趙建春 史秀麗 張 鵬 張 可

ZHAO Jian－chun 1 SHI Xiu－li 2 ZHANG Peng 1 ZHANG Ke 1

（1.鄭州旅游職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.鄭州市電子信息工程學(xué)校，河南 鄭州 450007）

（1.Zhengzhou Tourism College，Zhengzhou，Henan 450000，China；2.Zhengzhou Electronic Information Engineering College，Zhengzhou，Henan 450007，China）

面包紋理結(jié)構(gòu)是研究面包品質(zhì)質(zhì)構(gòu)最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一［1］。食品質(zhì)地概念中包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容：① 質(zhì)地的物理性質(zhì)，包括楊氏模量、剪切應(yīng)力、黏度等；② 質(zhì)地的感官性質(zhì)，包括口感、硬度、咀嚼性、膠黏性、黏附性等。面包中蜂窩狀的組織結(jié)構(gòu)由兩個(gè)宏觀的相表征出來(lái)，即氣孔和圍繞氣孔的固態(tài)孔壁。氣孔的分布、大小以及孔壁的厚度都可以作為研究面包紋理的參數(shù)。烘烤過(guò)程中，特別是加熱率和在98℃下的烘烤時(shí)間都會(huì)對(duì)面包內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，此外，面團(tuán)的機(jī)械性能也會(huì)對(duì)烘烤過(guò)程和面包質(zhì)地產(chǎn)生影響［2］。因此，兩個(gè)影響面包最終機(jī)械性能的關(guān)鍵參數(shù)中與烘烤過(guò)程有關(guān)的是升溫速度、烘烤溫度和時(shí)間，冷卻速度也會(huì)影響面包最終的性質(zhì)，但這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)來(lái)控制，如真空冷卻。

面團(tuán)的配方和酶也會(huì)影響硬化，尤其是對(duì)不含麩質(zhì)的面包而言更是具有決定性的作用［3］。

本研究使用烘烤除氣的方式獲得脫氣面團(tuán)，這一方案需要一個(gè)完善的烘烤操作程序和一個(gè)合理的面包質(zhì)地紋理的檢驗(yàn)方法。在研究中能夠觀察到的脫氣面團(tuán)與常規(guī)面團(tuán)所制成的面包紋理，通過(guò)吉布森和阿什比模型進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)模型預(yù)測(cè)，可知相對(duì)的楊氏模量等于相對(duì)密度的平方。楊氏模量（Young＇s modulus）是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。根據(jù)觀察，楊氏模量隨升溫速率的增加而增加，此外，升溫速率的增大會(huì)導(dǎo)致硬化過(guò)程的加快。通過(guò)對(duì)面包烘烤過(guò)程中楊氏模量的變化研究，能夠了解面包的硬化過(guò)程的變化機(jī)理，包括對(duì)面包紋理結(jié)構(gòu)的影響。帕特爾等［4］通過(guò)試驗(yàn)觀察到，在較快的升溫速率下烘烤的面包更加難以捏碎，他解釋原因是此時(shí)的支鏈淀粉微晶具有更高的熔融焓，并且具有更大數(shù)量的淋濾直鏈淀粉，面團(tuán)溫度升高，淀粉顆粒成膠狀并膨脹，隨后浸出直鏈淀粉?；裟岬龋?］提出，浸出的直鏈淀粉籠罩著淀粉顆粒，有助于面包屑結(jié)構(gòu)的形成和其堅(jiān)硬化，因此，當(dāng)?shù)矸垲w粒暴露在加熱速率較慢的環(huán)境中時(shí)，其在溫度高于天然淀粉糊化溫度的環(huán)境中暴露時(shí)間較長(zhǎng)，浸出直鏈淀粉經(jīng)歷了一個(gè)無(wú)序增加的過(guò)程。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)面包烘烤過(guò)程中烘烤熱量、紋理、硬化程度的研究，得出面包的儲(chǔ)存和硬化的規(guī)律，對(duì)面包的烘烤方式具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酵母：后廚牌高活性干酵母，煙臺(tái)華瑛酵母食品有限公司；

面團(tuán)：由24%的酵母，45.2%的面粉（灰分0.65%），29.8%的水和1%的食鹽制成，最終面團(tuán)含水量約66%；

數(shù)據(jù)記錄儀：HH314A型，美國(guó)OMEGA公司；

熱電偶：K型，直徑0.3 mm，美國(guó)Cooper－Atkins公司；

數(shù)字掃描量熱儀：PYRIS 6型，法國(guó)Perkin Elmer公司；

分光光度儀：i1Pro 2型，美國(guó)愛(ài)色麗公司；

動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀：DMAQ800型，美國(guó)TA儀器。

1.2 樣品的制備

面團(tuán)室溫靜置2 h后，生面團(tuán)扁平化并切成邊長(zhǎng)為7 cm、重70 g的方形切片。生面團(tuán)片置于打樣柜中，在溫度23～25℃、濕度80%的情況下放置3 h。

1.3 烘烤動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

面包采用上部加熱和甲板加熱的方式烘烤，溫度設(shè)定為180℃，對(duì)應(yīng)面包局部的烘烤溫度。在面包內(nèi)部的溫度記錄由K型熱電偶采集，并傳送到數(shù)據(jù)記錄儀。分析的時(shí)間—溫度的數(shù)值表明：耗時(shí)10 min，面包中心溫度達(dá)到98℃（20℃的初始溫度，加熱速率為7.8℃／min）；耗時(shí)40 min，面包屑由烘烤溫度下降到30℃（面包最終冷卻到室溫20℃）。

在試驗(yàn)過(guò)程中，考慮4個(gè)條件來(lái)模擬面包烘烤過(guò)程中可以觀察到的影響因素。本研究的目標(biāo)是評(píng)估面包在98℃的烘烤溫度下烘烤時(shí)間對(duì)面包硬化速率的影響，為了這一目標(biāo)，使用烘烤脫氣面團(tuán)的特殊方案進(jìn)行試驗(yàn)。面團(tuán)發(fā)酵結(jié)束后，輕輕的手動(dòng)擠壓，然后將20 g面團(tuán)放置在一個(gè)塑料袋中，進(jìn)行真空處理1 min以去除所有的氣體，然后將袋密封，放置在一個(gè)由兩個(gè)珀耳帖元件（5 cm×5 cm）制成的微型烘烤系統(tǒng)中［6］，平坦的生面團(tuán)放在兩個(gè)元件之間，放在兩個(gè)珀耳帖元件之間的墊片（3 mm）用來(lái)控制面團(tuán)樣品的厚度和平行度。然后根據(jù)設(shè)定的時(shí)間—溫度變化程序進(jìn)行加熱，烘烤過(guò)程中程序設(shè)定包括預(yù)先選定的加熱速率、面包烘烤保溫溫度98℃以及冷卻步驟，這一過(guò)程為面包的烘烤提供了完善的溫控指令。

溫度的線性變化過(guò)程編程：加熱速率為7.8℃／min，在程序P1中，溫度為90℃（任意值）時(shí)停止烘烤，以模擬一個(gè)“未烘烤”的面包；在程序P2中，沒(méi)有保溫過(guò)程，溫度達(dá)到98℃后立即將樣品冷卻下來(lái)；在程序P3和P4中，分別設(shè)定在98℃時(shí)烘烤4，8 min。因此，在程序P2、P3和P4中對(duì)應(yīng)總的烘烤時(shí)間為10，14，18 min，其涵蓋了“未烘烤”（P1和P2）、“部分烘烤”（P3）和“完全烘烤”（P4）。

1.4 脫氣面包的紋理分析

紋理測(cè)試使用微型烘烤系統(tǒng)得到的樣品，在（20±2）℃（室溫）達(dá)到溫度平衡時(shí)進(jìn)行尺寸測(cè)試。焙烤面包在圓柱形切割器上切成直徑8 mm、厚3 mm厚的樣品盤(pán)。在20℃，樣品盤(pán)被安裝在動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀上，DMA用于壓縮測(cè)試中使用的平行板，以每分鐘2%的壓縮率進(jìn)行壓縮，直到達(dá)到10%的應(yīng)變。共6～10個(gè)樣品盤(pán)被用來(lái)提供一個(gè)楊氏模量的平均值，此值可以存儲(chǔ)一個(gè)給定的時(shí)間。這樣，脫氣面包的楊氏模量的應(yīng)力—應(yīng)變曲線的線性部分就得以確定，楊氏模量的定義為應(yīng)力（σ）與應(yīng)變（ε）的比值，應(yīng)力為活塞所給的力，應(yīng)變?yōu)棣牛溅／L。則：

式中：

E——彈性模量，MPa；

σ——應(yīng)力，N；

ε——應(yīng)變，為曲線變化的導(dǎo)數(shù)。

1.5 熱量測(cè)定

樣品采用脫氣面包中心部位的面包屑，放在離心機(jī)的試管中，放置溫度設(shè)定為10℃，用天平稱(chēng)重（精確度為0.001 mg）。每2 d打開(kāi)試管進(jìn)行一次差示掃描量熱（DSC）測(cè)試。共4個(gè)DSC鍋，每一個(gè)約放有50～70 mg面包屑，制備了4種不同的測(cè)試樣品，用干燥柜測(cè)量每個(gè)樣品的水分含量，溫度104℃，時(shí)間24 h。前兩次的DSC測(cè)試過(guò)程：DSC溫度設(shè)定在20℃，然后將樣品以3℃／min的冷卻速度降溫到－60℃并保持10 min，然后以3℃／min的升溫速度從－60℃升到100℃，在升溫過(guò)程中進(jìn)行掃描測(cè)試，這兩次測(cè)試是為了測(cè)定水分和支鏈淀粉的熔焓。另外兩次測(cè)試直接從20℃升溫到100℃，用以提供兩個(gè)支鏈淀粉熔融焓的補(bǔ)充值。支鏈淀粉和水分的熔融焓（ΔH）的單位是焦耳每克（J／g），水分的含量用冰融化為水時(shí)放出的潛熱來(lái)標(biāo)定，結(jié)果用每克干面包屑中含水量來(lái)表示（g水／gdm）。

1.6 用于描述硬化的試驗(yàn)和模型

所有的樣品都保存在保鮮柜里，溫度設(shè)定為（10±1）℃，由于存儲(chǔ)溫度對(duì)面包硬化存在明顯的影響，因此存儲(chǔ)溫度是此試驗(yàn)中一個(gè)重要的影響因素。烘烤過(guò)程是支鏈淀粉糊化、再結(jié)晶的過(guò)程，而直鏈淀粉的降解通常在烘烤后的冷卻過(guò)程中發(fā)生［7］。面包在10℃的環(huán)境中保鮮存儲(chǔ)2周，硬化過(guò)程完成，這樣就可以運(yùn)用DSC技術(shù)監(jiān)測(cè)面包硬化過(guò)程中支鏈淀粉的重結(jié)晶現(xiàn)象。

脫氣面包被裝在密封的塑料袋放在一個(gè)溫度控制柜中存儲(chǔ)10 d，烘烤面包的紋理和DSC測(cè)試分別在第0、4、6和8天進(jìn)行，而水分的測(cè)量，直到第10天進(jìn)行。如式（2）所示，一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型用來(lái)模擬支鏈淀粉熔融焓的變化過(guò)程，式（3）用來(lái)模擬脫氣面包的硬化過(guò)程，式（2）和式（3）中的時(shí)間常數(shù)τ′和τ用來(lái)描述支鏈淀粉和面包硬化的變化過(guò)程。

式中：

ΔH0——初始時(shí)間存儲(chǔ)的面包的熔融焓，J／g；

ΔH∞——長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的面包的熔融焓，J／g；

τ′——支鏈淀粉變化時(shí)間，min；

τ——面包硬化的變化時(shí)間，min。

式中：

E0——初始時(shí)間存儲(chǔ)的面包的楊氏模量，MPa；

E∞——長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的面包的楊氏模量，MPa；

t——支鏈淀粉變化時(shí)間，min；

τ——面包硬化的變化時(shí)間，min

1.7 可溶性直鏈淀粉的測(cè)定

可溶性直鏈淀粉和總淀粉酶含量的測(cè)定是根據(jù)AACC61－03方法進(jìn)行的，即：100 mg烤面包屑放在100 m L溶液中攪拌，所用溶液配比為10%的乙醇（體積比為65%），9%的NaOH和81%蒸餾水，試樣攪拌后在室溫下放置18 h。然后取150μL樣品，加入60μL盧戈氏碘液、30μL乙酸、1 500μL蒸餾水混合攪拌，然后靜置20 min，用分光光度儀于620 nm波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度。每種樣品一式3份，用含有27%純直鏈淀粉的樣品作為校正樣品，用測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)乘以27，然后除以參照樣品的吸光度，這樣測(cè)試3次取平均值即為可溶性直鏈淀粉的百分含量。

2 結(jié)果分析

方案P1、P2、P3和P4所得到的面包樣品的楊氏模量變化見(jiàn)圖1。如式（4）可以根據(jù)起始時(shí)間和存儲(chǔ)結(jié)束時(shí)間的楊氏模量E0和E∞可以計(jì)算期間任意時(shí)間的模量值。

時(shí)間常數(shù)τ可以通過(guò)楊氏模量最終值E∞與某一時(shí)間的現(xiàn)值E（t）差的對(duì)數(shù)曲線的斜率來(lái)計(jì)算，如式（4）所示，若t與τ的單位相同（d），則線性回歸曲線的斜率等于－1／τ。

圖1 方案P1、P2、P3和P4所得到的面包樣品的楊氏模量變化Figure 1 Young＇s modulus change program P1，P2，P3 and P4 in the bread samples

試驗(yàn)樣品的支鏈淀粉結(jié)晶的熔融焓變化過(guò)程見(jiàn)圖2。如楊氏模量的數(shù)據(jù)處理過(guò)程，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到時(shí)間常數(shù)τ′。由圖2可知：時(shí)間常數(shù)越大，則動(dòng)力學(xué)參數(shù)越小，方案P1、P2、P3和P4的楊氏模量和熔融焓計(jì)算過(guò)程的時(shí)間常數(shù)τ和τ′見(jiàn)圖3。

圖2 4種方案所得到支鏈淀粉結(jié)晶的熔融焓變化過(guò)程Figure 2 The melting enthalpy change process of 4 kinds of schemes crystalline amylopectin

圖3 4種方案的楊氏模量和熔融焓計(jì)算過(guò)程的時(shí)間常數(shù)τ和τ′Figure 3 The young＇s modulus and the melting enthalpy calculation of 4 plans process time constant t and t′

面包硬化最終的楊氏模量和熔融焓是在98℃（P2，P3和P4）烘烤時(shí)間的函數(shù)，見(jiàn)圖4。

圖4 面包硬化最終的楊氏模量和熔融焓變化趨勢(shì)Figure 4 Bread hardening the young＇s modulus and the melting enthalpy change trend

由圖1和圖2可以看出：烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)可以使支鏈淀粉的熔融焓動(dòng)力學(xué)和楊氏模量動(dòng)力學(xué)加快，這是因?yàn)槊姘挠不^(guò)程對(duì)應(yīng)著一個(gè)脫水的過(guò)程，即面包中的水分在支鏈淀粉結(jié)晶過(guò)程中被使用，在膨脹的淀粉顆粒中就會(huì)因脫水而形成相應(yīng)的直鏈淀粉而作為面包硬化成分［7］。

由圖3可以看出，硬化的時(shí)間常數(shù)隨98℃下烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而線性增加，因此長(zhǎng)的烘烤時(shí)間可以減緩面包的硬化過(guò)程。由圖4可知：支鏈淀粉結(jié)晶的熔融焓在方案P1、P2、P3、P4中變化較小，而硬化過(guò)程結(jié)束時(shí)面包的硬度會(huì)隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，并呈線性關(guān)系，這可以說(shuō)明在烘烤過(guò)程中烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)淀粉糊化、再結(jié)晶及支鏈淀粉的含量影響不大。

可溶性直鏈淀粉的含量見(jiàn)圖5。由圖5可知，結(jié)果給出了存儲(chǔ)時(shí)間為0 d（即烘烤當(dāng)天測(cè)量）時(shí)通過(guò)AACC61－03方法測(cè)出的直鏈淀粉含量，通過(guò)P1、P2可以觀察到其含量隨烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，試驗(yàn)中P3的結(jié)果不可用，通過(guò)觀察P4，直鏈淀粉的含量有所下降，這是由于長(zhǎng)時(shí)間的烘烤，使直鏈淀粉在面包中集結(jié)生成聚合物，在烘烤過(guò)程中分離并形成簇狀。

圖5 存儲(chǔ)時(shí)間為0 d時(shí)通過(guò)AACC61－03方法測(cè)出的直鏈淀粉含量Figure 5 The storage time of amylose content was 0 d measured by AACC61－03 method

水分含量變化過(guò)程如圖6所示，水分含量用每克干面包屑中含水量來(lái)表示，這樣可以防止試樣量的不同對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。根據(jù)觀察，水分含量隨著貯存時(shí)間和支鏈淀粉重結(jié)晶量的增加而降低，這是由于隨著存儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)、支鏈淀粉重結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，對(duì)水分的消耗越來(lái)越多。

圖6 面包中水分含量變化過(guò)程Figure 6 Changes in the moisture content of bread

3 結(jié)論

基于小型脫氣面包的研究結(jié)果可以得出：

（1）烘烤時(shí)間越長(zhǎng)的面包，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)硬度就越大；

（2）烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)減緩面包的硬化過(guò)程，在此過(guò)程中，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的楊氏模量、支鏈淀粉熔融焓和硬化動(dòng)力學(xué)常數(shù)τ和τ′都隨烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，而直鏈淀粉含量在4 min時(shí)達(dá)到最大值，水分含量沒(méi)有明顯的相關(guān)性。

綜合以上可得，烘烤時(shí)間長(zhǎng)不利于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的面包，可根據(jù)面包的存儲(chǔ)時(shí)間決定面包的烘烤時(shí)間，其次，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，烘烤時(shí)間越長(zhǎng)，面包的硬化過(guò)程也隨之延長(zhǎng)。

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