田曉紅, 汪麗萍, 劉 明, 劉艷香, 李 逸, 譚 斌, 劉士進(jìn)

(國家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院1,北京 100037)

(石家莊市米莎貝爾飲食食品有限公司2,石家莊 051130)

多谷物雜糧面包是以小麥粉或谷朊粉為原料,添加多種雜糧(燕麥、小米、蕎麥等)制作的面包[1]。與普通小麥面包相比,雜糧面包含有更加豐富的膳食纖維、礦物質(zhì)、抗性淀粉、維生素和多酚等營養(yǎng)成分[2,3],可以改善飲食結(jié)構(gòu),有效預(yù)防高血壓、高血脂、糖尿病等慢性疾病[4]。雜糧含有豐富的直鏈淀粉和潛在的高水平抗性淀粉,可以制備較低血糖生成指數(shù)的產(chǎn)品[5,6]。團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn),多谷物粉面包在儲(chǔ)藏過程中老化嚴(yán)重、質(zhì)構(gòu)變硬、缺乏彈性、口感粗糙[7],成為行業(yè)發(fā)展的難題。

擠壓是淀粉改性的一種常用方法,具有成本低、產(chǎn)率高和能效高的特點(diǎn)[8]。擠壓改性處理后淀粉結(jié)晶度降低,溶脹性增強(qiáng),淀粉糊黏度降低[9,10]。現(xiàn)有研究表明擠壓改性處理的蕎麥粉能夠?yàn)槊鎴F(tuán)構(gòu)建類似于面筋的“骨架”結(jié)構(gòu),黏性和延展性增強(qiáng),使面團(tuán)更易成型[11],提高蕎麥粉在面條中的添加量[12,13]。吳娜娜等[14]研究發(fā)現(xiàn)添加擠壓糙米粉后糙米面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松,孔隙增加大,糙米面包比容先減小后增大,質(zhì)構(gòu)硬度降低,感官評分值升高;吉夢瑩[15]和劉運(yùn)榮等[16]研究發(fā)現(xiàn)擠壓處理燕麥粉使燕麥小麥混合粉面團(tuán)吸水率和穩(wěn)定時(shí)間增加,面包和饅頭的比容下降,硬度、咀嚼性增加,面包儲(chǔ)藏過程中硬化速率降低。目前的研究僅是對單一谷物粉的研究,擠壓改性預(yù)處理對多谷物面包粉的加工性能和儲(chǔ)藏品質(zhì)的影響還鮮見報(bào)道。

研究以前期優(yōu)選出的血糖生成指數(shù)(GI)相對較低的多谷物雜糧粉配方為基礎(chǔ)[17],配以低GI的苦蕎粉,添加谷朊粉來構(gòu)建面包網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),通過改變多谷物粉中擠壓改性多谷物粉的比例,以小麥粉做對照,研究擠壓改性處理對多谷物面團(tuán)的加工特性、面包加工、面包儲(chǔ)藏的影響,為開發(fā)家用多谷物面包預(yù)混合粉提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

面包用高筋小麥粉、谷朊粉、高活性干酵母(耐高糖)、精制鹽、原味奶油、全脂奶粉、細(xì)砂糖、小米、苦蕎、藜麥、青稞、燕麥、綠豆。

1.2 儀器與設(shè)備

擠壓機(jī),TA.XT2i Plus質(zhì)構(gòu)儀,S-3000N掃描電子顯微鏡(SEM),F3流變發(fā)酵測定儀,LGJ-10BP型真空冷凍干燥機(jī),WF-40B吸塵粉碎機(jī),RVA-4快速黏度分析器,JMTY面包體積測定儀,JHMZ 200實(shí)驗(yàn)和面機(jī),SD-P103自動(dòng)面包機(jī),ME3002E分析天平,Q31面包切片機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 多谷物制粉和配粉

多谷物粉:將多谷物原料分別使用粉碎機(jī)粉碎(過100目篩)后按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%苦蕎粉和80%其他谷物粉(藜麥15.00%、燕麥5.30%、青稞29.70%、綠豆10.00%、小米40.00%[18])進(jìn)行配制。

多谷物改性粉:對多谷物粉進(jìn)行擠壓改性處理,擠壓條件如下。喂料量:19.0 kg/h;螺桿轉(zhuǎn)速:190.0 r/min;液體物料喂料器1.0∶16.0%;液體物料喂料器 2.0∶50.8%;溫區(qū)2/3/4/5/6分別為60、90、130、140、160 ℃。擠壓改性后使用粉碎機(jī)粉碎過100目篩。

多谷物面包基礎(chǔ)粉:將擠壓改性多谷物粉與未處理的多谷物粉按照0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4的比例進(jìn)行配粉,多谷物改性粉質(zhì)量占全部多谷物粉質(zhì)量的比例分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%。

多谷物面包預(yù)拌粉:將多谷物基礎(chǔ)粉與谷朊粉按照6∶4的質(zhì)量比充分混合,前期研究發(fā)現(xiàn),該比例的面包品質(zhì)最佳。全文均以小麥粉對照(CK)。

1.3.2 黏度測定

使用多谷物面包預(yù)拌粉進(jìn)行黏度測定,參照GB/T 24853—2010的方法,重復(fù)2次。

1.3.3 面團(tuán)發(fā)酵流變學(xué)特性的測定

250 g多谷物面包預(yù)拌粉加入3 g高活性干酵母和150 g 4 ℃的去離子水,在JHMZ 200實(shí)驗(yàn)和面機(jī)中和面5 min后取出,整理面團(tuán)至表面光滑。稱取面團(tuán)315 g,放入F3流變發(fā)酵測定儀發(fā)酵筐底部,在面團(tuán)上放置活塞和2 kg砝碼,再放入流變發(fā)酵測定儀的發(fā)酵腔中,在28.5 ℃的溫度下發(fā)酵3 h,分析面團(tuán)膨脹曲線和氣體釋放曲線,以小麥粉為對照(CK),重復(fù)2次。

1.3.4 面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)觀察

將1.3.3中制備好的面團(tuán)用剪刀剪成約10 g的紡錘體,放到-18 ℃的冰箱中預(yù)冷凍,然后在冷阱溫度為-60 ℃,真空度≤15 Pa條件下進(jìn)行冷凍干燥。干燥后的面團(tuán)切成近似1 cm×1 cm×1 cm的立方體,固定在載物臺(tái)上噴金處理,然后在5 kV下進(jìn)行掃描電鏡觀察[19]。

1.3.5 面包的制作

依次稱取250 g多谷物面包預(yù)拌粉、3 g鹽、6 g奶粉、15 g黃油、18 g細(xì)砂糖、190 g的4 ℃去離子水放入全自動(dòng)面包機(jī)中,1 h后面團(tuán)初步形成,放入2.8 g高活性干酵母,再次和面至面團(tuán)完全成型,發(fā)酵和焙烤后立刻取出面包,放在架子上冷卻1.5 h至室溫進(jìn)行評價(jià),重復(fù)2次。

1.3.6 面包的比容測定

參照GB/T 20981—2007中的方法,將面包稱量,質(zhì)量記為m,精確至0.01 g。稱重后將面包放入面包體積測定儀中測量面包體積,記為V,面包比容P的結(jié)果表示為:P=V/m,重復(fù)2次。

1.3.7 面包的橫切面拍照觀察

1.3.5制作的面包冷卻至室溫后,放入自封袋內(nèi),過夜平衡,使用面包切片機(jī)切成厚度為1 cm的面包片,取中間的切片拍照觀察。

1.3.8 面包的質(zhì)構(gòu)特性測定

參照文獻(xiàn)方法[20],略作改動(dòng)。取1.3.7的面包片芯部分使用TA.XT2i Plus型質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA測試。TPA測試條件:P/36R探頭,測前、測中、測后速度均為1.0 mm/s,壓縮比為50%,觸發(fā)力為5 g,2次壓縮間隔時(shí)間為5 s,測定9次平行,取5個(gè)中間值的平均值。

1.3.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用WPS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),使用軟件SPSS 19.0進(jìn)行差異顯著性分析,使用Origin 2018軟件進(jìn)行圖片繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 多谷物面包預(yù)拌粉黏度特性

多谷物面包預(yù)拌粉的黏度特性見表1,隨著多谷物改性粉添加量的增加,多谷物面包預(yù)拌粉的糊化溫度升高,最高黏度、最低黏度、最終黏度、衰減值、回生值、峰值時(shí)間均顯著性降低。該結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果一致[21,22]。雜糧中含有豐富的碳水化合物,在擠壓改性處理下,水的存在和高溫、高壓以及機(jī)械剪切作用,谷物中淀粉吸水膨脹熔融,淀粉顆粒發(fā)生破裂糊化,淀粉的溶解性增強(qiáng),溶脹能力增加[23,24],使得多谷物面包預(yù)拌粉的黏度隨著多谷物改性粉添加量的增加呈下降趨勢。衰減值代表淀粉糊體系的穩(wěn)定程度,衰減值降低,說明水分子與淀粉顆粒結(jié)合牢固,淀粉乳液的黏度穩(wěn)定性高?；厣当硎镜矸刍厣潭?在一定程度上與淀粉糊的回生老化有直接關(guān)系,回生值越低,越不容易老化,可以延長產(chǎn)品的保質(zhì)期[25]。加入多谷物改性粉后,回生值的降低將使得面包在儲(chǔ)藏過程中淀粉老化速度變慢,硬化速率下降,對面包的儲(chǔ)藏品質(zhì)有積極影響。

表1 多谷物面包預(yù)拌粉黏度

2.2 面團(tuán)發(fā)酵特性

由表2可見,在面團(tuán)發(fā)酵階段,多谷物改性粉比例在10%～20%時(shí),面團(tuán)的最大膨脹高度Hm、最終膨脹高度h、曲線達(dá)到最高值時(shí)所花時(shí)間T1均與未添加多谷物改性粉沒有顯著性差異。當(dāng)多谷物改性粉比例在30%～60%時(shí),隨著多谷物改性粉比例的增大,Hm、h和T1、T2均呈增大趨勢,與未添加多谷物改性粉面團(tuán)呈顯著性增加。擠壓改性處理后,谷物當(dāng)中的淀粉顆粒失去完整性,晶體結(jié)構(gòu)消失,分子降解,分子質(zhì)量顯著降低[26],更多的羥基暴露出來與水形成氫鍵[27],與水相結(jié)合的能力增強(qiáng)。因此,用糊化淀粉部分替代多谷物粉的面團(tuán)可以增加面團(tuán)的表觀冷水黏度和存儲(chǔ)模量(G′)和損失模量(G″),賦予面團(tuán)更大的持水特性,改善面團(tuán)的流變性能,改善面團(tuán)的成形性,使面團(tuán)具有高彈性[28],在發(fā)酵過程中,能包裹住更多的CO2,使面團(tuán)的發(fā)酵高度顯著增加,當(dāng)然發(fā)酵最大高度的時(shí)間也顯著延長。

表2 面團(tuán)發(fā)酵流變學(xué)特性

面團(tuán)發(fā)酵流變各指標(biāo)之間的相關(guān)性見表3,多谷物改性粉添加量與面團(tuán)最大發(fā)酵高度Hm、面團(tuán)開始泄漏CO2的時(shí)間、總產(chǎn)氣量AT和持氣量A1的相關(guān)系數(shù)分別為0.935**、0.902**、-0.942**、-0.799*,在0.01水平和0.05水平上顯著性相關(guān)。最大發(fā)酵高度Hm除了和多谷物改性粉顯著性相關(guān)外,還和面團(tuán)最終發(fā)酵高度h、面團(tuán)開始泄漏CO2的時(shí)間、總產(chǎn)氣量AT和持氣量A1顯著性相關(guān)。面團(tuán)的最大發(fā)酵高度Hm與面包體積呈正相關(guān)[29],隨著多谷物改性粉比例的增加,在發(fā)酵階段面團(tuán)的高度增加,面包的體積有增大的可能。在氣體釋放階段,隨著多谷物改性粉比例的增加,氣體釋放曲線的最大高度H’m沒有顯著變化,顯著高于小麥粉面團(tuán)對照,氣體出現(xiàn)孔洞的時(shí)間Tx開始延長,面團(tuán)總產(chǎn)氣量AT和持氣量A1均呈下降趨勢,與未添加多谷物改性粉面團(tuán)無顯著性差異,保留系數(shù)R先下降后上升趨勢,多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%、60%時(shí),R分別為78.25%、75.50%,高于未添加多谷物改性粉面團(tuán),無顯著性差異。隨著多谷物改性粉比例的增加,面團(tuán)的發(fā)酵特性有所增強(qiáng),面團(tuán)發(fā)酵高度更高,主要原因是多谷物改性粉添加有利于面團(tuán)保存CO2,使其不被釋放出來,保留系數(shù)R增大。

表3 面團(tuán)發(fā)酵流變各指標(biāo)之間的相關(guān)性

2.3 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)

多谷物面包預(yù)拌粉面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)如圖1所示,隨著多谷物改性粉含量的增加,面團(tuán)的表面越來越光滑,孔洞越來越小。多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí),面團(tuán)表面有很多孔洞,這是因?yàn)樵诶鋬龈稍镞^程中面團(tuán)中水分的溢出,在面團(tuán)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)許多小的孔隙。當(dāng)多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%～60%時(shí),面團(tuán)表面成膜,形成完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。谷物經(jīng)過擠壓改性處理,淀粉表現(xiàn)出很強(qiáng)的交聯(lián)性和凝膠特性,與其他大分子容易結(jié)合形成類似于面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[30];蛋白質(zhì)中α-螺旋結(jié)構(gòu)解開而呈現(xiàn)相對減少的趨勢,無規(guī)卷曲相對含量增加,β-折疊相對含量升高,β-折疊是蛋白質(zhì)聚集形成良好凝膠的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)[31]。因此,經(jīng)過添加多谷物改性粉后,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更好,面團(tuán)形成膜狀結(jié)構(gòu),有利于在發(fā)酵和焙烤中,包裹住產(chǎn)生的二氧化碳,使面包具有蓬松的質(zhì)構(gòu)和松軟的口感。該結(jié)果與表2中保留系數(shù)R隨著改性粉添加比例增大而增大互相印證。

圖1 面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)(×500)

2.4 面包芯結(jié)構(gòu)

多谷物面包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,添加多谷物改性粉后,多谷物面包的高度有所減小。多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%時(shí),面包頂上有部分大氣泡,多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%時(shí),多谷物面包體積變小。多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%、50%、60%時(shí),剛出爐的面包外觀良好,但在冷卻過程中,面包外型有部分塌陷。結(jié)合質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析,可能的原因是,添加多谷物改性粉后,面包比較軟,采用全自動(dòng)面包機(jī)所制作的面包體積較大,硬度偏低的情況下,面包的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不足以支撐面包本身的質(zhì)量,隨著面包內(nèi)部氣體的冷卻,會(huì)出現(xiàn)部分塌陷現(xiàn)象。添加多谷物改性粉后,多谷物面包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有得到改善。

注:圖上標(biāo)識(shí)為多谷物改性粉占全部多谷物粉的比例。圖2 多谷物面包芯結(jié)構(gòu)

2.5 比容

比容反映的是面包單位質(zhì)量的體積,比容過大,反映面包的內(nèi)部孔隙過大,結(jié)構(gòu)比較粗糙,比容過小,反映面包的孔隙小且少,面包偏硬,優(yōu)質(zhì)面包具有適中的比容[32]。添加不同比例多谷物改性粉的多谷物面包比容見圖3,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%和40%的多谷物改性粉后,多谷物面包的比容沒有顯著變化,其余添加量的多谷物面包比容顯著變小,這個(gè)結(jié)果與面包芯結(jié)構(gòu)相一致。可能的原因是改性處理的多谷物粉具有強(qiáng)持水性,在和面過程中與面筋蛋白競爭性吸水,阻礙了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的充分形成,使得多谷物面團(tuán)持氣性差,膨脹不夠,比容變小。同時(shí),改性多谷物粉在面團(tuán)成型中能夠形成類似于面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在和面中,多谷物改性粉競爭性吸水和構(gòu)建類似面筋的結(jié)構(gòu)同時(shí)起作用,當(dāng)多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%和40%時(shí),兩者作用相當(dāng),使得面包比容與未添加多谷物改性粉面包比容無顯著性差異。

注:字母不同表示差異性顯著(P<0.05)。圖3 多谷物面包比容

2.6 質(zhì)構(gòu)特性

不同多谷物改性粉添加量的多谷物面包質(zhì)構(gòu)特性見表4。多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%時(shí),多谷物面包儲(chǔ)藏的初始硬度和耐咀性比較高,分別為0.616、0.451 kg,添加多谷物改性粉后,多谷物面包的質(zhì)構(gòu)硬度顯著降低(多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%除外),對彈性和回復(fù)性沒有顯著影響(多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%除外)。7 d后,未添加多谷物改性粉的多谷物面包質(zhì)構(gòu)硬度和耐咀性分別增加到1.303、0.857 kg,分別增加111%、90%,回生明顯。而添加了多谷物改性粉的多谷物面包質(zhì)構(gòu)硬度增加緩慢,多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～60%的多谷物面包儲(chǔ)藏7天后的質(zhì)構(gòu)硬度顯著小于未添加多谷物改性粉的多谷物面包質(zhì)構(gòu)硬度,分別是未添加多谷物改性粉面包硬度的55%、65%、62%、37%、46%和42%。多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%～60%的面包儲(chǔ)藏7 d的質(zhì)構(gòu)硬度小于同時(shí)期小麥粉面包質(zhì)構(gòu)硬度,擠壓改性處理有效延緩了多谷物面包的回生,該結(jié)果與Liu等[33]研究結(jié)果相一致,這是因?yàn)榈矸劢?jīng)過擠壓處理后淀粉顆粒完整性被破壞,淀粉分子發(fā)生了降解,抑制了在儲(chǔ)存過程中直鏈淀粉分子的重排,回生較慢[34]。該結(jié)果與表1中多谷物改性粉的回生值降低相一致。同時(shí)在擠壓過程中,淀粉分子間和分子內(nèi)的氫鍵斷裂,結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞,更多的羥基暴露出來與水形成氫鍵[27],與水相結(jié)合的能力增強(qiáng),與體系中其他的大分子結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),固化面包中的水分,使得面包中的水分活度降低[35],在儲(chǔ)存過程中能夠鎖住更多的水分,延緩面包的老化,提高產(chǎn)品的儲(chǔ)藏質(zhì)量[36]。

3 結(jié)論

隨著多谷物改性粉的增加,多谷物面包預(yù)拌粉的最高黏度、最低黏度、最終黏度、衰減值、回生值、峰值時(shí)間均顯著性降低,面團(tuán)的最大發(fā)酵高度顯著增高,面團(tuán)總產(chǎn)氣量和持氣量均下降,保留系數(shù)先下降再升高,面包的體積、結(jié)構(gòu)和比容均小幅下降。多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～60%的面包儲(chǔ)藏7 d后的質(zhì)構(gòu)硬度分別是未添加多谷物改性粉面包硬度的55%、65%、62%、37%、46%和42%,儲(chǔ)藏過程中的硬化速率降低?？傮w上說,添加多谷物改性粉,不能夠改善面團(tuán)的總產(chǎn)氣量、持氣量和面包的結(jié)構(gòu),但有效延緩了多谷物面包的回生,使面包在儲(chǔ)藏過程中保持柔軟。當(dāng)多谷物改性粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%時(shí),多谷物面包結(jié)構(gòu)良好,室溫儲(chǔ)藏7 d的質(zhì)構(gòu)硬度481 g,顯著低于小麥粉面包質(zhì)構(gòu)硬度,延緩老化效果最好。