復配親水膠體對面團流變特性及全麥面包品質的影響

寧 芊 游佩瓊 - 吳先輝 - 龐 杰

(1. 福建農林大學金山學院，福建 福州 350002；2. 福建農林大學食品科學學院， 福建 福州 350002；3. 寧德職業技術學院，福建 福安 355000)

以全麥粉為主要原料，經酵母發酵后烘焙制作的全麥面包深受廣大追求健康飲食消費者的喜愛，為歐美國家的主要食物之一，以此來補充膳食纖維及多種營養素。而全麥面包在中國的接受度要明顯低于西方各國，主要是由于全麥面包結構粗糙，口感較差，因而消費量受到了極大的限制。為解決全麥面包制品中存在的問題，添加食品改良劑是安全有效的方法[1]。

面包生產中的各種面包改良劑主要以氧化劑、酶制劑[2]、乳化劑[3]和親水膠體[4]為主，能明顯改善面團的機械加工性能、提高面包的烘焙品質，并延緩面包的老化，增加貨架期。但常用的酶制劑如葡萄糖氧化酶、木聚糖酶等在實際操作中，添加量不足則達不到效果，過量又會使面團發黏、變硬，對后期產品制備的穩定性有較大影響。目前關于在面包產品中添加各種改良劑的報道較多，如劉海燕等[5]、王雨生等[6]、黃紹華等[7]研究了使用不同膠體對面團流變學和面包烘焙品質的影響。楊雪飛等[8]研究表明，在雜糧面包粉中添加黃原膠、谷朊粉、瓜爾豆膠和硬脂酰乳酸鈉后，其穩定時間，形成時間以及粉質指數都有所提升，流變學特性有了很大的改善。魔芋葡甘聚糖(KGM)作為優良的可溶性膳食纖維，因其具備熱量低，吸水性強，膨脹率高、黏度大等特點，能增強食品穩定性和改善品質。李崇高等[9]將魔芋葡甘聚糖、卡拉膠和大豆分離蛋白以2∶1∶25混合形成的復配膠添加3%到面團中，可有效改善面包在儲存過程中的持水性和抗老化性。但全麥面包富含膳食纖維，所保留的麩皮會阻斷面筋的網狀結構，影響其流變特性，致使所產面包品質不高[10]。楊文丹等[11]采用馬克思克魯維酵母發酵麥麩作為功能配料，應用于高膳食纖維面包中以改善面包面團品質。但將親水膠體和乳化劑進行復配后在全麥面包中的應用研究，目前尚未見諸于報道。

試驗擬通過將魔芋葡甘聚糖(Konjac glucoman，KGM)、黃原膠(Xanthan gum)和硬脂酰乳酸鈉(Sodium stearyl lactate，SSL)混合添加到面團中，通過對面團流變特性的研究，優化復配膠的成分配比，將優化后的復配膠按一定比例加入面粉中，通過考量全麥面包的比容、不同儲藏時間下的含水量、質構以及感官品質，以期甄選出對全麥面包品質有較好提升的天然、高效且安全的改良劑。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

廚師機：HM740型，青海漢尚電器有限公司；

質構儀：TA-XTplus型，英國Stable Micro System公司；

粉質儀：Farinograph-AT自動型，北京冠遠科技有限公司；

醒發箱：VF-12C型，杭州賽旭食品機械有限公司；

電烤箱：C75型，青海漢尚電器有限公司；

電子天平：ME204E/02型，梅特勒—托利多(常州)測量技術有限公司。

1.2 材料與試劑

魔芋葡甘聚糖：食品級，云南昭通市三艾有機魔芋發展有限公司；

黃原膠、SSL：鄭州味美源實業有限公司；

全麥粉、小麥粉：山東濱州中裕食品有限公司；

高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；

黃油：內蒙古蒙牛乳業股份有限公司；

全脂奶粉、食鹽、白砂糖、雞蛋：市售。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同改良劑對面粉粉質特性影響的單因素試驗設計 在前期基礎試驗以及綜合前人[8-9]的研究成果的基礎上，確定KGM、黃原膠、SSL的添加量。

(1) KGM添加量：在粉質儀300 g揉混器內，以慢和面刀轉速為(63±2) r/min，快慢和面刀轉速比為1.5∶1.0 的速度，保持30 ℃的恒溫條件下，按0.0%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%的添加量進行粉質試驗，以面團的吸水率、弱化度、形成時間以及穩定時間為粉質曲線指標得出最佳添加量。

(2) 黃原膠添加量：在粉質儀300 g揉混器內，以慢和面刀轉速為(63±2) r/min，快慢和面刀轉速比為1.5∶1.0的速度，保持30 ℃的恒溫條件下，按0.00%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%的添加量進行粉質試驗，以面團的吸水率、弱化度、形成時間以及穩定時間為粉質曲線指標得出最佳添加量。

(3) SSL添加量：在粉質儀300 g揉混器內，以慢和面刀轉速為(63±2) r/min，快慢和面刀轉速比為1.5∶1.0 的速度，保持30 ℃的恒溫條件下，按0.00%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%的添加量進行粉質試驗，以面團的吸水率、弱化度、形成時間以及穩定時間為粉質曲線指標得出最佳添加量。

1.3.2 利用響應面分析法優化復配膠添加量 在單因素試驗的基礎上，試驗方案分別選取KGM、黃原膠和SSL的3個水平，利用Box-Behnken進行響應曲面分析，以與面團的評價值之間有顯著相關性的粉質質量指數(FQN)[12]為指標，得出最佳的添加比例。

1.3.3 全麥面包制作工藝 參考GB/T 14612—2008的中種發酵法，以標準中100 g面粉為例，全麥粉和小麥粉以7∶3的質量比制作全麥面包。

1.3.4 測定項目及方法

(1) 吸水率：以每100 g水分含量14%的面粉所需添加的水量(mL)表示。

(2) 弱化度：指曲線到達形成時間時兩曲線之間的中間值與此點后12 min時兩曲線的中間值之間的高度差。

(3) 形成時間：指從加水點起，直到曲線達到峰值之后開始下降的時間點這一時間段。

(4) 穩定時間：以500 FU為標線，表示粉質曲線從上升到第一次接觸500 FU標線到下降至離開500 FU標線所需要的時間。

(5) FQN：是對面包粉品質以及面包體積、面包評分和面包堅實度有一定的非線性相關的一種綜合性指標[13]。在粉質曲線的面團形成時間點(B)處通過曲線中心繪制一條水平線，然后在其下方30 FU處再畫一條平行線，找出此線與粉質曲線中心的交點(C)，FQN用加水點A與點C間的長度(mm)表示(見圖1)。

(6) 面包比容：用菜籽置換法測面包的體積。按式(1) 計算面包比容。

(1)

式中：

c——比容，cm3/g；

V——面包體積，cm3；

圖1 粉質曲線及粉質質量指數

m——質量，g。

(7) 面包水分：根據GB 5009.3—2016使用直接干燥法測定面包在室溫儲藏過程中每個時間段的失重。從面包芯的同一部位取樣、揉碎，每組面包做3個平行測定，最后取平均值。

(8) 面包質構：將出爐后冷卻1 h的全麥面包切成10 mm 厚度的面包片后裝入密封袋保存，在室溫下放置。測定時，將面包片放在平臺上，用TPA模式(測試速度1.0 mm/s，測試后速度10.0 mm/s，感應力3.0 g，返回速度10.0 mm/s，返回距離30 mm)，分別測定焙烤結束后2，24，48，72 h時面包的彈性和硬度。

(9) 全麥面包的感官評定：采用綜合評分法，由30位感官評定員對全麥面包的外觀和內部進行綜合評價，并給出評分。全麥面包的感官評定在參考GB/T 14612—2008中的流程及標準的基礎上做出改進，評價分數(滿分100分)=外表形態×11%+表面色澤×8%+烘烤均勻度×6%+表皮質地×5%+顆粒與氣孔×15%+內部顏色×10%+口味×15%+口感×15%+組織結構×15%。

1.3.5 數據分析 采用Design Expert 10.0進行方差分析和差異顯著性分析(P<0.05即為差異顯著)。其中，響應面設計試驗數據以均值表示(測定數值均重復3次，取其均值)，并對數據進行二次多項式回歸擬合分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 KGM添加量對面團流變性的影響 根據粉質儀測定添加KGM后面團的粉質曲線參數繪制圖2。從圖2(a) 可看出，當KGM添加量不斷增加時，面團的吸水量呈現上升趨勢，在0.4%時達到最大值，因KGM具有穩定性，添加到面團后改進其穩定性，增大吸水率；面團弱化度隨添加量起伏較為頻繁，但當添加量超過0.4%之后又開始上升，可能是KGM與面團中面筋蛋白質相互作用，增大了面筋強度，導致弱化度變小；圖2(b)中，面團的穩定時間和形成時間在0.4%之后均有較大幅度的上升，是由于KGM為親水膠體，親水膠體可增大面筋與淀

圖2 KGM對面團流變性的影響

粉顆粒及淀粉顆粒間的相互作用，形成穩定的三維網絡結構，因此，面團的筋力、韌性也隨之增強，有助于提升烘焙效果。綜上所述，當KGM的添加量達到0.4%時面團品質最適宜。

2.1.2 黃原膠添加量對面團流變性的影響 根據粉質儀測定添加黃原膠后的面團的粉質曲線參數繪制圖3。從圖3(a)可看出，當黃原膠添加量不斷增加時，面團弱化度

圖3 黃原膠對面團流變性的影響

波動頻繁在0.04%時達到最大值；面團弱化度波動頻繁，在添加量超過0.06%后又開始上升，說明此時面筋的形成最好；在圖3(b)中面團的形成時間呈先上升后下降的趨勢，在0.06%之后開始下降；面團的穩定時間極不穩定，在0.06%達到最大值。綜上所述，當黃原膠的添加量達到0.06%時面團品質最適宜。

2.1.3 SSL添加量對面團流變性的影響 根據粉質儀測定添加SSL后的面團的粉質曲線參數繪制圖4。從圖4(a) 可看出，隨著SSL添加量不斷增加，面團的吸水率呈現下降的趨勢；面團弱化度較不穩定，在0.12%處達最低點，可能是SSL與面筋相互作用時，其親水基團和疏水基團分別與麥醇溶蛋白、麥谷蛋白結合，形成了面筋蛋白復合物面團，使面團的持氣性在一定程度上有所改善，提高了面團的穩定性，所以弱化度在0.12%處達最低點；在圖4(b) 中面團的形成時間波動大，在0.12%處達到最大值；面團的穩定時間在添加量為0.12%時達最大值之后開始呈現下降趨勢。綜上所述，當SSL的添加量達到0.12% 時面團品質最適宜。

圖4 SSL對面團流變性的影響

2.2 響應面優化分析復配膠最優添加比例

由單因素試驗結果，分別選定KGM、黃原膠、SSL的3個水平進行響應曲面設計，響應面設計因素水平表見表1，試驗方案及響應值見表2。

模型對應的二次響應面回歸方程：

(2)

由表3可知，模型擬合得到的回歸方程P<0.000 1，

表1 響應面設計因素水平

表2 響應面優化設計方案及響應值

表3 試驗回歸方程方差分析表?

? 若P值<0.05代表顯著，以“*”表示；若P值<0.01代表極顯著，以“**”表示。

采用Design Expert 10.0數據分析軟件對表3的試驗分析結果進行響應面分析，并描繪了兩兩交互作用關系的響應曲面圖像，分別見圖5～7。

由圖5可知，KGM和黃原膠對粉質質量指數均呈現先上升后下降的趨勢。KGM與黃原膠的復配交互作用對面團的粉質質量指數影響極顯著，且粉質質量指數對KGM反應更靈敏。因KGM與黃原膠均為親水膠體，親水膠體的分子結構中包含許多親水基團，如羧基、羥基和氨基等，能與水、淀粉、脂質、蛋白質等分子發生作用，形成較大的聚合物，從而使蛋白質等網絡結構處于最佳水合狀態[14]，同時可增大面筋和淀粉顆粒及顆粒之間的互相作用，從而形成穩定有序的三維空間結構，影響面團粉質質量指數。

圖5 KGM與黃原膠對粉質質量指數影響的等高線圖和響應曲面圖

圖6 KGM與SSL對粉質質量指數影響的等高線圖和響應曲面圖

圖7 黃原膠與SSL對粉質質量指數影響的等高線圖和響應曲面圖

由圖6可知，KGM和SSL對粉質質量指數的影響程度不同，當SSL的比例一定時，隨著KGM的增加，粉質質量指數呈現先升后降的趨勢。KGM與SSL的復配交互作用對面團的粉質質量指數影響顯著，但粉質質量指數對KGM反應更為敏感。KGM與SSL均可作為乳化劑，添加到面團中后，在與面筋相互作用時，其親水基團和疏水基團分別與麥醇溶蛋白、麥谷蛋白結合，形成了面筋蛋白復合物面團，使面團的持氣性在一定程度上有所改善，提高了面團的穩定性。

由圖7可知，黃原膠和SSL的復配對粉質質量指數的影響程度相對較弱，但粉質質量指數對黃原膠反應更為敏感。當SSL的比例一定時，隨著黃原膠的增加，粉質質量指數呈現先升后降的趨勢。但SSL的存在，能與蛋白質形成蛋白質脂肪鏈，將面團中游離分散狀態的面筋蛋白充分連接起來，更利于形成致密的面筋網絡結構，增強面團的機械碰撞和發酵的溫度等，從而促進面團發酵，同時SSL的添加可能組織蛋白質的去凝聚作用，使面團在攪拌時得以充分的擴展，增進了面團的筋力[7,15]。

采用Design Expert 10.0數據分析軟件對表3的試驗結果進行綜合性優化分析，得到復配膠的最佳配比為：KGM 0.47%，黃原膠0.07%，SSL 0.12%，理論得出的FQN為130 mm。將此配比后的復配膠加入到全麥面包粉中進行實驗驗證(3次)，測得的FQN均值為129 mm，與理論值接近，說明此優化配比的可靠性，可將此配比應用于實際試驗，并進行后期的結果分析和比對。

2.3 復配膠對全麥面包的影響

2.3.1 復配膠對全麥面包比容的影響 面包的比容可反映出面團體積的膨脹程度和保持能力，比容會直接影響面包成品的組織、口感和外形。將添加了優化后比例的復配膠全麥面包與空白組面包測定的比容值進行對比。

由表4可知，由于全麥面包復配膠的添加，面包比容值有所增大，其原因是KGM和黃原膠作為親水膠體，可增大面筋和淀粉顆粒及顆粒之間的互相作用，形成穩定有序的三維空間結構，提高了面團的穩定性，改善其面筋的彈性與筋力，從而增大面包體積，使比容增大。

表4 添加復配膠全麥面包的比容值測定結果

2.3.2 復配膠對全麥面包含水量的影響 將添加了優化后比例的復配膠全麥面包與空白組面包進行不同時段的水分測定。由圖8可以看出，復配膠的添加使全麥面包含水量明顯增多，呈顯著性差異，主要原因是復配膠提高了面團穩定性，增加面團吸水量，且KGM、SSL和黃原膠都具有較好的吸水、持水能力，添加后可有效減慢面粉中水分遷移速率。

2.3.3 復配膠對全麥面包質構的影響 將添加了優化后比例的復配膠全麥面包與空白組面包進行不同時段的質構測定。由表5可知，添加了優化后比例的復配膠全麥

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

表5 添加復配膠面包不同時間段的質構測定結果

面包較空白組面包的硬度小，咀嚼性小。因面包隨著放置時間的延長，硬度會變得越來越大，添加了復配膠的全麥面包，在一定程度上對面包起延緩老化的作用。復配膠延緩老化的原因可能是親水膠體能很好地保持住水分，KGM和黃原膠作為多糖，其分子結構中含有很多親水基團，如羥基能與淀粉鏈上的羥基以及周圍的水分形成氫鍵，并且能與其他大分子，如蛋白質、脂質發生作用，形成分子質量更大的復合體。另外，SSL作為乳化劑，可與直鏈淀粉發生相互作用，形成不溶性復合物，進而抑制直鏈淀粉的老化。

2.3.4 復配膠對全麥面包感官品質的影響 將添加了優化后比例的復配膠全麥面包與空白組全麥面包進行感官評定。由圖9可看出，添加復配膠后的面包各方面感官評定項目分值均有所提高，綜合項目的平均分為90.01，較空白組的79.93提高了12.6%，進一步說明了KGM、黃原膠和SSL之間具有良好的協同增效作用。由于KGM可使面包芯的質地均勻細膩且富有彈性，口感柔軟；黃原膠也可改善面包的口感；SSL在與小麥粉的面筋蛋白相互作用時，可形成面筋蛋白復合物，使面筋網絡更有彈性更細致。三者以最優比例加入全麥面包制作中，從而更好地改善面包的烘焙效果和感官品質。

圖9 添加面包復配膠面包的感官評分雷達圖

3 結論

研究探索了單獨添加3種膠體即KGM、黃原膠、SSL對全麥面包粉流變學特性的影響，KGM和黃原膠可使面包的內部組織結構細膩、氣孔均勻，但制得面包比容較小；SSL雖然能增大面包的體積和持氣性，但其內部組織結構較粗糙。通過對面團品質具有一定相關度的FQN值的檢測，結合響應面分析試驗，獲得KGM、黃原膠、SSL的最優復合添加量，所得的復配膠因發揮了三者之間的協同增效以及互相彌補單一元素不足之處的原因，使得制成的全麥面包，與普通全麥面包在比容、不同儲藏時間段水分含量、質構以及感官品質進行對比，結果表明，添加優化比例后的復配膠的全麥面包，在面包口感、質地以及抗老化性質上均得到極大改善，增大了全麥面包的體積，改善了全麥面包口感粗糙的烘焙特性，延長了面包的儲存周期。

試驗并未就復配膠與全麥面包中其他基料的比例優化做進一步的研究，為更好地研究三者的復配膠對全麥面包的影響，需進一步對復合膠在分子層面上的復合機理做更深的探究。