山梨糖醇对面包储藏期间品质的影响

彭 博 刘 琴 丁士勇

(华中农业大学食品科技学院，武汉 430070)

在面包等焙烤食品生产过程中，往往由于小麦粉品质、环境因素以及收获之后的储藏方式等问题而使得焙烤食品不能达到预期的效果[1]。加入一些添加剂可以改善面筋蛋白网络结构的强度，提升产品的持水性能，改善成品口感，以此改善焙烤食品的加工与储藏特性。对于运用于焙烤食品中的食品添加剂，酶制剂[2-3]、乳化剂[4-5]、氧化剂与还原剂[6-7]是研究的热点，它们能够影响面筋蛋白网络形成，或者影响酵母发酵[8-9]，进而对焙烤食品的结构与感官性质产生一定的影响。而对于焙烤食品水分保持剂的研究则比较少见。

糖醇是指糖的还原性羰基加氢后生成的多元醇类物质。其在体内代谢与胰岛素无关，但能被小肠吸收，并且能够进入血液代谢，同时为机体提供一些能量。所以，糖醇可作为糖尿病人的食品。此外，糖醇还具有预防肥胖以及防止龋齿等功效。因此，越来越多的研究着眼于糖醇的应用[10-13]。

山梨糖醇具有吸湿和保水作用，其甜度与葡萄糖相当，而且能给人以浓厚感，可以在体内被缓慢地吸收利用，且血糖值不增加。关于面包等焙烤食品的抗老化剂的研究，主要集中于乳化剂、亲水胶体、酶制剂等，关于糖醇作为抗老化剂和水分保持剂运用于焙烤食品中的研究较少。本研究用山梨糖醇部分替代面包配方中的蔗糖，探讨山梨糖醇对面包储存过程中的品质的影响，尤其是对面包储藏保水效果与抗老化效果的影响，以期改善面包的品质。

1 材料与方法

1.1 实验材料

金像高筋小麦粉：蛇口南顺面粉有限公司；山梨糖醇：罗盖特(中国)精细化工有限公司；酵母：湖北安琪酵母股份有限公司；新西兰安佳无盐黄油：上海高夫食品有限公司；蔗糖：山东雅汇糖业有限公司。α-淀粉酶：和氏璧生物技术有限公司；葡萄糖淀粉酶：上海源叶生物科技有限公司；其余化学试剂(分析纯)：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TA.XT.PLUS物性测试仪：英国Stable Micro System公司；UV-1750紫外-可见分光光度计：日本岛津公司；低场核磁共振仪：上海纽迈电子科技有限公司；海氏HM740和面机：青岛汉尚电器有限公司；FX-20型面包醒发箱：广东恒联食品机械有限公司；CK-3型远红外线食品烘炉：广州德威热力设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 面包制作工艺

用相当于小麦粉质量的0%、2%、4%、6%的山梨糖醇替代原配方中对应量的蔗糖，其余原料不变，制成的面包样品分别命名为BC、BS2、BS4、BS6。各组配方如表1所示。

按照表1中的配方，称取对应量的原料备用。酵母事先加入30 g水于37 ℃下活化20 min。将除黄油外的原料放入和面机，以50 r/min的速率和面30 min，期间每和面10 min后让面团醒发5 min，累计和面20 min后放入黄油，累计和面30 min后结束。取出面团，放入容器，置于醒发箱中，37 ℃醒发90 min。取出切分成约60 g的小面团，搓圆至面团表面光滑，放入烤盘，继续在37 ℃下醒发60 min。醒发完成后于190 ℃下烘烤20 min。烘烤完成之后取出，在室温下自然冷却1 h。冷却完成时开始计时，记为储藏0 h。面包置于室温下保藏，温度：(25±1)℃，湿度：(50±2)%。

表1 不同山梨糖醇样品的面包配方/g

1.3.2 面团发酵测试

将1.3.1制得的面团取适量置于100 mL具塞量筒中，37 ℃发酵。从发酵0 min起，记录面团体积，每隔15 min记录1次，到发酵90 min为止。计算每个时间点相对于0 min的体积增大百分比。每个样品测试4次，取平均值。

1.3.3 面包质构测试

对1.3.1中的面包样品进行分析，测定储藏0、12、24、36、48、60、72 h时面包的质构参数。取2 cm的立方体的面包芯，测试其质构参数。质构测试模式为全质构模式(TPA)。探头选用P/36R，测前，测试及测后速度均为2 mm/s，压缩至样品原高度的50%，两次压缩间隔的时间为5 s。每种样品测试8次取平均值。

1.3.4 低场核磁共振测试

取1.3.1中的4个面包样品进行低场核磁共振测试，研究面包在储藏过程中水分的含量与分布。取面包芯的部位进行测试，准确称取测试样品的质量。将样品置于核磁试管中，放入仪器，进行CPMG脉冲序列测试，并利用T2-CPMG拟合程序计算出自旋-自旋弛豫时间T2。测试条件：采样点数TD=59 992；重复扫描次数NS=8；回波个数NECH=2 000。

1.3.5 酶法测定面包储存过程的老化度

取面包芯适量，用粉碎机粉碎，过100目筛后备用。参考王克钧[14]的方法通过α-淀粉酶与葡萄糖淀粉酶作用于样品，测定葡萄糖含量。取100 mg样品，加入15 mL pH=6.9的磷酸缓冲液，随后加入2 mL α-淀粉酶(250 U)与1 mL葡萄糖淀粉酶(100 U)。置于37 ℃下水浴。利用DNS法测定反应过程中生成的葡萄糖的含量，进而计算出面包的老化度。每个样品测试3次，取平均值。

面包中淀粉的老化度可通过慢消化性淀粉(SDS)的质量分数来表征：

式中：SDS为样品中慢消化性淀粉质量分数/%；G为水解12 h后产生的葡萄糖质量/mg；D为水解20 min后产生的葡萄糖质量/mg；F为淀粉理论上水解产生的葡萄糖质量/mg。

1.3.6 面包老化过程动力学研究

淀粉的重结晶过程是淀粉及淀粉类食品老化的原因之一。Avrami方程是研究晶体结晶动力学的方程[15]，目前已被普遍接受，在食品领域已经有了一定的应用[16-20]。Avrami方程的基本形式为：

式中：θ为结晶度；HT、H0、H∞分别为回生T时刻、0时刻和回生极限状态下的回生值。在本部分实验中，H∞取72 h下的回生值。此处的回生值可以是晶体融化焓、硬度、某种能表征淀粉老化的物质含量等。k为重结晶速率常数；k的值反应了老化的速率，k减小表示食品的老化过程受到一定的抑制；n为Avrami指数。

面包在储存过程中会逐渐变硬，通过测定面包储存过程中的硬度，并对其用Avrami方程进行拟合，以此研究山梨糖醇对面包老化的影响。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 山梨糖醇对面团发酵的影响

山梨糖醇对面包面团发酵的影响如图1所示。

面团发酵时，酵母开始利用面团中存在的单糖进行生长繁殖，同时产生乙醇和CO2气体。CO2气体会被包裹进入面团网络中，面团出现蜂窝结构，也会出现酒香味和适度的酸味。同时，在发酵过程中，面筋网络仍然会有所发展[21-23]。因此，面团发酵后，会产生膨大的、疏松多孔的、均匀的结构。

图1 山梨糖醇对面团发酵的影响

而用山梨糖醇替代对应量的蔗糖之后，由于酵母不能利用山梨糖醇，可利用的营养物质相对减少，其生长繁殖受到了抑制，产生CO2气体的能力也有所减弱，面团的体积增长量有所减少。同时因为分子中的羟基与水易形成氢键等相互作用而“抢夺”水分子[22]，所以糖醇的加入导致面筋网络的吸水溶胀受到了一定的影响，导致面筋网络的结构有所减弱，基于此原因，面团发酵后的膨胀程度也有所减少。

2.2 面包质构测试

由图2可看出，在储藏过程中，样品硬度随储藏时间的增加而增加，而随着山梨糖醇添加量的增加，同一储藏时间内，样品硬度呈现出显著下降的趋势。其中，样品BS2在各项指标上与空白组之间不存在显著性差异(P>0.05)，而样品BS4与BS6与空白组存在显著性差异(P<0.05)。储藏过程开始时，样品BC的硬度为(290.628±0.304)g，而BS6的硬度仅为(148.754±1.672)g，下降幅度约为48.8%。在储藏72 h后，样品BC的硬度为(1 402.241±85.142)g，BS6的硬度为(1 074.182±48.280)g。从图中可以看出，山梨糖醇能够降低面包在储藏期间的硬度。另外，储藏期间面包的咀嚼性的变化趋势与硬度类似，咀嚼性表示将固态食品咀嚼成能够吞咽的状态时所需要的能量的大小[24]。咀嚼性越低，食品的口感越好。储藏初期，咀嚼性由样品BC的172.466±3.382降低到BS6的92.921±4.931，降幅达46.1%。而储藏72 h后，咀嚼性由样品BC的550.622±26.001降低到BS6的453.816±33.560，降幅约为17.6%。同样，胶黏性与咀嚼性有着类似的变化规律(图中未展现)。面包在储藏期间回复性的变化如图2c所示，回复性与样品的弹性有关，由图中可以看出，样品的回复性随着储藏时间的增加而展现出下降的趋势，加入山梨糖醇之后，能够在一定程度上阻碍样品回复性下降的趋势，但是差异并不显著(P>0.05)。类似的研究表明，糖醇、蔗糖替代物以及其他的分子往往通过“抢夺”水分对面筋蛋白的吸水溶胀产生一定的影响，降低了面筋蛋白的网络强度[24-27]，进而降低面包的硬度、咀嚼性等，对面包的口感有一定程度的积极作用。

图2 山梨糖醇对面包质构的影响

2.3 面包老化度测试

葡萄糖含量的标准曲线回归方程为y=0.209 6x-0.008 5,R2=0.999 0，表明葡萄糖质量浓度在0.8～4 mg/mL时，浓度与吸光值呈现良好的线性关系。

糖醇对面包储藏期慢消化性淀粉(SDS)含量的影响如图3所示。

回生后的淀粉具有高度结晶化的结构，对淀粉酶具有较弱的敏感性，故可以通过检测淀粉酶水解过后生成的还原糖含量来表征样品的老化度。在回生过程中，直链淀粉分子间，直链淀粉面筋蛋白或者脂质之间形成局部有序的晶体结构。而支链淀粉中的外侧短链间通过氢键也会进行缓慢结晶。对应的慢消化性淀粉含量会随着时间的延长而逐渐增加。所以可以用慢消化性淀粉的含量来表征面包的老化程度，即慢消化性淀粉含量越高，面包的老化度相对越大[14]。

图3 山梨糖醇样品储藏过程中慢消化性淀粉的含量变化

由图3可以看出，随着储藏时间的增加，样品中慢消化性淀粉含量呈现逐渐增加的趋势。而在加入了糖醇之后，慢消化性淀粉含量随着糖醇的增加而呈现下降的趋势。由此说明糖醇对面包储藏过程中的老化过程有一定的抑制作用。

2.4 低场核磁共振测试

图4是典型的T2弛豫时间曲线，反映了各样品在储藏4 h时内部水分分布。在低场核磁CPMG脉冲序列中，自旋-自旋弛豫时间体现分子活动的程度，同时也反映了面包中水分分布与流动性的强弱，弛豫时间越小，水分子可移动性越弱，峰面积则表示对应种类水分的相对含量[28-30]。由图4可见：T2共出现了3组值：T21、T22和T23(T21

图4 样品在储藏4 h时的水分分布

表2为储藏4 h时各部分含水量。面筋蛋白、淀粉颗粒以及新加入的糖醇分子均有包裹或结合水分子的能力，储存过程中水分子会在这些分子之间不断迁移，表现出一个动态过程，但水分子更倾向于朝能够与之形成氢键的分子或基团移动[32-33]。T23对应的自由水在储存过程中呈现上升的趋势。此趋势表明，在储藏过程中，面包内部水分越来越多的向自由水转变。在本实验条件下，山梨糖醇的加入对面包的持水性能有一定的促进作用。

表2 储藏4 h时样品各部分水分

注：同列之间不同字母表示数据之间具有显著性差异(P<0.05)。

在储藏过程中，就T21、T22、T233部分含水量而言，添加山梨糖醇的面包中含水量要高于对照组。以储存4 h时的含水量为例，对于空白组而言，A21为1 054.733±225.463，添加了糖醇后，A21有了显著性的上升，最高为样品BS4，达到了2 189.023±36.499。由表2也可以看出A22的变化与糖醇的添加量的相关性并不大，这也印证了前文的说法：A22对应着样品储藏过程中水分的不断迁移与重新分布。A23则随糖醇的添加量的增加而增加。

图5反映的是整个储藏过程中样品内的水分的相对含量的变化趋势，由图5可见，样品中水分的相对含量随着储藏的进行呈现逐渐下降的趋势，说明储藏过程中样品内部的水分处于不断流失的状态。

信号强度反映的是样品中水分含量的多少。样品在储藏过程中水分流失，故在测定过程中信号强度呈现出下降的趋势。加入山梨糖醇之后，水分子受到氢键等相互作用而导致流动性减弱，水分流失相对于对照组减小，因而体系含水量较对照组有上升的趋势。由表2可以看出，面包中加入山梨糖醇后，能够增加单位质量内的信号强度，即山梨糖醇具有良好的持水性[38]。

图5 储藏过程中单位质量样品质子信号强度

2.5 面包老化过程动力学分析

将Avrami方程进行变形，可以得到方程：

ln[-ln(1-θ)]=n·lnt+lnk

该方程可以看作ln[-ln(1-θ)]关于lnt的一次函数，斜率为n，截距为lnk。

方程中的θ可以有多种表示形式，可以利用DSC实验中的晶体熔融焓值、质构实验中的样品硬度、X射线衍射实验中的绝对结晶度或热重分析中样品的结合水含量等[34-36]。

选择硬度为对象，依据Avrami方程进行拟合，通过速率常数k和Avrami指数n的变化来研究糖醇对面包老化的影响。将硬度的数值代入Avrami方程中，根据回归方程的斜率和截距计算出n和k的值，结果如表3所示。

表3 通过样品硬度回归的样品老化动力学参数

由表3可知，对面包的硬度进行线性拟合，得到的各个样品的回归系数R2>0.94，说明在实验条件下，面包的硬度符合Avrami方程。其中，空白样品的速率常数为5.76×10-3，加入了糖醇之后，样品的速率常数均低于对照组，最低的速率常数为1.36×10-3，与空白组相比均有明显下降。由此说明加入山梨糖醇后，面包储藏期间的老化现象有所减缓。Li等[18]研究了1,4-α-葡聚糖分支酶对玉米淀粉老化的影响。以熔融焓值为对象进行了拟合，发现经过不同酶处理时间的淀粉其老化速率常数发生了变化，不经酶处理的淀粉速率常数最大，而经过酶处理的样品的速率常数随着处理时间的延长而减小。Zhang等[19]针对小麦淀粉的研究也有类似结果，而利用其他方法测得的老化度变化趋势也符合拟合结果。

此外，Avrami系数n也发生了变化，与对照组相比，n呈现上升的趋势。n在这里用来表征老化过程中晶核特性以及晶体成长过程中的相关信息。N≤1时，晶体成核方式为瞬间成核，即晶核在回生早期就形成；1

3 结论

本实验研究了山梨糖醇对面团的结构以及面包储存品质的影响。结果表明，山梨糖醇使得面包的硬度和咀嚼性有所下降，对面包的口感有明显的促进改善作用，山梨糖醇的加入减缓了面包储存过程中水分的流失，对面包的持水性能有显著性的提高。在一定程度上抑制了面包的老化，但是山梨糖醇的加入对面团的网络结构有一定的影响，且对面团发酵速率有一定的抑制作用。

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