不同聚合度菊糖对小麦面团流变特性及面包品质的影响

赵天天，韩智，曹琦，赵丹，马小涵，邓婧，田俊青，刘雄*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715) 2(湖北省食品质量安全监督检验研究院，湖北 武汉，430075)

菊糖是一种低聚物的混合物，是天然的膳食纤维，聚合度(degree of polymerization，DP)在2～60之间[1]，平均聚合度为12左右[2]，聚合度较低时(DP为2～5)也称为低聚果糖。高聚合度菊糖(平均DP为25)菊糖的平均分子质量在5 500 Da左右。菊糖分子的链长、组成等结构性质与获取菊糖的植物的种类、采收时间、提取和提取后处理过程有关[3]。菊糖聚合度的变化对菊芋和菊糖的工业应用和价值有很大影响[4]。

研究证明，菊糖对健康有利，如营养有益的肠道细菌，降低胃肠疾病，调节血糖，促进矿物质的吸收，增强免疫系统等[5]。果聚糖聚合度的差异可影响其物理和化学特性，包括其生物特性[6]。而它的功能因聚合度的不同而表现出不同的特性，低聚合度菊糖具有较好的水溶性和保水性，聚合度较高时具有更高的黏性和凝胶特性[7]。

很多研究表明，不同聚合度菊糖的添加影响面包面团的处理和消费者的接受度[8-9],主要是加入菊糖后面团中蛋白质的相对含量下降，影响内部微观结构，热力学和面团的流变特性[10]；有些研究还表明，加入菊糖后会使面包体积减小，面包硬度增加，面包口味和口感的变化[11-12]。尽管有大量的研究证明菊糖在食品中具有丰富的营养与功能特性，但其在面团与面包品质上的研究还是处于初步阶段，本试验系统的评估不同聚合度菊糖对小麦面粉的流变学特性的影响，对其粉质特性、拉伸特性、糊化特性、流变特性以及其对面筋质量进行评估和动态流变测定；并且将其应用于面制品中，以面包为实例，研究其对发酵面团和面包品质的影响。

1　材料与方法

1.1　主要材料

五得利五星特精高筋小麦粉，五得利面粉集团；菊糖，西安瑞林生物科技有限公司；乙醇(食品级)，天津中和盛泰化工有限公司；不同聚合度的菊糖，实验室自制。

1.2　仪器与设备

Centrifuge5810型台式高速离心机，德国Eppendorf公司；真空冷冻干燥机，北京松源华兴科技公司；高效液相色谱仪，日本岛津公司；Tskgel Gmpwxl 色谱柱，东曹生物科技有限公司；JFZD300型粉质仪，菏泽衡通实验仪器有限公司；HZL-350电子式面团拉伸仪，浙江托普仪器有限公司； TA动态流变仪，英国仪器公司； Fa2004A电子天平，上海精天电子仪器有限公司。搅拌机，广东东菱电器有限公司；醒发箱，广州三麦机械设备有限公司；远红外电热烤箱，广州番禹烘焙设备有限公司；Brookfield TC3质构仪，美国博勒飞公司。

1.3　实验方法

1.3.1不同聚合度菊糖的制备

菊糖全粉按照一定比例配成溶液，加入一定量的乙醇，低温静置一定时间，离心，沉淀干燥后得到DP-M，上清液经过旋转蒸发，冷冻干燥后得到DP-L，将得到DP-M加入一定的交联剂进行交联得到交联菊糖DP-H。

1.3.2菊糖相对分子质量和聚合度的测定

采用 Tskgel GMPWXL色谱柱，示差折光检测器检测，以超纯水为流动相，流速0.7 mL/min，柱温30 ℃。分别精密称取聚乙二醇标准品Mw 10 000、6 000、4 000、2 000、1 000、600 各 50.0 mg，用超纯水定容于5 mL容量瓶中，配成10.0 mg/mL的标准品溶液，分别进样，测得各色谱峰保留时间。以保留时间(RT)为横坐标，相应的相对分子质量对数值(lgMw)为纵坐标，绘制标准曲线。取待测菊糖50.0 mg，用超纯水定容于5 mL容量瓶中，配成10.0 mg/mL的样品溶液。按制作标准曲线的色谱条件进样，得到各菊糖的保留时间。并根据公式：M=162DP+180得到各分离菊糖的聚合度。

1.3.3混合粉的制备

分别称取一定量的不同聚合度的菊糖替代相应比例的小麦粉，混合均匀。以不加菊糖的小麦粉作为对照。

1.3.4粉质特性的测定

粉质特性的测定根据GB/T14614—2006/ISO5530—1：1997《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》，利用粉质仪对混合粉粉质特性进行测定。

1.3.5拉伸特性的测定

拉伸特性的测定根据GB/T14615—2006/ISO5530—2：1997 《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定拉伸仪法》，利用拉伸仪对面团拉伸特性进行测定。

1.3.6动态流变学特性的测定

频率扫描测试：将300 g混合粉在粉质仪中搅拌混合加水并达到(500±20)FU后取出，称取10 g用动态流变仪进行测定。测定条件：选用直径为40 mm的平板，应变振幅值1.0%，温度25 ℃，频率0.1～20 Hz，间距2 mm，等待时间300 s。将面团放于平板之间，当间距达到2 mm时，将面团周边多余部分刮掉，然后在周围涂上一层矿物油，防止干燥，同时启动程序开始测定，面团将在两块平板之间静置5 min，以便释放残余的应力。

温度扫描测试：选用直径为40 mm的平板，将样品在25 ℃条件下平衡2 min，随后以2 ℃/min 升温至85 ℃，平衡2 min，再以2 ℃/min降温至25 ℃，并记录样品的相关模量随温度的变化。测试频率固定为1 Hz，应变振幅值设置为1%，样品间距2 mm。将面团放于平板之间，当间距达到2 mm时，将面团周边多余部分刮掉，在周围涂上一层矿物油，开始测试。

1.3.7面包的制作

面包的制作采用直接发酵法，原料主要包括混合粉、酵母1.5%、白糖10%、食盐1%、黄油10%(均以混合粉质量计)；水(以粉质仪测得的各自不同聚合度菊糖的最佳吸水率的80%计)；搅拌形成一层均匀的面筋膜后室温下静置10 min，分割面团30 g/个，搓圆并成型。于醒发箱(温度38 ℃、湿度85%)醒发，将醒发好的面团上/下火(180/160 ℃)烘焙10 min、冷却1 h、包装、待测。

1.3.8面团发酵体积的测定

按照1.3.7方法制作面团，将分割好的面团放入250 mL的高颈烧杯中，置于醒发箱中发酵，发酵总时间为250 min，每15 min测定一次面团的体积，通过测定，得到面团发酵过程的总体积，试验结果取3次测量的平均值。

1.3.9面包比容的测定

取待测面包，按照GB/T 20981—2007《面包油菜籽置换法》进行测定。

面包比容=体积(mL)/质量(g)

(1)

1.3.10统计与分析

所有试验结果表示为平均值±标准偏差(n=3)，通过Excel 2013 与IBM SPSS Statistics 22.0 对试验数据处理和显著性分析。当p<0.05 时，差异性显著。

2　结果与分析

2.1　菊糖相对分子质量和聚合度的测定结果

由表1可知,醇沉之后得到的上清液(DP-L)的分子质量为877，DP=4.3属于低聚合度菊糖，醇沉得到的沉淀(DP-M)其分子质量为2 022，DP=11.37属于中聚合度菊糖，将DP-M经过加入交联剂交联得到的菊糖其分子质量为3 262，DP=19.02属于交联菊糖。

表1　菊糖相对分子质量和聚合度的测定结果Table 1　Results of relative molecular weight and DP ofinulin

2.2　不同聚合度的菊糖对小麦粉粉质特性的影响

由表2可知，不同聚合度菊糖的吸水率均比对照组小， DP-L的吸水率下降幅度最大，由对照组的59.23%下降到48.27%，其次是DP-M和DP-H，由此得出结论：聚合度越小，面团吸水率下降越大。由面团的形成时间可以看出，随着聚合度增加面团形成时间显著性增加(p<0.05)，DP-H的面团形成时间由对照的5.6 min增加到14.03 min，是对照组的2.5倍。同时DP-H的面团稳定时间最长达到25.43 min是对照的2.3倍，而DP-M与DP-L相比对照组稳定时间有所减小。面团的形成时间增加，表明面团在搅拌成团过程中对剪切力应变有较强的抵抗性，也就意味着其谷蛋白的二硫键结合牢固，不易打开。DP-H的弱化度相比对照显著降低由对照的55.97下降到38.67，而DP-M与DP-L的弱化度与对照相比差异不显著。可知聚合度越高，弱化度越小，使面团筋力增强，面筋网络结构越牢固、耐搅拌性能越强，即面团的加工性能越好，使面团在发酵过程中具有良好的持气能力。而相比对照组，3种聚合度菊糖的粉质指数均显著大于对照组，说明3种聚合度菊糖能够提高面粉的粉质性能。

表2　不同聚合度菊糖对小麦粉粉质特性的影响Table 2　Effect of different DP inulin on wheat flour powder farinograph properties

注:平均值±标准偏差，同一列不同字母表示差异显著(p<0.05)。表3、表4同。

2.3　不同聚合度菊糖对面团拉伸特性的影响

由实验结果可知对照组面团的延伸度、最大阻力，50 mm阻力，拉力比以及曲线面积都随着醒发时间的呈先增大后减小的趋势，而添加不同聚合度的菊糖的面团的延伸度随醒发时间的延长呈减小的趋势。对照组的最大阻力由45 min时的359.67 FU先增加到412.67 FU后到135 min时减小到388.67 FU，而其他3种菊糖的最大阻力随着醒发时间的延长呈现不断增大的趋势，且随着聚合度的增加，醒发时间的延长最大阻力不断增大，在醒发时间为135 min时DP-H的最大阻力是对照组的2.9倍，同时添加3种聚合度菊糖的50 mm阻力，拉力比也都随着聚合度的增加和醒发时间的延长而显著性增加。与对照相比3种聚合度菊糖的曲线面积显著增加，说明添加不同聚合度菊糖可以提高面粉的发酵耐力。同时从拉伸特性可以说明3种聚合度菊糖的加入有利于面筋网络结构的形成，提高了面筋筋力。

表3　不同聚合度菊糖对小麦粉拉伸特性的影响Table 3　Effect of different DP inulin on wheat flour tensile properties

2.4　不同聚合度菊糖对面团动态流变学特性的影响

图1和图2 是不同频率和不同温度扫描下，不同聚合度菊糖对面团动态流变学特性的测定结果。

图1　频率扫描下不同聚合度菊糖对面团储能模量(a)，耗能模量(b)，tanδ(c)的影响Fig.1　Effect of different DP inulin under different frequencyscanning on the dough G′, G″ and tanδ

由图1可知随着扫描频率的增加，面团的储能模量(storage modulusG′)始终大于耗能模量(loss modulusG″)，表明面团的弹性大于黏性。损耗角正切值tanδ<1，G′与G″随着频率的增加而逐渐上升，表现出一直典型的弱凝胶动态流变图谱[13]。与对照组相比，DP-H面团其G′和G′′值均高于对照，其次是DP-M和DP-L；这表明面团中加入这3种聚合度的菊糖，均能有助于提高面筋网络结构，增加面团的弹性。同时添加3种聚合度菊糖使得面团黏性高于空白组面团，说明3种菊糖的加入使面团具有更强的吸水性，使面团体系粘性值增加。tanδ是G″与G′的比值，表征面团黏弹性，若tanδ越小，表明体系的弹性比例较大，流动性较差，体系组分中高聚物数量越多或聚合度越大；反之则黏性比例大，流动性强，聚合度较低的分子占的比例高。图1-(c)可知，tanδ始终小于1，并且随着聚合度的增加，DP-M和DP-L的tanδ值逐渐降低，DP-H的tanδ低于对照组，说明聚合度越小越有助于面团tanδ的增加。

图2　温度扫描下不同DP菊糖对面团储能模量(a)，耗能模量(b)，tanδ(c)的影响Fig.2　Effect of different DP inulin under differenttemperature scanning on the dough G′, G″ and tanδ

由图2可知，随着扫描温度的增加面团的G′逐渐增加，当G′达到最大值时可以看出，随着聚合度的增加面团的弹性逐渐增大且DP-H>DP-M>对照>DP-L，且随着聚合度的增加，G′达到最高点时的温度也在逐渐增加，3种聚合度的菊糖温度均大于对照组。从G″结果也可以看出，其变化规律与G′相似，也是随着聚合度的增加，面团的G′和G″逐渐增大，tanδ逐渐减小。这是不同聚合度的菊糖的加入使面筋蛋白的网络结构紧密，导致G′增加；由于黏度增加，G″也相应的增加，增加了面团的筋力。

2.5　不同聚合度菊糖对面包面团发酵体积的影响

由面团的发酵体积结果可知，随着发酵时间的延长面团的发酵体积逐渐增加，对照组面团的发酵体积在90 min时达到最大值，之后随着时间的延长面团的发酵体积逐渐下降，而添加了不同聚合度的菊糖的面团的发酵速度相比对照组要缓慢，且相比对照组，DP-H与DP-M的发酵体积要小，由图3可以看出随着发酵时间的延长DP-L面团的发酵速度最慢但随着发酵时间的延长发酵体积逐渐增大，发酵时间为180 min时达到最大值，之后发酵体积逐渐减小，分析其原因可能是随着聚合度的增加，增强了面团的筋力，聚合度的增加使得面团在发酵过程中抑制了面团的膨胀；其次菊糖分子具有很强的吸水性，聚合度越高越不易被微生物利用[14]，且菊糖的加入使得淀粉颗粒被包裹，导致能被发酵的碳水化合物的含量降低[15]，影响面包的膨胀，导致DP-H和DP-M的发酵体积小于对照。而DP-L由于聚合度较低，其生物活性较高，易被微生物利用因此其发酵体积相比对照组的要高。

图3　不同聚合度菊糖对面团发酵体积的影响Fig.3　Effects of different DP inulin on the dough fermentationvolume

2.6　不同聚合度菊糖对面包比容的影响

从图4可以看出，添加DP-H与DP-M的面包的比容小于对照组，DP-L的面包的比容大于对照组，这与面团的发酵体积的结果趋势一致，DP-H面包的比容最小，可见随着菊糖聚合度的增加面包比容逐渐减小，这可能是由于聚合度越高其生物活性越低，越不被微生物利用[14]，使面包在发酵以及烘焙过程中不易膨胀，从而导致面包比容体积较小；同时由于菊糖还具有一定的凝胶特性，可以增强小麦粉筋力，使得面粉筋力过强从而导致面筋网络不能完全形成，而且面团起发慢，面团不能充分醒发，导致面团体积较小。

图4　不同聚合度菊糖对面包比容的影响Fig.4　Effect of different DP inulin on bread volume

2.7　不同聚合度菊糖对面包硬度的影响

由面包1～7 d的硬度变化可以看出面包贮藏时间为1 d时对照组与DP-L面包的硬度无显著性差异，而DP-H与DP-M组面包硬度显著高于对照组和DP-L组。随着贮藏时间的延长，面包的硬度逐渐增大，由面包第7天的结果可以看出，DP-L组的面包硬度与对照组硬度无显著性差异，而DP-H与DP-M组面包硬度显著性高于对照组，说明DP-L的添加有助于改善面包品质，延缓面包老化。而DP-H与DP-M组面包不但没有使面包硬度降低反而增加了面包的硬度，这也说明随着菊糖聚合度的增加，对面包的品质和老化起不到一定的作用。

表4　不同聚合度菊糖对面包硬度影响Table 4　Effect of different DP inulin on bread quality

3　结果与讨论

通过试验可得不同聚合度菊糖对于小麦粉的粉质、拉伸、动态流变等特性具有显著性的影响，从而对面包品质具有一定的影响，添加不同聚合度的菊糖使小麦粉的吸水率下降，且随着聚合度的降低，吸水率逐渐下降，同时面团的形成时间和粉质指数增加，DP-M和DP-L与对照组相比面团的稳定时间和弱化度无显著性差异，DP-H对面团的稳定时间和弱化度影响较大，说明不同聚合度菊糖的添加均能提高小麦粉的粉质性能，同时从试验中也可以看出聚合度越低对小麦粉的吸水率影响越大，其吸水率越低。由实验结果可知对照组面团的延伸度、最大阻力、50 mm阻力，拉力比以及曲线面积都随着醒发时间呈先增大后减小的趋势。而添加不同聚合度的菊糖的面团的延伸度随醒发时间的延长呈减小的趋势，最大阻力，50 mm阻力，拉力比和曲线面积呈逐渐增大的趋势，不同聚合度菊糖的面团其最大阻力显著性增加，说明其有利于面筋网络结构的形成，提高了面筋筋力。动态流变学特性结果与对照组相比，DP-H面团其G′和G′′值均高于对照，其次是DP-M和DP-L；这表明面团中加入这3种聚合度的菊糖，均能有助于提高面筋网络结构，增加面团的弹性。温度扫描可知，3种聚合度菊糖的加入可以增加面团的糊化温度，增大面团的弹性与粘性。同时由对面粉的影响而作用于面包的发酵时间和面包品质上。DP-L的添加延缓了面包老化进程，提高了面包品质，而DP-H和DP-M的添加使面包发酵体积减小，面包比容下降，对于面包品质没有达到一定的改善作用。

由试验可知菊糖全粉的聚合度在DP-M与DP-L之间，根据菊糖的性质菊糖的聚合度分布在10～60，可知本试验所用的菊糖全粉的聚合度偏低，而经过醇沉分离得到的菊糖只有DP-M与DP-L，因为高聚合度菊糖的含量较低，本试验是用DP-M经过添加交联剂以后得到的交联菊糖，而关于菊糖本身具有的高聚合度菊糖在面粉、面团以及面包中的研究与应用还有待于进一步的研究分析。

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