复配亲水胶体对面团流变特性及全麦面包品质的影响

宁 芊 游佩琼 - 吴先辉 - 庞 杰

(1. 福建农林大学金山学院，福建 福州 350002；2. 福建农林大学食品科学学院， 福建 福州 350002；3. 宁德职业技术学院，福建 福安 355000)

以全麦粉为主要原料，经酵母发酵后烘焙制作的全麦面包深受广大追求健康饮食消费者的喜爱，为欧美国家的主要食物之一，以此来补充膳食纤维及多种营养素。而全麦面包在中国的接受度要明显低于西方各国，主要是由于全麦面包结构粗糙，口感较差，因而消费量受到了极大的限制。为解决全麦面包制品中存在的问题，添加食品改良剂是安全有效的方法[1]。

面包生产中的各种面包改良剂主要以氧化剂、酶制剂[2]、乳化剂[3]和亲水胶体[4]为主，能明显改善面团的机械加工性能、提高面包的烘焙品质，并延缓面包的老化，增加货架期。但常用的酶制剂如葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等在实际操作中，添加量不足则达不到效果，过量又会使面团发黏、变硬，对后期产品制备的稳定性有较大影响。目前关于在面包产品中添加各种改良剂的报道较多，如刘海燕等[5]、王雨生等[6]、黄绍华等[7]研究了使用不同胶体对面团流变学和面包烘焙品质的影响。杨雪飞等[8]研究表明，在杂粮面包粉中添加黄原胶、谷朊粉、瓜尔豆胶和硬脂酰乳酸钠后，其稳定时间，形成时间以及粉质指数都有所提升，流变学特性有了很大的改善。魔芋葡甘聚糖(KGM)作为优良的可溶性膳食纤维，因其具备热量低，吸水性强，膨胀率高、黏度大等特点，能增强食品稳定性和改善品质。李崇高等[9]将魔芋葡甘聚糖、卡拉胶和大豆分离蛋白以2∶1∶25混合形成的复配胶添加3%到面团中，可有效改善面包在储存过程中的持水性和抗老化性。但全麦面包富含膳食纤维，所保留的麸皮会阻断面筋的网状结构，影响其流变特性，致使所产面包品质不高[10]。杨文丹等[11]采用马克思克鲁维酵母发酵麦麸作为功能配料，应用于高膳食纤维面包中以改善面包面团品质。但将亲水胶体和乳化剂进行复配后在全麦面包中的应用研究，目前尚未见诸于报道。

试验拟通过将魔芋葡甘聚糖(Konjac glucoman，KGM)、黄原胶(Xanthan gum)和硬脂酰乳酸钠(Sodium stearyl lactate，SSL)混合添加到面团中，通过对面团流变特性的研究，优化复配胶的成分配比，将优化后的复配胶按一定比例加入面粉中，通过考量全麦面包的比容、不同储藏时间下的含水量、质构以及感官品质，以期甄选出对全麦面包品质有较好提升的天然、高效且安全的改良剂。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

厨师机：HM740型，青海汉尚电器有限公司；

质构仪：TA-XTplus型，英国Stable Micro System公司；

粉质仪：Farinograph-AT自动型，北京冠远科技有限公司；

醒发箱：VF-12C型，杭州赛旭食品机械有限公司；

电烤箱：C75型，青海汉尚电器有限公司；

电子天平：ME204E/02型，梅特勒—托利多(常州)测量技术有限公司。

1.2 材料与试剂

魔芋葡甘聚糖：食品级，云南昭通市三艾有机魔芋发展有限公司；

黄原胶、SSL：郑州味美源实业有限公司；

全麦粉、小麦粉：山东滨州中裕食品有限公司；

高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；

黄油：内蒙古蒙牛乳业股份有限公司；

全脂奶粉、食盐、白砂糖、鸡蛋：市售。

1.3 试验方法

1.3.1 不同改良剂对面粉粉质特性影响的单因素试验设计 在前期基础试验以及综合前人[8-9]的研究成果的基础上，确定KGM、黄原胶、SSL的添加量。

(1) KGM添加量：在粉质仪300 g揉混器内，以慢和面刀转速为(63±2) r/min，快慢和面刀转速比为1.5∶1.0 的速度，保持30 ℃的恒温条件下，按0.0%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%的添加量进行粉质试验，以面团的吸水率、弱化度、形成时间以及稳定时间为粉质曲线指标得出最佳添加量。

(2) 黄原胶添加量：在粉质仪300 g揉混器内，以慢和面刀转速为(63±2) r/min，快慢和面刀转速比为1.5∶1.0的速度，保持30 ℃的恒温条件下，按0.00%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%的添加量进行粉质试验，以面团的吸水率、弱化度、形成时间以及稳定时间为粉质曲线指标得出最佳添加量。

(3) SSL添加量：在粉质仪300 g揉混器内，以慢和面刀转速为(63±2) r/min，快慢和面刀转速比为1.5∶1.0 的速度，保持30 ℃的恒温条件下，按0.00%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%的添加量进行粉质试验，以面团的吸水率、弱化度、形成时间以及稳定时间为粉质曲线指标得出最佳添加量。

1.3.2 利用响应面分析法优化复配胶添加量 在单因素试验的基础上，试验方案分别选取KGM、黄原胶和SSL的3个水平，利用Box-Behnken进行响应曲面分析，以与面团的评价值之间有显著相关性的粉质质量指数(FQN)[12]为指标，得出最佳的添加比例。

1.3.3 全麦面包制作工艺 参考GB/T 14612—2008的中种发酵法，以标准中100 g面粉为例，全麦粉和小麦粉以7∶3的质量比制作全麦面包。

1.3.4 测定项目及方法

(1) 吸水率：以每100 g水分含量14%的面粉所需添加的水量(mL)表示。

(2) 弱化度：指曲线到达形成时间时两曲线之间的中间值与此点后12 min时两曲线的中间值之间的高度差。

(3) 形成时间：指从加水点起，直到曲线达到峰值之后开始下降的时间点这一时间段。

(4) 稳定时间：以500 FU为标线，表示粉质曲线从上升到第一次接触500 FU标线到下降至离开500 FU标线所需要的时间。

(5) FQN：是对面包粉品质以及面包体积、面包评分和面包坚实度有一定的非线性相关的一种综合性指标[13]。在粉质曲线的面团形成时间点(B)处通过曲线中心绘制一条水平线，然后在其下方30 FU处再画一条平行线，找出此线与粉质曲线中心的交点(C)，FQN用加水点A与点C间的长度(mm)表示(见图1)。

(6) 面包比容：用菜籽置换法测面包的体积。按式(1) 计算面包比容。

(1)

式中：

c——比容，cm3/g；

V——面包体积，cm3；

图1 粉质曲线及粉质质量指数

m——质量，g。

(7) 面包水分：根据GB 5009.3—2016使用直接干燥法测定面包在室温储藏过程中每个时间段的失重。从面包芯的同一部位取样、揉碎，每组面包做3个平行测定，最后取平均值。

(8) 面包质构：将出炉后冷却1 h的全麦面包切成10 mm 厚度的面包片后装入密封袋保存，在室温下放置。测定时，将面包片放在平台上，用TPA模式(测试速度1.0 mm/s，测试后速度10.0 mm/s，感应力3.0 g，返回速度10.0 mm/s，返回距离30 mm)，分别测定焙烤结束后2，24，48，72 h时面包的弹性和硬度。

(9) 全麦面包的感官评定：采用综合评分法，由30位感官评定员对全麦面包的外观和内部进行综合评价，并给出评分。全麦面包的感官评定在参考GB/T 14612—2008中的流程及标准的基础上做出改进，评价分数(满分100分)=外表形态×11%+表面色泽×8%+烘烤均匀度×6%+表皮质地×5%+颗粒与气孔×15%+内部颜色×10%+口味×15%+口感×15%+组织结构×15%。

1.3.5 数据分析 采用Design Expert 10.0进行方差分析和差异显著性分析(P<0.05即为差异显著)。其中，响应面设计试验数据以均值表示(测定数值均重复3次，取其均值)，并对数据进行二次多项式回归拟合分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 KGM添加量对面团流变性的影响 根据粉质仪测定添加KGM后面团的粉质曲线参数绘制图2。从图2(a) 可看出，当KGM添加量不断增加时，面团的吸水量呈现上升趋势，在0.4%时达到最大值，因KGM具有稳定性，添加到面团后改进其稳定性，增大吸水率；面团弱化度随添加量起伏较为频繁，但当添加量超过0.4%之后又开始上升，可能是KGM与面团中面筋蛋白质相互作用，增大了面筋强度，导致弱化度变小；图2(b)中，面团的稳定时间和形成时间在0.4%之后均有较大幅度的上升，是由于KGM为亲水胶体，亲水胶体可增大面筋与淀

图2 KGM对面团流变性的影响

粉颗粒及淀粉颗粒间的相互作用，形成稳定的三维网络结构，因此，面团的筋力、韧性也随之增强，有助于提升烘焙效果。综上所述，当KGM的添加量达到0.4%时面团品质最适宜。

2.1.2 黄原胶添加量对面团流变性的影响 根据粉质仪测定添加黄原胶后的面团的粉质曲线参数绘制图3。从图3(a)可看出，当黄原胶添加量不断增加时，面团弱化度

图3 黄原胶对面团流变性的影响

波动频繁在0.04%时达到最大值；面团弱化度波动频繁，在添加量超过0.06%后又开始上升，说明此时面筋的形成最好；在图3(b)中面团的形成时间呈先上升后下降的趋势，在0.06%之后开始下降；面团的稳定时间极不稳定，在0.06%达到最大值。综上所述，当黄原胶的添加量达到0.06%时面团品质最适宜。

2.1.3 SSL添加量对面团流变性的影响 根据粉质仪测定添加SSL后的面团的粉质曲线参数绘制图4。从图4(a) 可看出，随着SSL添加量不断增加，面团的吸水率呈现下降的趋势；面团弱化度较不稳定，在0.12%处达最低点，可能是SSL与面筋相互作用时，其亲水基团和疏水基团分别与麦醇溶蛋白、麦谷蛋白结合，形成了面筋蛋白复合物面团，使面团的持气性在一定程度上有所改善，提高了面团的稳定性，所以弱化度在0.12%处达最低点；在图4(b) 中面团的形成时间波动大，在0.12%处达到最大值；面团的稳定时间在添加量为0.12%时达最大值之后开始呈现下降趋势。综上所述，当SSL的添加量达到0.12% 时面团品质最适宜。

图4 SSL对面团流变性的影响

2.2 响应面优化分析复配胶最优添加比例

由单因素试验结果，分别选定KGM、黄原胶、SSL的3个水平进行响应曲面设计，响应面设计因素水平表见表1，试验方案及响应值见表2。

模型对应的二次响应面回归方程：

(2)

由表3可知，模型拟合得到的回归方程P<0.000 1，

表1 响应面设计因素水平

表2 响应面优化设计方案及响应值

表3 试验回归方程方差分析表†

† 若P值<0.05代表显著，以“*”表示；若P值<0.01代表极显著，以“**”表示。

采用Design Expert 10.0数据分析软件对表3的试验分析结果进行响应面分析，并描绘了两两交互作用关系的响应曲面图像，分别见图5～7。

由图5可知，KGM和黄原胶对粉质质量指数均呈现先上升后下降的趋势。KGM与黄原胶的复配交互作用对面团的粉质质量指数影响极显著，且粉质质量指数对KGM反应更灵敏。因KGM与黄原胶均为亲水胶体，亲水胶体的分子结构中包含许多亲水基团，如羧基、羟基和氨基等，能与水、淀粉、脂质、蛋白质等分子发生作用，形成较大的聚合物，从而使蛋白质等网络结构处于最佳水合状态[14]，同时可增大面筋和淀粉颗粒及颗粒之间的互相作用，从而形成稳定有序的三维空间结构，影响面团粉质质量指数。

图5 KGM与黄原胶对粉质质量指数影响的等高线图和响应曲面图

图6 KGM与SSL对粉质质量指数影响的等高线图和响应曲面图

图7 黄原胶与SSL对粉质质量指数影响的等高线图和响应曲面图

由图6可知，KGM和SSL对粉质质量指数的影响程度不同，当SSL的比例一定时，随着KGM的增加，粉质质量指数呈现先升后降的趋势。KGM与SSL的复配交互作用对面团的粉质质量指数影响显著，但粉质质量指数对KGM反应更为敏感。KGM与SSL均可作为乳化剂，添加到面团中后，在与面筋相互作用时，其亲水基团和疏水基团分别与麦醇溶蛋白、麦谷蛋白结合，形成了面筋蛋白复合物面团，使面团的持气性在一定程度上有所改善，提高了面团的稳定性。

由图7可知，黄原胶和SSL的复配对粉质质量指数的影响程度相对较弱，但粉质质量指数对黄原胶反应更为敏感。当SSL的比例一定时，随着黄原胶的增加，粉质质量指数呈现先升后降的趋势。但SSL的存在，能与蛋白质形成蛋白质脂肪链，将面团中游离分散状态的面筋蛋白充分连接起来，更利于形成致密的面筋网络结构，增强面团的机械碰撞和发酵的温度等，从而促进面团发酵，同时SSL的添加可能组织蛋白质的去凝聚作用，使面团在搅拌时得以充分的扩展，增进了面团的筋力[7,15]。

采用Design Expert 10.0数据分析软件对表3的试验结果进行综合性优化分析，得到复配胶的最佳配比为：KGM 0.47%，黄原胶0.07%，SSL 0.12%，理论得出的FQN为130 mm。将此配比后的复配胶加入到全麦面包粉中进行实验验证(3次)，测得的FQN均值为129 mm，与理论值接近，说明此优化配比的可靠性，可将此配比应用于实际试验，并进行后期的结果分析和比对。

2.3 复配胶对全麦面包的影响

2.3.1 复配胶对全麦面包比容的影响 面包的比容可反映出面团体积的膨胀程度和保持能力，比容会直接影响面包成品的组织、口感和外形。将添加了优化后比例的复配胶全麦面包与空白组面包测定的比容值进行对比。

由表4可知，由于全麦面包复配胶的添加，面包比容值有所增大，其原因是KGM和黄原胶作为亲水胶体，可增大面筋和淀粉颗粒及颗粒之间的互相作用，形成稳定有序的三维空间结构，提高了面团的稳定性，改善其面筋的弹性与筋力，从而增大面包体积，使比容增大。

表4 添加复配胶全麦面包的比容值测定结果

2.3.2 复配胶对全麦面包含水量的影响 将添加了优化后比例的复配胶全麦面包与空白组面包进行不同时段的水分测定。由图8可以看出，复配胶的添加使全麦面包含水量明显增多，呈显著性差异，主要原因是复配胶提高了面团稳定性，增加面团吸水量，且KGM、SSL和黄原胶都具有较好的吸水、持水能力，添加后可有效减慢面粉中水分迁移速率。

2.3.3 复配胶对全麦面包质构的影响 将添加了优化后比例的复配胶全麦面包与空白组面包进行不同时段的质构测定。由表5可知，添加了优化后比例的复配胶全麦

字母不同表示差异显著(P<0.05)

表5 添加复配胶面包不同时间段的质构测定结果

面包较空白组面包的硬度小，咀嚼性小。因面包随着放置时间的延长，硬度会变得越来越大，添加了复配胶的全麦面包，在一定程度上对面包起延缓老化的作用。复配胶延缓老化的原因可能是亲水胶体能很好地保持住水分，KGM和黄原胶作为多糖，其分子结构中含有很多亲水基团，如羟基能与淀粉链上的羟基以及周围的水分形成氢键，并且能与其他大分子，如蛋白质、脂质发生作用，形成分子质量更大的复合体。另外，SSL作为乳化剂，可与直链淀粉发生相互作用，形成不溶性复合物，进而抑制直链淀粉的老化。

2.3.4 复配胶对全麦面包感官品质的影响 将添加了优化后比例的复配胶全麦面包与空白组全麦面包进行感官评定。由图9可看出，添加复配胶后的面包各方面感官评定项目分值均有所提高，综合项目的平均分为90.01，较空白组的79.93提高了12.6%，进一步说明了KGM、黄原胶和SSL之间具有良好的协同增效作用。由于KGM可使面包芯的质地均匀细腻且富有弹性，口感柔软；黄原胶也可改善面包的口感；SSL在与小麦粉的面筋蛋白相互作用时，可形成面筋蛋白复合物，使面筋网络更有弹性更细致。三者以最优比例加入全麦面包制作中，从而更好地改善面包的烘焙效果和感官品质。

图9 添加面包复配胶面包的感官评分雷达图

3 结论

研究探索了单独添加3种胶体即KGM、黄原胶、SSL对全麦面包粉流变学特性的影响，KGM和黄原胶可使面包的内部组织结构细腻、气孔均匀，但制得面包比容较小；SSL虽然能增大面包的体积和持气性，但其内部组织结构较粗糙。通过对面团品质具有一定相关度的FQN值的检测，结合响应面分析试验，获得KGM、黄原胶、SSL的最优复合添加量，所得的复配胶因发挥了三者之间的协同增效以及互相弥补单一元素不足之处的原因，使得制成的全麦面包，与普通全麦面包在比容、不同储藏时间段水分含量、质构以及感官品质进行对比，结果表明，添加优化比例后的复配胶的全麦面包，在面包口感、质地以及抗老化性质上均得到极大改善，增大了全麦面包的体积，改善了全麦面包口感粗糙的烘焙特性，延长了面包的储存周期。

试验并未就复配胶与全麦面包中其他基料的比例优化做进一步的研究，为更好地研究三者的复配胶对全麦面包的影响，需进一步对复合胶在分子层面上的复合机理做更深的探究。