常見親水膠體對烘焙食品品質影響的研究進展

譚智峰，張闖闖，許澤坤，陳小靜，周潤宗，隋中泉?

（1.上海交通大學 農業與生物學院，上海 200240；2.上海城建職業學院 健康與社會關懷學院，上海 201415）

高質量的烘焙食品具有各種屬性，包括均勻的面包組織結構、蓬松的面包體積、貨架期長和耐老化性。添加親水膠體會影響烘焙食品的質量。多糖在食品配方中用作加工助劑，通過添加多糖以提供膳食纖維或賦予食品特定的功能特性[1-2]。水溶性多糖或親水膠體應用非常廣泛，如膳食纖維、包裝膜、質地改良劑、增稠劑、膠凝劑、穩定劑、乳化劑、包埋劑等[3-4]。親水膠體在面包和蛋糕制作中的潛在用途，包括制作小麥面包、全麥面包、黑麥面包、蛋白質強化淀粉面包、冷凍面包和無麩質面包[5]。食品的理化、感官和運輸特性在很大程度上取決于面包組織的結構，面包組織結構影響面包組織的形狀和烘焙產品的質地[6]。親水膠體的加入增加了面包的體積和孔隙率，導致其變軟[7-9]。此外，加入親水膠體后，堆積密度略有增加[10]。向烘焙食品中添加不同的親水膠體能顯著增加吸水能力[9]。水分含量的增加是由親水膠體在室溫下水合能力及其自身相互作用而造成，而不會與面筋蛋白和淀粉多糖爭奪系統中的可用水分[11-13]。親水膠體的功能特性顯著影響其應用范圍。已知的親水膠體可以單獨或組合使用增加乳化能力。

通過添加親水膠體能夠改善面糊的特性。盡管有大量關于親水膠體對面團和面包性質影響的報道，但它們與面團成分相互作用的機制仍然值得重視[14]。各種親水膠體已被用來模擬面筋的粘彈性，添加親水膠體后粘度的顯著變化具有重要的工業意義[11]。親水膠體對最終蛋糕體積的影響是由于面糊粘度的增加，這減緩了氣體擴散的速度，并允許其在烘焙的早期階段保留。親水膠體通過保濕和防止脫水收縮來改善烘焙產品的混合均勻性并延長保質期[15]。

將單獨用面粉制備的烘焙食品與添加了親水膠體的烘焙食品進行比較，發現親水膠體的加入使得產品的顏色、外觀、風味和整體可接受性顯著改善[10]。本文總結了常見親水膠體對各種烘焙食品（面包、餅干、蛋糕等）的流變學、質構、理化性質的影響。

1 常見親水膠體對烘培食品品質的影響

1.1 黃原膠

黃原膠可溶于冷水和熱水，并且在低濃度下可賦予溶液高粘度[11,15]。黃原膠和羧甲基纖維素已被用作無麩質面包配方中的麩質替代品[16]。在玉米淀粉中添加了五種不同的商業食品級親水膠體，包括卡拉膠、黃原膠-卡拉膠混合物、黃原膠-瓜爾膠混合物、瓜爾膠-卡拉膠混合物和槐豆膠，從而為苯丙酮尿癥患者生產低苯丙氨酸面包[16]。

不同來源和化學結構（海藻酸鈉、卡拉膠、果膠、羥丙基甲基纖維素、槐豆膠和黃原膠）的親水膠體對蛋糕的功能性及其在延緩老化過程中的潛在用途的影響表明膠體類型對新鮮蛋糕的物理特性及其隨時間變化具有顯著影響[17]。除了使用果膠外，夾心蛋糕總的可接受性通常是通過添加親水膠體來改善[17]。關于貨架期，黃原膠能夠在蛋糕儲存期間保持所有質地參數維持不變[16]。

將親水膠體摻入到蕎麥中會影響其吸水能力、吸油能力和乳化活性，還可改善感官品質[11]。含親水膠體的蕎麥粉制成的餅干具有較高的水分含量、直徑、厚度、重量和較低的斷裂強度[18]。黃原膠的添加能夠明顯改善餅干的顏色、外觀、風味和整體可接受性。通過添加黃原膠到蕎麥粉中，從而最大程度地提高了乳化能力。通過添加黃原膠到木薯小麥面團和面包中以改善其粘彈特性[19]。

加入 1%的黃原膠就能夠阻止水分流失和面包組織變硬。Turabi等研究了用不同的親水膠體和乳化劑混合物制作的米糕的質量和流變特性[20]。含有黃原膠和黃原膠-瓜爾膠混合膠的面糊粘度最高，而含有羥丙基甲基纖維素的面糊粘度最低[20]。已有研究表明乳化劑混合物和親水膠體的相互作用對表觀粘度的影響具有重要作用。據報道，使用黃原膠的蛋糕在沒有乳化劑混合物的情況下具有最高的比容[16]。大米淀粉與黃原膠的混合物在25 ℃時具有剪切變稀的流動特性，其稠度指數和表觀粘度隨親水膠體濃度的增加而增加[21]。Casson模型被認為是解釋面糊流變特性的合適模型[21]。

1.2 瓜爾膠

瓜爾膠作為一種植物膠，瓜爾膠的灰分含量高于阿拉伯膠（1.2%）和黃原膠（1.5%）[22-23]。在烘焙食品中，瓜爾膠通過保持水分和防止冷凍食品的脫水收縮來延長貨架期[11]。瓜爾膠和黃原膠的共混物顯示出比單獨使用時具有更高的粘度。瓜爾膠的分子量比槐豆膠高，因此它的溶液比槐豆膠具有更高的粘度[23]。添加瓜爾膠能產生堅硬的小麥餅干。為了開發低熱量的軟面團餅干，瓜爾膠的添加使得餅干配方中的脂肪從20%降低到6%，單硬脂酸甘油酯和瓜爾膠的添加對面團的稠度和硬度具有良好的效果。當瓜爾膠與麥芽糖糊精一起使用時，能夠進一步的改善餅干的質地。

一項報道分別研究了瓜爾膠、海藻酸鈉、卡拉膠、黃原膠和羥丙基甲基纖維素對南印度parotta品質特性的影響，研究中使用的親水膠體濃度為 0.5%，所有親水膠體都能使峰值粘度升高，并可改善其吸水率[24]。黃原膠、卡拉膠和瓜爾膠的添加會降低可擴展性，而海藻酸鈉和羥丙基甲基纖維素的添加會增加可擴展性。在所有測試的親水膠體中，瓜爾膠的添加對Parotta品質改善的效果最明顯[16]。

1.3 阿拉伯膠

阿拉伯膠的鈣含量高于瓜爾膠和黃原膠（表1）[25]。冷凍面團的長時間儲存會導致流變特性發生變化，從而導致醒發時間延長，最終使面包的體積減少[26]。盡管面包的外部和內部特性隨存儲時間而變差，但是與每個存儲期后的對照相比，添加阿拉伯膠和羧甲基纖維素可以改善面包的特性。另外一項研究表明添加 3%阿拉伯膠對冷凍面團制作面包的體積和水分含量具有積極的影響[25]。

表1 瓜爾膠、黃原膠和阿拉伯膠的礦物質含量Table 1 The mineral content of guar,xanthan,and Arabic gums mg/L

1.4 k-卡拉膠

k-卡拉膠來源于紅海藻，添加 k-卡拉膠降低烘焙食品硬度和增加烘焙食品體積的能力并不能幫助無麩質米糕保留其最優結構[20]。制作冷凍面團時對比添加的k-卡拉膠、黃原膠和瓜爾膠對面包性能的影響發現在凍存期間用卡拉膠制作的面包展現出最高的感官得分，k-卡拉膠在防止冷凍過程中冷凍面團品質下降方面最有效[27]。通過凝膠電泳和紅外光譜對不同類型卡拉膠和面筋蛋白之間相互作用的研究表明λ-卡拉膠由于其良好的水合能力和特殊的結構而可以與面筋蛋白更好地相互作用[28]。

1.5 刺梧桐膠

刺梧桐膠是部分乙酰化的復合多糖膠。化學組成由55%～60%的中性單糖殘基（鼠李糖和半乳糖），8%的乙酰基和37%～40%的糖醛酸殘基（半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸）組成[29-30]。刺梧桐膠中含有的氨基酸有脯氨酸（31 mg/g）、天冬氨酸（64 mg/g）、谷氨酸（34 mg/g）、甘氨酸（5 mg/g）、蘇氨酸（25 mg/g）和亮氨酸（4 mg/g）。刺梧桐膠的乳化特性可能是由于其結構中存在脂肪酸。由于其特殊的功能特性，例如合適的持油量、增稠特性、乳化能力、泡沫形成能力和穩定性以及堆積密度，刺梧桐膠已廣泛被用于面包、藥品和乳制品中[31]。

1.6 海藻膠

親水膠體的添加能夠影響醒發階段面團的穩定性。小麥面團的穩定性隨著黃原膠、海藻酸鈉、k-卡拉膠和羥丙基甲基纖維素的添加而增強[32]。1%的海藻酸鹽能顯著降低小麥淀粉懸浮液的糊化溫度，而羥丙基甲基纖維素和果膠卻略微提高了糊化溫度。

有研究表明海藻酸鈉和魔芋葡甘露聚糖的添加分別產生具有剛性和弱網絡的面團[33]。海藻酸鈉、黃原膠、k-卡拉膠和羥丙基甲基纖維素對新鮮面包品質和面包老化的影響研究表明，這些親水膠體對新鮮面包的質量有不同程度的影響，0.1%的親水膠體就能夠獲得明顯的效果[34]。雖然觀察到與特定親水膠體相關的不同品質改善，但羥丙基甲基纖維素對所有測試參數都有影響；此外，獲得了良好感官特性（形狀、香味、風味、松脆度和整體可接受性）。這些親水膠體還能夠減少面包儲存過程中水分含量的損失和降低面包組織的脫水率。而且在儲存期間，海藻酸鈉和羥丙基甲基纖維素使面包保鮮，延緩面包組織硬化[16]。

1.7 甲基纖維素

甲基纖維素廣泛被用于烘焙食品行業。它是一種高分子水溶性膠體，具有可在水體系中形成凝膠和增稠的能力。甲基纖維素是纖維素衍生的親水膠體。甲基纖維素在加熱時會形成凝膠，但在冷卻時又恢復到原來的粘度[35]。甲基纖維素、黃原膠和羧甲基纖維素對面糊系統熱性能影響的研究表明，親水膠體使糊化溫度增加，降低了玻璃化轉變溫度。這些親水膠體對玻璃化轉變溫度的影響隨著羧甲基纖維素和甲基纖維素濃度的增加而增加[16]。

1.8 羧甲基纖維素

羧甲基纖維素可以形成一個三維網絡，該三維網絡能夠連接系統內部的水分子。在加熱過程中形成三維網絡并提供阻隔層，從而減少了水的流失和吸油量[16]。米粉與羧甲基纖維素（0.8%）和羥丙基甲基纖維素（3.3%）混合使用時，可提供優質的無麩質面包。在黑麥面包的制作過程中添加羧甲基纖維素和瓜爾膠，以提高面包的質量。對含有益生元的面團評估表明，這種高纖維（高達12%）的面團包括各種親水膠體，當單獨使用羧甲基纖維素和益生元低聚糖，或混合使用（親水膠體-低聚糖混合物70:30 wt/wt）時，可以使面團結構更加規則[16]。

1.9 羥丙基甲基纖維素

將親水膠體添加到食品中主要是因為它們具有增稠和膠凝特性。由于它們的高聚合特性以及當它們分散或溶解在水中時聚合物鏈之間的相互作用，它們還可以增強口感并改變溶液的粘度[20]。流變特性在食品開發中具有重要價值，含有羥丙基甲基纖維素蛋糕面團的流變特性與小麥面粉面團的流變特性相似，適合制作面包。蛋糕糊保持足夠的粘度才能防止其中的氣泡擴散到表面[36]。羥丙基甲基纖維素和 k-卡拉膠能降低面包組織硬度。

羥丙基甲基纖維素、瓜爾膠、黃原膠、卡拉膠和阿拉伯膠等親水膠體[37-39]與單硬脂酸甘油酯和硬脂酰-2-乳酸鈉乳化劑混合后對無蛋餅的流變、微觀結構和質量特性影響的研究表明，在硬脂酰-2-乳酸鈉的存在下，將瓜爾膠添加到小麥粉中會提高峰值粘度，而在單硬脂酸甘油酯的存在下，除黃原膠以外的所有親水膠體都會提高峰值粘度。回生值隨著親水膠體的添加而降低。在小麥粉中添加親水膠體還提高了無蛋面糊的粘度和比重，并且黃原膠的作用最明顯（表2）。在使用的各種親水膠體中，僅有羥丙基甲基纖維素增強了小麥粉生產無蛋餅的性能。在硬脂酰-2-乳酸鈉的存在下，所有親水膠體的添加都能改善無蛋餅的整體質量，羥丙基甲基纖維素具有最佳的改善效果。無蛋餅的微結構研究表明，淀粉顆粒似乎被黃原膠和羥丙基甲基纖維素包裹。此外，羥丙基甲基纖維素還被用于改善小麥面包，具有更高的比容、更軟的面包組織和良好的感官特性。

表2 不同親水膠體對無蛋餅的物理特性的影響[40]Table 2 Influence of various gums on the physical characteristics of eggless cake[40]

2 總結

通過面包和蛋糕的外觀、體積和質地來評估最終食品的質量。通過控制親水膠體的類型和用量，不僅能夠改變淀粉的糊化性質，還可以改善食物的味道、口感、質地，延緩淀粉的回生，增加水分保持，并在儲存過程中提高烘焙食品的整體質量。今后將進一步的研究對比不同來源的親水膠體對烘焙食品品質的影響，同時應避免每種親水膠體自身的不足，因此不同來源的親水膠體復配對提高烘焙食品的品質具有重要意義。為了進一步指導烘焙食品的生產，在加工過程中親水膠體與淀粉基質互作的機制仍需進一步闡明揭示。