羧甲基纖維素鈉對冷凍面團及饅頭品質(zhì)的影響研究

韓可陽，劉亞偉，劉 潔

河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

饅頭起源于中國北方，由于具有良好的營養(yǎng)、感官品質(zhì)等特點，在亞洲許多地區(qū)一直是最受歡迎的主食[1]，但是饅頭在儲藏過程中易發(fā)生老化，導致質(zhì)地變硬、風味發(fā)生劣變、營養(yǎng)價值降低。冷凍面團技術(shù)不僅有利于實現(xiàn)饅頭標準化生產(chǎn)，保證饅頭的質(zhì)量，還能夠把制作和蒸制工藝分離[2]，然而冷凍面團在長期冷凍儲藏后會導致饅頭體積減小、硬度增加、色澤變暗等[3]。研究表明，在凍藏過程中，冰晶的形成與生長會使面團中淀粉回生、酵母活性降低以及面筋蛋白(gluten protein，GP)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)減弱，最終導致饅頭感官品質(zhì)下降[4-5]。

為了解決這些問題，研究者在冷凍面團中加入酶、乳化劑、親水膠體等來提高其制品的質(zhì)量[6]。由于親水膠體可以減少面團在冷凍和儲藏過程中的結(jié)構(gòu)變化，近年來在面制品中的應(yīng)用越來越廣泛，如黃原膠、瓜爾豆膠、果膠能改善冷凍面團的流變學特性[7-8]。黃原膠、羥丙基甲基纖維素具有較強的吸水性，在凍藏過程中能夠使水分充分地填充在GP中，減少冰晶的生長和遷移，從而抑制冰晶對GP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，最終提高饅頭的比容，減小饅頭的硬度[9-10]。王璇等[11]研究了黃原膠對冷凍面團的影響，結(jié)果表明添加黃原膠可使面團中酵母的存活率和發(fā)酵活力顯著提高。

羧甲基纖維素鈉(sodium carboxymethyl cellulose, CMC)是一種醚類纖維素，廣泛應(yīng)用在食品、材料、醫(yī)學等領(lǐng)域[12]。CMC應(yīng)用于面制品時，由于其有親水基團，在和面時能夠吸水膨脹，使GP的持水性增加，提高面制品的食用品質(zhì)并延長保質(zhì)期等[13]。張守花[14]研究了凍藏1周的面團及饅頭的品質(zhì)，添加0.16%的CMC能夠提高冷凍面團的高徑比、比容，饅頭的彈性和咀嚼性達到最佳值。作者將CMC應(yīng)用到冷凍面團饅頭中，首先考察其對凍藏不同時間的冷凍面團性質(zhì)的影響，在此基礎(chǔ)上研究其對凍藏不同時間的冷凍面團所制饅頭的比容和質(zhì)構(gòu)特性的影響，為CMC在冷凍面團和饅頭中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉：益海嘉里金龍魚糧油股份有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；CMC(食品級)：河南萬邦實業(yè)有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

4001113粉質(zhì)儀、EXEK/6拉伸儀：德國Brabender公司；DISCOVERY HR-1流變儀、Q20差式掃描量熱儀：美國TA公司； GDW系列速凍機：無錫科隆試驗設(shè)備有限公司；BVM6630體積儀：波通瑞華科技儀器有限公司；TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀：德國Stable Micro System公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同CMC含量面粉的配制

保持面粉和CMC的總質(zhì)量不變，向面粉中添加不同質(zhì)量分數(shù)(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%)的CMC，混合均勻后備用，以未添加CMC的面粉為空白對照。

1.3.2 冷凍面團和饅頭的制作工藝

1.3.2.1 冷凍面團的制作

根據(jù)前期預試驗結(jié)果確定自制冷凍面團的配方：面粉500 g，水265 g，酵母5 g。參照GB/T 35991—2018制作面團的工藝并稍加修改：稱取500 g面粉置于和面機的面缽中，將5 g酵母溶于265 mL水，倒入面缽中。先慢速攪拌6 min至形成面團，然后快速攪拌1 min，使面團表面光滑。將面團分割成100 g/個，壓片10次，手工搓圓，然后用保鮮膜包裹置于速凍機中，-30 ℃速凍1 h，將速凍后的面團于-18 ℃冰柜中凍藏0、7、14、21、28 d，得到不同凍藏時間的冷凍面團。

1.3.2.2 饅頭的制作

將凍藏不同時間的冷凍面團先在25 ℃下解凍1 h，然后置于醒發(fā)箱(RH85%、35 ℃)中1 h，最后用蒸鍋在100 ℃下蒸制20 min。

1.3.3 粉質(zhì)特性的測定

參照GB/T 14614—2019測定。

1.3.4 拉伸特性的測定

參照GB/T 14615—2019測定。

1.3.5 冷凍面團流變學特性的測定

取出相應(yīng)凍藏時間的面團樣品解凍，進行如下程序。(1)應(yīng)變掃描：采用Ф40 mm的不銹鋼平板，間距1 000 μm，靜置5 min，應(yīng)變掃描范圍0.1%～100%，頻率1 Hz。(2)動態(tài)頻率掃描：頻率掃描范圍0.1～10 Hz，應(yīng)變值0.5%，所用夾具、靜置時間、間距等都與應(yīng)變掃描設(shè)置的參數(shù)相同，頻率每增加10倍在流變曲線中記錄8個數(shù)據(jù)點。

1.3.6 可凍結(jié)水含量的測定

稱取約20 mg完全解凍的面團的中央部位，置于鋁制坩堝中，壓蓋密封，采用差示掃描量熱儀測定，程序參數(shù)：在20 ℃平衡5 min后降到-30 ℃(10 ℃/min)，恒溫10 min，最后以5 ℃/min速率升至25 ℃，氮氣流速為40 mL/min，以空白鋁坩堝為參比，可凍結(jié)水含量(CFW)計算公式[15]如下：

式中：ΔH為冰晶融化焓,J/g；Lf為水分潛熱，334 J/g；X為面團的水分含量，%。

1.3.7 饅頭比容的測定

使用BVM6630體積儀測定饅頭的比容。

1.3.8 饅頭質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用P/36R探頭測定饅頭芯的質(zhì)構(gòu)特性，測前、測中、測后速度分別為3.0、1.0、3.0 mm/s，壓縮比60%，感應(yīng)力5 g[16]。

1.3.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

使用SPSS 20軟件進行數(shù)據(jù)分析與處理，Origin 2019繪制圖形，運用Duncan檢驗法進行顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 CMC質(zhì)量分數(shù)對面團粉質(zhì)特性的影響

由表1可知，隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加，面團的吸水率由60.81%增加至63.68%，呈顯著性變化。這可能是因為CMC中的陰離子型基團羧基能夠與GP中的氨基酸基團相互作用，從而減小了GP的疏水性，增加面團的持水能力[17]；還有研究表明由于CMC為親水膠體，比小麥淀粉和GP的吸水性更強，因此CMC的添加使面團的吸水率增加[18-19]。隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加，面團的形成時間顯著增加，表明CMC的添加能延緩面團的形成，這可能是由于親水膠體具有較強的吸水性，在面團與水混合過程中與GP競爭水分造成的。當CMC的添加量為0.1%～0.7%時，面團的穩(wěn)定時間顯著增加，弱化度顯著減小，而當添加0.9%CMC時，面團的穩(wěn)定時間呈現(xiàn)降低趨勢，弱化度呈現(xiàn)增加趨勢。這些結(jié)果與Rosell等[20]的研究結(jié)果相近，其原因可能是添加適量的親水膠體有利于GP的穩(wěn)定，但當添加親水膠體過多時，由于其空間位阻效應(yīng)以及較強的吸水性，不利于GP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，導致面團的穩(wěn)定性變差。因此，適量添加CMC能改善面團的綜合品質(zhì)。

表1 CMC質(zhì)量分數(shù)對面團粉質(zhì)特性的影響Table 1 Effect of CMC additive proportion on farinographical properties of dough

2.2 CMC質(zhì)量分數(shù)對面團拉伸特性的影響

由圖1可知，在面團醒發(fā)的過程中，面團的拉伸能量值、拉伸阻力和最大拉伸阻力均隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加而減小。這主要是因為隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加，面團的吸水率增大，使得面團的筋力強度減弱，相對應(yīng)的拉伸阻力也隨之降低。拉伸比例能夠反映面團強度的大小，比值越大說明筋力越大，其隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加而減小。當CMC質(zhì)量分數(shù)為0.1%～0.7%時，面團的延伸度呈現(xiàn)增加的趨勢，這可能是由于添加CMC使面團的吸水率變大，面團形成時所需要的加水量更多，從而導致了GP分子鏈間形變的阻力變?。灰部赡苁怯捎贑MC能與GP相互作用，提高了GP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使得面團的延伸度增加[21]，但是當CMC的質(zhì)量分數(shù)大于0.7%時，由于CMC較強的吸水性和保水性，會與GP分子爭奪水分，減少了GP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，導致面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變?nèi)?，從而使面團的延伸度減小。

圖1 CMC質(zhì)量分數(shù)對面團拉伸特性的影響Fig.1 Effect of CMC additive proportion on the tensile properties of dough

2.3 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對面團流變特性的影響

由圖2和圖3可知，凍藏0～28 d，添加了CMC面團的彈性模量(G′)和黏性模量(G″)均大于空白面團的G′和G″。所有面團的G′顯著減小，而G″的變化相對較小，這可能是因為在凍藏期間，冰晶的形成破壞了GP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)強度降低，因而面團的G′顯著降低。然而隨著CMC的添加，面團的G′和G″的變化幅度均減小，其中當CMC質(zhì)量分數(shù)為0.7%時，面團的G′和G″最大，且在凍藏過程中變化最小。表明CMC可以有效地抑制冰晶形成與生長，進而降低了在凍藏過程中其對面團結(jié)構(gòu)的破壞。

注：a、b、c、d、e分別為凍藏0、7、14、21、28 d。圖3同。圖2 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對面團彈性模量的影響Fig.2 Effect of CMC additive proportion and frozen storage time on the elastic modulus of dough

圖3 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對面團黏性模量的影響Fig.3 Effect of CMC additive proportion and frozen storage time on the viscosity modulus of dough

2.4 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對面團可凍結(jié)水含量的影響

如圖4所示，對于未經(jīng)凍藏的面團而言，添加了CMC面團的CFW顯著降低，未添加CMC面團的CFW為34.91%，加入0.7%CMC面團的CFW最低，為28.95%；同時，添加CMC的面團在凍藏過程中能夠降低面團的CFW增加率。對于未添加CMC的冷凍面團而言，面團凍藏時間延長到28 d時，CFW顯著增加，從34.91%增加至44.81%，增加率為28.36%，而對于添加了CMC的冷凍面團，隨著CMC添加量的增加，CFW增加率分別為26.57%、21.71%、23.91%、24.21%、22.75%，這是因為CMC具有較強的持水性和保水性，抑制了水分的自由流動，從而減少面團在凍藏過程中的CFW。在凍藏的各個時期中，當CMC的質(zhì)量分數(shù)小于0.7%時，面團的CFW隨著CMC的質(zhì)量分數(shù)的增加而減小，而當CMC的質(zhì)量分數(shù)大于0.7%時，面團的CFW隨著CMC的質(zhì)量分數(shù)的增加而增加。說明添加適量的CMC能減少冷凍面團中冰晶形成的數(shù)量，但是當添加過量的CMC時，由于CMC有較強的吸水性，與GP競爭水分，從而弱化了GP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其對水的束縛力減弱，當處于低溫條件下，這些水分逐漸形成冰晶，破壞面團的結(jié)構(gòu)[22]。

圖4 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對面團可凍結(jié)水含量的影響Fig.4 Effect of CMC additive proportion and frozen storage time on the freezable water content of dough

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖6、圖7同。圖5 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對饅頭比容的影響Fig.5 Effect of CMC additive proportion and frozen storage time on the specific volume of steamed bread

2.5 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對饅頭比容的影響

由圖5可知，在凍藏的各階段，隨著CMC質(zhì)量分數(shù)的增加，饅頭的比容顯著增加，當CMC質(zhì)量分數(shù)大于0.7%時，饅頭的比容又呈現(xiàn)減小的趨勢?？赡苁窃诤兔鏁rCMC與水結(jié)合而膨脹，和淀粉填充在GP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而減少GP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在凍藏過程中受到破壞[23-24]。親水膠體能夠增強面團氣泡界面強度，增加面團的內(nèi)部持氣量，使面團比容增大[25-26]。但加入過量的CMC時，由于其親水力比GP大，使GP的吸水量減小，從而減少了GP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[27]。凍藏0～28 d，饅頭的比容逐漸減小。其中未添加CMC的饅頭的比容從2.27 cm3/g減小到1.89 cm3/g，減小了0.38 cm3/g，而添加0.7%CMC的饅頭的比容從2.46 cm3/g減小到2.28 cm3/g，減小了0.18 cm3/g。因此，添加適量的CMC不僅能夠提高饅頭的比容，還能減小饅頭在凍藏過程中比容下降的程度。

2.6 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對饅頭質(zhì)構(gòu)的影響

圖6和圖7分別是CMC質(zhì)量分數(shù)以及凍藏時間對饅頭硬度和彈性的影響。隨著凍藏時間的增加，饅頭的硬度呈現(xiàn)上升的趨勢，并且添加CMC饅頭的硬度都小于未添加CMC饅頭的硬度。未添加CMC饅頭的硬度從3 195.67 g增加到4 281.85 g，對于添加CMC的饅頭而言，當CMC的質(zhì)量分數(shù)為0.1%～0.7%時，硬度逐漸減小，當CMC的質(zhì)量分數(shù)大于0.7%時，硬度呈現(xiàn)增加的趨勢，這可能是因為CMC的質(zhì)量分數(shù)過大時，由于饅頭的比容減小，內(nèi)部空隙變小，結(jié)構(gòu)變得過于致密，導致饅頭硬度增加。凍藏0～28 d，隨CMC質(zhì)量分數(shù)的增加，饅頭的彈性呈現(xiàn)增大的趨勢，當CMC的質(zhì)量分數(shù)為0.7%時達到最大。隨著凍藏時間的延長，饅頭的彈性呈現(xiàn)降低的趨勢，未添加CMC的饅頭彈性從0.86降低到0.80，添加0.7%CMC的饅頭彈性從0.91降低到0.87，表明添加0.7%CMC能夠改善饅頭的質(zhì)構(gòu)特性。

圖6 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對饅頭硬度的影響Fig.6 Effect of CMC additive proportion and frozen storage time on the hardness of steamed bread

圖7 CMC質(zhì)量分數(shù)及凍藏時間對饅頭彈性的影響Fig.7 Effect of CMC additive proportion and frozen storage time on the springiness of steamed bread

3 結(jié)論

研究了CMC質(zhì)量分數(shù)(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%)及凍藏時間(0～28 d)對冷凍面團和饅頭品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，在凍藏0～28 d的各階段，添加0.1%～0.9%的CMC均能增加冷凍面團的彈性模量和黏性模量，降低冷凍面團的可凍結(jié)水含量，提升饅頭的比容、彈性，降低饅頭的硬度，當CMC質(zhì)量分數(shù)為0.7%時，冷凍面團和饅頭的品質(zhì)最佳。隨著凍藏時間的增加，由于冰晶的形成和生長，使GP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞以及酵母的發(fā)酵活力降低，導致冷凍面團以及饅頭的品質(zhì)發(fā)生劣變，而添加CMC能夠減緩冷凍面團和饅頭在凍藏期間品質(zhì)下降的幅度。在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)特定需求選擇性地添加CMC，以提高冷凍面團的品質(zhì)以及儲藏穩(wěn)定性。