馬珂瑩,黃峻榕,伏佳靜,蒲華寅,鄺吉衛(wèi)
(陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,陜西西安 710021)
冷凍面團(tuán)由于其保質(zhì)期長、運(yùn)輸加工方便等優(yōu)點(diǎn),以及快速發(fā)展的冷凍保鮮技術(shù)使其逐漸在食品市場占據(jù)越來越大的比例。冷凍面團(tuán)技術(shù)是指在產(chǎn)品生產(chǎn)的半成品階段,直接冷凍處理面胚,并在低溫下長期冷凍儲藏,待需用時解凍或無需解凍直接進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)品的制作[1-2]。但同時,凍藏過程中冰晶的生長也會對面團(tuán)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞,面團(tuán)黏彈性下降,產(chǎn)品蒸煮損失增加,吸水率下降,可凍結(jié)水和結(jié)晶度比例升高等[3]。
食品加工過程中,組分單個的變化與彼此之間的相互作用都會賦予整個體系不同的性能[4]。淀粉和蛋白質(zhì)作為面團(tuán)中最重要的組分之一,對面團(tuán)品質(zhì)具有重要影響。研究證明,小麥淀粉中直鏈淀粉含量越高,對面團(tuán)的形成、穩(wěn)定以及粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)越不利,會使面條的吸水率降低;面條硬度與淀粉的糊化特性如峰值黏度、崩解值呈負(fù)相關(guān),糊化溫度越低,面條更易糊化,進(jìn)而對蒸煮特性產(chǎn)生影響[5]。Zhou等[6]研究發(fā)現(xiàn),面筋蛋白加入燕麥面條中可降低面條的蒸煮損失率,提高面條的拉伸強(qiáng)度和硬度,同時面筋通過形成定向纖維,使面條中的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)更加緊密,但也會使面條的色澤略顯黃。
蛋白質(zhì)和淀粉相互影響著面團(tuán)的品質(zhì)。而目前,大多數(shù)研究仍側(cè)重于單獨(dú)測定分離的面筋和淀粉的性質(zhì),而關(guān)于面團(tuán)重組后,尤其是在冷凍面團(tuán)體系內(nèi)有關(guān)二者比例的改變所引起的對冷凍面團(tuán)的品質(zhì)穩(wěn)定性影響鮮有研究。在先前的研究中發(fā)現(xiàn),冷凍非發(fā)酵面團(tuán)在儲藏20 d時,開始發(fā)生嚴(yán)重劣變。因此,本研究在原高筋小麥粉的基礎(chǔ)上,利用谷朊粉與小麥淀粉,改變二者的比例將面團(tuán)進(jìn)行重組并冷凍儲藏20 d,通過分析水分分布、流變特性、糊化特性等物化特性來研究面筋蛋白、淀粉添加量對冷凍面團(tuán)品質(zhì)的影響,進(jìn)而為冷凍面團(tuán)的改良提供思路。
高筋小麥面粉 益海嘉里食品營銷有限公司;小麥淀粉 上海正寶惠家食品有限公司;谷朊粉(又稱面筋粉) 封丘縣華豐粉業(yè)有限公司;溴化鉀(光譜純)、無水乙醇 天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。
紐邁低場核磁共振分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;AR2000 旋轉(zhuǎn)流變儀 德國Thermo Scientific;RVA-TeeMASTER 快速粘度測定儀 澳大利亞Newport Scientific公司;Verios460 高分辨場發(fā)射掃描電鏡 美國FEI公司;STA449 F3 傅里葉變換紅外光譜儀 德國Bruker 公司。
1.2.1 面團(tuán)重組 借鑒劉永等[11]的方法,利用高筋小麥面粉與谷朊粉和小麥淀粉進(jìn)行面團(tuán)重組。各配粉中原高筋小麥面粉的添加量固定為50%(占配粉總量),預(yù)實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)谷朊粉比例大于40%時面團(tuán)無法制作成面條,因而,將谷朊粉與小麥淀粉和高筋小麥面粉按照表1的比例進(jìn)行復(fù)配,分別用S1、S2、S3、S4表示,并以100%的純高筋小麥面粉作為對照組(CK)。
表1 小麥淀粉與谷朊粉混合的重組方案Table 1 Recombination protocol for mixing wheat starch with gluten
1.2.2 冷凍面團(tuán)制作工藝 按表1的配粉比例稱取100 g原料粉,再將原料粉、水、鹽以2:1:0.03的比例混合,測定前將高筋小麥面粉、小麥淀粉與谷朊粉放入和面機(jī)中,攪拌3 min,保證其混合均勻,再在和面機(jī)中揉成面團(tuán),醒面45 min后將其放入-80 ℃冰箱中快速冷凍6 h直至中心溫度達(dá)到-20 ℃,在前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,將面團(tuán)在-18 ℃溫度下存放20 d。解凍:凍藏后的面團(tuán)放置在室溫(25 ℃)條件下2 h即可完全解凍,解凍后一部分直接測試,一部分面團(tuán)制成3mm厚的塊狀樣品放入凍干機(jī)中凍干備用。
1.2.3 水分分布與遷移情況 利用低場核磁共振技術(shù)測定樣品的橫向弛豫時間(T2)。面團(tuán)在完全解凍后準(zhǔn)確稱取1.5 g形狀一致的樣品置于核磁管中立即進(jìn)行水分分布測定。進(jìn)行CPMG(Carr Purcell Meiboom Gill)脈沖序列試驗(yàn),測試條件為32 ℃恒溫處理。CPMG序列采用的參數(shù):采樣頻率為200 KHz,回波時間為0.3 ms,回波數(shù)為1000,數(shù)據(jù)反演后可得到各樣品的波譜圖和T2值[12]。
1.2.4 流變學(xué)特性的測定 按照岳苗[13]的方法,利用AR2000旋轉(zhuǎn)流變儀,采用直徑20 mm的平板,取3 g左右的解凍后的面團(tuán)置于流變儀的平板上,緩慢降低頂板,設(shè)置夾縫距離為1.5 mm,刮除平板外多余面團(tuán),在周圍涂抹硅油防止水分揮發(fā),靜置5 min后進(jìn)行測試。測試溫度為25 °C,掃描頻率區(qū)間為0.1~50 Hz,應(yīng)變量0.5%。
1.2.5 糊化特性的測定 采用快速粘度測定儀(RVA)測定[13]。凍干粉準(zhǔn)確配制28 g濃度8%(干基)的混合液體,具體測定條件:最初50 ℃下保持1 min;以12 ℃/min的升溫速度加熱到95 ℃并在此溫度下保持2.5 min;然后以12 ℃/min下降到50 ℃,并在此溫度下保持2 min;攪拌器在起始10 s內(nèi)轉(zhuǎn)動速率為960 rpm/min,之后保持在160 r/min。測得淀粉糊黏度曲線及其實(shí)驗(yàn)參數(shù):峰值黏度(PV)、谷值黏度(TV)、最終黏度(FV)、崩解黏度(BV)、回生黏度(SV)及成糊溫度(PT)。黏度用“cP”作單位表示。
我先生說,倘若是他,會選擇跟孩子討論:“非得聽媽媽的話嗎?在什么情況你會聽?而什么情況下不聽?”我很贊同。正如之前所說,世界是復(fù)雜的,而它的豐富也正孕育在這復(fù)雜性中。沒有哪個問題會有簡單的“標(biāo)準(zhǔn)答案”,每個人都可以根據(jù)自己的見解,提供自己的回答。所以我也希望能把每個故事都講成是一個開放式的結(jié)構(gòu),讓各種可能性都得以存在。
1.2.6 凝膠強(qiáng)度的測定 凍干后的樣品粉末加入蒸餾水,配制濃度為18%的乳液,在沸水浴中放置30 min 并不斷的攪拌至完全糊化,將糊化后的凝膠密封,將樣品迅速放入4 ℃冰箱中冷藏24 h,取樣后在室溫下平衡30 min,采用質(zhì)構(gòu)儀測定。參數(shù)設(shè)定:TPA壓縮模式,探頭P/0.5,測前速度為1.0 mm/s,測試速度1.0 mm/s,測后速度5.0 mm/s,觸發(fā)力5.0 g,每個樣品重復(fù)3次[9]。
1.2.7 SEM微觀結(jié)構(gòu)的觀察 凍干后的面團(tuán)輕輕敲碎,取自然斷面較為平整約3 mm厚的小塊樣品,置于粘有電導(dǎo)膠的載物臺上,經(jīng)離子濺射噴金后,采用Verios460高分辨場發(fā)射掃描電鏡于2.0 kV的加速電壓下觀察面團(tuán)截面的微觀結(jié)構(gòu)[13]。
1.2.8 紅外光譜的測定 利用傅里葉變換紅外光譜儀器分析冷凍重組面團(tuán)的紅外光譜圖。取凍干磨粉后的生面團(tuán)樣品,按照1:50的比例加入KBr并充分研磨,將研磨好的細(xì)粉末平鋪至壓片機(jī)平臺上,壓制透明的圓形薄片。以KBr為空白背景,用紅外光譜儀對樣品掃描32次,掃描范圍為4000~400 cm-1,分辨率為4 cm-1[13]。
所得數(shù)據(jù)采用Statistix 9數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行處理和分析,數(shù)據(jù)表示為3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值加減標(biāo)準(zhǔn)差;圖表繪制采用Origin8軟件和Office2016。
利用低場核磁分析重組面團(tuán)中的水分分布變化。不同比例的重組面團(tuán)的橫向弛豫時間(T2)反演圖譜如圖1A所示,冷凍面團(tuán)在0.01~1000 ms間出現(xiàn)主要出現(xiàn)三個峰,這三個峰分別代表面團(tuán)存在的三個水分狀態(tài),分別為強(qiáng)結(jié)合水T21(0.1~1 ms),結(jié)合水T22(1~10 ms)以及自由水T23(10~50 ms)[14],由圖1A可知,T23為主峰,這表明面團(tuán)的水分分布以T23(自由水)為主。
圖1 重組面團(tuán)橫向弛豫時間反演圖(A)和T23橫向弛豫時間變化圖(B)Fig.1 Inversion diagram of the lateral relaxation time (A) and the variation diagram of the lateral relaxation time of T23 (B) of reconstituted dough
冷凍面團(tuán)的T2反演圖譜能反映水分在面團(tuán)中與親水物質(zhì)的結(jié)合程度,峰的弛豫時間越短,表明水分與面筋蛋白或小麥淀粉結(jié)合越緊密[15]。T23的橫向弛豫時間變化如圖1B所示,添加了谷朊粉和淀粉的重組面團(tuán)T23隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的減小逐漸增大且均高于對照組。谷朊粉含量越高的樣品,面筋含量越高,T23越短,說明水分結(jié)合越緊密,更不易遷移。淀粉含量增加,會對面筋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同程度的稀釋作用,面筋蛋白與水的結(jié)合作用力變?nèi)?,使其可遷移的水分比例變高,在冷凍面團(tuán)的解凍過程中更易揮發(fā)散失[16-17]。而在凍藏過程中,自由水會轉(zhuǎn)換為可凍結(jié)水,生成更多冰晶而對面團(tuán)的品質(zhì)造成損害。所以,提高面團(tuán)中面筋蛋白比例有利于結(jié)合水的形成,降低面團(tuán)失水率。谷朊粉:淀粉比例=4:1時,面團(tuán)組分與水結(jié)合最緊密,有利于冷凍面團(tuán)品質(zhì)。
冷凍重組面團(tuán)的儲能模量(G',彈性模量)和損耗模量(G'',黏性模量)變化如圖2A、圖2B所示,在0~50 Hz的頻率范圍內(nèi),冷凍重組面團(tuán)的彈性模量始終大于黏性模量,說明在面團(tuán)中主要是彈性作用[18]。前期研究發(fā)現(xiàn),冷凍儲藏20 d后,面團(tuán)的彈性模量和黏性模量會有明顯的下降,面團(tuán)變硬,拉伸性變差[19]。加入谷朊粉和小麥淀粉后,S1、S2、S3的G'和G''始終大于對照組,而S4(谷朊粉:淀粉=1:4)的黏彈性低于對照組,分別降低了13.03%和18.84%。冷凍重組面團(tuán)的彈性模量和黏性模量隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的減小而降低。谷朊粉的添加可以強(qiáng)化面筋結(jié)構(gòu),而淀粉顆??勺鳛槊娼畹鞍拙W(wǎng)絡(luò)的填充劑,與面筋基質(zhì)相互作用,增強(qiáng)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性[20];但當(dāng)?shù)矸酆窟^高時,未嵌入面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的淀粉顆粒與面團(tuán)中的水分作用,從而抑制部分面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,面團(tuán)穩(wěn)定性變差,面團(tuán)黏彈性降低。因此,在一定程度上,提高面筋蛋白含量,降低淀粉含量可有效改善面團(tuán)的流變特性,進(jìn)而緩解凍藏過程中面團(tuán)黏彈性的劣變,其中,頻率50 Hz,S1(谷朊粉:小麥淀粉=4:1)的黏彈性最好,彈性模量(G')和黏性模量(G'')值最高,與對照相比,分別增大了49.95%和61.44%,并與對照組面團(tuán)凍藏10 d的相當(dāng)[19]。
圖2 重組面團(tuán)彈性模量(A)和黏性模量(B)的變化Fig.2 Changes in storage modulus (A) and loss modulus (B) of reconstituted dough
冷凍重組面團(tuán)粉末樣品的快速黏度曲線見圖3,隨著溫度變化,其黏度呈現(xiàn)升高-降低-升高的變化趨勢,屬于典型的糊化曲線;面團(tuán)重組凍藏后的糊化特性如表2所示,加入谷朊粉和小麥淀粉后,隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的減小,重組面團(tuán)的峰值、谷值和終值黏度以及崩解值和回生值均不斷增大,但S1、S2、S3的糊化黏度值均低于對照組,其中S1的峰值黏度最低,與對照組相比降低了62.21%。一方面,S1與對照相比,淀粉含量降低了23.4%,這是糊化黏度值降低的主要原因。另一方面,谷蛋白含量提高可能會降低冷凍面團(tuán)的各項(xiàng)糊化特性參數(shù)。Yang等[21]的研究結(jié)果表明,添加0~10%的蛋白質(zhì)可以延緩淀粉顆粒在加熱過程中的糊化過程。面團(tuán)的糊化溫度隨著谷朊粉比例的增加而略微升高,但差異不明顯。淀粉和面筋蛋白會互相對彼此產(chǎn)生稀釋作用,糊化過程中,面筋會阻礙淀粉在水中的擴(kuò)散,在一定程度上抑制淀粉糊化,對面團(tuán)的黏度產(chǎn)生削弱作用,使其黏度降低。與對照組相比,S4的峰值黏度和谷值黏度分別增大了15.12%和15.14%。這是因?yàn)镾4重組面團(tuán)中的淀粉含量比對照組高6.6%。另外,冷凍儲藏過程中冰晶形成的微機(jī)械力會打斷直鏈淀粉與脂類、結(jié)合蛋白的結(jié)合鍵,促進(jìn)淀粉吸水膨脹,使得冷凍面團(tuán)的糊化黏度高于普通面團(tuán)[22-23]。
圖3 重組面團(tuán)RVA糊化曲線圖Fig.3 RVA pasting curve of reconstituted dough
表2 重組面團(tuán)糊化特性的變化Table 2 Changes in pasting characteristics of reconstituted dough
崩解值表示峰值黏度與谷值黏度之差,回生值表示淀粉老化過程中直鏈分子重結(jié)晶帶來的黏度改變[22];隨著谷朊粉比例的增加,面團(tuán)崩解值不斷減小,回生值也逐漸降低,說明添加面筋蛋白可以增大冷凍面團(tuán)的穩(wěn)定性。Zhang等[24]研究了大米蛋白質(zhì)在老化過程中對大米淀粉的影響,認(rèn)為大米蛋白對淀粉回生的抑制作用主要是由于大米蛋白的加入降低了淀粉分子的交聯(lián),限制淀粉有序結(jié)構(gòu)的形成,抑制淀粉的重結(jié)晶。因此冷凍面團(tuán)中增加面筋蛋白的比例在一定程度上可以延緩淀粉糊化后的回生,降低糊化黏度,當(dāng)谷朊粉:小麥淀粉為4:1時,冷凍面團(tuán)的回生值最小,與對照組相比降低了70.22%。
隨著谷朊粉:小麥淀粉比例的不斷降低,凝膠的硬度不斷增大(圖4),從114.30 g增大到181.39 g,且均顯著(P<0.05)高于對照組。淀粉顆粒在吸水及加熱過程中會滲析出直鏈淀粉,直鏈淀粉相互纏繞形成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),當(dāng)進(jìn)一步加熱攪拌時,殘存的直鏈淀粉顆粒進(jìn)一步破裂進(jìn)入水相,在冷卻的過程中直鏈淀粉與支鏈淀粉通過氫鍵連接進(jìn)一步形成凝膠[25-26]。
圖4 重組面團(tuán)凝膠硬度的變化Fig.4 Changes in the gel hardness of reconstituted dough
一般來說,凝膠強(qiáng)度的變化與淀粉的老化程度相關(guān),通常用凝膠的硬度來表征,老化過程中硬度會不斷增大[27]。凝膠的硬度是淀粉回生的直接結(jié)果,與淀粉分子的重結(jié)晶有關(guān),直鏈淀粉含量越高,分子間重排程度越高,硬度越大,而面筋蛋白可抑制淀粉溶脹和破裂,減少直鏈淀粉析出,進(jìn)而抑制淀粉重結(jié)晶,同時阻礙淀粉分子與水分子的結(jié)合;因此,谷朊粉的添加意味著面筋蛋白可在一定程度上減緩淀粉凝膠的回生。而另一方面,凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要由淀粉構(gòu)成[28],凝膠強(qiáng)度也與體系中的淀粉比例有關(guān),面團(tuán)中淀粉比例升高也會引起硬度升高;其中S1的硬度最低,但仍高于對照組。這也與糊化特性分析中回生值的研究結(jié)果一致。
冷凍重組面團(tuán)的截面微觀結(jié)構(gòu)由圖5所示,可以清晰的看到面團(tuán)中的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同時由于冷凍儲藏對面團(tuán)的影響,凍藏20 d后部分面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性會被破壞,同時出現(xiàn)較多的孔洞,是冷凍所產(chǎn)生的冰晶干燥后留下的[19]。
圖5 重組面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)變化(1000×、3500×)Fig.5 Microstructure changes of reconstituted dough(1000×, 3500×)
面筋蛋白與水分子之間的相互作用使得面團(tuán)內(nèi)部形成緊密的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),而淀粉顆??勺鳛槊娼畹鞍拙W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的填充劑,用來進(jìn)一步支撐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[18]。由圖5B、圖5C可知,與對照相比,淀粉顆粒緊密的嵌入蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯,但隨著淀粉比例的增大,面筋網(wǎng)絡(luò)對淀粉的包裹性變差,淀粉顆粒沒有完全包裹在面筋基質(zhì)中,暴露在外的淀粉顆粒逐漸變多,可以清晰的看到A型大顆粒淀粉和B型小顆粒淀粉,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的均勻性變差,由圖5e、圖5E可知,當(dāng)谷朊粉:小麥淀粉為1:4時,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變少。淀粉含量過高會阻礙甚至破壞面筋網(wǎng)絡(luò)的形成,使得面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差,進(jìn)而可能會對由冷凍面團(tuán)所制得的產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生不良影響,如使面條產(chǎn)品結(jié)構(gòu)粗糙、孔隙變大、斷條率增大[19,29]。由電鏡圖可知,谷朊粉:小麥淀粉=4:1時,面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最為緊密,在面團(tuán)冷凍儲藏過程中冰晶不易對面筋機(jī)制產(chǎn)生機(jī)械破壞。
冷凍重組面團(tuán)的紅外光譜圖具有典型的特征吸收峰(圖6)。1600~1700 cm-1、1530~1550 cm-1和1200~1300 cm-1附近的特征吸收峰分別對應(yīng)著蛋白質(zhì)的特征吸收譜帶,分別為酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶和酰胺Ⅲ帶,1047 cm-1和1020 cm-1附近的吸收峰通常用來表示淀粉的結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)結(jié)構(gòu)[30-31]。冷凍儲藏以及蛋白和淀粉的相互作用并未對特征峰峰型產(chǎn)生影響,添加谷朊粉和淀粉后,特征峰并沒有發(fā)生變化。另外,在3400 cm-1附近有一個較強(qiáng)且寬的吸收峰,比較所有樣品3400 cm-1左右的吸收峰,與對照組相比,添加谷朊粉和淀粉后,3400 cm-1左右的紅外吸收峰移向較高的波數(shù),且隨著谷朊粉:淀粉比例的降低,波數(shù)從3381 cm-1增加至3409 cm-1,面筋蛋白與淀粉分子之間可能通過氫鍵結(jié)合,淀粉比例的提升以及兩者之間的相互作用使得面團(tuán)的氫鍵強(qiáng)度有所增大。同時,面團(tuán)中游離的羥基發(fā)生締合,也會形成強(qiáng)度更高的氫鍵[32]。
圖6 冷凍重組面團(tuán)紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectrum of frozen reconstituted dough
面筋蛋白和小麥淀粉的添加量會影響重組面團(tuán)在凍藏中的品質(zhì)穩(wěn)定性。以50%高筋小麥面粉、不同比例谷朊粉和小麥淀粉為原料進(jìn)行面團(tuán)重組,在-18 ℃下凍藏20 d,并以100%原小麥面粉作為對照組。研究結(jié)果表明,隨著谷朊粉:小麥淀粉比例從4:1減小至1:4,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸被稀釋,均勻性變差。面筋蛋白與水的相互作用減弱,同時對水在淀粉中游離的阻礙作用減小,水分逐漸由結(jié)合水向自由水遷移,面團(tuán)結(jié)合水的能力變?nèi)?。面團(tuán)的黏彈性逐漸降低。糊化黏度、凝膠強(qiáng)度和氫鍵強(qiáng)度逐漸增大。谷朊粉:小麥淀粉為1:4時,重組面團(tuán)的黏彈性和糊化黏度低于對照組。谷朊粉:小麥淀粉為4:1時,重組面團(tuán)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定,彈性模量值比對照組高49.95%,可緩解面團(tuán)在凍藏過程中的品質(zhì)劣變。因此,通過改變面團(tuán)中面筋蛋白和小麥淀粉的比例可在一定程度上減少冷凍儲藏對面團(tuán)品質(zhì)的損害,為冷凍面團(tuán)技術(shù)的品質(zhì)改良提供新的思路。