不同聚合度菊糖對小麥面團(tuán)流變特性及面包品質(zhì)的影響

趙天天，韓智，曹琦，趙丹，馬小涵，鄧婧，田俊青，劉雄*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715) 2(湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗研究院，湖北 武漢，430075)

菊糖是一種低聚物的混合物，是天然的膳食纖維，聚合度(degree of polymerization，DP)在2～60之間[1]，平均聚合度為12左右[2]，聚合度較低時(DP為2～5)也稱為低聚果糖。高聚合度菊糖(平均DP為25)菊糖的平均分子質(zhì)量在5 500 Da左右。菊糖分子的鏈長、組成等結(jié)構(gòu)性質(zhì)與獲取菊糖的植物的種類、采收時間、提取和提取后處理過程有關(guān)[3]。菊糖聚合度的變化對菊芋和菊糖的工業(yè)應(yīng)用和價值有很大影響[4]。

研究證明，菊糖對健康有利，如營養(yǎng)有益的腸道細(xì)菌，降低胃腸疾病，調(diào)節(jié)血糖，促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)等[5]。果聚糖聚合度的差異可影響其物理和化學(xué)特性，包括其生物特性[6]。而它的功能因聚合度的不同而表現(xiàn)出不同的特性，低聚合度菊糖具有較好的水溶性和保水性，聚合度較高時具有更高的黏性和凝膠特性[7]。

很多研究表明，不同聚合度菊糖的添加影響面包面團(tuán)的處理和消費(fèi)者的接受度[8-9],主要是加入菊糖后面團(tuán)中蛋白質(zhì)的相對含量下降，影響內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，熱力學(xué)和面團(tuán)的流變特性[10]；有些研究還表明，加入菊糖后會使面包體積減小，面包硬度增加，面包口味和口感的變化[11-12]。盡管有大量的研究證明菊糖在食品中具有豐富的營養(yǎng)與功能特性，但其在面團(tuán)與面包品質(zhì)上的研究還是處于初步階段，本試驗系統(tǒng)的評估不同聚合度菊糖對小麥面粉的流變學(xué)特性的影響，對其粉質(zhì)特性、拉伸特性、糊化特性、流變特性以及其對面筋質(zhì)量進(jìn)行評估和動態(tài)流變測定；并且將其應(yīng)用于面制品中，以面包為實例，研究其對發(fā)酵面團(tuán)和面包品質(zhì)的影響。

1　材料與方法

1.1　主要材料

五得利五星特精高筋小麥粉，五得利面粉集團(tuán)；菊糖，西安瑞林生物科技有限公司；乙醇(食品級)，天津中和盛泰化工有限公司；不同聚合度的菊糖，實驗室自制。

1.2　儀器與設(shè)備

Centrifuge5810型臺式高速離心機(jī)，德國Eppendorf公司；真空冷凍干燥機(jī)，北京松源華興科技公司；高效液相色譜儀，日本島津公司；Tskgel Gmpwxl 色譜柱，東曹生物科技有限公司；JFZD300型粉質(zhì)儀，菏澤衡通實驗儀器有限公司；HZL-350電子式面團(tuán)拉伸儀，浙江托普儀器有限公司； TA動態(tài)流變儀，英國儀器公司； Fa2004A電子天平，上海精天電子儀器有限公司。攪拌機(jī)，廣東東菱電器有限公司；醒發(fā)箱，廣州三麥機(jī)械設(shè)備有限公司；遠(yuǎn)紅外電熱烤箱，廣州番禹烘焙設(shè)備有限公司；Brookfield TC3質(zhì)構(gòu)儀，美國博勒飛公司。

1.3　實驗方法

1.3.1不同聚合度菊糖的制備

菊糖全粉按照一定比例配成溶液，加入一定量的乙醇，低溫靜置一定時間，離心，沉淀干燥后得到DP-M，上清液經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，冷凍干燥后得到DP-L，將得到DP-M加入一定的交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)得到交聯(lián)菊糖DP-H。

1.3.2菊糖相對分子質(zhì)量和聚合度的測定

采用 Tskgel GMPWXL色譜柱，示差折光檢測器檢測，以超純水為流動相，流速0.7 mL/min，柱溫30 ℃。分別精密稱取聚乙二醇標(biāo)準(zhǔn)品Mw 10 000、6 000、4 000、2 000、1 000、600 各 50.0 mg，用超純水定容于5 mL容量瓶中，配成10.0 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品溶液，分別進(jìn)樣，測得各色譜峰保留時間。以保留時間(RT)為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的相對分子質(zhì)量對數(shù)值(lgMw)為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。取待測菊糖50.0 mg，用超純水定容于5 mL容量瓶中，配成10.0 mg/mL的樣品溶液。按制作標(biāo)準(zhǔn)曲線的色譜條件進(jìn)樣，得到各菊糖的保留時間。并根據(jù)公式：M=162DP+180得到各分離菊糖的聚合度。

1.3.3混合粉的制備

分別稱取一定量的不同聚合度的菊糖替代相應(yīng)比例的小麥粉，混合均勻。以不加菊糖的小麥粉作為對照。

1.3.4粉質(zhì)特性的測定

粉質(zhì)特性的測定根據(jù)GB/T14614—2006/ISO5530—1：1997《小麥粉面團(tuán)的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測定粉質(zhì)儀法》，利用粉質(zhì)儀對混合粉粉質(zhì)特性進(jìn)行測定。

1.3.5拉伸特性的測定

拉伸特性的測定根據(jù)GB/T14615—2006/ISO5530—2：1997 《小麥粉面團(tuán)的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測定拉伸儀法》，利用拉伸儀對面團(tuán)拉伸特性進(jìn)行測定。

1.3.6動態(tài)流變學(xué)特性的測定

頻率掃描測試：將300 g混合粉在粉質(zhì)儀中攪拌混合加水并達(dá)到(500±20)FU后取出，稱取10 g用動態(tài)流變儀進(jìn)行測定。測定條件：選用直徑為40 mm的平板，應(yīng)變振幅值1.0%，溫度25 ℃，頻率0.1～20 Hz，間距2 mm，等待時間300 s。將面團(tuán)放于平板之間，當(dāng)間距達(dá)到2 mm時，將面團(tuán)周邊多余部分刮掉，然后在周圍涂上一層礦物油，防止干燥，同時啟動程序開始測定，面團(tuán)將在兩塊平板之間靜置5 min，以便釋放殘余的應(yīng)力。

溫度掃描測試：選用直徑為40 mm的平板，將樣品在25 ℃條件下平衡2 min，隨后以2 ℃/min 升溫至85 ℃，平衡2 min，再以2 ℃/min降溫至25 ℃，并記錄樣品的相關(guān)模量隨溫度的變化。測試頻率固定為1 Hz，應(yīng)變振幅值設(shè)置為1%，樣品間距2 mm。將面團(tuán)放于平板之間，當(dāng)間距達(dá)到2 mm時，將面團(tuán)周邊多余部分刮掉，在周圍涂上一層礦物油，開始測試。

1.3.7面包的制作

面包的制作采用直接發(fā)酵法，原料主要包括混合粉、酵母1.5%、白糖10%、食鹽1%、黃油10%(均以混合粉質(zhì)量計)；水(以粉質(zhì)儀測得的各自不同聚合度菊糖的最佳吸水率的80%計)；攪拌形成一層均勻的面筋膜后室溫下靜置10 min，分割面團(tuán)30 g/個，搓圓并成型。于醒發(fā)箱(溫度38 ℃、濕度85%)醒發(fā)，將醒發(fā)好的面團(tuán)上/下火(180/160 ℃)烘焙10 min、冷卻1 h、包裝、待測。

1.3.8面團(tuán)發(fā)酵體積的測定

按照1.3.7方法制作面團(tuán)，將分割好的面團(tuán)放入250 mL的高頸燒杯中，置于醒發(fā)箱中發(fā)酵，發(fā)酵總時間為250 min，每15 min測定一次面團(tuán)的體積，通過測定，得到面團(tuán)發(fā)酵過程的總體積，試驗結(jié)果取3次測量的平均值。

1.3.9面包比容的測定

取待測面包，按照GB/T 20981—2007《面包油菜籽置換法》進(jìn)行測定。

面包比容=體積(mL)/質(zhì)量(g)

(1)

1.3.10統(tǒng)計與分析

所有試驗結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)，通過Excel 2013 與IBM SPSS Statistics 22.0 對試驗數(shù)據(jù)處理和顯著性分析。當(dāng)p<0.05 時，差異性顯著。

2　結(jié)果與分析

2.1　菊糖相對分子質(zhì)量和聚合度的測定結(jié)果

由表1可知,醇沉之后得到的上清液(DP-L)的分子質(zhì)量為877，DP=4.3屬于低聚合度菊糖，醇沉得到的沉淀(DP-M)其分子質(zhì)量為2 022，DP=11.37屬于中聚合度菊糖，將DP-M經(jīng)過加入交聯(lián)劑交聯(lián)得到的菊糖其分子質(zhì)量為3 262，DP=19.02屬于交聯(lián)菊糖。

表1　菊糖相對分子質(zhì)量和聚合度的測定結(jié)果Table 1　Results of relative molecular weight and DP ofinulin

2.2　不同聚合度的菊糖對小麥粉粉質(zhì)特性的影響

由表2可知，不同聚合度菊糖的吸水率均比對照組小， DP-L的吸水率下降幅度最大，由對照組的59.23%下降到48.27%，其次是DP-M和DP-H，由此得出結(jié)論：聚合度越小，面團(tuán)吸水率下降越大。由面團(tuán)的形成時間可以看出，隨著聚合度增加面團(tuán)形成時間顯著性增加(p<0.05)，DP-H的面團(tuán)形成時間由對照的5.6 min增加到14.03 min，是對照組的2.5倍。同時DP-H的面團(tuán)穩(wěn)定時間最長達(dá)到25.43 min是對照的2.3倍，而DP-M與DP-L相比對照組穩(wěn)定時間有所減小。面團(tuán)的形成時間增加，表明面團(tuán)在攪拌成團(tuán)過程中對剪切力應(yīng)變有較強(qiáng)的抵抗性，也就意味著其谷蛋白的二硫鍵結(jié)合牢固，不易打開。DP-H的弱化度相比對照顯著降低由對照的55.97下降到38.67，而DP-M與DP-L的弱化度與對照相比差異不顯著?？芍酆隙仍礁撸趸仍叫?，使面團(tuán)筋力增強(qiáng)，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越牢固、耐攪拌性能越強(qiáng)，即面團(tuán)的加工性能越好，使面團(tuán)在發(fā)酵過程中具有良好的持氣能力。而相比對照組，3種聚合度菊糖的粉質(zhì)指數(shù)均顯著大于對照組，說明3種聚合度菊糖能夠提高面粉的粉質(zhì)性能。

表2　不同聚合度菊糖對小麥粉粉質(zhì)特性的影響Table 2　Effect of different DP inulin on wheat flour powder farinograph properties

注:平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，同一列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。表3、表4同。

2.3　不同聚合度菊糖對面團(tuán)拉伸特性的影響

由實驗結(jié)果可知對照組面團(tuán)的延伸度、最大阻力，50 mm阻力，拉力比以及曲線面積都隨著醒發(fā)時間的呈先增大后減小的趨勢，而添加不同聚合度的菊糖的面團(tuán)的延伸度隨醒發(fā)時間的延長呈減小的趨勢。對照組的最大阻力由45 min時的359.67 FU先增加到412.67 FU后到135 min時減小到388.67 FU，而其他3種菊糖的最大阻力隨著醒發(fā)時間的延長呈現(xiàn)不斷增大的趨勢，且隨著聚合度的增加，醒發(fā)時間的延長最大阻力不斷增大，在醒發(fā)時間為135 min時DP-H的最大阻力是對照組的2.9倍，同時添加3種聚合度菊糖的50 mm阻力，拉力比也都隨著聚合度的增加和醒發(fā)時間的延長而顯著性增加。與對照相比3種聚合度菊糖的曲線面積顯著增加，說明添加不同聚合度菊糖可以提高面粉的發(fā)酵耐力。同時從拉伸特性可以說明3種聚合度菊糖的加入有利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，提高了面筋筋力。

表3　不同聚合度菊糖對小麥粉拉伸特性的影響Table 3　Effect of different DP inulin on wheat flour tensile properties

2.4　不同聚合度菊糖對面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)特性的影響

圖1和圖2 是不同頻率和不同溫度掃描下，不同聚合度菊糖對面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)特性的測定結(jié)果。

圖1　頻率掃描下不同聚合度菊糖對面團(tuán)儲能模量(a)，耗能模量(b)，tanδ(c)的影響Fig.1　Effect of different DP inulin under different frequencyscanning on the dough G′, G″ and tanδ

由圖1可知隨著掃描頻率的增加，面團(tuán)的儲能模量(storage modulusG′)始終大于耗能模量(loss modulusG″)，表明面團(tuán)的彈性大于黏性。損耗角正切值tanδ<1，G′與G″隨著頻率的增加而逐漸上升，表現(xiàn)出一直典型的弱凝膠動態(tài)流變圖譜[13]。與對照組相比，DP-H面團(tuán)其G′和G′′值均高于對照，其次是DP-M和DP-L；這表明面團(tuán)中加入這3種聚合度的菊糖，均能有助于提高面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加面團(tuán)的彈性。同時添加3種聚合度菊糖使得面團(tuán)黏性高于空白組面團(tuán)，說明3種菊糖的加入使面團(tuán)具有更強(qiáng)的吸水性，使面團(tuán)體系粘性值增加。tanδ是G″與G′的比值，表征面團(tuán)黏彈性，若tanδ越小，表明體系的彈性比例較大，流動性較差，體系組分中高聚物數(shù)量越多或聚合度越大；反之則黏性比例大，流動性強(qiáng)，聚合度較低的分子占的比例高。圖1-(c)可知，tanδ始終小于1，并且隨著聚合度的增加，DP-M和DP-L的tanδ值逐漸降低，DP-H的tanδ低于對照組，說明聚合度越小越有助于面團(tuán)tanδ的增加。

圖2　溫度掃描下不同DP菊糖對面團(tuán)儲能模量(a)，耗能模量(b)，tanδ(c)的影響Fig.2　Effect of different DP inulin under differenttemperature scanning on the dough G′, G″ and tanδ

由圖2可知，隨著掃描溫度的增加面團(tuán)的G′逐漸增加，當(dāng)G′達(dá)到最大值時可以看出，隨著聚合度的增加面團(tuán)的彈性逐漸增大且DP-H>DP-M>對照>DP-L，且隨著聚合度的增加，G′達(dá)到最高點(diǎn)時的溫度也在逐漸增加，3種聚合度的菊糖溫度均大于對照組。從G″結(jié)果也可以看出，其變化規(guī)律與G′相似，也是隨著聚合度的增加，面團(tuán)的G′和G″逐漸增大，tanδ逐漸減小。這是不同聚合度的菊糖的加入使面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密，導(dǎo)致G′增加；由于黏度增加，G″也相應(yīng)的增加，增加了面團(tuán)的筋力。

2.5　不同聚合度菊糖對面包面團(tuán)發(fā)酵體積的影響

由面團(tuán)的發(fā)酵體積結(jié)果可知，隨著發(fā)酵時間的延長面團(tuán)的發(fā)酵體積逐漸增加，對照組面團(tuán)的發(fā)酵體積在90 min時達(dá)到最大值，之后隨著時間的延長面團(tuán)的發(fā)酵體積逐漸下降，而添加了不同聚合度的菊糖的面團(tuán)的發(fā)酵速度相比對照組要緩慢，且相比對照組，DP-H與DP-M的發(fā)酵體積要小，由圖3可以看出隨著發(fā)酵時間的延長DP-L面團(tuán)的發(fā)酵速度最慢但隨著發(fā)酵時間的延長發(fā)酵體積逐漸增大，發(fā)酵時間為180 min時達(dá)到最大值，之后發(fā)酵體積逐漸減小，分析其原因可能是隨著聚合度的增加，增強(qiáng)了面團(tuán)的筋力，聚合度的增加使得面團(tuán)在發(fā)酵過程中抑制了面團(tuán)的膨脹；其次菊糖分子具有很強(qiáng)的吸水性，聚合度越高越不易被微生物利用[14]，且菊糖的加入使得淀粉顆粒被包裹，導(dǎo)致能被發(fā)酵的碳水化合物的含量降低[15]，影響面包的膨脹，導(dǎo)致DP-H和DP-M的發(fā)酵體積小于對照。而DP-L由于聚合度較低，其生物活性較高，易被微生物利用因此其發(fā)酵體積相比對照組的要高。

圖3　不同聚合度菊糖對面團(tuán)發(fā)酵體積的影響Fig.3　Effects of different DP inulin on the dough fermentationvolume

2.6　不同聚合度菊糖對面包比容的影響

從圖4可以看出，添加DP-H與DP-M的面包的比容小于對照組，DP-L的面包的比容大于對照組，這與面團(tuán)的發(fā)酵體積的結(jié)果趨勢一致，DP-H面包的比容最小，可見隨著菊糖聚合度的增加面包比容逐漸減小，這可能是由于聚合度越高其生物活性越低，越不被微生物利用[14]，使面包在發(fā)酵以及烘焙過程中不易膨脹，從而導(dǎo)致面包比容體積較??；同時由于菊糖還具有一定的凝膠特性，可以增強(qiáng)小麥粉筋力，使得面粉筋力過強(qiáng)從而導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)不能完全形成，而且面團(tuán)起發(fā)慢，面團(tuán)不能充分醒發(fā)，導(dǎo)致面團(tuán)體積較小。

圖4　不同聚合度菊糖對面包比容的影響Fig.4　Effect of different DP inulin on bread volume

2.7　不同聚合度菊糖對面包硬度的影響

由面包1～7 d的硬度變化可以看出面包貯藏時間為1 d時對照組與DP-L面包的硬度無顯著性差異，而DP-H與DP-M組面包硬度顯著高于對照組和DP-L組。隨著貯藏時間的延長，面包的硬度逐漸增大，由面包第7天的結(jié)果可以看出，DP-L組的面包硬度與對照組硬度無顯著性差異，而DP-H與DP-M組面包硬度顯著性高于對照組，說明DP-L的添加有助于改善面包品質(zhì)，延緩面包老化。而DP-H與DP-M組面包不但沒有使面包硬度降低反而增加了面包的硬度，這也說明隨著菊糖聚合度的增加，對面包的品質(zhì)和老化起不到一定的作用。

表4　不同聚合度菊糖對面包硬度影響Table 4　Effect of different DP inulin on bread quality

3　結(jié)果與討論

通過試驗可得不同聚合度菊糖對于小麥粉的粉質(zhì)、拉伸、動態(tài)流變等特性具有顯著性的影響，從而對面包品質(zhì)具有一定的影響，添加不同聚合度的菊糖使小麥粉的吸水率下降，且隨著聚合度的降低，吸水率逐漸下降，同時面團(tuán)的形成時間和粉質(zhì)指數(shù)增加，DP-M和DP-L與對照組相比面團(tuán)的穩(wěn)定時間和弱化度無顯著性差異，DP-H對面團(tuán)的穩(wěn)定時間和弱化度影響較大，說明不同聚合度菊糖的添加均能提高小麥粉的粉質(zhì)性能，同時從試驗中也可以看出聚合度越低對小麥粉的吸水率影響越大，其吸水率越低。由實驗結(jié)果可知對照組面團(tuán)的延伸度、最大阻力、50 mm阻力，拉力比以及曲線面積都隨著醒發(fā)時間呈先增大后減小的趨勢。而添加不同聚合度的菊糖的面團(tuán)的延伸度隨醒發(fā)時間的延長呈減小的趨勢，最大阻力，50 mm阻力，拉力比和曲線面積呈逐漸增大的趨勢，不同聚合度菊糖的面團(tuán)其最大阻力顯著性增加，說明其有利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，提高了面筋筋力。動態(tài)流變學(xué)特性結(jié)果與對照組相比，DP-H面團(tuán)其G′和G′′值均高于對照，其次是DP-M和DP-L；這表明面團(tuán)中加入這3種聚合度的菊糖，均能有助于提高面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加面團(tuán)的彈性。溫度掃描可知，3種聚合度菊糖的加入可以增加面團(tuán)的糊化溫度，增大面團(tuán)的彈性與粘性。同時由對面粉的影響而作用于面包的發(fā)酵時間和面包品質(zhì)上。DP-L的添加延緩了面包老化進(jìn)程，提高了面包品質(zhì)，而DP-H和DP-M的添加使面包發(fā)酵體積減小，面包比容下降，對于面包品質(zhì)沒有達(dá)到一定的改善作用。

由試驗可知菊糖全粉的聚合度在DP-M與DP-L之間，根據(jù)菊糖的性質(zhì)菊糖的聚合度分布在10～60，可知本試驗所用的菊糖全粉的聚合度偏低，而經(jīng)過醇沉分離得到的菊糖只有DP-M與DP-L，因為高聚合度菊糖的含量較低，本試驗是用DP-M經(jīng)過添加交聯(lián)劑以后得到的交聯(lián)菊糖，而關(guān)于菊糖本身具有的高聚合度菊糖在面粉、面團(tuán)以及面包中的研究與應(yīng)用還有待于進(jìn)一步的研究分析。

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