宋安琪,林江涛,宋喜雅,王瑞,岳清华

(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450000)

淀粉占小麦粉的70%～75%,与蛋白相互作用共同促进面团网络结构的形成[1],其结构及特性对面粉的品质有着十分重要的影响。淀粉的结构差异是造成其特性不同的根本因素。近年来,对淀粉分子和颗粒结构如何影响其性质的探究不断加深,SHEN等[2]研究认为大米淀粉的结晶结构、有序分子结构及聚集体结构同消化、质构等特性具有协同作用。也有学者发现淀粉直支比、颗粒形态、支链淀粉精细结构、破损淀粉含量等与其水合、溶胀、溶解特性相关[3-4]。然而,淀粉的多样结构对其性质的影响是极其复杂的,单一的淀粉结构不能决定其性质,对此还需更深入的了解。

面团制作是加工生产各类面制品的首要步骤,其品质受淀粉性质的直接影响。目前大部分研究聚焦于以小麦粉为基础按比例添加某些物质[5-6]或其他淀粉直接与谷朊粉复配[7-8],而缺乏分离面粉组分再进行复配重组以探究淀粉-面团-馒头三者关系的相关研究,但这对于面制品的品质调控也极其重要。

本文旨在研究淀粉结构、性质对面团及馒头品质的影响,从而为淀粉工业应用进一步精细化和多样化提供帮助,提高面团加工性能和馒头食用品质。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

雪晶小麦粉,五得利面粉集团有限公司;玉米淀粉,玉峰实业集团有限公司;马铃薯淀粉,哈尔滨鑫永耀食品有限公司;木薯淀粉,P.V.D.INTERNATIONAL CO., LTD.;豌豆淀粉,宿州市皖神面制品有限公司;小麦淀粉,自制;酵母,安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

NKT2010-L型全自动激光粒度分析仪,山东耐克特分析仪器有限公司;SDmatic破损淀粉测定仪,法国CHOPIN公司;CR-410型色彩色差仪,日本柯尼卡美能达公司;810152型粉质仪,德国Brabender公司;TZ-XT Plus型质构仪,英国Stable Micro System公司。

1.3 实验方法

1.3.1 面粉中淀粉与蛋白的分离及重组粉的制备

面粉组分的分离:参照面团法[9],进行提取分离。

重组粉的制备:经过预试验,小麦面粉中面筋蛋白与淀粉的质量比经折算为14.2∶85.8,为探究面粉中淀粉组分的影响,本研究所有混合粉均模拟面粉中面筋蛋白与淀粉的比例按干基进行配粉。其中,A:原面粉;B:小麦淀粉重组粉;C:玉米淀粉重组粉;D:木薯淀粉重组粉;E:豌豆淀粉重组粉;F:马铃薯淀粉重组粉。

1.3.2 面粉与混合粉的基础指标测定

蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016中的凯式定氮法;

湿面筋质量测定参照LS/T 6102—1995中的面筋指数法;

总淀粉含量测定参照GB 5009.9—2016中的旋光法。

1.3.3 淀粉样品的基本理化性质测定

1.3.3.1 淀粉粒度测定

采用NKT2010-L型全自动激光粒度分析仪测定不同淀粉粒度组成。

1.3.3.2 破损淀粉含量测定

使用SDmatic破损淀粉测定仪进行测定。

1.3.3.3 淀粉持水性、溶解度、膨胀度测定

1.3.4 面粉和重组粉粉质特性测定

根据GB/T 14614—2019中的粉质仪法,进行粉质特性测定。

1.3.5 面粉和重组粉拉伸特性测定

取20 g面粉/重组粉,按粉质吸水率的76%进行加水制成面团,保鲜膜包裹,室温醒发15 min。醒发后面团置于模具内压紧,制成长条,于质构仪上用A/KIE探头进行拉伸测试。测试条件:测前速度:2.0 mm/s;测试速度:3.3 mm/s;测后速度:10.0 mm/s;应变位移:50.0 mm;引发类型:自动;引发力:5.0 g。

1.3.6 馒头制作及相关品质指标测定

1.3.6.1 馒头制作

馒头制作工艺流程如下:

预混→和面(水添加量按照粉质吸水率的76%,酵母添加量0.8%)→成型→发酵→蒸制→冷却(1 h)

1.3.6.1 馒头宽高比测定

冷却好的馒头用游标卡尺测量其高度和直径,取其比值。

1.3.6.2 馒头比容测定

使用小米置换法进行比容测定。

1.3.6.3 馒头色泽测定

将冷却后的馒头用切片机切片(厚度:15 mm),使用色差仪取中间3片进行色泽测定。

1.3.6.4 馒头芯孔隙分析

将切好的馒头片平放于同一位置桌面上,拍照。

1.3.6.5 馒头质构特性测定

采用质构仪对中间3片进行测定,探头为P/36R测定标准探头。测试参数:测前速度:3 mm/s;测试速度:1 mm/s;测后速度:1 mm/s;压缩比:50%;停留时间5 s;引发类型:自动;引发力:5 g。

1.4 数据处理与分析

进行2次及以上平行实验,使用Excel统计数据,采用Origin 2018进行图表绘制,采用SPSS软件对数据进行显著性分析,样品间存在显著性差异(P<0.05)时用不同小写字母表示,结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 原料粉、重组粉基础理化指标分析

各样品的基本指标见表1。原面粉中淀粉含量为70.03%,蛋白含量10.26%,从原面粉中洗出的面筋蛋白含量90.05%。考虑到原面粉中淀粉与蛋白比例及自制面筋蛋白的纯度,最终按照面筋蛋白与淀粉质量比为14.2∶85.8(以干基计)进行配粉。重组粉F的灰分含量最高,为0.298%,E的灰分含量最低。

表1 原粉及重组粉的基本理化指标测定Table 1 Determination of basic physical and chemical indexes of raw powder and reconstituted powder

重组粉的湿面筋含量比原面粉高17%左右,可能是因为在面粉分离重组的过程中,损失了可溶性蛋白,导致重组粉中的蛋白绝大部分是面筋蛋白即麦醇溶蛋白和麦谷蛋白。湿面筋含量对馒头品质有较大影响,一般认为在28%～34%为佳,此时蒸制的馒头整体评分高,体积和比容大,弹性好,孔隙小而均匀,这与原粉蒸制的馒头品质高于5种重组粉所制馒头的结果一致。重组粉C、D、E、F比重组粉B的湿面筋含量略有上升,但面筋指数大幅度下降了25%～40%,说明淀粉对面筋质量的影响显著且面筋质量与面筋含量之间并无显著的相关性,可能是小麦淀粉可以更均匀分布于面筋网络之间,而其他4种淀粉与蛋白之间的相互作用如氢键、疏水相互作用等[11]一定程度上阻碍淀粉与蛋白结合,影响面筋网络的形成,造成面筋结构稀疏、断裂,从而使面筋质量下降。重组粉D的破损淀粉含量最高,C的破损淀粉含量最低。

2.2 淀粉粒径分布

淀粉粒度对其本身的加工性能和制品品质有显著影响,主要是因为粒度会影响淀粉粒的分子结构,进而影响其糊化、老化、凝胶等性质和消化、水解、溶解、乳化等反应活性、表面特性[12]。由表2可知,小麦淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉的粒度差异较小,累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径在20～35 μm,马铃薯淀粉粒度最大,平均粒径是其他淀粉粒径的1.6～2.6倍。本研究测得的淀粉粒径由大到小:马铃薯淀粉、豌豆淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉,与卢丹妮[13]测定的结果一致。

表2 淀粉的粒径分布Table 2 Particle size distribution of starch

2.3 淀粉持水力、溶解度、膨胀度

淀粉的溶解度表征了淀粉结构的稳定程度及耐热性,膨胀度显示了结晶区与非结晶区中直、支链淀粉的结合程度[14]。不同淀粉的持水力、溶解度及膨胀度特性见表3。小麦淀粉的溶解度最高,为1.34%,表明小麦淀粉的稳定性及耐热性更弱,淀粉结构更易瓦解。一般膨胀度越高的淀粉,蒸出的馒头越光滑有弹性。除木薯淀粉外,其他3种淀粉的膨胀度都高于小麦淀粉,其中马铃薯淀粉膨胀度最高,为206.78%,表明马铃薯淀粉的分子间键的结合能力最弱,膨胀能力最强[13]。CHEN等[15]在研究中发现膨胀度和溶解度随着淀粉粒度的增大而减小,而本研究测得的马铃薯淀粉粒度最大,但其膨胀度却大于其他4种淀粉,溶解度为0.27%大于玉米淀粉和豌豆淀粉,造成此差异的原因不仅与研究方法的不同有关,也有可能与淀粉的来源、结构、组成、分级效果等因素相关。淀粉的持水能力与淀粉颗粒的大小、结构的紧密程度以及含有的亲水基团有关[15-16]。其中马铃薯淀粉的持水力最高,可能是由于马铃薯淀粉颗粒较大,且所含的磷酸基团使其与水的结合作用更强导致[16]。

表3 淀粉的持水力、膨胀度及溶解度Table 3 Water holding capacity, expansion, and solubility of starch

2.4 重组粉粉质特性

粉质仪是判定面粉筋力强弱从而确定面粉用途的重要仪器之一,通过分析粉质曲线得出反映面粉粉质的重要指标。由表4可知,重组粉C、D、E的吸水率较高,F吸水率最低,可能因为淀粉的粒径大小不同使其与水的接触面积不同,淀粉间的持水性也存在差异引起。与原面粉相比,由于面筋蛋白重新提取冻干研磨后质量变差,重组粉B的稳定时间及形成时间有明显缩短,弱化度增大。重组粉F的稳定时间与原粉接近,可能由于马铃薯淀粉的持水力和膨胀度较高,在充分搅拌的情况下,较其他淀粉更易吸水膨胀,使其具有一定的黏着性,更有利于面团的稳定[17],然而由于其亲水性较强,在吸水膨胀的过程中水分与面筋蛋白的反应减少,面筋蛋白被稀释,面筋网络结构的扩展受到阻碍,使面团出现了弱化现象;重组粉E、F的形成时间较重组粉B明显增加,而重组粉C、D的形成时间有所缩短;除重组粉F外,其他3种重组粉的弱化度均有所上升。

表4 原粉及重组粉的粉质特性测定Table 4 Determination of powder properties of raw powder and reconstituted powder

2.5 重组粉拉伸特性

质构仪中面团拉伸测定系统主要用于测定面团的拉伸强度以及延展性,延伸度关系到面团的成型能力,影响到面团的醒发体积;拉伸阻力是判断面团保持CO2气体,维持面团体积能力大小的重要指标。由图1可知,与原面粉相比,由重组粉B制得的面团所测的拉伸阻力远高于原面粉,而延伸度有所下降,说明只含淀粉和面筋蛋白的重组粉形成的面团硬度过高,面团在发酵膨胀的过程中受阻,导致面团起发困难,面团加工性能变差,这可能由于原粉在分离过程中损失了酶、脂质和半纤维素等物质,虽然这些组分含量较低,但对面团的粉质拉伸等特性存在影响[18-19]。其他4种淀粉的重组粉与重组粉B相比,拉伸阻力更低,但延伸度更高,表明替换淀粉后,面团的弹性、硬度下降,筋力变弱,延伸性变好,但可能导致面团醒发时的持气性下降,醒发面团更易塌瘪。

图1 原面粉及不同淀粉重组粉的面团拉伸特性Fig.1 Dough tensile properties of raw flour and different starch recombination powders

2.6 不同淀粉对重组粉所制馒头品质的影响

2.6.1 不同淀粉对馒头比容、宽高比的影响

馒头比容是评价馒头品质的一项重要指标,可以反映面团体积膨胀的程度及保持能力,同时反映粉的质量。6种馒头样品的比容和宽高比如图2所示。重组粉C、D、E、F制得馒头与重组粉B相比,比容更低,可能是由于不同淀粉的结构、直支比、吸水性等加工特性之间存在差异导致,另外重组粉C、D、E、F中的破损淀粉含量较少,在发酵过程中面团产生的糖分较少,酵母产气不足,影响发酵造成馒头比容较小。

图2 原面粉及不同淀粉重组粉馒头的比容和宽高比Fig.2 Specific volume and width to height ratio of raw flour and different starch reconstituted flour steamed bread

品质好的馒头要求外观对称、饱满、挺立,而挺立程度一般用馒头的宽高比进行衡量,宽高比≤1.40评分最高。重组粉C、D、E、F的宽高比与重组粉B相比有所增大,重组粉C、E、F所制馒头的宽高比相近,均较高。研究表明馒头在蒸制过程中,横向、竖向均匀增长,但宽高比结果显示,这3种重组粉揉制的面团在醒发过程中,酵母的发酵以及面团的持气受阻,导致面团的竖向扩张受到影响。从比容、宽高比两者综合来看,淀粉替换后,对面团的持气力均有影响。

2.6.2 不同淀粉对馒头色泽的影响

对6种馒头样品的色泽进行测定,结果如表5所示。与重组粉B相比,其他4种的L*值较低,其中重组粉E的L*值与小麦淀粉的最接近;除重组粉E的a*值较重组粉B更低外,其他3种重组粉的a*值都更高,其中C最高,说明此馒头芯偏红,可能是淀粉中的色素和氧化酶含量较高造成的;重组粉E的b*值与重组粉B相似,重组粉D的b*值最高。总体来说,重组粉D蒸制的馒头,色泽最暗,且偏黄,颜色品质较差。这与CHEN等[20]的研究结果相似,可能是因为木薯淀粉中支链淀粉含量较高,增强了蛋白质的分子间相互作用,造成游离氨基的丢失,促进其发生变色反应[21]。不同淀粉对馒头色泽的影响,不仅与淀粉本身的色泽有关,还可能与不同淀粉的结构、特性有关[22]。

表5 原面粉及不同淀粉重组粉馒头的色泽变化Table 5 Color change of steamed bread with original flour and different starch recombination flour

2.6.3 不同淀粉对馒头质构的影响

馒头的质构参数可以客观的判断馒头的品质。由表6可看出,重组粉C、E、F馒头的硬度、胶着性、咀嚼性以及弹性、回复性均高于重组粉B,说明重组粉C、E、F制的馒头受压缩所需的力较大,咀嚼成吞咽状态时所需能量较大,其中重组粉E馒头的硬度、胶着性、咀嚼性和弹性最高。重组粉D馒头的黏度、内聚性最大,重组粉C馒头的回复性最好,说明这2种重组粉所制馒头的内部较紧密,抗外界破坏和馒头韧性较强。

表6 原面粉及不同淀粉重组粉馒头的质构特性Table 6 Texture characteristics of raw flour and different starch reconstituted flour steamed bread

破损淀粉含量与馒头的硬度[23]、黏度、弹性、胶着性、回复性、咀嚼性均存在一定负相关的关系,这与LEN等[24]的研究结果相似。可能因为破损淀粉含量适当时,可为酵母生长提供养分,提高其产气能力,但破损淀粉对淀粉酶具有一定的敏感性,含量过高,会导致面团发酵时产生大量的麦芽糖和糊精,使面团内心质地太软而无法支撑较大体积,出现塌架、收缩等问题,进而影响馒头质构[25]。

2.6.4 不同淀粉对馒头表观及内部孔隙的影响

重组粉B制作的馒头与原粉相比,孔隙分布不均匀且更小,出现了皮层分离现象,可能是因为重组粉中除淀粉、蛋白外缺乏α-淀粉酶、戊聚糖等其他物质,这些物质对改善馒头结构、均匀气孔等方面具有一定作用。原面粉能够形成更好的面筋网络结构,在醒发过程中,具有更好的延伸性和持气性,具有更均匀的孔隙结构。重组粉中,其他4种淀粉制得馒头的孔隙数量及大小均下降,说明替换淀粉后,面筋网络形成受到影响,面团的持气性下降,面团拉伸阻力较大,导致不易发起。

除木薯淀粉重组粉制作的馒头外,其他馒头的表面均较光滑,木薯淀粉制作馒头,表皮出现明显皱缩;原面粉与重组粉B制作的馒头表皮色泽,光滑程度相似,重组粉C、E、F表面都更加光滑。总体来看,木薯淀粉制作的馒头品质最差。

3 结论

淀粉粒径、破损淀粉含量对面团粉质拉伸特性、面筋网络的形成及筋力的强弱有一定影响。马铃薯淀粉因其较大的淀粉颗粒、持水力以及易膨胀的特性使重组粉面团更稳定,粉质特性更接近原粉。重组粉馒头的比容降低,面团发酵、均匀扩张受到影响,内部色泽普遍变暗,这与淀粉的持水力和溶解度有关。重组粉蒸制的馒头硬度、胶着性、咀嚼性以及弹性、回复性较高,与破损淀粉含量和淀粉的膨胀度有关。与小麦淀粉重组粉相比,其他重组粉馒头内部孔隙较小,木薯重组粉蒸制的馒头表面出现明显皱缩,其余表面光滑。总体来看,除小麦淀粉重组粉外,马铃薯淀粉重组粉制作的馒头较好,可成为馒头蒸制的又一原料选择,木薯淀粉重组粉制作的馒头品质最差。此外由于淀粉结构十分复杂,在未来还需进一步探究其对性质的综合影响。