黑全麥饅頭工藝優(yōu)化及消化特性分析

劉旭華, 孫強(qiáng)強(qiáng), 楊麗萍, 王俊穎, 丁志剛, 翟立公

(安徽科技學(xué)院 食品工程學(xué)院,安徽 鳳陽 233100)

《中國(guó)居民膳食指南(2022)》建議居民堅(jiān)持谷類為主的平衡膳食模式。每天的膳食應(yīng)包括谷薯類、蔬菜水果、畜禽肉、魚蛋奶和豆類食物,每天攝入谷類食物200～300 g,其中包含全谷物和雜豆類50～150 g。數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)成年人全谷物攝入量低于推薦值,攝入量嚴(yán)重不足[1]。國(guó)內(nèi)居民吃的大多是精加工的糧食谷物,造成非常多的營(yíng)養(yǎng)成分浪費(fèi),也導(dǎo)致人們對(duì)微量元素的攝取遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,患中風(fēng)、心血管、肥胖等病的可能性大大增加。有研究表明,長(zhǎng)期食用精加工食品容易患糖尿病、心血管病等慢性疾病[2]。

近年來,隨著生活水平的不斷提高,人們也越來越注重合理膳食和均衡飲食。全麥粉是指在磨粉工藝中,不脫去小麥最外層的麩皮,將小麥完全碾碎,所得的麥粉包含了麩皮、胚芽與胚乳等小麥全部組織[3]。全麥粉也是最常見的全谷物食品之一,相較于小麥粉其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更全面,膳食纖維含量更高,富含礦物質(zhì)、維生素B1、B2、B6、泛酸等。因此,全麥粉相比傳統(tǒng)的小麥粉而言食用價(jià)值更高。饅頭作為我國(guó)北方的主食,其消費(fèi)含量占面食食品的35%。我國(guó)居民不喜歡食用全麥饅頭,是由于全麥粉中膳食纖維含量較高,致使全麥饅頭的口感比較粗糙,不如小麥饅頭的消費(fèi)者認(rèn)可度高,推廣難度較大。本研究通過探究酵母添加量、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度、發(fā)酵濕度對(duì)改善黑全麥饅頭口感的影響,結(jié)合響應(yīng)面優(yōu)化加工工藝,改善黑全麥饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、高徑比,使黑全麥饅頭的食用感受更佳,提高居民對(duì)黑全麥饅頭的接受度。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 材料 黑全麥面粉(益海嘉里食品有限公司);白面包(江蘇桃李面包有限公司);泡打粉(安琪酵母股份有限公司);酵母(安琪酵母股份有限公司)。

1.1.2 試劑 甲基紅試劑(天津市永大化學(xué)試劑有限公司);胃蛋白酶、葡萄糖苷酶(上海麥克林生化科技有限公司;乙醇、乙醚、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉(AR,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);磷酸(CP,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);葡萄糖測(cè)定試劑盒(上海榮盛生物藥業(yè)股份有限公司)。

1.1.3 儀器 JM-A電子天平(上海靜天電子儀器有限公司);XY10MB電子稱(常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司);醒發(fā)箱(廣州旭眾食品機(jī)械有限公司);紫外可見分光光度計(jì)(廣州旭眾食品機(jī)械有限公司);HH數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市全程國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠);CT-3質(zhì)構(gòu)儀(美國(guó)Brookfield公司)。

1.2 試驗(yàn)方法及工藝流程

稱取150 g黑全麥粉、2.25 g泡打粉,混合均勻,溫水活化酵母5 min,并加入適量的水和面,將面團(tuán)揉搓成型,成型后自然發(fā)酵5 min,揉搓排氣。將面團(tuán)稱重,均分為4份。對(duì)面團(tuán)壓面、折面,揉搓整形使其成為形狀均勻的圓形。放入預(yù)熱好的發(fā)酵箱中發(fā)酵,待蒸鍋上汽后蒸30 min,然后關(guān)火閉蓋燜煮5 min。取出晾涼后切成20 mm的饅頭片(圖1),測(cè)其質(zhì)構(gòu)。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

1.3 工藝優(yōu)化

1.3.1 生產(chǎn)工藝的單因素試驗(yàn) 在確定黑全麥饅頭基本試驗(yàn)工藝的基礎(chǔ)上,保持泡打粉的添加量為1.5%,依次考察酵母的添加量(0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%)、發(fā)酵溫度(27、31、35、39、43 ℃)、發(fā)酵時(shí)間(20、30、40、50、60 min)、發(fā)酵相對(duì)濕度(65%、70%、75%、80%、85%)對(duì)黑全麥饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、高徑比的影響。

1.3.2 比容的測(cè)定 參照徐箐[4]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 饅頭質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 饅頭出鍋后晾涼20 min,切成20 mm的饅頭片,進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)定[5]。使用TA4/1000探頭,質(zhì)構(gòu)測(cè)定條件為：出發(fā)點(diǎn)負(fù)載7 g,測(cè)試速率2 mm/s,循環(huán)次數(shù)2次。

1.3.4 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用Design-Expert 8.0.6軟件以及Box-Behnken模型,選取酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時(shí)間(C)等對(duì)全麥饅頭制作工藝具有顯著影響的因素(表1),采用三因素三水平的響應(yīng)面工藝優(yōu)化試驗(yàn)[6]。

表1 響應(yīng)面因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.3.5 感官評(píng)價(jià)指標(biāo) 設(shè)置10人評(píng)分小組,各成員對(duì)全麥饅頭感官評(píng)價(jià),評(píng)分范圍為32～100分,以平均分為參考[7]。重復(fù)評(píng)分3次,取平均值。具體感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 全麥饅頭的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria for whole wheat steamed buns

1.4 黑全麥饅頭消化特性分析

1.4.1 淀粉含量測(cè)定 根據(jù)GB/T 5009.9—2016 食品中淀粉的測(cè)定 酸水解法測(cè)量黑全麥饅頭淀粉含量。

1.4.2 體外消化試驗(yàn) 黑全麥饅頭血糖生成指數(shù)參照Edwards等[8]和Tian等[9]方法測(cè)定。稱取5 g樣品于50 mL離心管中,加入20 mL 0.3 mol/L氯化鈉,均質(zhì)機(jī)研磨均勻,放入恒溫水浴振蕩器中40 ℃預(yù)熱5 min,再加入0.4 mL 0.1 g/mL胃蛋白酶,振蕩搖勻,于40 ℃、150 r/min中水浴震蕩1 h。然后加入pH為6.8的磷酸鹽緩沖溶液至50 mL,然后加入1 mL的2 500 U/mL葡萄糖苷酶,在40 ℃、150 r/min的水浴搖床中搖動(dòng)記時(shí)。分別在0、10、20、30、60、90、120、180 min時(shí)取1 mL上清液于1.5 mL離心管中,沸水浴5 min。于4 000 r/min離心8 min,取上清液,用試劑盒進(jìn)行測(cè)定。根據(jù)式(1)計(jì)算GI值?？煜矸?RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)的含量根據(jù)式(2)～(4)計(jì)算。

eGI=39.71+0.549HI

(1)

其中,eGI為血糖生成指數(shù);HI為試樣水解曲線下的面積與白面包水解曲線下的面積之比。

(2)

(3)

(4)

其中,G0、G20、G120為0、20、120 min時(shí)的葡萄糖含量;TS為總淀粉的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)黑全麥饅頭品質(zhì)的影響 通過對(duì)全麥饅頭中酵母添加量因素進(jìn)行單因素試驗(yàn),得出具體的評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)。當(dāng)酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.6%升至1.2%時(shí),咀嚼性和硬度逐漸降低[10]。酵母通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生CO2氣體,使饅頭蓬松柔軟且多孔,表面飽滿。隨著發(fā)酵過程的進(jìn)行,CO2氣體產(chǎn)生過多,面團(tuán)的面筋蛋白被破壞,面筋網(wǎng)絡(luò)的形成受到影響,彈性和高徑比則隨之升高[11]。在此范圍內(nèi),隨著酵母添加量增加,酵母的產(chǎn)氣作用逐漸增強(qiáng)。此后,當(dāng)酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于1.2%時(shí),饅頭發(fā)酵產(chǎn)氣過多,內(nèi)部氣孔過多造成饅頭塌陷[12]。饅頭內(nèi)部組織蛋白結(jié)構(gòu)被破壞,導(dǎo)致饅頭的硬度和咀嚼性升高,彈性和高徑比降低。因此,酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～1.2%,饅頭發(fā)酵的最好最蓬松。此時(shí),饅頭的小麥香氣十足,咀嚼不黏牙。因此確定最佳比例范圍在0.9%～1.3%。

表3 酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)饅頭品質(zhì)的影響Table 3 Effects of yeast addition on the quality of steamed buns

2.1.2 發(fā)酵溫度對(duì)黑全麥饅頭品質(zhì)的影響 由表4可知,當(dāng)發(fā)酵溫度在35 ℃時(shí),饅頭的硬度、咀嚼性最小,彈性、高徑比較大。這是由于發(fā)酵溫度過低時(shí),酵母活性不高,發(fā)酵產(chǎn)生的氣體少,因?yàn)楫a(chǎn)生的氣孔少并且密集,故硬度低、咀嚼性高。溫度對(duì)酵母的生長(zhǎng)具有重要作用,隨著溫度不斷接近酵母的最適生長(zhǎng)溫度,饅頭的硬度、咀嚼性降低,饅頭發(fā)酵的最飽滿[11,13]。發(fā)酵溫度高于35 ℃時(shí),部分酵母可能無法適應(yīng)溫度而喪失活性甚至死亡,使得發(fā)酵過程減慢甚至停止。因此,發(fā)酵溫度在31～39 ℃時(shí),饅頭發(fā)酵的效果最好、最蓬松。此時(shí)的饅頭光滑又飽滿,且有彈性。因此確定最佳溫度范圍在32～36 ℃[14]。

表4 發(fā)酵溫度對(duì)饅頭品質(zhì)的影響Table 4 Effects of fermentation temperature on the quality of steamed buns

表5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)饅頭品質(zhì)的影響Table 5 Effect of fermentation time on the quality of steamed buns

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑全麥饅頭品質(zhì)的影響 發(fā)酵時(shí)間對(duì)全麥饅頭的品質(zhì)有著一定的影響,隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,酵母產(chǎn)生的氣體量變多,饅頭得以延展開來。饅頭的硬度和彈性先降低,高徑比先緩慢降低再迅速降低。這是由于在一定時(shí)間范圍內(nèi)隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,酵母產(chǎn)氣量增加,面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞[11]。發(fā)酵時(shí)間在30 min之前時(shí),酵母的生長(zhǎng)時(shí)間過短,產(chǎn)氣量不足,面團(tuán)不能充分醒發(fā)。成品質(zhì)地較硬,內(nèi)部氣孔較少[14]。發(fā)酵時(shí)間在50 min之后,由于發(fā)酵的時(shí)間過長(zhǎng),酵母產(chǎn)氣量充足,使得面團(tuán)塌陷,成品的顏色較深。因此,發(fā)酵時(shí)間為30～50 min,饅頭發(fā)酵的最好最蓬松[15]。此時(shí),饅頭的香氣十足,口感綿軟又不失嚼勁。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為30～45 min,因此確定最佳發(fā)酵時(shí)間為30～45 min。

2.1.4 發(fā)酵相對(duì)濕度對(duì)全麥饅頭的影響 由表6可知,隨著相對(duì)濕度的增加,饅頭的高徑比無明顯變化,說明濕度對(duì)饅頭的高徑比影響不大。當(dāng)發(fā)酵相對(duì)濕度從60%增加到80%時(shí),饅頭的硬度、濕度、咀嚼性變化不大。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)發(fā)酵濕度過低時(shí),饅頭發(fā)酵完之后出現(xiàn)表皮裂開的情況,可能是由于環(huán)境相對(duì)濕度過低時(shí),影響?zhàn)z頭內(nèi)部水分的的流動(dòng)。比對(duì)其他3個(gè)因素,相對(duì)濕度對(duì)饅頭品質(zhì)的影響不大[16-17]。

表6 發(fā)酵相對(duì)濕度對(duì)饅頭品質(zhì)的影響Table 6 Effect of fermentation humidity on the quality of steamed buns

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化全麥饅頭制作工藝

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)及方差分析 通過參考試驗(yàn)數(shù)據(jù),以酵母的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、發(fā)酵溫度(B)、發(fā)酵時(shí)間為自變量(C),彈性(Y)為因變量進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 全麥饅頭響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 7 Response surface test design and results of diagram of whole steamed bread

表8 全麥饅頭響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 8 Whole wheat steamed bun response surface test design and result

2.2.2 各因素的交互作用分析 為進(jìn)一步探討因素間交互作用的影響,通過軟件固定其中的一個(gè)因素,觀察其他兩個(gè)因素對(duì)其的影響。如圖2所示,當(dāng)固定發(fā)酵溫度為34 ℃時(shí),酵母添加量與發(fā)酵時(shí)間的交互作用對(duì)彈性有顯著影響,面團(tuán)的彈性隨著酵母填加量和發(fā)酵時(shí)間的增加先變大后變小[19]。如圖3所示,當(dāng)固定酵母添加量為1.1%時(shí),酵母添加量與發(fā)酵時(shí)間的交互作用對(duì)彈性的影響不明顯。如圖4所示,當(dāng)固定發(fā)酵時(shí)間為37.5 min時(shí),酵母添加量與發(fā)酵溫度的交互作用對(duì)面團(tuán)彈性的影響有較顯著影響[20]。

圖2 酵母添加量和發(fā)酵時(shí)間的相互作用對(duì)全麥饅頭彈性的響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.2 Response of the interaction of yeast addition amount and fermentation time to the elasticity of whole wheat steamed buns, surface map and contour map

圖3 發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間的相互作用對(duì)全麥饅頭彈性的響應(yīng)面圖及等高線圖Fig.3 Response of the interaction of fermentation temperature and fermentation time to the elasticity of whole wheat steamed buns, surface diagram and contour map

圖4 發(fā)酵溫度和酵母添加量的相互作用對(duì)全麥饅頭彈性的響應(yīng)面及等高線圖Fig.4 Response of the interaction of fermentation temperature and yeast addition amount to the elasticity of whole wheat steamed buns and contour diagram

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn) 由響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果可知最優(yōu)方案為：酵母質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.18%;發(fā)酵溫度為34 ℃;發(fā)酵時(shí)間為36 min;預(yù)計(jì)組硬度為2 384.68 g;預(yù)計(jì)組彈性為5.87 mm。按照上述因素水平,進(jìn)行3組平行驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果如表9所示。

表9 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Verification the test results

試驗(yàn)結(jié)果顯示,全麥饅頭硬度為2 137.00 g,彈性為5.84 mm,彈性與預(yù)計(jì)結(jié)果5.87 mm相差0.03 mm。彈性試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)計(jì)結(jié)果相近,因此,通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得到的最優(yōu)因素水平可指導(dǎo)全麥饅頭制作工藝。

2.3 黑全麥饅頭消化特性

黑全麥饅頭的GI值為49.41,屬于低GI食物。小麥饅頭的GI值為79.15,屬于高GI食物。由圖5可知,小麥饅頭和黑全麥饅頭在被消化0～30 min時(shí),淀粉消化速率最快,但黑全饅頭的淀粉消化速率比小麥饅頭低。隨著消化的不斷進(jìn)行,淀粉消化的速率逐漸變慢,黑全麥饅頭在120 min時(shí)淀粉幾乎被分解完,小麥饅頭在90 min時(shí)淀粉幾乎被分解完[21]。在整個(gè)消化過程中,相較于小麥饅頭黑全麥饅頭使血糖升高的速度更平緩,主要原因是黑全麥粉的麩皮含量更高,麩皮含有大量的膳食纖維,能夠減緩碳水化合物被消化吸收的速度,維持更長(zhǎng)時(shí)間的飽腹感,更適合高血糖及減肥人群使用[22]。

圖5 黑全麥饅頭和小麥饅頭消化過程Fig.5 Digestion process of black whole wheat steamed bread and wheat steamed bread

表10顯示,黑全麥饅頭和小麥饅頭的快消化淀粉含量(RDS)分別為62.87%、74.48%,慢消化淀粉含量(SDS)分別為33.77%、23.97%,抗性淀粉含量(RS)分別為3.36%、1.55%,黑全麥饅頭的慢消化淀粉、抗性淀粉含量均高于小麥饅頭,而快消化淀粉含量低于小麥饅頭。慢消化淀粉能被小腸完全吸收但是消化的速率比較緩慢,釋放能量的時(shí)間更長(zhǎng),能帶來更強(qiáng)的飽腹感。

表10 淀粉類型及含量Table 10 Starch type and content

3 結(jié)論與討論

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn),得出優(yōu)化后的全麥饅頭生產(chǎn)方案：酵母添加量為1.18%,發(fā)酵溫度為34 ℃,發(fā)酵時(shí)間為36 min,發(fā)酵相對(duì)濕度為80%。此時(shí)的饅頭顏色呈棕灰色,外觀呈現(xiàn)飽滿的半球狀,表面光滑平整,內(nèi)部氣孔細(xì)小且分布均勻,具有濃郁的全麥氣味,口感爽口不彈牙。黑全麥饅頭的GI為49.41,屬于低GI食物,且快消化淀粉含量為62.87%,慢消化淀粉含量為33.77%,抗性淀粉含量為3.36%。

近年來,隨著人們對(duì)于健康飲食的追求,全麥產(chǎn)品越來越被消費(fèi)者關(guān)注和喜愛,但當(dāng)今市面上的全麥制品食品大多達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。添加過多量的麩皮和胚芽的全麥產(chǎn)品會(huì)降低產(chǎn)品的口感,消費(fèi)者難以接受。本試驗(yàn)在制作工藝的酵母添加量、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度和發(fā)酵相對(duì)濕度等4個(gè)方面對(duì)黑全麥饅頭生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化,使得黑全麥饅頭的硬度、彈性、咀嚼性、高徑比得到了很大的提升,食用口感得到了很大的改善,但是與小麥饅頭相比仍有一定的差距。后期可以通過麥麩改性[23]、菌種發(fā)酵[24]、改良劑改良[25]等方法繼續(xù)優(yōu)化,使黑全麥饅頭的食用口感更佳。