張書靜,徐麗娜,賈喜午,沈汪洋,李傳喜,王 展,
(1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢 430023;2.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430023;3.棗陽市三杰麥面有限公司,湖北棗陽 441200)
麥麩富含膳食纖維、抗氧化活性物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分,但在小麥加工中被去除,導(dǎo)致面制主食營養(yǎng)組分缺失、微量營養(yǎng)素和膳食纖維含量降低。將麥麩回添到面粉中,用于主食面制品的研究是目前的研究熱點(diǎn)[1-2]。然而,麥麩不僅口感粗糙、干燥、苦澀,而且容易哈敗,氣味不佳,有獨(dú)特的生腥味,且可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF)含量較低,添加麥麩對面制品的感官品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)均有負(fù)面影響,因此需通過改性技術(shù)提高麥麩中SDF的含量并改善麥麩風(fēng)味,從而提升含麩面制品的感官品質(zhì),提高消費(fèi)者的接受度。
目前,國內(nèi)外常用的麩皮改性方法通常為微生物發(fā)酵法、酶處理法、超微粉碎法、擠壓蒸煮法等改性技術(shù)[3-4]。擠壓膨化技術(shù)可以破壞麥麩中部分膳食纖維[5],具有成本低、時(shí)間短、生產(chǎn)率高等特點(diǎn)[6-7],且具有滅酶、除去麥麩中微生物,改善麥麩風(fēng)味成分的作用[8]。酶解改性技術(shù)具有特異性強(qiáng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)勢,故在食品行業(yè)具有較高的應(yīng)用潛力[9]。冀頤之等[10]采用高溫蒸煮耦合木聚糖酶改性麥麩,發(fā)現(xiàn)酶解時(shí)間為4 h、酶濃度為105 U/mL、酶解溫度為65 ℃,pH為5.5時(shí),麥麩中低聚木糖得率最高為6.0%。目前,大多數(shù)研究多通過固態(tài)酶解與液態(tài)酶解的方式破壞纖維組分以提高可溶性纖維組分含量,但固態(tài)酶解工藝中酶與底物反應(yīng)不均勻,而液態(tài)酶解工藝過程中易滋生微生物。半固態(tài)酶解工藝改性麥麩可以克服以上問題,同時(shí)明顯提高了麥麩中SDF的含量并改善了麥麩風(fēng)味[11]。在酶解前對麥麩進(jìn)行擠壓處理可以使原料中一部分不溶性膳食纖維在高溫、高壓下分解,有助于木聚糖酶更有效地將麥麩中的不可溶性膳食纖維分解成可溶性的小分子多糖或單糖。
本文使用木聚糖酶對擠壓麥麩進(jìn)行半固態(tài)酶解改性處理,通過單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化麥麩改性工藝;將改性麥麩添加到中筋粉中,探究改性麥麩添加量對饅頭品質(zhì)的影響,確定改性麥麩的最適添加量;并進(jìn)一步分析原麥麩、擠壓麥麩和改性麥麩對饅頭比容、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味的影響,旨在提高麥麩利用率,為含麩面制品的開發(fā)、利用提供一定的理論基礎(chǔ)。
麥麩(蛋白質(zhì)18.01%;淀粉21.50%;灰分4.90%;總膳食纖維40.80%;不可溶性膳食纖維37.50%;可溶性膳食纖維3.30%) 棗陽市三杰麥面有限公司;中筋粉 武漢香滿園食品有限公司;膳食纖維試劑盒
愛爾蘭Megazyme公司;木聚糖酶(酶活力單位6000 U/mg) 上海源葉生物科技有限公司;無水乙醇、丙酮、氫氧化鈉、鹽酸、濃硫酸、三羥甲基氨基甲烷、2-(N-嗎啉代)乙烷磺酸 均為分析純,中國國藥集團(tuán)。
RH-LHP-300L型人工氣候箱 常州潤華電器有限公司;TA-XT plus型物性測試儀 英國stable micro system公司;BVM-L370型食品體積測定儀瑞典波通儀器公司;C-Cell食品圖像分析儀 波通瑞華科學(xué)儀器(北京)有限公司;FMHE36-24R型雙螺桿擠壓膨化機(jī) 湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司;Breath Spec?型氣相離子遷移譜聯(lián)用儀 濟(jì)南海能儀器股份有限公司。
1.2.1 擠壓麥麩和改性麥麩的制備 在進(jìn)料速度17 kg/h、螺桿轉(zhuǎn)速160 r/min,Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)、Ⅵ區(qū)擠壓溫度分別為60、90、120、140、130 ℃條件下擠壓膨化麥麩。將擠壓處理后的麥麩烘干、粉碎后過40目篩,得到擠壓麥麩(擠壓麥麩條件為作者進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)得到)。稱取一定量擠壓麥麩于燒杯中,放入滅菌鍋中121 ℃滅菌20 min,冷卻后加適量木聚糖酶,在最優(yōu)酶解條件下(溫度50 ℃,pH5.0)將麥麩和水按一定加水量(mL/g麥麩)混合均勻,酶解一定時(shí)間后進(jìn)行滅酶處理,粉碎烘干過40目篩,得到改性麥麩。
1.2.2 半固態(tài)酶解法改性擠壓麥麩的工藝參數(shù)優(yōu)化
1.2.2.1 酶解時(shí)間 在木聚糖酶添加量(1000 U/g麥麩)和液料比(1.5:1 mL/g)條件下,考察酶解時(shí)間(1、2、3、4、8、12和16 h)對擠壓麥麩中SDF含量的影響。
1.2.2.2 木聚糖酶添加量 在液料比(1.5 mL/g),酶解時(shí)間為1.2.2.1確定的最優(yōu)時(shí)間條件下,考察木聚糖酶添加量(0、200、600、1000和1400 U/g麥麩)對擠壓麥麩中SDF含量的影響。
1.2.2.3 液料比 在1.2.2.1確定的最優(yōu)酶解時(shí)間,和1.2.2.2確定的最適木聚糖酶添加量條件下,考察液料比(0.5:1、1.0:1、1.5:1、2.0:1和2.5:1 mL/g)對麥麩中SDF含量的影響。
1.2.3 麥麩膳食纖維的測定 SDF參照GB 5009.88-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膳食纖維的測定》的方法測定。
1.2.4 饅頭的制作工藝 參照GB/T 35991-2018《糧油檢驗(yàn) 小麥粉饅頭加工品質(zhì)評價(jià)》,并進(jìn)行了適當(dāng)修改[12],具體操作如下:將面粉和3 g酵母依次倒入攪拌缸中,低速攪拌并緩慢加水165 mL,待攪拌缸內(nèi)基本無干粉時(shí)開始高速攪拌,直到攪拌缸內(nèi)壁和面團(tuán)變得光滑;將和好的面團(tuán)取出,將大面團(tuán)分割成若干個80 g的小面團(tuán)。對分割后的面團(tuán)進(jìn)行排氣和整形,搓圓后醒發(fā)25 min,放入蒸鍋蒸制20 min后冷卻1 h備用。
1.2.5 改性麥麩添加量對饅頭品質(zhì)的影響 將改性麥麩用萬能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎后過80目篩備用,將改性麥麩以0.0%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%和15.0%的添加量替代小麥粉,混合均勻后得到含麩面粉,按照1.2.4的步驟制作成饅頭,探究改性麥麩添加量對含麩饅頭品質(zhì)的影響,確定改性麥麩的最優(yōu)添加量。
1.2.6 改性麥麩對饅頭品質(zhì)的影響 將原麥麩、擠壓麥麩以及改性麥麩以1.2.5得到的最優(yōu)添加量分別加入面粉中作成饅頭,分別命名為對照組、擠壓組和改性組,未添加麥麩的面粉制成的饅頭為空白組,進(jìn)一步探究麥麩改性對饅頭比容、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味的影響。
1.2.6.1 饅頭比容的測定 饅頭置于室溫25 ℃下冷卻,1 h后稱其質(zhì)量,饅頭體積使用體積測定儀測得。計(jì)算公式如下:
式中:V為饅頭的體積,mL;M為饅頭的質(zhì)量,g。
1.2.6.2 饅頭質(zhì)構(gòu)的測定 饅頭冷卻1 h后,用專用面包刀將饅頭芯切成20 mm×20 mm×20 mm的饅頭芯塊,使用P/45 R探頭進(jìn)行對饅頭的硬度、彈性和咀嚼性進(jìn)行測定[13],參數(shù)條件:測前、中、后的速度分別為:5、1、5 mm/s;壓縮率:50%;應(yīng)變量:50.00%;壓縮時(shí)間:30 s;起點(diǎn)感應(yīng)力:5 g;引發(fā)力:5.0 g;間隔時(shí)間:5.00 s。
1.2.6.3 饅頭內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)的測定 饅頭冷卻后,用專用面包刀將饅頭切成20 mm的饅頭片,將饅頭片放入樣品盒內(nèi),使用C-Cell食品圖像分析儀對饅頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描,獲取饅頭切片的圖像。
1.2.6.4 揮發(fā)性物質(zhì)測定 每份饅頭樣品稱取2 g(精確到0.01g)至20 mL頂空瓶中并封口,用于氣相離子遷移譜(Gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析[14]。色譜柱:FS-SE-54-CB-1(15 m×0.53 mm,1 μm),柱溫60 ℃,采用自動頂空進(jìn)樣,進(jìn)樣體積500 μL,孵育時(shí)間10 min,孵育溫度60 ℃,進(jìn)樣針溫度80 ℃,孵化轉(zhuǎn)速500 r/min,載氣/漂移氣為N2,分析時(shí)間30 min。流速:初始2 mL/min,保持2 min后在10 min內(nèi)線性增至15 mL/min,在20 min內(nèi)增至80 mL/min,在25 min內(nèi)增至130 mL/min,在30 min內(nèi)增至150 mL/min。
使用GC-IMS儀器配套的LAV(Laboratory Analytical Viewer)以及GC-IMS Library Search軟件內(nèi)置的NIST2014數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫對饅頭中風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析,運(yùn)用Gallery Plot插件生成揮發(fā)性化合物指紋圖譜。
除揮發(fā)性物質(zhì)的數(shù)據(jù)處理外,其他數(shù)據(jù)處理均采用Excel 2013和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,采用Origin軟件進(jìn)行繪圖,實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次,取平均值。揮發(fā)性物質(zhì)的分析軟件為LAV(Laboratory Analytical Viewer)、GC×IMS Library Search和其他三款插件,實(shí)驗(yàn)重復(fù)兩次。
由圖1可知,擠壓麥麩中SDF含量隨著酶解時(shí)間延長呈先增大后減小的趨勢,說明酶促反應(yīng)程度隨酶解時(shí)間的延長增加,在3 h時(shí)逐漸變緩,酶解時(shí)間4 h時(shí)擠壓麥麩中SDF含量達(dá)到最大(4.28%),這是因?yàn)槟揪厶敲杆饬瞬豢扇苄阅揪厶欠肿又械摩?1,4-木糖苷鍵,將不可溶性膳食纖維轉(zhuǎn)變成SDF[15]。但當(dāng)酶解時(shí)間超過4 h時(shí),SDF也被木聚糖酶酶解,轉(zhuǎn)變成小分子的單糖或多糖[16],導(dǎo)致其含量隨酶解時(shí)間的增加而降低,故選取酶解時(shí)間4 h為最優(yōu)方案的酶解時(shí)間。
圖 1 酶解時(shí)間對擠壓麥麩中SDF含量的影響Fig.1 Effect of enzymatic hydrolysis time on the content of SDF in extruded wheat bran
由圖2可知,擠壓麥麩中SDF含量隨著木聚糖酶添加量增加呈先增大后減小的趨勢,當(dāng)木聚糖酶添加量為1000 U/g麥麩時(shí),擠壓麥麩中SDF的含量達(dá)到最大(4.20%),這主要與酶的競爭性抑制作用以及和酶和底物的比例有關(guān)。隨著木聚糖酶添加量的增加,酶的濃度增加,導(dǎo)致酶促反應(yīng)速率加快,擠壓麥麩中SDF的含量增加;當(dāng)木聚糖酶添加量超過1000 U/g麥麩時(shí),酶的競爭性抑制作用增大,也可能是因?yàn)槊复俜磻?yīng)過度,酶解了擠壓麥麩中的SDF,擠壓麥麩中SDF含量也隨之降低[17],故選取木聚糖酶添加量1000 U/g麥麩為最優(yōu)方案的酶添加量。
圖 2 木聚糖酶添加量對擠壓麥麩中SDF含量的影響Fig.2 Effect of xylanase addition on the content of SDF in extruded wheat bran
由圖3可知,擠壓麥麩中SDF的含量隨著液料比的增加呈先增大后減小的趨勢,當(dāng)液料比為1.0:1 mL/g時(shí),擠壓麥麩中SDF含量達(dá)到最大(6.24%),這主要受分子間的布朗運(yùn)動和木聚糖酶濃度的影響[18]。隨著液料比的增加物料的流動性增大,酶和麥麩碰撞的頻率加快,導(dǎo)致酶促反應(yīng)速率加快,擠壓麥麩中SDF的含量增加;當(dāng)液料比高于1.0:1 mL/g時(shí),酶的濃度隨著液料比的增加而降低,酶促反應(yīng)速率變得緩慢,擠壓麥麩中SDF含量也隨之降低,選取液料比1.0:1 mL/g為最優(yōu)方案的液料比。
圖 3 液料比對擠壓麥麩中SDF含量的影響Fig.3 Effect of liquid-to-material ratio on the SDF content in extruded wheat bran
大量研究表明,硬度和咀嚼性與饅頭品質(zhì)呈負(fù)相關(guān),這兩個指標(biāo)越大,饅頭質(zhì)地越硬,口感越粗糙;彈性和比容與饅頭品質(zhì)呈正相關(guān),這兩個指標(biāo)越小,饅頭質(zhì)地越松軟、細(xì)膩[19]。表1和圖4可知,當(dāng)改性麥麩添加量為7.5%時(shí),含麩饅頭的比容達(dá)到最大、硬度和咀嚼性最低,彈性和空白組無顯著性差異(P>0.05),含麩饅頭的質(zhì)地較為松軟,內(nèi)部紋理結(jié)構(gòu)較為細(xì)膩,含麩饅頭的品質(zhì)較好。其原因是,當(dāng)改性麥麩的添加量較低時(shí),改性麥麩中的淀粉或膳食纖維可以與面筋網(wǎng)絡(luò)形成氫鍵,形成更加致密的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),饅頭的品質(zhì)也有所改善[20],在添加量達(dá)到7.5%時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)。隨著改性麥麩添加量的繼續(xù)增加,大量的粗纖維會刺破面筋網(wǎng)絡(luò),進(jìn)一步阻礙面筋網(wǎng)絡(luò)的水合和延伸,從而使面團(tuán)品質(zhì)劣化[21],麥麩饅頭的硬度、咀嚼性逐漸增大,彈性和比容逐漸降低,饅頭的品質(zhì)變差。
圖 4 不同改性麥麩添加量的C-Cell掃描圖像Fig.4 Scanning images of C-Cell with different amounts of modified wheat bran
圖 5 麥麩改性對饅頭中揮發(fā)性風(fēng)味成分的影響Fig.5 Effects of wheat bran modification on volatile flavor components in steamed bread
表 1 不同改性麥麩添加量對饅頭比容和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effects of different modified wheat bran additions on specific volume and texture of steamed bread
按1.2.6的方法,分別添加7.5%的原麥麩、擠壓麥麩和改性麥麩制作含麩饅頭,考察麥麩改性對饅頭比容和質(zhì)構(gòu)特性的影響。結(jié)果如表2所示。
表 2 麥麩改性對饅頭比容和質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effects of wheat bran modification on specific volume and texture of steamed bread
表 3 饅頭中的揮發(fā)性風(fēng)味成分的香氣描述[31]Table 3 Aroma description of volatile flavor components in steamed bread[31]
和空白組相比,加入原麥麩后的對照組饅頭的硬度和咀嚼性升高了47.64%和32.85% ,比容降低19.18%,饅頭質(zhì)地變得堅(jiān)硬,食用品質(zhì)下降。與對照組相比,擠壓組饅頭的硬度和咀嚼性分別降低了14.23%和23.77%,比容升高了10.59%,饅頭的質(zhì)地變得較為松軟,說明麥麩擠壓后對饅頭的品質(zhì)有一定的改善,但與空白組相比還有一定的差距;改性組饅頭的硬度和咀嚼性分別降低了41.19%和42.35%,比容升高了25.00%,饅頭品質(zhì)進(jìn)一步提升,其彈性、比容和硬度均與空白組無顯著性差異(P>0.05),咀嚼性甚至優(yōu)于空白組(P<0.05)。這是因?yàn)樵滬熤猩攀忱w維會和面筋蛋白競爭水分,抑制了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成,使面團(tuán)的延展性降低[22],導(dǎo)致饅頭的體積變小,質(zhì)地變硬。麥麩在經(jīng)過在高溫、高壓以及高剪切力環(huán)境下的擠壓處理后,內(nèi)部不溶性膳食纖維降解、斷裂,可溶性纖維增加,可以強(qiáng)化面筋網(wǎng)絡(luò),緩解不溶性膳食纖維對面筋蛋白的破壞[23],饅頭的比容顯著升高(P<0.05),食用品質(zhì)有所改善。在擠壓麥麩的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行木聚糖酶酶解處理,一方面使得麥麩內(nèi)部不溶性膳食纖維進(jìn)一步分解為小分子單糖和多糖,這些可溶性糖類可以強(qiáng)化面筋網(wǎng)絡(luò)[24-25];另一方面,在酶解過程中產(chǎn)生的酸性環(huán)境,可以軟化麥麩,使麥麩的整體粒徑減小,可以緩解麥麩對面團(tuán)的破壞,使得饅頭的食用品質(zhì)進(jìn)一步提高[26]??傮w來說,適量添加半固態(tài)酶解聯(lián)合擠壓改性麥麩(7.5%),饅頭的食用品質(zhì)與未添加麥麩之前基本相當(dāng)(P>0.05)。
風(fēng)味物質(zhì)由多種復(fù)雜的揮發(fā)性風(fēng)味成分組成,不同類型物質(zhì)的香氣成分有其自身的特點(diǎn),香氣的組成與揮發(fā)性物質(zhì)的濃度和閾值密切相關(guān)[27]。圖5表示麥麩改性前后饅頭中揮發(fā)性風(fēng)味成分種類和濃度的變化。每一行代表一個樣品,每一列代表一種揮發(fā)性風(fēng)味成分,顏色越接近紅色代表此物質(zhì)越濃。
4種饅頭中共發(fā)現(xiàn)共檢測出24種揮發(fā)性風(fēng)味成分,其氣味描述見表3。與空白組相比,對照組中9種揮發(fā)性風(fēng)味成分的濃度明顯增加,其中反-3-己烯醇和二乙二醇二甲醚呈現(xiàn)青草味和生腥味,這與原麥麩的生腥味結(jié)果一致[28]。而在擠壓組饅頭中,這兩種成分明顯減少,丁位癸內(nèi)酯、正己酸乙酯、2-正戊基呋喃、2-甲基吡嗪、左旋玫瑰醚等呈現(xiàn)愉悅氣味的成分明顯增加,這說明麥麩的擠壓過程可以改善麥麩風(fēng)味,使擠壓麥麩呈現(xiàn)濃郁的麥香味。這可能是因?yàn)辂滬熢跀D壓過程中的高溫作用下,醇類物質(zhì)發(fā)生了氧化反應(yīng)和酯化反應(yīng),生成醛酮類物質(zhì)和酯類物質(zhì),且部分羰基化合物與游離的氨基發(fā)生Strecker降解反應(yīng)[29],產(chǎn)生呋喃類物質(zhì)和吡嗪類物質(zhì)[30],使2-甲基吡嗪等令人愉快的揮發(fā)性風(fēng)味成分濃度的增加。
與擠壓組相比,改性組饅頭中明顯增加的4種物質(zhì)為仲辛醇、2-正戊基呋喃、2-庚醇和羅勒烯;有3種揮發(fā)性物質(zhì)濃度明顯降低,分別是丁位癸內(nèi)酯、正己酸乙酯、3-甲基-3-丁烯-1-醇。因此,擠壓麥麩的酶解處理不僅有效增加了饅頭中令人愉快的揮發(fā)性風(fēng)味成分的濃度,同時(shí)也降低了原麥麩自身的不良風(fēng)味,使含麩饅頭中的生腥味轉(zhuǎn)變成令消費(fèi)者容易接受的麥香味和焙烤香,提高了含麩饅頭的感官品質(zhì)和風(fēng)味。
本試驗(yàn)選用擠壓麥麩為原料,通過單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了半固態(tài)酶解改性擠壓麥麩的工藝,當(dāng)酶解時(shí)間4 h、木聚糖酶添加量1000 U/g麥麩、液料比1.0:1 mL/g時(shí),改性麥麩中可溶性膳食纖維的含量達(dá)到6.24%,與原麥麩相比提高了89.09%。將改性麥麩回添到中筋粉中,添加量為7.5%時(shí),含麩饅頭的比容和感官品質(zhì)最好。在此基礎(chǔ)上,將原麥麩、擠壓麥麩、改性麥麩分別以7.5%的添加量回添到中筋粉中制作成饅頭,結(jié)果表明:對擠壓麥麩進(jìn)行半固態(tài)酶解改性處理后,相比于對照組,饅頭的比容顯著增大,硬度和咀嚼性則顯著減?。≒<0.05),且和空白組無顯著性差異(P>0.05),咀嚼性甚至優(yōu)于空白組。說明擠壓麥麩經(jīng)過半固態(tài)酶解處理后,能有效改善含麩饅頭的食用品質(zhì)。通過GC-IMS對饅頭中風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)麥麩的改性處理不僅有效增加了饅頭中以2-甲基吡嗪為主的令人愉快的揮發(fā)性風(fēng)味成分的濃度,同時(shí)也降低了以二乙二醇二甲醚等原麥麩自身的不良風(fēng)味,呈現(xiàn)令消費(fèi)者容易接受的麥香味和焙烤香。
綜上所述,半固態(tài)酶解聯(lián)合擠壓改性法在提高麥麩中可溶性膳食纖維含量的同時(shí),還可以改善含麩饅頭的食用品質(zhì)和感官品質(zhì),為麥麩在主食面制品中的應(yīng)用提供了新思路。但改性麥麩對面制品的影響機(jī)制還不清楚,需要對改性麥麩中纖維的組成及其與面筋蛋白和淀粉的相互作用進(jìn)行進(jìn)一步的研究。