多谷物粉含量对面团加工特性和面包品质的影响

田晓红, 汪丽萍, 李 逸, 高 琨, 刘 明, 刘艳香, 谭 斌,刘士进

(国家粮食和物资储备局科学研究院1,北京 100037)

(石家庄市米莎贝尔饮食食品有限公司2,石家庄 051130)

目前,糖尿病、肥胖等慢性疾病已经成为世界上所关注的焦点[1],这些疾病和饮食中的血糖生成指数(GI)有着十分密切的关系。低GI食品能够预防糖尿病、高血压和肥胖的发生,还可以降低心血管疾病的危险性。采用燕麦、小米、藜麦、青稞、苦荞等多种谷物原料复配制备的馒头[2,3]、面条[4,5]、代餐粉[6,7]等食品含有丰富的膳食纤维、蛋白质、氨基酸等营养成分[8,9],能够有效改善膳食结构,提升谷物营养价值,有益于降低血糖血脂等[10],是目前研究的热点。含有多种杂粮原料的多谷物面包营养价值高且具有良好的保健功能,符合现阶段消费者的需求[11]。但是因为多谷物粉不含面筋,在制作面包时,易导致面团发酵体积小,面包比容小,硬度大,口感不佳,操作难度大,工业化生产程度低,限制了多谷物面包的发展。开发适合家庭食用的多谷物面包预拌粉将降低操作难度,有利于多谷物杂粮面包的推广及食用。目前的研究还不多,张爱霞等[12]研究表明,添加质量分数0.03%～0.12%混合乳酸菌粉使得面团的发酵体积高于单一酵母菌发酵体积,添加质量分数0.06%乳酸菌粉,可显著降低多谷物杂粮的面包硬度、胶黏性和咀嚼性,显著增加面包弹性和比容。Indrani等[13]研究发现,多谷物粉对多谷物面包品质的影响发现,多谷物粉质量分数从0%增加到20%时,面团中蛋白质基质破坏,体积减少,面包硬度增加,但添加质量分数15%的多谷物粉可以显著改善面包的营养品质。本研究以前期优选出的血糖生成指数相对较低的多谷物杂粮粉的质量配方为基础[14],以青稞、藜麦、燕麦、小米和绿豆5种杂粮为主要原料,配以低GI的苦荞粉,添加谷朊粉来构建面包网络结构,以家庭面包机为操作工具,确定多谷物粉含量对面团加工特性和面包品质的影响,为开发家庭用多谷物面包预拌粉提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

苦荞、藜麦、燕麦、青稞、绿豆、小米、谷朊粉、高活性干酵母(耐高糖)、全脂奶粉、40目烘焙细砂糖、精制盐、原味奶油。

1.2 仪器

WF-40B吸尘粉碎机,RVA-4快速黏度分析器,LGJ-10BP型真空冷冻干燥机,S-3000N扫描电子显微镜(SEM),JHMZ 200实验和面机,F3流变发酵测定仪,SD-P103自动面包机,CR-400色彩分析测试仪,JMTY面包体积测定仪,Q31面包切片机,TA.XT2i Plus质构仪。

1.3 方法

1.3.1 制粉和配粉

分别将苦荞、藜麦、燕麦、青稞、绿豆、小米等谷物原料经过除杂、清理,使用粉碎机进行粉碎,通过100目的筛网。制成相应谷物粉。

多谷物粉:20%苦荞粉和80%其他谷物粉(藜麦15.00%、燕麦5.30%、青稞29.70%、绿豆10.00%、小米40.00%[15],百分数为质量分数)混合配制。多谷物面包预拌粉:将多谷物粉与谷朊粉按照质量比5∶5、5.5∶4.5、6∶4、6.5∶3.5、7∶3、7.5∶2.5、8∶2的比例进行配粉,多谷物粉质量分数分别为50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%,以小麦粉为对照。

1.3.2 混合粉黏度测定

参照GB/T 24853—2010的方法进行测定。

1.3.3 面团发酵流变学特性的测定

多谷物面团的发酵性能利用F3流变发酵测定仪进行分析。面团制备方法:250克多谷物面包预拌粉+150 g 4 ℃的去离子水和3 g高活性干酵母,使用JHMZ 200实验和面机和面5 min后取出,整理面团至表面光滑。称取面团315 g,放入发酵筐中,整理面团在发酵筐底部,在面团上放置上活塞和配重,再放入流变发酵测定仪中进行分析。发酵温度28.5 ℃、砝码质量2 kg,时间3 h,分析面团膨胀曲线和气体释放曲线,重复2次。

1.3.4 面团微观结构观察

将1.3.3中制备好的面团,切成纺锤形,放到-18 ℃冰箱中预冷冻,然后转移到真空冷冻干燥机中进行进行冷冻干燥处理,冷冻干燥的条件是:冷阱温度为-60 ℃,真空度≤15 Pa。干燥后参照文献方法[16]使用扫描电镜进行观察。干燥后的面团切成1 cm×1 cm×1 cm的立方体,固定在载物台上,喷金后在5 kV下观察。

1.3.5 面包制作

称取多谷物面包预混合粉250 g放入全自动面包机中,依次向预混合粉中加入3 g盐,18 g细砂糖,6 g奶粉,15 g黄油,190 g的4 ℃去离子水按照模式1进行和面,面团初步形成后放入2.8 g高活性干酵母。焙烤结束后立刻取出面包,冷却至室温进行评价。

1.3.6 面包比容

参照GB/T 20981—2007中的方法,将待测面包称量m,精确至0.01 g。将待测面包放入面包体积测定仪中测量面包体积V,面包比容P的结果为:P=V/m,重复2次。

1.3.7 面包颜色测量

参照文献[17]方法,使用手持色度计对面包顶、面包侧面、面包芯的颜色进行测定。分别重复6次,计算平均值。

1.3.8 面包质构特性

参照王娜等[18]方法,多谷物面包制作完成之后,冷却至室温,放入自封袋内,过夜平衡后,切成厚度为1 mm的面包片,取面包片中心进行TPA测试。使用TA.XT2i Plus型质构仪,采用二次压缩法测定不同配比多谷物面包的TPA特性。TPA测试条件:使用P/36R探头,测前速度为1.0 mm/s,测试速度为1.0 mm/s,测后速度为1.0 mm/s,触发力为5 g,压缩比为50%,2次压缩间隔时间为5 s,平行测定9次,去掉最高值2个,去掉最低值2个,取中间值5个的平均值。

1.3.9 数据分析

数据分析使用WPS进行,差异显著性使用软件SPSS 19.0。

2 结果与讨论

2.1 混合粉黏度特性

混合粉的黏度特性见表1,随着多谷物粉含量的增加,混合粉的最高黏度、最低黏度、衰减值、最终黏度、回生值、峰值时间均呈显著性上升,糊化温度呈显著性下降。在多谷物粉含量较低、谷朊粉含量高的情况下,单位体积混合液中淀粉含量比较少,形成的淀粉糊偏稀,各个黏度值偏低。由于蛋白对淀粉的包裹,使得淀粉需要更高的温度才能达到糊化。随着多谷物粉含量的增加,体系内淀粉含量增多,蛋白质含量减少,混合粉水溶液在加热和内源性淀粉酶的协同作用下逐渐糊化,更多的表现淀粉的凝胶化特点,各个黏度值显著增加,峰值时间延长,糊化温度降低,衰减值和回生值显著增加,多谷物面包易回生,硬度偏大,口感不佳。

表1 多谷物混合粉黏度

2.2 面团发酵流变学特性

多谷物混合粉面团发酵流变学特性结果见表2。可以看出,当多谷物粉含量在50%时,面团的最大发酵高度和最终发酵高度与对照没有显著性差异。随着多谷物粉含量的增加,面团的最大发酵高度和最终发酵高度显著降低(P<0.05),达到最大发酵高度的时间无显著性变化,在179～180 min(多谷物含量50%的除外)。面团最大发酵高度(Hm)和最终发酵高度(h)是面团在发酵过程中产气和留气的综合反映[19],Hm和h的降低,说明面团的发酵能力下降。这是因为随着多谷物粉含量的增加,面团中的面筋蛋白含量下降,面筋蛋白形成网络结构不足以支撑面团的发酵膨胀,使得最大发酵高度从50.1 mm降低至12.6 mm。

表2 多谷物混合粉面团发酵流变学特性

在气体释放部分,达到气体释放最大高度的时间(T′1)和面团开始泄漏二氧化碳气的时间(Tx)与面团的性质有关,气体释放尽可能时间长,表示面团的持气能力越好[20]。从表2中可以看出,不同多谷物粉质量分数的面团,气体释放时的最大高度无显著性变化。多谷物粉质量分数在55%时,达到气体释放最大高度的时间和面团开始泄漏二氧化碳气的时间最长,分别为179 min和77 min。

保留系数R是一个重要的指标,在优良的面团中会接近100%[21],保留系数越高,表示面团结构越好,能够保持住面团发酵过程中产生的二氧化碳气体,持气能力越好;保留系数越低,表示在面团发酵过程中,二氧化碳其他外溢的越多,面团的持气能力越差。从表2中可以看出,对照R值为81.65,多谷物粉质量分数为55%的面团保留系数R为87.00,显著高于其他含量面团的保留系数,其他多谷物含量面团的保留系数在68.85～74.55之间。分析可知,多谷物粉质量分数在55%时,面团的发酵能力和持气能力最好。

2.3 多谷物混合粉面团微观结构

多谷物混合粉面团的微观结构见图1。可以看出,在多谷物粉质量分数较低时(50%、55%、60%、65%),多谷物粉被包裹在面筋网络结构当中,不易被看见;谷朊粉构成的面筋网络结构连续、完整,尤其是当团多谷物粉质量分数在55%时,面团的孔隙大且均匀,结构良好。当多谷物粉质量分数较高时(70%、75%、80%),面筋网络不足以包裹住全部的多谷物粉,多谷物粉逐渐暴露出来(见图中白色方框内),面团孔隙小,孔壁薄(见图中白色箭头所指)。这些比较薄的孔壁在面团发酵过程中被逐渐撑破,使得二氧化碳气体外溢,进而面团坍塌,面包体积变小。杂粮本身不含有面筋蛋白,其面团难以成型,添加谷朊粉来构建面团的“骨架”,提高面团的吸水率、增强面团的弹性和持气性。一般来说,谷朊粉中半胱氨酸被氧化可形成二硫键,二硫键相互结合形成大分子纤维状聚合体。谷朊粉含量的减少,使面团中巯基和二硫键减少,使面团在酵母产气时不具有足够支撑力,气体外溢,最终导致面团发酵不到足够的体积,面包体积过小。

图1 多谷物混合粉面团微观结构(×500)

2.4 面包的外部和内部结构

不同质量分数的多谷物面包外表面和内切面见图2。可以看出,随着多谷物粉质量分数的增加,谷朊粉含量的减少,多谷物面包体积越小,内部结构也越紧密。多谷物粉质量分数在50%～60%,多谷物面包的气孔过大,冷却后面包出现坍塌。多谷物粉质量分数在55%、60%时,多谷物粉面包外观完整,丰满,表面棕灰色,色泽偏暗。内部结构细腻,有弹性,气孔均匀,纹理清晰,呈海绵状,切片后不断裂,内部结构更接近于小麦粉面包(CK),适合制作多谷物面包。其中多谷物粉质量分数在50%时,多谷物面包的气孔过大,冷却后面包出现坍塌,在实际生产中,应进行加工工艺优化,使其结构更优。多谷物粉质量分数在65%和70%时,面包的体积变小,顶面不丰满,内部结构稍粗糙,气孔较小,纹理较清晰。多谷物粉质量分数在75%和80%时,外部形态不完整,不丰满,没有明显膨胀,内部结构致密,气孔小,没有弹性。面筋蛋白在面团形成过程中起关键作用,在水化时与机械能相互作用,形成黏弹性蛋白质网络,主要影响面团弹性、持气能力和维持面包连续的组织结构,帮助面团在烘烤过程中膨胀并保持其形状,并使面包具有耐嚼性[22]。多谷物粉中面筋含量的多少在很大程度上决定了成品面包的品质[23]。青稞、小米、燕麦等非小麦基的原料,本身缺乏或不含面筋蛋白[24,25],使其面团难以成型,并在发酵过程中,导致面团持气性差,膨胀不够,最终使非小麦基的面包比容小、口感粗糙、缺乏弹性。将不含面筋蛋白的多谷物粉与一定量的谷朊粉复配,帮助非小麦基的多谷物粉构建网络结构。谷朊粉含量较低时,不足以构建完整的面筋网络结构,同时多谷物粉中的纤维素对面筋网络的形成有抑制作用[26],使得面筋网络无法充分形成,面团持气能力弱,制备的面包体积小,内部结构致密。

注:从左到右多谷物粉质量分数分别为CK、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%

2.5 比容

图3反映的是多谷物质量分数与面包比容之间的关系。不同种类的面包比容也有所不同,硬式面包的比容比软式面包的比容小。一般来说,比容适中比较好,比容过大,内部孔隙过大,不容易保持住形态。比容过小,气孔少,弹性不好。从图3中可以看出,随着多谷物粉质量分数的增加,面包的比容显著降低,多谷物粉质量分数从50%增加到80%,多谷物面包比容从5.10 mL/g降低到1.83 mL/g。质量分数在50%时,多谷物面包的比容与小麦粉面包的比容没有显著性差异(P>0.05)。质量分数≥55%时,多谷物面包的比容均小于小麦粉面包和55%多谷物面包比容。这是因为随着多谷物粉的增加,谷朊粉含量不断降低,面团内部的面筋蛋白被稀释,面团中的面筋生成量较少,面筋网络结构形成较困难,使面筋弹性和面团持气性下降,引起面包的比容呈现下降的趋势[27]。

注:字母不同表示差异性显著(P<0.0.5)。

2.6 面包颜色

不同质量分数多谷物面包的颜色见图4。中可以看出,随着多谷物粉质量分数的增加,面包芯和侧面的L*值呈下降趋势,顶面的L*值大致呈上升趋势,说明面包芯和侧面的L*值随着多谷物粉添加的增多呈现出变白的趋势,且多谷物质量分数对L*值有显著性影响(P<0.05),顶面与之相反(P>0.05)。表明面包的亮度朝浅色方向发展,而面包芯和侧面的亮度越暗;随着多谷物粉质量分数的增加,面包芯的a*值先下降后上升,侧面的a*值先升高后降低,顶面的a*值在多谷物质量分数为50%到70%时没有显著变化(P>0.05),质量分数在70%到80%时,顶面的a*值迅速下降。随着多谷物粉质量分数的增加,面包芯和顶面的b*值大致呈现先升高后降低,侧面的b*值先降低后升高再降低。引起面包颜色变化的主要原因:一是多谷物粉含有大量的碳水化合物,在烘焙条件下,碳水化合物的羰基与蛋白质的氨基发生缩合反应,形成褐色物质,美拉德反应是引起面包颜色变化的原因之一[28];二是多谷物粉自身所具有的颜色也是影响面包颜色主要原因之一,多谷物粉质量分数增多,面团本身的颜色就会加重。

图4 多谷物面包的颜色

2.7 质构特性

不同质量分数的多谷物面包质构特性见表3,从表3中可以看出,质量分数在50%、55%、60%时,面包硬度、内聚性和耐咀性和回复性没有显著性差异(P>0.05)。随着多谷物粉质量分数到65%及以上时,多谷物面包的硬度、耐咀性显著增加(P<0.05),弹性、内聚性和回复性呈显著减小,面包质构变化增大。这是因为随着多谷物质量分数的增加,多谷物混合粉中面筋含量变小,在发酵和焙烤过程中,不能形成有效的网络结构,气体溢出,面包芯孔隙变小变少,使得面包逐渐变得致密,硬度从60%多谷物面面包的506 g增加到7 744 g,增加了14倍,耐咀性从430 g增加了7.5倍。本实验所表现出的结果与杨天一[29]的研究结果一致,随着面筋蛋白含量的减少,面包的硬度、耐咀行逐渐减小,弹性、内聚性、回复性逐渐增加。

表3 多谷物面包的质构特性

2.8 多谷物粉面团和多谷物面包品质之间的相关性分析

多谷物粉面团和多谷物面包品质之间得相关性分析见表4。多谷物粉含量、多谷物粉的糊化特性、面团最大发酵高度、面团最终发酵高度、气体释放时的最大高度、面团开始泄漏二氧化碳气的时间、面包的质构特性、面包比容和面包芯颜色L*、a*之间均呈显著或极显著正负相关。面团发酵最大高度的时间与所有指标均不相关,达到气体释放最大高度的时间与保留系数呈显著性相关外,与其他指标均不相关。保留系数与气体释放时的最大高度、达到气体释放最大高度的时间、面团开始泄露二氧化碳气的时间呈显著性正相关。因此,通过多谷物粉的糊化特性和多谷物粉面团的发酵流变特性能够有效的预测多谷物面包的品质。在发酵流变特性中,Hm、h、H′m、Tx是有效预测指标。

表4 多谷物粉面团和多谷物面包品质之间的相关性

3 结论

多谷物粉含量对面团的性质和面包的品质有重要影响,随着多谷物粉含量的增加,混合粉的最高黏度、最低黏度、衰减值、最终黏度、回生值、峰值时间均呈显著性上升,糊化温度呈显著性下降。面团的最大发酵高度和最终发酵高度显著降低(P<0.05),谷朊粉越来越不足以包裹全部的多谷物粉,发酵过程中二氧化碳气体外溢,保留系数从74.55%降低到68.85%,面包体积不断降低,内部结构越来越紧实,质构硬度、耐咀性变大,弹性变小,面包比容从5.10 mL/g降低到1.83 mL/g,面包质量变差。多谷物粉含量、糊化特性、部分发酵流变特性与面包质构特性、比容和颜色L*、a*之间均呈显著或极显著正负相关。当多谷物粉质量分数在50%～60%之间时,多谷物面包的外观完整、饱满,面包芯纹理清晰、呈海绵状的良好结构,质构硬度较低、弹性良好。质量分数高于60%,多谷物面包体积显著减小,面包芯气孔变少变小,质构硬度、耐咀性显著增加,弹性下降。因此,要想得到品质良好的多谷物面包,多谷物质量分数应在50%～60%之间。