擠壓改性對多谷物粉面團加工特性和面包品質的影響

田曉紅, 汪麗萍, 劉 明, 劉艷香, 李 逸, 譚 斌, 劉士進

(國家糧食和物資儲備局科學研究院1,北京 100037)

(石家莊市米莎貝爾飲食食品有限公司2,石家莊 051130)

多谷物雜糧面包是以小麥粉或谷朊粉為原料,添加多種雜糧(燕麥、小米、蕎麥等)制作的面包[1]。與普通小麥面包相比,雜糧面包含有更加豐富的膳食纖維、礦物質、抗性淀粉、維生素和多酚等營養成分[2,3],可以改善飲食結構,有效預防高血壓、高血脂、糖尿病等慢性疾病[4]。雜糧含有豐富的直鏈淀粉和潛在的高水平抗性淀粉,可以制備較低血糖生成指數的產品[5,6]。團隊前期研究發現,多谷物粉面包在儲藏過程中老化嚴重、質構變硬、缺乏彈性、口感粗糙[7],成為行業發展的難題。

擠壓是淀粉改性的一種常用方法,具有成本低、產率高和能效高的特點[8]。擠壓改性處理后淀粉結晶度降低,溶脹性增強,淀粉糊黏度降低[9,10]。現有研究表明擠壓改性處理的蕎麥粉能夠為面團構建類似于面筋的“骨架”結構,黏性和延展性增強,使面團更易成型[11],提高蕎麥粉在面條中的添加量[12,13]。吳娜娜等[14]研究發現添加擠壓糙米粉后糙米面團網絡結構疏松,孔隙增加大,糙米面包比容先減小后增大,質構硬度降低,感官評分值升高;吉夢瑩[15]和劉運榮等[16]研究發現擠壓處理燕麥粉使燕麥小麥混合粉面團吸水率和穩定時間增加,面包和饅頭的比容下降,硬度、咀嚼性增加,面包儲藏過程中硬化速率降低。目前的研究僅是對單一谷物粉的研究,擠壓改性預處理對多谷物面包粉的加工性能和儲藏品質的影響還鮮見報道。

研究以前期優選出的血糖生成指數(GI)相對較低的多谷物雜糧粉配方為基礎[17],配以低GI的苦蕎粉,添加谷朊粉來構建面包網絡結構,通過改變多谷物粉中擠壓改性多谷物粉的比例,以小麥粉做對照,研究擠壓改性處理對多谷物面團的加工特性、面包加工、面包儲藏的影響,為開發家用多谷物面包預混合粉提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

面包用高筋小麥粉、谷朊粉、高活性干酵母(耐高糖)、精制鹽、原味奶油、全脂奶粉、細砂糖、小米、苦蕎、藜麥、青稞、燕麥、綠豆。

1.2 儀器與設備

擠壓機,TA.XT2i Plus質構儀,S-3000N掃描電子顯微鏡(SEM),F3流變發酵測定儀,LGJ-10BP型真空冷凍干燥機,WF-40B吸塵粉碎機,RVA-4快速黏度分析器,JMTY面包體積測定儀,JHMZ 200實驗和面機,SD-P103自動面包機,ME3002E分析天平,Q31面包切片機。

1.3 方法

1.3.1 多谷物制粉和配粉

多谷物粉:將多谷物原料分別使用粉碎機粉碎(過100目篩)后按照質量分數20%苦蕎粉和80%其他谷物粉(藜麥15.00%、燕麥5.30%、青稞29.70%、綠豆10.00%、小米40.00%[18])進行配制。

多谷物改性粉:對多谷物粉進行擠壓改性處理,擠壓條件如下。喂料量:19.0 kg/h;螺桿轉速:190.0 r/min;液體物料喂料器1.0∶16.0%;液體物料喂料器 2.0∶50.8%;溫區2/3/4/5/6分別為60、90、130、140、160 ℃。擠壓改性后使用粉碎機粉碎過100目篩。

多谷物面包基礎粉:將擠壓改性多谷物粉與未處理的多谷物粉按照0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4的比例進行配粉,多谷物改性粉質量占全部多谷物粉質量的比例分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%。

多谷物面包預拌粉:將多谷物基礎粉與谷朊粉按照6∶4的質量比充分混合,前期研究發現,該比例的面包品質最佳。全文均以小麥粉對照(CK)。

1.3.2 黏度測定

使用多谷物面包預拌粉進行黏度測定,參照GB/T 24853—2010的方法,重復2次。

1.3.3 面團發酵流變學特性的測定

250 g多谷物面包預拌粉加入3 g高活性干酵母和150 g 4 ℃的去離子水,在JHMZ 200實驗和面機中和面5 min后取出,整理面團至表面光滑。稱取面團315 g,放入F3流變發酵測定儀發酵筐底部,在面團上放置活塞和2 kg砝碼,再放入流變發酵測定儀的發酵腔中,在28.5 ℃的溫度下發酵3 h,分析面團膨脹曲線和氣體釋放曲線,以小麥粉為對照(CK),重復2次。

1.3.4 面團的微觀結構觀察

將1.3.3中制備好的面團用剪刀剪成約10 g的紡錘體,放到-18 ℃的冰箱中預冷凍,然后在冷阱溫度為-60 ℃,真空度≤15 Pa條件下進行冷凍干燥。干燥后的面團切成近似1 cm×1 cm×1 cm的立方體,固定在載物臺上噴金處理,然后在5 kV下進行掃描電鏡觀察[19]。

1.3.5 面包的制作

依次稱取250 g多谷物面包預拌粉、3 g鹽、6 g奶粉、15 g黃油、18 g細砂糖、190 g的4 ℃去離子水放入全自動面包機中,1 h后面團初步形成,放入2.8 g高活性干酵母,再次和面至面團完全成型,發酵和焙烤后立刻取出面包,放在架子上冷卻1.5 h至室溫進行評價,重復2次。

1.3.6 面包的比容測定

參照GB/T 20981—2007中的方法,將面包稱量,質量記為m,精確至0.01 g。稱重后將面包放入面包體積測定儀中測量面包體積,記為V,面包比容P的結果表示為:P=V/m,重復2次。

1.3.7 面包的橫切面拍照觀察

1.3.5制作的面包冷卻至室溫后,放入自封袋內,過夜平衡,使用面包切片機切成厚度為1 cm的面包片,取中間的切片拍照觀察。

1.3.8 面包的質構特性測定

參照文獻方法[20],略作改動。取1.3.7的面包片芯部分使用TA.XT2i Plus型質構儀進行TPA測試。TPA測試條件:P/36R探頭,測前、測中、測后速度均為1.0 mm/s,壓縮比為50%,觸發力為5 g,2次壓縮間隔時間為5 s,測定9次平行,取5個中間值的平均值。

1.3.9 數據統計與分析

使用WPS進行數據統計,使用軟件SPSS 19.0進行差異顯著性分析,使用Origin 2018軟件進行圖片繪制。

2 結果與討論

2.1 多谷物面包預拌粉黏度特性

多谷物面包預拌粉的黏度特性見表1,隨著多谷物改性粉添加量的增加,多谷物面包預拌粉的糊化溫度升高,最高黏度、最低黏度、最終黏度、衰減值、回生值、峰值時間均顯著性降低。該結果與文獻結果一致[21,22]。雜糧中含有豐富的碳水化合物,在擠壓改性處理下,水的存在和高溫、高壓以及機械剪切作用,谷物中淀粉吸水膨脹熔融,淀粉顆粒發生破裂糊化,淀粉的溶解性增強,溶脹能力增加[23,24],使得多谷物面包預拌粉的黏度隨著多谷物改性粉添加量的增加呈下降趨勢。衰減值代表淀粉糊體系的穩定程度,衰減值降低,說明水分子與淀粉顆粒結合牢固,淀粉乳液的黏度穩定性高。回生值表示淀粉回生程度,在一定程度上與淀粉糊的回生老化有直接關系,回生值越低,越不容易老化,可以延長產品的保質期[25]。加入多谷物改性粉后,回生值的降低將使得面包在儲藏過程中淀粉老化速度變慢,硬化速率下降,對面包的儲藏品質有積極影響。

表1 多谷物面包預拌粉黏度

2.2 面團發酵特性

由表2可見,在面團發酵階段,多谷物改性粉比例在10%～20%時,面團的最大膨脹高度Hm、最終膨脹高度h、曲線達到最高值時所花時間T1均與未添加多谷物改性粉沒有顯著性差異。當多谷物改性粉比例在30%～60%時,隨著多谷物改性粉比例的增大,Hm、h和T1、T2均呈增大趨勢,與未添加多谷物改性粉面團呈顯著性增加。擠壓改性處理后,谷物當中的淀粉顆粒失去完整性,晶體結構消失,分子降解,分子質量顯著降低[26],更多的羥基暴露出來與水形成氫鍵[27],與水相結合的能力增強。因此,用糊化淀粉部分替代多谷物粉的面團可以增加面團的表觀冷水黏度和存儲模量(G′)和損失模量(G″),賦予面團更大的持水特性,改善面團的流變性能,改善面團的成形性,使面團具有高彈性[28],在發酵過程中,能包裹住更多的CO2,使面團的發酵高度顯著增加,當然發酵最大高度的時間也顯著延長。

表2 面團發酵流變學特性

面團發酵流變各指標之間的相關性見表3,多谷物改性粉添加量與面團最大發酵高度Hm、面團開始泄漏CO2的時間、總產氣量AT和持氣量A1的相關系數分別為0.935**、0.902**、-0.942**、-0.799*,在0.01水平和0.05水平上顯著性相關。最大發酵高度Hm除了和多谷物改性粉顯著性相關外,還和面團最終發酵高度h、面團開始泄漏CO2的時間、總產氣量AT和持氣量A1顯著性相關。面團的最大發酵高度Hm與面包體積呈正相關[29],隨著多谷物改性粉比例的增加,在發酵階段面團的高度增加,面包的體積有增大的可能。在氣體釋放階段,隨著多谷物改性粉比例的增加,氣體釋放曲線的最大高度H’m沒有顯著變化,顯著高于小麥粉面團對照,氣體出現孔洞的時間Tx開始延長,面團總產氣量AT和持氣量A1均呈下降趨勢,與未添加多谷物改性粉面團無顯著性差異,保留系數R先下降后上升趨勢,多谷物改性粉質量分數為50%、60%時,R分別為78.25%、75.50%,高于未添加多谷物改性粉面團,無顯著性差異。隨著多谷物改性粉比例的增加,面團的發酵特性有所增強,面團發酵高度更高,主要原因是多谷物改性粉添加有利于面團保存CO2,使其不被釋放出來,保留系數R增大。

表3 面團發酵流變各指標之間的相關性

2.3 面團微觀結構

多谷物面包預拌粉面團的微觀結構如圖1所示,隨著多谷物改性粉含量的增加,面團的表面越來越光滑,孔洞越來越小。多谷物改性粉質量分數為10%時,面團表面有很多孔洞,這是因為在冷凍干燥過程中面團中水分的溢出,在面團結構中出現許多小的孔隙。當多谷物改性粉質量分數在40%～60%時,面團表面成膜,形成完整的網絡結構。谷物經過擠壓改性處理,淀粉表現出很強的交聯性和凝膠特性,與其他大分子容易結合形成類似于面筋蛋白的網絡結構[30];蛋白質中α-螺旋結構解開而呈現相對減少的趨勢,無規卷曲相對含量增加,β-折疊相對含量升高,β-折疊是蛋白質聚集形成良好凝膠的基礎結構[31]。因此,經過添加多谷物改性粉后,面筋網絡結構更好,面團形成膜狀結構,有利于在發酵和焙烤中,包裹住產生的二氧化碳,使面包具有蓬松的質構和松軟的口感。該結果與表2中保留系數R隨著改性粉添加比例增大而增大互相印證。

圖1 面團的微觀結構(×500)

2.4 面包芯結構

多谷物面包的內部結構如圖2所示,添加多谷物改性粉后,多谷物面包的高度有所減小。多谷物改性粉質量分數20%時,面包頂上有部分大氣泡,多谷物改性粉質量分數30%時,多谷物面包體積變小。多谷物改性粉質量分數40%、50%、60%時,剛出爐的面包外觀良好,但在冷卻過程中,面包外型有部分塌陷。結合質構結果分析,可能的原因是,添加多谷物改性粉后,面包比較軟,采用全自動面包機所制作的面包體積較大,硬度偏低的情況下,面包的網絡結構不足以支撐面包本身的質量,隨著面包內部氣體的冷卻,會出現部分塌陷現象。添加多谷物改性粉后,多谷物面包的內部結構并沒有得到改善。

注:圖上標識為多谷物改性粉占全部多谷物粉的比例。圖2 多谷物面包芯結構

2.5 比容

比容反映的是面包單位質量的體積,比容過大,反映面包的內部孔隙過大,結構比較粗糙,比容過小,反映面包的孔隙小且少,面包偏硬,優質面包具有適中的比容[32]。添加不同比例多谷物改性粉的多谷物面包比容見圖3,添加質量分數10%和40%的多谷物改性粉后,多谷物面包的比容沒有顯著變化,其余添加量的多谷物面包比容顯著變小,這個結果與面包芯結構相一致。可能的原因是改性處理的多谷物粉具有強持水性,在和面過程中與面筋蛋白競爭性吸水,阻礙了面筋網絡結構的充分形成,使得多谷物面團持氣性差,膨脹不夠,比容變小。同時,改性多谷物粉在面團成型中能夠形成類似于面筋蛋白的網絡結構。在和面中,多谷物改性粉競爭性吸水和構建類似面筋的結構同時起作用,當多谷物改性粉質量分數10%和40%時,兩者作用相當,使得面包比容與未添加多谷物改性粉面包比容無顯著性差異。

注:字母不同表示差異性顯著(P<0.05)。圖3 多谷物面包比容

2.6 質構特性

不同多谷物改性粉添加量的多谷物面包質構特性見表4。多谷物改性粉質量分數為0%時,多谷物面包儲藏的初始硬度和耐咀性比較高,分別為0.616、0.451 kg,添加多谷物改性粉后,多谷物面包的質構硬度顯著降低(多谷物改性粉質量分數30%除外),對彈性和回復性沒有顯著影響(多谷物改性粉質量分數60%除外)。7 d后,未添加多谷物改性粉的多谷物面包質構硬度和耐咀性分別增加到1.303、0.857 kg,分別增加111%、90%,回生明顯。而添加了多谷物改性粉的多谷物面包質構硬度增加緩慢,多谷物改性粉質量分數10%～60%的多谷物面包儲藏7天后的質構硬度顯著小于未添加多谷物改性粉的多谷物面包質構硬度,分別是未添加多谷物改性粉面包硬度的55%、65%、62%、37%、46%和42%。多谷物改性粉質量分數40%～60%的面包儲藏7 d的質構硬度小于同時期小麥粉面包質構硬度,擠壓改性處理有效延緩了多谷物面包的回生,該結果與Liu等[33]研究結果相一致,這是因為淀粉經過擠壓處理后淀粉顆粒完整性被破壞,淀粉分子發生了降解,抑制了在儲存過程中直鏈淀粉分子的重排,回生較慢[34]。該結果與表1中多谷物改性粉的回生值降低相一致。同時在擠壓過程中,淀粉分子間和分子內的氫鍵斷裂,結晶結構被破壞,更多的羥基暴露出來與水形成氫鍵[27],與水相結合的能力增強,與體系中其他的大分子結合形成網絡結構,固化面包中的水分,使得面包中的水分活度降低[35],在儲存過程中能夠鎖住更多的水分,延緩面包的老化,提高產品的儲藏質量[36]。

3 結論

隨著多谷物改性粉的增加,多谷物面包預拌粉的最高黏度、最低黏度、最終黏度、衰減值、回生值、峰值時間均顯著性降低,面團的最大發酵高度顯著增高,面團總產氣量和持氣量均下降,保留系數先下降再升高,面包的體積、結構和比容均小幅下降。多谷物改性粉質量分數10%～60%的面包儲藏7 d后的質構硬度分別是未添加多谷物改性粉面包硬度的55%、65%、62%、37%、46%和42%,儲藏過程中的硬化速率降低。總體上說,添加多谷物改性粉,不能夠改善面團的總產氣量、持氣量和面包的結構,但有效延緩了多谷物面包的回生,使面包在儲藏過程中保持柔軟。當多谷物改性粉質量分數40%時,多谷物面包結構良好,室溫儲藏7 d的質構硬度481 g,顯著低于小麥粉面包質構硬度,延緩老化效果最好。