赵建春 史秀丽 张 鹏 张 可

ZHAO Jian－chun 1 SHI Xiu－li 2 ZHANG Peng 1 ZHANG Ke 1

（1.郑州旅游职业学院，河南 郑州 450000；2.郑州市电子信息工程学校，河南 郑州 450007）

（1.Zhengzhou Tourism College，Zhengzhou，Henan 450000，China；2.Zhengzhou Electronic Information Engineering College，Zhengzhou，Henan 450007，China）

面包纹理结构是研究面包品质质构最重要的标准之一［1］。食品质地概念中包含了两个方面的内容：① 质地的物理性质，包括杨氏模量、剪切应力、黏度等；② 质地的感官性质，包括口感、硬度、咀嚼性、胶黏性、黏附性等。面包中蜂窝状的组织结构由两个宏观的相表征出来，即气孔和围绕气孔的固态孔壁。气孔的分布、大小以及孔壁的厚度都可以作为研究面包纹理的参数。烘烤过程中，特别是加热率和在98℃下的烘烤时间都会对面包内部的组织结构产生影响，此外，面团的机械性能也会对烘烤过程和面包质地产生影响［2］。因此，两个影响面包最终机械性能的关键参数中与烘烤过程有关的是升温速度、烘烤温度和时间，冷却速度也会影响面包最终的性质，但这可以通过简单的技术来控制，如真空冷却。

面团的配方和酶也会影响硬化，尤其是对不含麸质的面包而言更是具有决定性的作用［3］。

本研究使用烘烤除气的方式获得脱气面团，这一方案需要一个完善的烘烤操作程序和一个合理的面包质地纹理的检验方法。在研究中能够观察到的脱气面团与常规面团所制成的面包纹理，通过吉布森和阿什比模型进行对比，通过模型预测，可知相对的杨氏模量等于相对密度的平方。杨氏模量（Young＇s modulus）是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。根据观察，杨氏模量随升温速率的增加而增加，此外，升温速率的增大会导致硬化过程的加快。通过对面包烘烤过程中杨氏模量的变化研究，能够了解面包的硬化过程的变化机理，包括对面包纹理结构的影响。帕特尔等［4］通过试验观察到，在较快的升温速率下烘烤的面包更加难以捏碎，他解释原因是此时的支链淀粉微晶具有更高的熔融焓，并且具有更大数量的淋滤直链淀粉，面团温度升高，淀粉颗粒成胶状并膨胀，随后浸出直链淀粉。霍尼等［5］提出，浸出的直链淀粉笼罩着淀粉颗粒，有助于面包屑结构的形成和其坚硬化，因此，当淀粉颗粒暴露在加热速率较慢的环境中时，其在温度高于天然淀粉糊化温度的环境中暴露时间较长，浸出直链淀粉经历了一个无序增加的过程。

本试验通过对面包烘烤过程中烘烤热量、纹理、硬化程度的研究，得出面包的储存和硬化的规律，对面包的烘烤方式具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

酵母：后厨牌高活性干酵母，烟台华瑛酵母食品有限公司；

面团：由24%的酵母，45.2%的面粉（灰分0.65%），29.8%的水和1%的食盐制成，最终面团含水量约66%；

数据记录仪：HH314A型，美国OMEGA公司；

热电偶：K型，直径0.3 mm，美国Cooper－Atkins公司；

数字扫描量热仪：PYRIS 6型，法国Perkin Elmer公司；

分光光度仪：i1Pro 2型，美国爱色丽公司；

动态机械分析仪：DMAQ800型，美国TA仪器。

1.2 样品的制备

面团室温静置2 h后，生面团扁平化并切成边长为7 cm、重70 g的方形切片。生面团片置于打样柜中，在温度23～25℃、湿度80%的情况下放置3 h。

1.3 烘烤动力学试验

面包采用上部加热和甲板加热的方式烘烤，温度设定为180℃，对应面包局部的烘烤温度。在面包内部的温度记录由K型热电偶采集，并传送到数据记录仪。分析的时间—温度的数值表明：耗时10 min，面包中心温度达到98℃（20℃的初始温度，加热速率为7.8℃／min）；耗时40 min，面包屑由烘烤温度下降到30℃（面包最终冷却到室温20℃）。

在试验过程中，考虑4个条件来模拟面包烘烤过程中可以观察到的影响因素。本研究的目标是评估面包在98℃的烘烤温度下烘烤时间对面包硬化速率的影响，为了这一目标，使用烘烤脱气面团的特殊方案进行试验。面团发酵结束后，轻轻的手动挤压，然后将20 g面团放置在一个塑料袋中，进行真空处理1 min以去除所有的气体，然后将袋密封，放置在一个由两个珀耳帖元件（5 cm×5 cm）制成的微型烘烤系统中［6］，平坦的生面团放在两个元件之间，放在两个珀耳帖元件之间的垫片（3 mm）用来控制面团样品的厚度和平行度。然后根据设定的时间—温度变化程序进行加热，烘烤过程中程序设定包括预先选定的加热速率、面包烘烤保温温度98℃以及冷却步骤，这一过程为面包的烘烤提供了完善的温控指令。

温度的线性变化过程编程：加热速率为7.8℃／min，在程序P1中，温度为90℃（任意值）时停止烘烤，以模拟一个“未烘烤”的面包；在程序P2中，没有保温过程，温度达到98℃后立即将样品冷却下来；在程序P3和P4中，分别设定在98℃时烘烤4，8 min。因此，在程序P2、P3和P4中对应总的烘烤时间为10，14，18 min，其涵盖了“未烘烤”（P1和P2）、“部分烘烤”（P3）和“完全烘烤”（P4）。

1.4 脱气面包的纹理分析

纹理测试使用微型烘烤系统得到的样品，在（20±2）℃（室温）达到温度平衡时进行尺寸测试。焙烤面包在圆柱形切割器上切成直径8 mm、厚3 mm厚的样品盘。在20℃，样品盘被安装在动态机械分析仪上，DMA用于压缩测试中使用的平行板，以每分钟2%的压缩率进行压缩，直到达到10%的应变。共6～10个样品盘被用来提供一个杨氏模量的平均值，此值可以存储一个给定的时间。这样，脱气面包的杨氏模量的应力—应变曲线的线性部分就得以确定，杨氏模量的定义为应力（σ）与应变（ε）的比值，应力为活塞所给的力，应变为ε＝ΔL／L。则：

式中：

E——弹性模量，MPa；

σ——应力，N；

ε——应变，为曲线变化的导数。

1.5 热量测定

样品采用脱气面包中心部位的面包屑，放在离心机的试管中，放置温度设定为10℃，用天平称重（精确度为0.001 mg）。每2 d打开试管进行一次差示扫描量热（DSC）测试。共4个DSC锅，每一个约放有50～70 mg面包屑，制备了4种不同的测试样品，用干燥柜测量每个样品的水分含量，温度104℃，时间24 h。前两次的DSC测试过程：DSC温度设定在20℃，然后将样品以3℃／min的冷却速度降温到－60℃并保持10 min，然后以3℃／min的升温速度从－60℃升到100℃，在升温过程中进行扫描测试，这两次测试是为了测定水分和支链淀粉的熔焓。另外两次测试直接从20℃升温到100℃，用以提供两个支链淀粉熔融焓的补充值。支链淀粉和水分的熔融焓（ΔH）的单位是焦耳每克（J／g），水分的含量用冰融化为水时放出的潜热来标定，结果用每克干面包屑中含水量来表示（g水／gdm）。

1.6 用于描述硬化的试验和模型

所有的样品都保存在保鲜柜里，温度设定为（10±1）℃，由于存储温度对面包硬化存在明显的影响，因此存储温度是此试验中一个重要的影响因素。烘烤过程是支链淀粉糊化、再结晶的过程，而直链淀粉的降解通常在烘烤后的冷却过程中发生［7］。面包在10℃的环境中保鲜存储2周，硬化过程完成，这样就可以运用DSC技术监测面包硬化过程中支链淀粉的重结晶现象。

脱气面包被装在密封的塑料袋放在一个温度控制柜中存储10 d，烘烤面包的纹理和DSC测试分别在第0、4、6和8天进行，而水分的测量，直到第10天进行。如式（2）所示，一级动力学模型用来模拟支链淀粉熔融焓的变化过程，式（3）用来模拟脱气面包的硬化过程，式（2）和式（3）中的时间常数τ′和τ用来描述支链淀粉和面包硬化的变化过程。

式中：

ΔH0——初始时间存储的面包的熔融焓，J／g；

ΔH∞——长时间存储的面包的熔融焓，J／g；

τ′——支链淀粉变化时间，min；

τ——面包硬化的变化时间，min。

式中：

E0——初始时间存储的面包的杨氏模量，MPa；

E∞——长时间存储的面包的杨氏模量，MPa；

t——支链淀粉变化时间，min；

τ——面包硬化的变化时间，min

1.7 可溶性直链淀粉的测定

可溶性直链淀粉和总淀粉酶含量的测定是根据AACC61－03方法进行的，即：100 mg烤面包屑放在100 m L溶液中搅拌，所用溶液配比为10%的乙醇（体积比为65%），9%的NaOH和81%蒸馏水，试样搅拌后在室温下放置18 h。然后取150μL样品，加入60μL卢戈氏碘液、30μL乙酸、1 500μL蒸馏水混合搅拌，然后静置20 min，用分光光度仪于620 nm波长处测量吸光度。每种样品一式3份，用含有27%纯直链淀粉的样品作为校正样品，用测量的数据点乘以27，然后除以参照样品的吸光度，这样测试3次取平均值即为可溶性直链淀粉的百分含量。

2 结果分析

方案P1、P2、P3和P4所得到的面包样品的杨氏模量变化见图1。如式（4）可以根据起始时间和存储结束时间的杨氏模量E0和E∞可以计算期间任意时间的模量值。

时间常数τ可以通过杨氏模量最终值E∞与某一时间的现值E（t）差的对数曲线的斜率来计算，如式（4）所示，若t与τ的单位相同（d），则线性回归曲线的斜率等于－1／τ。

图1 方案P1、P2、P3和P4所得到的面包样品的杨氏模量变化Figure 1 Young＇s modulus change program P1，P2，P3 and P4 in the bread samples

试验样品的支链淀粉结晶的熔融焓变化过程见图2。如杨氏模量的数据处理过程，对试验数据进行处理，可以得到时间常数τ′。由图2可知：时间常数越大，则动力学参数越小，方案P1、P2、P3和P4的杨氏模量和熔融焓计算过程的时间常数τ和τ′见图3。

图2 4种方案所得到支链淀粉结晶的熔融焓变化过程Figure 2 The melting enthalpy change process of 4 kinds of schemes crystalline amylopectin

图3 4种方案的杨氏模量和熔融焓计算过程的时间常数τ和τ′Figure 3 The young＇s modulus and the melting enthalpy calculation of 4 plans process time constant t and t′

面包硬化最终的杨氏模量和熔融焓是在98℃（P2，P3和P4）烘烤时间的函数，见图4。

图4 面包硬化最终的杨氏模量和熔融焓变化趋势Figure 4 Bread hardening the young＇s modulus and the melting enthalpy change trend

由图1和图2可以看出：烘烤时间的延长可以使支链淀粉的熔融焓动力学和杨氏模量动力学加快，这是因为面包的硬化过程对应着一个脱水的过程，即面包中的水分在支链淀粉结晶过程中被使用，在膨胀的淀粉颗粒中就会因脱水而形成相应的直链淀粉而作为面包硬化成分［7］。

由图3可以看出，硬化的时间常数随98℃下烘烤时间的延长而线性增加，因此长的烘烤时间可以减缓面包的硬化过程。由图4可知：支链淀粉结晶的熔融焓在方案P1、P2、P3、P4中变化较小，而硬化过程结束时面包的硬度会随着烘烤时间的延长而增加，并呈线性关系，这可以说明在烘烤过程中烘烤时间的延长对淀粉糊化、再结晶及支链淀粉的含量影响不大。

可溶性直链淀粉的含量见图5。由图5可知，结果给出了存储时间为0 d（即烘烤当天测量）时通过AACC61－03方法测出的直链淀粉含量，通过P1、P2可以观察到其含量随烘烤时间的延长而增加，试验中P3的结果不可用，通过观察P4，直链淀粉的含量有所下降，这是由于长时间的烘烤，使直链淀粉在面包中集结生成聚合物，在烘烤过程中分离并形成簇状。

图5 存储时间为0 d时通过AACC61－03方法测出的直链淀粉含量Figure 5 The storage time of amylose content was 0 d measured by AACC61－03 method

水分含量变化过程如图6所示，水分含量用每克干面包屑中含水量来表示，这样可以防止试样量的不同对测试结果造成影响。根据观察，水分含量随着贮存时间和支链淀粉重结晶量的增加而降低，这是由于随着存储时间的延长、支链淀粉重结晶过程的进行，对水分的消耗越来越多。

图6 面包中水分含量变化过程Figure 6 Changes in the moisture content of bread

3 结论

基于小型脱气面包的研究结果可以得出：

（1）烘烤时间越长的面包，经长时间存储硬度就越大；

（2）烘烤时间的延长会减缓面包的硬化过程，在此过程中，作为评价指标的杨氏模量、支链淀粉熔融焓和硬化动力学常数τ和τ′都随烘烤时间的延长而增大，而直链淀粉含量在4 min时达到最大值，水分含量没有明显的相关性。

综合以上可得，烘烤时间长不利于长时间存储的面包，可根据面包的存储时间决定面包的烘烤时间，其次，在一定的时间范围内，烘烤时间越长，面包的硬化过程也随之延长。

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