玉米微孔淀粉對(duì)冷凍面團(tuán)品質(zhì)特性的影響

黃忠民，白璐璐，艾志錄，王拴欣，劉燕，黃宇琪，雷萌萌*

1(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，國家速凍米面制品加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，農(nóng)業(yè)部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南省冷鏈?zhǔn)称饭こ碳夹g(shù)研究中心，河南 鄭州，450002)2(鄭州思念食品有限公司，河南 鄭州，450011)3(三全食品股份有限公司，河南 鄭州，450000)

冷凍面團(tuán)由于方便貯存、運(yùn)輸，便于家庭和便利店新鮮食用[1]，近年來在速凍食品行業(yè)迅速崛起。冷凍面團(tuán)凍結(jié)過程中，冰晶的生長(zhǎng)容易破壞面筋蛋白結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒分離，出現(xiàn)皺縮、裂紋等現(xiàn)象；貯存過程中容易出現(xiàn)失水、解凍后面團(tuán)色澤、質(zhì)地發(fā)生明顯變化等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致冷凍面制品的品質(zhì)下降[2]。因此如何提高面團(tuán)冷凍后的品質(zhì)穩(wěn)定性成為影響冷凍面團(tuán)的重要因素。

微孔淀粉是一種新型的變性淀粉，它是由原淀粉在不經(jīng)糊化的前提下，利用淀粉酶或酸水解，將其制成表面布滿孔洞的淀粉顆粒[3]。與天然淀粉相比，微孔淀粉具有較大的比孔容、比表面積，低的堆積密度、顆粒密度及良好的吸水、吸油、分散等優(yōu)良性能[4]。許多學(xué)者對(duì)微孔淀粉進(jìn)行改性及優(yōu)化，GUO等[5]對(duì)酶解后小麥和玉米淀粉的結(jié)構(gòu)及特性進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，與小麥淀粉相比，玉米淀粉更容易水解，從而形成大量更大更深的孔隙，且玉米微孔淀粉的吸附能力遠(yuǎn)大于小麥微孔淀粉；吳立根等[6]在微孔淀粉制備及對(duì)速凍水餃品質(zhì)的影響研究中對(duì)微孔淀粉進(jìn)行化學(xué)改性，以彌補(bǔ)它結(jié)構(gòu)上的不足，發(fā)現(xiàn)微孔淀粉對(duì)功能性物質(zhì)吸附量可達(dá)到原淀粉的2.5～4.3倍，而再次改性后微孔淀粉的吸附量可達(dá)到原淀粉的3.0～7.5倍，通過在餃子皮跟餃子餡中添加一定比例的多孔淀粉可以改善水餃的品質(zhì)。田龍等[7]在微孔淀粉的半干法制備條件及其理化特性研究中發(fā)現(xiàn)，與原淀粉相比，微孔淀粉能夠吸附更多水分子，增大了淀粉糊透明性，可以改善食品外觀，增大食品光澤度。

目前，微孔淀粉的研究主要集中在制備方法、制備工藝、條件優(yōu)化、微孔淀粉的應(yīng)用、微孔淀粉顆粒結(jié)構(gòu)和吸附性能方面，而在冷凍面團(tuán)中的應(yīng)用研究還未見報(bào)道。本研究將微孔淀粉應(yīng)用到冷凍面團(tuán)中，利用其良好的吸附特性，以期提高冷凍面團(tuán)的感官品質(zhì)和食用品質(zhì)，為微孔淀粉在速凍食品工業(yè)上的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高筋面粉，河南金苑糧油有限公司；玉米微孔淀粉，遼寧立達(dá)生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

ACA多功能面包機(jī)，北美電器有限公司；140-SA低溫冰箱，星星集團(tuán)有限公司；HH-S28S 型恒溫水浴鍋，金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；RVA-4500快速黏度分析儀，瑞典波通儀器公司；CR-400 全自動(dòng)色差計(jì)，日本康佳；TA-XAPLUS型質(zhì)構(gòu)儀，英國StableMicroSystems；DHR-2型旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA儀器公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 玉米微孔淀粉性質(zhì)的測(cè)定

將玉米微孔淀粉粉末涂覆在粘附有雙面膠帶的樣品架上，噴金固定于載物臺(tái)上，采用日立SU3500型掃描電子顯微鏡觀察樣品的表面結(jié)構(gòu)。以玉米原淀粉為對(duì)比，按照ONOFRE等[8]的方法測(cè)定淀粉持水性、持油性；參照WATERSCHOO等[9]的方法測(cè)定淀粉的溶解度，透明度的測(cè)定參考張琛等[10]的方法，分析玉米微孔淀粉的性質(zhì)。

1.3.2 混合粉的制備

以小麥粉為基礎(chǔ)，分別加入0%、1%、2%、3%、4%、5%添加量的微孔淀粉(以混合粉總質(zhì)量為100%計(jì))備用。

1.3.3 面粉糊化特性的測(cè)定

分別稱取3 g不同比例混合粉樣品放入鋁制坩堝中，加入25 mL去離子水(按體積分?jǐn)?shù)14%濕基試樣水分補(bǔ)償)，充分?jǐn)嚢韬?，在快速黏度分析儀(rapid visco analyzer，RVA)中進(jìn)行測(cè)量。RVA程序設(shè)置為：旋轉(zhuǎn)漿以960 r/min旋轉(zhuǎn)10 s，減速至160 r/min均勻轉(zhuǎn)動(dòng)13 min至測(cè)試結(jié)束，初始溫度50 ℃保持1 min，后以12 ℃/min逐漸上升至95 ℃，保持2.5 min：以相同速率降至50 ℃，保持2 min。測(cè)定得出淀粉糊化的峰值黏度(peak viscosity，PV)、最低黏度(trough viscosity，TV)、終值黏度(final viscosity，F(xiàn)V)、糊化溫度(pasting temperature，PT)，衰減值(breakdown viscosity，BD)和回生值(setback，SB)的計(jì)算分別如公式(1)、公式(2)所示：

BD=PV-TV

(1)

SB=FV-TV

(2)

1.3.4 冷凍面團(tuán)的制備

將微孔淀粉分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%、2%、3%、4%、5%加入面粉中，混合均勻，加入50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水，使用ACA多功能面包機(jī)和面20 min至面團(tuán)內(nèi)部均勻且表面光滑，將面團(tuán)用保鮮膜包覆，靜置10 min。將面團(tuán)均勻分成每份30 g，進(jìn)行稱重記錄并確保外觀平整，然后放入-40 ℃的低溫冰箱冷凍，直到面團(tuán)中心溫度低于-18 ℃，放入-18 ℃以下冷凍保存待用。以不含微孔淀粉的冷凍面團(tuán)作為空白對(duì)照，進(jìn)行上述相同處理。

1.3.5 色度的測(cè)定

使用全自動(dòng)色差儀測(cè)定面團(tuán)凍結(jié)前、中心溫度達(dá)到-18 ℃凍結(jié)后及在25 ℃、相對(duì)濕度 85%的恒溫恒濕箱中解凍后的面團(tuán)色澤，用CIEL*、a*、b*顏色系統(tǒng)讀數(shù)。L*為亮度，指色彩的明暗程度，完全白的物體的L*視為100，完全黑的視為0；a*為紅綠軸色品指數(shù)，正值越大表示顏色越偏向紅色，負(fù)值越大表示越偏向綠色；b*為黃藍(lán)軸色品指數(shù)，正值越大表示顏色越偏向黃色，負(fù)值越大表示越偏向藍(lán)色。

1.3.6 失水率的測(cè)定

將冷凍到中心溫度為-18 ℃以下的冷凍面團(tuán)進(jìn)行稱重并按公式(3)計(jì)算失水率。

(3)

式中：m1，冷凍前質(zhì)量，g；m2，冷凍后質(zhì)量，g。

1.3.7 面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

參考楊靜潔等[11]的面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定方法測(cè)定解凍后面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性，并有所修改。將解凍后的面團(tuán)分成若干質(zhì)量為5 g的小球體，置于質(zhì)構(gòu)儀載物臺(tái)中央，質(zhì)構(gòu)儀設(shè)置成TPA模式，實(shí)驗(yàn)采用探頭：P/50鋁制圓柱形探頭，測(cè)定參數(shù)設(shè)置為：測(cè)前速度3 mm/s，測(cè)試速度1 mm/s，測(cè)后速度3 mm/s，壓縮比例70%，2次壓縮時(shí)間間隔10 s，觸發(fā)力10 g。每個(gè)樣品做6次重復(fù)，取平均值。本實(shí)驗(yàn)中選擇硬度、彈性、黏附性、內(nèi)聚性、咀嚼度作為質(zhì)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.8 面團(tuán)流變學(xué)特性測(cè)定

采用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定解凍后面團(tuán)的動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性。首先選擇40 mm夾具，設(shè)置上下平板之間的間隙為1.5 mm。取待測(cè)面團(tuán)約5 g壓制成面皮，隨后置于底部平板，降下頂部平板后，刮去平板以外多余面皮，避免影響測(cè)試結(jié)果。參數(shù)設(shè)定：應(yīng)變恒定為0.05%(在線性黏彈區(qū))，頻率由0.1 Hz增大至10 Hz，測(cè)定溫恒設(shè)定為25 ℃。對(duì)所得的儲(chǔ)能模量(G′)、損耗模量(G″)及損耗角正切(tanδ)結(jié)果作圖分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 23.0、Excel 2019、Origin 2018分析處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米微孔淀粉的性質(zhì)

酶法改性已成為制備微孔淀粉的主要方法，制備微孔淀粉常用的酶有α-淀粉酶(α-amylase，AM)、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶(glucoamylase，GAM)和異淀粉酶，本實(shí)驗(yàn)所使用的是市售經(jīng)AM改性后的玉米微孔淀粉，AM是一種內(nèi)切淀粉酶，可以隨機(jī)水解淀粉分子內(nèi)α-(1，4)糖苷鍵，能快速分解長(zhǎng)鏈淀粉從內(nèi)到外水解，出現(xiàn)大量錐形孔，形成微孔淀粉[12]。通過掃描電子顯微鏡對(duì)玉米微孔淀粉進(jìn)行觀察，如圖1所示，玉米微孔淀粉表面布滿孔徑。

圖1 玉米微孔淀粉掃描電鏡圖

玉米微孔淀粉的特性見表1。由表1可知，玉米微孔淀粉的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于玉米原淀粉，這是由于微孔淀粉是玉米淀粉經(jīng)過酶解后產(chǎn)生多孔洞的結(jié)構(gòu)，弱化了淀粉顆粒結(jié)構(gòu)，小分子支鏈淀粉在水溶液中容易溢出，導(dǎo)致淀粉溶解度增大。而持水性和持油性顯著提高，是因?yàn)橛衩孜⒖椎矸劬哂形阶饔茫瑑?nèi)部有大量的親水性基團(tuán)[13]，使玉米微孔淀粉持水性遠(yuǎn)大于玉米原淀粉。

表1 玉米微孔淀粉的特性

2.2 微孔淀粉對(duì)面粉糊化特性的影響

微孔淀粉添加量對(duì)面粉糊化特性的影響見表2。由表2可知，隨著微孔淀粉添加量的提高，峰值黏度和終值黏度降低，這可能是由于微孔淀粉經(jīng)過酶解后峰值黏度、終值黏度顯著低于原淀粉[14]，此外，微孔淀粉的添加稀釋了面筋蛋白，同時(shí)由于微孔淀粉的強(qiáng)吸附作用[15]，且玉米微孔淀粉的吸附能力遠(yuǎn)大于小麥微孔淀粉[5]，導(dǎo)致體系峰值黏度和終值黏度下降。面粉糊的衰減值隨著微孔淀粉添加量的提高而降低，表明面粉糊在加熱和冷卻過程中熱穩(wěn)定性增加，并且耐剪切性增強(qiáng)，可以改善制品在加工過程中凝膠的穩(wěn)定性[15]。回生值可反映淀粉顆粒的短期回生，微孔淀粉的添加引起面粉糊回生值降低，這可能是溶脹淀粉和微孔淀粉出現(xiàn)在直鏈淀粉結(jié)構(gòu)中，改變了淀粉短期回生特性；同時(shí)糊化溫度降低，抗老化和熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。張?jiān)ポx等[16]發(fā)現(xiàn)糊化溫度是影響面條品質(zhì)的重要糊化特性，糊化溫度越低，面條越易糊化。微孔淀粉增大了吸水率，使得淀粉在吸水膨脹的過程中影響變小，制約了面筋蛋白-淀粉復(fù)合體系的糊化過程，使得糊化參數(shù)變化。因此，面粉中微孔淀粉的變化可影響面粉的糊化品質(zhì)，面粉的糊化品質(zhì)與面團(tuán)的品質(zhì)有著重要聯(lián)系。

表2 微孔淀粉添加量對(duì)面粉糊化特性的影響

2.3 微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)色度的影響

微孔淀粉的添加量對(duì)凍前及凍后面團(tuán)色度的影響結(jié)果見表3，添加微孔淀粉對(duì)面團(tuán)的色度有顯著性影響(P<0.05)，在凍前及凍后條件下，面團(tuán)的亮度均是隨著添加量的增大而增大，a*、b*、L*值均呈現(xiàn)不規(guī)則變化，從2.1微孔淀粉的性質(zhì)可知玉米微孔淀粉比玉米原淀粉的透光率低，說明其反射和折射的光線增多，透射光線減少[17]，這可能是將玉米微孔淀粉添加到面粉中使面團(tuán)的亮度顯著提高的原因。將微孔淀粉添加到冷凍面團(tuán)中，可以提高面團(tuán)的亮度，改善冷凍面團(tuán)的感官性質(zhì)。

表3 微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)色度的影響

2.4 微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)失水率的影響

微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)失水率的影響見表4。由表4可知隨著微孔淀粉添加量的提高，冷凍面團(tuán)失水率呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，且呈現(xiàn)顯著性差異。面團(tuán)在冷凍過程中由于蛋白冷凍變性造成氫鍵、疏水鍵和離子鍵等鍵合力破壞，蛋白質(zhì)立體構(gòu)象發(fā)生變化，從而導(dǎo)致水分在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間隙進(jìn)行不定向運(yùn)動(dòng)，使得對(duì)水的束縛能力減弱，造成水分的散失[18]；而微孔淀粉由于不同孔徑的爆裂孔，具有比原淀粉較大的比表面積，水分從孔徑比較大的爆裂孔進(jìn)入顆粒內(nèi)部并和分子鏈上的羥基結(jié)合形成牢固的氫鍵[19]，這可能是導(dǎo)致添加過微孔淀粉后冷凍面團(tuán)失水率降低的原因。當(dāng)微孔淀粉添加量為3%時(shí)失水率最低，添加量為4%時(shí)失水率又升高，這可能是由于隨著微孔淀粉繼續(xù)增加，面粉的吸水率增加，弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)蛋白結(jié)構(gòu)，岳書杭等[20]發(fā)現(xiàn)過多的變性淀粉會(huì)抑制面筋的形成和降低面筋的強(qiáng)度，促使水分流失加劇，失水率升高。

表4 微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)失水率的影響

2.5 微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)的影響

面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性是評(píng)價(jià)面團(tuán)的品質(zhì)優(yōu)劣的一個(gè)重要分析指標(biāo)[21]，不同微孔淀粉添加量下，質(zhì)構(gòu)特性如表5所示，解凍后的面團(tuán)的硬度、膠著性、咀嚼性都隨著微孔淀粉的增加呈顯著增加趨勢(shì)，當(dāng)添加量為3%時(shí)，面團(tuán)的彈性達(dá)到最大值，可能是微孔淀粉的添加稀釋了面筋蛋白，對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成產(chǎn)生負(fù)面作用；但添加量超過3%時(shí)，內(nèi)聚性和咀嚼性又有所下降，因?yàn)槲⒖椎矸塾辛己玫挠H水持水性，影響了面筋蛋白的吸水和面團(tuán)中淀粉的吸水和溶脹，進(jìn)而影響面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性。因此，適量的微孔淀粉添加量有利于保持冷凍面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性。

表5 微孔淀粉添加量對(duì)冷凍面團(tuán)質(zhì)構(gòu)的影響

2.6 微孔淀粉對(duì)冷凍面團(tuán)流變特性的影響

不同微孔淀粉添加量面團(tuán)的G′、G″和tanδ的結(jié)果分別見圖2、圖3和圖4。G′反映的是面團(tuán)的彈性，G″反映黏性，tanδ=G″/G′是黏彈性整體響應(yīng)的指標(biāo)[22]。由圖3和圖4可知，隨著頻率的增加，各組面團(tuán)的G′以及G″均隨振蕩頻率的增加呈上升趨勢(shì)，在頻率0～10 Hz內(nèi)，隨著微孔淀粉添加量的增加，G′和G″均呈上升趨勢(shì)，G′值明顯大于G″值；tanδ=G″/G′，是面團(tuán)的綜合黏彈性的比值，當(dāng)比值越大時(shí)，面團(tuán)黏性的比例越大，相反，表示樣品的彈性比例越大，流動(dòng)性越差，面團(tuán)越硬。由圖可知，G′始終大于G″的黏彈性體系，即tanδ的值均小于1，表明冷凍面團(tuán)的彈性占主導(dǎo)地位，具有類似固體的性質(zhì)。

圖2 不同微孔淀粉添加量面團(tuán)的儲(chǔ)能模量(G′)

圖3 不同微孔淀粉添加量面團(tuán)的損耗模量(G″)

由圖4可知，tanδ隨著微孔淀粉的添加量逐漸增大到3%時(shí)，tanδ逐漸減小，彈性逐漸增大，面團(tuán)的綜合黏彈性逐漸變好。微孔淀粉可以通過水分子及吸附性更緊密地結(jié)合面筋蛋白，面筋蛋白是構(gòu)成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要物質(zhì)，它反映了面團(tuán)的黏彈性，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越緊密，黏彈性就越好，隨著微孔淀粉的添加量繼續(xù)增加到4%時(shí)，tanδ的值開始明顯上升，說明過量的微孔淀粉的添加反而不利于混合面團(tuán)的綜合黏彈性，與微孔淀粉對(duì)面團(tuán)失水率影響結(jié)果一致。

圖4 不同微孔淀粉添加量面團(tuán)的損耗角正切(tanδ)

3 結(jié)論

本文主要探究了不同微孔淀粉添加量對(duì)面粉粉質(zhì)特性的影響，進(jìn)而影響到冷凍面團(tuán)的品質(zhì)變化。結(jié)果表明，隨著玉米微孔淀粉添加量的增加，面粉糊化特性各指標(biāo)均呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，冷凍面團(tuán)的失水率呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，3%添加量時(shí)冷凍面團(tuán)的失水率最低；解凍后的面團(tuán)的硬度、膠著性、咀嚼性都隨著微孔淀粉的增加呈顯著增加趨勢(shì)，當(dāng)添加量為3%時(shí)，面團(tuán)的彈性達(dá)到最大值；添加量超過3%時(shí)，內(nèi)聚性和咀嚼性又有所下降；微孔淀粉的添加可顯著提高冷凍面團(tuán)的白度(P<0.05)，適量的微孔淀粉添加量有利于保持冷凍面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性；隨著微孔淀粉添加量的增加冷凍面團(tuán)的G′、G″流變學(xué)特性均逐漸上升，損耗角正切在添加量為3%時(shí)達(dá)到最小，但隨著添加量繼續(xù)增加開始出現(xiàn)了拐點(diǎn)，反而不利于其綜合黏彈性。本研究為微孔淀粉改善冷凍面團(tuán)的品質(zhì)提供了一定的理論依據(jù)，可推動(dòng)微孔淀粉在冷凍面團(tuán)及其他冷凍面制品品質(zhì)提升及抗凍保鮮中的應(yīng)用。