海藻酸丙二醇酯對饅頭品質的影響研究

郭子璇，張秀巖，魏曉明，郇美麗?，惠 瀅，姜培彥

（1. 中糧營養健康研究院有限公司，營養健康與食品安全北京市重點實驗室，老年營養食品研究北京市工程實驗室，北京102209；2. 中糧糧谷控股有限公司，北京 100020；3. 中糧(鄭州)糧油工業有限公司，河南 鄭州 450016）

海藻酸丙二醇酯（PGA）是一種多糖衍生物，由天然海藻中提取的海藻酸深加工制成。由于存在酯化基團和葡萄糖醛酸基，PGA的親油性和親水性使其具有特殊的表面活性和乳化性，這表明它是改善面制品質地和穩定氣泡的潛在添加劑[1-2]。

由于PGA具有優良的增稠性、乳化性、膨化性和穩定性等特點，近幾年在食品領域中應用廣泛，前期在國外的應用較多，如在色拉醬、酸奶飲品中以增加其黏稠度[3-4]；改善了面團的流變性能和面包屑質量[5]。后期在國內被研究應用，比如降低面條的斷條率，改善面條質構與口感[6]。

目前根據國內相關法規標準的規定，PGA被允許添加至烘焙、飲料、發酵面制品等各類食品中。饅頭是我國配方簡單又極具代表性的發酵面制品，但是 PGA對于饅頭面團發酵特性缺乏研究，對于發酵制品的品質影響研究較少。因此，本研究以PGA純品為原料，研究小麥粉中不同濃度的PGA對面團流變性、微觀結構以及饅頭品質的影響。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

小麥粉：超市購買；PGA：青島明月海藻集團有限公司；酵母：安琪高活性低糖酵母。

1.2 儀器與設備

810153自動型粉質儀、803303電子型粘度儀、860704電子型拉伸儀：德國Brabender公司；KVC5100T凱伍德多功能攪面機：德龍(De'Longhi)集團；JMTD-168/140 試驗壓面機：東方孚德技術發展中心；SMG-20 單刀切片機、SMF-16醒發箱：無錫勝麥機械有限公司；LGJ-18C冷凍干燥機：北京四環科學儀器廠有限公司；TA.XT Plus質構儀：英國Stable Micro System公司；BSA124S萬分之一天平：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；流變儀：TA INSTRUMENTS DHR-1；JSM-IT800冷場發射掃描電子顯微鏡：日本電子株式會社。

1.3 實驗方法

1.3.1 粉質指標的測定

粉質特性的測定，參照GB/T 14614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。

1.3.2 拉伸指標的測定

拉伸特性的測定，參考GB/T 14615面團拉伸性能測定法 拉伸儀法。

1.3.3 糊化特性的測定

按照國家標準GB/T 14490 谷物及淀粉糊化特性測定法 粘度儀法。

1.3.4 面團的制作方法

將小麥粉樣品和 PGA混合成不同濃度 PGA樣品后，以小麥粉重量為基準加入52%的水、1%的酵母，機器攪打5 min成團后用壓面機軋12～15遍至光滑。

1.3.5 面團的微觀結構

參考皮俊翔[7]的方法，用掃描電鏡對凍干的面團切面進行噴金觀察。

1.3.6 面團發酵力的測定

取50 g面團放入100 mL量筒中，用圓柱體壓平至刻度為45 mL，保鮮膜蓋緊放入25 ℃保溫箱中，每隔15 min觀測并記錄面團最高點對應的量筒刻度。

1.3.7 饅頭的制作方法

饅頭制作方法參考LST3204—1993《饅頭用小麥粉》，并稍作修改。

1.3.8 饅頭白度測定方法

饅頭冷卻0.5～1 h后，使用手持色差儀測定饅頭表皮的L*、a*、b*值，根據公式計算其Hunter白度。

1.3.9 饅頭質構測定

饅頭冷卻1.5 h后，用單刀切片機將饅頭從中間切開，再從切開面處切出每片厚度為12.5 mm的兩片饅頭片。質構測試儀采用Φ36 mm的圓柱形平底探頭，測試方式選用TPA測試模式，觸發類型設置為“Auto”，觸發力設置為5 g，數據采集速率為 200 pps。測試時探頭的測前速度為 1 mm/s，測后速度為2 mm/s，保持時間為5 s，壓縮速度和壓縮程度分別設置為1 mm/s和50%。

1.3.10 面團流變特性的測定

參考吳迪等[8]的方法測定PGA添加量對面團樣品流變特性的影響。

1.3.11 饅頭比容、寬高比的測定

參考GB/T 21118小麥粉饅頭。

1.4 數據分析

參考劉通通等[9]的研究方法，感官評價以評價小組綜合評分的平均值作為饅頭品質評價實驗結果。其他理化實驗重復 3次，結果以平均值±標準偏差的方式表示。運用SPSS軟件進行相關性分析及回歸分析，采用Excel對數據進行繪圖處理。

2 結果與討論

2.1 PGA對小麥粉特性的影響

隨著PGA在小麥粉中添加量增加，小麥粉吸水率增加，面團形成時間、穩定時間先增加后減少，這是因為PGA分子中含有大量的親水基團，可通過氫鍵結合大量水分子；面筋蛋白中的氨基基團與 PGA中的陰離子基團通過靜電相互作用可形成復合物，降低了面筋蛋白的疏水性[10-13]，因此面團的吸水率隨著PGA添加量的增加而升高，當水膠體為 0.5%時，吸水率最高為 61.7%。由于PGA親水性比面筋蛋白親水性好，因此PGA優先吸附環境中的水；且PGA添加量越多，其吸水溶脹時間就越長，最終影響小麥粉中面筋蛋白網絡結構形成，使其形成網絡時間延長，又或是PGA優先吸附面團中的水，從而影響面筋蛋白網絡結構的形成，使其形成網絡的時間延長。面團穩定性的提主要是由于PGA具有較高增稠作用，在面團形成過程中，加入PGA可能加固面筋蛋白網絡結構強度，形成復雜體系，改善了面筋的網絡結構，從而提高了面團的穩定性。但當PGA過量加入時，可能會減少面筋蛋白數量，甚至破壞面筋蛋白質量，不利于面筋網絡形成。

表1 不同濃度PGA的小麥粉粉質數據Table 1 Flour quality data

由表2可知，隨著PGA添加量的增加，面團的拉伸曲線面積、延展度、拉伸阻力和拉伸比例呈現先增大后減小，拉伸阻力由518 BU增加至至597 BU，增加了近15%，拉伸面積先增加后減小，主要因為海藻酸丙二醇酯與蛋白、淀粉作用導致。面團的拉伸阻力會進一步對面團的流變學特性及其發酵特性產生深遠影響。

表2 小麥粉拉伸數據(45min)Table 2 Flour stretching data (45min)

PGA加入小麥粉中后，小麥粉的糊化粘度發生變化。表3結果顯示，隨著PGA添加量的增加，糊化溫度和最終粘度增加。較為可能的解釋是，直鏈淀粉溢出浸入到連續相時，水膠體與溶脹的淀粉顆粒或者浸出的直鏈淀粉之間發生相互作用，導致粘度增加。有文獻報道，添加水膠體降低了大米淀粉的峰值粘度和最終粘度，是由于阿拉伯樹膠的多支鏈結構和球狀形態，使其能夠穿插于水化淀粉分子之間，形成阻隔作用，妨礙淀粉分子間的鏈纏繞并減弱淀粉分子間氫鍵，導致峰值粘度和最終粘度的降低[14]，與本結果不符合。可能是因為PGA與其他水膠體不同，同時具有親水、親油基團的特性。PGA加入后，糊化溫度上升，主要是因為PGA與淀粉競爭性吸水或通過氫鍵結合，增強聚合物的熱穩定性，導致淀粉顆粒的膨脹延遲[14]。

表3 不同濃度海藻酸丙二醇酯的小麥粉粘度數據Table 3 Viscosity results of flour

隨著PGA添加量的增加，小麥粉的崩解值呈現逐漸先增加后降低的趨勢，這說明小麥粉加熱糊化的穩定性在低濃度的PGA條件下逐漸降低，在1 000～5 000 mg/L的PGA濃度區間里，小麥粉熱糊化的穩定性逐漸增加，可能會改善饅頭的粘口感。回生值先減小后增加的變化說明，低濃度的PGA添加會抑制回生，加入過多后的PGA后會加強回生。

2.2 面團微觀結構及其發酵特性

圖1是水合均勻的面團未發酵時在掃描電鏡下的微觀結構，結果顯示，加入PGA后形成的面團結構致密，且隨著PGA濃度的增加，面團孔洞減小、均勻度增加。圖2為面團發酵30 min時的切面圖，結果顯示水分孔洞隨著PGA濃度呈現兩種變化趨勢，低濃度下 PGA的面團膨發孔洞增加，當PGA濃度>1 000 mg/L后，醒發30 min的面團結構變得緊密，所以高濃度的PGA含量使面團結構更加致密，不利于面團的醒發。

圖1 發酵0 min面團的掃描電鏡圖（×1 000）Fig.1 SEM images of dough fermented for 0 min

彈性模量（G'）和黏性模量（G"）分別代表黏彈性體中的彈性成分、黏性成分。損耗角的正切值tanδ（G'/G"）反映體系的黏彈性大小，tanδ值越小說明體系黏性比例越大，流動性越強。由圖2可知，根據面團的G'大于G"，表明PGA的引入使得面團形成更接近固體的黏彈性凝膠。

圖2 發酵30 min面團的掃描電鏡圖（×500）Fig.2 Scanning electron microscope image of dough fermented for 30 min

由圖3可知，添加PGA影響小麥粉的動態黏彈性。與對照相比，添加 PGA后，面團的 G'和G"均減小，卻隨著 PGA質量分數的增加而逐漸增加。這說明低濃度的PGA添加量會發揮乳化劑的作用，使面團的彈性和粘性降低，隨著PGA添加量的增加，PGA開始發揮自己的凝膠特性，黏彈性增加。損耗角正切逐漸增加，表明面團的流動性減小，尤其當PGA的添加量為5 000 mg/L時，面團的流動性最小。所以在面團的拉伸特性中顯示，當PGA的添加量為5 000 mg/L時的面團的拉伸阻力增加，所以高劑量的PGA添加不利于面團的膨發。

圖3 面團的流變特性圖Fig.3 Rheological properties of dough

圖4為面團醒發過程中的面團體積曲線，因此，如上圖所示，隨著PGA添加量的增加，面團的體積增加速度略有變化。隨著PGA添加量的增加，面團在前45 min時的醒發速度基本無變化。在45～90 min的醒發時間里，當PGA添加量在0～1 000 mg/L區間時，發酵速度基本無變化。當PGA的添加濃度增加至 5 000 mg/L時，面團在45～90 min的發酵速度逐漸減緩。這說明小麥粉中添加低濃度的PGA（100～1 000 mg/L），對發酵面團的體積基本無影響；高濃度的PGA如≥5 000 mg/L，不利于面團的發酵，發酵面團體積減小。

圖4 面團發酵速度曲線圖Fig.4 Dough fermentation speed curves

2.3 饅頭品質變化

表4和圖5表示PGA濃度對饅頭色澤、比容和徑高比的影響，結果顯示小麥粉中添加5 000 mg/L以內的PGA時，高添加量對饅頭的光澤、白度、體積和挺立度產生明顯影響。當PGA的添加量在1 000 mg/L左右時，饅頭白度和挺立度增加，比容最大，這是由于親水性乳化劑還可以在水中形成層狀液晶相，與麥醇溶蛋白結合[13]，這種結構的形成允許氣室膨脹并有助于面團彈性，從而增加饅頭體積[15]。當小麥粉中的 PGA添加量大于1 000 mg/L時，由于面團結構過于致密，會導致饅頭光澤度增加、比容減小，饅頭的挺立度增加。

表4 饅頭的顏色Table 4 The color of steamed bread

圖5 饅頭比容與寬高比Fig.5 Specific volume and diameter-height ratio of steamed bread

表5～6代表不同濃度 PGA對饅頭口感的影響。表5是由質構儀測定的饅頭片的指標，結果表明，小麥粉中PGA的添加會對饅頭的質構產生較大影響。隨著饅頭樣品中的PGA濃度增加，饅頭硬度、咀嚼性、彈性增加，粘聚性基本無變化。且表6的感官評價結果表明，PGA對饅頭的滋味沒有不良影響，但是會增加饅頭的彈性和濕潤度。當PGA的添加量在500～1 000 mg/L時的整體喜好度較好，當PGA的添加量過高時，饅頭的咀嚼感過強，饅頭的整體喜好度降低。

表5 PGA對饅頭質構的影響Table 5 Effects of PGA on the texture of steamed bread

表6 饅頭感官評價項目及評分標準Table 6 Sensory evaluation items and scoring criteria for steamed bread

此感官評價結果與劉然然等[15-16]的研究結果相似，她發現PGA有助于提高面包的彈性，延緩貯藏期面包硬度和咀嚼性的降低，提升面包口感。因此，當小麥粉中的PGA濃度達到500～1 000 mg/L時，饅頭的蓬發度與挺立度最好。主要原因是PGA濃度在500 mg/L附近時，面團中的醇溶蛋白和淀粉通過氫鍵和疏水作用力形成了更為緊密的面團網絡結構[17-18]。氫鍵和靜電相互作用是PGA與麥醇溶蛋白之間的主要作用力[19-20]。圖3也證明了PGA的加入使面團變得更加致密，這種結構的形成助于氣室膨脹并有助于面團彈性，增加面團發酵時中的持氣效果[21-22]，從而增加饅頭體積。但當PGA添加量過高后，面團彈性增加，不利于氣室膨脹，因此，饅頭比容減小、硬度增加。因此當小麥粉中的PGA含量在500～1 000 mg/L時的饅頭表現最佳。

PGA會通過氫鍵及疏水作用力等與蛋白和淀粉進行交聯，形成面團后會反映到小麥粉的粉質、拉伸特性上，也會影響淀粉的糊化特性，同時掃描電鏡下觀測到的面團微觀結構也會發生變化，進而影響面團的流變學特性和發酵特性，最終影響饅頭品質。

3 結論

本實驗將不同濃度的PGA加入小麥粉后，測定小麥粉的糊化特性、面團的流變特性、微觀特性、饅頭白度、比容、質構等指標，發現PGA可以顯著增加小麥粉吸水率，增加面團拉伸曲線面積，增加延展度，改善饅頭的比容，增加饅頭硬度和咀嚼性。其中當PGA的添加量在500～1 000 mg/L時，饅頭的整體表現較好。通過測定糊化粘度變化、觀察面團微觀結構以及面團流變性實驗，間接證明 PGA對面團中的蛋白和淀粉交聯的促進作用，使面團結構更加緊密。此研究填補PGA在饅頭應用方面的空白，為PGA在饅頭實際生產加工中的應用提供了理論指導，拓展了新型乳化劑在發酵面制品中的應用。