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        改良劑對面團熱機械學(xué)特性的影響

        2022-01-05 01:11:40黃文雄
        糧食與飼料工業(yè) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:豆膠瓜爾改良劑

        李 操,程 科,黃文雄

        (國糧武漢科學(xué)研究設(shè)計院有限公司,湖北 武漢 430079)

        掛面是我國最常見的主食之一,其歷史悠久,具有制作簡單、美味可口等優(yōu)點。掛面中主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類物質(zhì)等,能夠提供人體所需營養(yǎng)物質(zhì),深受消費者的喜愛。隨著人們生活水平的提高,消費者越來越看重掛面以及面制品的品質(zhì)和口感,如軟硬適中、彈性較好、有嚼勁等[1]。小麥粉生產(chǎn)掛面的原料,所以其品質(zhì)是掛面質(zhì)量的基礎(chǔ)。我國小麥粉中蛋白質(zhì)含量普遍較低,面筋質(zhì)量較差,導(dǎo)致面條品質(zhì)差,易出現(xiàn)不耐煮、易斷條、易糊湯、口感較差等問題[2-4]。

        隨著食品行業(yè)的快速發(fā)展,食品添加劑已成為現(xiàn)代食品工業(yè)中不可缺少的輔料,廣泛應(yīng)用在各種食品的生產(chǎn)加工中[5]。目前,在我國被允許使用的食品添加劑共有20多種類型,有2 000多個品種[6]。面制品常見的面團改良劑包括六大類,分別為營養(yǎng)強化劑類、淀粉類、凝膠多糖類、乳化劑類、無機鹽類、酶制劑類。它們能夠不同程度的改善面條的營養(yǎng)品質(zhì)、烹煮品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性、保鮮防腐等性能指標(biāo),因此其在生產(chǎn)高品質(zhì)掛面中被廣泛使用[7]。改良劑的添加方式可根據(jù)不同的需要自行搭配,有時單一改良劑的作用有限,就會將幾種不同作用的改良劑復(fù)配使用,進而提高其改良效果[8]。通過測定改良劑對小麥粉及面團的熱機械學(xué)特性、粉質(zhì)特性和糊化特性等方面的影響,深入探究其對掛面的改良效果及作用機理,為食品改良劑在面條工業(yè)中的合理添加使用,提供進一步的指導(dǎo),從而推動面條行業(yè)發(fā)展[9]。

        我們主要探究大豆蛋白粉、木薯變性淀粉及瓜爾豆膠這3種改良劑在不同添加量的條件下對掛面生產(chǎn)中面團的吸水率、穩(wěn)定時間、蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉回生特性的影響,得出改良效果最佳的添加量,進行正交實驗,從而獲得最優(yōu)的改良復(fù)配方案。

        1 材料與方法

        1.1 實驗材料

        香滿園優(yōu)質(zhì)特一小麥粉,益海嘉里(鄭州)食品有限公司;大豆蛋白粉、木薯變性淀粉、瓜爾豆膠,河南萬邦化工科技有限公司。

        1.2 實驗儀器

        Mixolab混合試驗儀,法國肖邦公司;AL204電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;YP2001N電子天平,上海菁海儀器有限公司;MB23水分測定儀,奧豪斯儀器(常州)有限公司。

        1.3 實驗方法

        1.3.1面團熱機械學(xué)特性的測定

        先將3種改良劑(大豆蛋白粉、木薯變性淀粉、瓜爾豆膠)以不同的添加量分別與小麥粉混合均勻后測定其水分含量,然后使用Mixolab混合試驗儀測定混合面團,并測定其熱機械學(xué)特性的各項指標(biāo)。

        實驗參數(shù)采用混合試驗儀自帶Chopin+協(xié)議,基數(shù)14%(b14),面團質(zhì)量默認(rèn)為45 g,面團的扭矩以(1.0±0.05)N·m為標(biāo)準(zhǔn)。然后按照扭矩1.0 N·m的要求加入一定量的水,測試條件:測試的初始溫度為30℃,攪拌8 min;再以4 ℃/min的速度升溫到90℃,保持7 min;再以4 ℃/min的速度降溫到50℃,保持5 min,整個過程中的揉混速度始終為80 r/min,總時間為45 min。表1為混合試驗儀所測定的指標(biāo)及其含義。

        表1 Mixolab 混合試驗儀

        1.3.2單因素實驗設(shè)計

        以蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉回生特性為指標(biāo),依次考察3種改良劑對面團熱機械學(xué)特性的影響。其添加水平分別為:大豆蛋白粉(0、2%、4%、6%、8%、10%)、木薯變性淀粉(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)、瓜爾豆膠(0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)。

        1.3.3改良劑復(fù)配實驗設(shè)計

        根據(jù)3種改良劑對面團熱機械學(xué)特性影響的結(jié)果分析,篩選出大豆蛋白粉、木薯變性淀粉和瓜爾豆膠的最優(yōu)添加量,設(shè)計正交實驗,由此獲得改良劑的最佳復(fù)配比。

        1.3.4數(shù)據(jù)處理與分析

        實驗均重復(fù)3次,取平均值,使用SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)的方差分析及顯著性檢驗。使用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理分析和繪圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

        2.1.1大豆蛋白粉添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

        吸水率反映小麥粉各組成成分的吸水性,也是衡量小麥粉生產(chǎn)和加工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

        由表2可以看出,大豆蛋白粉的添加會對面團的吸水率產(chǎn)生顯著影響。面團吸水率隨大豆蛋白粉添加量的增加而顯著增大(P<0.05),可能是因為蛋白質(zhì)有良好的吸水性,加入了大豆蛋白粉后,混合粉中蛋白質(zhì)含量增大,故混合粉的吸水率上升。

        表2 大豆蛋白粉對面團熱機械學(xué)特性的影響

        面團穩(wěn)定時間反映了面團揉制阻力,是衡量小麥粉粉質(zhì)特性的重要指標(biāo),一般來說,粉質(zhì)指數(shù)與穩(wěn)定時間呈正相關(guān)關(guān)系。在實際加工過程中,面團的穩(wěn)定時間并不是越長越好,如果穩(wěn)定時間太長易導(dǎo)致面團筋力過強,在掛面壓片切條時,容易收縮變厚,烹飪后外觀顏色較差,質(zhì)地過硬;反之,穩(wěn)定時間太短時,掛面易拉長變薄、不耐煮和咀嚼性較差。一般掛面類產(chǎn)品的面團穩(wěn)定時間為3~5 min,不同的掛面產(chǎn)品對穩(wěn)定時間有不同的要求[10]。添加大豆蛋白粉對面團穩(wěn)定時間產(chǎn)生顯著影響(P<0.05),面團的穩(wěn)定時間隨著大豆蛋白粉的添加量而逐漸增大,當(dāng)添加量為8%時,穩(wěn)定時間已達(dá)到7.54 min,適當(dāng)添加大豆蛋白粉能夠顯著增加面團的筋力,從而提高掛面的品質(zhì);但過長,則會產(chǎn)生負(fù)面影響。

        面團的弱化度反映了面團在攪拌過程中能夠承受機械攪拌的程度,弱化度值越大,面團越黏,彈性越差,添加大豆蛋白粉對蛋白質(zhì)弱化度無顯著影響,但當(dāng)添加量為6%時,蛋白質(zhì)弱化度最低為0.62 N·m,當(dāng)添加量超過6%后,弱化度呈增加趨勢,可能是因為大豆蛋白粉與面筋蛋白的混合物互相作用形成一個整體,從而提高了面團的耐揉性和耐攪拌力[11]。

        C3是面團在糊化過程中的最大扭矩,隨著大豆蛋白粉添加量的增加,C3呈先降低后升高的趨勢。蒸煮穩(wěn)定性指在90℃保溫過程中,C4與C3的比值,值越大,則說明面團的蒸煮穩(wěn)定性越強,隨著添加量的增加,面團的蒸煮穩(wěn)定性呈先增大后減小趨勢,在添加量為6%時,蒸煮穩(wěn)定性達(dá)到最大值。C5-C4值表示淀粉回生特性,淀粉回生是指糊化淀粉在逐漸冷卻過程中,分子動能降低,相鄰分子間致密而高度晶化的淀粉分子微束失去了溶解性,C5-C4值越小,說明淀粉回生的可能性越小。淀粉的回生特性通常用來描述直鏈淀粉的重結(jié)晶性??梢钥闯?,添加了大豆蛋白粉后,淀粉回生特性逐漸降低,說明添加大豆蛋白粉能夠抑制淀粉老化,Marcoa等[12]也得到了相同的結(jié)果。

        在大豆蛋白粉添加量為6%時,蛋白質(zhì)弱化度最小,說明面團彈性較好;蒸煮穩(wěn)定性在此添加量下達(dá)到最大為1.04;與空白組相比,淀粉回生特性也顯著降低。綜合來說,6%的大豆蛋白粉的加入能夠較好的改善面團品質(zhì)。

        2.1.2木薯變性淀粉添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

        木薯變性淀粉對面團熱機械學(xué)特性的影響見表3。

        表3 木薯變性淀粉對面團熱機械學(xué)特性的影響

        由表3可以看出,隨著木薯變性淀粉添加量的增加,面團吸水率和穩(wěn)定時間均先增大后減小,在添加量為1.2%時分別達(dá)到最大值59.5%和5.40 min,說明木薯變性淀粉的適當(dāng)加入可以提高面團的加工性能,改善面團的品質(zhì)。這是因為木薯變性淀粉具有良好的吸水性,適當(dāng)添加易與蛋白質(zhì)結(jié)合形成良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使得面團韌性變好。加入木薯變性淀粉對C1-C2蛋白質(zhì)的弱化度和α值沒有顯著影響(P>0.05)。

        隨著添加量的增加,C4∶C3蒸煮穩(wěn)定性呈先增大后減小的趨勢,說明木薯變性淀粉的適量加入能夠增加面團的蒸煮穩(wěn)定性。C5-C4淀粉熱回生特性無顯著規(guī)律性,但是和空白組相比,回生特性都稍有增高,且試驗組的淀粉熱回生特性之間無顯著性差異(P>0.05)。目前,人們普遍認(rèn)為,淀粉中支鏈淀粉結(jié)晶是影響淀粉糊化和老化的主要原因,支鏈淀粉晶體融熔溫度是55~65℃,當(dāng)溫度升高時,可消除淀粉的回生老化現(xiàn)象。因此,解決淀粉老化回生的問題可以通過抑制或消除支鏈淀粉結(jié)晶。在淀粉老化過程中,可能支鏈淀粉結(jié)晶速率受直鏈淀粉分子含量的影響較大,即高含量的直鏈淀粉分子可能顯著促進支鏈淀粉的結(jié)晶速率,但這一結(jié)論尚未得到證實[13]。隨著木薯變性淀粉添加量的增加,直鏈淀粉的含量也會逐漸增加,可能這會促進支鏈淀粉的結(jié)晶速率,從而使得淀粉回生特性稍有偏高。

        在木薯變性淀粉添加量為1.2%時,蒸煮穩(wěn)定性達(dá)到最大;與空白組相比,淀粉回生特性稍有升高。綜合來看,添加量為1.2%時,面團品質(zhì)相對較好。

        2.1.3瓜爾豆膠添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

        瓜爾豆膠對面團熱機械學(xué)特性的影響見表4。

        表4 瓜爾豆膠對面團熱機械學(xué)特性的影響

        由表4可以看出,隨著瓜爾豆膠添加量的增加,面團的吸水率呈逐漸下降趨勢。與空白試驗組相比,穩(wěn)定時間呈不同程度的增加,說明面筋強度均比空白組要強。由于瓜爾豆膠是一種中性親水膠體,吸水后多糖分子不僅分子間交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò),還能與面筋蛋白間相互作用,從而提升了面團的耐攪拌性。

        加入瓜爾豆膠后,蛋白質(zhì)弱化度呈顯著下降趨勢(P<0.05),說明加入瓜爾豆膠后使得面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,各個組分結(jié)合更加緊密,面筋的強度增大,從而使得面團中蛋白質(zhì)不易被弱化。但是面筋強度并不是越強越好,過強反而會影響掛面的適口性。蒸煮穩(wěn)定性隨著添加量的增加呈顯著增加趨勢(P<0.05)。添加量對淀粉回生特性無顯著影響(P>0.05),在添加量為0.6%時,回生特性由0%時的1.70增至1.75,隨后,逐漸呈下降趨勢。

        與空白組相比,在瓜爾豆膠添加量為0.9%時,蛋白質(zhì)弱化度和蒸煮穩(wěn)定性均有所改善。綜合來看,添加0.9%瓜爾豆膠能較好的改善面團品質(zhì),同時用量也相對較少,節(jié)約成本。

        2.2 改良劑復(fù)配實驗結(jié)果與分析

        根據(jù)單因素實驗結(jié)果,分別選取大豆蛋白粉添加量4%、6%、8%;木薯變性淀粉添加量0.8%、1.2%、1.6%;瓜爾豆膠添加量0.6%、0.9%、1.2%做正交實驗,以蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉熱回生特性性作為評價指標(biāo),設(shè)計L9(34)的正交試驗(見表5),確定改良劑復(fù)配的最佳配方。

        表5 正交因素設(shè)計因素水平表

        2.2.1正交實驗結(jié)果與分析

        正交實驗設(shè)計方案及結(jié)果見表6。

        由表6可知,對于面團的蛋白質(zhì)弱化度和蒸煮穩(wěn)定性結(jié)果可得最佳試驗條件為第5號試驗,即A2B2C3,即大豆蛋白粉為6%、木薯變性淀粉為1.2%,瓜爾豆膠為1.2%;對于淀粉熱回生特性結(jié)果可得最佳試驗條件為第8號試驗,即A3B2C1,即大豆蛋白粉為8%、木薯變性淀粉為1.2%,瓜爾豆膠為0.6%。

        表6 正交設(shè)計方案及結(jié)果

        2.2.2正交實驗極差分析

        根據(jù)極差分析結(jié)果可知,各因素對面團熱機械學(xué)特性影響程度有所不同,影響蛋白質(zhì)弱化度主次順序為:瓜爾豆膠>大豆蛋白粉>木薯變性淀粉,最佳因素水平為A2B2C3;影響蒸煮穩(wěn)定性主次順序為:大豆蛋白粉>瓜爾豆膠>木薯變性淀粉,最佳因素水平為A2B2C2或A2B3C2,考慮到添加成本等問題,選擇A2B2C2作為最佳因素水平;影響淀粉回生特性主次順序為大豆蛋白粉>瓜爾豆膠>木薯變性淀粉,最佳因素水平為A3B2C1。

        綜合來看,得到的最佳因素水平為A2B2C2,即大豆蛋白粉添加量為6%,木薯變性淀粉添加量為1.2%,瓜爾豆膠添加量為0.9%。因為該組合不在正交實驗中,所以選擇此組合方案進行多次驗證試驗,驗證結(jié)果為蛋白質(zhì)弱化度0.52 N·m、蒸煮穩(wěn)定性1.09,淀粉回生特性1.30 N·m,其綜合水平較優(yōu)于其他試驗組,故最優(yōu)方案為A2B2C2。

        3 結(jié)論

        本研究以大豆蛋白粉、木薯變性淀粉及瓜爾豆膠作為掛面改良劑,借助Mixolab混合試驗儀測定并討論了不同改良劑對小麥粉的面團熱機械學(xué)特性的影響;隨著大豆蛋白粉添加量的增加,面團的吸水率、穩(wěn)定時間逐漸增大,蒸煮穩(wěn)定性呈先增大后減小趨勢,淀粉回生特性顯著減??;隨著木薯變性淀粉添加量的增加,吸水率在添加量為1.2%時達(dá)到最大,面團筋力和蒸煮穩(wěn)定性均先增大后減小,淀粉回生特性增強;隨著瓜爾豆膠添加量的增加,吸水率減小,穩(wěn)定時間有不同程度的增大,面團筋力增加,耐攪拌性增強,回生特性先增大后減小,面團品質(zhì)有一定程度的改善。在單因素的基礎(chǔ)上,經(jīng)過正交試驗優(yōu)化后,綜合蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉回生特性3個指標(biāo),得到改良劑最佳添加量為:大豆蛋白粉6%、木薯變性淀粉1.2%、瓜爾豆膠0.9%。

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