劉旭華, 孫強強, 楊麗萍, 王俊穎, 丁志剛, 翟立公

(安徽科技學(xué)院 食品工程學(xué)院,安徽 鳳陽 233100)

《中國居民膳食指南(2022)》建議居民堅持谷類為主的平衡膳食模式。每天的膳食應(yīng)包括谷薯類、蔬菜水果、畜禽肉、魚蛋奶和豆類食物,每天攝入谷類食物200～300 g,其中包含全谷物和雜豆類50～150 g。數(shù)據(jù)顯示,我國成年人全谷物攝入量低于推薦值,攝入量嚴(yán)重不足[1]。國內(nèi)居民吃的大多是精加工的糧食谷物,造成非常多的營養(yǎng)成分浪費,也導(dǎo)致人們對微量元素的攝取遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,患中風(fēng)、心血管、肥胖等病的可能性大大增加。有研究表明,長期食用精加工食品容易患糖尿病、心血管病等慢性疾病[2]。

近年來,隨著生活水平的不斷提高,人們也越來越注重合理膳食和均衡飲食。全麥粉是指在磨粉工藝中,不脫去小麥最外層的麩皮,將小麥完全碾碎,所得的麥粉包含了麩皮、胚芽與胚乳等小麥全部組織[3]。全麥粉也是最常見的全谷物食品之一,相較于小麥粉其營養(yǎng)價值更全面,膳食纖維含量更高,富含礦物質(zhì)、維生素B1、B2、B6、泛酸等。因此,全麥粉相比傳統(tǒng)的小麥粉而言食用價值更高。饅頭作為我國北方的主食,其消費含量占面食食品的35%。我國居民不喜歡食用全麥饅頭,是由于全麥粉中膳食纖維含量較高,致使全麥饅頭的口感比較粗糙,不如小麥饅頭的消費者認(rèn)可度高,推廣難度較大。本研究通過探究酵母添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度、發(fā)酵濕度對改善黑全麥饅頭口感的影響,結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化加工工藝,改善黑全麥饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、高徑比,使黑全麥饅頭的食用感受更佳,提高居民對黑全麥饅頭的接受度。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 材料 黑全麥面粉(益海嘉里食品有限公司);白面包(江蘇桃李面包有限公司);泡打粉(安琪酵母股份有限公司);酵母(安琪酵母股份有限公司)。

1.1.2 試劑 甲基紅試劑(天津市永大化學(xué)試劑有限公司);胃蛋白酶、葡萄糖苷酶(上海麥克林生化科技有限公司;乙醇、乙醚、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉(AR,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);磷酸(CP,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);葡萄糖測定試劑盒(上海榮盛生物藥業(yè)股份有限公司)。

1.1.3 儀器 JM-A電子天平(上海靜天電子儀器有限公司);XY10MB電子稱(常州市幸運電子設(shè)備有限公司);醒發(fā)箱(廣州旭眾食品機械有限公司);紫外可見分光光度計(廣州旭眾食品機械有限公司);HH數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市全程國勝實驗儀器廠);CT-3質(zhì)構(gòu)儀(美國Brookfield公司)。

1.2 試驗方法及工藝流程

稱取150 g黑全麥粉、2.25 g泡打粉,混合均勻,溫水活化酵母5 min,并加入適量的水和面,將面團(tuán)揉搓成型,成型后自然發(fā)酵5 min,揉搓排氣。將面團(tuán)稱重,均分為4份。對面團(tuán)壓面、折面,揉搓整形使其成為形狀均勻的圓形。放入預(yù)熱好的發(fā)酵箱中發(fā)酵,待蒸鍋上汽后蒸30 min,然后關(guān)火閉蓋燜煮5 min。取出晾涼后切成20 mm的饅頭片(圖1),測其質(zhì)構(gòu)。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

1.3 工藝優(yōu)化

1.3.1 生產(chǎn)工藝的單因素試驗 在確定黑全麥饅頭基本試驗工藝的基礎(chǔ)上,保持泡打粉的添加量為1.5%,依次考察酵母的添加量(0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%)、發(fā)酵溫度(27、31、35、39、43 ℃)、發(fā)酵時間(20、30、40、50、60 min)、發(fā)酵相對濕度(65%、70%、75%、80%、85%)對黑全麥饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、高徑比的影響。

1.3.2 比容的測定 參照徐箐[4]的方法進(jìn)行測定。

1.3.3 饅頭質(zhì)構(gòu)的測定 饅頭出鍋后晾涼20 min,切成20 mm的饅頭片,進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定[5]。使用TA4/1000探頭,質(zhì)構(gòu)測定條件為：出發(fā)點負(fù)載7 g,測試速率2 mm/s,循環(huán)次數(shù)2次。

1.3.4 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗設(shè)計 采用Design-Expert 8.0.6軟件以及Box-Behnken模型,選取酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時間(C)等對全麥饅頭制作工藝具有顯著影響的因素(表1),采用三因素三水平的響應(yīng)面工藝優(yōu)化試驗[6]。

表1 響應(yīng)面因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3.5 感官評價指標(biāo) 設(shè)置10人評分小組,各成員對全麥饅頭感官評價,評分范圍為32～100分,以平均分為參考[7]。重復(fù)評分3次,取平均值。具體感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 全麥饅頭的感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria for whole wheat steamed buns

1.4 黑全麥饅頭消化特性分析

1.4.1 淀粉含量測定 根據(jù)GB/T 5009.9—2016 食品中淀粉的測定 酸水解法測量黑全麥饅頭淀粉含量。

1.4.2 體外消化試驗 黑全麥饅頭血糖生成指數(shù)參照Edwards等[8]和Tian等[9]方法測定。稱取5 g樣品于50 mL離心管中,加入20 mL 0.3 mol/L氯化鈉,均質(zhì)機研磨均勻,放入恒溫水浴振蕩器中40 ℃預(yù)熱5 min,再加入0.4 mL 0.1 g/mL胃蛋白酶,振蕩搖勻,于40 ℃、150 r/min中水浴震蕩1 h。然后加入pH為6.8的磷酸鹽緩沖溶液至50 mL,然后加入1 mL的2 500 U/mL葡萄糖苷酶,在40 ℃、150 r/min的水浴搖床中搖動記時。分別在0、10、20、30、60、90、120、180 min時取1 mL上清液于1.5 mL離心管中,沸水浴5 min。于4 000 r/min離心8 min,取上清液,用試劑盒進(jìn)行測定。根據(jù)式(1)計算GI值?？煜矸?RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量根據(jù)式(2)～(4)計算。

eGI=39.71+0.549HI

(1)

其中,eGI為血糖生成指數(shù);HI為試樣水解曲線下的面積與白面包水解曲線下的面積之比。

(2)

(3)

(4)

其中,G0、G20、G120為0、20、120 min時的葡萄糖含量;TS為總淀粉的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)對黑全麥饅頭品質(zhì)的影響 通過對全麥饅頭中酵母添加量因素進(jìn)行單因素試驗,得出具體的評價結(jié)果(表3)。當(dāng)酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.6%升至1.2%時,咀嚼性和硬度逐漸降低[10]。酵母通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生CO2氣體,使饅頭蓬松柔軟且多孔,表面飽滿。隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行,CO2氣體產(chǎn)生過多,面團(tuán)的面筋蛋白被破壞,面筋網(wǎng)絡(luò)的形成受到影響,彈性和高徑比則隨之升高[11]。在此范圍內(nèi),隨著酵母添加量增加,酵母的產(chǎn)氣作用逐漸增強。此后,當(dāng)酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.2%時,饅頭發(fā)酵產(chǎn)氣過多,內(nèi)部氣孔過多造成饅頭塌陷[12]。饅頭內(nèi)部組織蛋白結(jié)構(gòu)被破壞,導(dǎo)致饅頭的硬度和咀嚼性升高,彈性和高徑比降低。因此,酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～1.2%,饅頭發(fā)酵的最好最蓬松。此時,饅頭的小麥香氣十足,咀嚼不黏牙。因此確定最佳比例范圍在0.9%～1.3%。

表3 酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)對饅頭品質(zhì)的影響Table 3 Effects of yeast addition on the quality of steamed buns

2.1.2 發(fā)酵溫度對黑全麥饅頭品質(zhì)的影響 由表4可知,當(dāng)發(fā)酵溫度在35 ℃時,饅頭的硬度、咀嚼性最小,彈性、高徑比較大。這是由于發(fā)酵溫度過低時,酵母活性不高,發(fā)酵產(chǎn)生的氣體少,因為產(chǎn)生的氣孔少并且密集,故硬度低、咀嚼性高。溫度對酵母的生長具有重要作用,隨著溫度不斷接近酵母的最適生長溫度,饅頭的硬度、咀嚼性降低,饅頭發(fā)酵的最飽滿[11,13]。發(fā)酵溫度高于35 ℃時,部分酵母可能無法適應(yīng)溫度而喪失活性甚至死亡,使得發(fā)酵過程減慢甚至停止。因此,發(fā)酵溫度在31～39 ℃時,饅頭發(fā)酵的效果最好、最蓬松。此時的饅頭光滑又飽滿,且有彈性。因此確定最佳溫度范圍在32～36 ℃[14]。

表4 發(fā)酵溫度對饅頭品質(zhì)的影響Table 4 Effects of fermentation temperature on the quality of steamed buns

表5 發(fā)酵時間對饅頭品質(zhì)的影響Table 5 Effect of fermentation time on the quality of steamed buns

2.1.3 發(fā)酵時間對黑全麥饅頭品質(zhì)的影響 發(fā)酵時間對全麥饅頭的品質(zhì)有著一定的影響,隨著發(fā)酵時間的增加,酵母產(chǎn)生的氣體量變多,饅頭得以延展開來。饅頭的硬度和彈性先降低,高徑比先緩慢降低再迅速降低。這是由于在一定時間范圍內(nèi)隨著發(fā)酵時間的增加,酵母產(chǎn)氣量增加,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞[11]。發(fā)酵時間在30 min之前時,酵母的生長時間過短,產(chǎn)氣量不足,面團(tuán)不能充分醒發(fā)。成品質(zhì)地較硬,內(nèi)部氣孔較少[14]。發(fā)酵時間在50 min之后,由于發(fā)酵的時間過長,酵母產(chǎn)氣量充足,使得面團(tuán)塌陷,成品的顏色較深。因此,發(fā)酵時間為30～50 min,饅頭發(fā)酵的最好最蓬松[15]。此時,饅頭的香氣十足,口感綿軟又不失嚼勁。當(dāng)發(fā)酵時間為30～45 min,因此確定最佳發(fā)酵時間為30～45 min。

2.1.4 發(fā)酵相對濕度對全麥饅頭的影響 由表6可知,隨著相對濕度的增加,饅頭的高徑比無明顯變化,說明濕度對饅頭的高徑比影響不大。當(dāng)發(fā)酵相對濕度從60%增加到80%時,饅頭的硬度、濕度、咀嚼性變化不大。試驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)發(fā)酵濕度過低時,饅頭發(fā)酵完之后出現(xiàn)表皮裂開的情況,可能是由于環(huán)境相對濕度過低時,影響?zhàn)z頭內(nèi)部水分的的流動。比對其他3個因素,相對濕度對饅頭品質(zhì)的影響不大[16-17]。

表6 發(fā)酵相對濕度對饅頭品質(zhì)的影響Table 6 Effect of fermentation humidity on the quality of steamed buns

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化全麥饅頭制作工藝

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計及方差分析 通過參考試驗數(shù)據(jù),以酵母的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時間為自變量(C),彈性(Y)為因變量進(jìn)行響應(yīng)面試驗。響應(yīng)面試驗結(jié)果如表7所示。

表7 全麥饅頭響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 7 Response surface test design and results of diagram of whole steamed bread

表8 全麥饅頭響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 8 Whole wheat steamed bun response surface test design and result

2.2.2 各因素的交互作用分析 為進(jìn)一步探討因素間交互作用的影響,通過軟件固定其中的一個因素,觀察其他兩個因素對其的影響。如圖2所示,當(dāng)固定發(fā)酵溫度為34 ℃時,酵母添加量與發(fā)酵時間的交互作用對彈性有顯著影響,面團(tuán)的彈性隨著酵母填加量和發(fā)酵時間的增加先變大后變小[19]。如圖3所示,當(dāng)固定酵母添加量為1.1%時,酵母添加量與發(fā)酵時間的交互作用對彈性的影響不明顯。如圖4所示,當(dāng)固定發(fā)酵時間為37.5 min時,酵母添加量與發(fā)酵溫度的交互作用對面團(tuán)彈性的影響有較顯著影響[20]。

圖2 酵母添加量和發(fā)酵時間的相互作用對全麥饅頭彈性的響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.2 Response of the interaction of yeast addition amount and fermentation time to the elasticity of whole wheat steamed buns, surface map and contour map

圖3 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間的相互作用對全麥饅頭彈性的響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.3 Response of the interaction of fermentation temperature and fermentation time to the elasticity of whole wheat steamed buns, surface diagram and contour map

圖4 發(fā)酵溫度和酵母添加量的相互作用對全麥饅頭彈性的響應(yīng)面及等高線圖Fig.4 Response of the interaction of fermentation temperature and yeast addition amount to the elasticity of whole wheat steamed buns and contour diagram

2.2.3 驗證試驗 由響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果可知最優(yōu)方案為：酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.18%;發(fā)酵溫度為34 ℃;發(fā)酵時間為36 min;預(yù)計組硬度為2 384.68 g;預(yù)計組彈性為5.87 mm。按照上述因素水平,進(jìn)行3組平行驗證試驗,結(jié)果如表9所示。

表9 驗證試驗結(jié)果Table 9 Verification the test results

試驗結(jié)果顯示,全麥饅頭硬度為2 137.00 g,彈性為5.84 mm,彈性與預(yù)計結(jié)果5.87 mm相差0.03 mm。彈性試驗結(jié)果與預(yù)計結(jié)果相近,因此,通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗得到的最優(yōu)因素水平可指導(dǎo)全麥饅頭制作工藝。

2.3 黑全麥饅頭消化特性

黑全麥饅頭的GI值為49.41,屬于低GI食物。小麥饅頭的GI值為79.15,屬于高GI食物。由圖5可知,小麥饅頭和黑全麥饅頭在被消化0～30 min時,淀粉消化速率最快,但黑全饅頭的淀粉消化速率比小麥饅頭低。隨著消化的不斷進(jìn)行,淀粉消化的速率逐漸變慢,黑全麥饅頭在120 min時淀粉幾乎被分解完,小麥饅頭在90 min時淀粉幾乎被分解完[21]。在整個消化過程中,相較于小麥饅頭黑全麥饅頭使血糖升高的速度更平緩,主要原因是黑全麥粉的麩皮含量更高,麩皮含有大量的膳食纖維,能夠減緩碳水化合物被消化吸收的速度,維持更長時間的飽腹感,更適合高血糖及減肥人群使用[22]。

圖5 黑全麥饅頭和小麥饅頭消化過程Fig.5 Digestion process of black whole wheat steamed bread and wheat steamed bread

表10顯示,黑全麥饅頭和小麥饅頭的快消化淀粉含量(RDS)分別為62.87%、74.48%,慢消化淀粉含量(SDS)分別為33.77%、23.97%,抗性淀粉含量(RS)分別為3.36%、1.55%,黑全麥饅頭的慢消化淀粉、抗性淀粉含量均高于小麥饅頭,而快消化淀粉含量低于小麥饅頭。慢消化淀粉能被小腸完全吸收但是消化的速率比較緩慢,釋放能量的時間更長,能帶來更強的飽腹感。

表10 淀粉類型及含量Table 10 Starch type and content

3 結(jié)論與討論

通過單因素試驗和響應(yīng)面優(yōu)化試驗,得出優(yōu)化后的全麥饅頭生產(chǎn)方案：酵母添加量為1.18%,發(fā)酵溫度為34 ℃,發(fā)酵時間為36 min,發(fā)酵相對濕度為80%。此時的饅頭顏色呈棕灰色,外觀呈現(xiàn)飽滿的半球狀,表面光滑平整,內(nèi)部氣孔細(xì)小且分布均勻,具有濃郁的全麥氣味,口感爽口不彈牙。黑全麥饅頭的GI為49.41,屬于低GI食物,且快消化淀粉含量為62.87%,慢消化淀粉含量為33.77%,抗性淀粉含量為3.36%。

近年來,隨著人們對于健康飲食的追求,全麥產(chǎn)品越來越被消費者關(guān)注和喜愛,但當(dāng)今市面上的全麥制品食品大多達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。添加過多量的麩皮和胚芽的全麥產(chǎn)品會降低產(chǎn)品的口感,消費者難以接受。本試驗在制作工藝的酵母添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度和發(fā)酵相對濕度等4個方面對黑全麥饅頭生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化,使得黑全麥饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、高徑比得到了很大的提升,食用口感得到了很大的改善,但是與小麥饅頭相比仍有一定的差距。后期可以通過麥麩改性[23]、菌種發(fā)酵[24]、改良劑改良[25]等方法繼續(xù)優(yōu)化,使黑全麥饅頭的食用口感更佳。