山梨糖醇對面包儲藏期間品質(zhì)的影響

彭 博 劉 琴 丁士勇

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，武漢 430070)

在面包等焙烤食品生產(chǎn)過程中，往往由于小麥粉品質(zhì)、環(huán)境因素以及收獲之后的儲藏方式等問題而使得焙烤食品不能達到預(yù)期的效果[1]。加入一些添加劑可以改善面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強度，提升產(chǎn)品的持水性能，改善成品口感，以此改善焙烤食品的加工與儲藏特性。對于運用于焙烤食品中的食品添加劑，酶制劑[2-3]、乳化劑[4-5]、氧化劑與還原劑[6-7]是研究的熱點，它們能夠影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)形成，或者影響酵母發(fā)酵[8-9]，進而對焙烤食品的結(jié)構(gòu)與感官性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。而對于焙烤食品水分保持劑的研究則比較少見。

糖醇是指糖的還原性羰基加氫后生成的多元醇類物質(zhì)。其在體內(nèi)代謝與胰島素?zé)o關(guān)，但能被小腸吸收，并且能夠進入血液代謝，同時為機體提供一些能量。所以，糖醇可作為糖尿病人的食品。此外，糖醇還具有預(yù)防肥胖以及防止齲齒等功效。因此，越來越多的研究著眼于糖醇的應(yīng)用[10-13]。

山梨糖醇具有吸濕和保水作用，其甜度與葡萄糖相當(dāng)，而且能給人以濃厚感，可以在體內(nèi)被緩慢地吸收利用，且血糖值不增加。關(guān)于面包等焙烤食品的抗老化劑的研究，主要集中于乳化劑、親水膠體、酶制劑等，關(guān)于糖醇作為抗老化劑和水分保持劑運用于焙烤食品中的研究較少。本研究用山梨糖醇部分替代面包配方中的蔗糖，探討山梨糖醇對面包儲存過程中的品質(zhì)的影響，尤其是對面包儲藏保水效果與抗老化效果的影響，以期改善面包的品質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

金像高筋小麥粉：蛇口南順面粉有限公司；山梨糖醇：羅蓋特(中國)精細化工有限公司；酵母：湖北安琪酵母股份有限公司；新西蘭安佳無鹽黃油：上海高夫食品有限公司；蔗糖：山東雅匯糖業(yè)有限公司。α-淀粉酶：和氏璧生物技術(shù)有限公司；葡萄糖淀粉酶：上海源葉生物科技有限公司；其余化學(xué)試劑(分析純)：國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT.PLUS物性測試儀：英國Stable Micro System公司；UV-1750紫外-可見分光光度計：日本島津公司；低場核磁共振儀：上海紐邁電子科技有限公司；海氏HM740和面機：青島漢尚電器有限公司；FX-20型面包醒發(fā)箱：廣東恒聯(lián)食品機械有限公司；CK-3型遠紅外線食品烘爐：廣州德威熱力設(shè)備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 面包制作工藝

用相當(dāng)于小麥粉質(zhì)量的0%、2%、4%、6%的山梨糖醇替代原配方中對應(yīng)量的蔗糖，其余原料不變，制成的面包樣品分別命名為BC、BS2、BS4、BS6。各組配方如表1所示。

按照表1中的配方，稱取對應(yīng)量的原料備用。酵母事先加入30 g水于37 ℃下活化20 min。將除黃油外的原料放入和面機，以50 r/min的速率和面30 min，期間每和面10 min后讓面團醒發(fā)5 min，累計和面20 min后放入黃油，累計和面30 min后結(jié)束。取出面團，放入容器，置于醒發(fā)箱中，37 ℃醒發(fā)90 min。取出切分成約60 g的小面團，搓圓至面團表面光滑，放入烤盤，繼續(xù)在37 ℃下醒發(fā)60 min。醒發(fā)完成后于190 ℃下烘烤20 min。烘烤完成之后取出，在室溫下自然冷卻1 h。冷卻完成時開始計時，記為儲藏0 h。面包置于室溫下保藏，溫度：(25±1)℃，濕度：(50±2)%。

表1 不同山梨糖醇樣品的面包配方/g

1.3.2 面團發(fā)酵測試

將1.3.1制得的面團取適量置于100 mL具塞量筒中，37 ℃發(fā)酵。從發(fā)酵0 min起，記錄面團體積，每隔15 min記錄1次，到發(fā)酵90 min為止。計算每個時間點相對于0 min的體積增大百分比。每個樣品測試4次，取平均值。

1.3.3 面包質(zhì)構(gòu)測試

對1.3.1中的面包樣品進行分析，測定儲藏0、12、24、36、48、60、72 h時面包的質(zhì)構(gòu)參數(shù)。取2 cm的立方體的面包芯，測試其質(zhì)構(gòu)參數(shù)。質(zhì)構(gòu)測試模式為全質(zhì)構(gòu)模式(TPA)。探頭選用P/36R，測前，測試及測后速度均為2 mm/s，壓縮至樣品原高度的50%，兩次壓縮間隔的時間為5 s。每種樣品測試8次取平均值。

1.3.4 低場核磁共振測試

取1.3.1中的4個面包樣品進行低場核磁共振測試，研究面包在儲藏過程中水分的含量與分布。取面包芯的部位進行測試，準(zhǔn)確稱取測試樣品的質(zhì)量。將樣品置于核磁試管中，放入儀器，進行CPMG脈沖序列測試，并利用T2-CPMG擬合程序計算出自旋-自旋弛豫時間T2。測試條件：采樣點數(shù)TD=59 992；重復(fù)掃描次數(shù)NS=8；回波個數(shù)NECH=2 000。

1.3.5 酶法測定面包儲存過程的老化度

取面包芯適量，用粉碎機粉碎，過100目篩后備用。參考王克鈞[14]的方法通過α-淀粉酶與葡萄糖淀粉酶作用于樣品，測定葡萄糖含量。取100 mg樣品，加入15 mL pH=6.9的磷酸緩沖液，隨后加入2 mL α-淀粉酶(250 U)與1 mL葡萄糖淀粉酶(100 U)。置于37 ℃下水浴。利用DNS法測定反應(yīng)過程中生成的葡萄糖的含量，進而計算出面包的老化度。每個樣品測試3次，取平均值。

面包中淀粉的老化度可通過慢消化性淀粉(SDS)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表征：

式中：SDS為樣品中慢消化性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；G為水解12 h后產(chǎn)生的葡萄糖質(zhì)量/mg；D為水解20 min后產(chǎn)生的葡萄糖質(zhì)量/mg；F為淀粉理論上水解產(chǎn)生的葡萄糖質(zhì)量/mg。

1.3.6 面包老化過程動力學(xué)研究

淀粉的重結(jié)晶過程是淀粉及淀粉類食品老化的原因之一。Avrami方程是研究晶體結(jié)晶動力學(xué)的方程[15]，目前已被普遍接受，在食品領(lǐng)域已經(jīng)有了一定的應(yīng)用[16-20]。Avrami方程的基本形式為：

式中：θ為結(jié)晶度；HT、H0、H∞分別為回生T時刻、0時刻和回生極限狀態(tài)下的回生值。在本部分實驗中，H∞取72 h下的回生值。此處的回生值可以是晶體融化焓、硬度、某種能表征淀粉老化的物質(zhì)含量等。k為重結(jié)晶速率常數(shù)；k的值反應(yīng)了老化的速率，k減小表示食品的老化過程受到一定的抑制；n為Avrami指數(shù)。

面包在儲存過程中會逐漸變硬，通過測定面包儲存過程中的硬度，并對其用Avrami方程進行擬合，以此研究山梨糖醇對面包老化的影響。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 山梨糖醇對面團發(fā)酵的影響

山梨糖醇對面包面團發(fā)酵的影響如圖1所示。

面團發(fā)酵時，酵母開始利用面團中存在的單糖進行生長繁殖，同時產(chǎn)生乙醇和CO2氣體。CO2氣體會被包裹進入面團網(wǎng)絡(luò)中，面團出現(xiàn)蜂窩結(jié)構(gòu)，也會出現(xiàn)酒香味和適度的酸味。同時，在發(fā)酵過程中，面筋網(wǎng)絡(luò)仍然會有所發(fā)展[21-23]。因此，面團發(fā)酵后，會產(chǎn)生膨大的、疏松多孔的、均勻的結(jié)構(gòu)。

圖1 山梨糖醇對面團發(fā)酵的影響

而用山梨糖醇替代對應(yīng)量的蔗糖之后，由于酵母不能利用山梨糖醇，可利用的營養(yǎng)物質(zhì)相對減少，其生長繁殖受到了抑制，產(chǎn)生CO2氣體的能力也有所減弱，面團的體積增長量有所減少。同時因為分子中的羥基與水易形成氫鍵等相互作用而“搶奪”水分子[22]，所以糖醇的加入導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)的吸水溶脹受到了一定的影響，導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)有所減弱，基于此原因，面團發(fā)酵后的膨脹程度也有所減少。

2.2 面包質(zhì)構(gòu)測試

由圖2可看出，在儲藏過程中，樣品硬度隨儲藏時間的增加而增加，而隨著山梨糖醇添加量的增加，同一儲藏時間內(nèi)，樣品硬度呈現(xiàn)出顯著下降的趨勢。其中，樣品BS2在各項指標(biāo)上與空白組之間不存在顯著性差異(P>0.05)，而樣品BS4與BS6與空白組存在顯著性差異(P<0.05)。儲藏過程開始時，樣品BC的硬度為(290.628±0.304)g，而BS6的硬度僅為(148.754±1.672)g，下降幅度約為48.8%。在儲藏72 h后，樣品BC的硬度為(1 402.241±85.142)g，BS6的硬度為(1 074.182±48.280)g。從圖中可以看出，山梨糖醇能夠降低面包在儲藏期間的硬度。另外，儲藏期間面包的咀嚼性的變化趨勢與硬度類似，咀嚼性表示將固態(tài)食品咀嚼成能夠吞咽的狀態(tài)時所需要的能量的大小[24]。咀嚼性越低，食品的口感越好。儲藏初期，咀嚼性由樣品BC的172.466±3.382降低到BS6的92.921±4.931，降幅達46.1%。而儲藏72 h后，咀嚼性由樣品BC的550.622±26.001降低到BS6的453.816±33.560，降幅約為17.6%。同樣，膠黏性與咀嚼性有著類似的變化規(guī)律(圖中未展現(xiàn))。面包在儲藏期間回復(fù)性的變化如圖2c所示，回復(fù)性與樣品的彈性有關(guān)，由圖中可以看出，樣品的回復(fù)性隨著儲藏時間的增加而展現(xiàn)出下降的趨勢，加入山梨糖醇之后，能夠在一定程度上阻礙樣品回復(fù)性下降的趨勢，但是差異并不顯著(P>0.05)。類似的研究表明，糖醇、蔗糖替代物以及其他的分子往往通過“搶奪”水分對面筋蛋白的吸水溶脹產(chǎn)生一定的影響，降低了面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)強度[24-27]，進而降低面包的硬度、咀嚼性等，對面包的口感有一定程度的積極作用。

圖2 山梨糖醇對面包質(zhì)構(gòu)的影響

2.3 面包老化度測試

葡萄糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=0.209 6x-0.008 5,R2=0.999 0，表明葡萄糖質(zhì)量濃度在0.8～4 mg/mL時，濃度與吸光值呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

糖醇對面包儲藏期慢消化性淀粉(SDS)含量的影響如圖3所示。

回生后的淀粉具有高度結(jié)晶化的結(jié)構(gòu)，對淀粉酶具有較弱的敏感性，故可以通過檢測淀粉酶水解過后生成的還原糖含量來表征樣品的老化度。在回生過程中，直鏈淀粉分子間，直鏈淀粉面筋蛋白或者脂質(zhì)之間形成局部有序的晶體結(jié)構(gòu)。而支鏈淀粉中的外側(cè)短鏈間通過氫鍵也會進行緩慢結(jié)晶。對應(yīng)的慢消化性淀粉含量會隨著時間的延長而逐漸增加。所以可以用慢消化性淀粉的含量來表征面包的老化程度，即慢消化性淀粉含量越高，面包的老化度相對越大[14]。

圖3 山梨糖醇樣品儲藏過程中慢消化性淀粉的含量變化

由圖3可以看出，隨著儲藏時間的增加，樣品中慢消化性淀粉含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。而在加入了糖醇之后，慢消化性淀粉含量隨著糖醇的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢。由此說明糖醇對面包儲藏過程中的老化過程有一定的抑制作用。

2.4 低場核磁共振測試

圖4是典型的T2弛豫時間曲線，反映了各樣品在儲藏4 h時內(nèi)部水分分布。在低場核磁CPMG脈沖序列中，自旋-自旋弛豫時間體現(xiàn)分子活動的程度，同時也反映了面包中水分分布與流動性的強弱，弛豫時間越小，水分子可移動性越弱，峰面積則表示對應(yīng)種類水分的相對含量[28-30]。由圖4可見：T2共出現(xiàn)了3組值：T21、T22和T23(T21

圖4 樣品在儲藏4 h時的水分分布

表2為儲藏4 h時各部分含水量。面筋蛋白、淀粉顆粒以及新加入的糖醇分子均有包裹或結(jié)合水分子的能力，儲存過程中水分子會在這些分子之間不斷遷移，表現(xiàn)出一個動態(tài)過程，但水分子更傾向于朝能夠與之形成氫鍵的分子或基團移動[32-33]。T23對應(yīng)的自由水在儲存過程中呈現(xiàn)上升的趨勢。此趨勢表明，在儲藏過程中，面包內(nèi)部水分越來越多的向自由水轉(zhuǎn)變。在本實驗條件下，山梨糖醇的加入對面包的持水性能有一定的促進作用。

表2 儲藏4 h時樣品各部分水分

注：同列之間不同字母表示數(shù)據(jù)之間具有顯著性差異(P<0.05)。

在儲藏過程中，就T21、T22、T233部分含水量而言，添加山梨糖醇的面包中含水量要高于對照組。以儲存4 h時的含水量為例，對于空白組而言，A21為1 054.733±225.463，添加了糖醇后，A21有了顯著性的上升，最高為樣品BS4，達到了2 189.023±36.499。由表2也可以看出A22的變化與糖醇的添加量的相關(guān)性并不大，這也印證了前文的說法：A22對應(yīng)著樣品儲藏過程中水分的不斷遷移與重新分布。A23則隨糖醇的添加量的增加而增加。

圖5反映的是整個儲藏過程中樣品內(nèi)的水分的相對含量的變化趨勢，由圖5可見，樣品中水分的相對含量隨著儲藏的進行呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，說明儲藏過程中樣品內(nèi)部的水分處于不斷流失的狀態(tài)。

信號強度反映的是樣品中水分含量的多少。樣品在儲藏過程中水分流失，故在測定過程中信號強度呈現(xiàn)出下降的趨勢。加入山梨糖醇之后，水分子受到氫鍵等相互作用而導(dǎo)致流動性減弱，水分流失相對于對照組減小，因而體系含水量較對照組有上升的趨勢。由表2可以看出，面包中加入山梨糖醇后，能夠增加單位質(zhì)量內(nèi)的信號強度，即山梨糖醇具有良好的持水性[38]。

圖5 儲藏過程中單位質(zhì)量樣品質(zhì)子信號強度

2.5 面包老化過程動力學(xué)分析

將Avrami方程進行變形，可以得到方程：

ln[-ln(1-θ)]=n·lnt+lnk

該方程可以看作ln[-ln(1-θ)]關(guān)于lnt的一次函數(shù)，斜率為n，截距為lnk。

方程中的θ可以有多種表示形式，可以利用DSC實驗中的晶體熔融焓值、質(zhì)構(gòu)實驗中的樣品硬度、X射線衍射實驗中的絕對結(jié)晶度或熱重分析中樣品的結(jié)合水含量等[34-36]。

選擇硬度為對象，依據(jù)Avrami方程進行擬合，通過速率常數(shù)k和Avrami指數(shù)n的變化來研究糖醇對面包老化的影響。將硬度的數(shù)值代入Avrami方程中，根據(jù)回歸方程的斜率和截距計算出n和k的值，結(jié)果如表3所示。

表3 通過樣品硬度回歸的樣品老化動力學(xué)參數(shù)

由表3可知，對面包的硬度進行線性擬合，得到的各個樣品的回歸系數(shù)R2>0.94，說明在實驗條件下，面包的硬度符合Avrami方程。其中，空白樣品的速率常數(shù)為5.76×10-3，加入了糖醇之后，樣品的速率常數(shù)均低于對照組，最低的速率常數(shù)為1.36×10-3，與空白組相比均有明顯下降。由此說明加入山梨糖醇后，面包儲藏期間的老化現(xiàn)象有所減緩。Li等[18]研究了1,4-α-葡聚糖分支酶對玉米淀粉老化的影響。以熔融焓值為對象進行了擬合，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過不同酶處理時間的淀粉其老化速率常數(shù)發(fā)生了變化，不經(jīng)酶處理的淀粉速率常數(shù)最大，而經(jīng)過酶處理的樣品的速率常數(shù)隨著處理時間的延長而減小。Zhang等[19]針對小麥淀粉的研究也有類似結(jié)果，而利用其他方法測得的老化度變化趨勢也符合擬合結(jié)果。

此外，Avrami系數(shù)n也發(fā)生了變化，與對照組相比，n呈現(xiàn)上升的趨勢。n在這里用來表征老化過程中晶核特性以及晶體成長過程中的相關(guān)信息。N≤1時，晶體成核方式為瞬間成核，即晶核在回生早期就形成；1

3 結(jié)論

本實驗研究了山梨糖醇對面團的結(jié)構(gòu)以及面包儲存品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，山梨糖醇使得面包的硬度和咀嚼性有所下降，對面包的口感有明顯的促進改善作用，山梨糖醇的加入減緩了面包儲存過程中水分的流失，對面包的持水性能有顯著性的提高。在一定程度上抑制了面包的老化，但是山梨糖醇的加入對面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定的影響，且對面團發(fā)酵速率有一定的抑制作用。

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