不同聚合度菊糖對小麥面團流變特性及面包品質的影響

趙天天，韓智，曹琦，趙丹，馬小涵，鄧婧，田俊青，劉雄*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(湖北省食品質量安全監督檢驗研究院，湖北 武漢，430075)

菊糖是一種低聚物的混合物，是天然的膳食纖維，聚合度(degree of polymerization，DP)在2～60之間[1]，平均聚合度為12左右[2]，聚合度較低時(DP為2～5)也稱為低聚果糖。高聚合度菊糖(平均DP為25)菊糖的平均分子質量在5 500 Da左右。菊糖分子的鏈長、組成等結構性質與獲取菊糖的植物的種類、采收時間、提取和提取后處理過程有關[3]。菊糖聚合度的變化對菊芋和菊糖的工業應用和價值有很大影響[4]。

研究證明，菊糖對健康有利，如營養有益的腸道細菌，降低胃腸疾病，調節血糖，促進礦物質的吸收，增強免疫系統等[5]。果聚糖聚合度的差異可影響其物理和化學特性，包括其生物特性[6]。而它的功能因聚合度的不同而表現出不同的特性，低聚合度菊糖具有較好的水溶性和保水性，聚合度較高時具有更高的黏性和凝膠特性[7]。

很多研究表明，不同聚合度菊糖的添加影響面包面團的處理和消費者的接受度[8-9],主要是加入菊糖后面團中蛋白質的相對含量下降，影響內部微觀結構，熱力學和面團的流變特性[10]；有些研究還表明，加入菊糖后會使面包體積減小，面包硬度增加，面包口味和口感的變化[11-12]。盡管有大量的研究證明菊糖在食品中具有豐富的營養與功能特性，但其在面團與面包品質上的研究還是處于初步階段，本試驗系統的評估不同聚合度菊糖對小麥面粉的流變學特性的影響，對其粉質特性、拉伸特性、糊化特性、流變特性以及其對面筋質量進行評估和動態流變測定；并且將其應用于面制品中，以面包為實例，研究其對發酵面團和面包品質的影響。

1　材料與方法

1.1　主要材料

五得利五星特精高筋小麥粉，五得利面粉集團；菊糖，西安瑞林生物科技有限公司；乙醇(食品級)，天津中和盛泰化工有限公司；不同聚合度的菊糖，實驗室自制。

1.2　儀器與設備

Centrifuge5810型臺式高速離心機，德國Eppendorf公司；真空冷凍干燥機，北京松源華興科技公司；高效液相色譜儀，日本島津公司；Tskgel Gmpwxl 色譜柱，東曹生物科技有限公司；JFZD300型粉質儀，菏澤衡通實驗儀器有限公司；HZL-350電子式面團拉伸儀，浙江托普儀器有限公司； TA動態流變儀，英國儀器公司； Fa2004A電子天平，上海精天電子儀器有限公司。攪拌機，廣東東菱電器有限公司；醒發箱，廣州三麥機械設備有限公司；遠紅外電熱烤箱，廣州番禹烘焙設備有限公司；Brookfield TC3質構儀，美國博勒飛公司。

1.3　實驗方法

1.3.1不同聚合度菊糖的制備

菊糖全粉按照一定比例配成溶液，加入一定量的乙醇，低溫靜置一定時間，離心，沉淀干燥后得到DP-M，上清液經過旋轉蒸發，冷凍干燥后得到DP-L，將得到DP-M加入一定的交聯劑進行交聯得到交聯菊糖DP-H。

1.3.2菊糖相對分子質量和聚合度的測定

采用 Tskgel GMPWXL色譜柱，示差折光檢測器檢測，以超純水為流動相，流速0.7 mL/min，柱溫30 ℃。分別精密稱取聚乙二醇標準品Mw 10 000、6 000、4 000、2 000、1 000、600 各 50.0 mg，用超純水定容于5 mL容量瓶中，配成10.0 mg/mL的標準品溶液，分別進樣，測得各色譜峰保留時間。以保留時間(RT)為橫坐標，相應的相對分子質量對數值(lgMw)為縱坐標，繪制標準曲線。取待測菊糖50.0 mg，用超純水定容于5 mL容量瓶中，配成10.0 mg/mL的樣品溶液。按制作標準曲線的色譜條件進樣，得到各菊糖的保留時間。并根據公式：M=162DP+180得到各分離菊糖的聚合度。

1.3.3混合粉的制備

分別稱取一定量的不同聚合度的菊糖替代相應比例的小麥粉，混合均勻。以不加菊糖的小麥粉作為對照。

1.3.4粉質特性的測定

粉質特性的測定根據GB/T14614—2006/ISO5530—1：1997《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》，利用粉質儀對混合粉粉質特性進行測定。

1.3.5拉伸特性的測定

拉伸特性的測定根據GB/T14615—2006/ISO5530—2：1997 《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定拉伸儀法》，利用拉伸儀對面團拉伸特性進行測定。

1.3.6動態流變學特性的測定

頻率掃描測試：將300 g混合粉在粉質儀中攪拌混合加水并達到(500±20)FU后取出，稱取10 g用動態流變儀進行測定。測定條件：選用直徑為40 mm的平板，應變振幅值1.0%，溫度25 ℃，頻率0.1～20 Hz，間距2 mm，等待時間300 s。將面團放于平板之間，當間距達到2 mm時，將面團周邊多余部分刮掉，然后在周圍涂上一層礦物油，防止干燥，同時啟動程序開始測定，面團將在兩塊平板之間靜置5 min，以便釋放殘余的應力。

溫度掃描測試：選用直徑為40 mm的平板，將樣品在25 ℃條件下平衡2 min，隨后以2 ℃/min 升溫至85 ℃，平衡2 min，再以2 ℃/min降溫至25 ℃，并記錄樣品的相關模量隨溫度的變化。測試頻率固定為1 Hz，應變振幅值設置為1%，樣品間距2 mm。將面團放于平板之間，當間距達到2 mm時，將面團周邊多余部分刮掉，在周圍涂上一層礦物油，開始測試。

1.3.7面包的制作

面包的制作采用直接發酵法，原料主要包括混合粉、酵母1.5%、白糖10%、食鹽1%、黃油10%(均以混合粉質量計)；水(以粉質儀測得的各自不同聚合度菊糖的最佳吸水率的80%計)；攪拌形成一層均勻的面筋膜后室溫下靜置10 min，分割面團30 g/個，搓圓并成型。于醒發箱(溫度38 ℃、濕度85%)醒發，將醒發好的面團上/下火(180/160 ℃)烘焙10 min、冷卻1 h、包裝、待測。

1.3.8面團發酵體積的測定

按照1.3.7方法制作面團，將分割好的面團放入250 mL的高頸燒杯中，置于醒發箱中發酵，發酵總時間為250 min，每15 min測定一次面團的體積，通過測定，得到面團發酵過程的總體積，試驗結果取3次測量的平均值。

1.3.9面包比容的測定

取待測面包，按照GB/T 20981—2007《面包油菜籽置換法》進行測定。

面包比容=體積(mL)/質量(g)

(1)

1.3.10統計與分析

所有試驗結果表示為平均值±標準偏差(n=3)，通過Excel 2013 與IBM SPSS Statistics 22.0 對試驗數據處理和顯著性分析。當p<0.05 時，差異性顯著。

2　結果與分析

2.1　菊糖相對分子質量和聚合度的測定結果

由表1可知,醇沉之后得到的上清液(DP-L)的分子質量為877，DP=4.3屬于低聚合度菊糖，醇沉得到的沉淀(DP-M)其分子質量為2 022，DP=11.37屬于中聚合度菊糖，將DP-M經過加入交聯劑交聯得到的菊糖其分子質量為3 262，DP=19.02屬于交聯菊糖。

表1　菊糖相對分子質量和聚合度的測定結果Table 1　Results of relative molecular weight and DP ofinulin

2.2　不同聚合度的菊糖對小麥粉粉質特性的影響

由表2可知，不同聚合度菊糖的吸水率均比對照組小， DP-L的吸水率下降幅度最大，由對照組的59.23%下降到48.27%，其次是DP-M和DP-H，由此得出結論：聚合度越小，面團吸水率下降越大。由面團的形成時間可以看出，隨著聚合度增加面團形成時間顯著性增加(p<0.05)，DP-H的面團形成時間由對照的5.6 min增加到14.03 min，是對照組的2.5倍。同時DP-H的面團穩定時間最長達到25.43 min是對照的2.3倍，而DP-M與DP-L相比對照組穩定時間有所減小。面團的形成時間增加，表明面團在攪拌成團過程中對剪切力應變有較強的抵抗性，也就意味著其谷蛋白的二硫鍵結合牢固，不易打開。DP-H的弱化度相比對照顯著降低由對照的55.97下降到38.67，而DP-M與DP-L的弱化度與對照相比差異不顯著。可知聚合度越高，弱化度越小，使面團筋力增強，面筋網絡結構越牢固、耐攪拌性能越強，即面團的加工性能越好，使面團在發酵過程中具有良好的持氣能力。而相比對照組，3種聚合度菊糖的粉質指數均顯著大于對照組，說明3種聚合度菊糖能夠提高面粉的粉質性能。

表2　不同聚合度菊糖對小麥粉粉質特性的影響Table 2　Effect of different DP inulin on wheat flour powder farinograph properties

注:平均值±標準偏差，同一列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。表3、表4同。

2.3　不同聚合度菊糖對面團拉伸特性的影響

由實驗結果可知對照組面團的延伸度、最大阻力，50 mm阻力，拉力比以及曲線面積都隨著醒發時間的呈先增大后減小的趨勢，而添加不同聚合度的菊糖的面團的延伸度隨醒發時間的延長呈減小的趨勢。對照組的最大阻力由45 min時的359.67 FU先增加到412.67 FU后到135 min時減小到388.67 FU，而其他3種菊糖的最大阻力隨著醒發時間的延長呈現不斷增大的趨勢，且隨著聚合度的增加，醒發時間的延長最大阻力不斷增大，在醒發時間為135 min時DP-H的最大阻力是對照組的2.9倍，同時添加3種聚合度菊糖的50 mm阻力，拉力比也都隨著聚合度的增加和醒發時間的延長而顯著性增加。與對照相比3種聚合度菊糖的曲線面積顯著增加，說明添加不同聚合度菊糖可以提高面粉的發酵耐力。同時從拉伸特性可以說明3種聚合度菊糖的加入有利于面筋網絡結構的形成，提高了面筋筋力。

表3　不同聚合度菊糖對小麥粉拉伸特性的影響Table 3　Effect of different DP inulin on wheat flour tensile properties

2.4　不同聚合度菊糖對面團動態流變學特性的影響

圖1和圖2 是不同頻率和不同溫度掃描下，不同聚合度菊糖對面團動態流變學特性的測定結果。

圖1　頻率掃描下不同聚合度菊糖對面團儲能模量(a)，耗能模量(b)，tanδ(c)的影響Fig.1　Effect of different DP inulin under different frequencyscanning on the dough G′, G″ and tanδ

由圖1可知隨著掃描頻率的增加，面團的儲能模量(storage modulusG′)始終大于耗能模量(loss modulusG″)，表明面團的彈性大于黏性。損耗角正切值tanδ<1，G′與G″隨著頻率的增加而逐漸上升，表現出一直典型的弱凝膠動態流變圖譜[13]。與對照組相比，DP-H面團其G′和G′′值均高于對照，其次是DP-M和DP-L；這表明面團中加入這3種聚合度的菊糖，均能有助于提高面筋網絡結構，增加面團的彈性。同時添加3種聚合度菊糖使得面團黏性高于空白組面團，說明3種菊糖的加入使面團具有更強的吸水性，使面團體系粘性值增加。tanδ是G″與G′的比值，表征面團黏彈性，若tanδ越小，表明體系的彈性比例較大，流動性較差，體系組分中高聚物數量越多或聚合度越大；反之則黏性比例大，流動性強，聚合度較低的分子占的比例高。圖1-(c)可知，tanδ始終小于1，并且隨著聚合度的增加，DP-M和DP-L的tanδ值逐漸降低，DP-H的tanδ低于對照組，說明聚合度越小越有助于面團tanδ的增加。

圖2　溫度掃描下不同DP菊糖對面團儲能模量(a)，耗能模量(b)，tanδ(c)的影響Fig.2　Effect of different DP inulin under differenttemperature scanning on the dough G′, G″ and tanδ

由圖2可知，隨著掃描溫度的增加面團的G′逐漸增加，當G′達到最大值時可以看出，隨著聚合度的增加面團的彈性逐漸增大且DP-H>DP-M>對照>DP-L，且隨著聚合度的增加，G′達到最高點時的溫度也在逐漸增加，3種聚合度的菊糖溫度均大于對照組。從G″結果也可以看出，其變化規律與G′相似，也是隨著聚合度的增加，面團的G′和G″逐漸增大，tanδ逐漸減小。這是不同聚合度的菊糖的加入使面筋蛋白的網絡結構緊密，導致G′增加；由于黏度增加，G″也相應的增加，增加了面團的筋力。

2.5　不同聚合度菊糖對面包面團發酵體積的影響

由面團的發酵體積結果可知，隨著發酵時間的延長面團的發酵體積逐漸增加，對照組面團的發酵體積在90 min時達到最大值，之后隨著時間的延長面團的發酵體積逐漸下降，而添加了不同聚合度的菊糖的面團的發酵速度相比對照組要緩慢，且相比對照組，DP-H與DP-M的發酵體積要小，由圖3可以看出隨著發酵時間的延長DP-L面團的發酵速度最慢但隨著發酵時間的延長發酵體積逐漸增大，發酵時間為180 min時達到最大值，之后發酵體積逐漸減小，分析其原因可能是隨著聚合度的增加，增強了面團的筋力，聚合度的增加使得面團在發酵過程中抑制了面團的膨脹；其次菊糖分子具有很強的吸水性，聚合度越高越不易被微生物利用[14]，且菊糖的加入使得淀粉顆粒被包裹，導致能被發酵的碳水化合物的含量降低[15]，影響面包的膨脹，導致DP-H和DP-M的發酵體積小于對照。而DP-L由于聚合度較低，其生物活性較高，易被微生物利用因此其發酵體積相比對照組的要高。

圖3　不同聚合度菊糖對面團發酵體積的影響Fig.3　Effects of different DP inulin on the dough fermentationvolume

2.6　不同聚合度菊糖對面包比容的影響

從圖4可以看出，添加DP-H與DP-M的面包的比容小于對照組，DP-L的面包的比容大于對照組，這與面團的發酵體積的結果趨勢一致，DP-H面包的比容最小，可見隨著菊糖聚合度的增加面包比容逐漸減小，這可能是由于聚合度越高其生物活性越低，越不被微生物利用[14]，使面包在發酵以及烘焙過程中不易膨脹，從而導致面包比容體積較小；同時由于菊糖還具有一定的凝膠特性，可以增強小麥粉筋力，使得面粉筋力過強從而導致面筋網絡不能完全形成，而且面團起發慢，面團不能充分醒發，導致面團體積較小。

圖4　不同聚合度菊糖對面包比容的影響Fig.4　Effect of different DP inulin on bread volume

2.7　不同聚合度菊糖對面包硬度的影響

由面包1～7 d的硬度變化可以看出面包貯藏時間為1 d時對照組與DP-L面包的硬度無顯著性差異，而DP-H與DP-M組面包硬度顯著高于對照組和DP-L組。隨著貯藏時間的延長，面包的硬度逐漸增大，由面包第7天的結果可以看出，DP-L組的面包硬度與對照組硬度無顯著性差異，而DP-H與DP-M組面包硬度顯著性高于對照組，說明DP-L的添加有助于改善面包品質，延緩面包老化。而DP-H與DP-M組面包不但沒有使面包硬度降低反而增加了面包的硬度，這也說明隨著菊糖聚合度的增加，對面包的品質和老化起不到一定的作用。

表4　不同聚合度菊糖對面包硬度影響Table 4　Effect of different DP inulin on bread quality

3　結果與討論

通過試驗可得不同聚合度菊糖對于小麥粉的粉質、拉伸、動態流變等特性具有顯著性的影響，從而對面包品質具有一定的影響，添加不同聚合度的菊糖使小麥粉的吸水率下降，且隨著聚合度的降低，吸水率逐漸下降，同時面團的形成時間和粉質指數增加，DP-M和DP-L與對照組相比面團的穩定時間和弱化度無顯著性差異，DP-H對面團的穩定時間和弱化度影響較大，說明不同聚合度菊糖的添加均能提高小麥粉的粉質性能，同時從試驗中也可以看出聚合度越低對小麥粉的吸水率影響越大，其吸水率越低。由實驗結果可知對照組面團的延伸度、最大阻力、50 mm阻力，拉力比以及曲線面積都隨著醒發時間呈先增大后減小的趨勢。而添加不同聚合度的菊糖的面團的延伸度隨醒發時間的延長呈減小的趨勢，最大阻力，50 mm阻力，拉力比和曲線面積呈逐漸增大的趨勢，不同聚合度菊糖的面團其最大阻力顯著性增加，說明其有利于面筋網絡結構的形成，提高了面筋筋力。動態流變學特性結果與對照組相比，DP-H面團其G′和G′′值均高于對照，其次是DP-M和DP-L；這表明面團中加入這3種聚合度的菊糖，均能有助于提高面筋網絡結構，增加面團的彈性。溫度掃描可知，3種聚合度菊糖的加入可以增加面團的糊化溫度，增大面團的彈性與粘性。同時由對面粉的影響而作用于面包的發酵時間和面包品質上。DP-L的添加延緩了面包老化進程，提高了面包品質，而DP-H和DP-M的添加使面包發酵體積減小，面包比容下降，對于面包品質沒有達到一定的改善作用。

由試驗可知菊糖全粉的聚合度在DP-M與DP-L之間，根據菊糖的性質菊糖的聚合度分布在10～60，可知本試驗所用的菊糖全粉的聚合度偏低，而經過醇沉分離得到的菊糖只有DP-M與DP-L，因為高聚合度菊糖的含量較低，本試驗是用DP-M經過添加交聯劑以后得到的交聯菊糖，而關于菊糖本身具有的高聚合度菊糖在面粉、面團以及面包中的研究與應用還有待于進一步的研究分析。

[1]TERKMANE N, KREA M, MOULAI-MOSTEFA N. Optimisation of inulin extraction from globe artichoke (CynaracardunculusL. subsp.scolymus(L.) Hegi.) by electromagnetic induction heating process[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2016, 51(9): 1 997-2 008.

[2]KELLY G. Inulin-type prebiotics-a review: part I[J]. Alternative Medicine Review, 2008, 13(4): 315-330.

[3]RONKART S N, BLECKER C S, FOURMANOIR H, et al. Isolation and identification of inulooligosaccharides resulting from inulin hydrolysis[J]. Analytica Chimica Acta, 2007, 604(1): 81-87.

[4]ROBERFROID M B. Introducing inulin-type fructans[J]. British Journal of Nutrition, 2005, 93(S1): S13-S25.

[5]SHOAIB M, SHEHZAD A, OMAR M, et al. Inulin: Properties, health benefits and food applications[J]. Carbohydrate Polymers, 2016, 147: 444-454.

[6]VAN DE WIELE T, BOON N, POSSEMIERS S, et al. Inulin-type fructans of longer degree of polymerization exert more pronounced in vitro prebiotic effects[J]. Journal of Applied Microbiology, 2007, 102(2): 452-460.

[7]MEYER D, BAYARRI S, TRREGA A, et al. Inulin as texture modifier in dairy products[J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25(8): 1 881-1 890.

[9]WANG J, ROSELL C M, DE BARBER C B. Effect of the addition of different fibres on wheat dough performance and bread quality[J]. Food Chemistry, 2002, 2(79): 221-226.

[10]FRUTOS M J, GUILABERT-ANTN L, TOMAS-BELLIDO A, et al. Effect of artichoke (CynarascolymusL.) fiber on textural and sensory qualities of wheat bread[J]. Food Science and Technology International, 2008, 14(5 suppl): 49-55.

[11]HAGER A S, RYAN L A M, SCHWAB C, et al. Influence of the soluble fibres inulin and oat β-glucan on quality of dough and bread[J]. European Food Research and Technology, 2011, 232(3): 405-413.

[13]PTASZEK A, BERSKI W, PTASZEK P, et al. Viscoelastic properties of waxy maize starch and selected non-starch hydrocolloids gels[J]. Carbohydrate Polymers, 2009, 76(4): 567-577.

[14]李琬聰. 菊芋中不同聚合度天然菊糖的分離純化及生物活性研究[D]. 煙臺：中國科學院煙臺海岸帶研究所, 2015.

[15]ARAVIND N, SISSONS M J, FELLOWS C M, et al. Effect of inulin soluble dietary fibre addition on technological, sensory, and structural properties of durum wheat spaghetti[J]. Food Chemistry, 2012, 132(2): 993-1 002.