張沁蕊,熊丹妮,周文昊,張海枝,劉剛,秦新光

(武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢,430048)

面包是一種由小麥粉作為主要原料,以酵母、糖、黃油、鹽等為輔料,經(jīng)過混合攪拌、醒發(fā)和烘烤等制作而成的烘焙食品。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,面包因其營養(yǎng)價(jià)值高、美味、食用方便而受到廣大消費(fèi)者的喜愛,但在貯藏運(yùn)輸中易發(fā)生老化。面包的老化是指面包在貯藏過程中由一系列物理化學(xué)變化而引起面包品質(zhì)的下降,主要表現(xiàn)為水分的減少、硬度的增大、口感變差等[1]。水分的遷移、淀粉的重結(jié)晶以及面筋蛋白與淀粉的相互作用是面包發(fā)生老化的重要因素[2]。

原花青素作為常見的一種酚類化合物,在飲食中具有巨大的應(yīng)用潛力[3-5],添加葡萄籽提取物降低了貯藏期間饅頭的硬度和咀嚼性,X射線衍射儀(X-ray diffractometer,XRD)結(jié)果表明葡萄籽提取物抑制了小麥淀粉的回生[6]。然而原花青素極不穩(wěn)定,易受溫度、光照、pH、氧、抗壞血酸、酶、金屬離子,以及加工和貯藏過程中的其他理化因素的影響[7],烘烤的溫度和時(shí)間均會導(dǎo)致原花青素的含量受到損失[8],因此原花青素在烘烤產(chǎn)品中的應(yīng)用受到熱降解的限制。

研究發(fā)現(xiàn)不同種類和濃度的有機(jī)酸降低了貯藏期間面包水分含量和硬度的下降速率[9]。淀粉葡萄糖單元結(jié)構(gòu)上的酚羥基可被有機(jī)酸取代生成酯化淀粉。XRD結(jié)果顯示檸檬酸酯化淀粉的結(jié)晶度降低[10]。此外,有機(jī)酸與花青素結(jié)構(gòu)上的羥基通過酯鍵結(jié)合形成?；幕ㄉ?進(jìn)而提高花青素的穩(wěn)定性[11]。LI等[12]在研究不同酸化劑和烘箱類型對藍(lán)玉米曲奇中總花青素含量的影響中發(fā)現(xiàn)加入酸性物質(zhì)可增加藍(lán)玉米曲奇中的花青素保留量。蘋果酸(malic acid,MA)不會導(dǎo)致任何營養(yǎng)價(jià)值的下降,它是由各種生物自然產(chǎn)生的一種口感柔和、健康無害的食品添加劑,易溶于多種有機(jī)溶劑。它屬于多羧基,具有與檸檬酸類似的穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)[13]。此外,MA作為天然抗菌劑具有比其他有機(jī)酸更高的抑菌活性[14],可以有效延長面包的貨架期。

本研究以葡萄籽原花青素(grape seed proanthocyanidins,GSP)和MA為原料制作面包,研究GSP和MA對面包抗老化的影響。以貯藏期間水分含量、硬度及水分遷移的變化研究MA和GSP的添加對面包老化的影響,利用快速黏度儀(rapid visco analyzer,RVA)、差示掃描量熱儀(differential scanning calorimeter,DSC)和XRD測定淀粉回生特性,進(jìn)一步分析其對面包抗老化品質(zhì)的影響機(jī)理,研究結(jié)果可以為延長面包的貨架期提供一些新的思路和參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 主要實(shí)驗(yàn)材料

GSP(95%),陜西金潤生物科技有限公司;MA(GR 99.5%),上海源葉生物公司;金像牌小麥粉,江蘇南順食品有限公司;面粉的濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量、水分含量和灰分(濕基)分別為38.8%、13.5%、12.8%和0.5%。酵母、黃油,安琪酵母股份有限公司;白砂糖,太古糖業(yè)有限公司;海星牌低鈉鹽,中國鹽業(yè)集團(tuán)有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

FD5-series型冷凍干燥機(jī),上海今昊科學(xué)儀器有限公司;RVA-Super4型快速黏度分析儀,瑞典波通公司;TA.XTC質(zhì)構(gòu)儀,上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司;NMI20-040V-I型低場核磁共振成像儀(low field nuclear magnetic resonance, LF-NMR),蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;Q 2000型DSC,美國TA公司;SmartLab 型XRD,日本Rigaku公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 糊化特性測試

RVA的測定程序參照先前的研究略作修改[15]。實(shí)驗(yàn)前測定添加了不同濃度的GSP和MA的面粉的水分含量。固定25 mL的蒸餾水,在樣品桶中加入根據(jù)RVA推薦的樣品質(zhì)量,上下快速攪動10次后上樣測定。根據(jù)糊化特性曲線記錄糊化溫度、峰值黏度、衰減值和回生值。

1.2.2 面包制作

采用二次發(fā)酵法[16]制作面包,對照面包的配方為面粉200 g,酵母2.8 g,糖20 g,水120 g,黃油10 g,鹽1.2 g,GSP的添加比例為0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)、0.3%、0.5%,記為0.1% GSP、0.3% GSP、0.5% GSP(按面粉質(zhì)量計(jì)),在0.3% GSP中復(fù)配不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蘋果酸,記為0.3% GSP-0.1% MA、0.3%GSP-0.3% MA、0.3% GSP-0.5% MA(按面粉質(zhì)量計(jì)),首先稱取面粉、糖、酵母,在和面缸中低速混合2 min,然后加入水繼續(xù)混合3 min,加入黃油后轉(zhuǎn)向高速攪打2 min至面筋形成薄膜,繼續(xù)加入鹽攪打3 min至面團(tuán)表面光滑后結(jié)束和面。面團(tuán)用保鮮膜覆蓋醒發(fā)30 min(濕度85%,溫度30 ℃);面團(tuán)被分成40 g的小面團(tuán),用搟面杖進(jìn)行排氣整形后用保鮮膜覆蓋放入恒溫恒濕箱(濕度85%,溫度30 ℃)中醒發(fā)60 min,發(fā)酵后的面團(tuán)在上層溫度190 ℃和下層溫度200 ℃下烘烤12 min。待面包完全冷卻后裝入自封袋保存。

1.2.3 水分含量測試

采用直接干燥法對貯藏期間(0、1、3、5、7 d)面包芯進(jìn)行水分含量的測定。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)測試

采用質(zhì)構(gòu)儀對貯藏0、1、3、5、7 d后的面包進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測試[17],取面包的中心邊長為20 mm的正方體小塊,置于P/100探頭下進(jìn)行測試,測試條件為:3 mm/s的測前速度,1 mm/s的測中速度,2 mm/s的測后速度,10 g的觸發(fā)力,50%的壓縮程度,5 s的壓縮間隔時(shí)間,每組樣品進(jìn)行3個(gè)平行測試。

1.2.5 LF-NMR分析

在室溫條件下采用低場核磁測定混合了不同濃度的GSP和MA面包的水分分布情況。貯藏0、1、3、5、7 d的面包在40 mm探頭下使用CPMG序列進(jìn)行樣品的采集和測定,參數(shù)為200 kHz的接收機(jī)帶寬(SW),0.002 ms的開始采樣控制參數(shù),15 db的模擬增益值。每組面包取3份進(jìn)行平行測試。

1.2.6 DSC分析

采用DSC分析貯藏不同時(shí)間(1、3、5 d)的面包芯的回生焓值(ΔH)[18]。稱取(3.0±0.2) mg的凍干粉末樣品,以1∶2(g∶mL)的比例在鋁盒中加入對應(yīng)體積的蒸餾水,以空鋁盒作為對照,4 ℃過夜平衡。在30～90 ℃的掃描范圍下以10 ℃/min的升溫速率和20 mL/min N2的流速運(yùn)行程序。樣品的起始溫度(T0)、峰值溫度(Tp)、回生焓值由Universal 5.4A TA軟件分析得到。

1.2.7 XRD分析

貯藏0 d和5 d的面包芯冷凍干燥后過200目篩備用。在先前的測試條件基礎(chǔ)上略有修改[19],選用Cu-Kα作為特征射線,在40 kV和40 mA的條件下以4 °/min的速率對樣品進(jìn)行了掃描測定。采用Jade 6.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

1.2.8 數(shù)據(jù)分析

所有樣品均做3次平行測試。使用SPSS 19進(jìn)行方差的分析并以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示最終結(jié)果。Duncan’s法進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,P<0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。利用Origin 2021對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 GSP協(xié)同MA對面粉糊化特性的影響

添加GSP和MA后面粉的糊化溫度、峰值黏度、衰減值和回生值的具體變化如表1所示。添加GSP后,小麥粉的糊化溫度逐漸降低,較低的糊化溫度表明GSP的加入使小麥粉更易發(fā)生糊化,峰值黏度隨著GSP的加入有所降低,但差異不顯著,GSP可能與面粉中的淀粉結(jié)合,抑制了淀粉吸水膨脹,從而導(dǎo)致體系黏度的下降[20]。0.3% GSP和MA復(fù)配后峰值黏度整體下降,這很大可能是酸水解造成了黏度的下降[21],但隨著MA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.1%增加至0.3%,峰值黏度出現(xiàn)增加的趨勢,原因可能是MA降解了面粉中的蛋白質(zhì)和脂質(zhì),從而使淀粉顆粒得到了充分暴露,促進(jìn)淀粉顆粒的膨脹,導(dǎo)致黏度的增加。衰減值隨著MA濃度的增加而增加,回生值呈下降趨勢,MA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.5%會顯著降低淀粉糊化的熱穩(wěn)定性,不利于加工處理,回生值反映的是淀粉的短期回生性質(zhì),是最終黏度和最低黏度的差值,回生值的下降表明一定程度上抑制了小麥粉的回生[22]。

表1 小麥粉的糊化特性參數(shù)Table 1 Pasting characteristics parameters of wheat flour

2.2 GSP協(xié)同MA對貯藏期間面包水分含量的影響

面包在貯藏期間水分含量和水分損失率的變化如圖1所示,貯藏期面包水分會發(fā)生遷移和重新分布,面包內(nèi)部的水分逐漸向表皮外部遷移,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合的水也會緩慢向淀粉轉(zhuǎn)移,最終導(dǎo)致面包的老化。對照組面包芯的水分含量為41.39%,添加GSP后面包的水分含量沒有明顯變化(P>0.05),面包芯的水分含量隨著貯藏時(shí)間的延長均呈現(xiàn)下降趨勢,對照組的面包芯在前3 d的下降趨勢達(dá)到10.18%,明顯高于添加GSP的面包芯,后面逐漸平緩,在第7天對照組的面包芯的損失率略大于添加GSP的面包芯,這說明GSP的存在可以幫助面包在貯藏過程中鎖住水分,GSP含有較多的親水基團(tuán),增加了面團(tuán)的持水性[23]。

a-GSP添加組;b-GSP-MA添加組圖1 貯藏期間面包水分含量和損失率的變化Fig.1 Changes in moisture content and loss rate of bread during storage注:柱狀圖表示面包的水分含量,折線圖表示水分損失率。

在含0.3% GSP的面包中加入不同濃度的MA,水分含量相對于只添加了GSP的面包芯有所下降,貯藏第1天時(shí),GSP和MA復(fù)配制作的面包芯水分損失率明顯高于單獨(dú)添加GSP的面包,但隨著貯藏期的延長,經(jīng)GSP和MA復(fù)配的面包芯的水分含量下降速率降低,貯藏3～7 d的GSP制作的面包芯的水分含量明顯下降,水分損失率均高于添加GSP和MA的面包芯。這說明MA的添加雖然會使水分含量有下降的變化,但同時(shí)也使水分損失率明顯降低,這一結(jié)果與有機(jī)酸對水分含量的影響一致[9],因此MA和GSP可以協(xié)同緩解貯藏期間水分含量的下降。這可能是因?yàn)镸A為蛋白酶活性的提高創(chuàng)造適宜的酸性環(huán)境并促進(jìn)面筋蛋白的水解,使面筋蛋白水分結(jié)合能力下降,導(dǎo)致水分含量降低,而CURTI等[24]發(fā)現(xiàn)面筋蛋白含量較高的面包其面包芯水分含量明顯高于普通面包,由此證明面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)對面包水分含量至關(guān)重要。

2.3 GSP協(xié)同MA對貯藏期間面包硬度的影響

面包硬度的變化是貯藏期間發(fā)生老化的一個(gè)重要參數(shù)。添加GSP和MA后面包的硬度的變化如圖2所示。

a-GSP添加組;b-GSP-MA添加組圖2 貯藏期間面包硬度的變化Fig.2 Changes in the hardness of bread during storage

GSP的加入使面包具有較大的硬度,這可能是GSP和面包中的面筋蛋白相互作用的結(jié)果,GSP具有增強(qiáng)面筋筋力的作用。但隨著貯藏時(shí)間的增加,對照面包其硬度的增長速度高于GSP制作的面包,添加GSP的面包在3 d開始硬度逐漸低于對照面包。貯藏7 d時(shí)添加0.1%、0.3%和0.5% GSP的面包的硬度相對于對照組分別下降了9.91%、9.92%、2.62%。正如報(bào)道的那樣,酚類化合物能夠通過氫鍵與蛋白質(zhì)和淀粉形成絡(luò)合物,GSP和面包中的成分之間的復(fù)雜相互作用可能是造成觀察到的老化抑制作用的原因[23]。

經(jīng)GSP烘焙的面包加入不同濃度的MA有助于降低面包的硬度,MA的低pH對面包芯有軟化的作用。貯藏期間同時(shí)添加了GSP和MA面包硬度始終低于GSP烘焙的面包。貯藏1 d時(shí),與0.3%GSP相比,0.3% GSP-0.1% MA、0.3% GSP-0.3% MA和0.3% GSP-0.5% MA的共同添加使面包的硬度分別下降了1.51%、19.05%、25.61%,貯藏7 d后0.3% GSP-0.1% MA、0.3% GSP-0.3% MA和0.3% GSP-0.5% MA面包的硬度相對于0.3% GSP的面包降低了9.34%、10.49%、8.04%。綜上面包中添加MA可以降低貯藏期間面包芯的硬度,從而延緩面包短期老化,這和SU等[9]的研究一致,在面包中添加不同濃度和種類的有機(jī)酸可以降低貯藏期間面包硬度。

2.4 GSP協(xié)同蘋果酸對貯藏期間面包水分分布和遷移的影響

水分遷移是面包老化的重要因素。貯藏0 d和5 d的面包水分分布情況如圖3所示。

a-GSP添加組;b-GSP-MA添加組圖3 貯藏期間不同濃度的GSP和MA的面包水分分布圖Fig.3 Moisture distribution of bread with different concentrations of GSP and MA during storage

T21(<1 ms)、T22(≈10 ms)、T23(>100 ms)分別代表緊密結(jié)合水、弱結(jié)合水和自由水,A21、A22、A23分別代表這3個(gè)峰所占的百分比。GSP和MA的添加均降低了弛豫時(shí)間,此時(shí)水分的流動性較小,這表明GSP和MA有助于面包保持良好的持水性。隨著貯藏時(shí)間的增加,信號強(qiáng)度的降低表明水分的流失[25]。在貯藏5、7 d時(shí),添加了GSP的面包的弛豫時(shí)間大于對照組,A21和A22分別代表與面筋網(wǎng)絡(luò)和淀粉結(jié)合的那部分水[26],隨著GSP的增加,A21和A22的含量也不斷增加,這表明GSP和面包中的面筋蛋白、淀粉發(fā)生了相互作用,并且隨著貯藏時(shí)間的增加,添加GSP的面包A21、A22下降速率低于對照,和前期水分含量的變化結(jié)果一致,GSP可以降低面包中水分含量的下降速率。圖3中可以觀察到A21的含量隨著不同濃度的GSP中MA濃度的增加而降低,而A22反之。尤其在低濃度的GSP中效果更明顯,這說明MA對面筋蛋白的弱化使得面筋網(wǎng)絡(luò)的持水性降低,面筋蛋白的弱化暴露出了更多淀粉顆粒[27],高濃度的GSP增強(qiáng)面筋的作用使弱化的效果減弱。

2.5 GSP協(xié)同MA對貯藏期間面包回生焓值的影響

淀粉的回生會引起面包的老化。以不同濃度的GSP和MA復(fù)配的面包芯DSC曲線如圖4所示,不同的貯藏期下面包芯的回生焓值如表2所示,隨著貯藏時(shí)間的增加,面包芯回生焓值的增加表明淀粉回生程度加劇。

a-GSP添加組-5 d;b-GSP-MA添加組-5 d圖4 貯藏5 d時(shí)不同濃度GSP和MA添加的淀粉DSC曲線Fig.4 DSC curves of starch with different concentrations of GSP and MA at 5 d of storage

表2 不同貯藏時(shí)間下面包的回生焓值 單位:J/gTable 2 Retrogradation enthalpy of bread at different storage times

在貯藏5 d時(shí),對照組的回生焓值為2.42 J/g,3種不同濃度的GSP的添加均降低了面包芯的回生焓值,隨著GSP濃度的增加,回生焓值分別達(dá)到了2.31、2.24、2.20 J/g,這說明GSP對小麥淀粉的回生有抑制作用,這可能是GSP的羥基與淀粉的側(cè)鏈發(fā)生了結(jié)合,增加了淀粉的空間位阻,阻礙了淀粉分子間的結(jié)合,使其不易排列形成晶體結(jié)構(gòu)[28]。在0.3% GSP中添加MA后觀察到峰值溫度的略微增加,此現(xiàn)象可能是由于面筋蛋白經(jīng)有機(jī)酸弱化后,持水性有所下降[29],因而嵌入蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的淀粉顆粒受熱熔融時(shí)所能利用的水分減少,只有提高溫度才能使無定形區(qū)溶解。不同濃度的MA添加到0.3% GSP中也進(jìn)一步降低了面包芯的回生焓值,這可能是MA對面包的酸化作用,淀粉的酸水解造成低分子質(zhì)量糊精的形成以及淀粉結(jié)晶度的下降,從而延緩面包的老化。

2.6 GSP協(xié)同MA對貯藏期間面包結(jié)晶度的影響

面包貯藏期間淀粉結(jié)晶的變化被用來探究面包老化的機(jī)理。圖5顯示了面包在貯藏0 d和5 d后的XRD圖譜。糊化過程破壞了淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu),因此圖中觀察不到樣品明顯的衍射峰。長期回生主要是支鏈淀粉分子的有序重排,持續(xù)時(shí)間較長,因此貯藏時(shí)支鏈淀粉的回生可能引起面包的老化[30]。所有樣品在接近17°(2θ)處均出現(xiàn)明顯的衍射峰,說明面包中支鏈淀粉在貯藏時(shí)回生引起面包的老化。位于20°處出現(xiàn)比較完美的V-型結(jié)晶結(jié)構(gòu),這種衍射峰是由脂肪酸、磷脂和直鏈淀粉的復(fù)合作用形成的[19]。回生0 d和5 d的XRD圖譜對比表明隨著貯藏時(shí)間的增加,淀粉的衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)。貯藏5 d后對照面包的結(jié)晶度為17.4%,隨著GSP濃度的增加,淀粉的結(jié)晶度分別降至15.8%、15.8%和9.6%。0.3% GSP-0.1% MA、0.3% GSP-0.3% MA和0.3% GSP-0.5% MA制作的面包其結(jié)晶度相比于0.3%GSP分別下降了33.54%、36.08%和34.18%。糊化后的淀粉分子隨著貯藏時(shí)間的增加發(fā)生淀粉的回生,回生程度增加,結(jié)晶度也隨之增加[31]。添加GSP和MA后相對結(jié)晶度降低表明二者均能通過抑制支鏈淀粉的回生,進(jìn)而延緩面包老化。GSP中含有大量的羥基,可能通過氫鍵與小麥淀發(fā)生相互作用,影響支鏈淀粉的回生[6]。MA處理導(dǎo)致了淀粉的水解,由此降低了淀粉的結(jié)晶度,表明MA淀粉具有無定形性質(zhì)[13]。

a-GSP添加組-0 d;b-GSP-MA添加組-0 d;c-GSP添加組-5 d;d-GSP-MA添加組-5 d圖5 面包在不同貯藏時(shí)間下的X射線衍射圖Fig.5 X-ray diffraction patterns of bread at different storage times

3 結(jié)論

綜上所述,貯藏期間GSP的親水基團(tuán)有效幫助面包鎖住水分,MA的加入使水分含量有所下降,但水分損失率明顯降低。貯藏7 d后添加了GSP的面包硬度的下降速率低于對照組,而0.3% GSP-0.1% MA、0.3% GSP-0.3% MA和0.3% GSP-0.5% MA面包的硬度相對于0.3% GSP的面包降低了9.34%、10.49%、8.04%。LF-NMR實(shí)驗(yàn)中添加GSP后A21和A22的含量增加表明GSP和面包中的面筋蛋白、淀粉發(fā)生了相互作用,此時(shí)MA的加入使面筋網(wǎng)絡(luò)的持水性降低,面筋蛋白的弱化暴露出了更多淀粉顆粒。DSC和XRD實(shí)驗(yàn)中淀粉回生焓值和結(jié)晶度的下降進(jìn)一步證明了GSP和MA影響了面包中淀粉的回生,GSP的羥基可能通過氫鍵與小麥淀粉發(fā)生相互作用,而MA的加入導(dǎo)致了淀粉的水解,由此降低了淀粉的結(jié)晶度,而有關(guān)于GSP和MA對面包中面筋蛋白的影響有待研究。