低濃度NaCl添加對面筋蛋白-小麥淀粉模型面團特性的影響

黃少林, 李丹丹, 馬 良,2, 戴宏杰,2, 馮 鑫, 張宇昊,2

(西南大學食品科學學院;食品科學與工程國家級實驗教學示范中心1,重慶 400715) (川渝共建特色食品重慶市重點實驗室2,重慶 400715)

小麥粉根據面筋蛋白含量的不同分為高筋、中筋和低筋粉,不同類型的小麥粉用途存在差異[1, 2]。比如,高筋粉適合制作面包和面條,賦予產品嚼感和良好的彈性;中筋粉適合制作饅頭和包子,賦予產品緊密而不松散的特點;低筋粉適合制作餅干和大多數中式糕點,賦予產品口感酥脆的特點[1-3]。

NaCl在小麥制品加工生產中,能一定程度改善面制品加工品質[4, 5]。如絕大部分掛面通過添加食鹽達到改善其筋性、降低吸水時間等作用,很多掛面鹽的質量分數達到3%,部分特色掛面如手工空心掛面食鹽的質量分數為5%～6%[6]。大健康背景下,控制食鹽攝入已經成為我國食品健康領域重要關注點,已有研究通過添加魔芋膠等膠體輔助改善掛面特性,從而降低面團食鹽含量[7, 8]。但低鹽條件下,不同面筋含量面團品質形成規律并不明確,使得不同制品降鹽研究缺乏理論依據。

目前,NaCl對面制品的影響研究主要集中在面團流變學性質、面制品(面條、面團和面包等)的微觀結構和加工品質(色澤、質構特性、蒸煮特性)等方面[3-5, 9]。例如,Fan等[5]研究了0%～5%NaCl質量分數對高、中和低筋小麥粉加工特性和面條品質的影響。結果表明,隨著NaCl添加量的增加,3種不同小麥粉穩定時間增加,高筋小麥粉面團伸展面積先下降后上升再下降,中筋和低筋小麥粉面團伸展面積逐漸增加。同時,隨著NaCl添加量的增加,3種不同小麥粉制作的面條的質構特性無顯著變化,蒸煮損失逐漸增加。Beck等[9]研究表明,添加NaCl可提高面團的抗變形能力、黏彈性、延展性和混合穩定性。這些研究中被測試的面團體系都含有多種成分,不同NaCl添加量尤其是低鹽濃度范圍內NaCl添加量對不同面筋蛋白含量模型面團特性的影響鮮有系統報道。

面團品質主要受面團形成過程中面筋蛋白、淀粉和水等分子相互作用的影響,為排除面團中其他成分對面筋蛋白與小麥淀粉相互作用的干擾,采用面筋蛋白和小麥淀粉2種原料,按照高、中和低筋小麥粉比例配制模型面團?？疾斓望}濃度范圍內(質量分數0%～1.5%)不同NaCl添加量對高、中和低筋模型面團的質構特性、流變學特性和熱機械學特性的影響,以期闡明低濃度NaCl對不同筋力模型面團的影響規律,為低鹽面制品的生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面筋蛋白;小麥淀粉;氯化鈉(分析純);二甲基硅油(分析純)。

1.2 儀器與設備

DGG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱,JA3003B電子天平,MIXOLAB2混合實驗儀,TA.XT2i物性測定儀,MCR302 流變儀。

1.3 方法

1.3.1 模擬混合粉的制備

選用面筋蛋白和小麥淀粉2種原料,根據GB/T 8607—1988 《高筋小麥粉》[10]、GB/T 1355—1986 《小麥粉》[11]和GB/T 8608—1988 《低筋小麥粉》[12]等標準中高、中和低筋小麥粉面筋蛋白含量要求,分別配制高、中和低筋模擬混合粉,混合粉中蛋白質和小麥淀粉的含量如表1所示。NaCl質量分數分別為0%、0.5%、1.0%、1.5%。在室溫下混合均勻,過70目篩,置于25 ℃干燥器中備用。

表1 不同筋力混合粉中蛋白質和小麥淀粉的含量

表2 低濃度NaCl添加量下高、中和低筋混合粉的含水量

1.3.2 混合粉含水量測定

參照GB 5009.3—2016 《食品中水分的測定》方法[13],采用直接干燥法進行測定。

1.3.3 模型生面團的制備

參照Rosell等[14]的方法并做適當修改。分別稱取一定量的高、中和低筋混合粉,利用混合實驗儀分別制備高、中和低筋模型生面團。具體操作為:選擇Chopinp+標準協議模式,設定各組含水量和預估吸水率,設定混合粉和水形成面團的質量為75 g,調整混合粉和加水量使目標扭矩C1在(1.1±0.05)N·m內,30 ℃混合攪拌5 min。和面速度保持在80 r/min。

1.3.4 質構特性測定

參照黃忠民等[15]的方法并做適當修改。在模型生面團制備完成后,立即用保鮮膜包裹,在室溫下靜置20 min,制成25 mm × 25 mm × 20 mm質量相同的長方體,采用TPA模式。選用TA 36探頭,測前速度2.00 mm/s,測試速度1.00 mm/s,測后速度2.00 mm/s,應變40%,每個樣品重復6次實驗。選擇硬度、彈性和咀嚼性作為質構評價指標。

1.3.5 流變學特性測定

參照王玉顏等[16]的方法并做適當修改。取適量模型生面團置于流變儀測試平臺,將探頭下降至平板間隙,去除多余樣品,在剩余的已暴露的面團周圍涂一層二甲基硅油,防止測試過程中水分的散發。振幅掃描:溫度25 ℃,應力0.001%～10.000%,測定樣品G′和損耗模量(G″)隨應力的變化曲線。頻率掃描:溫度25 ℃,應變振幅0.01%,頻率0.1～50.0 Hz,測試樣品G′和G″隨角頻率的變化曲線。

1.3.6 熱機械學特性測定

參照Rosell等[14]的方法并做適當修改。設定混合粉和水形成面團的質量為75 g,選擇Chopinp+標準協議模式,調整混合粉和加水量使目標扭矩C1在(1.1±0.05)N·m內。具體測定程序為:1)30 ℃,保持8 min;2)以4 ℃/min的速率升溫至90 ℃;3)在90 ℃處保持7 min;4)以4 ℃/min的速率降溫至50 ℃;5)在50 ℃處保溫5 min。和面速度保持在80 r/min。

1.4 數據分析

2 結果分析

2.1 混合粉含水量

低濃度NaCl添加量下高、中和低筋混合粉的含水量如表1所示。不同NaCl質量分數(0.0%～1.5%)對高、中和低筋混合粉中含水量的影響無顯著差異(P>0.05)。因此,后續在研究高、中和低筋模型面團的質構特性、流變學特性和熱機械學特性的過程中,無需考慮水分差異帶來的影響。

2.2 低濃度NaCl對模型面團質構特性的影響

低濃度NaCl添加量對高、中和低筋模型生面團質構特性的影響如圖1所示。隨著面筋蛋白含量的減少,未加鹽組生面團的硬度、彈性和咀嚼性均顯著下降(P<0.05),說明面團質構特性與體系蛋白含量有關,面筋蛋白形成的骨架支撐結構是決定面團質構特性的主要因素之一[15]。隨著NaCl添加量(0.0%～1.5%)的增加,高、中和低筋模型生面團質構特性變化規律不同。對于高筋模型生面團,隨著NaCl添加量的增加,面團質構特性總體呈現逐步改善趨勢。當NaCl質量分數為1.5%時,面團硬度、彈性和咀嚼性均較未加鹽組顯著增加(P<0.05)。對于中筋模型生面團,隨著NaCl質量分數增加(0.0%～1.0%),面團硬度、彈性和咀嚼性均較未加鹽組顯著增加(P<0.05)。當繼續增加NaCl質量分數(1.5%)時,面團質構特性不再發生明顯變化(P>0.05)。對于低筋模型生面團,隨著NaCl質量分數(0.0%～1.0%)的增加,只有硬度顯著增加(P<0.05)。NaCl質量分數到1.5%時,面團硬度、彈性和咀嚼性均較未加鹽組顯著增加(P<0.05),這可能與體系蛋白含量和NaCl影響不同筋力模型面團中面筋網絡的形成有關[5, 15, 17]。添加NaCl能促進面筋蛋白分子之間的相互作用和聚集,并有助于形成更強的面筋蛋白網絡結構,但過量NaCl添加會抑制連續面筋蛋白網絡結構的形成[18, 19]。

注:大寫字母表示面筋蛋白含量對質構特性的顯著差異(P<0.05),小寫字母表示NaCl添加量對質構特性的顯著差異(P<0.05)。

2.3 低濃度NaCl對模型面團流變學特性的影響

2.3.1 振幅掃描

小振幅頻率掃描在不劇烈破壞試樣原有的流動狀態下研究其內部結構和性質,通過振幅掃描實驗建立高、中和低筋模型生面團的線性黏彈區(LVR)[20]。G′描述面團的彈性本質,G″描述黏性本質,數值越大表示面團彈性或黏性越大[20, 21]。低濃度NaCl添加量下高、中和低筋模型生面團G′和G″的應力掃描曲線如圖2所示。隨著應力的增加,所有模型生面團的G′和G″均呈現先平穩再下降的趨勢。所有模型生面團的LVR范圍在0.001%～0.100%內,由此選擇0.01%作為動態頻率掃描的恒定應變值。

圖2 低濃度NaCl添加量下高、中和低筋模型生面團G′(A)和G″(B)的應力掃描曲線

2.3.2 頻率掃描

低濃度NaCl添加量對高、中和低筋模型生面團G′和G″隨角頻率(ω)的變化曲線如圖3所示。在0～314 rad/s內進行掃描時,所有高、中和低筋模型生面團的G′和G″均隨ω的增加而增加,這與范金磊[4]的研究結果類似。當ω相同時,所有樣品的G′>G″,表明面團彈性大于面團黏度,面團表現出半固體偏彈性的性質[15]。隨著面筋蛋白含量的減少,未加鹽組生面團的G′降低,表明模型面團的彈性降低[4, 20]。在面團制作過程中,麥谷蛋白分子和麥醇溶蛋白分子之間發生交聯形成黏彈性網絡結構,較低水平的面筋蛋白含量使模型面團的網絡結構疏散,黏彈性下降[20]。同時,隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋模型生面團的G′和G″明顯增加?？赡苁怯捎贜aCl的添加促進了面筋蛋白網絡的交聯,從而使模型生面團的黏彈性和機械強度增加,面團結構得到強化[1, 21]。這與Larsson等[21]和Chen等[1]的研究結果一致。此外,當NaCl質量分數為1.5%時,中筋模型生面團的G′和G″較NaCl質量分數為1.0%時反而降低,這可能與NaCl添加量為1.5%時形成了較弱的面筋網絡結構有關[19, 21]。

2.4 低濃度NaCl對模型面團熱機械學特性的影響

2.4.1 低濃度NaCl對高、中和低筋混合粉Mixolab曲線的影響

低濃度NaCl添加量對高、中和低筋混合粉Mixolab曲線的影響如圖4所示。隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋混合粉Mixolab曲線形狀走勢相似,均能檢測到各個指標的特征值。在初始混合階段,高、中和低筋混合粉Mixolab曲線圖均表現為扭矩的增加,直至達到最大值C1,可能是由于NaCl的添加使蛋白質分子間相互作用增強[18, 19]。8 min后,高、中和低筋模型面團在Mixolab曲線圖均表現為扭矩從C1持續下降至最小扭矩C2,可能是由于模型面團在機械攪拌和升溫的雙重作用下面筋蛋白網絡結構被破壞[22]。同時,高、中和低筋模型面團在A處時,曲線呈倒“V”型,且隨著NaCl添加量的增加,倒“V”型曲線的出峰時間推遲,可能是由于在升溫前期,NaCl對模型面團蛋白質與淀粉間的相互作用破壞程度大,隨后破壞程度降低[22]。在C2→C3的過程中,高、中和低筋模型面團Mixolab曲線圖表現為扭矩從C2增加至C3,與淀粉的糊化性質有關[22]。同時,加入NaCl的高、中和低筋模型面團淀粉開始糊化時間均推遲,并在C3處時,其扭矩值均較未加鹽組下降,說明NaCl的加入抑制了模型面團中淀粉顆粒的糊化[22, 23]。在C3→C4的過程中,由于在持續的機械剪切應力和高溫雙重作用下,模型面團中的淀粉顆粒被破壞[22]。中筋和低筋模型面團的(C3-C4)差值明顯小于高筋模型面團,說明淀粉糊化受蛋白含量的影響,蛋白含量的增加導致淀粉糊化熱穩定性變差[23]。在C4→C5的過程中,由于在降溫期間淀粉顆粒的回生,導致扭矩從C4增加至C5[22]。加入NaCl后的高、中和低筋模型面團C5扭矩值較未加鹽組增加,說明NaCl的添加使模型面團有序化程度增加[22, 23]。

注：C1指面團在形成階段產生的最大扭矩值;A指C1→C2階段面團結構部分恢復,曲線呈倒“V”型處的扭矩值;C2指面團在過度攪拌和加熱作用下結構進一步被破壞的最小扭矩值;C3指面團在加熱階段產生的最大扭矩值;C4指90 ℃高溫下C3值出現后黏度下降到最低點的扭矩值;C5指面團在降溫結束后產生的終點扭矩值。

2.4.2 低濃度NaCl對模型面團在形成階段特性參數的影響

低濃度NaCl添加量對高、中和低筋模型面團在形成階段特性參數的影響如圖5所示。吸水率是指達到目標扭矩C1時所需的水量[17]。由圖5a可知,隨著面筋蛋白含量的減少,未加鹽組生面團的吸水率顯著下降(P<0.05),可能是吸水率與面筋蛋白結合水的能力有關[22]。隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋模型生面團的吸水率均顯著下降(P<0.05),可能是NaCl溶于水后離解出的Na+和Cl-形成了較高的滲透壓,在混合粉和水攪拌時促進面筋蛋白吸水,加快致密面筋網絡結構的形成,從而降低了面筋蛋白和小麥淀粉的吸水速度[17]。

注:大寫字母表示面筋蛋白含量對形成階段特性參數的顯著差異(P<0.05),小寫字母表示NaCl添加量對形成階段特性參數的顯著差異(P<0.05)。

形成時間是指從混合粉到形成面團目標扭矩C1的時間,用來反映面團中面筋的強度和質量[24]。由圖5b可知,隨著面筋蛋白含量的降低,未加鹽組生面團的形成時間顯著下降(P<0.05),這可能與面團制作過程中,蛋白分子間發生交聯,形成面筋蛋白網絡結構有關[20]。隨著NaCl添加量的增加,中筋和低筋模型生面團的形成時間改變不顯著(P>0.05)。對于高筋模型生面團,當NaCl質量分數為1.5%時,面團的形成時間較未加鹽組顯著延長(P<0.05),這可能是NaCl干擾了面筋蛋白網絡結構的形成,使混合粉與水分達到動態平衡所需的時間增加[19]。

穩定時間指面團在機械攪拌過程中能維持自身結構的時間,用來反映面團耐受機械的能力[24]。由圖5c可知,隨著面筋蛋白含量的降低,未加鹽組生面團的穩定時間無顯著性差異(P>0.05)。對于高筋模型生面團,隨著NaCl添加量的增加,面團穩定時間明顯增加(P<0.05),這歸因于NaCl的加入改變了小麥淀粉與面筋蛋白間的相互作用力,淀粉和蛋白質形成致密的面筋蛋白網絡的時間延長[19, 25]。對于中筋和低筋模型生面團,隨著NaCl添加量的增加,面團的穩定時間變化不顯著(P>0.05),可能與較低筋力的模型生面團中,NaCl的加入對于小麥淀粉與面筋蛋白間的相互作用力的改變不明顯有關[19]。

2.4.3 低濃度NaCl對模型面團在加熱階段特性參數的影響

低濃度NaCl添加量對模型面團在加熱階段特性參數的影響如圖6所示。弱化度是指C1與C2的差值,反映了模型面團在機械攪拌和加熱過程中的破壞程度,該值越大表明模型面團被破壞的程度越大[24]。由圖6a可知,隨著面筋蛋白含量的降低,未加鹽組模型面團的弱化度顯著增加(P<0.05),可能是面筋蛋白含量的減少使形成的面筋蛋白網絡結構松散,減少加熱對淀粉結晶的破壞,導致低筋模型面團弱化度顯著增加(P<0.05)[25]。隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋模型面團的弱化度顯著增加(P<0.05),且不受NaCl添加量的影響,可能是NaCl削弱了加熱過程中面筋蛋白-小麥淀粉之間的相互作用力[19, 25]。同時還發現,加入NaCl的高、中和低筋模型面團的弱化度和穩定時間均增加,可能是添加NaCl使模型生面團形成了質量更好的面筋蛋白網絡結構,面團耐揉性增加,但這種穩定結構容易被溫度和機械攪拌作用破壞[26, 27]。

注:大寫字母表示面筋蛋白含量對加熱階段特性參數的顯著差異(P<0.05),小寫字母表示NaCl添加量對加熱階段特性參數的顯著差異(P<0.05)。

最大黏度指數是指C3與C2的差值,可反映淀粉的糊化特性[23]。由圖6b可知,隨著面筋蛋白含量的減少,未加鹽組面團的最大黏度指數顯著增加(P<0.05),這主要與模型面團體系的淀粉含量有關[22, 23]。隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋模型面團的最大黏度指數顯著下降(P<0.05),可能是由于NaCl抑制加熱對淀粉結晶的破壞,增加了蛋白分子鏈與小麥淀粉間的相互作用[17,22, 23]。

2.4.4 低濃度NaCl對模型面團在短期回生階段特性參數的影響

回生值是指C5與C4的差值,反映了淀粉的回生性能,回生值越高,模型面團越容易老化[28, 29]。低濃度NaCl添加量對模型面團回生階段特性參數的影響如圖7所示。隨著面筋蛋白含量的下降,模型面團中淀粉含量增加,未加鹽組面團的回生值顯著增加(P<0.05),說明模型面團中淀粉含量會影響模型面團的短期回生[30]。隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋模型面團的回生值顯著增加(P<0.05),這可能是由于添加NaCl加快了面團中糊化淀粉的凝沉,與張篤芹[30]的研究結果一致。

注:大寫字母表示面筋蛋白含量對回生階段特性參數的顯著差異(P<0.05),小寫字母表示NaCl添加量對回生階段特性參數的顯著差異(P<0.05)。

3 結論

探究低濃度NaCl(質量分數0.0%～1.5%)對面筋蛋白-小麥淀粉形成模型面團特性的影響。隨著NaCl添加量的增加,高、中和低筋模型生面團在NaCl質量分數分別為1.5%、1.0%和1.5%時,其質構特性和流變學特性改善明顯。因此,適量的NaCl添加有利于提高模型生面團的質構特性和流變學特性。此外,熱機械學特性研究表明,隨著NaCl質量分數(0.0%～1.5%)的增加,面團在形成階段,高筋模型生面團的形成時間和穩定時間均顯著增加(P<0.05),而中筋和低筋模型生面團的形成時間和穩定時間增加不顯著(P>0.05);在加熱階段,高、中和低筋模型面團的弱化度均顯著增加,最大黏度指數均顯著下降(P<0.05);在回生階段,面團的回生值均顯著增加(P<0.05),這些差異可能與NaCl干擾面筋蛋白網絡形成和模型面團中組分(面筋蛋白和小麥淀粉)性質變化有關。