模式美拉德反应产物对面包制作工艺参数和品质的影响

林艳云，尹 乐，陈林萍，高晓露，刘树滔，饶平凡

(1. 福州大学 至诚学院，福建 福州 350001; 2. 福州大学 生物工程研究所，福建 福州 350001;3. 中国科学院上海生命科学研究院-浙江工商大学食品营养科学联合研究中心，浙江 杭州 310035)

面包作为一种发酵食品，又被称为“人造果实”，其品种繁多、口感良好且便于携带，故其成为一种广受欢迎的方便食品．美拉德反应是指氨基化合物(氨基酸、肽及蛋白质)与羰基化合物(糖类)之间的非酶褐变反应[1-2]，该反应要经过一系列的复杂历程，最终才能生成含各种小分子和高分子的棕色甚至黑色的混合物．这些美拉德反应产物(Maillard Reaction Products，简写MRPs)是食品加工中的常见物质，它们对食品工业和人类的身体健康有重要的意义．在食品的加热或储存过程中，美拉德反应产物还对香气和颜色有所影响[3-6]，比如它可为面包提供各种各样的颜色和香气扑鼻的气味[7-8]；对茶叶的香气、色泽、滋味及品质的形成具有重要作用[9-10]；对烟草的品质有重要影响[11-12]；能降低胃肠对蛋白质或氨基酸的消化性，从而增加其进入大肠并被肠道微生物发酵和利用的可能性[13]，此外，它还具有抗氧化活性，例如：鲁伟等的研究证实，苦瓜提取物的MRPs是提高抗氧化活性的主要因素[14]，这种抗氧化活性有助于保质期的延长[15-17]．

对于面包焙烤过程中所产生的MRPs，前人还对其进行了感官价值之外的研究，例如，Michalska等研究了美拉德反应产物在黑麦面粉、面包屑和面包里的抗氧化作用，发现烘烤有助于形成抗氧化物质[18]；Baltes指出美拉德反应的反应中间体由多种途径形成，可产生挥发性风味成分，仅在面包壳(bread crust)(烤制过程中)里可能会发现少量“分子量较高的褐黑素”，而在储存过程中则不会产生[19]；同时吕萍等以小麦为原料，将其进行发芽处理后，模拟面包烘烤的产香过程，让其进行美拉德反应，并将这种美拉德反应产物添加至面包，探究了其对面包品质的影响，同时指出：在适宜添加量下，MRPs可赋予面包较香的焙烤香气和较好的感官品质，使面包的风味增强而不影响面包的比容、质构和色泽[20]．

项雷文等对精氨酸与葡萄糖反应生成的一种模式美拉德反应产物进行了研究，结果表明，这种模式美拉德反应产物能显著降低丙烯酰胺对实验小鼠的毒性，这可能是由于这种MRPs与丙烯酰胺结合后，导致了游离态丙烯酰胺分子的减少[21]；此外，也有研究表明，这种MRPs可显著抑制面包中丙烯酰胺的产生[22]．因此为了研究这种MRPs对面包制作以及品质的影响，本文从面包醒发时间、比容、质构、水分迁移等角度进行了分析，以期探讨模式MRPs对面包的影响机制及其在面包生产中的应用潜力．

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

1.1.1 试验材料市售高筋面粉、安琪高活性酵母、精制幼砂糖、精制食盐、黄油、鸡蛋等；精氨酸(河北华阳生物科技有限公司)，葡萄糖(福州海王福药制药有限公司)．

1.1.2 试验仪器电子天平(0.01 g)：YP802N，上海精密科学仪器有限公司；和面机：GH732D，De guru勋欧专卖店；烤炉：KS828L，祈和旗舰店；磁共振成像分析仪：NMR imaging，Niumag公司；恒温培养箱：ZXSD-1270，上海智诚分析仪器有限公司；打蛋器：GH732D，De guru勋欧专卖店．

1.2 试验方法

1.2.1 模式美拉德反应产物的制备配制0.6 mol/L 的葡萄糖与精氨酸的混合溶液，沸水浴1 h，喷雾干燥成粉末[21]．

1.2.2 面包配方[23]高筋面粉150 g、水65.4 g、干酵母1.65 g、幼砂糖12 g、食盐2.85 g、黄油18 g、美拉德反应产物(按质量比例添加0%，0.20%，0.40%，0.60%，0.80%的美拉德反应产物)，鸡蛋21 g．

1.2.3 面包制作工艺流程称重→和面机中先慢速搅匀，再快速搅拌至面筋充分扩展→取出面团，28 ℃下进行基础发酵→取出面团，赶走面团中的气泡→将调制好的面团放于方形模具中，于温度38 ℃和相对湿度(RH)为85%的发酵室中进行二次发酵→180 ℃的烤箱中烘烤12 min→冷却→成品．

1.3 测定方法

1.3.1 比容测定面包的体积按照文献[24]测量．

面包的比容按公式1计算：

P=V/W，

(1)

式中：P—面包比容(mL/g)；V—面包体积(mL)；W—面包质量(g)．

1.3.2 面包的感官评价组织10名食品科学与工程专业的师生对面包进行感官评定，取评定平均值．

表1 面包感官评定表[25]

1.3.3 面包质构测定参考文献[26]测定面包质构，实验测定重复3次，取平均值．

1.3.4 面包中水分迁移的测定核磁共振技术是一种新型的非破坏的分析检测手段,它能够直观地和连续地检测食品中水分的空间分布和迁移变化,因此可用其来研究食品在不同加工过程中,如冷冻、干燥、胶凝、浸泡和储藏等的物理性质和化学性质的变化[27-28]．参考文献[28]中测定水分迁移的方法，在不同配方的面包制作完成后，取面包的中间部分，将其切成约25 mm的面包片，分别在烤后0 min、60 min、90 min、120 min时取出一片面包的中心部分，用电子天平称取样品重量，并将其置于玻璃纸内，同时将其余的面包放入保鲜袋中并用橡皮筋扎好，置于25 ℃和RH为65%的恒温恒湿箱中储藏．将所称取的面包样品包裹好并置于18 mm的玻璃试管中，用筷子将样品压缩在20 mm的试管内(待用)，并在试管上做标记．于采集面包样品的数据前，先放入装有花生油样品的试管并进行校准，校准完毕后将NMR探头依次放入装有面包样品的试管，进行取样，整个过程保持温度为32 ℃，然后利用CPMG脉冲序列测定面包心及面包皮周边的自旋-自旋弛豫时间T2．本次实验所采用的核磁参数为90°和180°，脉宽分别是P90= 18 μs，P180=35.00 μs，采样点数TD=31 080，其扫描频率为Sw= 100 kHZ，回波数为300， RG2=3，累加扫描次数NS=8．

1.4 数据处理进行3组平行实验，并使用Spss 22.0软件对数据进行分析．

2 实验结果与分析讨论

2.1 模式美拉德反应产物添加量对面包醒发时间的影响由图1可以看出，面包在基础发酵过程中随着MRPs 的增加，面包的基础发酵时间明显下降，特别是添加0.20%的MRPs 时，基础发酵时间明显减少；当MRPs的添加比例大于0.40%时，面团在整形过程气味发酸，变得湿烂且无法整形，这说明加入MRPs 的面团过度发酵了．而MRPs 的增加对面包二次发酵时间基本无影响．

图1 不同MRPs添加量对面包醒发时间的影响图2 不同MRPs添加量对面包比容的影响

2.2 模式美拉德反应产物添加量对面包比容的影响面包比容由两个因素决定，一是面包发酵过程中所产生的CO2气体量，二是面包所保留的CO2气体量[29]．面包比容的大小反应了面包自身的持气能力，面包持气能力越好，面包的比容就越大．

由图2可以看出，没有添加MRPs 的面包，其比容较低；但随着MRPs 的添加，面包的比容呈上升趋势，这说明适量添加美拉德反应产物能够增加面团的体积和面团的含气量，或者说能够提高酵母的产气能力，从而使得面包的体积变大；但添加量大于0.60%时，面包的比容不再增加，其原因可能是：模式MRPs能够促进面团的酵母醒发，致使面团体积和比容增大，从而造成醒发超过面筋的延伸限度，最终导致了跑气塌陷，面包反而塌缩，其比容也随之减小．

2.3 模式美拉德反应产物添加量对面包感官评价的影响精氨酸与葡萄糖制备的模式美拉德反应产物成咖啡色和深褐色，影响着面包的颜色，其气味呈较浓的焦糖味，加入到面包中的添加量越多，它就越能掩盖面包原有的淡淡的咸甜味和酵母味，结果反而是比较重的焦糖味．从表2可以看出，当MRPs 的添加量为0.40%时，面包的综合感官评分达到了80.6的最高分，此时面包色泽金黄，冠大且颈极明显，面包回弹性好，面包芯气孔细密，具有焦香味和咸甜味，与其他面包相比其整体口感差别明显．

表2 不同MRPs 添加量对面包感官的影响

2.4 模式美拉德反应产物添加量对面包质构的影响硬度是衡量面包抗老化程度的重要标志．从表3可以看出，美拉德反应产物含量为0.20%时,面包的硬度有所增加，而后随着美拉德反应产物含量的增加面包硬度降低，说明模式美拉德反应产物的添加可以在一定程度上增强面包的抗老化程度，改善面包的质地，提高面包的烘焙品质．当美拉德反应产物添加比例为0.60%时，评定人员认为面包的粘聚性较好,而且面包的咀嚼值也相对较小(咀嚼值越高，说明面包吃起来也越硬，这就会影响面包整体的感官)．从面包的弹性和回复性分析可知，美拉德反应产物添加量为0.40% 时，面包的弹性以及回复性较好，面包回弹性较好，面包较柔软，且结构紧实．

表3 面包质构的评分表

2.5 模式美拉德反应产物添加量对面包水分迁移的影响面包在储藏过程中会发生一系列物理、化学以及微生物的变化,这会使面包的质量受到很大的影响，这些影响包括质地变硬、口感粗糙、风味变劣等,通常把这些现象称为面包老化．面包老化的机理很复杂,目前普遍被接受的观点认为：这是由于淀粉的再结晶或者回生引起的,而水分的变化也是导致面包老化的关键因素之一．

鉴此，本研究利用核磁共振分析仪测定了面包的自旋-自旋驰豫时间T2，在添加不同比例的美拉德反应产物后，分析了面包随着储藏时间的增加其水分的迁移状态．研究证实T2值与水分的流动性成正比．在本研究中，T21表示面包中深层结合水的弛豫时间，这部分水一般不容易散失掉，原因是这部分水分与大分子结合较为紧密,其表现出来的质子信号幅度也相对比较稳定；T22表示半结合水的弛豫时间；T23表示面包中自由水的弛豫时间，这部分水的活动性最强，也最容易在储藏中失去．本研究表明，面包中基本不存在完全自由的水分，面包中的水分都会与面筋和淀粉不同程度地结合．由图3可知，面包中的主要水分分为两部分，峰1代表的是深层结合水，其与面筋、淀粉等紧密结合，在面包储藏过程中，其会发生移动；峰2代表的是半结合水，其在储藏过程中，会迁移，形成冰晶．因此，运用深层结合水的含量来衡量各种添加剂对于提高面团持水性的能力是比较合适的．从图3(a)可以看出，添加了0.80%MRPs 的面包，其结合水的含量最高，而没添加模式美拉德反应产物的面包，其结合水的含量最低；而且随着储藏时间的变化，我们发现当模式美拉德反应产物添加量为0.40%时，两种水分信号幅度都相对很高，这可能是由于此时面包中模式美拉德反应产物的添加比例较为适宜，其充当了添加剂，因此束缚了一定的自由水的缘故．与空白组相比，添加不同比例模式美拉德反应产物的面包，其深层结合水的比例始终大于没有添加模式美拉德反应产物的面包的深层结合水比例，这说明模式美拉德反应产物的确可以影响面包中水分的迁移，其在一定程度上提高了面包的持水性．

图3 储藏时间为0 min(a),60 min(b),90 min(c),120 min(d)时MRPs添加量对横向驰豫时间T2的影响

2.6 储藏时间对面包水分迁移的影响由图4可知，随着储藏时间的增加，在添加不同比例的模式美拉德反应产物后，面包T2都表现出下降的趋势，即面包的持水性始终都是下降的，说明面包在储藏期间其结合水的紧密度相对降低，面包中的半结合水大量扩散并迁移出表面，然后形成自由水并蒸发掉．这可能会导致面包的老化，因为面包的老化速率与面包的水分含量密切相关．烘烤后的面包在贮藏中，随着储藏时间的增加，其结合水和半结合水的含量会不断下降，面包变得不再柔软，其硬度呈线性增加，这表明面包的硬化不只是淀粉凝沉的结果，它也跟面包中不同水分的迁移有着密切的关系，即在储藏过程中其内部水分会明显减少，面包的老化程度也会增加．结合图3，我们可以发现，虽然在0 min时，0.80%添加量的信号幅度是最高的，但在60 min，90 min和120 min时，0.40%添加量的面包，其结合水和半结合水信号幅度仍保持最高，在整个120分钟的储藏过程中，它们的下降速度最慢．这说明当模式美拉德反应产物的添加量为0.40%时, 面包的持水性最好，此添加量有助于降低面包的硬度和防止面包过早的老化，从而延长面包的储藏期．

图4 MRPs添加量为0.20% (a),0.40% (b),0.60% (c),0.80% (d)时储藏时间对横向驰豫时间T2的影响

3 结 论

在面包生产中，添加适量的模式美拉德反应产物会对面包的理化性质产生一些影响．模式美拉德反应产物对面团的基础发酵时间有影响，当美拉德反应产物添加量超过0.20%时，面团的基础发酵时间开始下降，而面团在二次发酵时，面团的醒发时间基本上没有发生变化，说明美拉德反应产物可以在一定程度上促进面团的发酵．添加模式美拉德反应产物也可以增大面包的比容，随着添加量的增加，面包的比容呈上升趋势，添加量为0.60%时面包的比容增加最明显．当模式美拉德反应产物添加量为0.40%时，面包咀嚼性、粘聚性和回复性都相对较高，随着储存时间的增加，与空白和其他添加量的面包相比，0.40%添加量的面包，其结合水含量始终都是最高的．不同MRPs添加量的面包，其结合水和半结合水含量始终随着储藏时间的增加而减少，这说明面包在储藏过程中发生了一定程度的老化，这与面包中水分的迁移有着密切的关系．由于美拉德反应产物并非单一物质，而是十分复杂的物质体系，既有一些低分子量的化合物，也有一些诸如类黑精等高分子量的物质，这些物质与自由水结合后，会使自由水更稳定，从而减少流失，这在一定程度上延缓了面包的老化，改善了面包的品质．从面包的各项理化指标来看，模式美拉德反应产物的添加量为0.40%时，其对面包的比容、醒发时间、质构和水分状态都相对有较好的影响．因此得出：在面包中添加0.40%的模式美拉德反应产物，不仅有可能弥补面包自身美拉德反应产物的不足，而且还可以在一定程度上影响面包的制作工艺和延缓面包的老化；此外，也可以将模式美拉德反应产物作为一种功能添加剂，从而使面包具备一定程度的抗氧化性和减弱面包在焙烤过程所可能产生的丙烯酰胺．