石晶紅,朱效兵,郭淑文,李云玲
(河套學(xué)院農(nóng)學(xué)系,內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000)
玉米是世界上公認(rèn)的黃金作物,作為雜糧因其營養(yǎng)豐富常被加入到傳統(tǒng)主食中。由于玉米不含面筋蛋白,加工過程中難以形成面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),粘彈性欠佳,柔韌性差,造成玉米粉食用口感粗糙,品質(zhì)較差[1],使得玉米粉在面制品中利用率偏低。要提高玉米的利用率就需要對玉米進(jìn)行改性,通常采用物理、化學(xué)和生物的方法來改變玉米粉的理化性質(zhì)。擠壓膨化技術(shù)是一種集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化及成型于一體的高溫短時的加工方法,被稱為21世紀(jì)食品加工領(lǐng)域的高新技術(shù)之一[2]。已有研究表明,膨化后的玉米淀粉具有冷黏性[3],可以使面團(tuán)性質(zhì)提高[4]。劉書航[5]研究了膨化玉米粉對小麥粉糊化特性、冷黏性及面團(tuán)黏性特征的影響,未研究其對小麥粉粉質(zhì)特性和成品品質(zhì)的影響。劉衛(wèi)光[6]研究了膨化玉米粉對油條面團(tuán)流變學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)及油條品質(zhì)的影響,未與玉米粉進(jìn)行對比研究。劉婷婷[7]僅研究了膨化玉米粉對面包品質(zhì)的影響。以玉米粉和擠壓膨化玉米粉為原料,對比研究其對小麥粉粉質(zhì)特性、糊化特性以及對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響尚未見報道。擠壓膨化原料粉可顯著改善面團(tuán)及最終產(chǎn)品的品質(zhì),不同原料粉的性質(zhì)不同,對面團(tuán)的影響也不同。即使是同一種原料,由于操作參數(shù)不同擠出物產(chǎn)品特性也有所不同。本試驗擬將玉米粉和擠壓膨化玉米粉分別添加到小麥粉中,分析其對小麥面團(tuán)粉質(zhì)特性、糊化特性以及對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響,不僅可以了解玉米粉擠壓膨化前后對小麥粉加工品質(zhì)的影響,還可為擠壓膨化玉米粉在傳統(tǒng)發(fā)酵面制品上的應(yīng)用提供依據(jù)。
1.1 原料
河套雪多用途小麥粉(濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)29.3%),內(nèi)蒙古恒豐食品工業(yè)股份有限公司。玉米粉,山東省滕州市興龍食品有限公司。膨化玉米粉,由玉米粉擠壓膨化,經(jīng)烘干、粉碎,過80 目篩得到膨化玉米粉。擠壓膨化參數(shù):三區(qū)溫度分別為Ⅰ區(qū)50 ℃,Ⅱ區(qū)120 ℃,Ⅲ區(qū)150 ℃,螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min(24 Hz),喂料轉(zhuǎn)速112.5 r/min(15 Hz),旋切刀轉(zhuǎn)速67.5 r/min(9 Hz)。
1.2 儀器與設(shè)備
JP-300B 高速多功能食品粉碎機,永康市久品工貿(mào)有限公司;Mixolab 混合實驗儀,法國肖邦公司;Tecmaster 型快速粘度分析儀(RVA),澳大利亞NewportScientific 儀器公司;ALC-110.4 精密電子天平,賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;BD(E2)型熱風(fēng)循環(huán)烘箱,Binder 儀器公司;DS32-IIA 雙螺桿擠壓機,中國濟(jì)南賽信機械有限公司;TX-XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀,Stable Micro Systems,Scarsdale,NY,USA;和面機,廣州市宏陽鑄造有限公司。
1.3 試驗方法
1.3.1 營養(yǎng)成分的測定
水分測定:參照GB/T 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》;灰分測定:參照GB/T 5009.4-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》;蛋白質(zhì)測定:參照GB/T 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》;脂肪測定:參照GB/T 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》;淀粉測定:參照GB/T 5009.9-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測定》;膳食纖維的測定:參照GB 5009.88-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膳食纖維的測定》。
1.3.2 小麥粉粉質(zhì)特性的測定
將玉米粉和小麥粉混合均勻,配成玉米粉添加量分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%的混合粉,采用Mixolab 混合實驗儀測定混合粉吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、蛋白質(zhì)弱化度等指標(biāo)[8,9]。
1.3.3 小麥粉糊化特性的測定
將玉米粉和小麥粉混合均勻,配成玉米粉添加量分別為0%、5%、10%、15%、20%、25%的混合粉,采用快速黏度分析儀(RVA),依照AACC76-21 的方法測定[10]。
1.3.4 饅頭的制作工藝
將稱量好的原輔料攪拌均勻后,加30 ℃的溫水和面,用和面機和面15 min,然后將面團(tuán)放入溫度為30 ℃、濕度為70%的發(fā)酵箱中發(fā)酵。取出發(fā)酵好的面團(tuán),反復(fù)揉面團(tuán),揉制成型后靜置15 min。將經(jīng)過醒發(fā)的饅頭坯放入蒸煮鍋中,待水煮沸后,蒸25 min 即可。
1.3.5 饅頭質(zhì)構(gòu)特性的測定
采用質(zhì)構(gòu)儀測定饅頭的各個指標(biāo)。試驗前將冷卻好的饅頭切成厚度20 mm 的均勻薄片,采用P32 壓盤式探頭。測試條件:測前速度為2.00 mm/s,測試速度為5.00 mm/s;測后速度為5.00 mm/s;壓縮程度為50%,觸發(fā)力5 g,壓縮間隔時間為5 s。
1.3.6 數(shù)據(jù)處理
利用SPSS 13.0 對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及相關(guān)分析。
2.1 玉米粉的營養(yǎng)成分及含量
表1 玉米粉營養(yǎng)成分及含量(g/100 g)Table 1 Nutritional components and content of corn flour
表2 玉米粉對小麥粉粉質(zhì)特性的影響Table 2 The effect of corn flour on the farinograph characteristics of wheat flour
由表1 可知,玉米粉經(jīng)過擠壓膨化處理后,水分、蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉含量分別下降5.33、1.14、1.18、4.90 g,膳食纖維含量增加2.10 g,灰分含量基本保持不變。擠壓膨化后玉米粉水分含量下降,是因為擠壓膨化過程中的高溫使水分迅速蒸發(fā)導(dǎo)致的。在高溫、高壓、高剪切力作用下,蛋白質(zhì)變性且高級結(jié)構(gòu)被破壞,部分降解為低分子量的胨、肽及氨基酸,并與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng);淀粉發(fā)生不可逆的α化作用降解生成麥芽糊精和小分子寡糖[11];脂肪部分水解而生成的甘油和游離脂肪酸會與淀粉和蛋白質(zhì)生成淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物和蛋白質(zhì)-脂質(zhì)復(fù)合物,還有部分脂肪作為潤滑劑隨水蒸氣的汽化而揮發(fā),因此造成蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉含量的減少。膳食纖維含量增加與毋修遠(yuǎn)[12]等人的研究結(jié)果一致,有關(guān)膳食纖維含量的變化國內(nèi)外文獻(xiàn)報道存在一定的差異,但一致認(rèn)為擠壓膨化后產(chǎn)品可溶性膳食纖維含量增加,這主要是因為高溫、高壓、高剪切的作用使不溶性的纖維素大分子間的化學(xué)鍵斷裂,分子發(fā)生裂解及極性變化所致。
2.2 擠壓膨化玉米粉對小麥粉粉質(zhì)特性的影響
由表2 可知,膨化玉米粉添加量增加到25%時,面團(tuán)吸水率升高6.72%,穩(wěn)定時間下降82.64%,蛋白質(zhì)弱化度升高60.78%,形成時間下降88.37%。膨化玉米粉面團(tuán)的吸水率顯著增大(p<0.05),與玉米粉呈現(xiàn)出的逐漸減小的趨勢相反。這可能是擠壓膨化過程中破損淀粉含量增加,淀粉吸水糊化,導(dǎo)致面團(tuán)的吸水率變大;也可能是玉米經(jīng)過擠壓膨化加工后,質(zhì)地疏松、體積變大,使其具有很強的吸水力,從而使吸水率變大。與對照相比,添加玉米粉后面團(tuán)吸水率隨添加量的增加呈下降趨勢,可能是玉米粉中蛋白吸水能力比面筋蛋白差導(dǎo)致的,也可能是玉米粉的吸水率相對較低造成的。
穩(wěn)定時間越長面團(tuán)的韌性越好,面筋強度越大[13]。與對照相比,添加玉米粉使面團(tuán)的形成時間、穩(wěn)定時間減小,蛋白質(zhì)弱化度增大,這與張慶霞[14]、劉衛(wèi)光等人的研究結(jié)果一致。這是由于玉米粉不含有面筋蛋白,隨著玉米粉添加量的增大,面團(tuán)中面筋蛋白含量下降,破壞了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),不僅降低了面團(tuán)穩(wěn)定性,還可使混合粉能快速形成面團(tuán),導(dǎo)致面團(tuán)形成時間和穩(wěn)定時間下降,蛋白質(zhì)弱化度增加。當(dāng)添加量相同時,擠壓膨化玉米粉對面團(tuán)的穩(wěn)定時間和蛋白弱化度的影響顯著的大于玉米粉,可能是玉米粉在高溫、高壓及強大的機械剪切力的作用下物料組分發(fā)生了變化,使其對面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞作用較大[15]。當(dāng)玉米粉添加量為20%,膨化玉米粉為15%時,面團(tuán)干硬、粗糙,和面時較難成型,故玉米粉添加量不宜超過20%,膨化玉米粉不宜超過15%。
2.3 擠壓膨化玉米粉對小麥粉糊化特性的影響
由表3 可知,膨化玉米粉添加量增加到25%時,峰值黏度降低55.60%、低谷黏度降低60.91%、最終黏度降低58.41%;隨著玉米粉添加量的增加,峰值黏度降低8.43%、低谷黏度降低8.82%、最終黏度升高1.28%。與玉米粉相比,擠壓膨化玉米粉可顯著的降低淀粉的黏度(p<0.05),這一結(jié)果與Martinez[16]、Patil[17]的研究一致。這是由于擠壓過程中的高壓高剪切作用使玉米粉糊化,并將淀粉顆粒由先前的大分子物質(zhì)降解為小分子物質(zhì),使得所得產(chǎn)品黏度變低[18]。也可能是在擠壓膨化過程中使玉米粉顆粒破碎呈片狀結(jié)構(gòu),在糊化過程中,膨化玉米粉的加入減少了淀粉顆粒的穿插纏繞現(xiàn)象,致使糊化黏度降低[19]。
劉書航研究指出玉米粉高添加量(10%、15%)使玉米-小麥粉的回生值顯著增加(p<0.05),但混粉的衰減值無顯著性差異(p>0.05)。本研究結(jié)果顯示,隨著玉米粉添加量的增大,回生值和崩解值顯著增大(p>0.05)??赡苁怯衩椎矸酆笈c水結(jié)能力弱,使小麥粉淀粉糊的熱穩(wěn)定性變差。與玉米粉相比,擠壓膨化玉米粉的加入使混合粉的崩解值、回生值顯著減?。╬<0.05),這與劉書航研究一致。隨著膨化玉米粉添加量的增加,崩解值降低34.07%、回生值降低50.43%。崩解值越小,表示淀粉糊的熱穩(wěn)定性越好,說明擠壓膨化玉米粉的加入使小分子顆粒間的結(jié)合更加緊密,在吸水膨脹過程中小分子顆粒不容易脹破[20],改善了小麥粉的熱穩(wěn)定性,使其抗剪切力和耐攪拌力增強[21]?;厣蹬c淀粉的重新排列有關(guān),回生值越高,淀粉越容易老化。擠壓膨化混合粉的回生值顯著降低,是由于玉米粉在擠壓膨化處理過程中淀粉鏈斷裂,導(dǎo)致其在糊化降溫過程中重新排列締合的能力減弱??梢?,添加擠壓膨化玉米粉能抑制淀粉老化,延長產(chǎn)品的貨架期。
表3 玉米粉對小麥粉糊化特性的影響Table 3 The effect of corn flour on gelatinization characteristics of wheat flour
表4 玉米粉對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4 The effect of corn flour on texture characteristics of steamed bread
表5 玉米-小麥粉面團(tuán)特性與饅頭質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性Table 5 Correlation between the dough characteristics of corn-wheat flour and the texture characteristics of steamed bread
表6 擠壓膨化玉米-小麥粉面團(tuán)特性與饅頭質(zhì)構(gòu)特性的相關(guān)性Table 6 Correlation between the dough characteristics of extruded corn meal-wheat flour and the texture characteristics of steamed bread
2.4 擠壓膨化玉米粉對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響
馮世德[22]的研究指出玉米粉添加量在15~20 g時,與對照組相比,饅頭硬度無顯著差異;彈性增加,且差異顯著;內(nèi)聚性、咀嚼性及黏附性變化不顯著。本研究結(jié)果顯示,隨著玉米粉添加量的增加,饅頭硬度增加58.41%、彈性下降 5.15%、內(nèi)聚性下降12.50%、回復(fù)性下降10.87%、咀嚼性增加39.58%??梢姡砑佑衩追蹖︷z頭質(zhì)構(gòu)特性影響很大。饅頭的品質(zhì)逐漸下降,這可能是由于玉米粉中不含面筋蛋白,缺乏粘彈性,影響了面團(tuán)的彈性和延展性;也可能是玉米粉中的蛋白質(zhì)影響了面筋結(jié)構(gòu)中的二硫鍵的形成,破壞了面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu),使得饅頭的彈性減小,硬度增加[23]。
饅頭的彈性、內(nèi)聚性在膨化玉米粉添加量為10%時最大,且顯著的高于對照(p<0.05),之后隨添加量的增大彈性和內(nèi)聚性分別下降3.09%、3.41%。硬度、膠著性和咀嚼性在膨化玉米粉添加量為20%時與對照無顯著差異,而回復(fù)性在膨化玉米粉添加量為25%時,仍顯著的高于對照(p<0.05)。當(dāng)添加量相同時,擠壓膨化玉米粉饅頭的質(zhì)構(gòu)特性顯著的優(yōu)于玉米粉饅頭(p<0.05)。硬度數(shù)值越大,饅頭品質(zhì)越差,而彈性值與成品的品質(zhì)成正相關(guān),在小麥粉中添加適量膨化玉米粉可以降低饅頭的硬度,與劉婷婷和劉衛(wèi)光的研究結(jié)果類似。這可能與膨化玉米粉的持水性增大有關(guān),膨化玉米粉的持水性可延緩淀粉的老化,減小饅頭的硬度,同時增大了饅頭的彈性和回復(fù)性;過量的膨化玉米粉使面筋蛋白含量降低,不利于面筋結(jié)構(gòu)的形成,饅頭內(nèi)部氣孔大而粗糙,使其硬度增大,回復(fù)性降低,饅頭的質(zhì)構(gòu)特性變差。
當(dāng)添加量相同時,擠壓膨化玉米粉饅頭黃色較深,Marti 等[24]認(rèn)為高溫加熱是產(chǎn)品色澤變深的主要原因。這主要是由于玉米粉在擠壓膨化過程中,淀粉類物質(zhì)在高溫的作用下發(fā)生糊化和降解,與物料中的蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng),導(dǎo)致玉米粉的顏色變深。此外,擠壓過程中發(fā)生美拉德反應(yīng),不僅促進(jìn)淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物和蛋白質(zhì)-脂質(zhì)復(fù)合物生成,還可降低脂肪氧化的速度和程度,從而改善產(chǎn)品口感,延長食品貨架期[11]。
2.5 相關(guān)性分析
由表5 可知,與除最終黏度外,饅頭的質(zhì)構(gòu)特性與玉米-小麥混合粉面團(tuán)的其他參數(shù)存在顯著的相關(guān)性(p<0.05),其中內(nèi)聚性的相關(guān)性較差;玉米粉的添加量與硬度、膠著性、咀嚼性呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01),與彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性呈極顯著的負(fù)相關(guān)(p<0.01)。
由表6 可知,除饅頭的彈性、內(nèi)聚性與吸水率、糊化溫度無相關(guān)性外,饅頭的質(zhì)構(gòu)特性與擠壓膨化玉米-小麥混合粉面團(tuán)的其他參數(shù)存在顯著的相關(guān)性(p<0.05),其中硬度的相關(guān)性最高,彈性的相關(guān)性較差;硬度、膠著性和咀嚼性與形成時間、穩(wěn)定時間及糊化特性呈顯著的負(fù)相關(guān)(p<0.05),而彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性與其呈顯著的正相關(guān)(p<0.05),所呈現(xiàn)的規(guī)律與玉米粉不一致。擠壓膨化玉米粉的添加量與硬度、膠著性、咀嚼性呈極顯著的正相關(guān)(p<0.01),與彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性呈極顯著的負(fù)相關(guān)(p<0.01),所呈現(xiàn)的規(guī)律與玉米粉一致。
3.1 在小麥粉中加入玉米粉和擠壓膨化玉米粉,可對面團(tuán)的粉質(zhì)特性和糊化特性以及饅頭的質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生不同程度的影響。與玉米粉相比,擠壓膨化玉米粉不僅能夠顯著提高面團(tuán)的吸水率,增加蛋白質(zhì)的弱化度,縮短穩(wěn)定時間,降低小麥粉糊化黏度、崩解值和回生值,還能夠顯著提高饅頭的彈性、回復(fù)性和內(nèi)聚性,降低饅頭的硬度、膠著性和咀嚼性。擠壓膨化玉米粉添加量為10%時,饅頭的彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性最大,硬度顯著的低于對照組,饅頭的口感柔軟、筋道,爽口不黏牙,品質(zhì)最好。與玉米粉相比,擠壓膨化玉米粉不僅可以改善小麥粉的熱穩(wěn)定性,延緩面團(tuán)的老化,也可改善饅頭的品質(zhì)。
3.2 玉米粉添加量、混合粉的粉質(zhì)特性、糊化特性與饅頭的質(zhì)構(gòu)特性顯著相關(guān)。與玉米混合粉不同,擠壓膨化玉米混合粉的最終黏度與饅頭的質(zhì)構(gòu)特性存在顯著的相關(guān)性。可通過混合粉的粉質(zhì)特性、糊化特性對饅頭的質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行預(yù)測。研究擠壓膨化玉米粉對小麥粉面團(tuán)特性及饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響,可為擠壓膨化玉米粉在發(fā)酵面制品中的應(yīng)用提供依據(jù)。此外,不同擠壓膨化工藝下的擠壓膨化玉米粉對小麥粉加工品質(zhì)的影響,還有待于進(jìn)一步研究。