品质改良剂对复合杂粮面包粉流变学特性的影响

杨雪飞，袁蓓蕾，罗水忠，李 诚，郑 志*

品质改良剂对复合杂粮面包粉流变学特性的影响

杨雪飞，袁蓓蕾，罗水忠，李 诚，郑 志*

（合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽省农产品精深加工重点实验室，安徽 合肥 230009）

以营养优化后的复配杂粮面包粉为原料，选择谷朊粉、硬脂酰乳酸钠（sodium stearoyl lactylate，SSL）、黄原胶及瓜尔豆胶为品质改良剂，通过单因素试验研究4种品质改良剂对杂粮面包粉流变学特性的影响，在此基础上通过响应面分析试验，以面团综合得分为响应值，得出复合改良剂的最佳配方为：1 000 g杂粮面包粉（杂粮粉占比34%）为基重，谷朊粉3.77%、SSL 0.35%、黄原胶1.08%、瓜尔豆胶0.35%。各因素对杂粮面包粉综合评分的影响大小为：黄原胶添加量＞谷朊粉添加量＞瓜尔豆胶添加量＞SSL添加量。添加复合改良剂后杂粮面包粉的稳定时间由4.7 min上升到14.2 min，形成时间由3.9 min上升到了13.3 min，粉质指数从56上升到192。复配杂粮面包粉流变学特性有很大程度改善，达到制作杂粮面包的粉质要求。

杂粮面包粉；品质改良剂；流变学特性

随着我国居民膳食结构的变化，我国糖尿病、肥胖症、心血管疾病、结肠癌等各种“富裕型”慢性疾病的发病率逐年上升。我国膳食指南中提出了“要注意粗细搭配，经常吃一些粗粮、杂粮”的建议[1]。复配型杂粮面包是在面包中加入多种杂粮等配料，通过科学合理的营养搭配设计，使面包的营养成分趋于全面，经常食用有益于肠道蠕动，促进健康[2]。

小麦含有丰富的面筋蛋白，水合作用下能形成具有高度黏弹性的面团，制作面包时有能力保留住发酵后所产生的气体。由于小麦面筋在焙烤时的热固定性，使得面包产品具有弹性的结构与轻薄的质地。但杂粮粉并不具有上述面筋蛋白结构，若在面包粉中添加部分杂粮粉，会破坏面筋结构，影响其流变特性，致使不能生产出合格的面包[3]。为了解决复配杂粮粉面包制备中存在的口感不好、黏弹性差、溶出率高、质地与贮藏性差等缺点，添加食品改良剂是安全有效的方法[4]。目前用于面制品方面的品质改良剂主要有氧化剂、乳化剂、增稠剂和酶制剂等[5-8]。卢健鸣等[9]对杂粮保鲜湿面的配料进行优化，选用谷朊粉、沙蒿籽胶和瓜尔豆胶复配使用。邵颖[10]、魏宗烽[11]、瞿力[12]等在板栗面包中应用复配型面包品质改良剂，通过正交试验优化得出，按面包粉质量添加1.5%黄原胶、0.01%α-淀粉酶、0.3%单甘酯时，面包具有良好的焙烤品质，且延缓了面包老化，延长了板栗面包的货架期。郑捷等[13]研究了食品添加剂对蔬菜杂粮方便面品质的影响，结果表明：随着瓜尔豆胶、黄原胶的添加，方便面的断条率减少，吸水率增大。上述研究均以品质改良剂对面制食品加工品质的影响为主，但改良剂加入到含有荞麦、燕麦、玉米等杂粮的杂粮面包粉中对面团的流变学特性影响的研究较少[14-16]。本实验在前期大量单因素试验基础研究上选择采用谷朊粉、硬脂酰乳酸钠（sodium stearoyl lactylate，SSL）、黄原胶及瓜尔豆胶这4种品质改良剂分别对含有燕麦粉、荞麦粉、玉米粉和糯米粉的杂粮面包粉的流变学特性影响进行研究，并应用响应面试验对品质改良剂的配方进行了优化，以期为更好地利用品质改良剂开发出高营养的杂粮面包提供参考。

1 材料与方法

1.1材料与试剂

燕麦粉、玉米粉、糯米粉、荞麦粉 安徽燕之坊食品有限公司；红薯淀粉 南京攀源食品有限公司；面包专用粉潍坊风筝面粉有限责任公司。依据谷物营养互补与复配原理，并参考中国食物成分营养表，运用线性规划法，设计出的杂粮面包粉原料配方为：燕麦粉15%、荞麦粉5%、玉米粉5%、糯米粉5%、红薯淀粉4%及面包粉66%。此时，杂粮面包粉的粉质特性参数为：校正吸水率58.4%，形成时间3.9 min，稳定时间4.7 min，粉质指数56。

瓜尔豆胶 北京矿冶研究总院；SSL、黄原胶河南正通化工有限公司，均为食品级改良剂；谷朊粉安徽瑞福祥股份有限公司；乙醚、硫酸、碳酸钙、硝酸、高氯酸、氧化镧 国药集团化学试剂有限公司；所有试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JFZD电子式粉质仪、JMLD150面团拉伸仪 北京东方孚德技术发展中心；GM2200型面筋测定仪、FN型降落值测定仪 杭州大成光电仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面团粉质特性的测定

1.3.1.1吸水率的测定

采用GB/T 14614—2006《小麦粉 面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法》规定方法，运用JFZD电子式粉质仪，测定面团的粉质特性，当面团的最大稠度达500 FU时，所需添加水的体积即为吸水率。将以每100 g水分含量为14%的小麦粉中所需添加水的质量分数表示校正吸水率。

1.3.1.2稳定时间的测定

以粉质曲线的上边缘首次与500 FU标线相交至下降离开500 FU标线两点之间的时间差值表示稳定性，代表了面团的耐搅拌性及面筋筋力强弱。

1.3.1.3形成时间测定

以从加水点起，至粉质曲线达到最大稠度后开始下降的时刻点的时间间隔表示面团的形成时间。

1.3.1.4粉质指数的测定

粉质质量指数是指从和面开始到曲线达到最大稠度后以图形中线为基准再下降30 FU处的距离，其值是用到达该点所用的时间（min）乘以10来表示。

1.3.2不同改良剂对杂粮面包粉粉质特性影响的单因素试验

1.3.2.1 SSL添加量

将SSL按0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的比例添加到杂粮面包粉中，做粉质仪试验，以面团的校正吸水率、形成时间、稳定时间及粉质质量指数为粉质曲线指标。

1.3.2.2谷朊粉添加量

谷朊粉按2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%的比例添加到杂粮面包粉中，做粉质仪试验，以面团的校正吸水率、形成时间、稳定时间及粉质质量指数为粉质曲线指标。

1.3.2.3瓜尔豆胶添加量

瓜尔豆胶按0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%的比例添加到杂粮面包粉中，做粉质仪试验，以面团的校正吸水率、形成时间、稳定时间及粉质质量指数为粉质曲线指标。

1.3.2.4黄原胶添加量

黄原胶按0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%、1.5%、1.7%的比例添加到杂粮面包粉中，做粉质仪试验，以面团的校正吸水率、形成时间、稳定时间及粉质质量指数为粉质曲线指标。

1.3.3响应面优化试验及设计

在单因素试验基础上，以SSL、瓜尔豆胶、黄原胶、谷朊粉4种添加剂的添加量为自变量，以综合评分为响应值，设计了四因素三水平共29个试验点的响应面分析试验，其中响应值综合评分是综合了杂粮面包粉多个粉质特性值而得出来的[17-20]。其公式如下：

1.3.4验证实验

按响应面分析得出的最佳复合添加剂组合加入到杂粮面包粉中，测其粉质参数，与纯杂粮面包粉的粉质参数进行对比。

1.4数据处理

所有试验进行3次重复实验，结果以平均值表示。使用Excel对实验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1不同品质改良剂对杂粮面包粉粉质特性的影响

2.1.1 SSL添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响

图1 SSL添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响Fig.1 Effect of SSL on farinograph properties of coarse grain bread flour

由图1可知，随着SSL添加量的增加，面团形成时间先降低后保持平稳，稳定时间延长，粉质指数增高。这是由于乳化剂与面筋中的蛋白质发生作用，形成蛋白质脂肪链，这样可增加面团对机械碰撞、发酵温度及时间的耐受性从而起到调整面筋，提高面团的流变学特性。SSL对杂粮面包粉的粉质特性有一定的改善作用。选取0.2%、0.3%、0.4%作为后面响应面分析试验中SSL的3个水平。

2.1.2瓜尔豆胶添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响

图2 瓜尔豆胶添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响Fig.2 Effect of guar gum on farinograph properties of coarse grain bread flour

由图2可知，当瓜尔豆胶添加量为0～0.4%时，形成时间上升，稳定时间有一定幅度的上升，粉质指数上升，但幅度都不大。超过0.3%后，稳定时间又开始下降，软化度上升。由于瓜尔豆胶是一种高黏度的天然多糖化合物，黏度极高，其成分是半乳甘露聚糖，由甘露糖与半乳糖单位组成支链，含有大量的亲水基因，是一种能溶于水的氢化胶体。这种凝胶多糖可通过主链间氢键等非共价键作用力形成具有一定黏弹性的连续的三维凝胶网络结构。当它添加到面粉中时这种网络结构起着类似面筋结构的功能，可改变面团的流变学特性。当瓜尔豆胶的添加量达到0.3%时，混合粉面团的黏性增大，空间网络结构稳定，不再出现断裂现象，仅有一次峰出现，形成时间锐减[21]。所以瓜尔豆胶适宜的添加量为0.2%、0.3%、0.4%，以此作为响应面分析试验中瓜尔豆胶的3个水平。

2.1.3黄原胶添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响

图3 黄原胶添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响Fig.3 Effect of xanthan gum on farinograph properties of coarse grain bread flour

由图3可知，黄原胶对杂粮面包粉粉质特性的改善作用很明显。黄原胶有良好的分散作用和乳化稳定作用。此外，黄原胶与瓜尔豆胶以不同配比复配后均具有良好的协同增效作用。随着黄原胶添加量的增加，稳定时间先降低后大幅增高，当添加量为1.7%时，稳定时间达到13.1 min，软化度大幅降低，形成时间变化不大，粉质指数也大幅升高。从中选取0.7%、0.9%、1.1%作为响应面试验黄原胶的3个水平。

2.1.4谷朊粉添加量对杂粮面包粉粉质特性的影响

图4 谷朊粉对杂粮面包粉粉质特性的影响Fig.4 Effect of wheat gluten on farinograph properties of coarse grain bread flour

由图4可知，随着谷朊粉添加量的增加，形成时间逐渐升高，稳定时间有一定程度的增加，在添加量为3%时达到最大5.2 min，之后便呈下降的趋势。谷朊粉吸水后形成具有网络结构的湿面筋，有明显的增强面筋作用。当将谷朊粉加入面粉中搅拌成团后，谷朊粉与面粉中的面筋连成一体，形成了规模更大、功能更强的网络结构，从而使面团的稳定性增加。当添加量超过4%后，稳定时间呈下降趋势，这是因为谷朊粉本身在水中易水化成小面筋球，不但不能发挥其增强面团结构的作用，还会阻碍面团中其他面筋形成强持气性结构[22]。谷朊粉在面类食品中的添加量一般为0.5%～8%。综合比较，选取2%、3%、4%作为响应面分析试验中谷朊粉的3个水平。

2.2复合添加剂对杂粮面包粉粉质特性影响的响应面分析

2.2.1复合添加剂对杂粮面包粉粉质特性影响的响应面结果及方差分析

在单因素试验结果的基础上，确定了响应面各因素水平设置范围及设计方案，以谷朊粉添加量（A）、SSL添加量（B）、黄原胶添加量（C）、瓜尔豆胶添加量（D）4种添加剂的添加量为自变量，以综合评分为因变量进行回归分析，得到不同添加剂添加量对杂粮面包粉综合评价的回归模型。响应面设计及结果见表1，回归方程方差分析见表2。

表1 复合添加剂对杂粮面包粉粉质特性影响的响应面结果Table 1 Response surfon the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

利用Design-Expert V8.0软件对试验结果进行二次多元回归拟合，对表1的数据进行方差分析后得到结果见表2。

表2 响应面方差分析Table 2 Analysis of variance of response surface results

由表2可知，回归模型的F值为0.25，且回归模型的P＜0.000 1，说明模型高度显著；失拟项P值不显著（0.966 7＞0.05），说明该模型可以接受；因素一次项（A、B、C、D），交互项（AB），二次项（A2）对结果影响是高度显著的（P＜0.000 1）；交互项（AC、AD、CD），二次项（C2、D2）对综合评分的影响是显著的（P＜0.05）；交互项（BC、BD），二次项（B2）对结果影响不显著（P＞0.05）。其模型的二次回归方程为：

2.2.2复合添加剂对杂粮面包粉粉质特性影响的回归模型优化

由于交互项（BC、BD）和二次项（B2）对结果影响不显著，因此采用手动优化的方法对其进行剔除，进行模型的优化。优化后的方程为：

对上述优化后方程进行方差分析可知，失拟项P值为0.942 5＞0.05，说明该模型可以接受；而模型P＜0.000 1，表明高度显著；复相关系数R2=97.86%，=96.47%，变异系数为4.79%，表明该模型拟合程度较好，存在一定的试验误差，但误差较小，说明可以用此模型进行分析和预测。

2.2.3响应曲面图分析

图5 谷朊粉和SSL添加量对杂粮面包粉综合评分影响的等高线图和响应面图Fig.5 Contour and response surface plots for the effect of wheat gluten and SSL on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

图6 谷朊粉和瓜尔豆胶添加量对杂粮面包粉综合评分影响的等高线图和响应面图Fig.6 Contour and response surface plots for the effect of wheat gluten and guar gum on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

图7 谷朊粉和黄原胶添加量对杂粮面包粉综合评分影响的等高线图和响应面图Fig.7 Contour and response surface plots for the effect of wheat gluten and xanthan gum on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

图8 瓜尔豆胶和黄原胶添加量对杂粮面包粉综合评分影响的等高线图和响应面图Fig.8 Contour and response surface plots for the effect of xanthan gum and guar gum on the comprehensive evaluation score of coarse grain bread flour

根据回归方程，采用Design-Expert V8.0软件作响应面图，考察所拟合的响应面形状，分析不同添加剂对杂粮面包粉综合评分影响，其响应面及其等高线如图5～8所示，等高线的形状可以反映出交互作用的强弱。比较上述4组图并结合方差分析结果可知：模型的一次项A、B、C和D都为高度显著；交互项AB高度显著，AC、AD和CD为显著，BC和BD的交互作用不显著；二次项A2高度显著，B2不显著，C2和D2显著，表明不同添加剂对杂粮面包粉综合评价的影响不是简单的线性关系。

同时，从优化后方程可以得出，在以1 000 g杂粮面包粉为基重（杂粮粉34%）的条件下，优化得到的最佳添加剂添加量的配方为：谷朊粉11.19 g（3.77%）、SSL 1.03 g（0.35%）、黄原胶3.22 g（1.08%）、瓜尔豆胶1.05 g（0.35%），且各因素对结果的影响大小的排序结果为：黄原胶添加量＞谷朊粉添加量＞瓜尔豆胶添加量＞SSL添加量。

2.2.4验证对比实验结果

按响应面分析得出的最佳添加剂配方加入到杂粮面包粉中，采用仪器测量其粉质参数，对未加添加剂的杂粮面包粉与杂粮面包粉粉质曲线图的粉质曲线图进行对比，结果如图9A和图9B所示。

图9 未添加（A）和添加复合添加剂（B）的杂粮面包粉的粉质曲线图对比Fig.9 Farinagrams of coarse grain bread flour supplemented with composite improvers

由图9可知，加入复合添加剂后的杂粮面包粉的稳定时间大大延长，稳定时间由4.7 min显著上升到了14.2 min，形成时间由3.9 min上升到了13.3 min，校正吸水率由58.4%上升到了70.2%，粉质指数由56上升到了192，表明复合添加剂的添加对杂粮面包粉的粉质特性产生了较大的影响。

3 结 论

谷朊粉、SSL、黄原胶及瓜尔豆胶能够显著改善杂粮粉的流变学特性，通过单因素试验研究了品质改良剂对杂粮面包粉的流变学特性的影响，在此基础上通过响应面分析试验，得出在以1 000 g杂粮面包粉为基重（杂粮粉34%）的条件下，不同添加剂最佳的添加量分别为：谷朊粉3.77%、SSL 0.35%、黄原胶1.08%、瓜尔豆胶0.35%。上述添加剂对杂粮面包粉综合评分的影响排序为：黄原胶添加量＞谷朊粉添加量＞瓜尔豆胶添加量＞SSL添加量。添加后杂粮面包粉的稳定时间由4.7 min显著上升到了14.2 min，形成时间由3.9 min上升到了13.3 min，粉质指数由原来的56上升到了192，流变学特性得到较大程度的改善。

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Effects of Composite Improvers on Rheological Properties of Coarse Grain Bread Flour

YANG Xuefei, YUAN Beilei, LUO Shuizhong, LI Cheng, ZHENG Zhi*
(Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province, School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

The effects of composite improvers consisting of wheat gluten, sodium stearoyl lactylate (SSL), xanthan gum and guar gum on rheological properties of coarse grain bread flour were studied using response surface analysis. The results showed that the optimum improver formulation was composed of 3.77%wheat gluten, 0.35%SSL, 1.08%xanthan gum and 0.35%guar gum based on 1 000 g of coarse grain bread flour (containing 34%coarse grain flour). The effect of the four individual improvers on the quality of coarse grain bread flour was in the order of xanthan gum ＞ wheat gluten ＞ guar gum ＞ SSL. The dough stabilization time of the grain bread flour supplemented with the optimized composite improvers increased from 4.7 min to 14.2 min, the dough formation time increased from 3.9 min to 13.3 min, and the farinograph index rose from 56 to 192.

coarse grain bread flour; composite improvers; rheological properties

TS201.1

1002-6630（2015）11-0075-06

10.7506/spkx1002-6630-201511015

2014-07-01

安徽省科技攻关计划项目（11010302149；1301032165）

杨雪飞（1973—），女，高级实验师，硕士，研究方向为农产品加工生物技术。E-mail：yangxuefei2000@126.com

*通信作者：郑志（1971—），男，教授，博士，研究方向为粮食工程。E-mail：zhengzhi@hfut.edu.cn