無(wú)麩質(zhì)玉米饅頭配方優(yōu)化及影響因素分析

蘇孟開,羅登林,2,3*,徐云鳳,2,3,李佩艷,2,3,向進(jìn)樂(lè),2,3,徐寶成,2,3,黃繼紅,張康逸

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng),471023)2(河南省食品原料工程技術(shù)研究中心,河南 洛陽(yáng),471023) 3(河南省食品綠色加工與質(zhì)量安全控制國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,河南 洛陽(yáng),471023) 4(河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院,河南 鄭州,532927)5(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南 鄭州,450008)

麩質(zhì)是存在于小麥、黑麥及大麥等谷物中的一類水不溶性蛋白復(fù)合物。在面制品制作過(guò)程中,麩質(zhì)的存在有助于面團(tuán)的形成,增加其彈性和韌性,提高發(fā)酵面制品的品質(zhì)。但大量研究表明,飲食中麩質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致麩質(zhì)過(guò)敏,包括乳糜瀉、非乳糜瀉的小麥敏感和過(guò)敏等病癥[1]。近年來(lái),無(wú)麩質(zhì)食品逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),它是指不含麩質(zhì)或麩質(zhì)含量不超過(guò)0.002%的食物。在歐美市場(chǎng)已出現(xiàn)了各種無(wú)麩質(zhì)食品,包括面包、餅干、意大利面、蛋糕、小松餅等。目前我國(guó)關(guān)于這方面的研究還處于起步階段。饅頭作為我國(guó)的主食之一,其制作過(guò)程依賴于小麥面粉中的面筋蛋白(麩質(zhì)),易引發(fā)麩質(zhì)過(guò)敏癥狀。

目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)麩質(zhì)饅頭的研究很少,絕大多數(shù)報(bào)道集中于無(wú)麩質(zhì)面包和面條。在無(wú)麩質(zhì)面包研究方面,CHAKRABORTY等[2]探索了以小米粉為原料制作無(wú)麩質(zhì)面包過(guò)程中不同親水膠體的影響,認(rèn)為黃原膠是適合制作無(wú)麩質(zhì)面包的親水膠體之一。研究發(fā)現(xiàn),在以玉米粉為原料制作的無(wú)麩質(zhì)面包中,與較細(xì)的玉米粉相比,使用較粗的玉米粉制作的面包體積更大、硬度更低[3]。還有一些文獻(xiàn)探討了以碎米粉、蕎麥、紅薯淀粉等為原料制作無(wú)麩質(zhì)面包的可行性,分析了阿拉伯膠、瓜爾豆膠、果膠等親水膠體對(duì)面包品質(zhì)的影響[4-6]。在無(wú)麩質(zhì)面條研究方面,JAVAID等[7]和GASPARRE等[8]分別研究了以馬鈴薯淀粉和虎子仁粉等為原料制作面條的工藝。而饅頭的生產(chǎn)方法與面包和面條顯著不同,面包制作過(guò)程中的高溫焙烤工藝有利于面團(tuán)氣室的膨脹和面包體積的增大,面條的生產(chǎn)因沒(méi)有發(fā)酵過(guò)程因而不關(guān)注產(chǎn)品的氣孔和體積變化。饅頭的生產(chǎn)因采用蒸制方法,所需溫度(100 ℃)比面包焙烤溫度(170～210 ℃)低。因此,由于無(wú)麩質(zhì)饅頭中缺少面筋蛋白,要使其具有均勻、致密和多孔疏松的內(nèi)部結(jié)構(gòu)要困難得多。目前這方面的研究欠缺,僅見(jiàn)有以馬鈴薯淀粉、碎米等為原料的相關(guān)報(bào)道[4,9]。

玉米粉作為一種主要糧食,來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,營(yíng)養(yǎng)組成與面粉相似,由于其不含麩質(zhì),所以在用作無(wú)麩質(zhì)食品生產(chǎn)的主要原料方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)；而菊粉作為目前應(yīng)用最廣的膳食纖維,除了具有許多突出的生理功能外,還可作為一種優(yōu)良的食品品質(zhì)改良劑。本研究以全玉米粉為主要原料,探討了添加菊粉、羥丙基甲基纖維素(hydroxypropyl methylcellulose,HPMC)、黃原膠(xanthan gum,XG)制作無(wú)麩質(zhì)饅頭的可行性,詳細(xì)分析了它們對(duì)饅頭品質(zhì)的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上采用響應(yīng)面法對(duì)配方進(jìn)行了優(yōu)化,以期為富含膳食纖維的無(wú)麩質(zhì)饅頭的生產(chǎn)提供指導(dǎo),最終開發(fā)出適合我國(guó)人民消費(fèi)習(xí)慣的營(yíng)養(yǎng)健康主食。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米面粉(過(guò)80目篩,蛋白質(zhì)含量為14.0%、水分含量≤14.5%、灰分含量≤3%),河北康冉創(chuàng)鑫生物科技股份有限公司；活性干酵母,安琪酵母股份有限公司；HPMC(純度≥99%),浙江安詳生物科技有限公司；XG(純度≥99%),淄博中軒生化有限公司；天然菊粉(聚合度2～60,純度≥86%),比利時(shí)CosucraGroupe Warcoing S.A.公司；白糖粉(過(guò)80目篩),洛陽(yáng)大張超市。

1.2 儀器與設(shè)備

HM740型和面機(jī),青島漢尚電器有限公司；TQ-15型發(fā)酵箱,廣州拓奇廚房設(shè)備有限公司；TA.XT Express物性分析儀,英國(guó)SMS公司；Minolta CR-400色差計(jì),日本美能達(dá)公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 無(wú)麩質(zhì)饅頭的制作

在前期預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,確定無(wú)麩質(zhì)饅頭的基礎(chǔ)配方：全玉米粉200 g、干活性酵母3 g、白糖粉4 g。各試驗(yàn)組中菊粉、HPMC、XG和水分的設(shè)計(jì)配方見(jiàn)表1,其中各成分添加量均以全玉米粉的質(zhì)量為基礎(chǔ)。對(duì)照組無(wú)麩質(zhì)饅頭的配方：全玉米粉200 g、水159 mL、酵母3 g、糖粉4 g,制作方法與試驗(yàn)組相同。

表1 無(wú)麩質(zhì)饅頭的配方設(shè)計(jì)組合 單位：%

無(wú)麩質(zhì)饅頭的具體制作方法：將全玉米粉、菊粉、HPMC和XG混合后充分混勻,將酵母及糖粉倒入盛有37 ℃蒸餾水的燒杯中,用玻璃棒充分?jǐn)噭蚝笈c上述混合粉一同倒入和面機(jī)的攪拌器內(nèi),選擇1檔攪拌速度攪拌7 min。將攪拌好的面團(tuán)放入發(fā)酵箱中進(jìn)行第一次發(fā)酵,發(fā)酵條件為：發(fā)酵溫度37 ℃,相對(duì)濕度83%,時(shí)間40 min。第一次發(fā)酵完成后取出,將面團(tuán)(110 g)揉成饅頭狀放入蒸籠中,然后將蒸籠放入發(fā)酵箱中在相同的溫度和相對(duì)濕度下進(jìn)行第二次發(fā)酵,發(fā)酵時(shí)間為10 min。第二次發(fā)酵完成后直接將蒸籠放入沸水鍋上,蒸制30 min后取出饅頭并用紗布將其蓋住,在室溫下冷卻1 h后進(jìn)行各項(xiàng)分析測(cè)試。

1.3.2 比容的測(cè)定

無(wú)麩質(zhì)饅頭的比容為饅頭體積與質(zhì)量的比值。參考國(guó)標(biāo)GB/T 21118—2007《小麥粉饅頭》,采用油菜籽置換法測(cè)量其體積,用天平測(cè)得饅頭質(zhì)量(精確至0.01 g),試驗(yàn)重復(fù)測(cè)量3次,取平均值,計(jì)算其比容。

1.3.3 高徑比的測(cè)定

饅頭的高度和底部直徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)量,每項(xiàng)指標(biāo)在不同位置測(cè)量3次,取平均值,計(jì)算出無(wú)麩質(zhì)饅頭的高徑比。

1.3.4 物性分析儀測(cè)定

參考吳若言等[10]的方法。在無(wú)麩質(zhì)饅頭中心處切取邊長(zhǎng)為2 cm的立方體,用P75探頭對(duì)樣品進(jìn)行2次壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)條件：壓縮比60%、測(cè)前速度1 mm/s、測(cè)后速度1 mm/s、間隔時(shí)間5 s、觸發(fā)力5 g。2次壓縮完成后可得TPA曲線,通過(guò)該曲線計(jì)算饅頭的硬度、彈性及凝聚性等參數(shù)。

1.3.5 色差的測(cè)定

在無(wú)麩質(zhì)饅頭芯部取約0.5 cm厚度的饅頭塊,使用Minolta CR-400色差計(jì)進(jìn)行無(wú)麩質(zhì)饅頭色差的測(cè)定,并用CIE L*a*b*表色系統(tǒng)對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭色差進(jìn)行評(píng)價(jià)。每次測(cè)量無(wú)麩質(zhì)饅頭前用黑板與白板對(duì)色差儀進(jìn)行系統(tǒng)校正。

1.3.6 饅頭的綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)

采用綜合加權(quán)評(píng)分法評(píng)價(jià)饅頭的品質(zhì),方法參考文獻(xiàn)[10]。以硬度、彈性、高徑比、比容及凝聚性這5項(xiàng)數(shù)據(jù)作為加權(quán)評(píng)分的相關(guān)因子,賦予權(quán)重分別為40%、20%、20%、10%和10%。其中,硬度權(quán)重取負(fù)值,其他均為正值。各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值及綜合加權(quán)評(píng)分分別按公式(1)(2)計(jì)算：

綜合加權(quán)評(píng)分=w1y′1+w2y′2+…+wiy′i

(1)

(2)

式中：wi,各指標(biāo)的權(quán)重；y′i,各標(biāo)準(zhǔn)值；yi,各指標(biāo)測(cè)得值；yimax,同一指標(biāo)中的最大值；yimin,同一指標(biāo)中的最小值。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,借助SPSS 17.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析,并采用Duncan檢驗(yàn),顯著性差異設(shè)為P<0.05。利用Design-Expert軟件進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì),并進(jìn)行回歸方程的檢驗(yàn)和響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菊粉對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響

表1中1～7組試驗(yàn)考察了不同菊粉添加量對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響,結(jié)果見(jiàn)表2。隨著菊粉添加量的增加,無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度顯著下降。當(dāng)菊粉添加量達(dá)10%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度達(dá)最小值3.89,是對(duì)照組硬度的47.8%。這與我們前期發(fā)現(xiàn)在由小麥面粉制成的饅頭中,菊粉的添加會(huì)導(dǎo)致其硬度顯著增加(增加了119.0%)的結(jié)果相反[11]。其原因可能是兩者的體系不同,在由小麥面粉生產(chǎn)的饅頭中,麩質(zhì)(面筋蛋白)形成的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了面團(tuán)和饅頭特有的黏彈性；而玉米面粉中由于不含麩質(zhì),在和面過(guò)程中不能形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其面團(tuán)如果不添加其他物質(zhì)(如一些膠體)則黏彈性很差,不易成團(tuán)和成型,經(jīng)發(fā)酵后生產(chǎn)出來(lái)的饅頭緊實(shí),氣孔少,硬度大,口感差(見(jiàn)圖1)。

表2 菊粉對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響Table 2 Effect of inulin on the quality of gluten-free steamed breads

a-對(duì)照組；b-優(yōu)化組圖1 無(wú)麩質(zhì)饅頭對(duì)照組與優(yōu)化組的剖面圖Fig.1 Profiles of blank and optimized groups of gluten free steamed breads

當(dāng)在小麥面粉中添加菊粉后,菊粉起到類似小麥淀粉的填充作用,所生產(chǎn)的饅頭在冷卻過(guò)程中易于老化結(jié)晶,導(dǎo)致其硬度會(huì)增加[11]。而對(duì)于由玉米面粉形成的面團(tuán),添加的菊粉能與其他親水膠體(HPMC、XG)間相互作用形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使生產(chǎn)出的饅頭具有疏松多孔性的結(jié)構(gòu)。另外菊粉還具有黏聚作用和持水作用,能增強(qiáng)面團(tuán)的黏結(jié)性,延緩產(chǎn)品的失水速率和貨架期。研究發(fā)現(xiàn),菊粉具有很強(qiáng)的吸濕性和保濕性,能通過(guò)氫鍵與環(huán)境周圍水分發(fā)生強(qiáng)烈的結(jié)合,導(dǎo)致水分子的流動(dòng)性下降,從而降低了產(chǎn)品的水分活度并延緩了水分蒸發(fā)過(guò)程[12]。而與水結(jié)合后的菊粉在面團(tuán)的發(fā)酵和蒸制過(guò)程中失去了分子的致密性和剛性,形成了柔軟的凝膠,引起產(chǎn)品硬度下降[13-14]。另外,玉米面粉的發(fā)酵性較差,菊粉的加入可以為其面團(tuán)體系提供一定的糖源(低聚糖和單糖),促進(jìn)酵母的生長(zhǎng)繁殖,增加總產(chǎn)氣量,進(jìn)而增大了饅頭的體積和多孔性,使其變得更加松軟[3,15-16]。

菊粉對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的彈性影響不顯著。結(jié)合表3～表5可以發(fā)現(xiàn),菊粉、HPMC和XG對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的彈性影響均不顯著。面團(tuán)及饅頭的彈性主要取決于和面過(guò)程中二硫鍵生成的多少,因?yàn)樯傻亩蜴I能形成有序的纖維狀大分子聚合體,聚合體的體積越大,分子間就越難發(fā)生相對(duì)滑移,面團(tuán)的彈性也就越大[17]。由于玉米面粉中不含面筋蛋白,在和面過(guò)程中蛋白質(zhì)分子間(內(nèi))不能生成二硫鍵或生成的很少,所制備的面團(tuán)和饅頭的彈性比由小麥面粉制備的顯著下降。對(duì)于菊粉、HPMC和XG類多糖物質(zhì),分子間或分子內(nèi)也不會(huì)形成二硫鍵,因而其加入不會(huì)影響到玉米面團(tuán)中二硫鍵的生成,因此3者的加入對(duì)由玉米面粉制備的面團(tuán)及饅頭的彈性影響不顯著。

隨著菊粉添加量的增加,饅頭的比容呈逐漸增大趨勢(shì),當(dāng)菊粉添加量為10%時(shí),饅頭的比容達(dá)到最大值(1.58 mL/g),與對(duì)照組相比增加了14.5%。饅頭的高徑比隨菊粉添加量的增加呈先增加后減小的趨勢(shì),當(dāng)菊粉添加量為8%時(shí)達(dá)到最大值1.25,與對(duì)照組相比增加62.3%。這些都與適量菊粉的添加有利于提高面團(tuán)的發(fā)酵特性有關(guān),但添加過(guò)量的天然菊粉時(shí),由于其含有較高的低聚糖和單糖,會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)酵速度過(guò)快,在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量CO2氣體,其中部分CO2會(huì)沖破面團(tuán)體系而逸出,引起產(chǎn)品體積的下降。菊粉的加入也有利于提高饅頭的凝聚性,當(dāng)菊粉添加量為6%時(shí)，凝聚性達(dá)最大值0.59,與對(duì)照組相比提高了17.3%。根據(jù)綜合加權(quán)評(píng)分值來(lái)看,當(dāng)菊粉的添加量為10%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的綜合評(píng)分最高43.43。

2.2 XG對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的影響

表1試驗(yàn)組8～13考察了XG對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭相關(guān)品質(zhì)的影響,結(jié)果見(jiàn)表3。隨XG添加量的增加,無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)XG的添加量為1.00%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度達(dá)到最小值4.36,與對(duì)照組相比,硬度減小了27.81%。XG是一種微生物陰離子多糖,在無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)制作過(guò)程中,它可以通過(guò)氫鍵和靜電作用與全玉米粉中的淀粉、蛋白質(zhì)等相結(jié)合,進(jìn)而改善無(wú)麩質(zhì)饅頭面團(tuán)的發(fā)酵特性[18]。由于XG的三糖側(cè)鏈與主鏈平行能形成“棒狀”結(jié)構(gòu),其在無(wú)麩質(zhì)饅頭中可填充到膨脹的淀粉三維網(wǎng)狀組織中形成膜壁[19]。所以當(dāng)添加適量XG時(shí),可以改善無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)的結(jié)構(gòu),促進(jìn)面團(tuán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成和維持。但是當(dāng)添加量過(guò)多時(shí),由于其結(jié)構(gòu)特性,XG會(huì)增加面團(tuán)的密度,使無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度增加。XG含量的增加對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的彈性影響不顯著,但在一定程度上增加了無(wú)麩質(zhì)饅頭的凝聚性。這可能是因?yàn)閄G分子的側(cè)鏈存在2個(gè)帶有負(fù)電的羧基,這些羧基與水和淀粉間形成氫鍵,生成剛性凝膠,因此添加X(jué)G的無(wú)麩質(zhì)饅頭面團(tuán)更具黏性,但對(duì)彈性沒(méi)有顯著影響[2,20]。另外,XG還可以抑制相分離以及由重力所引起的分層,提高面團(tuán)體系的穩(wěn)定性[2,20]。

表3 XG對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的影響Table 3 Impacts of XG on gluten-free steamed bread

XG的添加顯著增加了無(wú)麩質(zhì)饅頭的比容和高徑比。當(dāng)XG的添加量為1%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的比容和高徑比均達(dá)到最高值(1.47和1.13 mL/g),與對(duì)照組相比,分別增加了14.84%和48.68%。由于XG具有雙螺旋和多螺旋結(jié)構(gòu),其加入會(huì)促進(jìn)凝膠基質(zhì)的形成,有利于提高面團(tuán)的持氣性,進(jìn)而增加無(wú)麩質(zhì)饅頭的中空結(jié)構(gòu)和孔隙率,增加其比容和高徑比[2,14,21]。另外,XG可以抑制相分離以及由重力等引起的分層,提高面團(tuán)體系的穩(wěn)定性[20]。因此,添加一定量的XG有利于降低無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度和改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多孔性[7,14,19]。當(dāng)XG添加量為1%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的綜合加權(quán)評(píng)分值最高(58.1)。

2.3 HPMC對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的影響

表1試驗(yàn)組14～18考察了HPMC對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭相關(guān)品質(zhì)的影響,結(jié)果見(jiàn)表4。HPMC對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭硬度的影響與XG的影響相似。當(dāng)HPMC的添加量為0.5%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度達(dá)到最小值4.97。與對(duì)照組相比,無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度下降了21.11%。HPMC作為一種親水膠體,具有良好的持水性和凝膠特性,即使其添加量很低也會(huì)顯著影響無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)的流動(dòng)特性,通過(guò)提高體系的黏度、絮凝性和聚結(jié)性等方面而增強(qiáng)面團(tuán)的持氣性[22-23]。隨著HPMC添加量的進(jìn)一步增加,它們會(huì)在淀粉顆粒周圍不斷聚集,與淀粉分子競(jìng)爭(zhēng)水分[9]。有研究表明,當(dāng)玉米醇溶蛋白暴露于親水的環(huán)境中時(shí),其構(gòu)象將變得更為緊密,由于HPMC的親水性比玉米醇溶蛋白強(qiáng),它會(huì)降低玉米醇溶蛋白中α螺旋結(jié)構(gòu)所占比例,增加未展開結(jié)構(gòu)的含量,從而增加了面團(tuán)的致密結(jié)構(gòu),導(dǎo)致無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度開始增加[8-9]。

表4 HPMC對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的影響Table 4 Effects of HPMC on gluten-free steamed bread

與XG相似,HPMC的添加顯著增加了無(wú)麩質(zhì)饅頭的凝聚性,但是對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的彈性影響不顯著。這是因?yàn)槿衩追郾旧淼酿ぞ勰芰^差,加入的HPMC能與淀粉、蛋白質(zhì)、水等發(fā)生相互作用而增加了面團(tuán)的黏度與凝聚性[24]。另外,全玉米粉中分散的直鏈淀粉與HPMC之間相互作用會(huì)增加無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)體系糊化后的黏度[22,25]。當(dāng)HPMC的添加量為0.5%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的凝聚性達(dá)到最大值(0.48),隨著HPMC添加量的進(jìn)一步增加,饅頭的凝聚性有所下降,但下降趨勢(shì)不明顯(P<0.05)。

HPMC的添加對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭的比容和高徑比沒(méi)有顯著影響。綜合加權(quán)評(píng)分結(jié)果顯示,當(dāng)HPMC添加量為0.5%時(shí),所得無(wú)麩質(zhì)饅頭的綜合加權(quán)評(píng)分值最高36.73。呂秋冰等[4]的研究顯示,隨HPMC的增加,無(wú)麩質(zhì)碎米饅頭的比容、彈性和咀嚼性呈先升高后降低的變化趨勢(shì),且均在HPMC添加量為3.5%時(shí)出現(xiàn)峰值。試驗(yàn)結(jié)果不同可能是由制作饅頭的原料不同所引起的。

2.4 水分對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響

表1試驗(yàn)組19～24考察了水分對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響,結(jié)果見(jiàn)表5。隨著水分含量的增加,無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度逐漸下降,并在82.5%時(shí)達(dá)最小值3.79。與水分含量較低(70.5%)的饅頭相比,硬度減小了39.17%。這可能歸因于3個(gè)方面的原因：其一,當(dāng)面團(tuán)含水量較少時(shí),酵母生長(zhǎng)不充分,面團(tuán)發(fā)酵不徹底,導(dǎo)致無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度較大,當(dāng)水分含量適宜時(shí),有利于酵母的生長(zhǎng)繁殖,面團(tuán)發(fā)酵充分,饅頭硬度降低[26]；其二,由于無(wú)麩質(zhì)饅頭的主要原料是淀粉,所以淀粉的糊化也會(huì)對(duì)饅頭的質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響,只有當(dāng)充足的水分存在時(shí),淀粉的糊化才徹底[23]；其三,當(dāng)面團(tuán)體系中的水分含量合適時(shí),菊粉、HPMC和XG與全玉米粉中的蛋白質(zhì)、淀粉之間相互作用形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,面團(tuán)的持氣性更好,但當(dāng)水分含量過(guò)多時(shí),這種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)會(huì)被削弱,導(dǎo)致無(wú)麩質(zhì)面團(tuán)結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷,硬度增加[14,27]。

表5 水分對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響Table 5 Influence of moisture on gluten-free steamed bread

隨著水分含量的逐漸增加,無(wú)麩質(zhì)饅頭彈性顯著性增大。當(dāng)水分含量達(dá)82.5%時(shí),此時(shí)饅頭的彈性是水分含量為70.5%時(shí)的1.29倍；隨水分含量的進(jìn)一步增加,彈性變化不顯著。研究發(fā)現(xiàn),玉米醇溶蛋白的黏彈性與β-折疊二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成有關(guān),在親水性的溶液體系中,隨含水量的增加玉米醇溶蛋白的α-螺旋結(jié)構(gòu)減少,無(wú)規(guī)卷曲和β-折疊結(jié)構(gòu)增加,從而能增加面團(tuán)體系的黏彈性[28]。當(dāng)水分含量為82.5%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的比容達(dá)到最大值1.44 mL/g,與較低含水量(70.5%)的饅頭比容相比增加了13.4%。但是,隨著水分含量的進(jìn)一步增加,無(wú)麩質(zhì)饅頭的高徑比呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)槊鎴F(tuán)的含水量過(guò)高則在其發(fā)酵過(guò)程中容易出現(xiàn)明顯的塌陷,導(dǎo)致面團(tuán)的立體挺立狀態(tài)下降,饅頭的高徑比減小。由表5可知,當(dāng)水分添加為82.5%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的綜合加權(quán)評(píng)分值達(dá)到最大值49.24。

2.5 響應(yīng)面結(jié)果與分析

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果,將菊粉、HPMC、XG和水分含量設(shè)為自變量,每個(gè)自變量以綜合加權(quán)評(píng)分值最高的水平為中心,確定3個(gè)水平,采用Box-Behnken方案設(shè)計(jì),綜合加權(quán)評(píng)分值設(shè)為響應(yīng)值并進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。響應(yīng)面的編碼值以及響應(yīng)面優(yōu)化的試驗(yàn)方案和結(jié)果分別見(jiàn)表6和表7。

表6 響應(yīng)面水平編碼值表Table 6 Independent variables and respective coded levels

表7 響應(yīng)面優(yōu)化方案及響應(yīng)值Table 7 Response surface optimization scheme and response values

利用Design-Expert軟件對(duì)表7中的響應(yīng)值進(jìn)行多元回歸擬合,可以得到無(wú)麩質(zhì)饅頭綜合加權(quán)評(píng)分(Y)對(duì)菊粉(A)、XG(B)、HPMC(C)以及水分含量(D)的回歸方程,如公式(3)所示。對(duì)該回歸方程進(jìn)行方差分析,結(jié)果如表8。

(3)

Y=32.38+6.4×A+4.32×B-4.52×C-6.4×D-5.01×A×B+3.03×A×C-9.71×A×D+3.09×B×C+5.69×B×D-4.38×C×D-17.26×A2-8.1×B2-7.48×C2-2.39×D2

根據(jù)表8,模型的P值<0.001,可知該模型有效。F值為10.59,失擬項(xiàng)P值為0.061 3(P>0.05),表示為不顯著。模型的負(fù)相關(guān)系數(shù)為0.913 7,說(shuō)明僅有約9%的測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)法用該模型解釋。另外,由表8可知,在響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)中,根據(jù)方差分析結(jié)果可知,菊粉、XG、HPMC及水分對(duì)無(wú)麩質(zhì)饅頭品質(zhì)的影響大小為：菊粉=水分>HPMC>XG。利用Design-Expert軟件進(jìn)一步對(duì)多元回歸方程進(jìn)行優(yōu)化分析,最終得到利用菊粉、HPMC、XG和不同水含量制作玉米面無(wú)麩質(zhì)饅頭的優(yōu)化配方：菊粉添加11.01%、XG添加0.92%、HPMC添加0.51%、水分添加79.5%。

2.6 模型的驗(yàn)證與結(jié)果分析

根據(jù)響應(yīng)面的模型優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,當(dāng)菊粉添加11.01%、XG添加0.92%、HPMC添加0.51%、水分添加79.5%時(shí),模型預(yù)測(cè)值為40.62,實(shí)際測(cè)得綜合加權(quán)評(píng)分為39.70,誤差為2.32%,表示該回歸模型具有一定的可靠性。

表9為對(duì)照組與優(yōu)化組無(wú)麩質(zhì)饅頭在質(zhì)構(gòu)、色差、高徑比及比容等方面的差別。由圖1可知,對(duì)照組饅頭中間產(chǎn)生了明顯的溝壑狀孔洞,而優(yōu)化組饅頭中間的氣孔結(jié)構(gòu)均勻且豐富。這可能是因?yàn)閷?duì)照組面團(tuán)在發(fā)酵時(shí)由于缺乏面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),持氣性和延伸性差,面團(tuán)無(wú)法包裹氣體,生產(chǎn)出的無(wú)麩質(zhì)饅頭緊實(shí)疏松感差；而優(yōu)化組饅頭由于菊粉、HPMC和XG三者間可形成類似面筋的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),賦予了面團(tuán)在發(fā)酵時(shí)良好的持氣性,生產(chǎn)出的無(wú)麩質(zhì)饅頭與由小麥面粉生產(chǎn)的饅頭質(zhì)地相似。由表9可知,與對(duì)照組饅頭相比,優(yōu)化組饅頭的硬度下降了17.8%、彈性增加了31.67%、凝聚性增加了136.36%、比容增加了44.04%。色差測(cè)定結(jié)果顯示,優(yōu)化組饅頭(L*值為67.94)比對(duì)照組饅頭(L*值為60.60)具有更高的亮度,且優(yōu)化組饅頭(b*值為47.47)比對(duì)照組饅頭(b*值為36.78)具有更高的黃度,表面更加鮮亮光滑。

表9 無(wú)麩質(zhì)饅頭對(duì)照組與優(yōu)化組結(jié)果對(duì)比Table 9 Comparison of blank and optimization results of gluten free steamed bread

3 結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn),以玉米面粉為主要原料,輔以菊粉、HPMC和XG等輔料制作無(wú)麩質(zhì)饅頭是可行的,所生產(chǎn)的無(wú)麩質(zhì)饅頭外表呈亮黃色,表皮光滑,內(nèi)部具有疏松多孔的結(jié)構(gòu),與由小麥面粉生產(chǎn)的饅頭質(zhì)地相似。無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度隨菊粉添加量增加呈逐漸下降的趨勢(shì),隨HPMC和XG的增加呈先減小后增大的趨勢(shì),3者的添加對(duì)其彈性影響均不顯著。與不加菊粉相比,添加10%菊粉的無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度減小了52.15%,比容增加了14.49%,高徑比增加了61.04%；與不添加HPMC的樣品相比,添加0.5%HPMC的無(wú)麩質(zhì)饅頭的硬度減小了21.11%,凝聚性增加了39.39%；隨著XG含量的增加,無(wú)麩質(zhì)饅頭的凝聚性也逐漸增大；添加一定量的水分可以顯著增加無(wú)麩質(zhì)饅頭的彈性,降低其硬度,當(dāng)水分從70.5%增加至82.5%時(shí),無(wú)麩質(zhì)饅頭的彈性增加了20.9%,硬度減小了39.17%。當(dāng)在玉米粉中添加菊粉11.01%、黃原膠0.92%、HPMC 0.51%、水分79.5%時(shí),所制得的無(wú)麩質(zhì)饅頭綜合加權(quán)評(píng)分最高,具有較高的接受度,且富含菊粉膳食纖維。