淀粉組分、性質對面團及饅頭品質的影響

宋安琪,林江濤,宋喜雅,王瑞,岳清華

(河南工業大學 糧油食品學院,河南 鄭州,450000)

淀粉占小麥粉的70%～75%,與蛋白相互作用共同促進面團網絡結構的形成[1],其結構及特性對面粉的品質有著十分重要的影響。淀粉的結構差異是造成其特性不同的根本因素。近年來,對淀粉分子和顆粒結構如何影響其性質的探究不斷加深,SHEN等[2]研究認為大米淀粉的結晶結構、有序分子結構及聚集體結構同消化、質構等特性具有協同作用。也有學者發現淀粉直支比、顆粒形態、支鏈淀粉精細結構、破損淀粉含量等與其水合、溶脹、溶解特性相關[3-4]。然而,淀粉的多樣結構對其性質的影響是極其復雜的,單一的淀粉結構不能決定其性質,對此還需更深入的了解。

面團制作是加工生產各類面制品的首要步驟,其品質受淀粉性質的直接影響。目前大部分研究聚焦于以小麥粉為基礎按比例添加某些物質[5-6]或其他淀粉直接與谷朊粉復配[7-8],而缺乏分離面粉組分再進行復配重組以探究淀粉-面團-饅頭三者關系的相關研究,但這對于面制品的品質調控也極其重要。

本文旨在研究淀粉結構、性質對面團及饅頭品質的影響,從而為淀粉工業應用進一步精細化和多樣化提供幫助,提高面團加工性能和饅頭食用品質。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雪晶小麥粉,五得利面粉集團有限公司;玉米淀粉,玉峰實業集團有限公司;馬鈴薯淀粉,哈爾濱鑫永耀食品有限公司;木薯淀粉,P.V.D.INTERNATIONAL CO., LTD.;豌豆淀粉,宿州市皖神面制品有限公司;小麥淀粉,自制;酵母,安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設備

NKT2010-L型全自動激光粒度分析儀,山東耐克特分析儀器有限公司;SDmatic破損淀粉測定儀,法國CHOPIN公司;CR-410型色彩色差儀,日本柯尼卡美能達公司;810152型粉質儀,德國Brabender公司;TZ-XT Plus型質構儀,英國Stable Micro System公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 面粉中淀粉與蛋白的分離及重組粉的制備

面粉組分的分離:參照面團法[9],進行提取分離。

重組粉的制備:經過預試驗,小麥面粉中面筋蛋白與淀粉的質量比經折算為14.2∶85.8,為探究面粉中淀粉組分的影響,本研究所有混合粉均模擬面粉中面筋蛋白與淀粉的比例按干基進行配粉。其中,A:原面粉;B:小麥淀粉重組粉;C:玉米淀粉重組粉;D:木薯淀粉重組粉;E:豌豆淀粉重組粉;F:馬鈴薯淀粉重組粉。

1.3.2 面粉與混合粉的基礎指標測定

蛋白質含量測定參照GB 5009.5—2016中的凱式定氮法;

濕面筋質量測定參照LS/T 6102—1995中的面筋指數法;

總淀粉含量測定參照GB 5009.9—2016中的旋光法。

1.3.3 淀粉樣品的基本理化性質測定

1.3.3.1 淀粉粒度測定

采用NKT2010-L型全自動激光粒度分析儀測定不同淀粉粒度組成。

1.3.3.2 破損淀粉含量測定

使用SDmatic破損淀粉測定儀進行測定。

1.3.3.3 淀粉持水性、溶解度、膨脹度測定

1.3.4 面粉和重組粉粉質特性測定

根據GB/T 14614—2019中的粉質儀法,進行粉質特性測定。

1.3.5 面粉和重組粉拉伸特性測定

取20 g面粉/重組粉,按粉質吸水率的76%進行加水制成面團,保鮮膜包裹,室溫醒發15 min。醒發后面團置于模具內壓緊,制成長條,于質構儀上用A/KIE探頭進行拉伸測試。測試條件:測前速度:2.0 mm/s;測試速度:3.3 mm/s;測后速度:10.0 mm/s;應變位移:50.0 mm;引發類型:自動;引發力:5.0 g。

1.3.6 饅頭制作及相關品質指標測定

1.3.6.1 饅頭制作

饅頭制作工藝流程如下:

預混→和面(水添加量按照粉質吸水率的76%,酵母添加量0.8%)→成型→發酵→蒸制→冷卻(1 h)

1.3.6.1 饅頭寬高比測定

冷卻好的饅頭用游標卡尺測量其高度和直徑,取其比值。

1.3.6.2 饅頭比容測定

使用小米置換法進行比容測定。

1.3.6.3 饅頭色澤測定

將冷卻后的饅頭用切片機切片(厚度:15 mm),使用色差儀取中間3片進行色澤測定。

1.3.6.4 饅頭芯孔隙分析

將切好的饅頭片平放于同一位置桌面上,拍照。

1.3.6.5 饅頭質構特性測定

采用質構儀對中間3片進行測定,探頭為P/36R測定標準探頭。測試參數:測前速度:3 mm/s;測試速度:1 mm/s;測后速度:1 mm/s;壓縮比:50%;停留時間5 s;引發類型:自動;引發力:5 g。

1.4 數據處理與分析

進行2次及以上平行實驗,使用Excel統計數據,采用Origin 2018進行圖表繪制,采用SPSS軟件對數據進行顯著性分析,樣品間存在顯著性差異(P<0.05)時用不同小寫字母表示,結果以“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 原料粉、重組粉基礎理化指標分析

各樣品的基本指標見表1。原面粉中淀粉含量為70.03%,蛋白含量10.26%,從原面粉中洗出的面筋蛋白含量90.05%。考慮到原面粉中淀粉與蛋白比例及自制面筋蛋白的純度,最終按照面筋蛋白與淀粉質量比為14.2∶85.8(以干基計)進行配粉。重組粉F的灰分含量最高,為0.298%,E的灰分含量最低。

表1 原粉及重組粉的基本理化指標測定Table 1 Determination of basic physical and chemical indexes of raw powder and reconstituted powder

重組粉的濕面筋含量比原面粉高17%左右,可能是因為在面粉分離重組的過程中,損失了可溶性蛋白,導致重組粉中的蛋白絕大部分是面筋蛋白即麥醇溶蛋白和麥谷蛋白。濕面筋含量對饅頭品質有較大影響,一般認為在28%～34%為佳,此時蒸制的饅頭整體評分高,體積和比容大,彈性好,孔隙小而均勻,這與原粉蒸制的饅頭品質高于5種重組粉所制饅頭的結果一致。重組粉C、D、E、F比重組粉B的濕面筋含量略有上升,但面筋指數大幅度下降了25%～40%,說明淀粉對面筋質量的影響顯著且面筋質量與面筋含量之間并無顯著的相關性,可能是小麥淀粉可以更均勻分布于面筋網絡之間,而其他4種淀粉與蛋白之間的相互作用如氫鍵、疏水相互作用等[11]一定程度上阻礙淀粉與蛋白結合,影響面筋網絡的形成,造成面筋結構稀疏、斷裂,從而使面筋質量下降。重組粉D的破損淀粉含量最高,C的破損淀粉含量最低。

2.2 淀粉粒徑分布

淀粉粒度對其本身的加工性能和制品品質有顯著影響,主要是因為粒度會影響淀粉粒的分子結構,進而影響其糊化、老化、凝膠等性質和消化、水解、溶解、乳化等反應活性、表面特性[12]。由表2可知,小麥淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉、豌豆淀粉的粒度差異較小,累計粒度分布數達到90%時所對應的粒徑在20～35 μm,馬鈴薯淀粉粒度最大,平均粒徑是其他淀粉粒徑的1.6～2.6倍。本研究測得的淀粉粒徑由大到小:馬鈴薯淀粉、豌豆淀粉、小麥淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉,與盧丹妮[13]測定的結果一致。

表2 淀粉的粒徑分布Table 2 Particle size distribution of starch

2.3 淀粉持水力、溶解度、膨脹度

淀粉的溶解度表征了淀粉結構的穩定程度及耐熱性,膨脹度顯示了結晶區與非結晶區中直、支鏈淀粉的結合程度[14]。不同淀粉的持水力、溶解度及膨脹度特性見表3。小麥淀粉的溶解度最高,為1.34%,表明小麥淀粉的穩定性及耐熱性更弱,淀粉結構更易瓦解。一般膨脹度越高的淀粉,蒸出的饅頭越光滑有彈性。除木薯淀粉外,其他3種淀粉的膨脹度都高于小麥淀粉,其中馬鈴薯淀粉膨脹度最高,為206.78%,表明馬鈴薯淀粉的分子間鍵的結合能力最弱,膨脹能力最強[13]。CHEN等[15]在研究中發現膨脹度和溶解度隨著淀粉粒度的增大而減小,而本研究測得的馬鈴薯淀粉粒度最大,但其膨脹度卻大于其他4種淀粉,溶解度為0.27%大于玉米淀粉和豌豆淀粉,造成此差異的原因不僅與研究方法的不同有關,也有可能與淀粉的來源、結構、組成、分級效果等因素相關。淀粉的持水能力與淀粉顆粒的大小、結構的緊密程度以及含有的親水基團有關[15-16]。其中馬鈴薯淀粉的持水力最高,可能是由于馬鈴薯淀粉顆粒較大,且所含的磷酸基團使其與水的結合作用更強導致[16]。

表3 淀粉的持水力、膨脹度及溶解度Table 3 Water holding capacity, expansion, and solubility of starch

2.4 重組粉粉質特性

粉質儀是判定面粉筋力強弱從而確定面粉用途的重要儀器之一,通過分析粉質曲線得出反映面粉粉質的重要指標。由表4可知,重組粉C、D、E的吸水率較高,F吸水率最低,可能因為淀粉的粒徑大小不同使其與水的接觸面積不同,淀粉間的持水性也存在差異引起。與原面粉相比,由于面筋蛋白重新提取凍干研磨后質量變差,重組粉B的穩定時間及形成時間有明顯縮短,弱化度增大。重組粉F的穩定時間與原粉接近,可能由于馬鈴薯淀粉的持水力和膨脹度較高,在充分攪拌的情況下,較其他淀粉更易吸水膨脹,使其具有一定的黏著性,更有利于面團的穩定[17],然而由于其親水性較強,在吸水膨脹的過程中水分與面筋蛋白的反應減少,面筋蛋白被稀釋,面筋網絡結構的擴展受到阻礙,使面團出現了弱化現象;重組粉E、F的形成時間較重組粉B明顯增加,而重組粉C、D的形成時間有所縮短;除重組粉F外,其他3種重組粉的弱化度均有所上升。

表4 原粉及重組粉的粉質特性測定Table 4 Determination of powder properties of raw powder and reconstituted powder

2.5 重組粉拉伸特性

質構儀中面團拉伸測定系統主要用于測定面團的拉伸強度以及延展性,延伸度關系到面團的成型能力,影響到面團的醒發體積;拉伸阻力是判斷面團保持CO2氣體,維持面團體積能力大小的重要指標。由圖1可知,與原面粉相比,由重組粉B制得的面團所測的拉伸阻力遠高于原面粉,而延伸度有所下降,說明只含淀粉和面筋蛋白的重組粉形成的面團硬度過高,面團在發酵膨脹的過程中受阻,導致面團起發困難,面團加工性能變差,這可能由于原粉在分離過程中損失了酶、脂質和半纖維素等物質,雖然這些組分含量較低,但對面團的粉質拉伸等特性存在影響[18-19]。其他4種淀粉的重組粉與重組粉B相比,拉伸阻力更低,但延伸度更高,表明替換淀粉后,面團的彈性、硬度下降,筋力變弱,延伸性變好,但可能導致面團醒發時的持氣性下降,醒發面團更易塌癟。

圖1 原面粉及不同淀粉重組粉的面團拉伸特性Fig.1 Dough tensile properties of raw flour and different starch recombination powders

2.6 不同淀粉對重組粉所制饅頭品質的影響

2.6.1 不同淀粉對饅頭比容、寬高比的影響

饅頭比容是評價饅頭品質的一項重要指標,可以反映面團體積膨脹的程度及保持能力,同時反映粉的質量。6種饅頭樣品的比容和寬高比如圖2所示。重組粉C、D、E、F制得饅頭與重組粉B相比,比容更低,可能是由于不同淀粉的結構、直支比、吸水性等加工特性之間存在差異導致,另外重組粉C、D、E、F中的破損淀粉含量較少,在發酵過程中面團產生的糖分較少,酵母產氣不足,影響發酵造成饅頭比容較小。

圖2 原面粉及不同淀粉重組粉饅頭的比容和寬高比Fig.2 Specific volume and width to height ratio of raw flour and different starch reconstituted flour steamed bread

品質好的饅頭要求外觀對稱、飽滿、挺立,而挺立程度一般用饅頭的寬高比進行衡量,寬高比≤1.40評分最高。重組粉C、D、E、F的寬高比與重組粉B相比有所增大,重組粉C、E、F所制饅頭的寬高比相近,均較高。研究表明饅頭在蒸制過程中,橫向、豎向均勻增長,但寬高比結果顯示,這3種重組粉揉制的面團在醒發過程中,酵母的發酵以及面團的持氣受阻,導致面團的豎向擴張受到影響。從比容、寬高比兩者綜合來看,淀粉替換后,對面團的持氣力均有影響。

2.6.2 不同淀粉對饅頭色澤的影響

對6種饅頭樣品的色澤進行測定,結果如表5所示。與重組粉B相比,其他4種的L*值較低,其中重組粉E的L*值與小麥淀粉的最接近;除重組粉E的a*值較重組粉B更低外,其他3種重組粉的a*值都更高,其中C最高,說明此饅頭芯偏紅,可能是淀粉中的色素和氧化酶含量較高造成的;重組粉E的b*值與重組粉B相似,重組粉D的b*值最高。總體來說,重組粉D蒸制的饅頭,色澤最暗,且偏黃,顏色品質較差。這與CHEN等[20]的研究結果相似,可能是因為木薯淀粉中支鏈淀粉含量較高,增強了蛋白質的分子間相互作用,造成游離氨基的丟失,促進其發生變色反應[21]。不同淀粉對饅頭色澤的影響,不僅與淀粉本身的色澤有關,還可能與不同淀粉的結構、特性有關[22]。

表5 原面粉及不同淀粉重組粉饅頭的色澤變化Table 5 Color change of steamed bread with original flour and different starch recombination flour

2.6.3 不同淀粉對饅頭質構的影響

饅頭的質構參數可以客觀的判斷饅頭的品質。由表6可看出,重組粉C、E、F饅頭的硬度、膠著性、咀嚼性以及彈性、回復性均高于重組粉B,說明重組粉C、E、F制的饅頭受壓縮所需的力較大,咀嚼成吞咽狀態時所需能量較大,其中重組粉E饅頭的硬度、膠著性、咀嚼性和彈性最高。重組粉D饅頭的黏度、內聚性最大,重組粉C饅頭的回復性最好,說明這2種重組粉所制饅頭的內部較緊密,抗外界破壞和饅頭韌性較強。

表6 原面粉及不同淀粉重組粉饅頭的質構特性Table 6 Texture characteristics of raw flour and different starch reconstituted flour steamed bread

破損淀粉含量與饅頭的硬度[23]、黏度、彈性、膠著性、回復性、咀嚼性均存在一定負相關的關系,這與LEN等[24]的研究結果相似。可能因為破損淀粉含量適當時,可為酵母生長提供養分,提高其產氣能力,但破損淀粉對淀粉酶具有一定的敏感性,含量過高,會導致面團發酵時產生大量的麥芽糖和糊精,使面團內心質地太軟而無法支撐較大體積,出現塌架、收縮等問題,進而影響饅頭質構[25]。

2.6.4 不同淀粉對饅頭表觀及內部孔隙的影響

重組粉B制作的饅頭與原粉相比,孔隙分布不均勻且更小,出現了皮層分離現象,可能是因為重組粉中除淀粉、蛋白外缺乏α-淀粉酶、戊聚糖等其他物質,這些物質對改善饅頭結構、均勻氣孔等方面具有一定作用。原面粉能夠形成更好的面筋網絡結構,在醒發過程中,具有更好的延伸性和持氣性,具有更均勻的孔隙結構。重組粉中,其他4種淀粉制得饅頭的孔隙數量及大小均下降,說明替換淀粉后,面筋網絡形成受到影響,面團的持氣性下降,面團拉伸阻力較大,導致不易發起。

除木薯淀粉重組粉制作的饅頭外,其他饅頭的表面均較光滑,木薯淀粉制作饅頭,表皮出現明顯皺縮;原面粉與重組粉B制作的饅頭表皮色澤,光滑程度相似,重組粉C、E、F表面都更加光滑。總體來看,木薯淀粉制作的饅頭品質最差。

3 結論

淀粉粒徑、破損淀粉含量對面團粉質拉伸特性、面筋網絡的形成及筋力的強弱有一定影響。馬鈴薯淀粉因其較大的淀粉顆粒、持水力以及易膨脹的特性使重組粉面團更穩定,粉質特性更接近原粉。重組粉饅頭的比容降低,面團發酵、均勻擴張受到影響,內部色澤普遍變暗,這與淀粉的持水力和溶解度有關。重組粉蒸制的饅頭硬度、膠著性、咀嚼性以及彈性、回復性較高,與破損淀粉含量和淀粉的膨脹度有關。與小麥淀粉重組粉相比,其他重組粉饅頭內部孔隙較小,木薯重組粉蒸制的饅頭表面出現明顯皺縮,其余表面光滑。總體來看,除小麥淀粉重組粉外,馬鈴薯淀粉重組粉制作的饅頭較好,可成為饅頭蒸制的又一原料選擇,木薯淀粉重組粉制作的饅頭品質最差。此外由于淀粉結構十分復雜,在未來還需進一步探究其對性質的綜合影響。