王杰琼,钱海峰,王立,张晖,齐希光
(江南大学 食品学院,江苏 无锡, 214122)
燕麦全粉对面团特性及馒头品质的影响
王杰琼,钱海峰*,王立,张晖,齐希光
(江南大学 食品学院,江苏 无锡, 214122)
摘要以不同比例(0%~50%)的燕麦全粉替代小麦面粉,通过粉质、拉伸、快速黏度分析、旋转流变、F3-发酵流变、面团pH值的测定及质构分析等手段研究了混合面团的流变学特性、发酵特性及馒头的质构品质。结果表明:随着燕麦全粉替代比例的增加,混合粉的湿面筋含量显著降低,面团的吸水率增大,形成时间和稳定时间先增大后减小,弱化度逐渐增大,最大拉伸阻力和拉伸比例先降低后升高,延伸度逐渐降低;混合粉的峰值黏度、回生值、糊化温度及面团的弹性、黏性模量都随燕麦全粉的加入而逐渐增大;面团的持气性逐渐降低,漏气时间提前;燕麦全粉的加入使面团的pH值增大,使酵母及乳酸菌等的代谢受到了影响;燕麦全粉的替代比例小于20%时,混合粉仍具有较好的加工特性,更高含量燕麦全粉的加入将会导致馒头的比容和弹性显著降低,硬度明显增大。
关键词燕麦全粉;面团;流变学特性;发酵特性;馒头
燕麦,禾木科谷类作物,富含蛋白、脂肪和可溶性膳食纤维[1],且矿物质、维生素、氨基酸等组成全面,营养价值在粮食作物中居首位。燕麦中的可溶性膳食纤维,如β-葡聚糖等,已被证实具有调节血糖、血脂,促进肠道益生菌增值及预防结肠癌、免疫调节等作用[2-3],对于很多慢性疾病都有较好的预防和治疗作用[4]。由于其产量大,燕麦已被很多专家学者倡议成为继小麦和稻米之后的“第三主粮”[5]。但由于燕麦深加工技术研究的滞后,燕麦资源利用率极低[6],目前燕麦资源主要用作动物饲料,仅有3%左右的燕麦被加工成食品,市场上常见的燕麦产品为燕麦片[7],燕麦面包、燕麦方便面、燕麦挂面和燕麦糊产品的开发也有报道,但由于其产品品质未能得到消费者的广泛认可,销量很小[8]。所以研究开发燕麦制品对于改善现代人的膳食结构,提高燕麦利用率很有必要。馒头作为中国人的传统主食,无疑是我们改善膳食结构的最佳载体。而传统的馒头主要是由小麦粉制作而成,小麦粉中的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白在水和过程中吸水膨胀,彼此之间通过二硫键的形成和断裂,以及一些共价或非共价键的作用形成面筋网络而赋予发酵面制品独有的加工特性,本文以不同比例的燕麦全粉替代小麦面粉,研究混粉对面团流变学特性、发酵特性以及馒头的品质的影响,并对影响机制进行了探讨。
1材料与方法
1.1材料与仪器
燕麦全粉,市售燕麦经磨粉机多次粉碎至细过50目筛,并在混粉机中混匀备用;小麦粉,江苏三零面粉集团泰兴市曲霞面粉厂;安琪牌高活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;
CLF-150不锈钢五谷杂粮磨粉机,浙江省温岭市创力药材器械厂;Farinograph-E型粉质仪,德国Brabender公司;Extensograph-E型拉伸仪,德国Brabender公司;RVA4500快速黏度分析仪,波通澳大利亚公司;AR-G2型旋转流变仪,美国TA公司;F3-流变发酵测定仪,法国Chopin公司;VF-12C型醒发箱,上海烨昌食品机械有限公司;实验室pH计STARTER 3100,奥豪斯仪器(上海)有限公司;ACPHA1-4型冷冻干燥机,CHRIST公司;SU1510型扫描电子显微镜,日本日立株式会社;不锈钢蒸锅,美的生活电器制造有限公司;UltraScan Pro1166型高精度分光测色仪,Hunterlab公司;T-XT2i质构仪,英国Stable Micro Systems公司。
1.2实验方法
1.2.1混合粉的配制
将燕麦全粉以10%、20%、30%、40%、50%的比例替代小麦粉,混匀备用,以小麦粉(0%)为对照。
1.2.2理化性质的测定
水分含量测定参照GB 5009.3—2010;蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2010;脂肪含量测定参照GB/T 5512—2008;灰分含量测定参照GB 5009.4—2010;膳食纤维含量测定参照GB/T 5009.88—2008;β-葡聚糖含量测定参照NY/T 2006—2011;湿面筋含量测定参照GB/T 5506.1—2008。
1.2.3面团粉质特性和拉伸特性的测定
参照GB/T 14614—2006 《小麦粉 面团的物理特性 吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法》和GB/T 14615—2006《小麦粉 面团的物理特性 流变学特性的测定 拉伸仪法》进行测定。
1.2.4混合粉糊化特性的测定
参照GB/T 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定 快速粘度仪法》进行测定。
1.2.5面团动态流变特性的测定
参照GEORGE等[9]的方法,切取一小块面团置于AR-G2平台上,降下平板至设定间距,切去多余面团,加矿物油密封,静置5 min以消除残余应力后,在动态测量模式(oscillational mapping)下先进行应力扫描(strain sweep)以确定黏弹性线性范围,再进行频率扫描(frequency sweep)获得面团的流变学特性。最终的测定条件为:20 mm平板,间距2 mm,温度为25 ℃,0.5%的应变,扫描频率:0.1~10 Hz。
1.2.6面团发酵特性的测定
采用F3-流变发酵测定仪来测定面团的发酵流变特性,测试条件为:温度38 ℃,面团重量150 g,压力2 000 g,测试时间3 h。
1.2.7面团发酵过程中pH值的测定
将混粉置于和面机中和面5 min,将和好的面分割成6份,10 g/份,置于温度38 ℃,相对湿度80%的醒发箱中进行发酵,每隔一定的时间取出1份置于烧杯中,加入90 mL煮沸过的蒸馏水(已冷却至室温),搅拌使面团溶解后测其pH值。
1.2.8馒头的制作及其评价方法
参照馒头用小麦粉行业标准SB/T 10139—1993附录A中的一次发酵法。馒头冷却1 h后测其比容(采用海砂替代法)和色度;馒头质构品质(T-XT2i测定)测定程序与参数为:选用TPA 32测试程序,P25探头,测前、测中和测后速率分别为1 mm/s、0.80 mm/s、0.80 mm/s,strain 50%,2次压缩间隔时间3.00 s,触力5 g。
1.2.9数据处理及统计分析
利用SPSS 19.0和Origin 8.0对数据进行处理和统计分析。
2结果与讨论
2.1原料粉的基本理化性质分析
由表1可知,与小麦粉相比,燕麦全粉的蛋白质、脂肪、灰分、粗纤维和β-葡聚糖含量都高于小麦粉,不溶性膳食纤维含量占总纤维含量的比例也较小麦粉中高,这与刘永峰[10]的研究结果一致,且燕麦粉中不能洗出湿面筋,这是因为燕麦粉中的蛋白主要是球蛋白和谷蛋白(占蛋白总量的70%~80%),缺乏形成面筋网络的醇溶蛋白和麦谷蛋白[11]。
表1 原料粉的基本理化指标 单位:%
注:“-”代表无法检出。数值为平均值±标准偏差。
2.2燕麦全粉替代率对混合粉粉质和拉伸特性的影响
由表2可知,燕麦全粉的加入直接影响混合粉的湿面筋含量。与空白组相比,10%替代率对湿面筋含量无显著性影响。随着替代率的增大,混合粉的湿面筋含量显著降低,当替代率达50%时,已不能获得连续的面筋结构,这是因为高含量的燕麦全粉的加入对面筋蛋白的稀释所致,除此之外,研究还发现燕麦全粉的加入对于面团化学作用力的影响也很大,50%燕麦全粉的加入会导致二硫键的减少,离子键和氢键含量增加,疏水作用减弱(数据未列出),马涛等人[12]指出面团的变化几乎是所有化学键共同作用的结果,这些原因都将导致高替代比例的燕麦全粉面团无法形成连续的面筋而被水洗分离[13],这无疑对高含量燕麦面制主食的开发是一个很大的缺陷,目前主要是通过添加谷朊粉来弥补这一缺陷,但仅仅通过添加谷朊粉是不能完全改善混合面团的加工特性的,因为研究表明醇溶蛋白和麦谷蛋白的比例,以及高分子质量谷蛋白亚基对于面团较好的加工特性更为重要[14-15]。粉质特性结果表明,混合粉的吸水率随着替代率的提高而增大,这是由于燕麦全粉中含有较高含量的膳食纤维,JASIM等人[16]指出随着β-葡聚糖含量的增加,面团的吸水率直线上升;面团的形成时间和稳定性随替代率提高呈先增大后降低趋势,其中形成时间在30%替代率时达到最大,稳定时间在10%替代率时达到最大,面团的稳定时间越长,表明面团越强,越耐揉,高含量的燕麦全粉的加入明显减弱了面团的耐揉性,HUANG等人[17]还指出面团的形成时间和稳定性与馒头比容呈显著正相关;面团的弱化度随替代率的提高而增大,表明高含量的燕麦全粉对面团的面筋强度有破坏作用。面团的粉质质量指数随着替代率的提高而升高,但当替代率大于20%后迅速降低,粉质质量指数是评价面团品质的一个综合指标,可以推断当替代率小于20%时,混合面团仍具有较好的加工特性。
表2 燕麦全粉替代率对混合粉粉质特性的影响
注:“-”代表无法检出;数值为平均值±标准偏差;同列中不同字母表示有显著性差异(P0.05)。表3、表4与此相同。
由表3可看出,随着替代率的提高,面团的最大拉伸阻力和最大拉伸比例逐渐减小,仅在替代率高于30% 时略有增大;延伸度和能值均呈降低趋势,与杜双奎等人[18]的研究结果一致。这是由于:一方面,燕麦全粉的加入导致了面筋蛋白含量的降低,影响了面团面筋网络的形成和稳定,从而降低了面团的拉伸特性;另一方面,JASIM等人[16]指出较高的β-葡聚糖含量会降低面团的拉伸特性,燕麦全粉中富含β-葡聚糖,β-葡聚糖遇水形成高黏性凝胶附着在面筋蛋白表面,β-葡聚糖还会降低水分子的流动性,其与面筋蛋白争夺水分,这些都会影响面筋蛋白网络结构的形成和发展[19],进而影响面团的拉伸特性。崔丽琴等人[20]指出,能值低于50 cm2时,面粉的烘焙品质很差,因此可以认为,当替代率小于20%时混合粉仍具有较好的加工特性,这与粉质分析结果一致。当替代率提高至40%和50%时,面团的延伸度和能值急剧下降,表明此时混合粉已不适于发酵制面制品的加工;此外,替代率低于30%时,随着醒发时间的延长,面团的最大拉伸阻力、最大拉伸比例和能量均呈逐渐增大的趋势,表明燕麦全粉的加入在一定程度上延缓了面团的发展,可以通过适当延长醒发时间来改善面团的加工特性,但当替代率大于40%时,延长醒发时间对面团的拉伸特性无显著影响,这可能是由于此时面筋蛋白被严重稀释,无法形成面筋网络结构。
2.3燕麦全粉替代率对混合粉糊化特性的影响
面筋是发酵面团的骨架,使面团保持一定形状,而面筋网络中淀粉的糊化作用对于馒头的组织结构及品质也有直接的影响,淀粉在糊化过程中首先吸水膨胀,颗粒体积逐渐增大,填充在面筋网络中来维持馒头的体积[21],所以研究燕麦全粉的加入对于混合粉体系糊化特性的影响极其重要。姜小苓等人[22]指出快速黏度分析特征黏度参数主要与淀粉的浓度有关。由图1(a)和图1(c)可知,随着替代率的提高,混合粉的峰值黏度和回生值呈增大趋势,这与徐从玥等人[23]的研究结果一致。究其原因,一方面,燕麦全粉中缺乏面筋蛋白,形成的面筋网络较差,使得大量淀粉颗粒不能被面筋网络包裹,从而导致游离淀粉含量增加;另一方面,由于燕麦全粉中的膳食纤维等结合了大量的水,使得体系中淀粉浓度相对增大。而且,燕麦中富含的β-葡聚糖溶于水后形成的高黏度溶液[24]也可能对混合粉的高糊化黏度做出了贡献[25];此外,燕麦淀粉与小麦淀粉在种类、形态及直支链淀粉的比例的差异也将影响混合粉的糊化特性[26]。回生值反映了原料的凝胶特性,回生值越大,原料的凝胶强度越大[27],由图1(c)可知燕麦全粉的加入使形成的凝胶具有较高的硬度、紧实度和弹性;由图1(b)可看出,混合粉的衰减值随替代率的提高呈先升高后降低的趋势;在图1(d)中,当燕麦全粉的替代率为10%时,混合粉的糊化温度有较明显的提高,继续提高替代率,混合粉的糊化温度无显著性差异,李真[19]指出高分子质量的β-葡聚糖具有较高的黏性,会使混合粉的回生值增大,糊化温度升高,β-葡聚糖酶的加入可降低混合粉的黏度,延缓淀粉的老化,其原因可能是β-葡聚糖酶作用于β-葡聚糖的β-糖苷键,使之降解为小分子,失去高黏特性,除此之外还使得体系中可溶性β-葡聚糖含量增加,从而影响直链淀粉分子的重排和再结晶,降低淀粉的老化速率。
表3 燕麦全粉替代率对面团拉伸特性的影响
(a)峰值黏度;(b)衰减值;(c)回生值;(d)糊化温度图1 燕麦全粉替代率对混合粉糊化特性的影响Fig.1 Effect of whole-oat flour substitution on pasting properties of mixed powder
2.4燕麦全粉替代率对面团动态流变特性的影响
弹性模量(G')反映物质的弹性本质,对应凝胶体的刚性和强度,黏性模量(G'')反映样品的黏性强度,对应凝胶体的黏度和流动性[28]。由图2可知,面团的G'和G''均随频率的增加而增大,且G'>G'',表明面团呈现弹性流体的性质。随着替代率的提高,面团的G'和G''都呈现增大趋势。有研究表明较高的黏弹性模量与蛋白质含量有关[29-30],因此混合粉面团黏弹性模量的增加可能是由于燕麦全粉的高蛋白含量引起的,而且,燕麦全粉的加入使得混合粉中膳食纤维含量增大,膳食纤维与面筋蛋白的竞争性吸水作用会引起面团黏弹性基质的润滑作用降低,膳食纤维还可能会充当面团黏弹性基质的填充物[31],从而导致面团黏弹性模量的增加。另外,大颗粒淀粉的存在也可能会导致较高的G'和G''模量,一些多糖成分如β-葡聚糖等也会使面团体系的黏度增大[32]。AHMED等人[33]的研究结果与本文相似,但李娟等[34]对全麦粉替代小麦粉的动态流变分析结果与此相反,究其原因,燕麦全粉中的成分如蛋白、脂质、纤维多糖等对面团动态流变学性质的影响较为复杂,而且除此之外,淀粉颗粒的结构、直支链淀粉的比例,加水量等也会对面团流变学性质产生很大影响[31]。
图2 燕麦全粉替代率对面团动态流变学特性(G':储能模量;G'':损耗模量)的影响Fig.2 Effect of whole-oat flour substitution on the rheological properties
2.5燕麦全粉替代率对面团发酵特性的影响
燕麦全粉替代率对面团发酵特性的影响如图3所示。
图3 燕麦全粉替代率对面团发酵特性(a:持气性;b:开始漏气时间)的影响Fig.3 Effect of whole-oat flour substitution on therheofermentation properties
由图3可知,随着燕麦全粉替代率的增加,面团的持气性呈降低趋势。当替代率大于30%后,面团持气性显著下降。这是因为较高替代率的燕麦全粉会严重稀释面筋蛋白,使保持气体的面筋网络难以形成;面团的漏气时间随燕麦全粉的加入而提前,在替代率大于30%后漏气时间也明显提前,这与持气性结果一致。近年来的研究发现,在面团发酵后期,面团中的液相成分——包裹气体的液膜,对于气体的保持要大于面筋网络的作用[35],且液膜的成分大多是一些蛋白、多糖和脂质[36]。因此,混合粉面团持气性的迅速下降也可能是由于燕麦全粉的加入对液膜的破坏作用。
面团的pH会影响淀粉酶等的活力及酵母菌、乳酸菌等微生物的生长,进而影响面团的性质。发酵过程中面团(0%,30%和50%的燕麦全粉替代率)pH值的变化如图4所示。
图4 醒发过程中面团pH值的变化Fig.4 Changes of dough pH during proofing
从图4中可以看出,面团的初始pH值因燕麦全粉的加入而升高,表明燕麦全粉中的成分会改变面团体系的pH,在醒发过程中,面团pH值逐渐降低,且在初始醒发的1 h内pH值下降的幅度较大,张一等人[37]指出,除了酵母的有氧和无氧发酵产生的CO2、乙酸等影响面团的pH,醋酸菌和乳酸菌代谢产生的醋酸和乳酸也会对pH产生影响,尤其是乳酸对pH的影响较大,蔺毅峰等人[38]也指出面团中的酸度约60%来自乳酸,醒发后期pH的缓慢下降或稍有升高是由于酵母发酵产生的乙醇与乳酸菌、醋酸菌等产酸菌发酵产生的酸反应生成乳酸乙酯、醋酸乙酯的缘故。此外,当替代率小于30%时,适当延长醒发时间可使面团的pH值与空白组接近,这可能是低替代率混粉面团具有较好加工特性的原因之一。当替代率为50%时,面团在初始醒发1 h内pH下降的速率较小,且延长醒发时间后与空白组仍有较大差异,这与燕麦粉中可被酵母利用的糖含量、面团的持气性以及酵母菌和乳酸菌等的发酵活力都有关。
2.6燕麦全粉替代率对馒头品质的影响
燕麦全粉替代率对馒头比容、亮度、硬度和弹性的影响见表4。由表4可知,随着燕麦全粉替代率的增加,馒头的比容呈显著下降趋势,这可能是由于燕麦全粉中的膳食纤维易吸水膨胀形成空间障碍从而限制面筋的充分扩展,燕麦全粉的添加对面筋蛋白有严重的稀释作用[39],也会降低面团的持气性等。馒头芯的亮度也随替代率的提高而下降,这可能是由于燕麦全粉包含麸皮部分,而麸皮中富含的黄酮类物质使混合粉具有较深的色泽,从而影响馒头芯的亮度。对馒头质构特性的研究表明,燕麦全粉替代率的增加会使馒头芯的硬度增大,弹性降低,馒头芯的硬度与弹性对其综合品质影响较大,一般硬度与馒头的品质呈负相关,而弹性则与馒头的品质呈正相关。馒头芯硬度的增大和弹性的降低可能是由于燕麦全粉的加入使得混合面团中湿面筋含量降低(见表2),面团不能形成较好的三维面筋网络而包裹淀粉,从而导致馒头芯的硬度增大,弹性降低,这与之前的糊化特性结果一致。李真等[19]还指出大麦全粉中高含量的β-葡聚糖(≥1.5%)会降低面包的比容及其焙烤品质,结合之前对面团的流变学特性分析,可以得出燕麦粉中高含量的β-葡聚糖也可能是导致混合粉馒头比容下降及品质劣变的另一重要因素。
表4 燕麦全粉替代率对馒头品质的影响
3结论
燕麦全粉的加入使得混合粉的湿面筋含量逐渐降低,面团的吸水率逐渐增大,形成时间和稳定时间先增大后减小,弱化度逐渐增大,拉伸阻力和拉伸比例先减少后增大,延伸度和能值逐渐降低;混合粉的峰值黏度、回生值和糊化温度都随燕麦全粉的加入而逐渐增大;面团的持气性降低,漏气时间提前,且在较高的替代比例下这种劣变作用更显著;燕麦全粉的加入使面团的pH值增加,馒头的比容下降,亮度降低,硬度增大,弹性降低。结合面团流变学特性和馒头品质分析结果可以看出,当燕麦全粉的替代率小于20%时,混合粉仍具有较好的加工特性,在较高的燕麦全粉替代比例(大于30%)下,面团的流变学特性及发酵特性都会受到严重影响,导致终制品馒头的品质明显劣变。这是由于,一方面,燕麦全粉的加入对面筋蛋白有严重的稀释;另一方面,燕麦全粉中的其他成分,尤其是高含量的β-葡聚糖,也会对混合面团的特性产生影响,导致馒头品质的劣变。因此,攻克高含量燕麦全粉对面团及其醒发制品的劣变作用是未来开发高含量燕麦面制主食制品亟待解决的问题。
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WANG Jie-qiong,QIAN Hai-feng*,WANG Li,ZHANG Hui,QI Xi-guang
(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122,China)
ABSTRACTTo study the influence of whole-oat flour on the rheological, fermentation properties of dough and the quality of steamed bread, wheat flour was substituted with whole-oat flour at different ratios (0%~50%). The farinose quality and extensibility, pasting properties, dynamic rheological properties, fermentation properties of dough and quality of steamed bread were analyzed. Results revealed that the addition of whole-oat flour affected corresponding decrease in wet gluten of oat-wheat mixed flour. In addition, the water absorption capacity and the softening degree of mixed flour were increased; the dough forming time and the stability of dough were increased first and then decreased with the increase of whole-oat flour substitution. A decrease followed by an increase in the extension resistance and stretching ratio and a significant decrease in the extensibility were observed with the increasing of the substitution. Meanwhile, the final viscosity, retrogradation value, pasting temperature and the viscoelastic moduli (G' and G'') all increased with the increase of the substitution. The gas holding properties of dough decreased and the startup time of air leakage was shortened. Dough pH was increased, and the metabolism of yeast and lactobacillus was affected by the substitution. The mixed flour still had good processing properties when whole-oat flour replacement ratio was less than 20%, while higher substitution would significantly decrease the specific volume and springiness and increase the hardness of steamed bread.
Key wordswhole-oat flour; dough; rheological properties; fermentation properties; Chinese steamed bread
收稿日期:2015-07-27,改回日期:2015-10-09
基金项目:国家自然科学基金项目(31471617);国家“十二五”科技支撑项目(2012BAD37B08-3);常熟市科技计划项目(CN201406)资助
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603008
第一作者:硕士研究生(钱海峰副教授为通讯作者,E-mail:qianhaifeng@jiangnan.edu.cn)。