黎 芳,劉 佳,王冉冉,易若琨,趙 欣,*

(1.重慶第二師范學(xué)院,重慶市功能性食品協(xié)同創(chuàng)新中心,重慶市功能性食品工程技術(shù)研究中心,功能性食品研發(fā)重慶市工程實驗室,重慶 400067;2.重慶第二師范學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院,重慶 400067)

饅頭是我國的傳統(tǒng)發(fā)酵主食,在居民膳食結(jié)構(gòu)中占據(jù)很大比例。然而精面饅頭所用原料小麥在加工過程中大部分麩皮和胚芽都被去掉,其中所含的大多數(shù)纖維素和部分煙酸及鉀、錳、鐵、鋅等對人體有幫助的營養(yǎng)成分也隨之流失[1-2]。若以全麥粉代替精面粉,不僅可以改善居民的營養(yǎng)健康水平,還可以增加我國糧食利用率,減少小麥麩皮的浪費。但全麥粉顏色灰黑,筋力不足,粒度粗糙,導(dǎo)致全麥制品體積小,口感、質(zhì)構(gòu)差,保質(zhì)期短,在市場上的推廣受到了一定的阻礙[3-4]。

面粉改良劑能在一定程度上改善全麥面粉及其全麥面制品的品質(zhì),其作用主要表現(xiàn)在改善全麥面團的黏彈性、延展性,增加全麥制品體積和改善制品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)等方面[5-6]。葡萄糖氧化酶(glucose oxidase，GOD)作為一種新型的面粉品質(zhì)改良劑,可以催化面粉中的葡萄糖氧化生成葡萄糖酸內(nèi)酯和H2O2,將面筋蛋白中的-SH 氧化為-S-S-,使面筋蛋白之間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增強面團的筋力,改善面團的加工性能。Renzetti等[7]研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖氧化酶可以增加面團的黏彈性,增大面包的體積,在一定程度上使得面包結(jié)構(gòu)組織更加的柔軟。Liu等[8]添加GOD到全麥粉中,結(jié)果表明添加GOD使游離巰基含量減少,谷蛋白大分子(GMP)含量增加,形成了穩(wěn)定的二硫鍵,同時GOD處理過的面團筋力更強,產(chǎn)生更連續(xù)和高密度的面筋網(wǎng)絡(luò)。

全麥粉是全谷物產(chǎn)品重要產(chǎn)品之一,全麥粉中富含多種抗氧化功效成分,具有多種特殊的生理功能,對保持或改善多種慢性疾病具有重要作用。針對全麥饅頭加工過程中存在比容減小、色澤發(fā)暗、內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密不均勻以及食用品質(zhì)變差等現(xiàn)實問題,本文利用GOD對全麥饅頭品質(zhì)進行改良,通過對全麥面團以及制品品質(zhì)的分析,旨在探索改善全麥粉及其制品品質(zhì)的優(yōu)化條件,滿足消費者的需求。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥 河南農(nóng)科院提供;商業(yè)活性干酵母 15 g/袋,安琪酵母股份有限公司;葡萄糖氧化酶(GOD,10 kU/kg) 索萊寶科技有限公司公司。

Mixolab 2混合試驗儀、Alveolab全自動吹泡儀 法國肖邦技術(shù)公司;TMS-PRO食品物性分析儀(質(zhì)構(gòu)儀) 美國FTC公司;DHR-1動態(tài)流變儀 美國TA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 全麥粉的制備 全麥粉的制備參考郝春明[9]的研究方法,具體步驟如下:將小麥潤麥處理分別收集麩皮、面粉兩部分。將麩皮置于130 ℃烘箱中烘2 h,目的是滅酶穩(wěn)定化處理,然后用超微粉碎機將麩皮粉碎(80目),嚴格按照實際出粉率回填至面粉中,充分混勻,制成全麥粉,儲存于4 ℃冰箱中。

1.2.2 全麥面團的制備 全麥面團的制作配方:面粉100 g,商業(yè)活性酵母1 g,加去離子水70 g,加入一定量的葡萄糖氧化酶(0、100、200、300 U/kg),和面時間10 min(不加酶的全麥面團為空白組),獲得不同GOD含量的全麥面團。

1.2.3 全麥面團熱機械特性的測定 參照王曉艷等[10]研究方法,采用混合試驗儀測定葡萄糖氧化酶添加量對小麥粉加水混合形成面團、面團加熱糊化以及冷卻過程中熱機械特性。測定小麥粉制作成食品整個過程中面團特性,反應(yīng)面團從生到熟的整個過程。實驗采用Chopin+標(biāo)準實驗?zāi)Ｊ?溫度升降程序設(shè)定分為三個階段:第一階段:8 min保持30 ℃恒溫階段;第二階段:加溫階段,15 min內(nèi)以4 ℃/min速度升溫到90 ℃并保持高溫7 min;第三階段:降溫階段,10 min內(nèi)以4 ℃/min速度降溫到50 ℃并保持5 min,整個過程共計45 min。測定過程中,實時記錄攪拌刀對全麥面團扭矩的變化情況,并繪制溫度隨時間變化的混合曲線。

1.2.4 全麥面團流變性質(zhì)的測定 參照Tang等[11]的方法稍加修改,取適量1.2.2制備的含不同加酶量的全麥面團及空白對照樣品置于流變儀樣品平臺上,振幅掃描以確定黏彈性線性范圍,最后頻率掃描獲得面團的流變學(xué)特性(彈性模量G′、損耗模量G″、損耗正切值tanδ=G″/G′)。振幅掃描測量參數(shù):1 Hz條件下,應(yīng)力范圍為0.1%～10.0%。頻率掃描測量參數(shù)為:40 mm平板,平板間距為2 mm,掃描溫度25 ℃,應(yīng)變0.5%,掃描頻率0.1～10.0 Hz。

1.2.5 吹泡特性的測定 使用吹泡儀測定面團拉伸性能,模擬面團發(fā)酵的壓片、搓圓、成型、產(chǎn)生二氧化碳使面團產(chǎn)生形變的過程。將1.2.2制備的全麥面團放置于儀器專用輥壓槽內(nèi),用配套輥子反復(fù)在樣品表面循環(huán)滾壓6次,以使樣品表面平整。然后用配套的圓形切割模具從所取面團上順次切下若干個圓形面片備用。取一個面片,放置于吹泡儀測試平臺上,勻速旋轉(zhuǎn)壓蓋上的搖柄,使樣品變得嚴實平整。取下壓蓋,啟動吹泡程序?qū)⒚嫫灯鹋蛎浿敝疗屏?儀器自動記錄數(shù)據(jù)。換其他樣品進行平行實驗,每個樣品測定3次,取平均值。得到吹泡曲線的測量指標(biāo):全麥面團韌性P值、全麥面團延展性L值、小麥粉的“烘焙力”W值。P/L代表著面團韌性和延展性之間的關(guān)系,P/L>1表示面團的韌性太強大,缺乏可擴展性。太小的P/L<0.3)表明延展性太強[12]。G 值是面團泡破裂時,其中的空氣體積的平方根,由破裂點橫坐標(biāo)值L換算,與吹泡L 值的表示具有很大相似性,都是對面團延展性的一種表達[13]。

1.2.6 饅頭的制作及其評價方法

1.2.6.1 饅頭的制作 將1.2.2全麥面團取出分割為100 g/個面塊,成型,醒發(fā)30 min(38 ℃,80%相對濕度),汽蒸25 min,燜5 min出鍋。室溫冷卻1 h然后進行各項指標(biāo)的評價,進行3次平行實驗。

1.2.6.2 饅頭比容的測定 小米替代法[14]測饅頭體積,分析天平稱質(zhì)量,體積與質(zhì)量之比即為饅頭的比容。

1.2.6.3 饅頭芯質(zhì)構(gòu)特性的測定 取饅頭芯統(tǒng)一大小的正方形(3 cm×3 cm×2 cm),用質(zhì)構(gòu)儀進行平行實驗。選擇模式TPA:直徑38 mm的圓柱形探頭,測試速度60 mm/min,測試后速度120 mm/min,引發(fā)力1 N,壓縮程度50%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

各組實驗數(shù)據(jù)都使用平均值±標(biāo)準差的形式表示,每組數(shù)據(jù)重復(fù)三次測定。數(shù)據(jù)處理使用Microsoft Office Excel 2013和SPSS 16.0 分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。利用Origin 8.0進行圖形制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖氧化酶對全麥面團熱機械特性的影響

通過Mixolab混合實驗儀分析了全麥面團在受到機械剪切作用和溫度約束時,體系中蛋白質(zhì)和淀粉的性質(zhì)變化。整個測試過程分為3個階段,第一階段對面團吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間進行測定分析;第二階段測定分析C1、C2(表征蛋白的弱化);第三階段對C3(表征淀粉糊化特性)、C4(表征加熱過程中淀粉糊穩(wěn)定性)、C5(表征淀粉老化特性)[15-16]進行分析。其中,不同階段的曲線變化斜率、峰值等參數(shù)分別反應(yīng)了全麥面團不同品質(zhì),如圖1所示。

圖1 典型mixolab混合實驗儀分析圖譜Fig.1 Typical analysis curve from mixolab注:隨箭頭方向從下到上分別表示:葡萄糖氧化酶(GOD)添加量為0、100、300、500 U/kg。

在面團恒溫揉混階段(一階段):從表1可以看出,添加葡萄糖氧化酶后,全麥饅頭的熱機械特性發(fā)生改變。隨著GOD添加量的增加(小于300 U/kg),全麥面團的穩(wěn)定時間增加,穩(wěn)定時間反映了面團對抗性的抵抗力,與面團的筋力有關(guān),面團的筋力越強穩(wěn)定時間越長。這可能與蛋白質(zhì)分子間交聯(lián)以及蛋白質(zhì)、戊聚糖分子間的相互作用有關(guān)[8]。但是葡萄糖氧化酶對面團的吸水率沒有顯著性影響。

表1 葡萄糖氧化酶對全麥粉熱機械特性的影響Table 1 Effects of GOD on thermomechanical properties of whole wheat flour

在溫度上升面筋弱化階段(二階段):8 min恒溫攪拌結(jié)束后,隨著溫度的增加,面團中的面筋網(wǎng)絡(luò)迅速弱化,由表1結(jié)果可以看出,添加了GOD后,處理組的C2值高于空白對照,這說明GOD的加入讓蛋白質(zhì)的弱化速度降低。

在淀粉糊化及糊化后冷卻階段(三階段):從表1的數(shù)據(jù)可以看到,加入GOD后,面團的糊化峰值粘度C3增加,隨著酶含量的增加峰值粘度逐漸增加。糊化后的保持粘度C4隨酶含量的增加逐漸增加,表示面團的糊化穩(wěn)定性越好,而C5-C4值的增加,意味著淀粉回生作用也有所增強。結(jié)果表明,GOD對全麥面團中的淀粉性質(zhì)有顯著影響(p<0.05),該作用可能與阿拉伯木聚糖的存在有關(guān)。GOD的添加使阿拉伯木聚糖分子結(jié)構(gòu)改變,影響了阿拉伯木聚糖氧化凝膠及與淀粉間的相互作用,全麥面團中的淀粉特性也隨之發(fā)生變化,且阿拉伯木聚糖的水解、氧化反應(yīng)也會影響面團中自由水分布,從而對淀粉糊化、老化過程有影響[17-18]。

2.2 葡萄糖氧化酶對全麥面團流變特性的影響

食品的動態(tài)流變學(xué)特性關(guān)系到產(chǎn)品的可加工性及最后成品的品質(zhì),在生產(chǎn)制作中十分重要。在動態(tài)流變學(xué)中,貯能模量(G′)又稱為彈性模量,是每次剪切變形中可恢復(fù)的能量,代表面團通過熵彈形變儲存能量的能力;損耗模量(G″)又稱粘性模量,是每次剪切變形中消耗掉的能量,反應(yīng)面團受力時阻礙其流動的性質(zhì)。在評價面團時,G′值越大彈性越強,G″越大粘性越強。tan(δ)是G″與G′的比值,表征面團黏彈性,可顯示出面團中高聚物的比例[19]。黏彈性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在面團的機械加工和饅頭的質(zhì)構(gòu)特性方面都起到主導(dǎo)作用,加熱條件下饅頭烘焙特性的改變是通過面糊的黏彈性改變來體現(xiàn)的。

由圖2可知,在0.1～10 Hz范圍內(nèi),G′遠大于G″,并且黏彈性模量是與頻率相關(guān)的,說明在測定的范圍內(nèi)全麥面團主要表現(xiàn)出彈性性質(zhì),損耗角正切值tanδ小于1,即彈性強度高于黏性強度,更多表現(xiàn)出固體特征,即彈性性質(zhì)。加入GOD后,G″和G′的值均有不同程度的變化。如圖2a、圖2b所示,在線性黏彈性范圍內(nèi),當(dāng)GOD的添加量為300 U/kg時,全麥面團的彈性模量和粘性模量達到最大值,GOD的添加量為500 U/kg時,面團的黏彈性反而降低,說明過量的GOD并不能增加面團的黏彈性,反而會面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有破壞作用?？赡苁且驗檫^量的GOD產(chǎn)生了大量的過氧化氫氣體,破壞了全麥面團的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[20]。此外,GOD還可以作用于面團中的水溶性木聚糖,由于過氧化氫酶的存在從而使生產(chǎn)的過氧化氫氧化生成自由基,進而使得水溶性木聚糖和蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)交聯(lián),形成蛋白多糖復(fù)合物大分子,增加水溶性部分的相對粘度,促進水溶性木聚糖氧化膠凝[21-22],從而改善了面團特性和提高面制品的質(zhì)量[23]。

圖2 葡萄糖氧化酶酶對全麥面團流變特性的影響Fig.2 Effects of GOD on rheological properties of whole wheat dough注:(a)彈性模量;(b)粘性模量;(c)損耗正切值。

2.3 葡萄糖氧化酶對全麥面團吹泡特性的影響

葡萄糖氧化酶對全麥面團吹泡特性如表2所示。與空白組比較,添加GOD的面團的P值逐漸增加,即面團韌性增強,面筋強度增強。當(dāng)GOD的使用量為100 U/kg,L、W和G比空白組增加了,說明面團的延展性和氣體容量得到改善。繼續(xù)增加GOD的量至500 U/kg,拉伸阻力(柔韌性,P值)和拉伸比(P/L值)逐漸上升,面團的延展性略微降低,證明過量添加GOD對面筋網(wǎng)絡(luò)具有一定的弱化作用。當(dāng)GOD添加量為300 U/kg時,全麥粉粉P值比空白增加了19 mmH2O,P/L值增加了0.26,W值增加了28 mJ,葡萄糖氧化酶添加量大于300 U/kg,L值、G值、W值均有不同程度的降低,說明面團的筋力降低,全麥粉的烘焙品質(zhì)逐漸下降。藺艷君[3]研究了添加GOD的面團P值增大,面筋韌性增強,同時GOD的添加,也顯著提高了L、W、G值,表明面團的延展性和持氣能力得到改善,該結(jié)果與本實驗的研究結(jié)果是一致的。除此之外,也有大量研究表明,普通小麥粉的吹泡儀參數(shù)L值與面包體積的相關(guān)性顯著;面包的體積、質(zhì)地也與W值有很強的相關(guān)性[24]。

表2 葡萄糖氧化酶對全麥面團吹泡特性的影響Table 2 Effects of GOD on the alveograph properties of whole wheat dough

2.4 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭比容的影響

GOD對全麥饅頭比容的影響結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明,與空白組相比,葡萄糖氧化酶添加量為100 U/kg時,全麥饅頭的比容沒有顯著性變化,葡萄糖氧化酶添加量為300 U/kg時,全麥饅頭的比容達到3.18 mL/g,其比容增加了9.28%。當(dāng)添加葡萄糖氧化酶500 U/kg時,全麥饅頭的比容反而降低,說明適量的GOD可以增加全麥饅頭的比容,過量的GOD反而對其比容有負面影響。王雨生等[25]研究發(fā)現(xiàn)隨著葡萄糖氧化酶的添加,面包的比容逐漸增加,但當(dāng)葡萄糖氧化酶的添加量超過30 μL/kg 面粉時,面包比容明顯減小、硬度增大,與本實驗結(jié)果相近。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),添加GOD對面包體積有不同的影響,這些影響取決于使用的劑量[26-27]。

表3 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭比容的影響Table 3 Effects of GOD on specific volume of whole wheat CSB

2.5 葡萄糖氧化酶對全麥饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響

饅頭質(zhì)構(gòu)特性反應(yīng)其柔軟程度、咀嚼特性等,是饅頭品質(zhì)和可接受度的重要指標(biāo)。在一定范圍內(nèi),饅頭質(zhì)構(gòu)特性中的硬度、膠黏性和咀嚼性與饅頭的品質(zhì)成負相關(guān),值越大饅頭的口感越差;內(nèi)聚性和彈性與饅頭的品質(zhì)成正相關(guān),值越大饅頭的口感柔軟、不黏牙[28-29]。

添加GOD后全麥饅頭的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)如表4所示。由表4可知,添加一定量GOD后,全麥饅頭質(zhì)構(gòu)結(jié)果與空白對比表現(xiàn)出不同程度的改良效果,其中硬度、膠黏性以及咀嚼性明顯降低。當(dāng)GOD添加量300 U/kg,與空白組相比,饅頭硬度降低了38%,咀嚼性降低了40%;當(dāng)GOD添加量500 U/kg,與添加300 U/kg GOD饅頭的硬度、咀嚼性相比反而有所上升。在面團制作過程中,發(fā)現(xiàn)適當(dāng)添加GOD可使面團干爽并顯著改善饅頭的品質(zhì)。然而,過量添加不僅可以不能改善饅頭的品質(zhì),而且還可能使面團變硬和干燥,并且增加饅頭內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的粗糙度,與前人研究結(jié)果是一致的[30]。

表4 葡萄糖氧化酶的全麥饅頭質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 The effect of glucose oxidase on texture properties of whole wheat CSB

3 結(jié)論

將GOD添加到全麥粉中,會對全麥面團及全麥饅頭的品質(zhì)產(chǎn)生影響。整體來看,GOD(小于300 U/kg)的添加增加了全麥面團的穩(wěn)定時間、峰值粘度、保持粘度,表示面團的糊化穩(wěn)定性越好,同時面團淀粉回生特性(C5-C4)也有所增加,意味著淀粉回生作用也有所增強,表明GOD的加入在一定程度上改善了面團的熱機械學(xué)性質(zhì)。全麥面團的流變特性的研究結(jié)果表明,與空白對照組相比,GOD的添加量為300 U/kg時,全麥面團的彈性模量和粘性模量達到最大值,表明GOD的添加增強了全麥面團的固體性質(zhì),使面團的機械強度增大,GOD的添加量為500 U/kg時,全麥面團的彈性模量和粘性模量的值反而降低,說明適量的葡萄糖氧化酶可以改善全麥面團的流變學(xué)特性。全麥面團的吹泡特性研究結(jié)果表明適量的GOD使面團P值、L值、W值增加,當(dāng)GOD的添加量為300 U/kg時,與空白組相比,P值、L值、W值分別增加了19 mmH2O、2 mm、28 mJ,改善了全麥面團的韌性和延展性。全麥饅頭質(zhì)構(gòu)的結(jié)果表明,當(dāng)添加量小于300 U/kg時,饅頭的比容、硬度、咀嚼性以及黏附都隨著GOD添加量的增加而顯著降低,品質(zhì)得到改善,但是過量的GOD(500 U/kg)反而對其品質(zhì)有負面的影響,其中GOD添加量為300 U/kg時,改良的全麥饅頭的比容是最大的,比容到達3.18 mL/g,硬度與空白組相比也降低了38%。

因此,GOD的添加量為300 U/kg時,改善面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增加了全麥面團的黏彈性、持氣性,面團的這些變化可能是全麥饅頭品質(zhì)得到改善的重要原因,也為今后葡萄糖氧化酶對全麥制品品質(zhì)的改良方法提供一些依據(jù)。