杂粮面包预拌粉的烘焙品质改良

陈 昊 胡蒙蒙 李赤翎 刘永乐 王发祥 吴金鸿 俞 健 李向红

(1.长沙理工大学食品与生物工程学院，湖南 长沙 410114；2.湖南省水生资源食品加工工程技术研究中心，湖南 长沙 410114；3.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240)

课题组[1]前期系统研究了燕麦粉和鹰嘴豆粉的添加对杂粮面包预拌粉的烘焙品质、抗氧化性能和体外淀粉消化性能的影响，结果显示m燕麦粉∶m鹰嘴豆粉为1∶2(总杂粮添加量20%)时，预拌粉的淀粉水解率较低且抗氧化性较强。然而，由于燕麦和鹰嘴豆中缺少面筋蛋白，难以形成面筋网络结构，所以，前期获得的杂粮面包预拌粉的烘焙品质较差。

Collar等[2]研究表明淀粉酶和谷氨酰胺转氨酶可以改善面团和面包的烘焙品质，对面包感官评价和质构特性具有显著改良效果；Motta Romero等[3]发现黄原胶可以改善小米面团品质；Tebben等[4]提出同类型和不同类型改良剂混合使用可对面团产生影响，但具体效果有待进一步深入研究，虽然目前改良剂改善面团或者产品品质有一些报道，但是杂粮面包预拌粉焙烤品质的改良目前较为鲜见。

研究针对杂粮加入造成面包预拌粉烘焙品质变差的问题，通过单因素试验和响应面试验研究复合添加剂对面包预拌粉烘焙品质(面包比容、质构、感官和老化特性)的改良作用，确定复合添加剂的最佳配方，以期为杂粮面包预拌粉的工业化生产提供理论依据和数据支持。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

谷朊粉、黄原胶：封丘县华丰粉业有限公司；

抗坏血酸：食品级，石药集团维生药业(石家庄)有限公司；

麦芽糖淀粉酶：诺维信(中国)生物技术有限公司。

1.2 主要仪器与设备

电子分析天平：AUY120型，日本岛津公司；

和面机：HMJ-A50N1型，小熊电器股份有限公司；

醒发箱：YH-13型，珠海家宝德科技有限公司；

烤箱：F150型，广州三鼎金属制品有限公司；

物性测定仪：TA.XT.Plus型，英国Stable Micro System公司。

1.3 试验方法

1.3.1 面包制备 白面包的制备参照何宏等[5]的方法。制作杂粮面包时，以高筋小麦粉和杂粮粉的质量合计为100%，向原料中加入m燕麦粉∶m鹰嘴豆粉为1∶2的燕麦粉和鹰嘴豆粉的混合粉，制作步骤和白面包相同。

1.3.2 单因素试验设计 在前期研究的基础上，以高筋小麦粉和杂粮粉的质量合计为100%，加入杂粮粉20%(m燕麦粉∶m鹰嘴豆粉为1∶2)，白砂糖、盐、干酵母分别为20%,1%,2%，然后加水80 mL。研究分别添加黄原胶(0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 g/100 g)、谷朊粉(0，2，4，6，8，10 g/100 g)、麦芽糖淀粉酶(0，50，100，150，200，250 mg/kg)及抗坏血酸(0，40，80，120，160，200 mg/kg)中的一种添加剂时对所制备杂粮面包烘焙品质(面包质构、面包比容和面包的感官评价)和老化特性(面包芯硬度变化、面包保水性、面包的感官评分)的影响。

1.3.3 杂粮面包预拌粉复合添加剂配方优化 在单因素试验的基础上，选取较优的试验结果进行响应面试验设计，以面包质构分析中的硬度作为评价指标，确定复合添加剂的最佳配方。

1.3.4 面包质构的测定 参照Zhang等[6]的方法进行测定。将新鲜出炉的面包在室温下冷却2 h后，切成厚度为2.5 cm的面包片，在参数为：测前速度1.00 mm/s，测试速度1.70 mm/s，测后速度10.00 mm/s，压缩程度为60%，感应力为0.049 N，2次压缩的间隔时间为2 s的质构分析仪上进行测试。每个样品进行6次平行试验。

1.3.5 面包比容的测定 参照孙银凤等[7]的方法进行测定，取冷却好的面包，称其质量，采用油菜籽置换法测定面包体积，按式(1)计算面包比容。

(1)

式中：

v——面包比容，mL/g；

V——面包体积，mL；

m——面包质量，g。

1.3.6 面包感官评定的测定 参照Yousif等[8]的方法进行测定。采用9分嗜好评分法，1～9分别代表从极度不喜欢到极度喜欢。感官评定指标包括外观、气味、内部结构、口感和整体接受度。烘焙好的面包冷却2 h后切成10 mm厚的薄片，分别取各样品中间的3片面包进行随机编号，并按随机顺序进行感官评分。

感官评价者选择：随机选取20名参加过食品感官评价相关培训的志愿者分别对试验中制作的面包进行感官评价。志愿者在评价完每一个样品后漱口，并休息1 min后再继续评价下一个样品。

1.3.7 面包老化特性

(1)面包芯硬度变化：新鲜出炉的面包冷却2 h后进行质构测定，每隔24 h测一次质构，持续5 d测定不同贮藏时间面包的硬度[9]。

(2)面包保水性测定：新鲜出炉的面包冷却2 h，称面包的质量。将样品置于室温条件下，每隔24 h称重1次，持续5 d。按式(2)计算保水性[10-11]。

(2)

式中：

W——失水率，%；

M1——新鲜面包出炉冷却后的质量，g；

Mi——第i天测得面包的重量，g。

(3)面包的感官评分：总共进行6次感官评定，新鲜出炉的面包冷却2 h后进行感官评定，之后每隔24 h测一次，持续5 d对贮藏不同时间的面包进行感官评定。

1.4 数据处理与统计分析

采用Origin 2018进行数据分析与统计，采用SPSS进行单因素方差分析(Tukey's Test)，数据以X±SD表示，显著性P<0.05。每个样品重复测3次，取其平均值。

2 结果与分析

2.1 黄原胶对杂粮面包预拌粉烘焙性能的影响

2.1.1 对面包质构的影响 由表1可知，在试验范围内黄原胶对面包硬度、回复性影响不显著，其中黄原胶添加量为0.8 g/100 g时，与白面包相比，制成的燕麦—鹰嘴豆杂粮面包硬度降低，回复性略微升高，主要原因可能是黄原胶具有吸水性，能与水形成黏性凝胶，且亲水性胶体可与淀粉颗粒以及面筋蛋白形成结实的面筋网络结构，增强面团面筋强度和持水性，从而改善面包烘焙品质[12]。何承云等[13]发现加入黄原胶可以改善馒头质构；也有研究[14-15]发现亲水胶体可以加强淀粉颗粒与面筋之间的相互作用。

表1 黄原胶添加量对燕麦—鹰嘴豆杂粮面包品质的影响

2.1.2 对面包比容的影响 由表1可知，添加黄原胶对面包比容影响不显著(P>0.05)，但当黄原胶添加量超过0.8 g/100 g时面包比容变小，可能是因为黄原胶的黏度和增稠性较强，添加较多时面包的内部组织更为紧实。

2.1.3 对面包感官评分的影响 由表1可知，试验范围内黄原胶的添加对面包内部结构、口感有所改善，但并不显著，可能是因为其中杂粮粉较多，改善效果不是很好，也说明单一添加剂的改良作用是有限的。

2.2 黄原胶对面包老化特性的影响

2.2.1 对面包芯硬度的影响 有研究[16]表明，黄原胶具有延缓淀粉老化的作用。由图1可知：随着贮藏时间的增加面包硬度随之增加，第1天和第2天硬度变化程度较大；随着黄原胶添加量的增加，贮藏过程中面包硬度变化有所改善。黄原胶添加量为0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 g/100 g时，第5天面包芯的硬度分别为第1天的2.18，2.01，1.83，1.79，1.73，1.68倍，所以添加黄原胶使面包硬度变化率减小，进一步说明黄原胶能延缓面包老化。这与宋臻善等[17]研究中得出黄原胶可以延缓蛋糕老化，以及瞿力等[18-19]研究中得出添加适量黄原胶可延缓面包老化的结论相一致，其原因可能是它能改善面团持水性，且能阻碍淀粉发生重结晶作用。

字母不同表示不同贮藏时间之间的差异显著(P<0.05)

2.2.2 对面包保水性的影响 由图2可知，添加黄原胶后，面包失水率较低、失水较缓慢。面包贮藏至第5天，加入0.8 g/100 g黄原胶显著提高了面包贮藏过程中保水性，其失水率比未加黄原胶的面包降低了10%。

字母不同表示不同黄原胶添加量之间的差异显著(P<0.05)

加入黄原胶可以延缓面包在贮藏过程中发生老化，保持面包柔软，富有弹性。结合以上各指标的分析，以面包的烘烤品质为参考，得到黄原胶的最佳添加量为0.8 g/100 g。

2.3 谷朊粉对杂粮面包预拌粉烘焙性能的影响

2.3.1 对面包质构的影响 由表2可知，随着谷朊粉的增加，燕麦—鹰嘴豆杂粮面包硬度先降低后升高，回复性先升高后降低。当谷朊粉添加量为4 g/100 g时，面包硬度达到最小值(10.64±0.70)N，回复性最高为(96.82±0.67)%，可能是因为添加谷朊粉可以使杂粮预拌粉中面筋蛋白质含量增加，吸水使面团内部保持大量水分而提高面团持水性能[20]，并且有研究[21]表明谷朊粉的添加使面团中巯基和二硫键含量增加，构成更牢固的面团支撑“骨架”，其中含有的谷氨酰胺还可间接增加氢键含量使面团弹性和强度提高，降低面包硬度；但过量添加谷朊粉会使面团中巯基和二硫键含量减少影响面筋网络结构的形成[22]，还会影响面团的延伸性并阻碍面筋的形成而降低面团持气性[23]，故最终面包硬度反而升高，并且对回复性产生不利影响。

2.3.2 对面包比容的影响 由表2可知，随着谷朊粉添加量的增加，比容呈先增大后减小的趋势，但变化并不显著(P>0.05)，当谷朊粉添加量为4 g/100 g时，面包比容较大为(2.54±0.06)mL/g。谷朊粉作为一种面团改良剂含有大量面筋蛋白，这种蛋白可以形成面筋网络结构使持气性增强[24]，比容增大，而增幅不大可能是因为加入的杂粮粉较多；继续添加谷朊粉使面团中巯基和二硫键含量减少，面团面筋结构支撑不足导致持气性变差，使面包体积变小[20]。

表2 谷朊粉添加量对燕麦—鹰嘴豆杂粮面包品质的影响†

2.3.3 对面包感官评分的影响 由表2可知，通过对面包进行感官评定，发现谷朊粉的加入对面包外观和气味基本无影响，对内部结构和口感有所改善。

2.4 谷朊粉对面包老化特性的影响

2.4.1 对面包芯硬度的影响 由图3可知，随着贮藏时间延长，面包硬度增大，加入一定量谷朊粉对面包硬度有所改善，但不显著，主要是因为适量添加谷朊粉能增强面筋结构，使面团持气性和持水能力增强，但过量添加会导致面筋网络结构被破坏，使面包硬度增加，与谷朊粉添加量对面包烘焙性质的结果一致。

字母不同表示不同贮藏时间之间的差异显著(P<0.05)

2.4.2 对面包保水性的影响 由图4可知，谷朊粉的加入对面包保水性影响并不大，但加入过多会使面筋结构被破坏，面包保水能力下降，失水率更高。

图4 不同谷朊粉添加量下面包失水率随贮藏时间的变化

谷朊粉的加入明显改善了面包的品质。结合以上各指标的分析，主要以面包的烘烤品质为参考指标，得到谷朊粉的最佳添加量为4 g/100 g。

2.5 麦芽糖淀粉酶对杂粮面包预拌粉烘焙性能的影响

2.5.1 对面包质构的影响 由表3可知，随着麦芽糖淀粉酶的添加，面包硬度发生显著性变化(P<0.05)，呈先降低后升高的趋势，其中加入麦芽糖淀粉酶的量为150 mg/kg 时面包硬度最低，为(11.85±0.79)N，继续加入麦芽糖淀粉酶，面包硬度会升高；回复性变化不显著(P>0.05)。其可能是麦芽糖淀粉酶的添加使面团中淀粉之间形成的网状结构发生变化，并且麦芽糖淀粉酶本身也是一种α-淀粉酶，这种酶能水解支链淀粉生成小分子糖类，而小分子糖类代谢也会提高面包持水性使面包松软可口，口感更佳[25]。目前也有研究[26-27]表明，α-淀粉酶能激活酵母活性使酵母产气量增加；并且由于其热稳定性高，在面包烘烤期间仍然保持催化作用使面团进一步发酵，这些作用均对面包烘焙性质起到改良作用。但是，麦芽糖淀粉酶加入过多会使面包硬度升高，影响酵母发酵，并且烘烤出来的面包芯发黏发硬。

2.5.2 对面包比容的影响 由表3可知，麦芽糖淀粉酶的加入对面包比容产生显著影响，与对照组相比，随着麦芽糖淀粉酶的增加，比容有变大的趋势，但随着麦芽糖淀粉酶进一步的添加，比容降低。麦芽糖淀粉酶添加量为150 mg/kg时，面包比容最大，与对照组相比，增加了11.57%，可能是因为麦芽糖淀粉酶水解支链淀粉会产生麦芽糖、葡萄糖和小分子糊精，在一定条件下，这些小分子糖类有利于酵母发酵，面团发酵速度加快，产生大量CO2，从而增加面团的体积使烘烤出的面包比容增大[28]；但是，麦芽糖淀粉酶添加过多会导致面包比容变小、面包芯变黏，可能是由于麦芽糖淀粉酶在水解支链淀粉过程中使面团的渗透压变大，从而影响面团发酵使面包比容减小[29]，而淀粉酶因为自身高热稳定性，所以在烘焙过程中若加入过多容易出现面包黏芯的现象[30]。

2.5.3 对面包感官评分的影响 由表3可知，添加麦芽糖淀粉酶150 mg/kg时的杂粮面包品质更优。有研究[31]也表明，加入一定量的麦芽糖淀粉酶会改善面包品质，使其更柔软、具有弹性。

表3 麦芽糖淀粉酶添加量对燕麦—鹰嘴豆杂粮面包品质的影响†

2.6 麦芽糖淀粉酶对面包老化特性的影响

2.6.1 对面包芯硬度的影响 由图5可知，贮藏第1天与第2天各样品的硬度变化较大且贮藏时间越长，面包硬度越大。不加麦芽糖淀粉酶时面包硬度随贮藏时间的延长显著增加(P<0.05)，而酶加得越多硬度变化越小，贮藏第5天，麦芽糖淀粉酶为0，50，100，150，200，250 mg/kg时面包的硬度分别是其贮藏第1天时的2.18，1.66，1.48，1.44，1.29，1.12倍，说明麦芽糖淀粉酶能改善贮藏期间面包的品质劣变，延缓面包老化。这主要是因为麦芽糖淀粉酶能将淀粉分子水解成一定数量的麦芽糖、寡糖和小分子糊精，这些物质会干扰淀粉的重结晶与蛋白质的缠绕作用，而面包的老化是淀粉从非结晶状态到结晶状态转变的过程，所以麦芽糖淀粉酶能阻碍淀粉老化作用的发生，使面包保持弹性，延长贮藏时间[31-32]。

字母不同表示不同贮藏时间之间的差异显著(P<0.05)

2.6.2 对面包保水性的影响 由图6可知，随着麦芽糖淀粉酶的添加，面包保水性也显著增加(P<0.05)，添加麦芽糖淀粉酶150 mg/kg能够明显减小水分损失，说明麦芽糖淀粉酶能防止老化。

字母不同表示不同麦芽糖淀粉酶添加量之间的差异显著(P<0.05)

加入麦芽糖淀粉酶后，面包硬度变化减小，水分损失减少，说明麦芽糖淀粉酶的加入有利于面包弹性的保持。结合以上各指标的分析，主要以面包的烘烤品质为参考指标，得到麦芽糖淀粉酶的最佳添加量为150 mg/kg。

2.7 抗坏血酸对杂粮面包预拌粉烘焙性能的影响

2.7.1 对面包质构的影响 由表4可知，抗坏血酸添加量对面包烘焙性能影响不显著，抗坏血酸添加量为120 mg/kg时，面包硬度相对较低、回复性相对较好，此时，面包硬度为(12.43±1.22)N，回复性为(96.84±0.58)%。有研究表明，抗坏血酸可用作面粉的改良剂[33]，主要是因为加入抗坏血酸使面团弹性和体积增大，持气性也增加，面包内部气孔变大、结构疏松，使硬度随抗坏血酸的增加而降低[34-35]；另有研究表明，抗坏血酸能增强面团的面筋网络结构，其机理是：抗坏血酸转变成脱氢抗坏血酸后会将面团中的游离巯基氧化成为二硫键[36]，所以会增强面团筋力，改善结构，但是抗坏血酸过量时会破坏二硫键，使面团网络结构受损[37]。但是，在试验中抗坏血酸的改良效果并不显著，可能是因为加入了多种杂粮粉，且加入杂粮粉的量较高，效果不明显。

2.7.2 对面包比容的影响 由表4可知，在燕麦—鹰嘴豆杂粮预拌粉中加入抗坏血酸对制作出的面包比容影响不显著(P>0.05)，与质构变化一致，可能与加入的杂粮种类有关。有研究[37]表明，添加适量抗坏血酸会增大面包的体积，但高剂量的抗坏血酸会使面包比容减小，因为高剂量的抗坏血酸会破坏面团的面筋结构使其持气性降低。

表4 抗坏血酸添加量对燕麦—鹰嘴豆杂粮面包品质的影响

2.7.3 对面包感官评分的影响 由表4可知，添加抗坏血酸对面包外观、色泽、气味、面包质地、结构和口感的影响均不显著(P>0.05)，与齐琳娟等[38]的研究结果一致。

2.8 抗坏血酸对面包老化特性的影响

2.8.1 对面包芯硬度的影响 由图7可知，无论是否添加抗坏血酸，面包的硬度均会随贮藏时间的延长而升高，但相比未添加抗坏血酸的面包，加入抗坏血酸后面包硬度的变化无显著差异(P>0.05)，表明抗坏血酸不能改善贮藏期间的面包品质。

字母不同表示不同贮藏时间之间的差异显著(P<0.05)

2.8.2 对面包保水性的影响 由图8可知，贮藏时间越长面包失水率越高，但是抗坏血酸的加入并未对面包的失水率产生显著影响，抗坏血酸较多时，面包失水率有所升高。

图8 不同贮藏时间下抗坏血酸添加量对面包失水率的影响

加入一定量的抗坏血酸对面包品质具有一定的改良作用。结合以上各指标的分析，主要以面包的烘烤品质为参考指标，得到抗坏血酸的最佳添加量为120 mg/kg。

2.9 杂粮面包预拌粉复合添加剂配方优化

2.9.1 试验设计及结果 综合上述4种添加剂对面包烘焙品质及贮藏老化特性的影响，按表5中因素水平设计进行响应面试验，结果见表6。

表5 响应面试验设计表

试验以质构特性中的硬度(E)为响应值，通过Design-Expert 12对表6中的试验数据进行拟合得出对应的回归方程：

表6 响应面法试验设计及结果

E=+1 753.39+1.34A+14.28B-0.45C-4.07D-37AB-49.79AC+10.84AD+16.55BC-19.48BD+7.96CD+66.12A2+37.33B2+5.32C2+73.91D2。

(3)

回归方程的显著性分析和模型的可信度结果见表7。模型的R2为0.900 2，说明二次回归模型拟合较好且具有较好相关性；模型的P<0.001，表明模型非常显著；其中失拟项为0.161 1>0.05，不显著。4个变量对响应值影响程度的大小顺序为B>D>A>C，即谷朊粉添加量>黄原胶添加量>抗坏血酸添加量>麦芽糖淀粉酶添加量。

从表7还可以看出，AB、AC、A2、B2、D2的P值均小于0.05，进一步验证了各因素对硬度都存在一定的影响，各因素之间对面包硬度的相互作用见图9。

表7 回归方程方差分析结果

图9 各因素对面包硬度的交互作用响应曲面图

2.9.2 最佳工艺条件的确定及验证 使用Design-Expert 12对杂粮面包预拌粉配方进行优化得出添加剂的最佳添加量为黄原胶0.78 g/100 g、谷朊粉3.42 g/100 g、麦芽糖淀粉酶200.00 mg/kg，抗坏血酸171.69 mg/kg，在此条件下，制备面包的理论硬度值为(17.11±0.99)N，考虑实际操作，将条件修正为：黄原胶0.78 g/100 g、谷朊粉3.42 g/100 g、麦芽糖淀粉酶200.00 mg/kg，抗坏血酸171.70 mg/kg，在该条件下进行3次验证实验，测得面包的实际硬度为(15.97±0.69)N，接近理论预测值；面包比容为(2.26±0.16)mL/g。因此，经响应面试验优化的杂粮面包预拌粉的改良剂配方可用于实际操作中。

3 结论

研究通过单因素试验和响应面试验设计，以面包硬度为指标，确定了杂粮面包预拌粉中改良剂的最优添加量为：黄原胶0.78 g/100 g、谷朊粉3.42 g/100 g、麦芽糖淀粉酶200.00 mg/kg，抗坏血酸171.70 mg/kg，该条件下面包硬度为(15.97±0.69)N。

试验着重研究了复合改良剂对杂粮(面包)预拌粉烘焙品质的影响，而复合改良剂对预拌粉的淀粉消化性能等功能性的影响及对贮藏期间粉贮藏稳定性的影响有待进一步研究。