亞麻籽膠和沙蒿膠對冷凍面團及饅頭品質的影響

王宏偉,國思琪,蘇會雨,陳彬云,劉興麗,張艷艷,張華

1.鄭州輕工業大學 食品與生物工程學院/冷鏈食品加工與安全控制教育部重點實驗室,河南 鄭州 450001;2.南京鐵心橋國家糧食儲備庫有限公司,江蘇 南京 210000;3.中原食品實驗室,河南 漯河 462300

0 引言

冷凍面團技術通過目標產品前期加工與后期熟制的分離,突破了傳統生產模式的制約,實現了產品生產的規?；?、標準化和方便化。然而,冷凍速率、凍藏時間、凍藏溫度等條件的變化,通常會導致冷凍面團品質發生不同程度的下降,使得冷凍面團難以與“即需即做”產品相媲美。冷凍面團在加工、成型、儲藏、運輸等過程中難免會經歷溫度的波動(即凍融循環),這導致面團內水分子在溶液態(水分)和凝固態(冰晶)兩相態間不斷發生改變[1],使得面團孔隙可吸附大量的水分子形成大冰晶,繼而降低酵母菌活性,破壞面團中主要組分(面筋蛋白、淀粉)的微觀結構,致使最終產品更易出現比容(SP)下降、開裂、硬度增大等品質劣變問題。因此,如何通過改善冷凍面團物化特性以提高最終產品的品質是目前冷凍面團研究領域的熱點。

改善冷凍面團品質的常見方法包括采用新型冷凍加工技術,選育酵母菌,添加抗凍劑、酶制劑或親水膠體,等等[2],其中,添加親水膠體因具有方便快捷、效果明顯、成本低廉等優勢被廣泛應用。研究[3-4]表明,凍藏過程可導致面團品質劣變,而親水膠體結構中具有的大量親水基團(羥基、羧基、氨基等)可改變冰晶形態及凍藏過程中的水分分布和狀態,從而減少面筋蛋白網絡的機械損傷,提高冷凍面團的品質。另外,親水膠體具有良好的增稠特性和凝膠特性,將其少量添加于面團中就能避免面團發生脫水作用,提高面團的黏度、多孔性、持水性、感官評分等[5-6]。目前,國內外有關親水膠體改善冷凍面團及其最終產品品質的研究主要集中在黃原膠、海藻酸鈉、阿拉伯膠、瓜爾膠等常見膠體,而不同分子組成、不同構型及不同結構的親水膠體對冷凍面團及其最終產品的影響和作用機制不盡相同[7]。亞麻籽膠(Flaxseed Gum,FG)和沙蒿膠(ArtemisiaSphaerocephalaKrasch.Gum,ASKG)均為陰離子雜多糖天然植物膠,具有較多親水基團及較強的吸水和保水性能,能夠調控食品體系內的水分分布和狀態,防止水分物態的轉變;此外,二者還具有較強的黏性和較好的膠凝特性,可有效改善食品的組織結構、形態和品質[8]。目前,將FG和ASKG應用于冷凍面團中的研究較少,其如何通過調控冷凍面團內的水分物態轉變(即水分分布及狀態、可凍結水含量(FW)變化)進而影響饅頭品質方面的研究尚未見報道,而相關研究的開展將有利于冷凍面團主食化加工和規?；a。

基于此,本研究擬在精制小麥粉中添加FG和ASKG以制備小麥混合粉,并根據混合粉粉質特性添加適量的水,使面團處于最適水合狀態,進而測定凍融循環處理后冷凍面團的水分分布及狀態、FW,并通過核磁成像分析研究親水膠體對凍融循環處理后冷凍面團水分物態轉變規律的影響;最后將冷凍面團制成饅頭,研究親水膠體添加前后饅頭SP、氣孔結構、質構和感官品質的變化規律,以期為親水膠體在冷凍面團中的合理應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

精制小麥粉,河南金苑糧油有限公司;亞麻籽膠(1% 黏度為326 mPa·s),新疆利世得生物科技有限公司;沙蒿膠(1% 黏度為9200 mPa·s),河南樂泰食品有限公司。

1.2 主要儀器與設備

810152型粉質儀,德國布拉班德公司;RVA 4500型快速黏度測定儀,澳大利亞波通儀器有限公司;AL204型分析天平,上海梅特勒-托利多儀器有限公司;HWS-080型恒溫恒濕箱,上海精宏試驗設備有限公司;HD400型固體核磁共振儀,德國Bruker公司;DSC Q20型差式掃描量熱儀,美國TA公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 小麥混合粉制備將FG分別按照0.2%、0.4%、0.6%和0.8%等質量分數替代精制小麥粉,混合均勻后制得FG-小麥混合粉,分別命名為0.2%-FG、0.4%-FG、0.6%-FG和0.8%-FG;將ASKG分別按照0.2%、0.4%、0.6%和0.8%等質量分數替代精制小麥粉,混合均勻后制得ASKG-小麥混合粉,分別命名為0.2%-ASKG、0.4%-ASKG、0.6%-ASKG和0.8%-ASKG。以未添加親水膠體的精制小麥粉為空白對照。

1.3.2 冷凍面團制備及凍融循環處理按照小麥混合粉吸水率的80%添加蒸餾水,和好面團后,使用壓面機將其壓成5 mm的薄片,密封后放入-18 ℃的冰箱中凍藏23 h,隨后取出冷凍面團薄片,在恒溫恒濕箱(溫度30 ℃、相對濕度80%)中放置1 h,即為1次凍融循環;冷凍面團薄片需經過7次凍融循環,以未經凍融循環且未添加親水膠體的冷凍面團薄片為空白對照。經凍融循環的冷凍面團薄片會再次整型成饅頭胚用于饅頭制作,使用壓面機壓成厚度均一的薄片是為了保證樣品的一致性及水分的均一化分布,避免手工揉制面團的差異性。

1.3.3 面筋蛋白制備及微觀結構觀察參照李銀麗[9]的方法,用2 L蒸餾水浸泡面團20 min后,用手揉搓面團并及時更換蒸餾水,直到蒸餾水不再渾濁后取出面筋蛋白。選取面筋蛋白的光滑橫截面,切成邊長約2 mm的小塊,經噴金后觀察面筋蛋白微觀結構。將其余面筋蛋白冷凍干燥后粉碎,過100目篩,備用。

1.3.4 粉質特性測定參照《糧油檢驗 小麥粉面團流變學特性測試 粉質儀法》(GB/T 14614—2019)[10]測定小麥混合粉的粉質特性。

1.3.5 糊化特性測定精確稱取1.5 g小麥混合粉制備質量分數為8%的懸浮液,采用快速黏度測定儀測定其糊化特性,程序設定為:起始溫度30 ℃,保溫1 min;以5 ℃/min的速率升溫至95 ℃,保溫10 min;再以5 ℃/min的速率降溫至50 ℃,保溫10 min。整個糊化過程分兩個階段設置轉速,第一階段初始轉速為960 r/min,第二階段轉速為160 r/min。

1.3.6 冷凍面團內部水分分布測定參照許可等[11]的方法,從1.3.2所制備的冷凍面團中切取規格相同(0.8 cm×0.8 cm×3.0 cm)的面條放入樣品管中,置于永久場射頻線圈中心位置,利用固體核磁共振儀中的GPMC 序列對樣品內部水分分布及遷移信息進行采集。

1.3.7FW測定從1.3.2所制備的冷凍面團中心部位取25 mg樣品,放入鋁盒中鋪平,置于壓片機密封,以空鍋為空白對照。程序設置為:初始溫度20 ℃,保溫1 min;然后以10 ℃/min的速率升溫至120 ℃[12]。

1.3.8SP測定按 1.3.2的方法制好面團,用壓片機碾壓趕氣后,醒發1 h,制得饅頭胚;再經二次醒發0.5 h后,放入冷水蒸鍋中蒸制0.5 h;將蒸好的饅頭在室溫下放置1 h,按照下式計算饅頭SP:

SP=V/M

式中,V為饅頭體積/cm3,采用小米置換法測定;M為饅頭質量/g。

1.3.9 質構特性參數測定參照張小村等[13]的方法,并略有改動。在室溫下,將蒸好的饅頭放置2 h后,切成薄片并置于載物臺上,測試參數設置為:探頭型號P50,測前速率2.0 mm/s,測中、測后速率均1.0 mm/s,壓縮率50%,感應力 8 g,壓縮間隔 5 s。每個樣品均測定 6 次,結果取平均值。

1.3.10 感官評價方法參照《糧油檢驗 小麥粉饅頭加工品質評價》(GB/T 35991—2018)[14],并略有改動。選取10名味覺敏銳的感官評價人員對蒸制熟化后的饅頭進行感官評價。

1.4 數據處理與分析

所有實驗均重復3次以上,數據結果以(平均值±標準差)表示,采用SPSS 22.0和Origin軟件進行數據分析及作圖。

2 結果與分析

2.1 親水膠體對小麥混合粉粉質特性的影響

小麥粉的粉質特性可表征面團形成過程中的流變學特性[15]。親水膠體添加前后小麥混合粉的粉質特性參數見表1。由表1可知,與空白對照組相比,親水膠體的添加會導致面團形成過程中吸水率不同程度的增大,這可能是由于親水膠體自身的黏附性和吸水性賦予小麥混合粉較好的吸水能力,進而提高面團形成過程中的吸水率,而吸水率的提高有利于后期產品的加工與儲藏[16]。添加ASKG后,面團形成過程中的穩定時間均有所延長,表明面筋的韌性和強度均有所提高。但在相同質量分數下,FG對面團穩定時間的影響不顯著(P>0.05)。添加FG后,面團形成時間延長,而面團形成時間越長,表明面筋蛋白網絡結構的形成速度越慢,這可能是由于親水膠體具有較強的吸水性,在面團與水混合過程中,親水膠體會與面筋蛋白競爭性吸水[17]。弱化度可反映面團形成過程中耐機械剪切力的程度,弱化度越大,表明面筋品質越差[18]。隨著親水膠體質量分數的增加,小麥混合粉的弱化度降低,粉質質量指數提高,表明親水膠體的添加可強化面筋蛋白網絡結構,并使其更連續、穩定,呈現出良好的加工特性。

表1 親水膠體添加前后小麥混合粉的粉質特性參數Table 1 The farinographic characteristics parameters of wheat mixed flour before and after the addition of hydrocolloids

2.2 親水膠體對小麥混合粉糊化特性的影響

親水膠體添加前后小麥混合粉的糊化特性參數見表2。由表2可知,親水膠體的添加提高了小麥混合粉糊化體系的峰值黏度,這可能是由于親水膠體自身的黏附性使其與小麥粉競爭性吸水,導致體系黏度整體上升。其中,ASKG的作用效果較FG顯著,這可能與ASKG極性較強、初始黏度較大有關。糊化溫度隨著親水膠體質量分數的增加而升高,這與R.F.Tester等[19]的研究結果較一致,即非淀粉多糖可抑制淀粉顆粒非晶區的水合作用,導致糊化溫度升高。與空白對照組相比,FG和ASKG的添加均提高了體系的崩解值,使崩解值從427.5 mPa·s分別提高到 509.0 mPa·s和 565.5 mPa·s,表明親水膠體的添加可使體系抗剪切能力減弱,這可能是由于親水膠體的添加提高了體系黏度,使小麥混合粉糊化體系各相態之間發生了明顯的相分離。此外,親水膠體的添加提高了體系的回生值,這可能是由于親水膠體的添加導致分散相中直鏈淀粉分子重新有序化排列,進而促進了直鏈淀粉的短期回生。

表2 親水膠體添加前后小麥混合粉的糊化特性參數Table 2 The gelatinization characteristics parameters of wheat mixed flour before and after the addition of hydrocolloids

2.3 親水膠體對冷凍面團內部水分分布的影響

親水膠體添加前后冷凍面團的核磁共振圖譜如圖1所示,該圖譜可直觀地觀察面團在凍融循環過程中的水分分布及遷移規律[20]。由圖1可知,面團經7次凍融循環處理后,藍色部分增多,即氫質子信號強度減弱,這表明面團經凍融循環處理后,其內部水分有所損失。隨著親水膠體質量分數的增加,藍色部分逐漸減少,紅色部分逐漸增多,這表明親水膠體的添加可在一定程度上束縛住冷凍面團中的水分子,使其在凍融循環過程中不易析出。

圖1 親水膠體添加前后冷凍面團的核磁共振圖譜Fig.1 MRI spectra of frozen dough before and after the addition of hydrocolloids

冷凍面團內部水分的均一化分布及物態轉變可直接影響冷凍面團及其最終產品的品質[11]。親水膠體添加前后冷凍面團內部水分的分布狀態見表3,其中A21、A22和A23分別代表水分在面團中與親水性物質(如蛋白質、淀粉等)相結合的3種相態含量,即強結合水含量、弱結合水含量和自由水含量。

表3 親水膠體添加前后冷凍面團內部水分的分布狀態Table 3 The distribution of water in frozen dough before and after the addition of hydrocolloids %

由表3可知,凍融循環處理顯著降低了面團中的A21(從11.70%降至7.05%),但明顯增加了A22(從87.84%升至92.20%)和A23(從0.47%升至0.75%)。這可能是由于凍融循環過程中冰晶的形成及重結晶導致面團內部大分子物質(如蛋白質和淀粉)的親水性下降、水分自由度上升,使得水分子與各大分子物質間的結合程度減弱,水分的流動性增強,從而導致面團失水[21]。此外,親水膠體的添加使冷凍面團中的A21整體上有所上升,A22變化不明顯,A23有所下降,這可能是由于親水膠體自身大量的親水基團可抑制水分子的自由運動,使面團中水分的流動性降低。對比FG和ASKG的同等添加水平發現,FG調控冷凍面團中水分分布的能力要強于ASKG,即FG能更有效地抑制冷凍面團中水分的遷移。

2.4 親水膠體對冷凍面團中FW的影響

凍融循環處理能夠導致冷凍面團發生不同程度的劣變,究其原因主要是因為凍融循環過程中冰晶的形成及重結晶破壞了面團內部大分子物質的組織結構,進而對面制品的品質特性(物化、質構、感官等)造成影響[22]。而冰晶主要是由可凍結水形成,因此,研究冷凍面團的FW具有重要意義。親水膠體添加前后冷凍面團的FW見表4。由表4可知,凍融循環處理使得冷凍面團的FW由17.37%增加到19.12%。該結果可能與凍融循環過程中冰晶的形成及重結晶有關,即凍融循環期間,水分子的遷移使面團內部的水分重新凝聚轉變為自由水,進而導致FW增加。而隨著親水膠體添加量的增加,冷凍面團的FW逐漸減小,這可能是由于二者自身含有的多種親水基團易與水分子結合,對水分子的吸附能力較強,能夠吸附面團中的游離水分進而穩定面團內部的水分分布及狀態,大幅減緩冰晶的形成及重結晶。該結果也證實了在凍融循環期間添加親水膠體可有效調控冷凍面團冰晶的形成及重結晶能力,有利于保持冷凍面團品質的穩定性。

表4 親水膠體添加前后冷凍面團的FWTable 4 The FW of frozen dough before and after the addition of hydrocolloids %

2.5 親水膠體對冷凍面團面筋蛋白微觀結構的影響

親水膠體添加前后冷凍面團面筋蛋白的微觀結構如圖2所示。由圖2可知,空白對照組(圖2a))具有致密、完整的面筋蛋白網絡結構以包裹淀粉顆粒,而經凍融循環處理的面團(圖2b))中的淀粉顆粒大多裸露且無明顯連續、清晰的束狀面筋蛋白結構。這可能一方面是因為在凍融循環處理過程中,面筋蛋白間隙區域由于冷凍收縮而受到擠壓,不同程度地破壞了其面筋蛋白網絡結構,進而弱化了面筋蛋白網絡結構的形成;另一方面,凍融循環處理促進了冰晶的形成及重結晶,而體系內冰晶的增大會對淀粉顆粒造成擠壓或破壞,使其表面形成微紋或微孔,進而促進淀粉顆粒內可溶性物質析出,降低淀粉顆粒內部的有序化排列,而淀粉顆粒的破損將進一步促進淀粉顆粒吸水,使得淀粉顆粒與面筋蛋白競爭性吸水,從而形成不完整的面筋蛋白網絡結構[23]。而添加親水膠體的冷凍面團(圖2c)—2k))中可清晰看到連續、完整的面筋蛋白網絡結構及收縮變細的面筋束包裹淀粉顆粒,且其面筋蛋白網絡的完整性、連續性較未添加親水膠體的冷凍面團更高,這一結果與高博等[24]的研究結果較一致,即親水膠體可提高冷凍面團的抗凍性,減緩冰晶形成對面筋蛋白網絡結構的破壞。

圖2 親水膠體添加前后冷凍面團面筋蛋白的微觀結構Fig.2 The microstructure of gluten protein of frozen dough before and after the addition of hydrocolloids

2.6 親水膠體對冷凍面團所蒸制饅頭SP和氣孔結構的影響

SP是衡量饅頭蒸煮特性的重要品質指標之一;氣孔結構可表征冷凍面團所制備饅頭內部的紋理結構,也是評價饅頭品質的重要指標之一。親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的SP和氣孔結構見表5和圖3,圖3中,第一排依次為空白對照、凍融7次-0%FG、凍融7次-0.2%FG、凍融7次-0.4%FG、凍融7次-0.6%FG和凍融7次-0.8%FG冷凍面團所蒸制的饅頭,第2排依次為凍融7次-0.2%ASKG、凍融7次-0.4%ASKG、凍融7次-0.6%ASKG和凍融7次-0.8%ASKG冷凍面團所蒸制的饅頭。由表5和圖3可知,經7次凍融循環處理后,冷凍面團所蒸制饅頭的SP由2.41 cm3/g下降至1.97 cm3/g,下降了18.26%,且內部結構更致密、氣孔更小。N.M.Edwards等[25]研究發現,淀粉的結構性質可影響其與蛋白質的結合程度,從而改變最終產品的蒸煮品質。冷凍面團經凍融循環處理后,淀粉分子鏈的聚集程度和有序化排列均有所下降,這有利于淀粉分子與面筋蛋白競爭性吸水,使得面團無法形成高質量的面筋網絡結構。此外,面筋蛋白之間的交聯賦予面筋蛋白網絡結構獨特的延展性和黏彈性,起到面制品“骨架”的作用[26],而經凍融循環處理后,面筋蛋白網絡結構變得較松散,維持其穩定構象的共價鍵遭到破壞,弱化了面筋蛋白網絡的形成,最終致使饅頭的SP下降。與空白對照組相比,親水膠體的添加使饅頭的SP增加,內部氣孔結構分布更均勻。這可能是由于親水膠體可減緩凍融循環處理對面筋蛋白和淀粉顆粒的破壞,賦予面團一定的延展性和穩定性,使氣室充分擴展,滯留了更多的CO2[27]。

圖3 親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的氣孔結構Fig.3 The stomatal structure of steamed bread with frozen dough before and after the addition of hydrocolloids

表5 親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的SPTable 5 The SP of steamed bread with frozen dough before and after the addition of hydrocolloids cm3/g

2.7 親水膠體對冷凍面團所蒸制饅頭質構特性的影響

饅頭的組分及組織結構決定了饅頭的質構特性,而質構特性又可直觀地反映饅頭的品質特性[28]。親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的質構特性參數見表6。由表6可知,凍融循環處理增加了饅頭的硬度、黏附性和咀嚼性,降低了饅頭的彈性、內聚性和回復性,表明經凍融循環處理后,冷凍面團所蒸制的饅頭缺乏蓬松柔軟的口感。這可能是由于凍融循環處理弱化了面團面筋蛋白網絡結構的形成,使所蒸制饅頭難以形成高質量的三維蜂窩狀結構。與空白對照組相比,添加親水膠體后,饅頭的硬度、黏附性和咀嚼性均有所下降,而彈性、內聚性和回復性呈整體上升的趨勢,這表明親水膠體的添加能減緩凍融循環處理對面筋網絡結構的破壞,維持面筋網絡結構的完整性和穩定性,進而在不同程度上改善饅頭的內部結構,賦予其松軟且富有彈性的質地[29]。

表6 親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的質構特性參數Table 6 The texture characteristic parameters of steamed bread with frozen dough before and after the addition of hydrocolloids

2.8 親水膠體對冷凍面團所蒸制饅頭感官品質的影響

親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的感官評價如圖4所示。由圖4可知,凍融循環處理后,饅頭的各項感官指標(色澤、形態、彈性、氣孔結構和氣味)均呈下降趨勢。這可能是由于凍融循環處理弱化了面筋蛋白網絡結構的形成,抑制了醒發過程中面團的持氣能力。而添加適量的親水膠體有利于饅頭形成飽滿挺立的形態,促進內部氣孔結構的均勻分布,賦予饅頭較好的彈性。這與鮑宇茹等[30]的研究結果較一致,即親水膠體可改善冷凍面團塌陷及皺縮問題,繼而提高所蒸制饅頭的品質。此外,面筋蛋白穩定構型的變化可對饅頭品質指標造成影響[31],而直鏈淀粉含量與饅頭總評分呈負相關[32]。這主要是因為親水膠體的添加可減弱凍融循環處理對冷凍面團主要組分的破壞程度,賦予冷凍面團較好的延展性和穩定性,進而維持蒸制熟化后饅頭的品質特性。

圖4 親水膠體添加前后冷凍面團所蒸制饅頭的感官評價Fig.4 The sensory evaluation of steamed bread with frozen dough before and after the addition of hydrocolloids

3 結論

本文研究了親水膠體(FG和ASKG)對凍融循環處理后冷凍面團內部水分物態轉變(水分分布及狀態、FW)及所蒸制饅頭品質(SP、氣孔結構、質構特性和感官品質)的影響。發現,添加親水膠體可促進凍融循環過程中冷凍面團內部水分的均一化分布,同等添加水平下,FG能夠更好地抑制冷凍面團中水分的遷移;親水膠體能夠提高冷凍面團中的A21,降低冷凍面團中的A23,從而導致FW下降,使得冷凍面團對水分子的束縛能力增強,減緩冰晶的形成及重結晶;親水膠體還可減緩凍融循環處理對冷凍面團面筋蛋白網絡結構的破壞,促進面筋蛋白與淀粉顆粒的均勻分布,最終降低所蒸制饅頭的硬度、黏附性和咀嚼性,同等添加水平下,FG能夠更明顯地增大所蒸制饅頭的SP、彈性和回復性,且感官品質表現出與質構特性一致的結果。本研究可為親水膠體在冷凍面團及其產品中的合理應用提供理論參考,有助于實現冷凍面團加工技術的廣泛應用。