改良劑對面團熱機械學(xué)特性的影響

李 操，程 科，黃文雄

(國糧武漢科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430079)

掛面是我國最常見的主食之一，其歷史悠久，具有制作簡單、美味可口等優(yōu)點。掛面中主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類物質(zhì)等，能夠提供人體所需營養(yǎng)物質(zhì)，深受消費者的喜愛。隨著人們生活水平的提高，消費者越來越看重掛面以及面制品的品質(zhì)和口感，如軟硬適中、彈性較好、有嚼勁等[1]。小麥粉生產(chǎn)掛面的原料，所以其品質(zhì)是掛面質(zhì)量的基礎(chǔ)。我國小麥粉中蛋白質(zhì)含量普遍較低，面筋質(zhì)量較差，導(dǎo)致面條品質(zhì)差，易出現(xiàn)不耐煮、易斷條、易糊湯、口感較差等問題[2-4]。

隨著食品行業(yè)的快速發(fā)展，食品添加劑已成為現(xiàn)代食品工業(yè)中不可缺少的輔料，廣泛應(yīng)用在各種食品的生產(chǎn)加工中[5]。目前，在我國被允許使用的食品添加劑共有20多種類型，有2 000多個品種[6]。面制品常見的面團改良劑包括六大類，分別為營養(yǎng)強化劑類、淀粉類、凝膠多糖類、乳化劑類、無機鹽類、酶制劑類。它們能夠不同程度的改善面條的營養(yǎng)品質(zhì)、烹煮品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性、保鮮防腐等性能指標(biāo)，因此其在生產(chǎn)高品質(zhì)掛面中被廣泛使用[7]。改良劑的添加方式可根據(jù)不同的需要自行搭配，有時單一改良劑的作用有限，就會將幾種不同作用的改良劑復(fù)配使用，進而提高其改良效果[8]。通過測定改良劑對小麥粉及面團的熱機械學(xué)特性、粉質(zhì)特性和糊化特性等方面的影響，深入探究其對掛面的改良效果及作用機理，為食品改良劑在面條工業(yè)中的合理添加使用，提供進一步的指導(dǎo)，從而推動面條行業(yè)發(fā)展[9]。

我們主要探究大豆蛋白粉、木薯變性淀粉及瓜爾豆膠這3種改良劑在不同添加量的條件下對掛面生產(chǎn)中面團的吸水率、穩(wěn)定時間、蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉回生特性的影響，得出改良效果最佳的添加量，進行正交實驗，從而獲得最優(yōu)的改良復(fù)配方案。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

香滿園優(yōu)質(zhì)特一小麥粉，益海嘉里(鄭州)食品有限公司；大豆蛋白粉、木薯變性淀粉、瓜爾豆膠，河南萬邦化工科技有限公司。

1.2 實驗儀器

Mixolab混合試驗儀，法國肖邦公司；AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；YP2001N電子天平，上海菁海儀器有限公司；MB23水分測定儀，奧豪斯儀器(常州)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1面團熱機械學(xué)特性的測定

先將3種改良劑(大豆蛋白粉、木薯變性淀粉、瓜爾豆膠)以不同的添加量分別與小麥粉混合均勻后測定其水分含量，然后使用Mixolab混合試驗儀測定混合面團，并測定其熱機械學(xué)特性的各項指標(biāo)。

實驗參數(shù)采用混合試驗儀自帶Chopin+協(xié)議，基數(shù)14%(b14)，面團質(zhì)量默認(rèn)為45 g，面團的扭矩以(1.0±0.05)N·m為標(biāo)準(zhǔn)。然后按照扭矩1.0 N·m的要求加入一定量的水，測試條件：測試的初始溫度為30℃，攪拌8 min；再以4 ℃/min的速度升溫到90℃，保持7 min；再以4 ℃/min的速度降溫到50℃，保持5 min，整個過程中的揉混速度始終為80 r/min，總時間為45 min。表1為混合試驗儀所測定的指標(biāo)及其含義。

表1 Mixolab 混合試驗儀

1.3.2單因素實驗設(shè)計

以蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉回生特性為指標(biāo)，依次考察3種改良劑對面團熱機械學(xué)特性的影響。其添加水平分別為：大豆蛋白粉(0、2%、4%、6%、8%、10%)、木薯變性淀粉(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)、瓜爾豆膠(0、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%)。

1.3.3改良劑復(fù)配實驗設(shè)計

根據(jù)3種改良劑對面團熱機械學(xué)特性影響的結(jié)果分析，篩選出大豆蛋白粉、木薯變性淀粉和瓜爾豆膠的最優(yōu)添加量，設(shè)計正交實驗，由此獲得改良劑的最佳復(fù)配比。

1.3.4數(shù)據(jù)處理與分析

實驗均重復(fù)3次，取平均值，使用SPSS 19.0進行數(shù)據(jù)的方差分析及顯著性檢驗。使用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1大豆蛋白粉添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

吸水率反映小麥粉各組成成分的吸水性，也是衡量小麥粉生產(chǎn)和加工質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

由表2可以看出，大豆蛋白粉的添加會對面團的吸水率產(chǎn)生顯著影響。面團吸水率隨大豆蛋白粉添加量的增加而顯著增大(P<0.05)，可能是因為蛋白質(zhì)有良好的吸水性，加入了大豆蛋白粉后，混合粉中蛋白質(zhì)含量增大，故混合粉的吸水率上升。

表2 大豆蛋白粉對面團熱機械學(xué)特性的影響

面團穩(wěn)定時間反映了面團揉制阻力，是衡量小麥粉粉質(zhì)特性的重要指標(biāo)，一般來說，粉質(zhì)指數(shù)與穩(wěn)定時間呈正相關(guān)關(guān)系。在實際加工過程中，面團的穩(wěn)定時間并不是越長越好，如果穩(wěn)定時間太長易導(dǎo)致面團筋力過強，在掛面壓片切條時，容易收縮變厚，烹飪后外觀顏色較差，質(zhì)地過硬；反之，穩(wěn)定時間太短時，掛面易拉長變薄、不耐煮和咀嚼性較差。一般掛面類產(chǎn)品的面團穩(wěn)定時間為3～5 min，不同的掛面產(chǎn)品對穩(wěn)定時間有不同的要求[10]。添加大豆蛋白粉對面團穩(wěn)定時間產(chǎn)生顯著影響(P<0.05)，面團的穩(wěn)定時間隨著大豆蛋白粉的添加量而逐漸增大，當(dāng)添加量為8%時，穩(wěn)定時間已達到7.54 min，適當(dāng)添加大豆蛋白粉能夠顯著增加面團的筋力，從而提高掛面的品質(zhì)；但過長，則會產(chǎn)生負(fù)面影響。

面團的弱化度反映了面團在攪拌過程中能夠承受機械攪拌的程度，弱化度值越大，面團越黏，彈性越差，添加大豆蛋白粉對蛋白質(zhì)弱化度無顯著影響，但當(dāng)添加量為6%時，蛋白質(zhì)弱化度最低為0.62 N·m，當(dāng)添加量超過6%后，弱化度呈增加趨勢，可能是因為大豆蛋白粉與面筋蛋白的混合物互相作用形成一個整體，從而提高了面團的耐揉性和耐攪拌力[11]。

C3是面團在糊化過程中的最大扭矩，隨著大豆蛋白粉添加量的增加，C3呈先降低后升高的趨勢。蒸煮穩(wěn)定性指在90℃保溫過程中，C4與C3的比值，值越大，則說明面團的蒸煮穩(wěn)定性越強，隨著添加量的增加，面團的蒸煮穩(wěn)定性呈先增大后減小趨勢，在添加量為6%時，蒸煮穩(wěn)定性達到最大值。C5-C4值表示淀粉回生特性，淀粉回生是指糊化淀粉在逐漸冷卻過程中，分子動能降低，相鄰分子間致密而高度晶化的淀粉分子微束失去了溶解性，C5-C4值越小，說明淀粉回生的可能性越小。淀粉的回生特性通常用來描述直鏈淀粉的重結(jié)晶性?？梢钥闯?，添加了大豆蛋白粉后，淀粉回生特性逐漸降低，說明添加大豆蛋白粉能夠抑制淀粉老化，Marcoa等[12]也得到了相同的結(jié)果。

在大豆蛋白粉添加量為6%時，蛋白質(zhì)弱化度最小，說明面團彈性較好；蒸煮穩(wěn)定性在此添加量下達到最大為1.04；與空白組相比，淀粉回生特性也顯著降低。綜合來說，6%的大豆蛋白粉的加入能夠較好的改善面團品質(zhì)。

2.1.2木薯變性淀粉添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

木薯變性淀粉對面團熱機械學(xué)特性的影響見表3。

表3 木薯變性淀粉對面團熱機械學(xué)特性的影響

由表3可以看出，隨著木薯變性淀粉添加量的增加，面團吸水率和穩(wěn)定時間均先增大后減小，在添加量為1.2%時分別達到最大值59.5%和5.40 min，說明木薯變性淀粉的適當(dāng)加入可以提高面團的加工性能，改善面團的品質(zhì)。這是因為木薯變性淀粉具有良好的吸水性，適當(dāng)添加易與蛋白質(zhì)結(jié)合形成良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得面團韌性變好。加入木薯變性淀粉對C1-C2蛋白質(zhì)的弱化度和α值沒有顯著影響(P>0.05)。

隨著添加量的增加，C4∶C3蒸煮穩(wěn)定性呈先增大后減小的趨勢，說明木薯變性淀粉的適量加入能夠增加面團的蒸煮穩(wěn)定性。C5-C4淀粉熱回生特性無顯著規(guī)律性，但是和空白組相比，回生特性都稍有增高，且試驗組的淀粉熱回生特性之間無顯著性差異(P>0.05)。目前，人們普遍認(rèn)為，淀粉中支鏈淀粉結(jié)晶是影響淀粉糊化和老化的主要原因，支鏈淀粉晶體融熔溫度是55～65℃，當(dāng)溫度升高時，可消除淀粉的回生老化現(xiàn)象。因此，解決淀粉老化回生的問題可以通過抑制或消除支鏈淀粉結(jié)晶。在淀粉老化過程中，可能支鏈淀粉結(jié)晶速率受直鏈淀粉分子含量的影響較大，即高含量的直鏈淀粉分子可能顯著促進支鏈淀粉的結(jié)晶速率，但這一結(jié)論尚未得到證實[13]。隨著木薯變性淀粉添加量的增加，直鏈淀粉的含量也會逐漸增加，可能這會促進支鏈淀粉的結(jié)晶速率，從而使得淀粉回生特性稍有偏高。

在木薯變性淀粉添加量為1.2%時，蒸煮穩(wěn)定性達到最大；與空白組相比，淀粉回生特性稍有升高。綜合來看，添加量為1.2%時，面團品質(zhì)相對較好。

2.1.3瓜爾豆膠添加量對面團熱機械學(xué)特性的影響

瓜爾豆膠對面團熱機械學(xué)特性的影響見表4。

表4 瓜爾豆膠對面團熱機械學(xué)特性的影響

由表4可以看出，隨著瓜爾豆膠添加量的增加，面團的吸水率呈逐漸下降趨勢。與空白試驗組相比，穩(wěn)定時間呈不同程度的增加，說明面筋強度均比空白組要強。由于瓜爾豆膠是一種中性親水膠體，吸水后多糖分子不僅分子間交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)，還能與面筋蛋白間相互作用，從而提升了面團的耐攪拌性。

加入瓜爾豆膠后，蛋白質(zhì)弱化度呈顯著下降趨勢(P<0.05)，說明加入瓜爾豆膠后使得面團內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，各個組分結(jié)合更加緊密，面筋的強度增大，從而使得面團中蛋白質(zhì)不易被弱化。但是面筋強度并不是越強越好，過強反而會影響掛面的適口性。蒸煮穩(wěn)定性隨著添加量的增加呈顯著增加趨勢(P<0.05)。添加量對淀粉回生特性無顯著影響(P>0.05)，在添加量為0.6%時，回生特性由0%時的1.70增至1.75，隨后，逐漸呈下降趨勢。

與空白組相比，在瓜爾豆膠添加量為0.9%時，蛋白質(zhì)弱化度和蒸煮穩(wěn)定性均有所改善。綜合來看，添加0.9%瓜爾豆膠能較好的改善面團品質(zhì)，同時用量也相對較少，節(jié)約成本。

2.2 改良劑復(fù)配實驗結(jié)果與分析

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，分別選取大豆蛋白粉添加量4%、6%、8%；木薯變性淀粉添加量0.8%、1.2%、1.6%；瓜爾豆膠添加量0.6%、0.9%、1.2%做正交實驗，以蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉熱回生特性性作為評價指標(biāo)，設(shè)計L9(34)的正交試驗(見表5)，確定改良劑復(fù)配的最佳配方。

表5 正交因素設(shè)計因素水平表

2.2.1正交實驗結(jié)果與分析

正交實驗設(shè)計方案及結(jié)果見表6。

由表6可知，對于面團的蛋白質(zhì)弱化度和蒸煮穩(wěn)定性結(jié)果可得最佳試驗條件為第5號試驗，即A2B2C3，即大豆蛋白粉為6%、木薯變性淀粉為1.2%，瓜爾豆膠為1.2%；對于淀粉熱回生特性結(jié)果可得最佳試驗條件為第8號試驗，即A3B2C1，即大豆蛋白粉為8%、木薯變性淀粉為1.2%，瓜爾豆膠為0.6%。

表6 正交設(shè)計方案及結(jié)果

2.2.2正交實驗極差分析

根據(jù)極差分析結(jié)果可知，各因素對面團熱機械學(xué)特性影響程度有所不同，影響蛋白質(zhì)弱化度主次順序為：瓜爾豆膠>大豆蛋白粉>木薯變性淀粉，最佳因素水平為A2B2C3；影響蒸煮穩(wěn)定性主次順序為：大豆蛋白粉>瓜爾豆膠>木薯變性淀粉，最佳因素水平為A2B2C2或A2B3C2，考慮到添加成本等問題，選擇A2B2C2作為最佳因素水平；影響淀粉回生特性主次順序為大豆蛋白粉>瓜爾豆膠>木薯變性淀粉，最佳因素水平為A3B2C1。

綜合來看，得到的最佳因素水平為A2B2C2，即大豆蛋白粉添加量為6%，木薯變性淀粉添加量為1.2%，瓜爾豆膠添加量為0.9%。因為該組合不在正交實驗中，所以選擇此組合方案進行多次驗證試驗，驗證結(jié)果為蛋白質(zhì)弱化度0.52 N·m、蒸煮穩(wěn)定性1.09，淀粉回生特性1.30 N·m，其綜合水平較優(yōu)于其他試驗組，故最優(yōu)方案為A2B2C2。

3 結(jié)論

本研究以大豆蛋白粉、木薯變性淀粉及瓜爾豆膠作為掛面改良劑，借助Mixolab混合試驗儀測定并討論了不同改良劑對小麥粉的面團熱機械學(xué)特性的影響；隨著大豆蛋白粉添加量的增加，面團的吸水率、穩(wěn)定時間逐漸增大，蒸煮穩(wěn)定性呈先增大后減小趨勢，淀粉回生特性顯著減??；隨著木薯變性淀粉添加量的增加，吸水率在添加量為1.2%時達到最大，面團筋力和蒸煮穩(wěn)定性均先增大后減小，淀粉回生特性增強；隨著瓜爾豆膠添加量的增加，吸水率減小，穩(wěn)定時間有不同程度的增大，面團筋力增加，耐攪拌性增強，回生特性先增大后減小，面團品質(zhì)有一定程度的改善。在單因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)過正交試驗優(yōu)化后，綜合蛋白質(zhì)弱化度、蒸煮穩(wěn)定性及淀粉回生特性3個指標(biāo)，得到改良劑最佳添加量為：大豆蛋白粉6%、木薯變性淀粉1.2%、瓜爾豆膠0.9%。