楊恒,王學東,丁貝貝,付陽,柯媛,張苗苗,肖甚圣

(武漢輕工大學 食品科學與工程學院,湖北 武漢,430023)

辣條是擠壓膨化類的一種產(chǎn)品,是通過水分、熱能、機械剪切和壓力等綜合作用形成的一種淀粉類食品[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中,提高辣條的水分含量能有效提高產(chǎn)品利潤,辣條的品質(zhì)也與坯體的膨脹率、持油能力呈正相關,與硬度和咀嚼性呈負相關。然而作為一種淀粉類的食品,受到淀粉老化、水分散失等因素的影響,辣條會逐漸變硬,且在較長儲藏過程中還會出現(xiàn)發(fā)渣,同時出現(xiàn)胚體吸油能力較低,油脂脫離胚體等,導致辣條的品質(zhì)降低,造成一系列的損失,這些問題都嚴重的制約著辣條行業(yè)的發(fā)展。

目前,為保證產(chǎn)品口感與品質(zhì),研究人員積極參考面包等其他淀粉類食品來改善上述狀況。田海娟等[2]在影響面包儲藏品質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)通過添加發(fā)酵后的紫蘇粕粉,蛋白質(zhì)的含量顯著增加,增強了面包中水分與蛋白質(zhì)、小肽中親水基團發(fā)生水合作用的能力,能顯著降低面包的失水率和硬度。莊海寧等[3]研究發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖提取物含有大量的羥基,能與面包中的水分結形成氫鍵,有效減少在儲存過程中水分的損失,延緩面包硬度的增加。李晶等[4]發(fā)現(xiàn)麥芽糖淀粉酶能夠延緩面包品質(zhì)下降,降低水分損失并且顯著減緩面包的老化。這可能是淀粉在麥芽糖淀粉酶的作用下能夠產(chǎn)生游離糖,而糖含量的增加能顯著減緩面團老化速度。HAROS等[5]研究表明面包制作過程中糖化酶能水解非淀粉多糖,降低淀粉的凝沉速度,有效善面包體積,延緩面包老化速率。ZHOU等[6]研究了添加0%～3.0%(質(zhì)量分數(shù),下同)的β-環(huán)糊精對小麥面團和預烤面包性能的影響,添加1.5%的β-環(huán)糊精可以提高不同濃度面團發(fā)酵的高度、產(chǎn)氣量和保氣能力,同時可以降低面包的硬度并增加面包的彈性和回彈性,有效地延緩面包老化,提高貨架期。除β-環(huán)糊精以外,添加適宜濃度的α-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精也能保持面包中水分,降低預烘焙面包硬度[7]。

增加食品中的水合作用,加強與水結合的能力,能有效地減少食品水分損失,降低食品硬度[8]。糖醇是一種含有多羥基的多元醇,在食品的持水方面也有很多應用。張小利等[9]研究發(fā)現(xiàn)木糖醇、異麥芽糖醇及甘露糖醇浸泡處理能顯著降低熟蝦仁的干耗、蒸煮損失率和解凍損失率；能有效保持冷凍熟蝦仁的色澤、水分、質(zhì)構特性,降低熟蝦仁的水分活度；同時木糖醇、異麥芽糖醇及甘露糖醇能作為抗凍保水劑來開發(fā)與使用,可為水產(chǎn)品中低糖、安全的無磷保水劑生產(chǎn)開發(fā)提供研究方向。劉學梅等[10]研究表明添加麥芽糖醇可以降低面包芯的硬度,有效降低失水率,提高面包的保水性,改善面包的感官品質(zhì),延長面包的貨架期。楊柳等[11]發(fā)現(xiàn)木糖醇對發(fā)酵肉制品中的水分具有一定保持作用；隨著貯藏時間延長,肉制品中結合水逐漸脫離蛋白質(zhì)束縛,但脫離的結合水仍能與木糖醇上的氫鍵結合,從而使得肉制品蛋白質(zhì)表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性。這些研究表明多元醇的氫鍵能有效結合水分子,減少食物中水分的損失。

目前關于糖醇對烘焙食品、水產(chǎn)品改良作用的研究較多,但有關辣條品質(zhì)降低等問題的研究尚未見報道。本文主要研究了7種不同糖醇對辣條坯的水分含量、水分活度、膨脹率、持油能力、質(zhì)構特性的影響,為辣條行業(yè)產(chǎn)品性能的改善提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

辣條專用小麥粉(水分含量13.34%,灰分0.75%,粗蛋白含量11.26%,脂肪含量2.4%,均為質(zhì)量分數(shù)),一加一天然面粉有限公司；單雙甘油脂肪酸酯,佳力士添加劑有限公司；甘露醇,湖南新綠方藥業(yè)有限公司；赤蘚糖醇,山東福田藥業(yè)有限公司；異麥芽酮糖醇、乳糖醇,山東綠健生物技術有限公司；木糖醇、山梨糖醇、麥芽糖醇,浙江華康藥業(yè)股份有限公司；NaCl(食品級),湖北鹽業(yè)集團有限公司。

1.2 實驗儀器

HY-YTDFJ-60型單螺桿擠壓膨化機,平江弘宇機械制造有限公司；HD-3A型水分活度儀,無錫市華科儀器儀表有限公司；TA.XTC型質(zhì)構儀,上海寶圣實業(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 辣條胚的制備

辣條胚制作原料：辣條專用小麥粉、NaCl 10%(占小麥粉質(zhì)量比，下同)，單甘酯0.48%，水30%，糖醇0%、3%、6%、9%。

辣條胚制作工藝：稱取NaCl、單甘酯加入水中,攪拌至NaCl全部溶解；然后將小麥粉和糖醇倒入打粉機中,同時快速倒入上述混合液,啟動打粉機,高速攪打約30 s,最后接取物料(物料呈面絮狀,手捏成團,輕輕擠壓又會變成粉末狀)。將接取的面絮狀物料倒入單螺桿擠壓膨化機中,啟動擠壓膨化機,下粉速度由4(約500 g/min)緩慢調(diào)到15(約1 800 g/min),最后穩(wěn)定在15。擠出物料先通過傳送帶(傳送帶速度匹配出料速度)冷卻一段時間,最后在傳送帶末端切斷。接取切斷物料,室溫冷卻2 min,然后用PE自封袋密封包裝,在25 ℃下保存0、1、2、3、4周。

1.3.2 辣條坯水分含量的測定

參照GB 5009.3—2016中的第一法測定,重復3次取平均值。

1.3.3 辣條坯水分活度的測定

參照GB 5009.238—2016中的第二法測定,重復3次取平均值。

1.3.4 辣條坯膨脹率的測定

取15根辣條坯料,使用游標卡尺測量直徑,棄掉其中的最大值與最小值,取平均值D,多次測量模具直徑并取其平均值d,通過公式(1)來計算徑向膨脹率。

(1)

式中：D,辣條胚的平均直徑,cm；d,模具平均直徑,cm。

1.3.5 辣條坯持油能力的測定

取一根辣條胚料(質(zhì)量約為1～2 g),稱取質(zhì)量,剪成3段并放置于50 mL裝有菜籽油的離心管中靜置30 min(菜籽油沒過辣條胚料),取出胚料,用濾紙稍微吸收胚料表面菜籽油,然后將胚料放置在15 mL離心管中離心5 min,最后稱取離心后的胚料質(zhì)量,通過公式(2)計算持油能力,每次實驗重復4次,計算平均值。

(2)

式中：m1,辣條胚料質(zhì)量,g；m2,辣條胚料吸油離心后的質(zhì)量,g。

1.3.6 辣條坯質(zhì)構特性的測定

取辣條胚料放置在質(zhì)構儀探頭中心部位下面測試。測試參數(shù)為測前速率1.0 mm/s,測中速率2.0 mm/s,測后速率2.0 mm/s,2次壓縮的間隔時間為5.0 s,壓縮程度75%,接觸點數(shù)值10 gf,觸發(fā)力5 gf；記錄樣品的硬度。每組樣品重復實驗15次,舍去最大值和最小值后取平均值。

2 結果與分析

2.1 不同糖醇對辣條坯水分含量的影響

不同含量的糖醇在不同的儲存時期對辣條坯持水性能的影響見表1。辣條坯在儲存期間,其質(zhì)量的減少來自于水分的損失,因此可以通過測量辣條坯的水分損失來研究糖醇對辣條坯持水性能的影響,辣條坯中的水分為結合水、不易流動水及自由水。結合水和不易流動水與辣條坯中的蛋白質(zhì)和淀粉結合緊密,而自由水是未與淀粉及蛋白質(zhì)結合且能自由流動的水,這也是辣條坯中水分損失的主要來源[12]。

如表1所示,辣條坯在存儲期間水分含量不斷降低,這是因為辣條坯內(nèi)部的水分會不斷地遷移到辣條坯表面,然后從辣條坯表面蒸發(fā)。添加糖醇均能有效地減少辣條坯中水分的損失,提高其持水能力。雖然7種糖醇均能有效地保持辣條坯中的水分,但是不同的糖醇對坯料的影響不同,這可能與每種糖醇中的羥基數(shù)量和氫鍵結合的強度及淀粉的糊化程度有關。在添加異麥芽酮糖醇和麥芽糖醇時,添加量為3%的辣條坯中水分含量最高,也就是能最有效地減少水分損失；而添加6%的甘露醇、赤蘚糖醇、乳糖醇、木糖醇以及山梨糖醇時,辣條坯的水分含量最高,能最有效地提高辣條的持水能力,然而添加過量的糖醇,辣條坯中的水分含量出現(xiàn)下降趨勢。在辣條坯中添加適量的糖醇能減少辣條中水分的損失,這是因為糖醇分子具有大量的羥基,易與水、淀粉和其他的一些分子相互作用,在一定程度上固定水分子,限制水分子的移動,減少了水分的損失,提高了辣條的水分含量[13]。這與PENG等[14]和SREBERNICH等[15]在面包和谷物棒中的研究結論一致。添加過量糖醇會降低辣條坯的水分含量,這是因為大量糖醇的添加會稀釋整個體系中淀粉的含量,減少淀粉的糊化,導致淀粉與水結合程度降低,增加體系自由水含量,從而導致水分的損失增大[16]。同時過量添加糖醇會導致糖醇完全覆蓋在淀粉表面,減少淀粉與水的結合,因此大部分的水以游離狀態(tài)存在,水分損失較快。

表1 不同含量的糖醇在不同儲存時期對辣條坯水分含量的影響 單位：%

2.2 不同糖醇對辣條坯水分活度的影響

水分活度是指系統(tǒng)中水分存在的狀態(tài),即水分的結合程度,水分活度值越高,結合程度越低,其水分更易于損失；水分活度值越低,結合程度越高,水分損失較難。在辣條中,水分活度受多種因素影響,例如保濕劑、糖與鹽之間的相互作用以及面粉的種類,降低水分活度有利于辣條的儲藏[17]。

由圖1可知,糖醇的添加都能在一定程度上降低辣條中的水分活度,可能是由于糖醇分子中存在羥基,對辣條中水分子具有一定的吸附作用,束縛水分子,防止水分子的溢出,從而降低了水分活度[18]。郇延軍等[19]研究發(fā)現(xiàn)山梨糖醇分子中含有6分子的羥基,這些羥基能夠與水分子以氫鍵的形式結合使體系內(nèi)水的流動性降低,活性也降低,這也從另一方面證實了本實驗結果。不同種類的糖醇對水分活度影響不一致,這是因為不同糖醇與坯料中的水分結合能力不同。然而過量添加糖醇也會導致辣條坯中的水分活度有所增加,這與過量添加糖醇會導致坯料中的水分含量增加的原因一致。

圖1 不同含量的糖醇對辣條坯水分活度的影響

2.3 不同糖醇對辣條坯膨脹率的影響

辣條坯料的膨脹率是評價辣條質(zhì)量的重要指標,在工業(yè)生產(chǎn)中,提升膨化產(chǎn)品的膨脹率能有效的節(jié)省原料,增加產(chǎn)品利潤,辣條的持油能力與膨脹率具有顯著相關性。

由圖2可知,添加糖醇對辣條的膨脹率具有顯著影響。與空白組相比,赤蘚糖醇、乳糖醇、山梨糖醇和麥芽糖醇都顯著降低了辣條的膨脹率,這可能是因為添加的糖醇會覆蓋在淀粉分子表面,從而減少淀粉分子與水的結合,降低淀粉的糊化;而添加3%的甘露醇、異麥芽酮糖醇、木糖醇都提高了辣條的膨脹率,這可能是因為添加一定范圍內(nèi)的糖醇增強了面筋的網(wǎng)絡結構,使辣條內(nèi)部結構更加穩(wěn)定,減少了擠壓膨化的第5階段氣泡塌陷的過程，即辣條坯出機遇冷的收縮過程,因此增大了膨脹率[20]。過量添加則會降低辣條坯膨脹率,可能是因為添加過量糖醇稀釋了整個體系中淀粉的含量,導致面粉在擠壓膨化過程中糊化程度降低,因此辣條坯的膨化程度降低[21]。同時糖醇可以在淀粉顆粒的無定形區(qū)域中的淀粉鏈間形成交聯(lián)鍵(糖橋),這也會限制淀粉的溶脹,降低膨脹度[22]。而添加赤蘚糖醇、乳糖醇、山梨糖醇和麥芽糖醇則會顯著降低辣條坯的膨脹率,這也可能是因為糖醇添加抑制了淀粉溶脹。

圖2 不同含量的糖醇對辣條坯徑向膨脹率的影響

2.4 不同糖醇對辣條坯持油能力的影響

辣條坯的持油能力是評價辣條品質(zhì)的關鍵指標,辣條坯的持油能力越好,表明辣條上的油不易掉落,更能保持辣條本身的爆汁感,口感越佳。

如圖3所示,添加麥芽糖醇明顯降低了辣條坯的持油能力,添加3%的甘露醇、異麥芽酮糖醇及木糖醇能顯著提高辣條坯的持油能力,隨著3種糖醇添加量的增加,辣條坯的持油能力呈下降趨勢；而添加赤蘚糖醇、乳糖醇和山梨糖醇,辣條坯的持油能力呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。這一結果與辣條的膨脹率有一定的關系,糖醇的添加改變了辣條坯在擠壓之后的孔隙結構,膨脹率高的辣條,內(nèi)部結構孔隙大并且多,辣條坯的比表面積越大,油脂更易滲透到辣條內(nèi)部,持油能力則越強；相反,膨脹率低的辣條,持油能力也就越弱[23]。

圖3 不同濃度的糖醇對辣條坯持油能力的影響

同時辣條坯中的含水量也與持油能力有極大關系,在辣條體系中,水分會從內(nèi)部向外部擴散,同時油脂向內(nèi)部轉移,正是由于這樣一個傳質(zhì)過程,在相同時間下,辣條中的水分含量越低,親水性基團越少,油脂越容易與坯料內(nèi)部的親脂基團結合,則辣條坯的持油能力就越高[24]。不同糖醇對辣條坯的持油能力的差異與這2個因素共同作用的結果有關。

2.5 不同糖醇對辣條質(zhì)構特性的影響

在辣條行業(yè)中,坯體的硬度和咀嚼性均能有效地反映產(chǎn)品口感,硬度較大、咀嚼性較差都表現(xiàn)為辣條成品口感不佳,本實驗選用硬度和咀嚼性作為辣條的評價指標。

由表2可知,甘露醇、赤蘚糖醇、異麥芽酮糖醇、乳糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麥芽糖醇的添加均能顯著地降低辣條坯的硬度,改善辣條的品質(zhì),隨著儲存時間的增加,不同濃度的糖醇對辣條坯體硬度的影響也極其顯著。儲存4周后的辣條坯體的硬度分別減少了30.8%、43.8%、33.9%、23.1%、347%、40.1%、46.7%。在儲存期間,糖醇的添加能夠加強辣條坯的持水能力,減少辣條中水分的損失,降低辣條的硬度,且隨著時間的延長,效果更加顯著[25]。DING等[26]研究表明由于糖醇分子含有較多羥基,隨著糖醇添加量的增加,越來越多的水分與糖醇分子的羥基結合,從而影響面筋蛋白的吸水溶脹過程,降低面團的面筋網(wǎng)絡強度,從而降低面團的硬度。對比7種糖醇在不同的儲存時期對辣條坯硬度的影響發(fā)現(xiàn),不同糖醇對辣條品質(zhì)影響不同。這可能與糖醇的結構和分子排布有關,糖醇中羥基的數(shù)量與糖醇分子與水的結合能力都極大地影響了辣條的硬度。羥基數(shù)量多的糖醇更能保持水分,降低產(chǎn)品硬度。另一方面,糖醇與水分子結合越緊密,越能將淀粉粒包裹住,限制淀粉的溶脹,降低了辣條膨脹率,對辣條的硬度造成不利影響,這2個因素的共同作用也導致了不同糖醇對辣條品質(zhì)影響不同。同時添加糖醇雖能顯著降低辣條硬度,但是不同糖醇的最適添加濃度不一樣,且添加高濃度的糖醇不利于降低辣條硬度,改善辣條品質(zhì)。添加3%～9%的乳糖醇均能有效降低辣條的硬度,添加3%的異麥芽酮糖醇和麥芽糖醇能顯著地降低辣條硬度,且效果最好；而添加6%的甘露醇、赤蘚糖醇、木糖醇以及山梨糖醇對降低辣條硬度的效果較好。添加過量的糖醇雖然也能降低辣條坯的硬度,但是效果不顯著。猜測原因有2個,第一,辣條坯的硬度與產(chǎn)品膨脹率有關,膨脹率大的,辣條坯孔隙較多較大,導致產(chǎn)品硬度降低[27]；第二,添加過量糖醇會增強水分子與糖醇的結合,導致辣條坯的結構更加緊密,降低了淀粉的溶脹,從而產(chǎn)品硬度增加[28]。

表2 不同含量的糖醇在不同的儲存時期對辣條坯硬度的影響

咀嚼性是與咀嚼固體產(chǎn)品至可被吞咽所需的時間或咀嚼次數(shù)有關的一種機械質(zhì)地屬性。由表3可知,7種糖醇的添加能顯著地降低辣條坯的咀嚼性,隨著儲存時間的增加,不同濃度的糖醇對辣條坯體咀嚼性的影響也極其顯著,這一結果與辣條坯體的硬度特性極其相似。有關質(zhì)構的研究表明,食品的咀嚼性與食品硬度、內(nèi)聚性和彈性有關,在數(shù)值上等于硬度、內(nèi)聚性和彈性的乘積[29]。朱津津等[30]在對TPA質(zhì)構儀的研究中也說明了硬度與咀嚼性呈極顯著正相關關系。

表3 不同濃度的糖醇在不同的儲存時期對辣條坯咀嚼性的影響

3 結論

實驗中的水分含量、水分活度、膨脹率、持油能力和質(zhì)構特性均能有效地反映辣條坯的品質(zhì)特性。在不同的儲存周期中,添加適量甘露醇、赤蘚糖醇、異麥芽酮糖醇、乳糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麥芽糖醇均能有效減少辣條坯的水分損失和水分活度,增加辣條的持水能力,降低辣條的硬度和咀嚼性,提高產(chǎn)品質(zhì)量,而過量添加則會帶來負面效果。辣條坯的持油能力與膨脹率也保持一致,添加3%的甘露醇、異麥芽酮糖醇、木糖醇都顯著提高了辣條的膨脹率和持油能力,過量添加帶來相反結果；隨著赤蘚糖醇、乳糖醇、山梨糖醇的添加量的增加,辣條坯的膨脹率和持油能力呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢；而麥芽糖醇則顯著降低了辣條的膨脹率和持油能力。