發酵時間對面團加工特性及馕餅品質的影響

許 可 王宏偉 蘇東民 謝曉筱 王雅茹 唐灑灑 張艷艷 劉興麗 張 華

(鄭州輕工業大學食品與生物工程學院；食品生產與安全河南省協同創新中心； 河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，鄭州 450002)

馕餅(又稱馕)是以小麥粉為主要原料，與水、油、鹽及發酵劑經過和面、攪拌、發酵和焙烤而成的一種傳統面制品[1]。馕具有口感酥脆、風味優良、營養健康等特點，在新疆地區的膳食構成中占據重要地位[2,3]。在馕餅的工業化加工過程中，面團發酵(時間、溫度、濕度等)能夠直接決定馕餅的感官、質構、風味等品質。

發酵環節是利用微生物之間的相互作用(如酵母菌、乳酸菌)，及其增殖過程中所產生的代謝產物，使馕餅坯內部發生復雜的化學和生化反應，最終影響馕餅的比容、質構、風味等品質[4, 5]。目前，研究主要集中在發酵工藝的優化及其對面制品品質的影響上，尤其是饅頭、面包等發酵制品[6-8]，劉長虹等[9]認為饅頭在35 ℃、80%濕度的條件下發酵30 min，饅頭的比容、硬度和均勻度達到最佳；吳玉新等[10]發現面包在酒釀的作用下發酵48 h時的感官評分最高。但是，有關發酵面團對馕餅宏觀品質的影響研究甚少，且對馕餅品質形成和變化的內在機理也關注甚少，缺乏發酵過程中面筋蛋白微觀結構與馕餅品質關系的研究。此外，本課題組前期調查發現不同消費者對馕餅的硬度、松軟度、咀嚼性等口感的需求并不一致，通過控制馕坯發酵時間滿足不同人群對馕餅口感的需求，對于馕餅的現代化生產及“個性定制”加工也具有重要意義。本研究主要分析了發酵時間對馕坯理化特性、面筋蛋白微觀結構、以及焙烤馕餅比容、質構、感官等宏觀品質的影響規律，并建立之間的相關性，以期為馕餅的品質控制提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

金苑小麥粉(蛋白質質量分數11.1%、脂肪質量分數1.5%、含水量11.8%)；高活性干酵母；食用玉米油、鹽。

1.2 儀器與設備

HA-3480A 客來美和面機，HWS-080恒溫恒濕培養箱；HR-1 Discovery流變儀，LGJ-10冷凍干燥機，NM120低場核磁共振分析儀，Vertex 70傅里葉紅外光譜儀。

1.3 方法

1.3.1 馕坯面團制備與發酵

稱取300 g小麥粉，以小麥粉質量為基準，加入1%酵母(酵母要用溫水化開)、1%鹽、10%清油和50%水分，其中水溫為30 ℃，置于和面機中充分混合 12 min，形成面團[2]。將調制好的面團置于恒溫恒濕培養箱中分別發酵0、0.5、1.0、1.5、2.0 h，培養箱的溫度為30 ℃、相對濕度為80%[2]。

1.3.2 馕的制作方法

將不同發酵時間處理的面團取出，反復多次搓揉面團直至表面光滑；隨之將面團靜置10 min，用手掌按壓成直徑20 cm、中間厚度0.6 cm及邊緣厚度1.3 cm的圓形馕坯；然后采用馕戳在馕坯表面戳出花紋，并抹上一層清油，靜置5 min；最后將其放入上火260 ℃、下火240 ℃的烤箱中烤制30 min，烘烤過程中可在馕表面適當刷一層油[3]。

1.3.3 面團水分分布的測定

利用低場核磁共振儀(LF-NMR)，通過CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)脈沖序列測定不同發酵時間面團的橫向弛豫時間，探究面團發酵期間內部水分分布及遷移情況。參考李銀麗等[11]方法并稍作改動，在面團的不同的5個位置，切取面團條(0.8 cm×0.8 cm×3.0 cm)放入樣品管中，置于永久磁場射頻線圈的中心位置，運用核磁共振分析中GPMG序列對面團樣品進行信息采集，測試參數設定如下：溫度為30 ℃，共振頻率18 MHz；回波個數TW=2 000.000，采樣數TD=144 044, 弛豫時間點數=100，重復掃描次數NS=16。

1.3.4 面筋蛋白二級結構測定

利用傅里葉變換紅外光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)測定面筋蛋白的二級結構。測試前，將發酵面團進行冷凍干燥，磨粉并過100目篩；隨之稱取2 mg凍干樣品，以1∶100比例與KBr混合均勻；而后用FTIR進行全波段掃描，掃描范圍4 000～400 cm-1，分辨率4 cm-1，累積掃描64次，每組樣品重復測量3次。采用Peak Fit 4.12軟件去卷積，對譜圖進行二階導數擬合，計算酰胺I帶區域(1 700～1 600 cm-1)各子峰百分比含量[12]。其中酰胺I帶區域可被分為α-螺旋(1 646 ～ 1 664 cm-1)、β-折疊(1 605～1 640 cm-1和1 682～1 700 cm-1)、β-轉角(1 664 ～ 1 681 cm-1)和無規卷曲(1 647～1 645 cm-1)區域。

1.3.5 面團動態流變學測定

1.3.5.1 振幅掃描

在Oscillation Amplitude模式下對發酵囊胚面團(2 g左右)進行振幅掃描，選擇 40 mm平行板進行測試，間隙為2 mm。開始測試前，需將置于樣品臺的面團靜置10 min。測試參數為：設定掃描頻率為 1 Hz，剪切應變由0.01%增至100%，溫度恒定為25 ℃，觀察彈性模量(G′)和黏性模量(G″)隨應變變化的關系曲線。測試過程中，面團周圍涂以植物油，防止水分揮發。

1.3.5.2 頻率掃描

采用 Oscillation Frequency 模式對發酵囊胚面團樣品進行頻率掃描。參數設置為：應變為0.1%(線性黏彈區內)，振蕩頻率在0.1～100 Hz內，溫度為25 ℃。

1.3.6 馕比容和高徑比測定

1.3.6.1 比容測定

馕比容C(mL/g)：馕烤制后在室溫下冷卻1 h，采用小米置換法測定馕體積。每組實驗做3次平行，取平均值，計算公式為：

C=V/M

(1)

式中：V為馕體積/mL；M為馕質量/g。

1.3.6.2 高徑比測定

馕高徑比測定N：采用游標卡尺測定馕高度(H)和直徑(D),重復測定5次，取平均值，計算公式為：

N=H/D

(2)

式中：H為馕高度/cm；D為馕直徑/cm。

1.3.7 馕餅質構測定

參照鄒淑萍等[13]的方法對馕餅的全質構特性進行測定，略有改動。將冷卻1 h的馕餅(取其馕心部分)分割成30 mm×10 mm厚薄均勻的薄片，隨之置于TA-XT. Plus物性儀樣品臺上進行測試。TPA模式下測試參數為：P 50探頭，測試前速率1.0 mm/s，測試中和測試后速率3.0 mm/s，壓縮比為50%，感應力8 g，壓縮間隔為5 s。每個樣品至少重復測試6次，取其平均值，并以硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、回復度等參數作為評價指標。

1.3.8 馕餅的感官評價

馕餅經室溫冷卻后(1.0 h)，選用7位專業評價人員組成的小組對馕餅的形狀、色澤、風味、口感和組織結構進行感官品評，滿分100分制。總得分≥90為優，≥80 較優，≥70 良好，≥60 合格，低于60分為不合格的馕[14]。馕餅的感官評價指標如表1所示。

表1 馕餅感官評分細則

1.3.9 數據處理與分析

實驗結果均以平均值±標準差來表示，利用Origin 8.5軟件作圖，并采用SPSS 22.0軟件，運用Duncan’s多重比較法對數據進行顯著性檢驗(P<0.05)和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 發酵時間對面團內部水分分布的影響

面團內的水分分布及其與高聚物分子(如蛋白質、淀粉)的結合能力可顯著影響其終產品的品質。由表2可知，隨著發酵時間的延長，T21、T22、和T23顯著減小，水分弛豫時間向左偏移，表明發酵有利于水分與面團內部的面筋蛋白、淀粉等高聚物分子結合，從而有利于面團形成較好的面筋網絡結構。對于峰面積，從表2可以看到，發酵時間為0 h時，A21、A22和A23分別為7.79%、79.88%和12.34%，而隨著發酵時間的延長，A21和A23有所提高，A22有所降低。這可能由于面團在和面、靜置等過程中，水分子并沒有與面團內部的蛋白質和淀粉顆粒充分發生水合作用，部分水分子僅是粘附在上述高聚物分子上，此時面團內部強結合水少。隨著發酵的進行，蛋白質分子的—COOH、—OH、—NH2等親水基團充分吸水，并通過氫鍵、疏水相互作用、范德華力等形成穩定的面筋網絡，致使面團中的部分弱結合水轉變為強結合水，從而形成穩定的網絡結構[15]。然而，隨著發酵過程持續，面團內部的自由水越來越高，這是因為面團內部的酵母活動進入旺盛期，微生物代謝會產生大量的水；同時，微生物代謝所產生的酶也可能加速淀粉、面筋蛋白結構的破壞[16]，弱化水合能力，增強面團內部水的可移動性，所以面團內部強結合水減少。

2.2 發酵時間對面團內面筋蛋白結構的影響

羥基(—OH)在紅外光譜3 000～3 800 cm-1處有特征峰，其峰強度大小可以用來表征樣品的水合作用情況，峰強度越大表明樣品的水合能力越強，即親水性能高。從圖1可知，隨著發酵時間的延長，—OH吸收峰呈現先增強后降低趨勢，但峰強度均高于未發酵面團，表明發酵過程中產生的壓力(源于CO2)和代謝物(如酶、酸、糖等)的降解能夠破壞構成面筋蛋白的空間結構，有利于親水基團的暴露，提高面團的水合能力。

表2 發酵時間對面團水分分布的影響

圖1 不同發酵時間條件下面團面筋蛋白的紅外光譜圖

表3 發酵時間對面團內部面筋蛋白二級結構的影響

2.3 發酵時間對面團流變學特性的影響

2.3.1 不同發酵時間條件下面團的振幅掃描分析

振幅掃描主要通過表征樣品的流體力學特性來研究其內部結構和加工特性的變化，剪切應變在非破壞性變性范圍內(即線性黏彈區內)，其內部結構不會被破壞，具有一定的加工穩定性；而應變超出線性黏彈區時，樣品會因流動而產生結構的破壞或滑移[18]。由圖2可知，發酵面團樣品在0.05%～0.2%應變范圍內，彈性模量和黏性模量幾乎保持線性，與其應變變化無關，表明此區域為線性黏彈區，為了保證后續不破壞面團的微觀結構，設定以0.1%為頻率掃描的應變條件。但隨著應變幅度的增加，模量開始變小，表明面團微觀結構逐漸受到破壞并表現出強的流動特性，這可為面團加工過程中形變量和力度的調控提供幫助。

圖2 不同發酵時間面團的振幅掃描圖

2.3.2 不同發酵時間面團的頻率掃描分析

由圖3可看出，同一頻率下，面團樣品的G′(圖3a)始終大于G″(圖3b)，表明其呈現固體的性質，隨著頻率的增加，G′和G″均呈現增加趨勢。由面團損耗因子(圖3c)的變化可知，隨著頻率的增加呈先降后增大的趨勢，表明低頻作用能夠使面團分子間產生強烈的交聯作用，強化其結構的穩定性；而高頻掃描時，面團的微觀結構容易受到強外力作用而被破壞，穩定性變差[20]。此外，發酵時間的不同顯著影響了面團的黏彈性，表現為隨著發酵時間的延長，面團的彈性、黏性模量表現為先增強后降低的趨勢。這可能是因為適度發酵(0～1.5 h)有利于面筋蛋白形成緊密的網絡結構，降低其損耗因子，即面團的穩定性不斷提高；而過度發酵則可能破壞面筋蛋白、淀粉等高聚物，從而降低了聚合物分子間的交聯、纏結，阻礙了二硫鍵的形成，最終弱化了面團微觀結構的穩定性和延展性，致使產品品質劣變[21]。其中，不同發酵時間面團的損耗因子也呈現類似的變化規律。本研究結果與王大一等[22]的報道類似。

圖3 不同發酵時間面團的頻率掃描圖

表4 發酵時間對馕餅含水量、比容、高徑比和感官評價的影響

2.4 發酵時間對馕餅含水量、比容和高徑比的影響

含水量可顯著影響馕餅的品質穩定性，因此可通過控制馕餅的含水量延長其保質期[3]。由表4可知，不同發酵時間條件下馕餅的含水量介于19.69%～21.65%之間，且沒有顯著性差異，與孫含等[3]的研究結果相一致。此外，隨著發酵時間的延長，馕餅比容和高徑比呈先上升后下降的趨勢，在發酵時間為1.0 h時達到最高值，比容和高徑比分別為2.49 mL/g和0.111，這可能源于酵母菌產氣量和面筋蛋白網絡結構的的變化[22]。發酵時間不足時(<1.0 h)，馕坯內部的酵母菌數量少，產氣量不足，從而導致其內部面筋結構尚未得以充分延展，馕餅比容和高徑比小；隨著發酵時間的延長(1.0～1.5 h)，酵母菌的產氣量充足，且其代謝過程中產生的酶可促進二硫鍵的形成，增強其面筋蛋白網絡結構的持氣能力[23]，比容和高徑比提高；但隨著發酵時間的持續延長，產氣量過度，超過了面筋蛋白的延展限度，造成氣體損失；且代謝產物(如乳酸和蛋白酶)的過度累積能夠導致面筋蛋白結構劣變，弱化馕坯持氣能力，降低馕餅的比容和高徑比，這與面團流變特性結果變化相一致。

2.5 發酵時間對馕餅質構特性的影響

通過TPA質構測試獲得了不同發酵時間面團的硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、回復性等參數。從表5可以看出，隨著發酵時間的延長，馕餅的硬度和咀嚼性表現為先下降、后上升的趨勢，而彈性和回復性呈先上升后下降的趨勢。硬度和咀嚼性是判斷馕餅質地、口感的重要指標，當發酵時間達到1.0 h時，硬度達到最小值。這可能由于適度發酵使面筋蛋白網絡被氣體充斥而呈蜂窩狀態，從而使馕坯經焙烤后其內部形成均勻的氣孔結構，最終使馕餅硬度和咀嚼性降低，柔軟度提高；然而當發酵過度(>1.0 h)，馕坯內部面筋蛋白結構的劣變導致其內部孔洞結構形成不均勻的聚結體或者縮在一起進而形成致密的結構，提高馕餅的硬度和咀嚼性。此外，長時間發酵條件下面筋結構的破壞使得馕餅易于失去水分，馕餅咀嚼發干，硬度增強。在一定發酵時間內(<1.0 h)，發酵時間越長，馕餅的彈性和回復性越高，可能源于馕坯內部所形成的穩定面筋蛋白網絡結構，壓縮時不易受到破壞；而隨著發酵時間的進一步延長，面筋網絡結構破壞(表2)，導致馕餅抵抗受損、保持自身完整性的能力減弱[24]，即彈性和回復性減小。對比馕餅感官評分和質構特性數據可知，當發酵時間為1.0 h時馕餅的感官總分最高。

表5 發酵時間對馕質構品質的影響

2.6 發酵時間對馕餅感官評價的影響

對比不同發酵條件下馕餅的感官總分可知(表4)，隨著發酵時間的延長，馕餅的感官總分變化明顯，表現為先增加后減小的趨勢，其中發酵1.0 h時的感官總分最高。通過感官總分的變化規律可知，發酵可對馕餅的品質產生顯著影響，這是因為面團經發酵后(0～1.0 h)，酵母代謝產生的揮發性化合物(如烴類、醇類、醛類以及芳香族化合物)在焙烤過程中發生相互作用，以及焙烤過程中美拉德反應的發生[25]，使馕餅具有強的香味和金黃色的色澤，同時，隨著發酵時間的延長，足量的二氧化碳能夠使馕餅結構蓬松、氣孔均勻，且松軟適口，感官總分較高。但是發酵時間過長，面筋蛋白的網絡結構遭到酶解、酸及醇等代謝產物的破壞[26]，面團持氣性減弱，且越來越多的二氧化碳容易導致馕坯內部的氣孔連續液膜破裂，即蛋白質-淀粉基質形成的氣孔膜韌性不足，經受不住內部氣體的膨脹力，部分孔膜破裂或小氣孔合并成為較大氣孔，最終導致馕餅內部氣孔數量少且粗大，結構不均勻，局部過硬，易掉渣，感官總分減小。此外，面團的流變性主導氣泡聚結，將直接影響馕餅的體積和內部結構，從而導致馕餅感官評分的降低。

2.7 發酵面團加工特性和馕餅品質主成分分析

為了解不同發酵條件下馕餅面團的加工特性和馕餅品質變化規律，以及表征馕餅在發酵過程中面胚理化性質-面筋蛋白微觀結構-馕餅品質之間的關系，分析載荷圖(圖4)可知，馕餅的品質呈現出顯著的相關性，如馕餅的感官評分總得分與其彈性和形貌特征(如高徑比、比容、組織形態、色澤等)成顯著的正相關，與馕餅的硬度和咀嚼性呈負相關。馕餅的綜合品質與面胚的結合水含量呈顯著的正相關，即較高的結合水含量在一定程度上反映較高的馕餅品質，在發酵過程中，面胚中蛋白質分子的—COOH、—OH、—NH2等親水基團充分吸水，結合水含量增加，并通過分子間相互作用力形成穩定的面筋網絡，最終使得馕餅的品質提高。另一方面，面團的流變學性質(G′,G″)與馕餅的綜合品質表現出較強的相關性，即發酵能夠導致面團表現出高的彈性、黏性模量，有利于面筋蛋白形成緊密的網絡結構，使面團的穩定性提高，同時β-折疊含量也表現出類似的現象，其含量的提高可提升面筋的“筋力”，提升最終產品的品質。面團在發酵過程中，能夠通過面團水分分布、流變學特性、面筋蛋白微觀結構變化，來預測面團的面筋網絡結構的穩定性，從而能夠較好的預測最終馕餅的綜合品質。

圖4 不同發酵時間條件下馕品質相關參數主成分分析載荷圖

3 結論

面團發酵過程中，部分弱結合水轉變為強結合水和自由水，面筋蛋白內α-螺旋含量降低，無規則卷曲含量增加，β-折疊含量先上升后下降，而β-轉角呈先下降后上升趨勢。流變結果表明，發酵初期隨著發酵時間的延長，面團的彈性模量G′與黏性模量G″逐漸升高，面團穩定性、延展性增強，而當發酵時間超過1.0 h時，G′和G″逐漸降低，面筋網絡結構逐漸發生弱化。發酵時間為1.0 h時馕餅的比容、高徑比、質構特性和感官評分最高，與面團的加工特性變化相一致。主成分分析表明，面筋蛋白微觀結構、面團流變學性能與馕餅的品質特性具有顯著相關性，通過面團流變學性質能夠很好地預測馕餅的宏觀品質，可為馕餅的現代化加工和品質控制提供理論依據和技術支撐。后續將對面團發酵過程中面筋蛋白微觀結構變化進行重點研究，進一步探究α-螺和面筋網絡的內在聯系，為發酵食品的開發和利用提供借鑒。