模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對面包制作工藝參數(shù)和品質(zhì)的影響

林艷云，尹 樂，陳林萍，高曉露，劉樹滔，饒平凡

(1. 福州大學 至誠學院，福建 福州 350001; 2. 福州大學 生物工程研究所，福建 福州 350001;3. 中國科學院上海生命科學研究院-浙江工商大學食品營養(yǎng)科學聯(lián)合研究中心，浙江 杭州 310035)

面包作為一種發(fā)酵食品，又被稱為“人造果實”，其品種繁多、口感良好且便于攜帶，故其成為一種廣受歡迎的方便食品．美拉德反應(yīng)是指氨基化合物(氨基酸、肽及蛋白質(zhì))與羰基化合物(糖類)之間的非酶褐變反應(yīng)[1-2]，該反應(yīng)要經(jīng)過一系列的復(fù)雜歷程，最終才能生成含各種小分子和高分子的棕色甚至黑色的混合物．這些美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(Maillard Reaction Products，簡寫MRPs)是食品加工中的常見物質(zhì)，它們對食品工業(yè)和人類的身體健康有重要的意義．在食品的加熱或儲存過程中，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物還對香氣和顏色有所影響[3-6]，比如它可為面包提供各種各樣的顏色和香氣撲鼻的氣味[7-8]；對茶葉的香氣、色澤、滋味及品質(zhì)的形成具有重要作用[9-10]；對煙草的品質(zhì)有重要影響[11-12]；能降低胃腸對蛋白質(zhì)或氨基酸的消化性，從而增加其進入大腸并被腸道微生物發(fā)酵和利用的可能性[13]，此外，它還具有抗氧化活性，例如：魯偉等的研究證實，苦瓜提取物的MRPs是提高抗氧化活性的主要因素[14]，這種抗氧化活性有助于保質(zhì)期的延長[15-17]．

對于面包焙烤過程中所產(chǎn)生的MRPs，前人還對其進行了感官價值之外的研究，例如，Michalska等研究了美拉德反應(yīng)產(chǎn)物在黑麥面粉、面包屑和面包里的抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)烘烤有助于形成抗氧化物質(zhì)[18]；Baltes指出美拉德反應(yīng)的反應(yīng)中間體由多種途徑形成，可產(chǎn)生揮發(fā)性風味成分，僅在面包殼(bread crust)(烤制過程中)里可能會發(fā)現(xiàn)少量“分子量較高的褐黑素”，而在儲存過程中則不會產(chǎn)生[19]；同時呂萍等以小麥為原料，將其進行發(fā)芽處理后，模擬面包烘烤的產(chǎn)香過程，讓其進行美拉德反應(yīng)，并將這種美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加至面包，探究了其對面包品質(zhì)的影響，同時指出：在適宜添加量下，MRPs可賦予面包較香的焙烤香氣和較好的感官品質(zhì)，使面包的風味增強而不影響面包的比容、質(zhì)構(gòu)和色澤[20]．

項雷文等對精氨酸與葡萄糖反應(yīng)生成的一種模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物進行了研究，結(jié)果表明，這種模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物能顯著降低丙烯酰胺對實驗小鼠的毒性，這可能是由于這種MRPs與丙烯酰胺結(jié)合后，導(dǎo)致了游離態(tài)丙烯酰胺分子的減少[21]；此外，也有研究表明，這種MRPs可顯著抑制面包中丙烯酰胺的產(chǎn)生[22]．因此為了研究這種MRPs對面包制作以及品質(zhì)的影響，本文從面包醒發(fā)時間、比容、質(zhì)構(gòu)、水分遷移等角度進行了分析，以期探討模式MRPs對面包的影響機制及其在面包生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力．

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

1.1.1 試驗材料市售高筋面粉、安琪高活性酵母、精制幼砂糖、精制食鹽、黃油、雞蛋等；精氨酸(河北華陽生物科技有限公司)，葡萄糖(福州海王福藥制藥有限公司)．

1.1.2 試驗儀器電子天平(0.01 g)：YP802N，上海精密科學儀器有限公司；和面機：GH732D，De guru勛歐專賣店；烤爐：KS828L，祈和旗艦店；磁共振成像分析儀：NMR imaging，Niumag公司；恒溫培養(yǎng)箱：ZXSD-1270，上海智誠分析儀器有限公司；打蛋器：GH732D，De guru勛歐專賣店．

1.2 試驗方法

1.2.1 模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備配制0.6 mol/L 的葡萄糖與精氨酸的混合溶液，沸水浴1 h，噴霧干燥成粉末[21]．

1.2.2 面包配方[23]高筋面粉150 g、水65.4 g、干酵母1.65 g、幼砂糖12 g、食鹽2.85 g、黃油18 g、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(按質(zhì)量比例添加0%，0.20%，0.40%，0.60%，0.80%的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物)，雞蛋21 g．

1.2.3 面包制作工藝流程稱重→和面機中先慢速攪勻，再快速攪拌至面筋充分擴展→取出面團，28 ℃下進行基礎(chǔ)發(fā)酵→取出面團，趕走面團中的氣泡→將調(diào)制好的面團放于方形模具中，于溫度38 ℃和相對濕度(RH)為85%的發(fā)酵室中進行二次發(fā)酵→180 ℃的烤箱中烘烤12 min→冷卻→成品．

1.3 測定方法

1.3.1 比容測定面包的體積按照文獻[24]測量．

面包的比容按公式1計算：

P=V/W，

(1)

式中：P—面包比容(mL/g)；V—面包體積(mL)；W—面包質(zhì)量(g)．

1.3.2 面包的感官評價組織10名食品科學與工程專業(yè)的師生對面包進行感官評定，取評定平均值．

表1 面包感官評定表[25]

1.3.3 面包質(zhì)構(gòu)測定參考文獻[26]測定面包質(zhì)構(gòu)，實驗測定重復(fù)3次，取平均值．

1.3.4 面包中水分遷移的測定核磁共振技術(shù)是一種新型的非破壞的分析檢測手段,它能夠直觀地和連續(xù)地檢測食品中水分的空間分布和遷移變化,因此可用其來研究食品在不同加工過程中,如冷凍、干燥、膠凝、浸泡和儲藏等的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的變化[27-28]．參考文獻[28]中測定水分遷移的方法，在不同配方的面包制作完成后，取面包的中間部分，將其切成約25 mm的面包片，分別在烤后0 min、60 min、90 min、120 min時取出一片面包的中心部分，用電子天平稱取樣品重量，并將其置于玻璃紙內(nèi)，同時將其余的面包放入保鮮袋中并用橡皮筋扎好，置于25 ℃和RH為65%的恒溫恒濕箱中儲藏．將所稱取的面包樣品包裹好并置于18 mm的玻璃試管中，用筷子將樣品壓縮在20 mm的試管內(nèi)(待用)，并在試管上做標記．于采集面包樣品的數(shù)據(jù)前，先放入裝有花生油樣品的試管并進行校準，校準完畢后將NMR探頭依次放入裝有面包樣品的試管，進行取樣，整個過程保持溫度為32 ℃，然后利用CPMG脈沖序列測定面包心及面包皮周邊的自旋-自旋弛豫時間T2．本次實驗所采用的核磁參數(shù)為90°和180°，脈寬分別是P90= 18 μs，P180=35.00 μs，采樣點數(shù)TD=31 080，其掃描頻率為Sw= 100 kHZ，回波數(shù)為300， RG2=3，累加掃描次數(shù)NS=8．

1.4 數(shù)據(jù)處理進行3組平行實驗，并使用Spss 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析．

2 實驗結(jié)果與分析討論

2.1 模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量對面包醒發(fā)時間的影響由圖1可以看出，面包在基礎(chǔ)發(fā)酵過程中隨著MRPs 的增加，面包的基礎(chǔ)發(fā)酵時間明顯下降，特別是添加0.20%的MRPs 時，基礎(chǔ)發(fā)酵時間明顯減少；當MRPs的添加比例大于0.40%時，面團在整形過程氣味發(fā)酸，變得濕爛且無法整形，這說明加入MRPs 的面團過度發(fā)酵了．而MRPs 的增加對面包二次發(fā)酵時間基本無影響．

圖1 不同MRPs添加量對面包醒發(fā)時間的影響圖2 不同MRPs添加量對面包比容的影響

2.2 模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量對面包比容的影響面包比容由兩個因素決定，一是面包發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的CO2氣體量，二是面包所保留的CO2氣體量[29]．面包比容的大小反應(yīng)了面包自身的持氣能力，面包持氣能力越好，面包的比容就越大．

由圖2可以看出，沒有添加MRPs 的面包，其比容較低；但隨著MRPs 的添加，面包的比容呈上升趨勢，這說明適量添加美拉德反應(yīng)產(chǎn)物能夠增加面團的體積和面團的含氣量，或者說能夠提高酵母的產(chǎn)氣能力，從而使得面包的體積變大；但添加量大于0.60%時，面包的比容不再增加，其原因可能是：模式MRPs能夠促進面團的酵母醒發(fā)，致使面團體積和比容增大，從而造成醒發(fā)超過面筋的延伸限度，最終導(dǎo)致了跑氣塌陷，面包反而塌縮，其比容也隨之減?。?/p>

2.3 模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量對面包感官評價的影響精氨酸與葡萄糖制備的模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物成咖啡色和深褐色，影響著面包的顏色，其氣味呈較濃的焦糖味，加入到面包中的添加量越多，它就越能掩蓋面包原有的淡淡的咸甜味和酵母味，結(jié)果反而是比較重的焦糖味．從表2可以看出，當MRPs 的添加量為0.40%時，面包的綜合感官評分達到了80.6的最高分，此時面包色澤金黃，冠大且頸極明顯，面包回彈性好，面包芯氣孔細密，具有焦香味和咸甜味，與其他面包相比其整體口感差別明顯．

表2 不同MRPs 添加量對面包感官的影響

2.4 模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量對面包質(zhì)構(gòu)的影響硬度是衡量面包抗老化程度的重要標志．從表3可以看出，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量為0.20%時,面包的硬度有所增加，而后隨著美拉德反應(yīng)產(chǎn)物含量的增加面包硬度降低，說明模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的添加可以在一定程度上增強面包的抗老化程度，改善面包的質(zhì)地，提高面包的烘焙品質(zhì)．當美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加比例為0.60%時，評定人員認為面包的粘聚性較好,而且面包的咀嚼值也相對較小(咀嚼值越高，說明面包吃起來也越硬，這就會影響面包整體的感官)．從面包的彈性和回復(fù)性分析可知，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量為0.40% 時，面包的彈性以及回復(fù)性較好，面包回彈性較好，面包較柔軟，且結(jié)構(gòu)緊實．

表3 面包質(zhì)構(gòu)的評分表

2.5 模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量對面包水分遷移的影響面包在儲藏過程中會發(fā)生一系列物理、化學以及微生物的變化,這會使面包的質(zhì)量受到很大的影響，這些影響包括質(zhì)地變硬、口感粗糙、風味變劣等,通常把這些現(xiàn)象稱為面包老化．面包老化的機理很復(fù)雜,目前普遍被接受的觀點認為：這是由于淀粉的再結(jié)晶或者回生引起的,而水分的變化也是導(dǎo)致面包老化的關(guān)鍵因素之一．

鑒此，本研究利用核磁共振分析儀測定了面包的自旋-自旋馳豫時間T2，在添加不同比例的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物后，分析了面包隨著儲藏時間的增加其水分的遷移狀態(tài)．研究證實T2值與水分的流動性成正比．在本研究中，T21表示面包中深層結(jié)合水的弛豫時間，這部分水一般不容易散失掉，原因是這部分水分與大分子結(jié)合較為緊密,其表現(xiàn)出來的質(zhì)子信號幅度也相對比較穩(wěn)定；T22表示半結(jié)合水的弛豫時間；T23表示面包中自由水的弛豫時間，這部分水的活動性最強，也最容易在儲藏中失去．本研究表明，面包中基本不存在完全自由的水分，面包中的水分都會與面筋和淀粉不同程度地結(jié)合．由圖3可知，面包中的主要水分分為兩部分，峰1代表的是深層結(jié)合水，其與面筋、淀粉等緊密結(jié)合，在面包儲藏過程中，其會發(fā)生移動；峰2代表的是半結(jié)合水，其在儲藏過程中，會遷移，形成冰晶．因此，運用深層結(jié)合水的含量來衡量各種添加劑對于提高面團持水性的能力是比較合適的．從圖3(a)可以看出，添加了0.80%MRPs 的面包，其結(jié)合水的含量最高，而沒添加模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的面包，其結(jié)合水的含量最低；而且隨著儲藏時間的變化，我們發(fā)現(xiàn)當模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量為0.40%時，兩種水分信號幅度都相對很高，這可能是由于此時面包中模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的添加比例較為適宜，其充當了添加劑，因此束縛了一定的自由水的緣故．與空白組相比，添加不同比例模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的面包，其深層結(jié)合水的比例始終大于沒有添加模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的面包的深層結(jié)合水比例，這說明模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的確可以影響面包中水分的遷移，其在一定程度上提高了面包的持水性．

圖3 儲藏時間為0 min(a),60 min(b),90 min(c),120 min(d)時MRPs添加量對橫向馳豫時間T2的影響

2.6 儲藏時間對面包水分遷移的影響由圖4可知，隨著儲藏時間的增加，在添加不同比例的模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物后，面包T2都表現(xiàn)出下降的趨勢，即面包的持水性始終都是下降的，說明面包在儲藏期間其結(jié)合水的緊密度相對降低，面包中的半結(jié)合水大量擴散并遷移出表面，然后形成自由水并蒸發(fā)掉．這可能會導(dǎo)致面包的老化，因為面包的老化速率與面包的水分含量密切相關(guān)．烘烤后的面包在貯藏中，隨著儲藏時間的增加，其結(jié)合水和半結(jié)合水的含量會不斷下降，面包變得不再柔軟，其硬度呈線性增加，這表明面包的硬化不只是淀粉凝沉的結(jié)果，它也跟面包中不同水分的遷移有著密切的關(guān)系，即在儲藏過程中其內(nèi)部水分會明顯減少，面包的老化程度也會增加．結(jié)合圖3，我們可以發(fā)現(xiàn)，雖然在0 min時，0.80%添加量的信號幅度是最高的，但在60 min，90 min和120 min時，0.40%添加量的面包，其結(jié)合水和半結(jié)合水信號幅度仍保持最高，在整個120分鐘的儲藏過程中，它們的下降速度最慢．這說明當模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的添加量為0.40%時, 面包的持水性最好，此添加量有助于降低面包的硬度和防止面包過早的老化，從而延長面包的儲藏期．

圖4 MRPs添加量為0.20% (a),0.40% (b),0.60% (c),0.80% (d)時儲藏時間對橫向馳豫時間T2的影響

3 結(jié) 論

在面包生產(chǎn)中，添加適量的模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物會對面包的理化性質(zhì)產(chǎn)生一些影響．模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對面團的基礎(chǔ)發(fā)酵時間有影響，當美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量超過0.20%時，面團的基礎(chǔ)發(fā)酵時間開始下降，而面團在二次發(fā)酵時，面團的醒發(fā)時間基本上沒有發(fā)生變化，說明美拉德反應(yīng)產(chǎn)物可以在一定程度上促進面團的發(fā)酵．添加模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物也可以增大面包的比容，隨著添加量的增加，面包的比容呈上升趨勢，添加量為0.60%時面包的比容增加最明顯．當模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物添加量為0.40%時，面包咀嚼性、粘聚性和回復(fù)性都相對較高，隨著儲存時間的增加，與空白和其他添加量的面包相比，0.40%添加量的面包，其結(jié)合水含量始終都是最高的．不同MRPs添加量的面包，其結(jié)合水和半結(jié)合水含量始終隨著儲藏時間的增加而減少，這說明面包在儲藏過程中發(fā)生了一定程度的老化，這與面包中水分的遷移有著密切的關(guān)系．由于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物并非單一物質(zhì)，而是十分復(fù)雜的物質(zhì)體系，既有一些低分子量的化合物，也有一些諸如類黑精等高分子量的物質(zhì)，這些物質(zhì)與自由水結(jié)合后，會使自由水更穩(wěn)定，從而減少流失，這在一定程度上延緩了面包的老化，改善了面包的品質(zhì)．從面包的各項理化指標來看，模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的添加量為0.40%時，其對面包的比容、醒發(fā)時間、質(zhì)構(gòu)和水分狀態(tài)都相對有較好的影響．因此得出：在面包中添加0.40%的模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，不僅有可能彌補面包自身美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的不足，而且還可以在一定程度上影響面包的制作工藝和延緩面包的老化；此外，也可以將模式美拉德反應(yīng)產(chǎn)物作為一種功能添加劑，從而使面包具備一定程度的抗氧化性和減弱面包在焙烤過程所可能產(chǎn)生的丙烯酰胺．