品質改良劑對復合雜糧面包粉流變學特性的影響

楊雪飛，袁蓓蕾，羅水忠，李 誠，鄭 志*

品質改良劑對復合雜糧面包粉流變學特性的影響

楊雪飛，袁蓓蕾，羅水忠，李 誠，鄭 志*

（合肥工業大學生物與食品工程學院，安徽省農產品精深加工重點實驗室，安徽 合肥 230009）

以營養優化后的復配雜糧面包粉為原料，選擇谷朊粉、硬脂酰乳酸鈉（sodium stearoyl lactylate，SSL）、黃原膠及瓜爾豆膠為品質改良劑，通過單因素試驗研究4種品質改良劑對雜糧面包粉流變學特性的影響，在此基礎上通過響應面分析試驗，以面團綜合得分為響應值，得出復合改良劑的最佳配方為：1 000 g雜糧面包粉（雜糧粉占比34%）為基重，谷朊粉3.77%、SSL 0.35%、黃原膠1.08%、瓜爾豆膠0.35%。各因素對雜糧面包粉綜合評分的影響大小為：黃原膠添加量＞谷朊粉添加量＞瓜爾豆膠添加量＞SSL添加量。添加復合改良劑后雜糧面包粉的穩定時間由4.7 min上升到14.2 min，形成時間由3.9 min上升到了13.3 min，粉質指數從56上升到192。復配雜糧面包粉流變學特性有很大程度改善，達到制作雜糧面包的粉質要求。

雜糧面包粉；品質改良劑；流變學特性

隨著我國居民膳食結構的變化，我國糖尿病、肥胖癥、心血管疾病、結腸癌等各種“富裕型”慢性疾病的發病率逐年上升。我國膳食指南中提出了“要注意粗細搭配，經常吃一些粗糧、雜糧”的建議[1]。復配型雜糧面包是在面包中加入多種雜糧等配料，通過科學合理的營養搭配設計，使面包的營養成分趨于全面，經常食用有益于腸道蠕動，促進健康[2]。

小麥含有豐富的面筋蛋白，水合作用下能形成具有高度黏彈性的面團，制作面包時有能力保留住發酵后所產生的氣體。由于小麥面筋在焙烤時的熱固定性，使得面包產品具有彈性的結構與輕薄的質地。但雜糧粉并不具有上述面筋蛋白結構，若在面包粉中添加部分雜糧粉，會破壞面筋結構，影響其流變特性，致使不能生產出合格的面包[3]。為了解決復配雜糧粉面包制備中存在的口感不好、黏彈性差、溶出率高、質地與貯藏性差等缺點，添加食品改良劑是安全有效的方法[4]。目前用于面制品方面的品質改良劑主要有氧化劑、乳化劑、增稠劑和酶制劑等[5-8]。盧健鳴等[9]對雜糧保鮮濕面的配料進行優化，選用谷朊粉、沙蒿籽膠和瓜爾豆膠復配使用。邵穎[10]、魏宗烽[11]、瞿力[12]等在板栗面包中應用復配型面包品質改良劑，通過正交試驗優化得出，按面包粉質量添加1.5%黃原膠、0.01%α-淀粉酶、0.3%單甘酯時，面包具有良好的焙烤品質，且延緩了面包老化，延長了板栗面包的貨架期。鄭捷等[13]研究了食品添加劑對蔬菜雜糧方便面品質的影響，結果表明：隨著瓜爾豆膠、黃原膠的添加，方便面的斷條率減少，吸水率增大。上述研究均以品質改良劑對面制食品加工品質的影響為主，但改良劑加入到含有蕎麥、燕麥、玉米等雜糧的雜糧面包粉中對面團的流變學特性影響的研究較少[14-16]。本實驗在前期大量單因素試驗基礎研究上選擇采用谷朊粉、硬脂酰乳酸鈉（sodium stearoyl lactylate，SSL）、黃原膠及瓜爾豆膠這4種品質改良劑分別對含有燕麥粉、蕎麥粉、玉米粉和糯米粉的雜糧面包粉的流變學特性影響進行研究，并應用響應面試驗對品質改良劑的配方進行了優化，以期為更好地利用品質改良劑開發出高營養的雜糧面包提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

燕麥粉、玉米粉、糯米粉、蕎麥粉 安徽燕之坊食品有限公司；紅薯淀粉 南京攀源食品有限公司；面包專用粉濰坊風箏面粉有限責任公司。依據谷物營養互補與復配原理，并參考中國食物成分營養表，運用線性規劃法，設計出的雜糧面包粉原料配方為：燕麥粉15%、蕎麥粉5%、玉米粉5%、糯米粉5%、紅薯淀粉4%及面包粉66%。此時，雜糧面包粉的粉質特性參數為：校正吸水率58.4%，形成時間3.9 min，穩定時間4.7 min，粉質指數56。

瓜爾豆膠 北京礦冶研究總院；SSL、黃原膠河南正通化工有限公司，均為食品級改良劑；谷朊粉安徽瑞福祥股份有限公司；乙醚、硫酸、碳酸鈣、硝酸、高氯酸、氧化鑭 國藥集團化學試劑有限公司；所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

JFZD電子式粉質儀、JMLD150面團拉伸儀 北京東方孚德技術發展中心；GM2200型面筋測定儀、FN型降落值測定儀 杭州大成光電儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面團粉質特性的測定

1.3.1.1吸水率的測定

采用GB/T 14614—2006《小麥粉 面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法》規定方法，運用JFZD電子式粉質儀，測定面團的粉質特性，當面團的最大稠度達500 FU時，所需添加水的體積即為吸水率。將以每100 g水分含量為14%的小麥粉中所需添加水的質量分數表示校正吸水率。

1.3.1.2穩定時間的測定

以粉質曲線的上邊緣首次與500 FU標線相交至下降離開500 FU標線兩點之間的時間差值表示穩定性，代表了面團的耐攪拌性及面筋筋力強弱。

1.3.1.3形成時間測定

以從加水點起，至粉質曲線達到最大稠度后開始下降的時刻點的時間間隔表示面團的形成時間。

1.3.1.4粉質指數的測定

粉質質量指數是指從和面開始到曲線達到最大稠度后以圖形中線為基準再下降30 FU處的距離，其值是用到達該點所用的時間（min）乘以10來表示。

1.3.2不同改良劑對雜糧面包粉粉質特性影響的單因素試驗

1.3.2.1 SSL添加量

將SSL按0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的比例添加到雜糧面包粉中，做粉質儀試驗，以面團的校正吸水率、形成時間、穩定時間及粉質質量指數為粉質曲線指標。

1.3.2.2谷朊粉添加量

谷朊粉按2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%的比例添加到雜糧面包粉中，做粉質儀試驗，以面團的校正吸水率、形成時間、穩定時間及粉質質量指數為粉質曲線指標。

1.3.2.3瓜爾豆膠添加量

瓜爾豆膠按0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的比例添加到雜糧面包粉中，做粉質儀試驗，以面團的校正吸水率、形成時間、穩定時間及粉質質量指數為粉質曲線指標。

1.3.2.4黃原膠添加量

黃原膠按0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%、1.5%、1.7%的比例添加到雜糧面包粉中，做粉質儀試驗，以面團的校正吸水率、形成時間、穩定時間及粉質質量指數為粉質曲線指標。

1.3.3響應面優化試驗及設計

在單因素試驗基礎上，以SSL、瓜爾豆膠、黃原膠、谷朊粉4種添加劑的添加量為自變量，以綜合評分為響應值，設計了四因素三水平共29個試驗點的響應面分析試驗，其中響應值綜合評分是綜合了雜糧面包粉多個粉質特性值而得出來的[17-20]。其公式如下：

1.3.4驗證實驗

按響應面分析得出的最佳復合添加劑組合加入到雜糧面包粉中，測其粉質參數，與純雜糧面包粉的粉質參數進行對比。

1.4數據處理

所有試驗進行3次重復實驗，結果以平均值表示。使用Excel對實驗數據進行處理。

2 結果與分析

2.1不同品質改良劑對雜糧面包粉粉質特性的影響

2.1.1 SSL添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響

圖1 SSL添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響Fig.1 Effect of SSL on farinograph properties of coarse grain bread flour

由圖1可知，隨著SSL添加量的增加，面團形成時間先降低后保持平穩，穩定時間延長，粉質指數增高。這是由于乳化劑與面筋中的蛋白質發生作用，形成蛋白質脂肪鏈，這樣可增加面團對機械碰撞、發酵溫度及時間的耐受性從而起到調整面筋，提高面團的流變學特性。SSL對雜糧面包粉的粉質特性有一定的改善作用。選取0.2%、0.3%、0.4%作為后面響應面分析試驗中SSL的3個水平。

2.1.2瓜爾豆膠添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響

圖2 瓜爾豆膠添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響Fig.2 Effect of guar gum on farinograph properties of coarse grain bread flour

由圖2可知，當瓜爾豆膠添加量為0～0.4%時，形成時間上升，穩定時間有一定幅度的上升，粉質指數上升，但幅度都不大。超過0.3%后，穩定時間又開始下降，軟化度上升。由于瓜爾豆膠是一種高黏度的天然多糖化合物，黏度極高，其成分是半乳甘露聚糖，由甘露糖與半乳糖單位組成支鏈，含有大量的親水基因，是一種能溶于水的氫化膠體。這種凝膠多糖可通過主鏈間氫鍵等非共價鍵作用力形成具有一定黏彈性的連續的三維凝膠網絡結構。當它添加到面粉中時這種網絡結構起著類似面筋結構的功能，可改變面團的流變學特性。當瓜爾豆膠的添加量達到0.3%時，混合粉面團的黏性增大，空間網絡結構穩定，不再出現斷裂現象，僅有一次峰出現，形成時間銳減[21]。所以瓜爾豆膠適宜的添加量為0.2%、0.3%、0.4%，以此作為響應面分析試驗中瓜爾豆膠的3個水平。

2.1.3黃原膠添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響

圖3 黃原膠添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響Fig.3 Effect of xanthan gum on farinograph properties of coarse grain bread flour

由圖3可知，黃原膠對雜糧面包粉粉質特性的改善作用很明顯。黃原膠有良好的分散作用和乳化穩定作用。此外，黃原膠與瓜爾豆膠以不同配比復配后均具有良好的協同增效作用。隨著黃原膠添加量的增加，穩定時間先降低后大幅增高，當添加量為1.7%時，穩定時間達到13.1 min，軟化度大幅降低，形成時間變化不大，粉質指數也大幅升高。從中選取0.7%、0.9%、1.1%作為響應面試驗黃原膠的3個水平。

2.1.4谷朊粉添加量對雜糧面包粉粉質特性的影響

圖4 谷朊粉對雜糧面包粉粉質特性的影響Fig.4 Effect of wheat gluten on farinograph properties of coarse grain bread flour

由圖4可知，隨著谷朊粉添加量的增加，形成時間逐漸升高，穩定時間有一定程度的增加，在添加量為3%時達到最大5.2 min，之后便呈下降的趨勢。谷朊粉吸水后形成具有網絡結構的濕面筋，有明顯的增強面筋作用。當將谷朊粉加入面粉中攪拌成團后，谷朊粉與面粉中的面筋連成一體，形成了規模更大、功能更強的網絡結構，從而使面團的穩定性增加。當添加量超過4%后，穩定時間呈下降趨勢，這是因為谷朊粉本身在水中易水化成小面筋球，不但不能發揮其增強面團結構的作用，還會阻礙面團中其他面筋形成強持氣性結構[22]。谷朊粉在面類食品中的添加量一般為0.5%～8%。綜合比較，選取2%、3%、4%作為響應面分析試驗中谷朊粉的3個水平。

2.2復合添加劑對雜糧面包粉粉質特性影響的響應面分析

2.2.1復合添加劑對雜糧面包粉粉質特性影響的響應面結果及方差分析

在單因素試驗結果的基礎上，確定了響應面各因素水平設置范圍及設計方案，以谷朊粉添加量（A）、SSL添加量（B）、黃原膠添加量（C）、瓜爾豆膠添加量（D）4種添加劑的添加量為自變量，以綜合評分為因變量進行回歸分析，得到不同添加劑添加量對雜糧面包粉綜合評價的回歸模型。響應面設計及結果見表1，回歸方程方差分析見表2。

表1 復合添加劑對雜糧面包粉粉質特性影響的響應面結果Table 1 Response surfon the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

利用Design-Expert V8.0軟件對試驗結果進行二次多元回歸擬合，對表1的數據進行方差分析后得到結果見表2。

表2 響應面方差分析Table 2 Analysis of variance of response surface results

由表2可知，回歸模型的F值為0.25，且回歸模型的P＜0.000 1，說明模型高度顯著；失擬項P值不顯著（0.966 7＞0.05），說明該模型可以接受；因素一次項（A、B、C、D），交互項（AB），二次項（A2）對結果影響是高度顯著的（P＜0.000 1）；交互項（AC、AD、CD），二次項（C2、D2）對綜合評分的影響是顯著的（P＜0.05）；交互項（BC、BD），二次項（B2）對結果影響不顯著（P＞0.05）。其模型的二次回歸方程為：

2.2.2復合添加劑對雜糧面包粉粉質特性影響的回歸模型優化

由于交互項（BC、BD）和二次項（B2）對結果影響不顯著，因此采用手動優化的方法對其進行剔除，進行模型的優化。優化后的方程為：

對上述優化后方程進行方差分析可知，失擬項P值為0.942 5＞0.05，說明該模型可以接受；而模型P＜0.000 1，表明高度顯著；復相關系數R2=97.86%，=96.47%，變異系數為4.79%，表明該模型擬合程度較好，存在一定的試驗誤差，但誤差較小，說明可以用此模型進行分析和預測。

2.2.3響應曲面圖分析

圖5 谷朊粉和SSL添加量對雜糧面包粉綜合評分影響的等高線圖和響應面圖Fig.5 Contour and response surface plots for the effect of wheat gluten and SSL on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

圖6 谷朊粉和瓜爾豆膠添加量對雜糧面包粉綜合評分影響的等高線圖和響應面圖Fig.6 Contour and response surface plots for the effect of wheat gluten and guar gum on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

圖7 谷朊粉和黃原膠添加量對雜糧面包粉綜合評分影響的等高線圖和響應面圖Fig.7 Contour and response surface plots for the effect of wheat gluten and xanthan gum on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

圖8 瓜爾豆膠和黃原膠添加量對雜糧面包粉綜合評分影響的等高線圖和響應面圖Fig.8 Contour and response surface plots for the effect of xanthan gum and guar gum on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

根據回歸方程，采用Design-Expert V8.0軟件作響應面圖，考察所擬合的響應面形狀，分析不同添加劑對雜糧面包粉綜合評分影響，其響應面及其等高線如圖5～8所示，等高線的形狀可以反映出交互作用的強弱。比較上述4組圖并結合方差分析結果可知：模型的一次項A、B、C和D都為高度顯著；交互項AB高度顯著，AC、AD和CD為顯著，BC和BD的交互作用不顯著；二次項A2高度顯著，B2不顯著，C2和D2顯著，表明不同添加劑對雜糧面包粉綜合評價的影響不是簡單的線性關系。

同時，從優化后方程可以得出，在以1 000 g雜糧面包粉為基重（雜糧粉34%）的條件下，優化得到的最佳添加劑添加量的配方為：谷朊粉11.19 g（3.77%）、SSL 1.03 g（0.35%）、黃原膠3.22 g（1.08%）、瓜爾豆膠1.05 g（0.35%），且各因素對結果的影響大小的排序結果為：黃原膠添加量＞谷朊粉添加量＞瓜爾豆膠添加量＞SSL添加量。

2.2.4驗證對比實驗結果

按響應面分析得出的最佳添加劑配方加入到雜糧面包粉中，采用儀器測量其粉質參數，對未加添加劑的雜糧面包粉與雜糧面包粉粉質曲線圖的粉質曲線圖進行對比，結果如圖9A和圖9B所示。

圖9 未添加（A）和添加復合添加劑（B）的雜糧面包粉的粉質曲線圖對比Fig.9 Farinagrams of coarse grain bread flour supplemented with composite improvers

由圖9可知，加入復合添加劑后的雜糧面包粉的穩定時間大大延長，穩定時間由4.7 min顯著上升到了14.2 min，形成時間由3.9 min上升到了13.3 min，校正吸水率由58.4%上升到了70.2%，粉質指數由56上升到了192，表明復合添加劑的添加對雜糧面包粉的粉質特性產生了較大的影響。

3 結 論

谷朊粉、SSL、黃原膠及瓜爾豆膠能夠顯著改善雜糧粉的流變學特性，通過單因素試驗研究了品質改良劑對雜糧面包粉的流變學特性的影響，在此基礎上通過響應面分析試驗，得出在以1 000 g雜糧面包粉為基重（雜糧粉34%）的條件下，不同添加劑最佳的添加量分別為：谷朊粉3.77%、SSL 0.35%、黃原膠1.08%、瓜爾豆膠0.35%。上述添加劑對雜糧面包粉綜合評分的影響排序為：黃原膠添加量＞谷朊粉添加量＞瓜爾豆膠添加量＞SSL添加量。添加后雜糧面包粉的穩定時間由4.7 min顯著上升到了14.2 min，形成時間由3.9 min上升到了13.3 min，粉質指數由原來的56上升到了192，流變學特性得到較大程度的改善。

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Effects of Composite Improvers on Rheological Properties of Coarse Grain Bread Flour

YANG Xuefei, YUAN Beilei, LUO Shuizhong, LI Cheng, ZHENG Zhi*
(Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province, School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The effects of composite improvers consisting of wheat gluten, sodium stearoyl lactylate (SSL), xanthan gum and guar gum on rheological properties of coarse grain bread flour were studied using response surface analysis. The results showed that the optimum improver formulation was composed of 3.77%wheat gluten, 0.35%SSL, 1.08%xanthan gum and 0.35%guar gum based on 1 000 g of coarse grain bread flour (containing 34%coarse grain flour). The effect of the four individual improvers on the quality of coarse grain bread flour was in the order of xanthan gum ＞ wheat gluten ＞ guar gum ＞ SSL. The dough stabilization time of the grain bread flour supplemented with the optimized composite improvers increased from 4.7 min to 14.2 min, the dough formation time increased from 3.9 min to 13.3 min, and the farinograph index rose from 56 to 192.

coarse grain bread flour; composite improvers; rheological properties

TS201.1

1002-6630（2015）11-0075-06

10.7506/spkx1002-6630-201511015

2014-07-01

安徽省科技攻關計劃項目（11010302149；1301032165）

楊雪飛（1973—），女，高級實驗師，碩士，研究方向為農產品加工生物技術。E-mail：yangxuefei2000@126.com

*通信作者：鄭志（1971—），男，教授，博士，研究方向為糧食工程。E-mail：zhengzhi@hfut.edu.cn