挤压改性对多谷物粉面团加工特性和面包品质的影响

田晓红, 汪丽萍, 刘 明, 刘艳香, 李 逸, 谭 斌, 刘士进

(国家粮食和物资储备局科学研究院1,北京 100037)

(石家庄市米莎贝尔饮食食品有限公司2,石家庄 051130)

多谷物杂粮面包是以小麦粉或谷朊粉为原料,添加多种杂粮(燕麦、小米、荞麦等)制作的面包[1]。与普通小麦面包相比,杂粮面包含有更加丰富的膳食纤维、矿物质、抗性淀粉、维生素和多酚等营养成分[2,3],可以改善饮食结构,有效预防高血压、高血脂、糖尿病等慢性疾病[4]。杂粮含有丰富的直链淀粉和潜在的高水平抗性淀粉,可以制备较低血糖生成指数的产品[5,6]。团队前期研究发现,多谷物粉面包在储藏过程中老化严重、质构变硬、缺乏弹性、口感粗糙[7],成为行业发展的难题。

挤压是淀粉改性的一种常用方法,具有成本低、产率高和能效高的特点[8]。挤压改性处理后淀粉结晶度降低,溶胀性增强,淀粉糊黏度降低[9,10]。现有研究表明挤压改性处理的荞麦粉能够为面团构建类似于面筋的“骨架”结构,黏性和延展性增强,使面团更易成型[11],提高荞麦粉在面条中的添加量[12,13]。吴娜娜等[14]研究发现添加挤压糙米粉后糙米面团网络结构疏松,孔隙增加大,糙米面包比容先减小后增大,质构硬度降低,感官评分值升高;吉梦莹[15]和刘运荣等[16]研究发现挤压处理燕麦粉使燕麦小麦混合粉面团吸水率和稳定时间增加,面包和馒头的比容下降,硬度、咀嚼性增加,面包储藏过程中硬化速率降低。目前的研究仅是对单一谷物粉的研究,挤压改性预处理对多谷物面包粉的加工性能和储藏品质的影响还鲜见报道。

研究以前期优选出的血糖生成指数(GI)相对较低的多谷物杂粮粉配方为基础[17],配以低GI的苦荞粉,添加谷朊粉来构建面包网络结构,通过改变多谷物粉中挤压改性多谷物粉的比例,以小麦粉做对照,研究挤压改性处理对多谷物面团的加工特性、面包加工、面包储藏的影响,为开发家用多谷物面包预混合粉提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

面包用高筋小麦粉、谷朊粉、高活性干酵母(耐高糖)、精制盐、原味奶油、全脂奶粉、细砂糖、小米、苦荞、藜麦、青稞、燕麦、绿豆。

1.2 仪器与设备

挤压机,TA.XT2i Plus质构仪,S-3000N扫描电子显微镜(SEM),F3流变发酵测定仪,LGJ-10BP型真空冷冻干燥机,WF-40B吸尘粉碎机,RVA-4快速黏度分析器,JMTY面包体积测定仪,JHMZ 200实验和面机,SD-P103自动面包机,ME3002E分析天平,Q31面包切片机。

1.3 方法

1.3.1 多谷物制粉和配粉

多谷物粉:将多谷物原料分别使用粉碎机粉碎(过100目筛)后按照质量分数20%苦荞粉和80%其他谷物粉(藜麦15.00%、燕麦5.30%、青稞29.70%、绿豆10.00%、小米40.00%[18])进行配制。

多谷物改性粉:对多谷物粉进行挤压改性处理,挤压条件如下。喂料量:19.0 kg/h;螺杆转速:190.0 r/min;液体物料喂料器1.0∶16.0%;液体物料喂料器 2.0∶50.8%;温区2/3/4/5/6分别为60、90、130、140、160 ℃。挤压改性后使用粉碎机粉碎过100目筛。

多谷物面包基础粉:将挤压改性多谷物粉与未处理的多谷物粉按照0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4的比例进行配粉,多谷物改性粉质量占全部多谷物粉质量的比例分别为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%。

多谷物面包预拌粉:将多谷物基础粉与谷朊粉按照6∶4的质量比充分混合,前期研究发现,该比例的面包品质最佳。全文均以小麦粉对照(CK)。

1.3.2 黏度测定

使用多谷物面包预拌粉进行黏度测定,参照GB/T 24853—2010的方法,重复2次。

1.3.3 面团发酵流变学特性的测定

250 g多谷物面包预拌粉加入3 g高活性干酵母和150 g 4 ℃的去离子水,在JHMZ 200实验和面机中和面5 min后取出,整理面团至表面光滑。称取面团315 g,放入F3流变发酵测定仪发酵筐底部,在面团上放置活塞和2 kg砝码,再放入流变发酵测定仪的发酵腔中,在28.5 ℃的温度下发酵3 h,分析面团膨胀曲线和气体释放曲线,以小麦粉为对照(CK),重复2次。

1.3.4 面团的微观结构观察

将1.3.3中制备好的面团用剪刀剪成约10 g的纺锤体,放到-18 ℃的冰箱中预冷冻,然后在冷阱温度为-60 ℃,真空度≤15 Pa条件下进行冷冻干燥。干燥后的面团切成近似1 cm×1 cm×1 cm的立方体,固定在载物台上喷金处理,然后在5 kV下进行扫描电镜观察[19]。

1.3.5 面包的制作

依次称取250 g多谷物面包预拌粉、3 g盐、6 g奶粉、15 g黄油、18 g细砂糖、190 g的4 ℃去离子水放入全自动面包机中,1 h后面团初步形成,放入2.8 g高活性干酵母,再次和面至面团完全成型,发酵和焙烤后立刻取出面包,放在架子上冷却1.5 h至室温进行评价,重复2次。

1.3.6 面包的比容测定

参照GB/T 20981—2007中的方法,将面包称量,质量记为m,精确至0.01 g。称重后将面包放入面包体积测定仪中测量面包体积,记为V,面包比容P的结果表示为:P=V/m,重复2次。

1.3.7 面包的横切面拍照观察

1.3.5制作的面包冷却至室温后,放入自封袋内,过夜平衡,使用面包切片机切成厚度为1 cm的面包片,取中间的切片拍照观察。

1.3.8 面包的质构特性测定

参照文献方法[20],略作改动。取1.3.7的面包片芯部分使用TA.XT2i Plus型质构仪进行TPA测试。TPA测试条件:P/36R探头,测前、测中、测后速度均为1.0 mm/s,压缩比为50%,触发力为5 g,2次压缩间隔时间为5 s,测定9次平行,取5个中间值的平均值。

1.3.9 数据统计与分析

使用WPS进行数据统计,使用软件SPSS 19.0进行差异显著性分析,使用Origin 2018软件进行图片绘制。

2 结果与讨论

2.1 多谷物面包预拌粉黏度特性

多谷物面包预拌粉的黏度特性见表1,随着多谷物改性粉添加量的增加,多谷物面包预拌粉的糊化温度升高,最高黏度、最低黏度、最终黏度、衰减值、回生值、峰值时间均显著性降低。该结果与文献结果一致[21,22]。杂粮中含有丰富的碳水化合物,在挤压改性处理下,水的存在和高温、高压以及机械剪切作用,谷物中淀粉吸水膨胀熔融,淀粉颗粒发生破裂糊化,淀粉的溶解性增强,溶胀能力增加[23,24],使得多谷物面包预拌粉的黏度随着多谷物改性粉添加量的增加呈下降趋势。衰减值代表淀粉糊体系的稳定程度,衰减值降低,说明水分子与淀粉颗粒结合牢固,淀粉乳液的黏度稳定性高。回生值表示淀粉回生程度,在一定程度上与淀粉糊的回生老化有直接关系,回生值越低,越不容易老化,可以延长产品的保质期[25]。加入多谷物改性粉后,回生值的降低将使得面包在储藏过程中淀粉老化速度变慢,硬化速率下降,对面包的储藏品质有积极影响。

表1 多谷物面包预拌粉黏度

2.2 面团发酵特性

由表2可见,在面团发酵阶段,多谷物改性粉比例在10%～20%时,面团的最大膨胀高度Hm、最终膨胀高度h、曲线达到最高值时所花时间T1均与未添加多谷物改性粉没有显著性差异。当多谷物改性粉比例在30%～60%时,随着多谷物改性粉比例的增大,Hm、h和T1、T2均呈增大趋势,与未添加多谷物改性粉面团呈显著性增加。挤压改性处理后,谷物当中的淀粉颗粒失去完整性,晶体结构消失,分子降解,分子质量显著降低[26],更多的羟基暴露出来与水形成氢键[27],与水相结合的能力增强。因此,用糊化淀粉部分替代多谷物粉的面团可以增加面团的表观冷水黏度和存储模量(G′)和损失模量(G″),赋予面团更大的持水特性,改善面团的流变性能,改善面团的成形性,使面团具有高弹性[28],在发酵过程中,能包裹住更多的CO2,使面团的发酵高度显著增加,当然发酵最大高度的时间也显著延长。

表2 面团发酵流变学特性

面团发酵流变各指标之间的相关性见表3,多谷物改性粉添加量与面团最大发酵高度Hm、面团开始泄漏CO2的时间、总产气量AT和持气量A1的相关系数分别为0.935**、0.902**、-0.942**、-0.799*,在0.01水平和0.05水平上显著性相关。最大发酵高度Hm除了和多谷物改性粉显著性相关外,还和面团最终发酵高度h、面团开始泄漏CO2的时间、总产气量AT和持气量A1显著性相关。面团的最大发酵高度Hm与面包体积呈正相关[29],随着多谷物改性粉比例的增加,在发酵阶段面团的高度增加,面包的体积有增大的可能。在气体释放阶段,随着多谷物改性粉比例的增加,气体释放曲线的最大高度H’m没有显著变化,显著高于小麦粉面团对照,气体出现孔洞的时间Tx开始延长,面团总产气量AT和持气量A1均呈下降趋势,与未添加多谷物改性粉面团无显著性差异,保留系数R先下降后上升趋势,多谷物改性粉质量分数为50%、60%时,R分别为78.25%、75.50%,高于未添加多谷物改性粉面团,无显著性差异。随着多谷物改性粉比例的增加,面团的发酵特性有所增强,面团发酵高度更高,主要原因是多谷物改性粉添加有利于面团保存CO2,使其不被释放出来,保留系数R增大。

表3 面团发酵流变各指标之间的相关性

2.3 面团微观结构

多谷物面包预拌粉面团的微观结构如图1所示,随着多谷物改性粉含量的增加,面团的表面越来越光滑,孔洞越来越小。多谷物改性粉质量分数为10%时,面团表面有很多孔洞,这是因为在冷冻干燥过程中面团中水分的溢出,在面团结构中出现许多小的孔隙。当多谷物改性粉质量分数在40%～60%时,面团表面成膜,形成完整的网络结构。谷物经过挤压改性处理,淀粉表现出很强的交联性和凝胶特性,与其他大分子容易结合形成类似于面筋蛋白的网络结构[30];蛋白质中α-螺旋结构解开而呈现相对减少的趋势,无规卷曲相对含量增加,β-折叠相对含量升高,β-折叠是蛋白质聚集形成良好凝胶的基础结构[31]。因此,经过添加多谷物改性粉后,面筋网络结构更好,面团形成膜状结构,有利于在发酵和焙烤中,包裹住产生的二氧化碳,使面包具有蓬松的质构和松软的口感。该结果与表2中保留系数R随着改性粉添加比例增大而增大互相印证。

图1 面团的微观结构(×500)

2.4 面包芯结构

多谷物面包的内部结构如图2所示,添加多谷物改性粉后,多谷物面包的高度有所减小。多谷物改性粉质量分数20%时,面包顶上有部分大气泡,多谷物改性粉质量分数30%时,多谷物面包体积变小。多谷物改性粉质量分数40%、50%、60%时,刚出炉的面包外观良好,但在冷却过程中,面包外型有部分塌陷。结合质构结果分析,可能的原因是,添加多谷物改性粉后,面包比较软,采用全自动面包机所制作的面包体积较大,硬度偏低的情况下,面包的网络结构不足以支撑面包本身的质量,随着面包内部气体的冷却,会出现部分塌陷现象。添加多谷物改性粉后,多谷物面包的内部结构并没有得到改善。

注:图上标识为多谷物改性粉占全部多谷物粉的比例。图2 多谷物面包芯结构

2.5 比容

比容反映的是面包单位质量的体积,比容过大,反映面包的内部孔隙过大,结构比较粗糙,比容过小,反映面包的孔隙小且少,面包偏硬,优质面包具有适中的比容[32]。添加不同比例多谷物改性粉的多谷物面包比容见图3,添加质量分数10%和40%的多谷物改性粉后,多谷物面包的比容没有显著变化,其余添加量的多谷物面包比容显著变小,这个结果与面包芯结构相一致。可能的原因是改性处理的多谷物粉具有强持水性,在和面过程中与面筋蛋白竞争性吸水,阻碍了面筋网络结构的充分形成,使得多谷物面团持气性差,膨胀不够,比容变小。同时,改性多谷物粉在面团成型中能够形成类似于面筋蛋白的网络结构。在和面中,多谷物改性粉竞争性吸水和构建类似面筋的结构同时起作用,当多谷物改性粉质量分数10%和40%时,两者作用相当,使得面包比容与未添加多谷物改性粉面包比容无显著性差异。

注:字母不同表示差异性显著(P<0.05)。图3 多谷物面包比容

2.6 质构特性

不同多谷物改性粉添加量的多谷物面包质构特性见表4。多谷物改性粉质量分数为0%时,多谷物面包储藏的初始硬度和耐咀性比较高,分别为0.616、0.451 kg,添加多谷物改性粉后,多谷物面包的质构硬度显著降低(多谷物改性粉质量分数30%除外),对弹性和回复性没有显著影响(多谷物改性粉质量分数60%除外)。7 d后,未添加多谷物改性粉的多谷物面包质构硬度和耐咀性分别增加到1.303、0.857 kg,分别增加111%、90%,回生明显。而添加了多谷物改性粉的多谷物面包质构硬度增加缓慢,多谷物改性粉质量分数10%～60%的多谷物面包储藏7天后的质构硬度显著小于未添加多谷物改性粉的多谷物面包质构硬度,分别是未添加多谷物改性粉面包硬度的55%、65%、62%、37%、46%和42%。多谷物改性粉质量分数40%～60%的面包储藏7 d的质构硬度小于同时期小麦粉面包质构硬度,挤压改性处理有效延缓了多谷物面包的回生,该结果与Liu等[33]研究结果相一致,这是因为淀粉经过挤压处理后淀粉颗粒完整性被破坏,淀粉分子发生了降解,抑制了在储存过程中直链淀粉分子的重排,回生较慢[34]。该结果与表1中多谷物改性粉的回生值降低相一致。同时在挤压过程中,淀粉分子间和分子内的氢键断裂,结晶结构被破坏,更多的羟基暴露出来与水形成氢键[27],与水相结合的能力增强,与体系中其他的大分子结合形成网络结构,固化面包中的水分,使得面包中的水分活度降低[35],在储存过程中能够锁住更多的水分,延缓面包的老化,提高产品的储藏质量[36]。

3 结论

随着多谷物改性粉的增加,多谷物面包预拌粉的最高黏度、最低黏度、最终黏度、衰减值、回生值、峰值时间均显著性降低,面团的最大发酵高度显著增高,面团总产气量和持气量均下降,保留系数先下降再升高,面包的体积、结构和比容均小幅下降。多谷物改性粉质量分数10%～60%的面包储藏7 d后的质构硬度分别是未添加多谷物改性粉面包硬度的55%、65%、62%、37%、46%和42%,储藏过程中的硬化速率降低。总体上说,添加多谷物改性粉,不能够改善面团的总产气量、持气量和面包的结构,但有效延缓了多谷物面包的回生,使面包在储藏过程中保持柔软。当多谷物改性粉质量分数40%时,多谷物面包结构良好,室温储藏7 d的质构硬度481 g,显著低于小麦粉面包质构硬度,延缓老化效果最好。