發(fā)酵面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性調(diào)控理論研究進(jìn)展

岳 穎 佟立濤 周素梅 王麗麗 周閑容 劉麗婭

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所；農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

發(fā)酵面團(tuán)在和面過程中，空氣被裹入面團(tuán)并被破碎，形成小的氣泡核。在后續(xù)的發(fā)酵過程中，酵母所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w傳遞到氣泡核中，氣泡不斷膨脹，并在后續(xù)的烘焙過程中繼續(xù)膨脹、有的甚至發(fā)生破裂，形成發(fā)酵面制品內(nèi)部特殊的氣孔結(jié)構(gòu)。面包制品其面團(tuán)中的氣孔體積約占最終產(chǎn)品體積的70%，氣孔的大小和分布密度對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)以及感官特性，尤其是風(fēng)味產(chǎn)生重要影響[1]。

早期觀點(diǎn)認(rèn)為，面團(tuán)中的氣泡被面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)所束縛[2]，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)黏彈性影響氣泡的形成以及在發(fā)酵和焙烤過程中氣泡的穩(wěn)定性，對(duì)面團(tuán)中氣室穩(wěn)定性起到?jīng)Q定性作用。隨著研究的深入，Gan等[3]發(fā)現(xiàn)，在面團(tuán)發(fā)酵結(jié)束時(shí)，其掃描電鏡照片中可清晰觀察到大量的氣泡存在于未完全封閉的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，且包裹氣泡的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有不連續(xù)性，表面存在一定數(shù)量的孔洞，但在焙烤結(jié)束后，其內(nèi)部可觀察到細(xì)膩且均一的氣室結(jié)構(gòu)。因此提出面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并非調(diào)控氣室穩(wěn)定性的唯一因素，并提出穩(wěn)定面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)的薄層液膜穩(wěn)定理論。

然而，目前對(duì)發(fā)酵面制品的質(zhì)構(gòu)調(diào)控多局限于面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)氣室穩(wěn)定性的干預(yù)作用，有關(guān)薄層液膜特性與氣室穩(wěn)定性及其最終產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性之間的聯(lián)系仍缺乏足夠認(rèn)識(shí)，對(duì)薄層液膜研究的深度和廣度遠(yuǎn)不如面筋蛋白-淀粉網(wǎng)絡(luò)?；诖耍疚膹姆€(wěn)定面團(tuán)氣室的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)和薄層液膜雙調(diào)控理論層面，綜述影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)和薄層液膜組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的因素，以及對(duì)氣室穩(wěn)定性的影響，以期為發(fā)酵面制品品質(zhì)改良和多相食品體系功能特性改善提供參考。

1 面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)控理論研究進(jìn)展

1.1 面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)控理論

在和面過程中，當(dāng)小麥粉與水混合后，小麥粉中的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白通過二硫鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成面筋蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(圖1)。在谷物化學(xué)領(lǐng)域，人們普遍將面團(tuán)持氣性差異歸結(jié)為麥谷蛋白的特性對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響。并認(rèn)為面筋蛋白延伸性和彈性比例合適，可以有效地防止面筋蛋白-淀粉網(wǎng)狀基質(zhì)破裂，避免形成大氣泡和二氧化碳泄漏，從而保證最終產(chǎn)品能夠獲得均一和細(xì)膩的氣室結(jié)構(gòu)[4]。面筋-淀粉基質(zhì)中的面筋蛋白在控制小麥面團(tuán)的流變性中起著重要的作用[5]。淀粉可以顯著影響面團(tuán)的流變特性和其他特性[6]。Zhang等[7]將不同品種的淀粉添加到面筋中制成淀粉-面筋模型面團(tuán)，發(fā)現(xiàn)小麥淀粉-面筋面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，可以更好地穩(wěn)定氣室之間的面筋蛋白膜。

注：上圖顯示面團(tuán)中無薄層液膜結(jié)構(gòu)，下圖顯示存在液膜結(jié)構(gòu)的面團(tuán)內(nèi)部發(fā)酵焙烤過程中的變化。圖1 傳統(tǒng)觀念中面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與真實(shí)體系中面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)比

面筋-淀粉基質(zhì)對(duì)于面團(tuán)氣室的穩(wěn)定性具有重要影響。由于在發(fā)酵過程中二氧化碳的擴(kuò)散以及在烘烤過程中氣體的熱膨脹導(dǎo)致面團(tuán)中的氣泡快速膨脹，包裹氣泡的面筋-淀粉基質(zhì)也隨之膨脹，發(fā)生大的應(yīng)變，從而導(dǎo)致氣室壁變薄。如果氣泡繼續(xù)沿變薄的氣室壁擴(kuò)展，則可能會(huì)破裂。如果該薄區(qū)域中的應(yīng)力與應(yīng)變相應(yīng)成比例增加，則氣室壁較薄的區(qū)域可進(jìn)一步抵抗氣泡膨脹引起的形變，并且氣泡將繼續(xù)沿氣室壁較厚的部分?jǐn)U展。這種因應(yīng)變而引起的氣室壁局部應(yīng)力增加，可防止氣室壁破裂[8]，是獲得良好的面包體積的必要流變學(xué)性質(zhì)。

面筋-淀粉基質(zhì)的穩(wěn)定性是防止面團(tuán)中氣泡歧化和聚結(jié)的主要因素。面筋-淀粉基質(zhì)的穩(wěn)定性取決于應(yīng)變硬化的趨勢(shì)，應(yīng)變硬化現(xiàn)象依賴于面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度和延展性之間的平衡。強(qiáng)度決定面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)抵抗結(jié)構(gòu)破壞的能力，而延展性影響面團(tuán)纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)之間的滑移程度[9]。因此，為了維持氣室的穩(wěn)定性，面團(tuán)需要具有足夠的延展性以響應(yīng)壓力的變化，同時(shí)應(yīng)具有足夠高的強(qiáng)度以抵抗面團(tuán)的塌陷。研究表明，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度主要是由分子質(zhì)量大于或等于250 ku的高分子質(zhì)量麥谷蛋白賦予的。分子質(zhì)量大于250 ku的麥谷蛋白可以增強(qiáng)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度[10]；而分子質(zhì)量小于250 ku的蛋白則充當(dāng)稀釋劑降低面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。麥醇溶蛋白會(huì)顯著增加稀釋劑濃度，引起面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)發(fā)生解離。當(dāng)面團(tuán)受到拉伸力時(shí)，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)在沒有足夠伸長(zhǎng)的情況下斷裂，從而導(dǎo)致氣室結(jié)構(gòu)遭到破壞。當(dāng)大于和小于250 ku的面筋蛋白的相對(duì)比例大約為60∶40時(shí)，面包體積最大，相對(duì)比例增大或減小都會(huì)減小面包體積。研究表明，谷蛋白大聚體(GMP)會(huì)影響面包的體積，隨著谷蛋白量的增加，面包體積不斷增大，在增大到一定量時(shí)面團(tuán)的強(qiáng)度和延展性達(dá)到平衡，但是當(dāng)谷蛋白的含量進(jìn)一步增加時(shí)，高纏結(jié)的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)反而會(huì)引起產(chǎn)品體積的減小[11, 12]。面團(tuán)混合過程中不同類型的反應(yīng)和相互作用對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成至關(guān)重要，游離巰基(—SH)可以氧化為二硫鍵(S—S)，增加GMP的分子質(zhì)量，SH—SS交換反應(yīng)是由低分子質(zhì)量巰基化合物或谷蛋白中的游離巰基基團(tuán)引發(fā)的，對(duì)于建立三維面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常重要[13]。

1.2 影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的因素

1.2.1 原料

小麥粉質(zhì)量會(huì)對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響面團(tuán)氣室的穩(wěn)定性。劣質(zhì)粗粉不利于形成連續(xù)的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)黏彈性和延展性降低，使得面團(tuán)較難膨脹，起發(fā)性變差。無麩質(zhì)(面筋蛋白)的小麥粉無法形成黏彈性的面團(tuán)[14]，通過加入含有預(yù)糊化淀粉的小麥粉可以改善無麩質(zhì)面團(tuán)的特性[15]。

鹽、糖類物質(zhì)等其他面團(tuán)中典型的成分也會(huì)顯著影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成。例如，過量的食鹽可以屏蔽面筋蛋白上的電荷，從而限制面筋蛋白聚合物之間的靜電排斥力并使其聚集[16]。而少量的食鹽可提高面筋蛋白分子間的β-折疊的水平，增強(qiáng)蛋白分子的剛性，因而提高面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度[17]。同時(shí)，適量的鹽亦可提高面團(tuán)的加工特性[18]，但是鹽的存在會(huì)減緩面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成速度[19]。

小麥粉中還含有一些多糖類物質(zhì)，如阿拉伯木聚糖(AX)、膳食纖維等。AX根據(jù)其溶解度分為可溶性的阿拉伯木聚糖(WEAX)和不可溶的阿拉伯木聚糖(WUAX)。一般認(rèn)為，WEAX對(duì)面團(tuán)的體積有積極的影響，而WUAX會(huì)抑制面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，形成劣質(zhì)的面團(tuán)[20]。膳食纖維的存在會(huì)通過形成新的氫鍵并引起二硫鍵的構(gòu)象以及兩種芳香族氨基酸(酪氨酸和色氨酸)微環(huán)境的變化而干擾面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成[21]。此外，向小麥粉中添加一些膠體類物質(zhì)也會(huì)對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生積極的影響。例如，添加一定量殼聚糖有利于提高面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)抵抗變形的能力，形成分布更加均勻的氣室結(jié)構(gòu)[22]。微晶纖維素和較低含量的果膠可以通過形成反平行β-折疊引起面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變[23]。向無麩質(zhì)小麥粉中加入瓜爾豆膠、酪蛋白和蛋清可以通過改善面團(tuán)的面筋蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)面團(tuán)的彈性[24]。黃原膠可以提高面條的拉伸強(qiáng)度[25]。

酵母在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，也會(huì)對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)產(chǎn)生影響。酵母發(fā)酵除了產(chǎn)生主要的代謝產(chǎn)物二氧化碳和乙醇外，還會(huì)產(chǎn)生大量的次級(jí)代謝產(chǎn)物，如琥珀酸、乙酸和甘油等。Mathieu等[26]研究了酵母代謝產(chǎn)物對(duì)面團(tuán)流變學(xué)行為的影響，發(fā)現(xiàn)乙醇可以溶解部分的麥醇溶蛋白，限制面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)中的非共價(jià)相互作用，使面團(tuán)的拉伸黏度和延展性降低。少量的琥珀酸對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)沒有影響，但當(dāng)其積累到一定量，則會(huì)導(dǎo)致面筋蛋白帶凈正電荷，增大面筋蛋白間的相互排斥力，使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)之間內(nèi)聚性降低，形成更小的蛋白聚集體[27]。這一不利影響可以通過加鹽中和的方法予以抵消。甘油可以增加面團(tuán)的延展性，提高發(fā)酵過程中面團(tuán)的持氣能力[28]。谷胱甘肽一般存在于酵母細(xì)胞中，酵母細(xì)胞死亡后進(jìn)入面團(tuán)便會(huì)馬上裂解二硫鍵，對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度產(chǎn)生負(fù)面的影響。但是，由于發(fā)酵是一個(gè)時(shí)間依賴性的過程，代謝產(chǎn)物逐漸釋放的過程不會(huì)對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生如此大的影響。

1.2.2 氧化還原劑

添加適量的氧化劑可促進(jìn)GMP中的二硫鍵形成[29]，增加面團(tuán)強(qiáng)度；而還原劑通過SH/SS的交換反應(yīng)降低面筋蛋白聚集體的分子質(zhì)量[30]。但是，由于氧化還原劑引起的氧化還原反應(yīng)較為復(fù)雜，且安全性尚不明確，因此允許運(yùn)用在食品中的氧化還原劑有限，而歐盟僅允許使用抗壞血酸。

近年來，氧化還原酶在面制品加工中得到了廣泛的應(yīng)用，它在烘焙過程中逐漸變性，在最終的產(chǎn)品中失去活性，因此可不標(biāo)識(shí)在最終的產(chǎn)品成分表中，具有安全綠色的突出優(yōu)勢(shì)，且迎合了消費(fèi)者對(duì)“清潔標(biāo)簽”的需求。通常，面團(tuán)制作中的氧化還原酶使面筋蛋白通過各種共價(jià)鍵直接或間接交聯(lián)，從而增強(qiáng)面團(tuán)系統(tǒng)。在面團(tuán)系統(tǒng)中，常用的氧化還原酶有過氧化氫酶、葡萄糖氧化酶、巰基氧化酶、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶等。過氧化氫酶可以通過加速分解酶及酵母產(chǎn)生的過氧化氫促進(jìn)面團(tuán)中氧及自由基的產(chǎn)生，促進(jìn)面筋蛋白中半胱氨酸、酪氨酸交聯(lián)以及半胱氨酸殘基之間二硫鍵的形成，增強(qiáng)面筋強(qiáng)度，改善氣室穩(wěn)定性[31]。葡萄糖氧化酶可以促進(jìn)二硫鍵的形成，產(chǎn)生大的蛋白質(zhì)聚集體，增加GMP的含量，并通過非二硫鍵的共價(jià)作用形成蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物，產(chǎn)生更連續(xù)和高度致密的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)[32]。巰基氧化酶可以催化巰基形成二硫鍵。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)的共價(jià)交聯(lián)，增強(qiáng)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[33]。

1.2.3 加工方式

加工方式也會(huì)影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。小麥粉的熱處理導(dǎo)致小麥粉顆粒中蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)，可以更好的穩(wěn)定面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)，防止面包在烘烤過程中的崩塌[34]。面團(tuán)制作過程中的不同機(jī)械單元操作(例如混合和壓片)決定了面筋的形成程度[35]。

面團(tuán)的形成可以分為兩個(gè)階段：水合階段和能量輸入階段[36]?；旌系臅r(shí)間和強(qiáng)度以及向面團(tuán)中輸入能量的大小對(duì)于面團(tuán)中面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成都至關(guān)重要。混合時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，面團(tuán)會(huì)發(fā)生分解，高分子蛋白的比例和平均分子質(zhì)量會(huì)顯著降低[37]，Liu等[38]研究了混合參數(shù)對(duì)燕麥和小麥面團(tuán)的影響。結(jié)果表明，在-0.06 MPa的真空度下混合10 min，燕麥和小麥面團(tuán)表現(xiàn)出最高的抗拉伸阻力和GMP含量，并且具有最致密和均勻的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。面團(tuán)在適宜的熱處理?xiàng)l件下，通過改變淀粉的特性和面筋的延展性[39]可提高面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，增大產(chǎn)品的比容。冷凍加工導(dǎo)致面筋蛋白解聚變性，破壞了面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致面團(tuán)持氣能力下降[40]。發(fā)酵也會(huì)影響面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在發(fā)酵初期，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較粗糙且不均勻。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，一部分面筋蛋白解開重聚，形成了均勻致密的面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[41]。擠壓過程中，面筋蛋白和小分子的淀粉顆粒包裹著大的淀粉顆粒形成致密結(jié)構(gòu)，尤其是在高溫干燥的條件下，面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增加[42]。

2 薄層液膜調(diào)控理論研究進(jìn)展

2.1 薄層液膜調(diào)控理論

20世紀(jì)90年代，Gan等[3]研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵后期，當(dāng)面團(tuán)中的面筋蛋白-淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不連續(xù)時(shí)，面團(tuán)中仍存在完整的氣室結(jié)構(gòu)。這表明氣泡的膨脹不僅受面筋蛋白-淀粉基質(zhì)的影響，而且可能存在其他的輔助因素，并提出面團(tuán)氣體分散相和面筋—淀粉網(wǎng)絡(luò)間存在薄層液膜結(jié)構(gòu)(liquid lamella)的假說。認(rèn)為面團(tuán)中的氣泡周圍存在薄層液膜結(jié)構(gòu)，在發(fā)酵后期和早期烘烤階段，即當(dāng)面筋蛋白-淀粉基質(zhì)存在不連續(xù)性時(shí)，液膜可防止氣泡的聚結(jié)和歧化(圖1)。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)該液膜起源于面團(tuán)水相，富含可溶性的蛋白組分，如β-淀粉酶, α-淀粉酶/胰蛋白酶抑制劑, 非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白, 阿拉伯半乳聚糖蛋白等[43]. 此外，面團(tuán)水相中還含有一些碳水化合物以及非淀粉脂質(zhì)[44]。這些表面活性成分可以影響面團(tuán)氣室的穩(wěn)定性，對(duì)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的持氣性和延展性具有很強(qiáng)的修飾作用，在維持面團(tuán)氣室穩(wěn)定中發(fā)揮作用。例如，在一定的脂質(zhì)含量范圍內(nèi)，面包體積隨著脂質(zhì)含量的增加而降低，脂質(zhì)含量超過一定值后，面包體積反而有所增加。但是在這個(gè)過程中脂質(zhì)不會(huì)引起面筋-淀粉基質(zhì)流變學(xué)的任何變化，這提供了脂質(zhì)作為表面活性物質(zhì)穩(wěn)定液膜的證據(jù)，為薄層液膜穩(wěn)定面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)提供了有力的證據(jù)。

由于面團(tuán)水相體系物質(zhì)組成的復(fù)雜性，水相中的表面活性物質(zhì)在液膜界面上的吸附存在競(jìng)爭(zhēng)性作用。通常認(rèn)為液膜穩(wěn)定性受兩種機(jī)制的調(diào)控。第一種是蛋白質(zhì)主導(dǎo)的黏彈性機(jī)制，在這種情況下，蛋白分子吸附于液體界面發(fā)生去折疊和重排作用，再通過蛋白分子間的相互作用形成黏彈性的界面膜。由蛋白形成的2D界面膜具有與3D聚合物凝膠等效的黏彈特性。第二種機(jī)制稱為Gibbs Marangoni機(jī)制，是指脂類等表面活性劑穩(wěn)定的界面吸附層，當(dāng)界面上的表面活性劑濃度發(fā)生變化時(shí)，界面上高濃度區(qū)域的分子會(huì)快速遷移至低濃度的區(qū)域，使得界面發(fā)生重構(gòu)并及時(shí)調(diào)整稀薄區(qū)域的厚度[45]。界面分子上蛋白和脂類的相互作用對(duì)界面特性和氣泡特性具有重要的影響。

2.2 薄層液膜的提取制備

圖2 面團(tuán)經(jīng)超高速離心后的相分離情況 (180 000 g, 90 min, 25 ℃)

由于現(xiàn)有研究手段很難直接對(duì)液膜進(jìn)行研究，因此，目前主要采用超高速離心的方法分離提取出面團(tuán)中的水相溶液(DL)，作為間接研究薄層液膜的手段[46]。研究表明，DL是脂質(zhì)、可溶性蛋白和非淀粉多糖的混合物[47]，約占面團(tuán)干物質(zhì)的6%，這些成分都可能在薄層液膜結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用。MacRitchi等[48]研究了離心力對(duì)于離心后DL得率影響，研究表明，在一定的離心時(shí)間內(nèi)，100 000 g的離心力足以將面團(tuán)的不溶相與可溶相分離。經(jīng)過離心后，面團(tuán)可以分為六相：從上到下依次為固體內(nèi)源性脂質(zhì)、面團(tuán)水相、凝膠、面筋蛋白、淀粉以及未分離的面團(tuán)[49]。圖2顯示了全麥面團(tuán)經(jīng)離心后的相分離情況。

2.3 薄層液膜的主要物質(zhì)組成及影響其性質(zhì)的因素

面團(tuán)水相中含有脂質(zhì)、蛋白、非淀粉多糖、二糖和一些寡糖，以及少量的鹽、水溶性礦物質(zhì)和水溶性的維生素等。水相中的大部分蛋白是清蛋白和球蛋白，此外研究證實(shí)在小麥面團(tuán)的氣液界面處還存在著醇溶蛋白[50]。如圖3所示，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)吸附在空氣-水界面上時(shí)，發(fā)生去折疊，使疏水區(qū)域朝向空氣相，親水區(qū)域朝向水相，蛋白質(zhì)通過相互作用形成具有一定黏彈性的薄層液膜，包裹住面團(tuán)中的氣泡[51]。此外，蛋白質(zhì)分子還可以通過空間或靜電效應(yīng)阻止氣泡發(fā)生聚并，以此來穩(wěn)定氣室結(jié)構(gòu)。而面團(tuán)水相中脂類物質(zhì)則通過形成具有一定高度的液體的單分子層來穩(wěn)定界面。當(dāng)界面處的脂質(zhì)濃度局部降低時(shí)，吸附的脂質(zhì)遷移到低表面濃度的區(qū)域以恢復(fù)濃度梯度[52]。通常，在較高的面團(tuán)水相濃度下，脂質(zhì)對(duì)水相性質(zhì)的影響占主導(dǎo)地位，而較低濃度的水相中蛋白質(zhì)的影響更大。蛋白質(zhì)和脂質(zhì)共存的界面是不穩(wěn)定的，因?yàn)槎咂茐牧吮舜说慕缑娣€(wěn)定機(jī)制[53]。中性脂的存在導(dǎo)致面團(tuán)水相泡沫體系的失穩(wěn)并迅速崩塌。極性脂質(zhì)，尤其是半乳糖脂，由于具有較大的非離子頭基，能夠迅速擴(kuò)散到空氣-水界面，穩(wěn)定面團(tuán)中氣泡[54]。游離脂肪酸溶解性差、頭基較小，無法迅速擴(kuò)散到空氣-水界面，導(dǎo)致泡沫穩(wěn)定特性差，最終影響面包體積[55]。

Janssen等[56]研究了大麥、燕麥、小麥和黑麥面團(tuán)水相中的蛋白、脂質(zhì)對(duì)其黏度、起泡性以及表面活性的影響。結(jié)果表明，在大麥和燕麥面團(tuán)水相中，隨著水相蛋白濃度的增加，其起泡性逐漸降低。脂質(zhì)的存在對(duì)氣液界面的流變特性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。水相中的脂類會(huì)影響小麥面團(tuán)水相蛋白的起泡性。Salt等[57]研究了不同年份小麥粉制備的面團(tuán)水相及其發(fā)泡的泡沫中脂質(zhì)的組成以及水相物質(zhì)的氣液界面特性和起泡特性。發(fā)現(xiàn)通過增加內(nèi)源極性脂質(zhì)的含量，降低中性脂質(zhì)的含量可以改善面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并防止氣泡在發(fā)酵過程中的聚結(jié)，最終改善小麥面包制作性能。面團(tuán)水相中的puroindoline蛋白，被證明具有改善脂質(zhì)破壞的泡沫的功能，對(duì)于面包的孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生積極影響[58]。

面團(tuán)水相中的非淀粉多糖主要是AX、β-葡聚糖、阿拉伯半乳聚糖等。非淀粉多糖雖然較難直接吸附于液體界面，但它們可能會(huì)間接影響薄層液膜的性質(zhì)，從而調(diào)控面團(tuán)中氣泡的穩(wěn)定性。例如，一些非淀粉多糖會(huì)增加水相溶液的黏度，從而會(huì)減少液體從氣泡之間的液膜中排出，延緩氣室的聚結(jié)[59]。AX是小麥、黑麥和燕麥面團(tuán)水相中的主要非淀粉多糖，小麥面團(tuán)水相中的AX與吸附在空氣-水界面上的蛋白質(zhì)相互作用，從而提高了界面的穩(wěn)定性。除非淀粉多糖外，單糖，二糖和寡糖(例如糊精)也可能會(huì)增加面團(tuán)水相的黏度。但是，非淀粉多糖對(duì)面團(tuán)水相黏度的影響比單糖，二糖和寡糖可能更顯著。阿拉伯半乳聚糖蛋白對(duì)液膜界面性質(zhì)的影響可能是與其組成中的蛋白質(zhì)相關(guān)[60]，其通過降低液膜與空氣界面處的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的遷移率來降低面團(tuán)水相中物質(zhì)的重排率，從而有助于穩(wěn)定面團(tuán)氣室。

圖3 薄層液膜物質(zhì)分布示意圖[74]

2.4 影響薄層液膜結(jié)構(gòu)的因素

原料品種、配方等均會(huì)對(duì)面團(tuán)水相產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響薄層液膜和最終產(chǎn)品的品質(zhì)。研究表明，膳食纖維以及蔗糖可提高全麥面團(tuán)水相得率；蔗糖可增加水相中蛋白的含量，提高水相溶液的泡沫穩(wěn)定性[61]?？箟难岷望}對(duì)于面團(tuán)水相的得率、蛋白含量以及組成會(huì)產(chǎn)生一定影響。鹽可促進(jìn)面團(tuán)中的脂質(zhì)遷移到空氣-水界面。脂質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)在空氣-水界面混合排布多產(chǎn)生不利影響，從而降低面團(tuán)中氣泡的穩(wěn)定性，脫脂小麥粉可以形成穩(wěn)定的面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)。酵母可促進(jìn)一些具有表面活性的成分從面團(tuán)的面筋蛋白-淀粉基質(zhì)中釋放出來，對(duì)面團(tuán)水相的起泡特性產(chǎn)生有利的影響[62]。Primo-Martin等[63]發(fā)現(xiàn)不同品種小麥粉制備的面團(tuán)水相蛋白含量不同。黑麥面團(tuán)的水相溶液與小麥面團(tuán)中水相溶液所形成的氣液界面膜相比，具有更高的黏彈性。并且黑麥和大麥面團(tuán)水相起泡性和泡沫穩(wěn)定性高于小麥面團(tuán)水相。一些酶對(duì)面團(tuán)水相也會(huì)產(chǎn)生影響。木聚糖酶增加了全麥面團(tuán)水相中可溶性阿拉伯木聚糖的含量，改善全麥面團(tuán)水相的起泡性，葡萄糖氧化酶可以增加全麥面團(tuán)水相中的蛋白含量，二者通過減少加熱過程中面團(tuán)水相氣泡的歧化和聚結(jié)改善全麥產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)。

3 結(jié)論與展望

面團(tuán)的氣室穩(wěn)定性對(duì)于最終發(fā)酵面制品質(zhì)構(gòu)，尤其是體積大小和內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)具有非常重要的作用。對(duì)于面團(tuán)氣室穩(wěn)定性的影響因素，多歸結(jié)為與面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的流變學(xué)性質(zhì)相關(guān)。自薄層液膜結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)以來，就如何調(diào)控其結(jié)構(gòu)來制造或設(shè)計(jì)具有不同加工特性的發(fā)酵面團(tuán)一直備受國(guó)外食品科學(xué)研究者的關(guān)注。但與面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定氣室結(jié)構(gòu)的理論相比，對(duì)薄層液膜研究的深度和廣度遠(yuǎn)不如面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)，薄層液膜理論尚有許多不完善之處，有關(guān)薄層液膜特性與最終產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性之間的聯(lián)系仍缺乏足夠認(rèn)識(shí)。相信隨著各種新實(shí)驗(yàn)手段、檢測(cè)技術(shù)不斷從高分子化學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科引入該研究的領(lǐng)域，關(guān)于薄層液膜穩(wěn)定面團(tuán)氣室結(jié)構(gòu)的研究將會(huì)更加深入。