CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團品質(zhì)的影響

鄒 妍，葉發(fā)銀，劉 嘉，趙國華,2,*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)重點實驗室，重慶 400715)

CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團品質(zhì)的影響

鄒 妍1，葉發(fā)銀1，劉 嘉1，趙國華1,2,*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)重點實驗室，重慶 400715)

研究添加超微粉碎的CO2爆破擠壓膨化豆渣（blasting extrusion-jet-milling okara，BE-JMO）對面團品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：隨著BE-JMO添加量的增加，面粉吸水量和面團形成時間增加，面團的拉伸能量、拉伸性和tanδ均減小，其穩(wěn)定時間和拉伸阻力呈先增加后減小的趨勢，而弱化度在減小后逐步增加；面團的發(fā)酵體積隨BE-JMO添加量的增大而減小，添加BE-JMO的面團在發(fā)酵40 min后體積趨于穩(wěn)定；隨BE-JMO添加量的增加，面團發(fā)酵的膨脹體積減小。結(jié)果發(fā)現(xiàn)BE-JMO的添加量不宜超過7 g/100 g小麥粉，但添加CO2爆破擠壓膨化豆渣的面團品質(zhì)優(yōu)于添加等量普通豆渣的面團。

CO2爆破擠壓膨化；豆渣；面團

豆渣作為制作豆腐和豆?jié){的副產(chǎn)品，除了小部分用做飼料外，大部分作為廢料燃燒或是填埋，造成環(huán)境污染[1]。豆渣中除含有蛋白質(zhì)、脂肪外，還含有大量的膳食纖維（dietary fiber，DF），但多數(shù)以非水溶性的形態(tài)（insoluble dietary fiber，IDF）存在。有研究表明，對人體來說平衡的膳食纖維組成要求水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）占總膳食纖維的10%以上，否則只能被稱作填充型的DF[2]。SDF可降低血糖指數(shù)和血漿膽固醇[3-4]，并且有良好的加工特性，比IDF更易加入到產(chǎn)品中以提高其營養(yǎng)價值[5]。因此，已有大量關(guān)于膳食纖維改性的技術(shù)來提高SDF比例的研究，其中物理改性被認為是一種簡便、安全的有效方法[6]。CO2爆破擠壓膨化（blasting extrusion，BE）是一種食品物料的物理改性技術(shù)，通過碳酸氫鈉和檸檬酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2來增加傳統(tǒng)雙螺旋擠壓膨化機中的壓力，從而大幅度提高物料的改性強度。本實驗室前期已成功利用CO2爆破擠壓膨化技術(shù)提高豆渣中SDF含量，其效果更優(yōu)于普通擠壓膨化技術(shù)[7]。目前已有大量關(guān)于高膳食纖維面團的研究，如崔麗琴等[8]對普通豆渣粉對面團質(zhì)構(gòu)的影響進行了研究，而Sudha等[9]研究了谷糠類面團的流變學(xué)特性。但對于CO2爆破擠壓膨化豆渣面團的相關(guān)研究還未見報道。本實驗通過研究超微粉碎后的CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團品質(zhì)的影響，以期為其在面制品中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

濕豆渣 重慶天潤食品開發(fā)有限公司；小麥粉（水分13.83 g/100 g，灰分0.51 g/100 g，濕面筋含量為31.19 g/100 g） 鄭州市神象小麥粉有限公司。

檸檬酸 云南燃二化工有限公司；碳酸氫鈉 自貢鴻鶴化工股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SYSLG30-LV雙螺桿擠壓膨化機器 濟南賽百諾科技有限公司；103高速中藥粉碎機 瑞安永歷制藥機械有限公司；YG-KRK高溫熱泵干燥設(shè)備 東莞永淦節(jié)能科技；LNJ-6A氣流粉碎機 綿陽流能粉體設(shè)備有限公司；Farinograph粉質(zhì)儀、Extenograph拉伸儀 德國Brabender 公司；HR-1流變儀 美國TA儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 豆渣處理及樣品制備

將鮮豆渣用紗布濾去部分水分后，并平鋪于熱風干燥箱中，在60 ℃條件下干燥10 h。期間每隔1 h翻動一次，使其受熱均勻。將干燥后的豆渣粉碎，過60目篩，隨后裝入密封袋置于干燥器中保存待用。干燥后的豆渣樣品分成兩組，第1組直接進行氣流粉碎（jet-milling），得到超微粉碎樣品（jetmilling okara，JMO），即普通豆渣樣品；第2組按Li Huiqin等[7]的優(yōu)化方法制備CO2爆破擠壓膨化豆渣（螺桿速率為191 r/min，加水量為35.5 g/100 g干豆渣，膨化機螺桶溫度為50 ℃—70 ℃—110 ℃—170 ℃，檸檬酸與碳酸氫鈉的添加量均為17.5 g/100 g干豆渣），隨后平鋪于熱風干燥箱中，60 ℃干燥2 h后粉碎過60 目篩，再進行氣流粉碎，得到超微粉碎的CO2爆破擠壓膨化豆渣（BE-JMO）樣品。

1.3.2 基本成分分析

水分含量測定采用GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測定》；蛋白質(zhì)含量測定采用GB/T5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》，蛋白質(zhì)的換算系數(shù)為6.25；脂肪含量測定采用GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；灰分含量測定采用GB/T 5009.4—2010《食品中灰分的測定》。膳食纖維含量測定參照Asp等[10]的方法。為扣除CO2爆破擠壓膨化樣品中檸檬酸和檸檬酸鈉，其中膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪含量均以系數(shù)0.828加以校正。

1.3.3 豆渣和小麥粉混合配比

準確稱取100.0 g小麥粉，并分別添加不同含量的BE-JMO。同時，按照BE-JMO中豆渣理論含量（扣除相應(yīng)的檸檬酸和檸檬酸鈉）添加JMO、檸檬酸（citric acid，CA）和檸檬酸鈉（codium citrate，SC），制得另外3 組混合粉（OCC：普通豆渣、檸檬酸、檸檬酸鈉混合粉；CC：檸檬酸、檸檬酸鈉混合粉；O：普通豆渣），C為空白組。具體添加量見表1。

表1 不同面團添加物添加量及組成Table1 Dough formulations with different amounts of additives g/100 g小麥粉

1.3.4 面團的粉質(zhì)及拉伸測試

根據(jù)AACC54-21及AACC54-10的方法，并按照表1配比分別對樣品進行粉質(zhì)及拉伸特性實驗，重復(fù)3 次。1.3.5 面團動態(tài)流變學(xué)特性的測定

按表1配比制得面團，并用保鮮膜包裹，于室溫下（（25±1）℃）放置30 min，隨后進行動態(tài)流變學(xué)測定面團儲能模量（G′）和損耗模量（G″）。測定條件：平板直徑：40 mm；夾縫間距：2 mm；應(yīng)變：1.5%；頻率范圍：0.1～20 Hz；溫度25 ℃（測量時用硅油涂抹夾縫邊緣防止水分蒸發(fā)）。按公式（1）計算損耗角（tanδ）值，即所測物料中黏性和彈性的比例。

1.3.6 面團發(fā)酵體積測定

取1.5 g干酵母，并加入30 ℃的適量水（按照粉質(zhì)測定中不同配比樣品的最適吸水量），于室溫下（（25±1）℃）活化5 min后，準確稱取100.0 g小麥粉，并按表1制成面團。將所得面團置于自制圓柱形玻璃儀器底部壓實壓平，并記錄面團體積（V0，cm3），立即將玻璃儀器放入30 ℃水浴恒溫發(fā)酵，每隔20 min記錄面團發(fā)酵體積（V1，cm3），重復(fù)3 次。面團膨脹體積VE按公式（2）計算。

1.4 統(tǒng)計分析

利用SPSS16.0分析系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，運用方差分析進行顯著性分析，顯著差異水平P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2爆破擠壓膨化前后超微粉碎豆渣的營養(yǎng)成分分析

由表2可知，豆渣在CO2爆破擠壓膨化后，各組分含量在高溫和高剪切力的共同作用下均發(fā)生了變化：SDF、灰分和TDF都有明顯增加，而脂肪和蛋白質(zhì)稍有降低，這與Li Huiqin等[7]的結(jié)論一致。

表2 豆渣基本成分Table2 Proximate composition of okara

2.2 CO2爆破擠壓膨化豆渣對小麥粉粉質(zhì)特性的影響

表3 CO2爆破擠壓膨化豆渣對小麥粉粉質(zhì)特性的影響Table3 Effects of BE-JMO addition on farinograph characteristics of wheat fl our

由表3可知，與空白組相比，CC組吸水量降低，這可能是鹽與結(jié)合水競爭蛋白質(zhì)的結(jié)合位點所導(dǎo)致[11]。除CC組外，其他組吸水量均有所增加，這是由于膳食纖維中大量親水性基團的存在，使得高膳食纖維含量的豆渣添加后增加了面團的吸水量，并隨著豆渣添加量的增加而增大[12]；其中，OCC、O組的面團的吸水量比同等添加量下BEO組面團高，這可能是因為普通豆渣中IDF所占比例較大，而IDF吸水性比起SDF吸水性更強[13-14]。CC-7組和空白組C相比，形成時間無顯著性差異，其余組物料的加入均延長了形成時間，這可能是因為添加物與面筋競爭水分，延遲了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成[11,15]。弱化度反映了面團在攪拌過程中的破壞速率，其值越小代表面團抵抗破壞的能力越好，品質(zhì)越好。BEO-7組面團的弱化度低于空白組，穩(wěn)定時間大于空白組，并隨添加量的增加，面團品質(zhì)變差，這一方面可能因為BEO的加入會稀釋小麥粉中的蛋白質(zhì)；另一方面，SDF中的多糖可以依靠主鏈間的非共價鍵形成類似于面筋網(wǎng)絡(luò)功能的三維凝膠結(jié)構(gòu)，BEO中的SDF同鹽共同對面團起到改良作用[16-17]；另外，豆渣中含有較高比例的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的—SH在加熱和剪切力的作用下可能會暴露，在面團揉制過程中參與面筋的形成[18]，所以面團的品質(zhì)是各個因素的綜合作用。

2.3 CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團拉伸特性的影響

由表4可知，加入豆渣的面團在醒發(fā)135 min后，除BEO-7面團與空白組差異不顯著外，其余組拉伸能量均降低，且隨著各組添加量的增加而降低。BEO-7面團的拉伸阻力大于空白組，說明此時面團的彈性變大，隨著添加量的增加，拉伸阻力減小。延伸性反映面團的黏性、橫向延展性，各添加組面團的延伸性均低于空白組，說明添加物使得面團的流動性變差。由CC組面團的拉伸性質(zhì)可知，面團的拉伸能量和拉伸阻力均隨添加量的增加而增大，說明面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到了加強，面團的彈性增加，這可能是因為鹽的加入對面團起了改良作用[17]。通過對比BEO面團和OCC面團發(fā)現(xiàn)，在同等添加水平，前者面團的品質(zhì)明顯優(yōu)于后者，這可能因為BEO中含有較高比例的SDF，對面團起了改良作用。

表4 CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團拉伸特性的影響Table4 Effect of BE-JMO addition on extensograph properties of dough

2.4 CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團動態(tài)流變學(xué)特性的影響

在動態(tài)下對面團進行頻率掃描可以測定面團的儲能模量（G′）和損耗模量（G″），分別代表了面團的彈性本質(zhì)和黏性本質(zhì)。圖1中G′和G″都隨著掃描頻率的增加而增加，且tanδ表明面團的彈性特征比黏性特征明顯[19]。各個添加物的加入均使得面團的彈性變大，其中增加最大的是O-13面團，變化最小的是CC-7和BEO-7，與Tsatsaragkou[20]和Lzydorczyk[21]等的研究結(jié)論高膳食纖維含量的角豆粉和大麥均可使面團的G′增大一致。有研究表明鹽的加入對G′和G″的影響不大，但可能由于CC面團中水作為潤滑劑的作用減小，導(dǎo)致最終的G′和G″增大[22-23]。tanδ出現(xiàn)一個下降又上升的趨勢，說明在低頻率時，面團更傾向于固體性質(zhì)；除了CC-13的tanδ值在整個頻率區(qū)間上均大于對照組、CC-7與C無明顯差異外，其余組的tanδ均小于對照組，這可能因為面筋網(wǎng)絡(luò)及SDF類似面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，以及超微后的豆渣IDF以填充物的形式進入到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的骨架中，極大地增大了面團的彈性[16,24]。

爆破擠壓膨化豆渣對面團動態(tài)流變學(xué)特性的影響Fig.1 Effect of BE-JMO addition on dynamic rheology properties of dough圖1 CO2

2.5 CO2爆破擠壓膨化豆渣對面團膨脹體積的影響

爆破擠壓膨化豆渣對面團膨脹體積的影響Fig.2 Effect of BE-JMO addition on expanding volume of dough圖2 CO2

面團發(fā)酵是由于小麥粉中的酶將各種多糖和雙糖降解為單糖，再在酵母的作用下轉(zhuǎn)化為CO2和水等物質(zhì)，發(fā)酵良好的面團可以在防止氣體溢出的同時充分延展，使得面團體積膨松，有利于饅頭和面包的制作。由圖2可知，在發(fā)酵開始20 min時，空白組體積最大，而O組體積最小，在發(fā)酵40 min以后，添加豆渣的面團體積增長逐漸處于平緩趨勢，其中CC組面團的體積最大，這是因為鹽的加入減緩了酵母的發(fā)酵速率，同時增強了面筋，使得面團的持氣能力增加，體積變大[25]；而豆渣的加入減少了酵母與小麥粉中個基質(zhì)的接觸機會，各反應(yīng)速率緩慢，使得面團得不到充分的膨脹，另外，IDF的存在會阻礙面筋的延展[26]。豆渣中的SDF可形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于面團的持氣，SDF的加入可以部分抵消IDF對面團體積造成的惡化作用，所以同等添加量下，BEO面團的膨脹體積均大于OCC面團和O面團。

3 結(jié) 論

經(jīng)CO2爆破擠壓膨化后的豆渣脂肪和蛋白質(zhì)含量稍有降低，而SDF、TDF和灰分明顯增加。同時豆渣對面團品質(zhì)的影響同時存在改善和弱化兩種趨勢，綜合效果取決于兩種趨勢的強弱程度。由本實驗可以看出，在同等添加量下，CO2爆破擠壓膨化豆渣面團比普通豆渣面團品質(zhì)要好，這主要可能是CO2爆破擠壓膨化豆渣中較高比例的SDF抵消了部分豆渣對面團的惡化作用，同時也提高了面團的生理功能。以CO2爆破擠壓膨化豆渣面團為半成品制作饅頭、面包、面條等成品時，可根據(jù)不同產(chǎn)品的需求與特點加入配料及改良劑，可以降低豆渣對面團的弱化程度，開發(fā)出具有保健作用的面制品，有助于平衡膳食結(jié)構(gòu)。

[1] DESMOND K, O’TOOLE. Characteristics and use of okara, the soybean residue from soy milk productions-a review[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1999, 47(2): 363-371.

[2] RICHARD E A, LEITZ, DONALD J. Balanced fibre composition: USA, 4877627[P]. 1989-10-31.

[3] ELLEUCH M, BEDIGIAN D, ROISEUX O, et al. Dietary fibre and fibre-rich by-products of food processing: characterization, technological functionality and commercial applications: a review[J]. Food Chemistry, 2011, 124(2): 411-421.

[4] TOSH S M, YADA S. Dietary fibres in pulse seeds and fractions: characterization, functional attributes and applications[J]. Food Research International, 2010, 43(2): 450-460.

[5] 趙國志, 劉喜亮, 劉智鋒. 水溶性多糖的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 糧食與油脂, 2006(8): 15-17.

[6] 朱國君, 趙國華. 膳食纖維改性研究進展[J]. 糧食與油脂, 2008(4): 40-42.

[7] LI Huiqin, LONG Daoqi, PENG Jianlin, et al. A novel in-situ enhanced blasting extrusion technique-extrudate analysis and optimization of processing conditions with okara[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2012, 16: 80-88.

[8] 崔麗琴, 崔素萍, 馬平, 等. 豆渣粉對小麥面團和饅頭質(zhì)構(gòu)特性及饅頭品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2014, 35(5): 85-88.

[9] SUDHA ML, VETRIMANI R, LEELAVATHI K. Inf l uence of fi bre from different cereals on theological[J]. Food Chemistry, 2007, 100: 1365-1370. [10] ASP N G, JOHANSSON C G, HALLMER H, et al. Rapid enzymatic assay of insoluble and soluble dietary fi ber[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1983, 31(3): 476-482.

[11] SRIVASTAVA A K, PATEL V R, RAO P H. Effect of common salt substitution on the dough characteristics and bread quality[J]. Journal of Food Science and Technology, 1994, 31: 15-18.

[12] GóMEZ M, RONDA F, BLANCO C A. Effect of dietary fibre on dough rheology and bread quality[J]. European Food Research and Technology, 2003, 216(1): 51-56.

[13] WANG Jinshui, ROSELL C M, de BARBER C B, et al. Effect of the addition of different fibres on wheat dough performances and bread quality[J]. Food Chemistry, 2002, 79(2): 221-226.

[14] 劉漢文, 黃良策, 陳洪興, 等. 擠壓膨化對豆渣可溶性膳食纖維的影響[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(8): 159-162.

[15] SUDHA M L, BASKARAN V, LEELAVATHI K. Apple pomace as a source of dietary fi bre and polyphenols and its effect on the rheological characteristics and cake making[J]. Food Chemistry, 2007, 104(2): 686-692.

[16] PERESSINI D, SENSIDONI A. Effect of soluble dietary fi bre addition on rheological and breadmaking properties of wheat doughs[J]. Journal of Cereal Science, 2009, 49(2): 190-201.

[17] SALOVAARA H. Effect of partial sodium chloride replacement by other salts on wheat dough rheology and breadmaking[J]. Cereal Chemistry, 1982, 59(5): 422-426.

[18] 肖安紅, 何東平, 陳世宏. 低溫脫脂豆粉與大豆豆皮膳食纖維改善饅頭品質(zhì)及老化的比較[J]. 中國糧油學(xué)報, 2005, 20(4): 73-76.

[19] KHATKAR B S, SCHOFIELD J D. Dynamic rheology of wheat fl our dough.Ⅱ. Assessment of dough strength and bread-making quality[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2002, 82(8): 823-826.

[20] TSATSARAGKOU K, YIANNOPOULOS S, KONTOGIORGI A, et al. Effect of carob flour addition on the rheological properties of gluten-free breads[J]. Food and Bioprocess Technology, 2014, 7(3): 868-876.

[21] LZYDORCZYK M S, HUSSAIN A, MACGREOR A W. Effect of barley and barley components on rheological properties of wheat dough[J]. Journal of Cereal Science, 2001, 34(3): 251-260.

[22] MCCANN T H, DAY L. Effect of sodium chloride on gluten network formation, dough microstructure and rheology in relation to breadmaking[J]. Journal of Cereal Science, 2013, 57(3): 444-452.

[23] LARROSA V, LORENZO G, ZARITZKY N. Optimization of rheological properties of gluten-free pasta dough using mixture design[J]. Journal of Cereal Science, 2013, 57(3): 520-526.

[24] UTHAYAKUMARAN S, NEWBERRY M, PHAN-THIEN N, et al. Small and large strain rheology of wheat gluten[J]. Rheologica Acta, 2001, 41(1/2): 162-172.

[25] LUCHIAN M I, CANJA C M. Effect of salt on gas production in bread dough[J]. Agricultural Food Engineering, 2010, 3(52): 167-171.

[26] WANA M, HAMER R J, van VLIET T, et al. Effect of water unextractable solids on gluten formation and properties: mechanistic considerations[J]. Journal of Cereal Science, 2003, 37(1): 55-64.

Effect of Addition of Okara Treated by CO2Blasting Extrusion on the Properties of Dough

ZOU Yan1, YE Fa-yin1, LIU Jia1, ZHAO Guo-hua1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. Chongqing Key Laboratory of Agricultural Product Processing, Chongqing 400715, China)

The effects of the addition of ultraf i ne ground CO2blasting extrusion-treated okara (BE-JMO) on the properties of dough were investigated. The results showed that the water absorption of wheat fl our and the development time of dough increased with the addition of BE-JMO. Moreover, adding BE-JMO also decreased the extension energy, extensibility and tanδ of dough. With increasing amount of BE-JMO added in dough, its stability time and extension resistance fi rstly increased and then decreased while the degree of softening displayed the opposite trend. The dough volume after fermentation decreased with increasing BE-JMO addition and reached a plateau after fermentation for 40 min. These results show that the addition of BE-JMO should not be beyond 7 g/100 g wheat fl our and that the properties of dough with BE-JMO are better than those with common okara.

CO2blasting extrusion; okara; dough

TS213.2

A

1002-6630（2014）21-0036-04

10.7506/spkx1002-6630-201421008

2013-11-28

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項目（2011AA100805-2）

鄒妍（1989—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)。E-mail：zouyan8907@163.com

*通信作者：趙國華（1971—），男，教授，博士，研究方向為食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)。E-mail：zhaoguohua1971@163.com