拉伸儀在半甜韌性餅干品質(zhì)控制中的應(yīng)用研究

田金河，王艷婕，曾慶孝，何婉宜

(1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640;

2.河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003;

3.河南科技學(xué)院生命與科學(xué)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003;

4.廣東省貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東廣州 510507)

拉伸儀在半甜韌性餅干品質(zhì)控制中的應(yīng)用研究

田金河1，2，王艷婕3，曾慶孝1，*，何婉宜4

(1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州 510640;

2.河南科技學(xué)院食品學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003;

3.河南科技學(xué)院生命與科學(xué)學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003;

4.廣東省貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東廣州 510507)

利用改進(jìn)的拉伸儀方法研究了不同減筋劑(蛋白酶和焦亞硫酸鈉)對半甜韌性餅干面團流變性的影響規(guī)律，并對面團拉伸指數(shù)與成品餅干物理特性進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果表明，能量、最大拉伸阻力與減筋劑的加入量分別呈現(xiàn)線性(蛋白酶)或負(fù)指數(shù)相關(guān)性(焦亞硫酸鈉);能量、最大拉伸阻力以及最大阻力延伸比與成品餅干的物理特性(重量、厚度、收縮率及變形率)均具有顯著的(p＜0.0001)相關(guān)性(r＞0.8)。另外，1%的加水量變化對面團拉伸特性具有顯著影響(p＜0.05)，表明這種改進(jìn)的拉伸儀方法能夠較為精確的反映面團流變學(xué)特性。雙因素方差分析表明，1%加水量的變化和減筋劑會對面團拉伸指數(shù)以及餅干物理特性產(chǎn)生顯著(p＜0.05)交互作用影響。

拉伸儀，半甜韌性餅干，蛋白酶，焦亞硫酸鈉

半甜韌性餅干是中國市場上非常重要的一種餅干產(chǎn)品［1－2］。由于半甜韌性餅干面團在生產(chǎn)過程中，會形成良好的面筋網(wǎng)絡(luò)［3］，導(dǎo)致成型切片后和入爐前產(chǎn)生一定程度的收縮，帶來一系列后續(xù)問題。因此在半甜韌性餅干生產(chǎn)中常常使用減筋劑［4－5］。焦亞硫酸鈉能夠阻止面筋網(wǎng)絡(luò)中面筋蛋白分子鏈之間雙硫鍵(S－S)的形成，降低蛋白分子量分布(MD，Molecular Distribution)，減小面團的收縮率和餅干變形率，所以常常作為減筋劑在餅干生產(chǎn)中使用;蛋白酶則具有催化面筋蛋白分子鏈內(nèi)部水解的作用，也可以降低面筋網(wǎng)絡(luò)中蛋白質(zhì)MD，表現(xiàn)為面團的彈性減小，因而也可以顯著降低面團的韌性和彈性，起到降低餅干變形率的作用［6－7］。對于不同特性(批次)的面粉，添加同樣劑量的減筋劑，面團的收縮度表現(xiàn)并不相同［8］，因此如何有效地測定面團的流變特性，控制穩(wěn)定的生產(chǎn)，是餅干廠面臨的難題之一。拉伸儀是測試面團流變學(xué)特性的一種常用儀器。這種儀器從上個世紀(jì)四十年代產(chǎn)生以來，在面粉品質(zhì)的研究與檢測方面得到了廣泛地應(yīng)用［9］。目前國內(nèi)外的許多面團類食品的生產(chǎn)與研究均在使用該儀器［10］。由于半甜韌性餅干面團含水量相對較低，面團稠度較大，在正常條件下無法成型為測試樣品形狀，因此拉伸儀在這種面團中的應(yīng)用尚未見報道。本文采用經(jīng)過一定改進(jìn)的拉伸儀測定方法，研究了拉伸儀對餅干面團流變特性測試以及拉伸特性與成品餅干特性的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

面粉 白燕特制低筋粉，廣東白燕糧油實業(yè)有限公司;油脂 澳洲車輪白酥油，澳洲糧油國際有限公司;白砂糖 韓國杰當(dāng)公司;奶粉 雀巢甜奶粉，黑龍江雙城雀巢有限公司;烘焙用蛋白酶 BK5020，德國穆勒酶制劑有限公司;碳酸氫鈉、碳酸氫銨、焦亞硫酸鈉(簡稱焦亞)、氯化鈉 天津啟輪化學(xué)科技有限公司，分析純。

雙螺旋攪拌槳攪拌機HL200 美國霍巴特設(shè)備有限公司;壓延開酥機SIM503 瑞士SeewRondo公司;醒發(fā)箱及烤爐PCCOLO－2BASIC 德國富照設(shè)備有限公司;拉伸儀8806018002 德國布拉班德公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗配方 面團基本配方為:面粉1000g;白砂糖200g;白酥油170g;鹽8g;碳酸氫鈉5g;奶粉25g;碳酸氫銨20g。為了獲得較大范圍拉伸指數(shù)的面團，得到更有代表性的數(shù)據(jù)，本文通過對減筋劑的種類，劑量以及加水量進(jìn)行不同組合，共獲得39個不同的面團配方，包括:5個蛋白酶劑量水平(0.4～2.0g)與3個加水量水平(240、250、260g)組合，形成15個面團配方;8個焦亞劑量水平(0.1～0.8g)與3個加水量水平(230、240、250g)組合，形成24個面團配方。

1.2.2 制作工藝 制作面團時，將蛋白酶(或焦亞)，奶粉，碳酸氫銨分別溶解后，加入攪拌桶，再將其他原材料全部加入，1檔攪拌1min，刮凈攪拌桶壁和桶底，然后2檔繼續(xù)攪拌至面團溫度升至(45±0.5)℃，將面團取出放入(45±2)℃醒發(fā)箱松弛10min(對于焦亞面團)或60min(對于蛋白酶面團);松弛結(jié)束，取出3個150g的面團用于拉伸測試;剩余面團經(jīng)過開酥壓延疊為9層，并最后壓延至1.5mm厚，壓印切片成型，之后220℃烘烤，12～14min;出爐后冷卻30min至溫度降至26℃，裝入樣品袋并放入干燥器內(nèi)備用。

1.2.3 面團拉伸指數(shù)測試方法 測試?yán)熘笖?shù)時，將拉伸儀水浴循環(huán)溫度設(shè)置為(45±0.1)℃，面團的滾圓環(huán)節(jié)省去。先將松弛后的150g面團，手工輕握成圓球狀，直接放入成型器內(nèi)，成型為長條型后，放入拉伸儀面團夾具內(nèi)。三個平行的樣品處理后，選出兩個長度最接近的面團測試其能量，延伸度，最大拉伸阻力以及最大阻力延伸比，并求出兩組數(shù)據(jù)的平均值，用以分析討論。

1.2.4 餅干物理特性測定與計算 餅干物理特性通過厚度(mm)，重量(g)，收縮率(%)，變形率和密度來評價。其中，餅干密度以餅干為橢圓形截面柱體的假設(shè)為前提來計算。測定時，從每一批次餅干中隨機取10個餅干測量，并計算平均值作為結(jié)果進(jìn)行分析討論。

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸指數(shù)對面團流變特性變化的影響

圖1中顯示了面團最大拉伸阻力隨著減筋劑添加量遞增時的變化。隨著減筋劑用量遞增，面團最大拉伸阻力不斷減小，表明面團在餅干壓延和切片過程中的收縮程度減小。Oliver等［3］以及Pedersen［7］在研究餅干面團流變特性時，也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果?；貧w分析表明，最大拉伸阻力與蛋白酶加入量呈現(xiàn)顯著線性相關(guān)(R2=0.89、0.92、0.80)(p＜0.001)，但是與焦亞的加入量則呈現(xiàn)出顯著的(R2=0.96、0.99、0.93)(p＜0.001)非線性(負(fù)指數(shù)y=a+bx－1)相關(guān)，即在加入較少量的焦亞后，面團的韌性得到大幅的減小，但是再增加更多的量，最大拉伸阻力也沒有顯著的減小。

圖1 蛋白酶與焦亞半甜韌性餅干面團的最大拉伸阻力變化趨勢Fig.1 Resistancemaxtrends of semi－sweet hard dough with increasing protease and sodium metabisulfite levels

圖2是不同面團的能量值在不同減筋劑水平下的變化趨勢。在增加兩種減筋劑添加量的情況下，面團的能量值均有顯著減小，減筋效果得到反映。Ravi［11］的研究也表明增加蛋白酶對面團的能量值有顯著的削弱作用，而 Indrani［12］也發(fā)現(xiàn)，向帕若塔(Parrota，印度南部流行的一種面餅類食品)面團中添加0.002%蛋白酶或者0.02%焦亞硫酸鉀可以使面團的能量值由 125.0cm2降低至 48.8cm2或者50.0cm2。兩種不同作用機理的減筋劑在對面團能量參數(shù)的改變時，也表現(xiàn)出不同的作用效果，即能量值同蛋白酶的加入量呈現(xiàn)顯著的(R2=0.96、0.98、0.98)線性相關(guān)性，而同焦亞的加入量則呈現(xiàn)出顯著的(R2=0.97、0.95、0.91)非線性相關(guān)。這表明拉伸儀對面團的內(nèi)聚力變化有良好的體現(xiàn)能力。

圖2 蛋白酶與焦亞半甜韌性餅干面團的能量變化趨勢Fig.2 Energy trends of semi－sweet hard dough with increasing protease and sodium metabisulfite levels

圖3是不同面團的延伸度在不同減筋劑水平下的變化趨勢。對于蛋白酶面團，面團的延伸度被顯著改變(p＜0.05)，當(dāng)加水量較少時，隨著蛋白酶加入量的增加，延伸度不斷顯著增加;但是當(dāng)加水量增加后，延伸度增加到一定程度后，進(jìn)一步的面筋蛋白降解反而會導(dǎo)致延伸度減少。因此一定程度的蛋白酶對延伸度的表現(xiàn)為使之增加，但過度的降解反而會使分子間的糾纏無法保持面團的連續(xù)性，延伸度反而變小。而焦亞加入量的大小對延伸度的改變沒有明顯的效果。蛋白酶對延伸度的顯著影響以及焦亞的非顯著影響，同樣被 Souppe［13］以及Ravi［11］發(fā)現(xiàn)。但是Angioloni［14］的研究表明，和焦亞具有同樣作用機理［3］的半胱氨酸(Cysteine)對面團的延展性有顯著增強作用，不過這一不同結(jié)果可能與其面團具有很高水分，而餅干面團中水分較低有關(guān)。延伸度在兩種不同減筋劑體系中變化規(guī)律的顯著區(qū)別，充分說明了拉伸儀能夠很好地反映餅干面團延伸特性。

圖4是不同面團的最大阻力延伸比變化趨勢。最大阻力延伸比是最大拉伸阻力和延伸性的比值，是面團延展性的綜合表現(xiàn)指標(biāo)。圖中數(shù)據(jù)變化趨勢表明，隨著減筋劑的增加，最大阻力延伸比不斷減小，但是到一定程度后，縮小量不再明顯。關(guān)于蛋白酶和焦亞對面團最大阻力延伸比的影響，相似的結(jié)果也曾有報道，Indrani［12］發(fā)現(xiàn)0.002%的蛋白酶或者0.02%的焦亞硫酸鉀的加入量使面團的最大阻力延伸比由3.35降低至1.36和1.06。Ravi［11］則發(fā)現(xiàn)1%的蛋白酶可使面團的最大拉伸阻力降低50%。回歸分析顯示，兩種減筋體系的延伸度與蛋白酶或焦亞的加入量均呈非線性(負(fù)指數(shù))相關(guān)(R2＞0.9)，這表明拉伸儀對面團的綜合粘彈性指數(shù)也有較好的反映能力。

圖3 蛋白酶與焦亞半甜韌性餅干面團的延伸度變化趨勢對比圖Fig.3 Extensibility trends of semi－sweet hard dough with increasing protease and sodium metabisulfite levels

圖4 蛋白酶與焦亞半甜韌性餅干面團的最大阻力延伸比變化趨勢對比圖Fig.4 Ratiomax trends of semi－sweet hard dough with increasing protease and sodium metabisulfite levels

綜上，蛋白酶和焦亞對面團的流變特性影響，可以利用近年來廣為接受的分子分支(Branch)以及糾纏(Entanglement)理論［15］來解釋。由于面筋蛋白具有較好的形成雙硫鍵的能力，在面團攪拌過程中，形成了廣泛的分子分支，不同的麥谷蛋白之間則形成較為穩(wěn)固的糾纏作用(Entanglement)，宏觀表現(xiàn)出較高的最大拉伸阻力，能量值。在蛋白酶的作用下，麥谷蛋白分子鏈被降解，三維面筋網(wǎng)絡(luò)被削弱，最大拉伸阻力相應(yīng)減小，但是分支和糾纏作用仍然存在，所以延展性得到改善。而當(dāng)焦亞加入面團時，切斷了二硫鍵的形成，分子無法形成分支和分子的糾纏作用，因而最大拉伸阻力減小，延展性也沒有改善。并且由于二硫鍵含量相對較低，只需0.03%的焦亞即可將最大拉伸阻力降低至300BU以下，意味著大部分二硫鍵被切斷，此時，即使增加更多的焦亞，其表現(xiàn)作用并不會比0.03%顯著增加。蛋白酶和焦亞對面團流變學(xué)特性的影響表明，蛋白酶的加入量(活力)增加，其效果會相應(yīng)增加，因此添加過多的蛋白酶可能會對面團特性造成惡化影響，如最大拉伸阻力降至100BU以下，面團后續(xù)的壓延和成型的操作變得比較困難;而在有效的焦亞添加量水平之上，增加更多的添加量，其對面團的改變沒有顯著增加，所以添加超出有效量的焦亞沒有必要，但是對面團的流變學(xué)以及實際操作沒有負(fù)面影響。

表1 面團拉伸指數(shù)與餅干物理特性相關(guān)性(r)分析Table 1 Correlation coefficients(r)between biscuit physical properties and dough Extensograph properties

表2 加水量變化(1%)和減筋劑對拉伸指數(shù)以及餅干物理特性影響的雙因素方差分析結(jié)果Table 2 Effect of water addition variability(1%)on Extensograph properties and biscuit physical properties(two－way ANOVA)

2.2 面團拉伸指數(shù)與餅干物理特性相關(guān)性分析

表1是面團拉伸指數(shù)與餅干物理特性的相關(guān)性分析結(jié)果。結(jié)果顯示，餅干的重量、厚度、收縮率和變形比均與拉伸指數(shù)(最大拉伸阻力，能量以及延伸比)存在極顯著(p＜0.001)的相關(guān)性(r＞0.70)。其中厚度，收縮率及變形率均與最大拉伸阻力呈現(xiàn)最大相關(guān)性(r＞0.91、0.85、0.92)(p＜0.001);餅干重量則與最大阻力延伸比呈現(xiàn)出最高的相關(guān)性(r＞0.81);密度與最大拉伸阻力，能量以及阻力延伸比雖然也具有顯著的(p＜0.01)相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)相對較低(r=0.52～0.88)，其中原因可能在于密度是厚度，直徑以及重量等多個因素的綜合影響。延伸度沒有表現(xiàn)出與任何餅干物理特性具有相關(guān)性。面團拉伸指數(shù)與餅干物理特性的相關(guān)性表明，改進(jìn)的拉伸測試指數(shù)對餅干成品的物理特性具有很好的預(yù)測能力，能夠?qū)︼灨傻膶嶋H生產(chǎn)起到良好的指導(dǎo)作用。

2.3 加水量改變(1%)和減筋劑對面團拉伸指數(shù)以及餅干物理特性的交互影響

表2列出了加水量變化和減筋劑對面團流變性及餅干物理特性的影響。對于蛋白酶作為減筋劑的面團，1%的加水量改變，對面團的能量、延伸度、最大拉伸阻力以及最大阻力延伸比都有顯著(p＜0.05)影響，同時對餅干的重量、厚度、變形率也均有顯著的影響(p＜0.05)。這表明，拉伸儀能夠?qū)Φ鞍酌该鎴F中，配方加水量1%的變化有顯著的反映;對于焦亞作為減筋劑的面團，1%的加水量改變，對最大拉伸阻力、最大阻力延伸比、餅干的重量、厚度和變形率均有顯著(p＜0.05)影響，說明在焦亞作為減筋劑的面團中，拉伸儀也能夠?qū)γ鎴F加水量1%的變化有顯著的反映;另外在焦亞作為減筋劑的面團中，加水量改變對能量和延伸度沒有顯著影響，說明拉伸參數(shù)的變化能夠反映出兩個不同減筋劑對面團具有不同的面筋弱化效果。

3 結(jié)論

能量、最大拉伸阻力以及最大阻力延伸比與減筋劑的增加量呈現(xiàn)顯著的(R2＞0.8)線性或非線性相關(guān)，并且兩種不同作用機理的減筋劑對面團所產(chǎn)生的顯著不同效果也通過拉伸儀指數(shù)較好的反映出來。相關(guān)性分析表明，面團拉伸指數(shù)與半甜韌性餅干物理特性具有較好的相關(guān)性(r＞0.8)。另外，1%的加水量變化對面團流變特性的影響，可以被拉伸儀指數(shù)充分檢測和表現(xiàn)。雙因素方差分析表明，1%加水量的變化和減筋劑會對面團拉伸指數(shù)以及餅干物理特性產(chǎn)生顯著(p＜0.05)交互作用影響。拉伸儀在半甜韌性餅干的生產(chǎn)中具有較好的應(yīng)用效果，對餅干品質(zhì)的控制具有重要意義。

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Application study of extensograph in semi－sweet hard biscuit production

TIAN Jin-he1，2，WANG Yan-jie3，ZENG Qing-xiao1，*，HE Wan-yi4
(1.College of Light Industry and Food Science，South China University of Technology(SCUT)，Guangzhou 510640，China;
2.School of Food Science，Henan Institute of Science and Technology(HIST)，Xinxiang 453003，China;
3.School of Life Science and Technology，Henan Institute of Science and Technology(HIST)，Xinxiang 453003，China;
4.Guangdong Province Trade School，Guangzhou 510507，China)

Extensograph was used to study the effects of different gluten reducing agent(protease and sodium metabisulfite)on the semi－sweet hard dough rheological properties.The result indicated that the dough rheological properties were well reflected by the extensograph index.Energy，maximum resistance and maximum ratio were linearly or negative powerly correlated with increasing protease and sodium metabisulfite levels，and positive (r＞0.8)(p＜0.0001)correlation coefficients were observed between extensograph index and the physical properties.Additionally，the effect on dough rheological properties of 1%water addition variation was well detected by the modified extensograph index.Two－way ANOVA analysis showed that there was significant(p＜0.05) interaction effect on the extensograph index and biscuit physical properties between 1%water addition variation and gluten reducing agents.

extensograph;semi－sweet hard biscuit;protease;sodium metabisulfite

TS210.1

A

1002－0306(2012)21－0117－05

2012－03－05 *通訊聯(lián)系人

田金河(1977－)，男，博士研究生，講師，主要從事面團流變學(xué)烘焙類食品的研究。