發酵面糊對饅頭面團流變學特性影響研究

拱姍姍,劉長虹,張 煌,屈凌波

(河南工業大學糧油食品學院,河南鄭州 450001)

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發酵面糊對饅頭面團流變學特性影響研究

拱姍姍,劉長虹*,張 煌,屈凌波

(河南工業大學糧油食品學院,河南鄭州 450001)

研究面糊添加量對生面團流變學特性的影響,運用動態流變儀和NMR進行分析。結果表明:在加熱時,面團的流變學特性改變主要是因為淀粉糊化的影響。在溫度掃描測試中,面糊添加量分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%的面團對應的淀粉糊化溫度分別為:63.35、61.36、57.21、54.22、54.89、52.82℃。流變學實驗顯示,增加面糊添加量會降低面團中淀粉的糊化溫度。在頻率掃描測試中面糊添加量對面團的儲能模量和耗能模量有顯著影響。面糊添加量越多,面團的儲能、耗能模量都越低。通過NMR進行研究分析,T21和T23的峰面積相對小,T22的峰面積最大,T22弛豫時間最能體現面團的持水能力,并且面團的持水性隨面糊添加量的增加而降低。

面糊發酵,面團特性,持水性,糊化溫度

饅頭是我國北方地區的傳統主食。饅頭制作歷史淵遠流長,“饅頭”一詞[1]最早出現在西晉的《餅賦》中。饅頭是指以小麥面粉為原料,加入適量發酵劑,經過和面、成型、醒發、蒸制而成的面制食品。

面糊發酵又稱之為液體發酵,是將適量的發酵劑與水和面粉混合進行發酵,再補足面粉制成面團后制成饅頭[2]。面團流變學特性是指小麥粉與水混合,經過適度的揉混,形成具有粘彈性的面團,同時具有一定的流動性[3]。面團流變學特性決定了面制品加工過程中的操作性能,而且對最終產品的質量具有重要影響[4]。動態流變學測試是一種非常好的用來測量面團粘彈特性的工具[5],動態流變學測試是指在交變力的作用下,樣品所表現出來的力學響應規律[6],即通過測量測試條件下所造成面團模量變化來反映面團的粘彈性能,模量包括儲能模量(彈性模量)G′和耗能模量(粘性模量)G″,儲能模量表示粘彈性材料在形變過程中由于彈性形變而儲存的能量;耗能模量表示材料在發生形變時,由于粘性形變(不可逆)而損耗的能量大小。面團的粘彈特性與連續的面筋相、谷蛋白-淀粉聚合體含量、面筋網格結構相關[7]。在國外,流變實驗已成功應用于面團的面筋蛋白與淀粉聚合物分子結構指標測定和預測面包制作過程中的功能特性[8]。

為了評價在混合過程中面筋網絡結構粘彈性和流變學的變化對產品質量的影響,國外學者對面團的攪拌、配料與流變特性之間的關系進行了大量研究,結果表明面團的粘彈特性在機械加工性能、工藝條件和成品品質中發揮了顯著作用[9]。

本研究從饅頭生產工藝角度出發,將發酵面糊與饅頭生產相結合,探討面糊對面團特性的影響,為饅頭的連續化生產提供理論依據,推進主食產業化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金苑特一粉 金苑面粉有限公司;安琪活性干酵母 湖北宜昌安琪酵母股份有限公司;堿 市售。

動態流變儀TA DHR-1流變儀 美國TA公司;Micro MR-CI-I變溫型核磁共振食品農業成像分析儀 蘇州紐邁電子科技有限公司;面糊發酵設備 河南工業大學自制。

1.2 實驗方法

1.2.1 面糊的制備 將面粉、酵母、水按比例(面水比0.4、酵母添加量0.7%)添加后用電動攪拌器高速攪拌均勻后放入圖1所示裝置進行發酵。其中發酵時間24h,發酵溫度33℃。

圖1 面糊發酵裝置Fig.1 Liquid sourdough fermentation device注:1:電動攪拌器;2:橡膠塞;3:恒溫水浴;4:水浴鍋;5:面糊。

1.2.2 面團的制備 稱取面粉500g、酵母0.5g各六份,分別加入0%、10%(以面粉質量為基準)、20%、30%、40%、50%的面糊,補入適量水使得面團的含水量為45%,和面15min制成面團。

1.2.3 面團動態流變測定 采用溫度掃描和震蕩模式下的頻率掃描研究面糊添加量對面團流變學的影響。操作過程如下:面團和好后用自封袋密封,在室溫下靜置30min。動態流變的測定,平板直徑為25mm,夾縫距離為1mm。將面團置于兩塊平板之間靜置5min,使殘余壓力松弛,多余部分刮掉,立馬用涂有礦物油的蓋子蓋上防止水分蒸發。頻率掃描參數:溫度25℃、應變0.5%、頻率0.1～40Hz。溫度掃描參數:頻率1Hz,應變0.5%、溫度25～80℃、升溫速率為5℃/min[10]。

1.2.4 面團持水性的測定 取制成的面團3.5g左右放入核磁試管中進行測定。條件為25℃、CPMG脈沖序列掃描。采樣點數TD=1024,重復掃描次數NS=8,回波個數C0=30,弛豫衰減時間為D0=1s。

2 結果與分析

2.1 不同震蕩頻率下面糊添加量對面團流變學特性的影響

如圖2和圖3所示,隨著震蕩頻率的升高,儲能模量呈現先快速增加后趨于平緩的趨勢,耗能模量呈現逐漸增大的趨勢。在掃描范圍內,同一樣品中的G′明顯大于G″,此時體系的彈性大于粘性,綜合表現為彈性。面糊添加量在頻率掃描測試中對面團的儲能模量和耗能模量有顯著影響。面糊添加量越多,面團的儲能、耗能模量都越低,G′和G″低表明面團中淀粉與面筋蛋白的相互作用力更弱,谷蛋白-淀粉聚合體含量越少,面筋越少,這可能是由于發酵面糊會阻礙面筋網格結構形成或弱化面筋結構。導致這一現象的原因可能是發酵面糊的酸性環境會促進蛋白酶的活性,使得蛋白質水解作用增強,當pH在4左右時,蛋白酶的活性最強,而發酵后的面糊pH在4左右;另一方面,在酸性條件下面團中存在大量的正電荷,使得面團中的靜電作用增強,阻礙面筋蛋白分子間和分子內的二硫鍵的形成。

圖2 頻率變化過程中不同面糊添加量對面團儲能模量G′的影響Fig.2 Effect of different liquid sourdough addition on the storage modulus G′ in the frequency change process

圖3 頻率變化過程中不同面糊添加量對面團耗能模量G″的影響Fig.3 Effect of different liquid sourdough addition on the energy consumption modulus G″ in the frequency change process

2.2 不同溫度下面糊添加量對面團流變學特性的影響

小幅震蕩測量是一種精確檢測樣品非等溫加熱過程中糊化溫度,并提供可靠的糊化動力學信息[11]。和面過程中,淀粉和蛋白質在水的媒介下相結合,面團經過熱處理時,面團中的淀粉凝膠化和蛋白質的變性導致面團的流變學特性發生改變,此變化可能影響產品的最終品質。在加熱時,小麥面筋對面團的流變學特性影響較小,面團的流變學特性改變主要是因為淀粉糊化的影響[12]。通過測量不同面糊添加量對面團中糊化溫度的影響,為面糊發酵法生產饅頭的工藝設計和產品開發提供幫助。

圖4 升溫過程中面糊添加量對面團儲能模量的影響Fig.4 Effect of liquid sourdough addition on the storage modulus in the heating process

如圖4所示,溫度掃描曲線表明各個面團在加熱過程中隨著溫度的升高,面團的儲能模量出現了三個明顯的動態流變變化階段。第一階段:約25～55℃,隨著溫度的升高,彈性模量出現不同程度的降低,這可能是由于淀粉酶對破損淀粉的作用改變了淀粉的級分;第二階段:約55～72℃,在此階段,隨著溫度的升高,儲能模量G′迅速增加,在72℃左右達到最大值,G′的迅速升高可能是由于面筋蛋白變性和淀粉糊化共同作用,小麥中淀粉顆粒其主要成分是支鏈淀粉,在面團中作為填充物包埋在面筋網絡結構中,同時強化了這種網絡結構,達到淀粉糊化溫度時,淀粉顆粒開始吸水膨脹并扭曲,然后破裂成直鏈淀粉基質,形成凝膠,同時蛋白質變性過程中谷蛋白展開、二硫鍵與巰基交換反應加快,導致聚合體的分子大小增加及強面筋網絡的形成;第三階段:約72～80℃,隨著溫度的升高,儲能模量G′又迅速降低。在此過程中,淀粉顆粒內部的晶體結構破裂,面團變軟,晶體的破裂導致了淀粉酶的浸入,體系中所吸收的水分被釋放,相互作用力降低[13]。面團的糊化溫度是曲線的拐點,在糊化溫度時,dG′/dT的值由負數變為正數。不同面糊添加量的面糊中淀粉的糊化溫度有所差別,面糊添加量為0%～50%的面團中淀粉糊化溫度分別為:63.35、61.36、57.21、54.22、54.89、52.82℃,由此可知,面團中發酵面糊添加越多,淀粉的糊化溫度越低。造成這一現象的原因可能有如下兩種,第一,面糊中含量有大量的有機酸,酸的水解作用最先發生在結合力弱的無定形區,對無定形區造成了破壞,水分更加容易進入到淀粉顆粒的內部,使得淀粉分子的水合能力提高,淀粉糊化更為容易,降低了糊化溫度。第二,糊化開始時淀粉顆粒從面筋內部吸水膨脹,由于淀粉所吸收的水是從面筋網絡結構中轉移而來的,面筋的持水力對面團中淀粉的糊化溫度有較大影響,持水能力強能有效地降低淀粉顆粒溶脹,推遲糊化過程。由測試結果可推測,面糊添加量增加會提前面團中淀粉的糊化溫度,面團的持水性降低,面團中面筋網格結構結合不緊密。

2.3 面糊添加量對面團持水性的影響

Lopes[14]指出,面團中水分子流動性的差異相當于面筋蛋白強度的差異,面筋結構越牢固持水性越強,反之亦然[15]。面筋蛋白最終構象特別是面筋網絡結構的彈性最終取決于持水能力[16]。因此,如果面糊會影響蛋白質的空間構象,那么面團將會呈現出不同的持水能力。面團的持水力對面團的流變學特性和產品的最終品質有顯著影響。為了測量面糊添加量對面團中水分子的流動性能的影響,通過低場核磁共振測量質子自旋弛豫時間研究面團中水的流動性。

如圖5所示,小麥面團的T2弛豫時間包括三個部分,第一部分為T21(<1ms),這是面筋蛋白和淀粉顆粒內部結合的水質子;第二部分為T22(1～100ms),這是面筋蛋白和淀粉顆粒之間結合的水質子,T23(100～1000ms),是脂類結合的水質子。X軸T2弛豫時間表示樣品的水分自由度,較短的T2弛豫時間表示樣品中水的自由程度較低[17],Y軸表示面團中不同層次水的含量[18],T21和T23的峰面積相對小,T22的峰面積最大,T22弛豫時間最能體現面團的持水能力。

圖5 25℃下不同面團的CPMG曲線Fig. 5 CPMG curves of different dough under 25℃

圖6 面糊添加量對T22弛豫時間的影響Fig.6 Effects of liquid sourdough addition on relaxation time T22

如圖6所示,隨著面糊添加量的增加,T22弛豫時間呈現增加趨勢。面團的弛豫時間增加表明面團中水的流動性增加,面團中面筋蛋白和淀粉之間結合水的能力降低,面筋網格結構強度較低,面團的持水能力降低。發酵面糊降低面團的持水力的原因目前尚不明確,可能是面糊的酸性條件增加了蛋白酶的活性,導致面筋蛋白肽鍵斷裂釋放出水,從而提高了面團中水的流動性。

3 結論

在加熱時,面團的流變學特性改變主要是因為淀粉糊化的影響。面團中發酵面糊添加越多,淀粉的糊化溫度越低。

通過面團動態流變學實驗分析,在低頻掃描模式下,同一面團的儲能模量和耗能模量,隨頻率的增加先迅速增加后趨于平緩,隨著面糊添加比例的增加,面團的儲能模量和耗能模量會降低,高分子聚合物形成較少;在溫度掃描條件下,面團的糊化溫度減少。

面團的持水性隨面糊添加量的增加而降低。

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Effect of fermented liquid sourdough on the rheological properties of dough

GONG Shan-shan,LIU Chang-hong*,ZHANG Huang,QU Ling-bo

(College of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

The objective of this study was to evaluate the effect of fermented liquid sourdough addition on the rheological properties of dough using dynamic rheometer and NMR analysis. The results showed that due to the influence of starch gelatinization,dough rheological properties were changed when heated. In the process of temperature scanning test,the sourdough addition respectively were 0%,10%,20%,30%,40%,50% and the corresponding starch gelatinization temperature respectively were:63.35,61.36,57.21,54.22,54.89,52.82℃.The dynamic rheological experiment showed that increasing the sourdough addition would reduce the gelatinization temperature of starch in dough. The sourdough addition had significant effect on the storage modulus and loss modulus in frequency sweep tests. The more sourdough addition amount,the lower energy storage and energy dissipation modulus. According to the analysis and research of NMR,the peak area of T21 and T23 was relatively small,the maximum peak area was T22. T22 relaxation time could best represent the water holding capacity of dough and the water holding capacity would be weakened when the addition increased.

liquid sourdough fermentation;the features of dough;the water holding capacity;gelatinization temperature

2014-06-30

拱姍姍(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：食品資源開發與利用。

十二五國家科技支撐計劃(2012BAD37B04)。

TS213.2

A

:1002-0306(2015)09-0053-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.002

*通訊作者:劉長虹(1957- )，男，碩士，教授，研究方向：食品資源開發與利用。