王建芳,趙俊梅,李毅麗,高 山,牟德華,*

(1.河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,河北石家莊 050018; 2.河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北石家莊 050026; 3.河北省焙烤食品加工技術(shù)創(chuàng)新中心,河北石家莊 051130)

燕麥(AvenasativaL.)是人類八大糧食作物之一[1],其產(chǎn)量在世界糧食產(chǎn)量中居第六位[2]。燕麥及燕麥制品可降低患各種疾病的風險,因此已經(jīng)被大家公認為現(xiàn)代健康食品之一。燕麥的功能得益于其含有β-葡聚糖、維生素E和總酚等生物活性物質(zhì)。食用燕麥制品可降低血清膽固醇,降低心血管疾病的風險,并防御癌癥、糖尿病和胃腸道疾病[3]。因此,開發(fā)相關(guān)的燕麥制品對提高人們健康水平具有重要意義。燕麥粉和小麥粉混合使用可以實現(xiàn)營養(yǎng)和加工性能互補,尤其是制作各類主食加工食品[4]。但是,燕麥粉的缺點是支鏈淀粉多,不含面筋蛋白,不易形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),加入小麥粉中會影響面團的粘彈性、韌性和延伸性[5],降低面團的加工特性[6]。

相關(guān)研究表明,改良劑可以改善面團的品質(zhì)。陳前等[7]研究了不同濃度瓜爾豆膠對35%馬鈴薯小麥粉混合面團質(zhì)構(gòu)和流變特性的影響,結(jié)果表明瓜爾豆膠有效降低了混合面團的硬度,改善了面團的粘彈性和拉伸性;王雷明[8]研究了五種膠體、四種蛋白、四種酶制劑和復(fù)配添加物對全燕麥粉的粉質(zhì)、流變、粘度特性的影響;Calle等[9]研究蛋白酶、淀粉酶和水膠體對芋頭粉面包質(zhì)構(gòu)特性以及淀粉消化率的影響,發(fā)現(xiàn)不同類型的蛋白酶對面團改善效果不同,堿性蛋白酶降低了面團硬度且增加了面包體積;Motta等[10]以小麥面團為對照,在小米面團中加入黃原膠、瓜爾豆膠和海藻酸鈉,研究不同面團的流變、色澤以及質(zhì)構(gòu)特性,發(fā)現(xiàn)加入黃原膠的小米面團的品質(zhì)更接近小麥面團,表明相比于其他膠體,黃原膠對小米面團有更好的改良效果;Collar等[11]研究表明淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶具有協(xié)同作用,對面團及面包的質(zhì)構(gòu)和感官特性有顯著的改善效果,但這種效果在白面包中比在全麥面包中表現(xiàn)更突出;Tebben等[12]的綜述中提到同類型和不同類型改良劑混合使用對面團影響的研究仍然需要進一步探索。雖然目前酶和黃原膠改善面團及成品品質(zhì)的文章很多,但是淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶結(jié)合使用以及兩種酶和黃原膠的混合使用的報道較為鮮見,因此,本文的實驗設(shè)計正是彌補了這方面研究的空缺。

為改善20%燕麥小麥混合粉面團的品質(zhì),本文研究相同酶活(3 U/g)的條件下,單一酶(淀粉酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶)、混合酶(淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶結(jié)合使用)、酶和水膠體結(jié)合使用(淀粉酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶以及黃原膠混合使用)對混合面團流變特性的影響,探究其對混合面團的改良效果,為開發(fā)新型燕麥產(chǎn)品提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香滿園中筋小麥粉(每100 g小麥粉含蛋白質(zhì)11.0 g,脂肪1.6 g,碳水化合物73.5 g) 益海嘉里食品工業(yè)有限公司;燕麥 河北省主栽品種“026”;燕山高活性干酵母 河北馬利食品有限公司;淀粉酶(≥20000 U/g) 河南萬邦實業(yè)有限公司;谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(100 U/g)、黃原膠 上海源葉生物科技有限公司。

TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems有限公司;HAAKE Mars 40高級旋轉(zhuǎn)流變儀 賽默飛世爾科技有限公司;CR-400色差儀 東莞榮東(日本柯尼卡美能達中國地區(qū)指定代理)有限公司;MUM54A00針式和面機 羅伯特·博世有限公司;JFZS350型數(shù)控調(diào)試型粉質(zhì)儀 菏澤衡通實驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 對照組面團的制備 參考表1中的方案F1,稱取200 g小麥粉,3 g酵母,加入100 g水,和面機調(diào)到1檔攪拌10 min,再調(diào)到4檔和面20 min,混合均勻至無生粉夾雜,將面團用保鮮膜包裹好放入醒發(fā)箱于35 ℃下醒發(fā)1 h后,取出備用;參考表1中方案F2,稱取160 g小麥粉,40 g燕麥粉,3 g酵母,加入100 g水,和面機調(diào)到1檔攪拌10 min,再調(diào)到4檔和面20 min,混合均勻至無生粉夾雜,將面團用保鮮膜包裹好放入醒發(fā)箱于35 ℃下醒發(fā)1 h后,取出備用。

表1 小麥-燕麥混合粉面團配方Table 1 Recipes of wheat-oat mixed flour dough

1.2.2 不同方案混合面團制備 按照表1中方案F3、F4、F5及F6,稱取原料相應(yīng)的克數(shù),淀粉酶和谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶在45 ℃的水中提前活化,和面方式同1.2.1。食品添加劑的用量范圍參照GB 2760-2014《食品添加劑使用標準》[13]。

1.2.3 面團粉質(zhì)特性測定 參考GB/T 14614-2019《小麥粉面團的物理特性 吸水量和流變特性的測定 粉質(zhì)儀法》,取不同方案的溫度為25～30 ℃的混合粉,按其各自水分含量稱相應(yīng)的質(zhì)量,精確至0.1 g,應(yīng)用公式為m=25800/(100-H),m為樣品的質(zhì)量,H為樣品的水分(利用水分測定儀測定),用JFZS350型數(shù)控調(diào)試型粉質(zhì)儀測定面團稠度隨時間變化的曲線,并得出表征面團粉質(zhì)特性的主要特征值[14]。

1.2.4 面團質(zhì)構(gòu)特性測定 參考陳前等[7]的方法并稍作修改,取30 g醒發(fā)好的面團,制成3 cm×3 cm×3 cm的正方體,使用質(zhì)構(gòu)儀對面團進行TPA測試[15],每組樣品做至少6個平行面團。測試條件:選擇TPA(texture profile analysis)測試程序,選擇使用P10探頭,測前速率為1.00 mm/s,測中速率為1.00 mm/s,測后速率為2.00 mm/s,應(yīng)變量為50%,觸發(fā)力為5 g。測定面團的硬度、彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)力。

1.2.5 面團色差測定 利用CR-400色差儀測定面團的色澤特性,每個樣品色澤測試至少進行5次,結(jié)果參考CIELAB系統(tǒng)的顏色參數(shù),其中L表示明度(數(shù)值從0到100),a表示紅度(+)或者綠度(-),b表示黃度(+)或者藍度(-)[16],以L=21.52、a=7.79、b=4.35為白度對照,計算ΔL、Δa以及Δb值,總體顏色變化用ΔE表示,ΔE=(ΔL2+Δa2+Δb2)1/2。

1.2.6 面團流變特性測定 參考陳前等[7]的方法并稍作修改。取5 g醒發(fā)好的面團揉團放入流變儀進行測定,測試探頭選擇P35/Ti,兩平行板的間距為2 mm,刮去多余樣品,在夾具邊緣涂上二甲基硅油,防止水分揮發(fā),減少實驗誤差。測定程序及條件參考鄒軍軍和Zhang等[17-18]的方法并稍作修改。探頭下壓后統(tǒng)一將樣品在25 ℃條件下平衡3 min,以排除面團中參與機械作用力對結(jié)果造成影響。頻率掃描測試:應(yīng)力0.1%,溫度25 ℃,頻率0.1～10 Hz。測試樣品的彈性模量G′、粘性模量G″與損耗正切值(tanδ=G″/G′)隨著頻率的變化曲線。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗除特殊說明外,所有數(shù)據(jù)均為3次平行試驗的平均值。實驗結(jié)果采用SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析,使用Origin 2018軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方案混合面團的粉質(zhì)特性

不同面團粉質(zhì)特性的測定結(jié)果如表2所示,小麥粉面團(F1)的吸水量最大,其他處理的面團吸水量均下降,這可能是由于燕麥粉的加入破壞了小麥粉面團致密的面筋結(jié)構(gòu),導(dǎo)致吸水量降低;黃原膠和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的加入增加了面團體系中的面筋含量,面筋含量與吸水率呈負相關(guān)[19],淀粉酶會增加面團的破損淀粉含量,而破損淀粉含量與吸水率呈正相關(guān),所以F3的吸水量大于F4、F5以及F6。參考GB/T 14614-2019《小麥粉面團的物理特性 吸水量和流變特性的測定 粉質(zhì)儀法》可知,穩(wěn)定時間是指粉質(zhì)曲線的上邊緣首次與500 FU標線相交至下降離開500 FU標線兩點之間的時間差值,反應(yīng)和面過程中面團對機械攪拌力的耐受性。一般高筋小麥粉的穩(wěn)定時間在8 min以上,適合制作面包等發(fā)酵食品;中筋面粉的穩(wěn)定時間在3～5 min之間,適合做饅頭、面條等制品;低筋面粉的穩(wěn)定時間在2.5 min以下,適合做糕點類食品[20]。

由表2可知,小麥粉面團(F1)和20%燕麥小麥混合粉面團(F2)的穩(wěn)定時間無顯著性差異(P<0.05),添加1.5 U/g谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的20%燕麥小麥混合粉面團(F4)的穩(wěn)定時間最大為6.95 min，且與其它組具有顯著性差異(P<0.05),這是由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶可以催化蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間交聯(lián)作用的形成,使面筋蛋白的二硫鍵更牢固[11],從而增加了其穩(wěn)定時間,其他方案處理的面團穩(wěn)定時間下降,改善效果不好。弱化度反映的是面團可受機械剪切力的能力,可受機械攪拌能力越高,弱化度越小,面團的面筋質(zhì)量越好[21-23]。由表2可知,F2面團的弱化度增大且與小麥粉面團具有顯著性差異(P<0.05),3 U/g淀粉酶的加入使弱化度增大,可能是由于淀粉酶將大分子淀粉水解為小分子的多糖,使面團變稀降低了面團的耐攪拌性。F4、F5以及F6的弱化度與F2相比均降低,這可能是由于黃原膠和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶增加了面團的蛋白質(zhì)含量,當面筋含量超過某個特定含量時,面筋結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,減弱了面團的蛋白質(zhì)弱化度。F5面團的弱化度為(90.00±2.00)FU,與小麥粉面團無顯著性差異(P<0.05),說明淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的結(jié)合使用有效地改善了面團的弱化度,這可能是兩種酶對淀粉和蛋白質(zhì)共同作用的結(jié)果。綜合3個粉質(zhì)指標,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(F4)對20%燕麥小麥混合粉面團的粉質(zhì)特性改善效果最好,F5對弱化度的改善效果最好,其值接近小麥面團(F1)。

表2 不同方案混合粉團的粉質(zhì)特性Table 2 Silty properties of different schemes

2.2 不同方案混合面團的質(zhì)構(gòu)特性

圖1和圖2的是對六個方案面團質(zhì)構(gòu)特性測定的結(jié)果。由圖1可知未添加酶和黃原膠的20%燕麥-小麥混合粉面團(F2)的硬度顯著高于小麥粉面團(F1)(P<0.05)。添加了3 U/g淀粉酶的20%燕麥-小麥混合粉面團(F3)硬度較F1和F2均顯著降低(P<0.05),說明淀粉酶具有降低面團硬度的作用[12],這可能是由于淀粉酶將大分子淀粉最終水解為麥芽糖、葡萄糖,更有利于酵母利用,形成更多的氣孔,增大面團面積,從而降低面團硬度。添加3 U/g谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(F4)、1.5 U/g淀粉酶和1.5 U/g谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶以及0.3 g/100 g黃原膠(F6)的20%燕麥-小麥混合粉面團的硬度顯著高于F1和F2(P<0.05),這是由于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶可以催化蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間形成交聯(lián)作用,增加面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而改善面團的結(jié)構(gòu)[24]。F5和F4、F3差異顯著(P<0.05),淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的結(jié)合使用,使F5的硬度值介于F3和F4之間。F5和F6差異不顯著,表明黃原膠的加入對面團硬度沒有顯著影響,Motta等[10]研究表明單獨使用黃原膠可以使小米意大利面條硬度變低,本實驗結(jié)果可能是由于淀粉酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶和黃原膠共同作用導(dǎo)致的?？赡苡捎谌N改良劑的配比不合適,F3、F4、F5以及F6面團的硬度與F1都有顯著性差異,改善效果不好,這有待于進一步研究。

表3 不同方案混合面團的色澤特性Table 3 Color characteristics of different schemes

圖1 不同方案混合面團的硬度特性Fig.1 Hardness characteristics of different schemes

六個面團方案的彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)力三個質(zhì)構(gòu)指標測定如圖2所示。20%的燕麥小麥混合粉面團(F2)和小麥面團(F1)的彈性有顯著差異(P<0.05),F5、F6與F2有顯著差異(P<0.05),但與F1不具有顯著性差異,說明F5和F6面團方案的彈性與純小麥面團最接近。Palabiyik等[25]同樣研究表明谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶增加了蕎麥面團的彈性。F1、F2以及F3的內(nèi)聚性和回復(fù)力均無顯著性差異,表明20%燕麥小麥混合面團與小麥面團在內(nèi)聚力和回復(fù)力方面并無明顯差異。Motta[10]和Palabiyik等[25]研究表明淀粉酶和黃原膠可增加意大利面條的內(nèi)聚性,與本實驗結(jié)果一致。

圖2 不同方案混合面團的質(zhì)構(gòu)特性 Fig.2 Texture characteristics of different programmes

2.3 不同方案混合面團的色澤特性

表3可知,小麥面團(F1)的L值最大,b值最小,且與其他方案的面團具有顯著性差異(P<0.05),這是由于小麥粉經(jīng)過漂白處理,所以它的明度最高,黃度最低。20%的燕麥小麥混合粉面團的L值最低,b值最高,這是由于“026”燕麥粉本身顏色偏黃造成的。加入酶和黃原膠后,面團的明度有所改善,但是各方案間(F3、F4、F5、F6)沒有顯著性差異;b值(黃度)改善效果最好的是F5(加1.5 U/g淀粉酶和1.5 U/g谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的20%燕麥小麥粉混合面團),改善效果最差的是F6面團,其b值與20%燕麥小麥混合粉面團沒有顯著性差異,這可能是由于淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶本身顏色較白,黃原膠顏色較黃造成的,F3和F4面團改善效果一般,且之間無顯著性差異。Lee等[26]研究表明,當ΔE相差大于2時,消費者便可以容易地辨別出兩者的差異,由表3可知F1和F2面團的ΔE值大約相差9.66,小麥粉面團與20%的燕麥小麥混合粉面團有明顯的色差。與F2相比,加入酶和黃原膠后,ΔE值都呈現(xiàn)增大趨勢,但F3、F4、F5、F6之間無顯著性差異,F5面團ΔE值最大,與小麥面團最接近,對面團色澤改善效果最好。

2.4 不同方案混合面團的流變特性

旋轉(zhuǎn)流變儀頻率掃描可用于測定面團的粘彈性[27]。圖3中A、B、C分別是六個方案面團的彈性模量(G′)、粘性模量(G″)和損耗角正切值(tanδ)隨頻率的變化曲線。G′反映了粘彈性材料的類固性質(zhì),G′越大彈性越強,G″反映了類液性質(zhì),G″越大粘性越強[28]。由圖3中A和B可知,在同一頻率下彈性模量(G′)總是大于粘性模量(G″),所以導(dǎo)致?lián)p耗角正切值(tanδ=G″/G′)<1,表明彈性性能占優(yōu)勢,面團表現(xiàn)固相特性[29],所有面團樣品的G′和G″隨著頻率的增大而增大,說明它們具有頻率依賴性[16]。與純小麥面團(F1)相比,20%的燕麥小麥混合粉面團(F2)的G′更大,這可能是由于燕麥中的β-葡聚糖具有很強的水結(jié)合能力,致使面團中其他分子間可用的水分子變少,分子間相互作用變強,從而增加了面團的彈性性能。Ronda等[30]也研究表明β-葡聚糖可增加面團的固相行為。加入酶和黃原膠以后,G′和G″較20%的燕麥小麥混合面團都有所下降,其中F5和F6面團最接近純小麥面團(F1)的G′和G″曲線,說明F5和F6的面團品質(zhì)相對較好。F3面團的G′最小,這可能是由于淀粉酶的加入使淀粉分解為小分子的糖類,這些糖類會干擾面團中淀粉和蛋白質(zhì)的相互作用,從而降低了面團的彈性性能[11]。tanδ可以用來描述面團體系中高聚物含量和聚合度,其值越小說明高聚合物含量越多,聚合度越大[31]。由圖3C可知,隨著頻率的增加tanδ降低,說明tanδ同樣具有頻率依賴性,F5和F6面團的tanδ曲線最接近純小麥面團(F1),品質(zhì)較好,F3面團tanδ曲線離F1面團最遠,品質(zhì)較差。說明淀粉酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶和黃原膠的結(jié)合使用有助于改善燕麥小麥混合粉面團的品質(zhì)。

圖3 不同方案混合面團的流變學(xué)特性曲線Fig.3 rheological characteristic curves of different schemes注:A:彈性模量(G′)曲線;B:粘性模量(G″)曲線; C:損耗角正切值(tanδ)曲線。

3 結(jié)論

本實驗在20%燕麥-小麥混合粉面團中加入3 U/g的淀粉酶、3 U/g的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、1.5 U/g淀粉酶以及1.5 U/g谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶,研究結(jié)果表明在相同酶活的條件下,與20%燕麥-小麥混合粉面團相比,淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的混合使用降低了混合面團的弱化度,且與小麥粉面團弱化度無顯著性差異,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶增加了面團的穩(wěn)定時間;淀粉酶降低了混合面團的硬度,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶增加了混合面團的硬度,淀粉酶和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的結(jié)合使用使混合面團的彈性與小麥面團無顯著性差異;兩種酶的結(jié)合使用,使20%燕麥小麥混合粉面團的色澤特性(ΔE值)以及流變特性(G′、G″、tanδ)更接近小麥面團。與兩種酶結(jié)合使用相比,黃原膠和兩種酶的結(jié)合使用沒有更加有效的改善效果。本實驗對混合面團的質(zhì)構(gòu)特性改善效果欠佳,可能是由于兩種酶與黃原膠之間的配比不合適,這有待于進一步研究。通過實驗數(shù)據(jù)可知F4的穩(wěn)定時間最大,弱化度較小,硬度最大,F3的穩(wěn)定時間較短,弱化度最大,硬度最小,說明硬度與穩(wěn)定時間和弱化度具有一定的相關(guān)性。質(zhì)構(gòu)、流變以及粉質(zhì)特性之間的聯(lián)系可能是由于它們?nèi)咧g的理論是相互支持的。通過實驗結(jié)果可知,相對于改良劑單獨使用,酶和水膠體的結(jié)合使用更有利于改善燕麥面團的品質(zhì),為后續(xù)燕麥面包、燕麥饅頭的制作提供依據(jù)。