王家寶 何 松 蘇子良 黃美鳳 楊 笛 余 寒 黃富強(qiáng) 何虹燕

(廣東廣益科技實業(yè)有限公司，廣東 東莞 523075)

全麥面包是全球眾多國家和地區(qū)的傳統(tǒng)烘焙食品，因含有小麥麩皮、胚芽，其營養(yǎng)和健康益處特點更加突出[1]。研究[2]指出，全麥粉可降低心血管病等疾病風(fēng)險，被認(rèn)為是營養(yǎng)健康食品。冷凍面團(tuán)技術(shù)是采用凍藏原理保藏面團(tuán)從而簡化門店制作面包工序的現(xiàn)代烘焙加工技術(shù)，運用冷凍面團(tuán)技術(shù)生產(chǎn)全麥面包可提高生產(chǎn)效率。但是面團(tuán)在冷凍過程中，游離水的結(jié)晶會破壞面筋結(jié)構(gòu)[3]，面筋蛋白被冰晶破壞后導(dǎo)致保留氣體能力差，造成面包比容減小[4]。

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是日本發(fā)酵食品納豆的主要成分之一，是通過枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的谷氨酸分子聚合物，在日本、韓國可作為天然的食品添加劑使用，是一種天然的生物抗凍劑[5]。此外，γ-PGA具有高吸水保濕性和生物可降解性[6]。時曉劍等[7]發(fā)現(xiàn)γ-PGA可以提高酵母的抗冷凍性，謝新華等[8]研究發(fā)現(xiàn)γ-PGA可減弱凍藏對面筋網(wǎng)絡(luò)的破壞，抑制蛋白二級結(jié)構(gòu)向不穩(wěn)定狀態(tài)的變化，改善面筋蛋白的凍藏穩(wěn)定性。冷凍全麥面團(tuán)受到冷凍冰晶刺穿面筋蛋白和麩皮稀釋面筋蛋白的雙重破壞，面團(tuán)若想保持良好的抗凍、發(fā)酵和入爐膨脹性能就需要添加抗凍劑。而工業(yè)化生產(chǎn)重視面粉持水率，因為面粉持水率的提高有助于增大面團(tuán)得率、節(jié)約成本，高保濕性添加劑可改良面粉持水、面團(tuán)品質(zhì)特性。曾有學(xué)者針對添加γ-PGA的面筋蛋白[9]和淀粉糊化[10]的變化進(jìn)行了探究，但是關(guān)于γ-PGA對模擬工業(yè)化生產(chǎn)工藝的冷凍全麥面團(tuán)和全麥面包烘焙特性的影響尚未見報道。試驗擬探索γ-PGA作為改良劑添加至冷凍全麥面團(tuán)中，并分析γ-PGA對冷凍全麥面團(tuán)面包烘焙品質(zhì)的影響，探究其在冷凍面團(tuán)應(yīng)用的工業(yè)潛力，為烘焙工業(yè)開發(fā)天然的食品添加劑提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 試驗材料

金焙全麥粉：廈門海嘉面粉有限公司；

白砂糖、食鹽：市售；

即發(fā)干酵母：樂斯福管理(上海)有限公司；

金味奶酥油：益海嘉里糧油公司；

復(fù)配防腐劑、食品用脫氧劑(30型)：廣益科技實業(yè)有限公司；

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)：普瑞斯生物有限公司；

抗壞血酸：東北制藥集團(tuán)股份有限公司；

雙乙酰酒石酸單雙甘油酯：巴斯夫(中國)有限公司；

YPD瓊脂：上海瑞楚生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

攪拌機(jī)：HSE-15型，恒威建億貿(mào)易有限公司；

壓面機(jī)：HS2252型，廣州浩勝食品機(jī)械設(shè)備有限公司；

醒發(fā)箱：SPC-40FP型，新麥機(jī)械(無錫)有限公司；

烤爐：SM2-523型，新麥機(jī)械(無錫)有限公司；

掃描儀：MX-M350U型，夏普商貿(mào)(中國)有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：EZ-SX100N型，日本島津公司；

水分測定儀：XY-100MW-A型，常州幸運電子設(shè)備有限公司；

正方體吐司模具：SN2180型，三能食品器具股份有限公司；

恒溫培養(yǎng)箱：LRH-250-HS型，韶關(guān)泰宏醫(yī)療器械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 全麥粉持水率測定 按不同添加量(0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%)將γ-PGA添加到3.0 g全麥粉中并混勻，然后加入到30 mL去離子水中，漩渦震蕩使其混勻，靜置2 h。4 000 r/min離心30 min，去上清液后稱重。按式(1)計算全麥粉的持水率。

(1)

式中：

CWH——全麥粉的持水率，%；

M——去上清液后濕面粉質(zhì)量，g；

m——全麥粉質(zhì)量，g。

1.2.2 面團(tuán)制作配方 全麥粉1 000 g，水650 g，干酵母20 g，白砂糖60 g，鹽15 g，起酥油30 g，抗壞血酸50 mg，雙乙酰酒石酸單雙甘油酯5 g，并分別按全麥粉質(zhì)量的0.0%，0.5%，1.0%和2.0%添加γ-PGA。

1.2.3 制作工藝 將原料(除黃油和鹽)放入攪拌機(jī)，慢速混合5 min，快速2 min，形成少量面筋。抹上黃油和鹽，慢速混合3 min，快速攪拌1 min至面筋擴(kuò)展。使用壓面整形機(jī)進(jìn)行壓面(5個來回)，壓成8 mm的厚度。將面團(tuán)分割成150 g/個，揉圓并排氣成型。覆蓋保鮮膜后于-40 ℃下速凍30 min。分別進(jìn)行恒溫凍藏和反復(fù)凍融，恒溫凍藏溫度為-18 ℃；反復(fù)凍融為-18 ℃下凍藏24 h，25 ℃ 下解凍60 min，循環(huán)5次。將每個面團(tuán)放入內(nèi)徑為75 mm×75 mm×75 mm的立方體吐司模具中，4 ℃ 冷藏解凍12 h，于35 ℃、相對濕度為75%的醒發(fā)箱發(fā)酵1.5 h，蓋上吐司蓋并放入烤爐(上火、下火溫度均為190 ℃)烘焙25 min。冷卻后的面包與脫氧劑一同放入聚偏二氯乙烯涂布聚丙烯(KOP)復(fù)合膜包裝袋中進(jìn)行封口包裝。

1.2.4 冷凍面團(tuán)酵母存活率測定 根據(jù)文獻(xiàn)[11]修改如下：將新鮮和凍藏的冷凍面團(tuán)從中心剪下1 g置于9 mL 0.85% 的無菌生理鹽水中，漩渦震蕩使其混勻。吸取1 mL 上清液進(jìn)行系列梯度稀釋，分別吸取100 μL稀釋液涂布于YPD平板中，30 ℃培養(yǎng)48 h。

1.2.5 面團(tuán)發(fā)酵高度測定 將150 g冷凍面團(tuán)放置于直徑為90 mm的圓底燒杯中，將面團(tuán)壓平覆蓋燒杯底部，于35 ℃、相對濕度為75%的醒發(fā)箱中發(fā)酵60 min后測量面團(tuán)高度。

1.2.6 面團(tuán)水分含量測定 凍藏面團(tuán)于4 ℃解凍12 h，從面團(tuán)中心稱取2～3 g，采用水分測定儀進(jìn)行測定。

1.2.7 全麥面包燒減率測定 根據(jù)文獻(xiàn)[12]的方法。

1.2.8 全麥面包比容測定 根據(jù)文獻(xiàn)[13]的方法。

1.2.9 質(zhì)構(gòu)分析 根據(jù)文獻(xiàn)[14]修改如下：將面包切成厚度為12 mm薄片，使用P/36探頭對中心的兩片面包進(jìn)行連續(xù)2次壓縮測試。測前速度1.0 mm/s，測試速度3.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮程度40%，測定面包硬度和回復(fù)性。

1.2.10 老化率分析 根據(jù)文獻(xiàn)[15]的方法。

1.2.11 面包截面結(jié)構(gòu)分析 面包切片后，以每英寸600個點掃描面包的橫截面圖像，采用Image J軟件選取面包掃描圖片中心40 mm×40 mm區(qū)域。通過閾值轉(zhuǎn)化法將灰度圖處理為二值圖。軟件可分辨的氣孔面積為0.01～100.00 mm2，分析氣孔面積分率和分形維數(shù)[16]。并定義氣孔面積1～100 mm2的為大型氣孔，大氣孔分率為圖像中的大型氣孔數(shù)與總氣孔數(shù)之比值。

1.2.12 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析和相關(guān)性分析，顯著差異水平取P<0.05；采用OriginPro 8.5軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析繪制；采用Image J軟件對圖像進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-聚谷氨酸對全麥粉持水率的影響

由圖1可知，全麥粉持水率隨γ-PGA添加量的增大而顯著增大，當(dāng)γ-PGA添加量為1.0%，1.5%時，全麥粉持水率由對照組的107%分別升高至117%，124%；當(dāng)γ-PGA 添加量為1.5%，2.0%時，二者的全麥粉持水率無顯著性差異，說明過高濃度的γ-PGA并不會繼續(xù)提高全麥粉持水率。有文獻(xiàn)[17]報道γ-PGA水凝膠的多袋狀結(jié)構(gòu)能吸收大于自身重量的水分，因此γ-PGA具有優(yōu)良的吸水性和保水性。謝新華等[9]向面筋蛋白中添加1.0%的γ-PGA，持水率比對照組提高了29%。

2.2 γ-聚谷氨酸對酵母存活率和面團(tuán)發(fā)酵高度的影響

2.2.1 酵母存活率 由圖2可知，酵母菌存活率隨γ-PGA 添加量的增大而提高，當(dāng)γ-PGA添加量為1.0%，2.0%時，二者的酵母存活率無顯著差異，均高達(dá)75%以上，而未添加γ-PGA的存活率僅為54%，說明γ-PGA可顯著提高酵母在全麥面團(tuán)凍藏過程的存活率，提高酵母抗凍能力。Lu等[18]研究發(fā)現(xiàn)同為聚氨基酸的ε-聚-L-賴氨酸可通過靜電相互作用與酵母細(xì)胞膜的陰離子成分結(jié)合，從而對酵母產(chǎn)生冷凍保護(hù)作用。丁姍姍等[19]也發(fā)現(xiàn)γ-PGA 具有較強(qiáng)的抗凍活性。Kumio等[5]研究表明加入γ-PGA后，酵母存活率顯著增加，但添加量超過1.0%后酵母存活率不再提高。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.2.2 面團(tuán)發(fā)酵高度 由圖2可知，不同γ-PGA添加量的全麥面團(tuán)的醒發(fā)發(fā)酵高度具有顯著差異，而發(fā)酵高度綜合反映了酵母發(fā)酵過程的產(chǎn)氣特性和面筋持氣穩(wěn)定性[20]。與未添加γ-PGA組相比，當(dāng)γ-PGA添加量為1.0% 時，其發(fā)酵高度增加了13.8%，說明γ-PGA可有效提高冷凍全麥面團(tuán)的發(fā)酵高度。Jia等[21]認(rèn)為這與酵母的死亡率有關(guān)，酵母死亡率越低，酵母活性越大，醒發(fā)能力越強(qiáng)。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，試驗的面團(tuán)醒發(fā)高度與酵母存活率呈正相關(guān)，其線性相關(guān)系數(shù)R2=0.992，說明全麥冷凍面團(tuán)中的酵母存活率越高，越有助于面團(tuán)發(fā)酵。這可能是因為γ-PGA通過對酵母的抗凍保護(hù)提高存活率從而改善冷凍面團(tuán)的發(fā)酵性能。

2.3 γ-聚谷氨酸對面團(tuán)含水量和燒減率的影響

2.3.1 面團(tuán)含水量 由表1可知，凍融循環(huán)的全麥面團(tuán)水分含量基本上比恒溫凍藏的有所下降。Xu等[22]發(fā)現(xiàn)面團(tuán)經(jīng)凍融循環(huán)后，持水能力顯著降低(P<0.05)。凍融循環(huán)中，冰晶生長和再結(jié)晶可能會引起面筋網(wǎng)絡(luò)變?nèi)酰址植及l(fā)生變化，水分遷移并流失。含有γ-PGA的冷凍全麥面團(tuán)比對照組具有更高的水分含量，可能與γ-PGA提高全麥粉持水量有關(guān)。此外，γ-PGA的親水基團(tuán)與水分子形成氫鍵從而抑制冰晶形成，具有良好的抗凍活性[23]，從而保護(hù)面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和持水能力。

2.3.2 燒減率 燒減率是表示烘焙食品在加熱情況下的水分損失百分比，水分損失的程度是評價烘焙工藝和產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。由表1可知，添加γ-PGA有助于減小燒減率，有助于保持烘焙后的面包濕潤程度；恒溫凍藏組，添加2.0%γ-PGA可使燒減率從對照組的10.9% 下降至9.6%。結(jié)合面團(tuán)含水量和燒減率，凍藏過程持水性的改善說明面團(tuán)面筋結(jié)構(gòu)保持得好，從而表現(xiàn)在烘焙過程中燒減率下降。凍融循環(huán)組的全麥面團(tuán)燒減率明顯高于恒溫凍藏組，這與凍融循環(huán)使得面筋網(wǎng)絡(luò)被冰晶破壞造成烘焙過程中面團(tuán)持水能力下降有關(guān)，進(jìn)而在烘焙過程中更易損失水分。

表1 γ-聚谷氨酸對面團(tuán)含水量和燒減率的影響?

2.4 γ-聚谷氨酸對全麥面包烘焙特性的影響

2.4.1 比容 由圖3可知，面團(tuán)冷凍貯藏造成酵母活力和面筋質(zhì)量下降，反復(fù)凍融循環(huán)更是加劇了這些變化，導(dǎo)致面團(tuán)醒發(fā)速度慢、面包比容小。與未添加γ-PGA組相比，添加γ-PGA后，恒溫凍藏組和凍融循環(huán)組的比容顯著增大，是因為γ-PGA提高了酵母存活率，增大了產(chǎn)氣量使全麥面團(tuán)醒發(fā)高度上升，比容增大。當(dāng)γ-PGA添加量<1.0%時，全麥面包比容隨γ-PGA添加量的增大而增大，與Shyu等[24]的研究結(jié)果相似；當(dāng)γ-PGA添加量為2.0% 時，面包比容呈減小趨勢，可能是因為2.0%的添加量對全麥面團(tuán)的黏彈特性產(chǎn)生影響，導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)黏，反而難以在揉面操作過程中成型，以及黏性過高影響面團(tuán)在烤爐內(nèi)受熱膨脹。相同γ-PGA添加量下，凍融循環(huán)組的比容比恒溫凍藏組的小，是因為反復(fù)凍融過程中冰晶的再生長和重結(jié)晶程度更深，造成了面筋蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的破壞[25]。

2.4.2 面包芯結(jié)構(gòu) 氣孔面積分率(AF)越大，說明體系的持氣能力和穩(wěn)定性越好，添加γ-PGA可提高面包的AF值。一方面，γ-PGA可能改善酵母菌的存活率，增加面團(tuán)產(chǎn)氣量；另一方面，γ-PGA可改善面團(tuán)的乳化特性[26]，從而提高面團(tuán)持氣量，乳化作用使得面團(tuán)中的氣泡在醒發(fā)過程中擴(kuò)展，最終表現(xiàn)為提高面包的氣相面積分率。

由表2、圖4可知，當(dāng)γ-PGA添加量為1.0%時，恒溫凍藏組面包出現(xiàn)不均勻的氣孔和一些大的氣孔，大氣孔分率顯著提高(P<0.05)；分形維數(shù)隨γ-PGA添加量的增大而增大。圖像的分形維數(shù)表征圖形的復(fù)雜性，分形維數(shù)越大表示氣孔變形程度越大[27]。添加γ-PGA導(dǎo)致形成大氣孔分率和分形維數(shù)變大的原因可能是由于氣泡失穩(wěn)，氣泡歧化是由于較小的氣泡收縮或不生長，而較大的氣泡生長更快。小氣泡的拉普拉斯壓力較高，會遷移、聚結(jié)成較大氣泡[28]。γ-PGA的高黏性雖然有助于保持面團(tuán)的持氣量，但無法阻止氣體的遷移，形成的小氣泡會發(fā)生歧化、聚結(jié)成大氣泡，因此導(dǎo)致添加較多γ-PGA的全麥面包芯存在更多的大氣孔。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.4.3 質(zhì)構(gòu) 硬度越低說明面包口感越軟。由表3可知，添加1.0%的γ-PGA可顯著減小面包硬度。面包的柔軟度與比容有關(guān)，良好的面團(tuán)結(jié)構(gòu)和適量的大氣泡能增大烘焙后的面包比容，促進(jìn)更松軟的面包結(jié)構(gòu)?；貜?fù)性與面包品質(zhì)呈正相關(guān)[29]，當(dāng)γ-PGA添加量<1.0%時，全麥面包回復(fù)性無顯著性差異，但2.0%添加量的回復(fù)性顯著減小，不利于面包貯藏、運輸過程中受壓力變形的恢復(fù)。綜上，添加1.0%的γ-聚谷氨酸對全麥面包質(zhì)構(gòu)品質(zhì)具有改善作用。

2.5 γ-聚谷氨酸對面包老化的影響

面包硬度增加的程度是評價老化速度的重要指標(biāo)[30]。由表3可知，貯藏期間面包芯硬度有著不同程度的增加。貯藏3 d后，恒溫凍藏組的硬度小于對應(yīng)的凍融循環(huán)組。由于各組全麥面包初始硬度不同，老化率可更客觀描述貯藏過程中硬度的變化速度。貯藏3 d后，當(dāng)γ-PGA添加量為0.0%時，凍融循環(huán)組和恒溫凍藏組的全麥面包老化率分別為3.36，2.67 N/d，當(dāng)γ-PGA添加量為1.0% 時，凍融循環(huán)組和恒溫凍藏組的全麥面包老化率顯著降低(P<0.05)，分別為1.36，1.19 N/d，說明γ-PGA具有抗老化效果。這可能是因為γ-PGA與淀粉分子形成氫鍵，阻礙了淀粉分子內(nèi)氫鍵的形成[31]，減弱了全麥粉淀粉的重結(jié)晶，從而延緩老化。

圖4 恒溫凍藏面包芯成像解析圖

表2 γ-聚谷氨酸對面包芯結(jié)構(gòu)的影響?

表3 γ-聚谷氨酸對面包質(zhì)構(gòu)和老化率的影響?

3 結(jié)論

研究表明，恒溫凍藏和反復(fù)凍融循環(huán)過程中，添加γ-聚谷氨酸有助于改善全麥面團(tuán)的抗凍、發(fā)酵流變和全麥面包的烘焙品質(zhì)、抗老化特性，且γ-聚谷氨酸的最優(yōu)添加量為1.0%。添加1.0%的γ-聚谷氨酸可使全麥粉持水率由對照組的107%升高至117%，全麥冷凍面團(tuán)發(fā)酵高度增加了13.8%，改善了面團(tuán)持氣穩(wěn)定性；γ-聚谷氨酸可增大面包比容，改善面包芯結(jié)構(gòu)，添加1%的γ-聚谷氨酸可提高面包切面的氣孔面積分率和分形維數(shù)，形成較大氣孔，保持全麥面包柔軟，顯著降低全麥面包的老化速率。綜上，γ-聚谷氨酸作為抗凍保濕改良劑，可改善全麥冷凍面團(tuán)質(zhì)量和全麥面包烘焙特性。試驗中添加γ-聚谷氨酸因增稠作用導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)黏，后續(xù)可考慮引入谷朊粉對面團(tuán)操作性和全麥粉面筋品質(zhì)進(jìn)行改善。

致謝：感謝廈門海嘉面粉有限公司提供金焙全麥粉和交流指導(dǎo)。