯微鏡對玉米微孔淀粉進行觀察，如圖1所示，玉米微孔淀粉表面布滿孔徑。

圖1 玉米微孔淀粉掃描電鏡圖

玉米微孔淀粉的特性見表1。由表1可知，玉米微孔淀粉的溶解度遠遠大于玉米原淀粉，這是由于微孔淀粉是玉米淀粉經過酶解后產生多孔洞的結構，弱化了淀粉顆粒結構，小分子支鏈淀粉在水溶液中容易溢出，導致淀粉溶解度增大。而持水性和持油性顯著提高，是因為玉米微孔淀粉具有吸附作用，內部有大量的親水性基團[13]，使玉米微孔淀粉持水性遠大于玉米原淀粉。

表1 玉米微孔淀粉的特性

2.2 微孔淀粉對面粉糊化特性的影響

微孔淀粉添加量對面粉糊化特性的影響見表2。由表2可知，隨著微孔淀粉添加量的提高，峰值黏度和終值黏度降低，這可能是由于微孔淀粉經過酶解后峰值黏度、終值黏度顯著低于原淀粉[14]，此外，微孔淀粉的添加稀釋了面筋蛋白，同時由于微孔淀粉的強吸附作用[15]，且玉米微孔淀粉的吸附能力遠大于小麥微孔淀粉[5]，導致體系峰值黏度和終值黏度下降。面粉糊的衰減值隨著微孔淀粉添加量的提高而降低，表明面粉糊在加熱和冷卻過程中熱穩定性增加，并且耐剪切性增強，可以改善制品在加工過程中凝膠的穩定性[15]?；厣悼煞从车矸垲w粒的短期回生，微孔淀粉的添加引起面粉糊回生值降低，這可能是溶脹淀粉和微孔淀粉出現在直鏈淀粉結構中，改變了淀粉短期回生特性；同時糊化溫度降低，抗老化和熱穩定性增強。張豫輝等[16]發現糊化溫度是影響面條品質的重要糊化特性，糊化溫度越低，面條越易糊化。微孔淀粉增大了吸水率，使得淀粉在吸水膨脹的過程中影響變小，制約了面筋蛋白-淀粉復合體系的糊化過程，使得糊化參數變化。因此，面粉中微孔淀粉的變化可影響面粉的糊化品質，面粉的糊化品質與面團的品質有著重要聯系。

表2 微孔淀粉添加量對面粉糊化特性的影響

2.3 微孔淀粉添加量對冷凍面團色度的影響

微孔淀粉的添加量對凍前及凍后面團色度的影響結果見表3，添加微孔淀粉對面團的色度有顯著性影響(P<0.05)，在凍前及凍后條件下，面團的亮度均是隨著添加量的增大而增大，a*、b*、L*值均呈現不規則變化，從2.1微孔淀粉的性質可知玉米微孔淀粉比玉米原淀粉的透光率低，說明其反射和折射的光線增多，透射光線減少[17]，這可能是將玉米微孔淀粉添加到面粉中使面團的亮度顯著提高的原因。將微孔淀粉添加到冷凍面團中，可以提高面團的亮度，改善冷凍面團的感官性質。

表3 微孔淀粉添加量對冷凍面團色度的影響

2.4 微孔淀粉添加量對冷凍面團失水率的影響

微孔淀粉添加量對冷凍面團失水率的影響見表4。由表4可知隨著微孔淀粉添加量的提高，冷凍面團失水率呈現先下降后上升趨勢，且呈現顯著性差異。面團在冷凍過程中由于蛋白冷凍變性造成氫鍵、疏水鍵和離子鍵等鍵合力破壞，蛋白質立體構象發生變化，從而導致水分在面筋網絡結構間隙進行不定向運動，使得對水的束縛能力減弱，造成水分的散失[18]；而微孔淀粉由于不同孔徑的爆裂孔，具有比原淀粉較大的比表面積，水分從孔徑比較大的爆裂孔進入顆粒內部并和分子鏈上的羥基結合形成牢固的氫鍵[19]，這可能是導致添加過微孔淀粉后冷凍面團失水率降低的原因。當微孔淀粉添加量為3%時失水率最低，添加量為4%時失水率又升高，這可能是由于隨著微孔淀粉繼續增加，面粉的吸水率增加，弱化了面筋網絡蛋白結構，岳書杭等[20]發現過多的變性淀粉會抑制面筋的形成和降低面筋的強度，促使水分流失加劇，失水率升高。

表4 微孔淀粉添加量對冷凍面團失水率的影響

2.5 微孔淀粉添加量對冷凍面團質構的影響

面團的質構特性是評價面團的品質優劣的一個重要分析指標[21]，不同微孔淀粉添加量下，質構特性如表5所示，解凍后的面團的硬度、膠著性、咀嚼性都隨著微孔淀粉的增加呈顯著增加趨勢，當添加量為3%時，面團的彈性達到最大值，可能是微孔淀粉的添加稀釋了面筋蛋白，對面筋網絡的形成產生負面作用；但添加量超過3%時，內聚性和咀嚼性又有所下降，因為微孔淀粉有良好的親水持水性，影響了面筋蛋白的吸水和面團中淀粉的吸水和溶脹，進而影響面團的質構特性。因此，適量的微孔淀粉添加量有利于保持冷凍面團的質構特性。

表5 微孔淀粉添加量對冷凍面團質構的影響

2.6 微孔淀粉對冷凍面團流變特性的影響

不同微孔淀粉添加量面團的G′、G″和tanδ的結果分別見圖2、圖3和圖4。G′反映的是面團的彈性，G″反映黏性，tanδ=G″/G′是黏彈性整體響應的指標[22]。由圖3和圖4可知，隨著頻率的增加，各組面團的G′以及G″均隨振蕩頻率的增加呈上升趨勢，在頻率0～10 Hz內，隨著微孔淀粉添加量的增加，G′和G″均呈上升趨勢，G′值明顯大于G″值；tanδ=G″/G′，是面團的綜合黏彈性的比值，當比值越大時，面團黏性的比例越大，相反，表示樣品的彈性比例越大，流動性越差，面團越硬。由圖可知，G′始終大于G″的黏彈性體系，即tanδ的值均小于1，表明冷凍面團的彈性占主導地位，具有類似固體的性質。

圖2 不同微孔淀粉添加量面團的儲能模量(G′)

圖3 不同微孔淀粉添加量面團的損耗模量(G″)

由圖4可知，tanδ隨著微孔淀粉的添加量逐漸增大到3%時，tanδ逐漸減小，彈性逐漸增大，面團的綜合黏彈性逐漸變好。微孔淀粉可以通過水分子及吸附性更緊密地結合面筋蛋白，面筋蛋白是構成面筋網絡結構的主要物質，它反映了面團的黏彈性，面筋網絡結構越緊密，黏彈性就越好，隨著微孔淀粉的添加量繼續增加到4%時，tanδ的值開始明顯上升，說明過量的微孔淀粉的添加反而不利于混合面團的綜合黏彈性，與微孔淀粉對面團失水率影響結果一致。

圖4 不同微孔淀粉添加量面團的損耗角正切(tanδ)

3 結論

本文主要探究了不同微孔淀粉添加量對面粉粉質特性的影響，進而影響到冷凍面團的品質變化。結果表明，隨著玉米微孔淀粉添加量的增加，面粉糊化特性各指標均呈現出下降趨勢，冷凍面團的失水率呈現先增加后減小趨勢，3%添加量時冷凍面團的失水率最低；解凍后的面團的硬度、膠著性、咀嚼性都隨著微孔淀粉的增加呈顯著增加趨勢，當添加量為3%時，面團的彈性達到最大值；添加量超過3%時，內聚性和咀嚼性又有所下降；微孔淀粉的添加可顯著提高冷凍面團的白度(P<0.05)，適量的微孔淀粉添加量有利于保持冷凍面團的質構特性；隨著微孔淀粉添加量的增加冷凍面團的G′、G″流變學特性均逐漸上升，損耗角正切在添加量為3%時達到最小，但隨著添加量繼續增加開始出現了拐點，反而不利于其綜合黏彈性。本研究為微孔淀粉改善冷凍面團的品質提供了一定的理論依據，可推動微孔淀粉在冷凍面團及其他冷凍面制品品質提升及抗凍保鮮中的應用。