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        面團(tuán)形成和發(fā)酵過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律及調(diào)控

        2021-03-17 08:25:28郭興鳳石長(zhǎng)碩董夢(mèng)飛趙方園
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2021年4期

        郭興鳳,石長(zhǎng)碩,閻 欣,任 聰,董夢(mèng)飛,趙方園

        (河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450001)

        0 引言

        小麥粉是面制品的主要原料,在形成面團(tuán)特別是面團(tuán)的發(fā)酵過程中其組分會(huì)發(fā)生諸多的變化,這些變化除了能使面團(tuán)產(chǎn)生良好的特性適應(yīng)饅頭等發(fā)酵面制品的加工需求外,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量也會(huì)發(fā)生變化,對(duì)食品感官、結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)有很大影響[1]。因此,明晰發(fā)酵過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化并進(jìn)行有效調(diào)控,是提升發(fā)酵面制品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵。

        目前,國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)發(fā)酵面制品的研究主要集中在制備工藝的優(yōu)化,如小麥粉的種類、酵母添加量、加水量、發(fā)酵溫度、環(huán)境相對(duì)濕度等[2-4],且主要以面制品的質(zhì)構(gòu)等感官特性作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[5-6],涉及面團(tuán)發(fā)酵工藝與營(yíng)養(yǎng)特性關(guān)系較少,尤其在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制方面缺乏系統(tǒng)的研究。

        因此,主要研究面團(tuán)形成和發(fā)酵過程中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的變化規(guī)律,探索面團(tuán)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)變化的內(nèi)在原因和外在因素,明確發(fā)酵過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化機(jī)制,在此基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行有效調(diào)控,以期為提升發(fā)酵面制品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        面粉,金苑特一粉,鄭州金苑面業(yè)有限公司提供;干酵母,安琪酵母股份有限公司提供。

        淀粉酶 (CAS#9001-19-8,4 000 μ/g),上海源葉生物科技有限公司提供;維B1和維B2標(biāo)準(zhǔn)品,北京索萊寶科技有限公司提供;維B1,鄭州康本生物科技有限公司提供;胰蛋白酶(1∶250)、胃蛋白酶(1∶3 000)、胰淀粉酶 (1∶10 000),Solarbio 公司提供;糖化酶(1∶100 000),北京奧博星生物技術(shù)有限公司提供。

        1.2 儀器設(shè)備

        SJJ-A06V1 型和面機(jī),小熊電器股份有限公司產(chǎn)品;LGJ-25C 型冷凍干燥機(jī),北京四環(huán)科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品;DMT-10A 型電動(dòng)家用壓面機(jī),山東龍口市復(fù)興機(jī)械有限公司產(chǎn)品;K9860 型全自動(dòng)凱氏定氮儀,海能儀器股份有限公司產(chǎn)品;Cary Eclipse 型熒光分光光度計(jì),美國(guó)VARIAN 公司產(chǎn)品;722S 型可見分光光度計(jì),上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 原料組分的測(cè)定

        蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、水分等,按照相應(yīng)的國(guó)標(biāo)方法測(cè)定。

        1.3.2 面團(tuán)的制作

        將酵母和水混合,活化6 min,加入面粉,和面7 min,使之形成表面光滑、內(nèi)部均勻的面團(tuán),取樣(未發(fā)酵面團(tuán));將制作好的面團(tuán)放于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中,發(fā)酵至規(guī)定時(shí)間后取樣(發(fā)酵面團(tuán))。為了便于保存和營(yíng)養(yǎng)組分的測(cè)定,發(fā)酵和未發(fā)酵面團(tuán)均冷凍干燥。干燥樣品粉碎至過80 目篩,于4 ℃下密封保存。

        1.3.3 面團(tuán)中維B1含量的測(cè)定

        參照GB 5009.84—2016 第二法熒光分光光度法。選擇制作維B1標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中含量,配制維B1質(zhì)量濃度分別為 0~0.20 μg/mL (間隔 0.02 μg/mL)標(biāo)準(zhǔn)系列工作液,按照樣品測(cè)定步驟測(cè)定吸光度。

        1.3.4 面團(tuán)中維B2含量的測(cè)定

        參照GB 5009.85—2016 第二法,熒光分光光度法中的標(biāo)準(zhǔn)曲線法。

        1.3.5 面團(tuán)發(fā)酵損失

        發(fā)酵損失由面團(tuán)發(fā)酵前后的質(zhì)量差的百分比表示[7]。

        1.3.6 可溶性糖含量的測(cè)定

        可溶性糖含量采用蒽酮比色法[8]。

        稱取0.4 g 樣品放入研缽,加入5 mL 蒸餾水研磨均勻,加入5 mL 蒸餾水將其全部移入離心管中,以轉(zhuǎn)速3 000 r/min 離心5 min;收集上清液,向離心管中再次加入5 mL 蒸餾水并攪拌沉淀物,離心,該操作重復(fù)2 次;合并上清液于50 mL 容量瓶中,定容,測(cè)定蔗糖、葡萄糖和果糖的含量。

        1.3.7 游離氨基酸含量的測(cè)定

        游離氨基酸含量測(cè)定采用茚三酮比色法[9]。取0.8 g 待測(cè)樣品準(zhǔn)確加入5%三氯乙酸溶液50 mL,攪拌均勻,靜置2 h,過濾,取上清液測(cè)定。用亮氨酸作為氨基酸標(biāo)樣配制標(biāo)準(zhǔn)溶液制備工作曲線。

        1.3.8 饅頭的制作

        維B1強(qiáng)化面粉的配制:選擇逐步稀釋法,每次稀釋10 倍,至維B1質(zhì)量濃度為5 mg/kg。

        按照酵母添加量1.0%,水添加量46%,發(fā)酵溫度35 ℃,發(fā)酵時(shí)間70 min 制作面團(tuán),分別蒸制成原面粉饅頭和維B1強(qiáng)化面粉饅頭。將發(fā)酵好的面坯蒸制20 min,?;? min 后取出饅頭,冷卻1 h 后切片或冷凍干燥,對(duì)饅頭的質(zhì)構(gòu)特性、營(yíng)養(yǎng)組分等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        1.3.9 饅頭品質(zhì)評(píng)價(jià)

        饅頭的比容表示為饅頭體積與饅頭質(zhì)量之比;高徑比用饅頭的直徑和高度比計(jì)算;使用WSC-S 色差計(jì)測(cè)量饅頭的L*、a*、b*值,每個(gè)樣品隨機(jī)選擇8 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定,每個(gè)處理取4 個(gè)樣品做平行試驗(yàn)。

        將蒸制的饅頭室溫冷卻1 h,切成15 mm 的薄片,物性儀測(cè)定其質(zhì)構(gòu)特性:P35 探頭,運(yùn)行模式壓縮;TPA 測(cè)定條件:測(cè)前速度3.0 mm/s,測(cè)試速度1.0 mm/s,測(cè)后速度1.0 mm/s,壓縮比50%,時(shí)間2 s,觸發(fā)力10 g。

        1.3.10 饅頭的體外消化試驗(yàn)

        饅頭中淀粉的體外消化試驗(yàn)參照文獻(xiàn)[10]的方法進(jìn)行,蛋白質(zhì)體外消化性試驗(yàn)參照相關(guān)文獻(xiàn)[11]的方法進(jìn)行。

        1.3.11 數(shù)據(jù)處理

        試驗(yàn)中的每個(gè)樣品至少重復(fù)3 次,試驗(yàn)結(jié)果表示為:平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。利用Excel 2010 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖,采用SPSS 16.0 的One-Way ANOVA 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,Duncan 法檢驗(yàn),p<0.05 檢測(cè)水平。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 試驗(yàn)原料組成成分

        面粉和酵母的主要組成成分見表1。

        表1 面粉和酵母的主要組成成分

        2.2 面團(tuán)形成和發(fā)酵發(fā)酵過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化規(guī)律及變化機(jī)制

        2.2.1 淀粉

        面團(tuán)中淀粉含量的變化見圖1。

        由圖1 可知,隨著酵母添加量的增加,未發(fā)酵面團(tuán)中的淀粉含量略有增加,發(fā)酵面團(tuán)中的淀粉含量均低于未發(fā)酵面團(tuán),發(fā)酵面團(tuán)之間無顯著性差異。

        酵母作為面團(tuán)發(fā)酵劑,添加越多對(duì)底物的需求量加大,底物分解成CO2和H2O 的量越多。

        面團(tuán)發(fā)酵損失見圖2。

        水添加量對(duì)未發(fā)酵面團(tuán)中的淀粉含量無顯著影響,發(fā)酵面團(tuán)中的淀粉含量則隨著加水量的增加顯著減少。面團(tuán)中的微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌通過水作為媒介來完成[12],水添加量會(huì)影響發(fā)酵面團(tuán)的酵母細(xì)胞增殖率[13],微生物數(shù)量的差異和面團(tuán)水分含量的不同導(dǎo)致發(fā)酵損失的不同。

        圖1 面團(tuán)中淀粉含量的變化

        發(fā)酵溫度越高,發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)酵面團(tuán)中的淀粉含量越低。發(fā)酵過程中面粉中的α -淀粉酶和β -淀粉酶,以及酵母在發(fā)酵過程中分泌的轉(zhuǎn)化酶將淀粉轉(zhuǎn)化為可被微生物利用的糖,為微生物的生長(zhǎng)繁殖和代謝提供了能量物質(zhì)。

        面團(tuán)的含水量除了影響淀粉酶的活性之外,對(duì)面團(tuán)中的微生物數(shù)量也會(huì)產(chǎn)生影響[14],一定程度上滿足了微生物繁殖對(duì)水的需求,促進(jìn)了面團(tuán)中微生物的繁殖。

        圖2 面團(tuán)發(fā)酵損失

        發(fā)酵溫度是發(fā)酵過程中酵母群落動(dòng)力學(xué)和代謝動(dòng)力學(xué)的重要決定因素[15],溫度過低或過高都影響酵母的生長(zhǎng)能力和發(fā)酵能力,進(jìn)而影響其淀粉的分解。因此,發(fā)酵溫度通過影響酵母菌和乳酸菌代謝、基質(zhì)的pH 值、面粉中α -淀粉酶和酵母分泌酶的活性影響面團(tuán)的水分含量和發(fā)酵質(zhì)量損失[16]。

        發(fā)酵期間面團(tuán)質(zhì)量損失主要來源于面團(tuán)發(fā)酵過程中消耗小分子的糖產(chǎn)生二氧化碳。由圖2 可知,面團(tuán)的發(fā)酵損失隨著酵母添加量、水添加量的增加和發(fā)酵溫度的升高顯著增加,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)呈增加的趨勢(shì)。這與發(fā)酵過程中淀粉含量的減少直接相關(guān)。

        2.2.2 游離糖含量

        游離糖含量變化見圖3。

        圖3 游離糖含量變化

        由圖3 可知,隨著面團(tuán)中酵母添加量和水添加量的增加及發(fā)酵溫度的增高,發(fā)酵面團(tuán)中的果糖、蔗糖、葡萄糖含量均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),與其不同的是,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),面團(tuán)中的葡萄糖含量在70 min出現(xiàn)最大值,之后逐漸減少。

        De Vuyst L 等人[17]發(fā)現(xiàn),葡萄糖和果糖的消耗與面團(tuán)中添加的酵母添加量呈正比。糖是微生物最好的碳源。在發(fā)酵過程中,面團(tuán)體系中的酶將淀粉降解為麥芽糖、葡萄糖、蔗糖、果糖供微生物利用,酵母利用碳水化合物為細(xì)胞的生長(zhǎng)提供碳骨架和自身活動(dòng)所需能量。發(fā)酵溫度增加,發(fā)酵面團(tuán)中各種酶的活性和酵母菌等微生物的繁殖率增加,對(duì)能量的需求隨之增加,使面團(tuán)中糖含量減少。

        2.2.3 蛋白質(zhì)

        蛋白質(zhì)含量的變化見圖4。

        由圖4 可知,隨著酵母添加量的增加,未發(fā)酵面團(tuán)和發(fā)酵面團(tuán)中的蛋白質(zhì)含量顯著增加,水添加量對(duì)未發(fā)酵面團(tuán)和發(fā)酵面團(tuán)中的蛋白質(zhì)含量均無顯著影響,但是隨著發(fā)酵溫度的提高和發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),發(fā)酵面團(tuán)中的粗蛋白含量均呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

        發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)含量的增加,主要有2 個(gè)方面的原因,一方面是因?yàn)榈矸酆康臏p少,面團(tuán)中的干物質(zhì)含量降低,導(dǎo)致粗蛋白含量的增加;另一方面是源于酵母的添加,由表1 可知,酵母中的粗蛋白含量高于面粉,當(dāng)酵母添加量增加時(shí),引入的氮含量增加,也使得測(cè)定的粗蛋白含量增加。

        2.2.4 游離氨基酸

        游離氨基酸的含量變化見圖5。

        由圖5 可知,未發(fā)酵面團(tuán)中的游離氨基酸含量隨著酵母添加量的增加而增加,發(fā)酵面團(tuán)中的游離氨基酸則逐漸降低,未發(fā)酵面團(tuán)和原料中的游離氨基酸含量無顯著性差異(p<0.05)。面團(tuán)發(fā)酵過程中酵母利用游離氨基酸作為氮源,消耗游離氨基酸。未添加酵母的發(fā)酵面團(tuán)中的游離氨基酸含量大于未發(fā)酵面團(tuán),是由于面粉中霉菌和細(xì)菌分泌的蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解[18]。發(fā)酵面團(tuán)中的游離氨基酸含量隨水添加量的增加緩慢下降,其中44%~48%的水添加量的發(fā)酵面團(tuán)中的游離氨基酸含量無顯著差異。

        氮源進(jìn)入酵母細(xì)胞主要是氨基酸及肽的形式,以肽透性酶為介質(zhì)[19]。因此,隨著發(fā)酵溫度的升高,微生物生長(zhǎng)繁殖速率增加,氨基酸作為微生物其氮源物質(zhì)消耗量增加。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),面團(tuán)發(fā)酵過程中氨基酸逐漸被酵母利用,游離氨基酸的含量也逐漸減少。

        2.2.5 維B1

        面團(tuán)中維B1含量的變化見圖6。

        由圖6 可知,隨著酵母添加量的增加,未發(fā)酵面團(tuán)和發(fā)酵面團(tuán)中的維B1含量均呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),而隨著水添加量的增加,發(fā)酵面團(tuán)和未發(fā)酵面團(tuán)中維B1的含量則呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),發(fā)酵溫度升高,發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),發(fā)酵面團(tuán)中維B1的含量均減少。Batifoulier F 等人[20]的研究表明,未發(fā)酵面團(tuán)中維B1含量損失達(dá)40%,酸面團(tuán)和酵母按不同比例混合制備的面包中維B1含量有不同程度的損失。Nurit E 等人[21]研究也表明,面團(tuán)形成和面團(tuán)發(fā)酵過程中維生素B1都出現(xiàn)了不同程度的損失。

        圖4 蛋白質(zhì)含量的變化

        2.2.6 維B2變化規(guī)律

        面團(tuán)中維B2含量的變化見圖7。

        圖5 游離氨基酸的含量變化

        由圖7 知,隨著酵母添加量的增加,未發(fā)酵面團(tuán)和發(fā)酵面團(tuán)中的維B2含量均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。發(fā)酵面團(tuán)的增加量高于未發(fā)酵面團(tuán),水添加量也具有相同的影響趨勢(shì)。發(fā)酵溫度的升高、發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)均增加了面團(tuán)中維B2的含量。一方面,戊糖磷酸代謝途徑(HMP)中合成維B2,且發(fā)酵溫度升高,有利于維B2的合成[22];另一方面,面粉本身的細(xì)菌、霉菌等生成了一定的維B2[23]。發(fā)酵損失同樣也在一定程度上增加面團(tuán)中的維B2的含量。

        2.3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)強(qiáng)化

        研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵過程中面團(tuán)中的維B1的含量顯著減少,為了提升發(fā)酵制品中維B1的含量,在面粉添加維B1強(qiáng)化面團(tuán)中的維B1,對(duì)發(fā)酵面團(tuán)及蒸制饅頭中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及饅頭品質(zhì)特性進(jìn)行評(píng)價(jià),明確其強(qiáng)化效應(yīng)。

        圖6 面團(tuán)中維B1 含量的變化

        圖7 面團(tuán)中維B2 含量的變化

        2.3.1 原料和成品中的維B1和維B2含量對(duì)比

        不同加工階段樣品中的維生素含量見圖8。

        由圖8 可知,在饅頭制作的工藝過程中,樣品中的維B1含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。與未強(qiáng)化面粉相比,維B1強(qiáng)化面粉的面團(tuán)和饅頭中的維B1含量均有一定比例的增加,而維B2的含量無明顯差異。

        2.3.2 饅頭的品質(zhì)評(píng)價(jià)

        原面粉和維B1強(qiáng)化面粉饅頭的比容、高徑比、質(zhì)構(gòu)特性均無顯著性差異,L 值減小,b*值增加,色澤稍微加深。維B1強(qiáng)化對(duì)饅頭在外觀和質(zhì)構(gòu)特性的影響極小。

        饅頭的比容、高徑比和色澤見表2。

        2.3.3 饅頭中淀粉和蛋白質(zhì)的體外消化率變化

        隨著消化時(shí)間的推移,還原糖含量表現(xiàn)出先快速上升后較為平緩最后又緩慢達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值的趨勢(shì),3 個(gè)階段點(diǎn)的時(shí)間區(qū)間為 0~20,20~120,>120 min,2 種饅頭的淀粉體外消化曲線無顯著區(qū)別,在消化前20 min 內(nèi)還原糖含量快速上升,20~120 min內(nèi)還原糖含量緩慢上升,之后趨于平穩(wěn)。

        圖8 不同加工階段樣品中的維生素含量

        表2 饅頭的比容、高徑比和色澤

        饅頭中淀粉和蛋白質(zhì)的體外消化率見圖9。

        利用胃蛋白酶-胰酶法模擬人體胃部和胰腺消化環(huán)境進(jìn)行蛋白質(zhì)的體外消化試驗(yàn)。前120 min 加入的是胃蛋白酶,后120 min 加入的是胰蛋白酶。前120 min 體系中的水溶性氮含量緩慢上升,加入胰蛋白酶后水溶性氮含量先快速上升之后趨于平緩。原面粉饅頭和維B1強(qiáng)化面粉饅頭蛋白質(zhì)體外消化率無顯著差異。

        3 結(jié)論

        面團(tuán)形成和發(fā)酵條件對(duì)面團(tuán)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量有顯著影響,面團(tuán)發(fā)酵過程中監(jiān)控的4 種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量變化最大的是維B1和維B2,其次是蛋白質(zhì)含量和淀粉含量。蛋白質(zhì)含量在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),淀粉含量則降低;發(fā)酵過程中面團(tuán)中維B1含量顯著性降低,面團(tuán)的維B2含量顯著性增加。采用維B1強(qiáng)化面粉制作的饅頭,其維B2含量無顯著變化,感官特性和體外消化特性無明顯改變。維B1的添加強(qiáng)化了饅頭的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

        圖9 饅頭中淀粉和蛋白質(zhì)的體外消化率

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