添加豆渣對蘇打餅干制作過程及品質的影響

茍青松,胡 偉,王 展,2,*,秦先魁,2,沈汪洋,2,劉零怡,2,李 芳,2

(1.武漢輕工大學食品科學與工程學院,湖北武漢 430023;2.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室,湖北武漢 430023)

隨著社會發展,人們生活水平不斷改善,現代食品向更加精細的方向發展,造成大多數食品幾乎不含膳食纖維,《中國居民膳食纖維攝入白皮書》顯示中國居民膳食纖維攝入嚴重不足[1]。膳食纖維具有促進腸道蠕動,減少食物在胃腸道的停滯時間及降低腸內壓的作用[2],缺乏膳食纖維容易導致消化不良等問題。

近幾年全麥食品的興起,改善了面粉加工過程中營養損失過大的問題,主要包括損失的膳食纖維。但在生產加工過程中面臨一系列的難題,如口感較差、生產工藝難度大等。因此,可以考慮在面粉中添加部分含有膳食纖維的成分來增強面粉營養品質。豆渣作為一種豆類產品副產物,含有豐富的膳食纖維、蛋白質、磷脂等營養成分,一般作為飼料添加物、利用率極低。研究發現,豆渣中脂肪、蛋白質和膳食纖維含量分別約為10%、20%和50%左右,并且富含礦物質和VB1、VB2,富含面粉缺少的賴氨酸(約為4.6 mg/100 g)[3],具有預防糖尿病、降血脂、減肥等多種生理功能[4-5]。臨床及動物實驗已經證明,豆渣具有預防癌癥的功效[6]。日本的Fukuda等[7]研究表明,豆渣在控制心血管疾病方面具有一定功效。因此可以在面粉中添加適量豆渣來生產一種高膳食纖維的輔食,既可以提高豆渣的利用率,又可以改善人們膳食纖維攝入不足的現狀。

豆渣在面制品中的應用及飼料的相關理論研究較多[8],然而結合實際生產并進行相關解釋的文章較少。因此本文從原料成分、生產工藝和成品質量三方面來探討豆渣對面粉及其餅干制品的影響,以優選豆渣在餅干中的最適添加量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豆渣粉(主要營養成分含量為:蛋白質19.5%、膳食纖維55.3%) 榮華食品有限公司提供(50 ℃干燥處理至水分含量為7%,粉碎過100目篩,備用);安琪酵母、蘇打粉 安琪酵母股份有限公司;低筋粉 武漢三杰糧油食品集團有限公司;植物油 武漢益海嘉里有限公司。

Farinograph-E粉質儀 德國布拉班德公司;RVA-Super4型快速粘度儀、BVM-L370食品體積測定儀 瑞典波通公司;S-3000N掃描電子顯微鏡 日本日立公司;TMS-Pro質構儀 美國FTC公司;Q2000差示熱量掃描儀(DSC) 美國TA公司;N89壓面機 中國犀牛民用機械有限公司;烘烤箱 中國美的有限公司;W53高速萬能粉碎機 中國泰斯特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 粉質特性測定 分別向面粉中添加總質量0、3%、6%、9%、12%、15%的豆渣粉,混勻。然后將300 g試樣置于粉質儀揉面缽中,滴定管滴入純凈水,水溫調至(30±2) ℃,和面過程中粉質儀自動繪制一條特定曲線,得到形成時間、穩定時間,弱化度、吸水率。

1.2.2 糊化特性測定

1.2.2.1 糊化過程粘度的變化 分別向面粉中添加0、3%、6%、9%、12%、15%的豆渣粉,混勻,輸入水分值得出混合粉總質量測定結果,準確稱取一定量的面粉、豆渣混合粉和蒸餾水,配制成4 g/25 mL,快速攪拌10 s后置于樣品臺上,按下機頭開始測定。具體測定條件:測定過程中鋁罐內溫度變化如下:50 ℃保持 1 min,以12 ℃/min 上升到 95 ℃(3.75 min),95 ℃保持 2.5 min以 12 ℃/min 下降到 50 ℃(3.75 min),50 ℃保持1.4 min。在起始10 s內轉速為960 r/min,以后保持在160 r/min,測量并記錄峰值粘度。

1.2.2.2 糊化焓的變化 粉質結果表明6%的豆渣添加量較為合適,因此下文以6%的添加量與純豆渣和純面粉作為對照測定糊化焓;將過80目篩的豆渣面粉混合粉裝入內徑約為6 mm,高度約為2.5 mm的鋁制坩堝中,樣品的質量為3～5 mg,加入重量約2倍樣品的水,使用DSC觀察不同溫度下混合粉的膨脹情況,觀察是否有晶體類型的變化。試驗條件:通入30 mL/min的高純N2(>99.99%)作為保護氣體,升溫速率為10 ℃/min,從20 ℃升至130 ℃。

1.2.3 豆渣對餅干制作過程的影響

1.2.3.1 餅干的制作 參照蘇打餅干制作方法并稍加調整[9]。蘇打餅干配方:低筋小麥粉91 g,豆渣粉9 g,酵母2 g,食鹽1.5 g,油水總量87 g(根據豆渣添加量,參照粉質測定吸水率進行調整),水油比1.25∶1。將各原料混勻,在攪拌機中低速攪拌至面團光滑,在30 ℃、65%相對濕度條件下醒發30 min,用壓面機將面團碾成2～3 mm厚的薄片,餅干造型,放入烤箱烘烤12 min(上火溫度 170 ℃,下火溫度 175 ℃)。本次主要考察豆渣制作過程中的發酵比、烘烤時間、漲發率以及感官的影響。

1.2.3.2 發酵比的測定 按照餅干制作工藝調制面團,通過食品體積測定儀對面團體積進行測定,分別測定發酵前及發酵30 min后面團的體積。二者體積之比即為發酵比,即:

式中:X-發酵比,%;V1-發酵前面團體積,cm3;V2-發酵30 min后面團體積,cm3。

1.2.3.3 烘烤時間和脹發率的測定 烤箱預熱5 min,放入整形好的餅干坯,烘烤至棕黃色略帶光澤,取其中一片餅干品嘗,餅干中心與表面同樣干硬、發脆，記下烘烤時間。餅干厚度測量辦法:取餅干(或餅干胚)2片,疊放整齊,取其最高處,重復測定3次,以其平均值為餅干(或餅干胚)的厚度值。

烘烤后餅干厚度與烘烤前餅胚厚度比值即為脹發比,即:

式中:X-脹發比,%;h1-烘烤前餅胚厚度,mm;h2-烘烤后餅干厚度,mm。

1.2.4 餅干成品指標測定與微觀結構觀察

1.2.4.1 餅干質構測定 選用P100探頭,進行質構特性測定,測試參數:測前速度為1.0 mm/s;測中速度為1.5 mm/s;測后速度為2.0 mm/s;數據采集率為500.0 pps,壓縮比為30%;壓力為5.0 N。儀器測出餅干的硬度、脆性、粘著性、彈性、粘結性、咀嚼性。

1.2.4.2 餅干感官評定 餅干冷卻至常溫,進行真空包裝、室溫下密封儲存24 h。選擇食品專業學生5人作為品評員,參照SB/T 10140-93《發酵餅干小麥粉》中的餅干評價標準進行感官評定。

1.2.4.3 微觀結構觀察 將豆渣6%添加量餅干、面粉、豆渣粉碎過20目篩。將樣品進行噴金后,在掃描電子顯微鏡下,使用適當的放大倍數觀察豆渣、面粉、豆渣中膳食纖維及餅干粉的微觀結構。

1.3 數據處理

粉質、粘度、發酵和烘烤品質分析、成品感官和質構分析每組做3次平行,用SPSS 17.0 軟件分析數據進行一維方差分析(one-way ANOVA),差異顯著性采用Duncan(鄧肯)檢驗,檢驗水平p<0.05。

2 結果與分析

2.1 豆渣對面粉粉質特性的影響

面粉烘烤品質的好壞可以通過測定面粉的粉質特性進行預測,為面粉的合理加工提供科學依據。豆渣對面粉粉質特性的影響見下表1。

表1 豆渣添加量對面團粉質特性的影響

對于蘇打餅干特有的長發酵時間的特點,需面團形成時間適中,穩定時間長(一般大于3.5 min),則能支撐長時間發酵。弱化度相對較低(一般小于62),則在后期加工成型過程面團耐加工。同時高吸水率能保持面團的干爽,利于上機操作[10]。

形成時間是指從開始加水到面團稠度達到最大(500±20) BU所需的時間[9]。面團達到最大稠度與面筋的形成相關,而面筋的形成離不開水分的參與。豆渣中的膳食纖維、蛋白質含有大量的羥基等親水基團,比面粉中的淀粉、面筋蛋白結合水能力更強,表1中吸水率隨著豆渣添加量的增加而增大可以證明這一點。因此豆渣與面粉爭奪水分延緩面筋網絡結構的形成,從而延長形成時間。表1可知,添加豆渣粉后面團的形成時間顯著延長,在添加量為12%時達到最大值,但添加量達到15%時,稀釋了面筋蛋白,所以形成時間減小。

穩定時間反映了面團的穩定性和耐揉程度。穩定性越好,面團對剪切降解有較強的抵抗力,面團中麥谷蛋白的-S-S-牢固,或者這些-S-S-處在十分恰當的位置上[11]。穩定時間越長,面團韌性越好,面筋的強度越大,加工性質越好。蘇打餅干制作需要進行發酵、造型,因此需要面團具有一定的穩定性。添加豆渣粉后,穩定時間先增加后減少,添加量在6%時達到最大值。這可能由于豆渣中含有的磷脂[12],與面筋蛋白形成絡合物,從而延長面團穩定時間。另外豆渣中還含有脂肪氧合酶,能將蛋白的-S-H鍵氧化成-S-S-鍵,從而使面筋蛋白更穩定[13]。但隨著豆渣添加量進一步增大,面筋蛋白總含量減少,而大豆蛋白不能形成面筋,且大豆蛋白與麥醇溶性蛋白疏水結合,與麥谷蛋白親水結合,破壞了面筋網絡中脂-蛋白-淀粉復合物[14],導致其促進面筋形成的作用被削弱,穩定時間降低。豆渣添加量在12%時,其對面筋的促進作用小于減弱作用,導致穩定時間比未添加更短。

弱化度表示面團的耐破壞程度,表明面團在攪拌過程中的破壞速率以及對機械攪拌的承受能力,也代表面筋的強度。弱化度數值越大,面筋越弱,面團越易流變、塌陷變形,面團不易加工。從表1可看出,隨著豆渣粉的添加,弱化度呈顯著(p<0.05)下降趨勢,這是由于隨著豆渣粉添加量增多,促進了面筋中-S-S-的形成,且豆渣粉填充在面筋中,其中的膳食纖維起骨架支撐的作用,從而使面團的結構更穩定,使得面團的弱化度顯著性下降。因此綜合考慮豆渣的最佳添加量為6%～9%,且不宜超過12%。

2.2 豆渣對面粉糊化過程粘度特性的影響

豆渣對面粉糊化粘度特性的影響見圖1。

圖1 豆渣對面粉糊化過程粘度特性的影響

峰值粘度是指從加熱開始隨著溫度的繼續上升,淀粉開始糊化,懸濁液逐漸變成凝膠狀態,粘度直線上升,95 ℃時達到峰值時的粘度。在餅干制作過程中,峰值粘度越大,顯示淀粉糊化越徹底,制作的餅干越脆。由圖1可知,隨著豆渣粉比例的增加峰值粘度持續下降。這可能是由于加入的豆渣與面粉爭奪水分從而阻止淀粉的糊化,以及膳食纖維會阻礙淀粉分子之間的連接,破壞了淀粉分子間形成穩定的三維網絡結構[15]。從圖1可看,豆渣添加越多,峰值粘度越小,餅干韌性越大,因此豆渣需適量添加。

2.3 豆渣對面粉糊化過程糊化焓的影響

糊化過程伴隨著吸熱和放熱以及晶體結構的變化,這可以從DSC圖譜中看出,加入豆渣后對面粉的糊化焓影響如圖2所示。

圖2 豆渣對面粉糊化焓的影響

從圖2可以看出,面粉的吸熱曲線在57.15 ℃處開始出現波峰,這是由于此處面粉開始糊化,淀粉的晶體結構發生改變。而豆渣從35 ℃開始到120 ℃結束,豆渣曲線都未出現波峰,說明在35～120 ℃過程中豆渣主要結構未發生物理變化。加入6%豆渣后,面粉依舊從57 ℃左右開始糊化,說明豆渣的加入不影響面粉的糊化溫度。但加入豆渣后熱焓值從10.26 J/g減小到8.40 J/g,而熱焓值的減小表明淀粉糊化需要的熱量減小,糊化難度減小[16]。這可能是由于豆渣的加入稀釋了淀粉的含量,從而使糊化焓減小,但具體原因有待研究。

從餅干的制作角度來說,餅干坯在烘烤前,溫度一般不超40 ℃,當餅干坯入爐時,爐內水蒸氣會在餅干坯的表面冷凝。因此,為了防止水蒸氣冷凝,烘烤前烤箱一般預熱。由于熱能通過輻射、傳導、對流等形式使餅干的表面溫度很快上升,餅干表面水分迅速蒸發,餅干坯中心的水分向表面運轉,直到烘烤結束為止。一般來說,其表面溫度可達到180 ℃左右,而烘烤的溫度常在150～220 ℃(餅干常用烘烤溫度),但餅干經烘烤2～3 min后其中心溫度僅能達到100 ℃,直到烘烤結束時,中心溫度上升幅度不大,大體保持在110 ℃左右[17]。

根據以上理論,說明在加入豆渣后,在烘烤過程中,豆渣的結構不會發生物理性的變化。此時面粉發生糊化,但此時的糊化焓減小,淀粉更易糊化。其導致的結果可能是烘烤時間的減少。因其余添加量對面粉的糊化焓變影響一致,本文就不重復介紹。

2.4 豆渣粉的添加對餅干制作過程的影響

餅干制作過程包括面團的調制、發酵、成型、烘烤和包裝五個主要步驟[18]。本文主要從影響最大的發酵、烘烤這兩個方面進行探究。

2.4.1 豆渣添加量對面團發酵比的影響 根據蘇打餅干面團調制的要求將面粉在適宜條件下調制成表面光澤均勻,較柔軟的面團,豆渣對面團發酵比的影響見圖3。

圖3 豆渣對面團發酵比的影響

由圖3可知,添加了豆渣之后面團在發酵過程的發酵比開始增大,在6%時達到峰值,超過6%之后,發酵比反而減小。面團發酵比的大小與面筋形成有關,在酵母用量、溫度、發酵時間相同的條件下,面筋形成的越多,面筋結構越強,發酵率越大。因此添加少量豆渣可以促進面筋的形成,從而增大發酵比。這與粉質儀測定的結果基本一致,說明添加少量的豆渣可以促進面團的發酵,增大面團的體積。

2.4.2 豆渣對烘烤時間和脹發率的影響 由于豆渣粉添加量的不同,為保證達到餅干制作的要求,添加的油水總量也不同。本次油水總量以6%的豆渣為基準,按照測定的吸水率大小調整。在相同的溫度下,餅干的烘烤時間和烘烤脹發率結果見圖4。

圖4 豆渣對餅干烘烤的影響

由圖4可知,隨著豆渣粉添加量的增大,烘烤時間先增加后減小,在9%的時候烘烤時間最短,但均在14 min以上。這是由于本次制作的餅坯在170 ℃的烘烤條件下,烘烤13 min后大部分游離水已損失,繼續減少的是結合水[15]。當豆渣加入量為3%時,在面團調制時加入了更多的水和油,從而導致烘烤時間延長。而隨著豆渣粉添加量的繼續增加,制作過程添加的水分繼續增大,但面團總體增加的是易于失去的自由水,結合水總量反而減少,因此烘烤時間減少。

脹發率主要與烘烤時間、溫度、發酵有關。相關研究表明170 ℃條件下13 min后餅干脹發到最大并趨于穩定[19]。因此在烘烤時間均超過13 min,且溫度、膨松劑一致的條件下,發酵形成的面筋對脹發率影響最大。從圖4可知,添加豆渣之后餅干的脹發率先增大后減小,這與發酵結果相符合,只是由于水分等其余因素的影響,在豆渣添加量為9%時面團脹發率達到最大。

2.5 豆渣添加量對餅干品質的影響

為了避免不同人群品嘗帶來的誤差,因此餅干的品質采用質構儀與感官評價兩方面結合的方式進行評價。

2.5.1 豆渣對餅干質構特性的影響 使用質構儀測定添加不同比例的豆渣對蘇打餅干質構特性的影響,結果見表2。

表2 餅干質構測定結果

由表2可知隨著豆渣粉的添加硬度先上升后下降,3%時硬度最大,在9%的時接近未添加水平。這是由于添加了豆渣之后面粉的吸水率增大,在調制面團時水油總量會增加。水分的增加使的淀粉糊化程度更高,烘烤過后餅干變得更硬。適當的添加豆渣可以使餅干變得更脆,超過9%之后脆性開始低于未添加水平,變得更酥。

粘著性表示用以克服探頭與樣品接觸時兩者表面間粘著力所做的功。感觀上是指樣品表面對牙齒表面的粘附能力,當粘著性絕對值過大時,餅干會粘附在口腔壁上[20]。由表2可知,隨著豆渣粉添加量的增加,粘著性在波動性的變化。但整體上加入豆渣后粘著性比未加豆渣絕對值要小,這是由于加入豆渣后,豆渣在烘烤過程中膳食纖維結構未發生變化,因此不會粘附在牙齒上。

咀嚼性表示將半固體樣品咀嚼成可吞咽狀態時所需作的功,感觀上是指將食物從固體狀態咀嚼到可吞咽過程中牙齒所用的功。咀嚼性的大小反映出餅干對牙齒咀嚼的抵抗性,咀嚼性越大,餅干越難被嚼碎,也越缺乏酥松的口感。由表2可知,加入豆渣后咀嚼性先增大減小,在6%達到最大值。其變化規律與粉質的穩定時間相對應,也與發酵比相對應,說明穩定時間和發酵率能影響其咀嚼性。這可能由于發酵越好、穩定時間越長,面筋形成的越多、結構強度越強,咀嚼性越大。

綜合質構儀的各種數據來看,在豆渣添加量為6%～9%時餅干的口感最佳。

2.5.2 豆渣對餅干口感的影響 通過感官品嘗,豆渣添加量對餅干的口感影響如表3。

表3 豆渣對餅干品嘗評分的影響(分)

由表3可知通過烘烤餅干的花紋、形態、組織結構未有太大的差異。而加入豆渣以后粘牙度的評分上升,說明加入豆渣以后,豆渣中不溶性膳食纖維不能溶解使得餅干不粘牙,這與質構分析的結果一致。添加了豆渣以后疏松度先上升后下降,在6%時最疏松,這與前面討論的結果一致。添加了豆渣以后口感粗糙度評分明顯下降,說明添加豆渣會使餅干口感粗糙。添加少量豆渣影響很小,但超過9%時,就能明顯品嘗出豆渣的粗糙感,在15%時最大。由表5中的餅干總分可知,添加豆渣對餅干的口感評分有降低的作用,但還可以接受。雖然對疏松度,粘牙度有好的影響,但對口感粗糙度有較大的不良影響,因此添加6%～9%的豆渣可以在不明顯改變其口感的同時提升其加工特性及膳食纖維含量。

2.6 豆渣與豆渣餅干微觀結構觀察

如圖5a所示,豆渣粉中含有大量的膳食纖維,其中包括一種棒狀的膳食纖維。從圖5g可以看出這種膳食纖維能與面筋蛋白結合在一起,從而促進了面筋的形成。從圖5c～圖5d可以看出,經過烘烤后這種膳食纖維整體結構未發生大的變化,但其表面變得更光滑。圖5e顯示面粉在微觀結構下顯示主要由一個個小的淀粉粒組成,淀粉粒經過烘烤后體積有所膨脹。圖5f顯示的是面筋結構,其表面是一個個經過烘烤后膨脹的淀粉粒,淀粉粒與面筋蛋白結合在一起。從圖5h可以看出豆渣中的膳食纖維與淀粉粒結合在一起。其原因是由于豆渣中的某種膳食纖維表面含有磷脂,磷脂與淀粉結合在一起,淀粉又與大豆蛋白結合在一起,從而使大豆膳食纖維與面筋蛋白、淀粉結合。

圖5 豆渣、面粉與添加豆渣后烘烤的餅干圖片

3 結論

添加少量豆渣能延長面粉的穩定時間,增大面粉的吸水率,延長面粉的形成時間。且在添加量為6%時穩定時間最長,15%時吸水率最大,豆渣添加量不宜超過12%。利用電鏡觀察餅干烘烤后的微觀圖像,可以發現豆渣中的某些膳食纖維可與蛋白、淀粉等結合從而促進面筋的形成。RVA實驗結果表明,添加豆渣后會使面粉的峰值粘度持續下降,會影響餅干的口感。因此添加量最好不要超過9%。同時加入豆渣后面粉的糊化焓減小影響餅干的烘烤。而添加豆渣,能促進使面團發酵增大烘烤時餅干的膨脹體積以及餅干的餅干口感、質構。

本文證明添加少量豆渣確實對餅干的制作有促進作用,然其具體的機理還有待研究,同時為制作高膳食膳食纖維面制品提供一定的參考依據。