木薯全粉对木薯小麦混合粉加工特性及馒头品质的影响

卫 萍,王 颖,张雅媛,游向荣,秦芳芳,黄会玲,邓静友,孙 健,李明娟,周 葵

(广西农业科学院农产品加工研究所,广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室,广西南宁 530007)

木薯(ManihotesculentaGrantz)是世界三大薯类(马铃薯、甘薯、木薯)和六大粮食作物之一,因其块根富含淀粉而被誉为“淀粉之王”和“地下粮食”[1]。木薯根据鲜块根中氰含量的多少,可划分为低氰和高氰品种,当块根中氢氰酸含量小于50 mg/kg时可界定为食用品种[2]。木薯富含淀粉、膳食纤维、维生素及多种矿物质元素,低糖、低脂,饱腹感强,有助于预防和控制肥胖症、心血管疾病和消化系统疾病等[3-5]。在非洲、南美洲等热带地区,木薯已被应用于蛋糕、饼干和婴幼儿食品中[6]。在中国,目前对木薯的加工主要集中在工业上的开发利用,如制作淀粉、酒精、柠檬酸等[7]。在对食用木薯利用方面,主要是以直接食用为主,因为鲜木薯水分含量大,不耐运输和贮存且含有氢氰酸等抗营养因子,这种现状限制了木薯在食品工业的大规模应用。食用木薯全粉是鲜木薯块根去除薯外皮和薯内皮后经破碎、脱毒、干燥、粉碎等工序制备而成,较为全面地保全了木薯块根的营养物质[6]。木薯加工成木薯全粉,不仅可以解决其储存和运输问题,而且能在加工过程中消除营养抑制因子的危害,确保木薯的食用安全[8]。木薯全粉可作为食品加工的原料,广泛用于食品工业,目前正越来越受到人们的重视[9]。

近几年,我国陆续有研究者以食用木薯全粉为原料开展木薯饼干[7,10-12]、木薯糍粑[13]、木薯蛋糕[14]、木薯面包[15]和木薯面条[16]等研究。在众多食品中,馒头是我国的传统主食,由面粉、酵母和水通过发酵、蒸制而得,我国面粉消费量的40%用于馒头制作[17]。在馒头中添加木薯全粉可以改善以面食为主人民的膳食结构,适于各类人群长期食用。目前,在木薯馒头研究方面仅见张丽超等[18]以华南9号木薯全粉、小麦粉为主要原料,添加酵母、白砂糖、谷朊粉等辅料制得馒头,并以馒头的综合评分和比容作为主要评价指标,进行单因素和正交试验研究。从研究结果来看,木薯全粉的添加比例还相对较低,工艺较简单,对于木薯粉粉制特性与馒头的品质关系亦未见阐述。本研究将以面包木薯全粉不同添加量添加到小麦粉中制作馒头,从木薯-小麦混合粉的糊化特性、发酵特性、馒头外形、质构、感官评定以及添加谷朊粉改良剂改良效果等方面进行评价,以期将面包木薯全粉用于馒头制作,促进木薯食品多样化发展,并为进一步研究改善高占比木薯馒头品质提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

木薯 面包食用木薯品种由广西农业科学院经济作物研究所提供;木薯全粉 由广西农业科学院农产品加工研究所自制,前期测定其含总淀粉、直链淀粉和支链淀粉分别为75.50%、15.74%和60.00%;高筋小麦粉 蛇口南顺面粉有限公司,前期测定其含总淀粉、直链淀粉和支链淀粉分别为73.00%、20.00%和53.50%;安琪高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司;谷朊粉 食品级,安徽安特食品股份有限公司。

JY6002电子天平 上海良平仪器仪表有限公司;101-2AB型电热鼓风干燥箱 天津泰斯特仪器有限公司;CT3质构仪 美国博勒飞公司;多用蒸锅 浙江苏泊尔股份有限公司;KS-EC001便携式电灶 君岱(上海)商贸有限公司;KN204P型上烤下型烤炉 青岛金贝克机械有限公司;MFQM440VCN型搅拌器 德国Bosch公司;RVA4800型快速黏度测定仪 波通瑞华科学仪器(北京)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 食用木薯全粉的制备 将新鲜面包食用木薯去皮、清洗、切片,置于干燥仪中低于60 ℃烘干,再经超微粉碎至100目即可。

1.2.2 木薯全粉与面粉混合粉的制备 将高筋面粉及木薯全粉过孔径为100目的分样筛,木薯全粉与高筋面粉按质量比为0∶100、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30 g∶g的比例称量,称量后充分混匀。以不加木薯全粉的高筋面粉为对照组。

1.2.3 木薯-小麦混合粉面团及馒头的制备 在前期预实验优化基础上,准确称量好各种原料,加入事先活化好的酵母(按每100 g粉添加1.2 g酵母,30 ℃),然后加水和面至面团形成,在面团表面盖上一层纱布置于室温发酵15～20 min,发酵结束后,将面团整形分割成大小相同的小面团(80 g),将小面团置于温度37 ℃,相对湿度80%～90% 条件下醒发15～20 min,醒发结束后打开蒸汽锅,于1800 W功率条件下汽蒸15 min,馒头蒸熟后于室温冷却,用于后续测定指标。

1.2.4 木薯粉添加量对木薯-小麦混合粉糊化特性的影响 采用RVA快速黏度仪对不同添加量木薯全粉的混合粉进行糊化特性测定。根据待测样水分含量,以混合粉的基准含水量为14%,添加量3.0 g混合粉为标准添加样品分散到蒸馏水25 mL中,采用美国谷物化学协会规定方法Standard1进行测定。测定程序如下:60 s内转速由960 r/min降到160 r/min并保持稳定,从50 ℃开始升温,经过222 s升温至95 ℃,并保温150 s,再经过228 s降温至50 ℃后恒温120 s,测试结束。测定混合粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值、糊化温度、峰值时间,黏度单位为Pa·s。

1.2.5 木薯粉添加量对木薯-小麦混合粉发酵特性的影响 分别对木薯全粉不同添加量的木薯-小麦混合粉,按每100 g混合粉质量加入1.2 g活化好的酵母和适量水进行面团发酵,每间隔5 min记录面团发酵高度直至发酵结束。

1.2.6 木薯粉添加量对馒头品质的影响

1.2.6.1 比容 参考郭红珍等[19]的方法进行测定。在馒头蒸熟冷却1 h后用电子天平称量馒头质量(g),用小麦粉替换法测定馒头的体积(mL),馒头比容即体积与质量之比。具体操作:将馒头放入有刻度的500 mL的烧杯中;向烧杯中加入小麦粉,直至没过馒头到达一定刻度,记下所到达的刻度;将馒头取出,记录取出馒头后所到达的刻度,两刻度的体积之差即为馒头的体积;由公式:λ=V/W计算得到馒头比容,式中:λ为馒头比容,mL/g;V馒头体积,mL;W为馒头质量,g。)

1.2.6.2 高径比 参考邓利等[20]的方法选取冷却1 h后的木薯馒头3个,用游标卡尺测定馒头的高度和直径。对每个馒头样品在3个不同的位置分别测量3次,取平均值。由公式S=h/d计算得到高径比,式中:S为馒头高径比;h为馒头高度,mm;d为馒头直径,mm。

1.2.6.3 质构 参考侯飞娜等[21]的方法。样品准备:不同添加量木薯馒头做好后分别放在瓷盘上用湿纱布覆盖后,室温冷却1 h。馒头样品的基本切片方法为竖切,每个馒头样品先切除一端的两片馒头片(边料),然后切出3片25 mm馒头片作为测试样品。馒头样品质构测定时,馒头片样品放置在质构仪的测试平台上,并使馒头片样品中心与质构仪探头中心对准。测试参数:选用TA5圆柱形平底探头,质构测试方式选用TPA测试模式,触发类型设置为Auto,触发力设置为5 g,数据采集速率为200 pps。测试前速率:1.0 mm/s;测试速率:1.0 mm/s;测试后速率:1.0 mm/s;压缩率:50%;两次压缩之间的时间间隔:5 s;每个试验组平行试验6～8次,主要测定指标包括硬度、弹性和咀嚼性。

1.2.6.4 感官评分 馒头的感官品质评定参照邓利等[20]的方法依照表1进行。由8名食品专业人员分别对不同比例木薯馒头的各项感官指标进行品评,并取各性状得分的平均值进行统计分析。

表1 馒头的品质评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of steamed bread

1.2.7 谷朊粉对馒头品质的改良效果研究 对木薯全粉添加量为60和70 g的混合粉,添加混合粉重量6%的谷朊粉,按1.2.3制作馒头,馒头的高径比、比容、质构和感官评价方法同1.2.6中所述方法。

1.3 数据统计

试验平均进行三次,数值以均值±标准偏差表示,采用Origin 8.1软件及SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析,采用Duncan检验进行显著性分析。其中,P<0.05表示显著。

2 结果与分析

2.1 木薯全粉添加量对木薯-小麦混合粉加工特性的影响

2.1.1 木薯全粉添加量对木薯-小麦混合粉糊化特性的影响 不同添加量木薯全粉的RVA 曲线见图1,由图1可知随着木薯全粉添加量的增加,混合粉的糊化黏度呈增大的趋势。峰值黏度是升温过程所达到的最高黏度值,其中峰值黏度已被证实是所有RVA指标中与馒头体积、内部质地及总评分相关性最高的一个参数,馒头的适口性也与面粉的峰值黏度呈正相关[9]。由表2可知,木薯全粉添加量为40 g时,峰值黏度比对照组显著升高(P<0.05)。分析原因可能与原料粉的成分及其含量有关,前期测定原料粉基本成分得到面包木薯全粉中淀粉含量(75.58%)比高筋小麦粉的淀粉含量高(总淀粉约为73.00%);同时因为木薯全粉中直链淀粉含量为15.74%低于高筋小麦粉的20%,支链淀粉含量60.00%高于高筋小麦面粉的53.50%,而支链淀粉黏度明显高于直链淀粉。谷值黏度是淀粉溶液黏度达到峰值黏度后,保温一段时间,继续搅拌,淀粉粒破裂,黏度急剧下降,达到最低时的黏度。从表2可知,木薯全粉添加量达≥30 g时,混合粉的谷值黏度相比对照组显著上升(P<0.05),分析原因可能是木薯全粉中支链淀粉含量相对较高。由表2可知,添加木薯全粉,体系最终黏度呈先下降后上升的趋势,当木薯全粉添加量为30 g时,体系的最终黏度为1599.33 cP相比对照组1751.67 cP显著降低(P<0.05),当木薯全粉添加量为40 g时,最终黏度为1728.67 cP与对照组1751.67 cP相比差异不显著(P>0.05),但添加量达50 g以后最终黏度值1842.67 cP相比对照组1751.67 cP显著增大(P<0.05)。分析原因可能是木薯全粉添加量较小时,木薯全粉中含有膳食纤维、氨基酸及蛋白质等其他成分对糊化影响作用较大使最终黏度降低;但是当木薯全粉添加量较大时,淀粉对糊化影响又占据主导地位。崩解值是峰值黏度与谷值黏度之差,可以表征热糊化稳定性。当木薯全粉添加量为50 g时其崩解值远大于小麦粉,这说明木薯淀粉颗粒溶胀后的强度小,比较容易破裂,使得糊化的木薯全粉热糊不稳定[16]。回生值是最终黏度与保持黏度之间的差值,代表的是冷糊的稳定性和老化趋势,回生值大表示难老化,回生值小表示易老化。从表2可以看出随着木薯全粉添加量的增加,回生值先降低后略有上升,但均低于对照组,说明添加木薯全粉的馒头比纯小麦馒头更易老化,在实际生产中还需要对配方和工艺进行改进。糊化温度是淀粉开始糊化的温度。从表2可知添加了木薯全粉的各试验组,混合粉糊化温度均明显低于未添加木薯全粉的对照组的糊化温度,说明添加木薯全粉糊化更易发生糊化作用。峰值时间是淀粉糊化过程出现最高峰值的时间。从表2可知,木薯全粉添加量≥50 g时,糊化峰值时间相比对照组显著减小(P<0.05)。基于尽量提高木薯全粉占比及综合考虑木薯全粉对各糊化指标的影响,建议木薯全粉添加量为40 g。

表2 木薯全粉添加量对混合粉糊化特性的影响Table 2 Effects of whole cassava flour content on pasting properties of mixed powders

图1 不同添加量木薯全粉的RVA 曲线 Fig.1 RVA curve of different addition amount of whole cassava powder

2.1.2 木薯全粉对混合粉发酵特性的影响 通过记录面团的发酵过程,可以测得面团发酵过程中各时间点的发酵参数,从而反应面筋蛋白网络结构的特性。最大发酵高度是面团发酵过程面团达到的最大高度。由表3可知,木薯全粉添加量为30 g时,最大发酵高度变化与对照组相比不显著(P>0.05);木薯全粉添加量为≥40 g时,面团的最大发酵高度(Hm)相比对照组均显著降低(P<0.05)。终点发酵高度(h)是面团发酵结束时的高度。由表3可知,木薯全粉添加量≥30 g时,面团终点发酵高度相比对照组均显著降低(P<0.05),但是各木薯全粉添加组(30～70 g)之间终点发酵高度差异不显著(P>0.05)。最大发酵高度时间是发酵高度达到最大数值时所需要的时间,一定程度上反应了发酵的快慢程度。由表3可知,木薯全粉添加量在30～50 g范围内发酵时间15 min与对照组相比变化不显著(P>0.05);但是当木薯全粉添加量高于60 g时,达到最大发酵高度的时间从15 min延长为20 min,分析面团发酵高度减小以及发酵时间延长的原因可能是由于木薯全粉不含面筋蛋白,添加到面粉中,稀释了面筋的作用,削弱了面团强度,增强面团性能,但随着木薯全粉添加量增加,降低了油脂与面粉中蛋白质的结合力,加上木薯全粉中的膳食纤维、氨基酸及蛋白质等成分中的极性基团对水吸附作用增强,使面团的持水性降低,导致面团变硬、不易成型,这与李明娟等研究木薯粉对饼干以及Goldstein等研究纤维素对小麦粉特性影响的结果相类似[11,22-23]。综上,为了尽量提高面团终点发酵高度及缩短发酵时间,确定木薯全粉添加量控制在50 g以内。

表3 木薯添加量对木薯—小麦粉混合面团发酵力的影响Table 3 Effects of whole cassava flour content on fermenting powerof mixed dough

2.2 木薯全粉对馒头品质的影响

2.2.1 木薯全粉对馒头比容、高径比的影响 馒头的外形是馒头感官评分的一个重要指标,好的馒头在外形上对称、饱满、无缺损、挺立,其中挺立程度一般以高径比来衡量,一般馒头要求高径比大于0.6;评价馒头外形的另一个指标是比容,一般馒头的比容在2.0～3.0 mL/g之间,中国北方馒头多作为主食,馒头比容在1.7～2.3 mL/g之间;南方馒头一般作为点心,比容在2.3～3.0 mL/g之间[24]。木薯全粉对馒头高径比、比容的影响变化见表4,由表4可知,木薯全粉添加量为40 g时,馒头的高径比相比对照组0.57显著减小(P<0.05),但继续增大木薯全粉的添加量高径比无显著性变化(P>0.05),这与2.1.2中最大发酵高度变化趋势基本一致。木薯全粉添加量为30～40 g时,馒头比容值分别为1.57和1.40 mL/g,相比对照组1.86 mL/g显著减小(P<0.05);继续增加木薯全粉的添加量(≥50 g),馒头比容继续减小,说明馒头硬实,咬劲增加。木薯全粉的添加在一定程度上可降低馒头的高径比和比容,分析原因可能是木薯全粉与小麦粉在糊化特性、吸水性等加工特性方面有一定的差异,从而影响了面团发酵效果。此外,本研究中的馒头高径比和比容比以往文献报道中馒头要求的高径比数值0.6和比容数值2.0～3.0 mL/g要略小[24],这一方面可能是由于本研究中未添加泡打粉,另一方面是发酵时间相对较短。但总体而言,在木薯全粉添加量范围内,馒头基本达到成形要求,只是馒头体型相对偏小,不够挺立。基于尽量提高木薯全粉添加量及兼顾馒头高径比和比容,确定木薯全粉添加量为40 g较适宜。

表4 木薯-小麦复合馒头高径比和比体积Table 4 Aspect ratio and specific volume of cassava-wheat composite steamed bread

2.2.2 木薯全粉对馒头质构的影响 TPA模式的质构测定值包括硬度、弹性、回复性、黏聚性、黏着性、胶着性和咀嚼度等,本研究根据前期实验结果显示的测定值的代表性和稳定性,主要考察硬度、弹性和咀嚼性三个测定值。硬度和咀嚼性是评价馒头品质的重要指标,通常硬度和咀嚼性越小,面团越柔软[21]。由表5可知,馒头硬度和咀嚼性均随着食用木薯全粉添加量的增加而增大,当木薯全粉添加量小于60 g时,硬度和咀嚼性值相比对照组变化均不显著(P>0.05);添加量≥60 g时,硬度值和咀嚼性相比对照组显著增大(P<0.05),这与表4中比容的变化趋势正好相反。这主要是由于当木薯全粉添加量较高时,复配粉面团的持水性大幅度提高,面团会变得较硬,面坯伸展性变弱,制作的馒头硬度提高[7]。弹性表示在外力作用下发生形变,撤去外力后回复原来状态的能力,反应的是馒头发生形变的能力,从表5可知添加不同比例木薯全粉,馒头弹性值相比对照组略有减小,但与对照组无显著性差异(P>0.05)。综上所述,木薯全粉的添加量应小于60 g。

表5 木薯全粉添加量对馒头质构特性的影响Table 5 Effect of whole cassava powder addition on texture properties of Chinese steamed bread

2.2.3 木薯全粉对馒头感官品质的影响 木薯全粉对馒头感官品质的影响结果见表6,由表6可知,随着木薯全粉添加比例增大,木薯香气增加,馒头的气味评分增加;木薯馒头比容、弹韧性、外观、结构、色泽呈下降趋势,黏性增大。木薯全粉添加量高达60 g时,馒头表面颜色变得不均匀,且出现轻微塌陷、表面皱缩现象,馒头内部气孔大小不均匀,口感略显粘牙,并且较硬,回弹慢,木薯馒头的综合评分低于60分,接受度差。分析原因一方面可能是因为面团中蛋白质的含量和质量是决定馒头质量的重要因素,木薯全粉中蛋白质含量低,且不能像小麦粉那样形成面筋结构,因此加入木薯全粉后,会减弱混合粉中的面筋网络结构,最终影响馒头感官品质[18]。另一方面可能是由于木薯全粉与马铃薯全粉类似,容易吸水膨胀,添加量过多时,较多的膨胀淀粉有可能形成空间障碍,从而限制面筋的充分扩展,最终影响馒头的质量[25]。但是木薯全粉添加量在40 g以内,综合感官评分与对照组80.19分差异不显著(P>0.05),故确定木薯全粉最大添加量为40 g较适宜。

表6 木薯-小麦复合馒头感官品质评定结果(分)Table 6 Sensory quality evaluation results of cassava-wheat composite steam bread(score)

图2 不同添加量木薯全粉馒头的外观及切面图照片Fig.2 Images of different addition amount of cassava-wheat composite steam bread

2.3 谷朊粉对高占比木薯-小麦复合馒头的改良作用

谷朊粉是从小麦中提取的蛋白质,吸水后形成稳固的面筋网络结构使馒头的硬度减小,是一种品质较好的面团改良剂,可明显改善面团的加工特性,缩短发酵时间[18]。为尽可能地提高木薯全粉的用量,加强木薯馒头的营养功能,本研究加入6%谷朊粉改善木薯全粉添加量为60、70 g的高占比木薯-小麦复合馒头品质。试验结果见表7。由表7可知,添加6%谷朊粉,木薯全粉添加量为60、70 g的馒头高径比由原来的0.50显著提高为0.57(P<0.05),与对照组高径比数值相当;馒头的比容从1.04和0.93 mL/g显著增大到1.54和1.42 mL/g(P<0.05)。谷朊粉对木薯全粉添加量为60和70 g的馒头质构影响结果显示,添加6%谷朊粉,木薯全粉添加量60 g馒头的硬度和咀嚼性分别由1050.67 g、80.67 m·J显著下降到699.00 g和52.62 m·J(P<0.05);木薯全粉添加量70 g馒头的硬度和咀嚼性分别由1474.60 g、107.60 m·J显著下降到779.50 g和55.88 m·J(P<0.05)。另外,谷朊粉的添加显著提高了木薯馒头的感官评定总分,谷朊粉添加量为6%时,木薯全粉添加量为60和70 g的馒头感官评分别为70.86和70.18分,评分值介于木薯全粉添加量40～50 g的馒头评分数值(67.29～74.66分)之间。总体而言,谷朊粉对木薯馒头起到了良好的品质改善作用,但是与对照组馒头品质还有一定的差距,谷朊粉对木薯馒头的改良作用还有待进一步深入进行研究。

表7 谷朊粉对木薯-小麦复合馒头品质的影响Table 7 Effect of gluten addition on qulity of cassava-wheat composite steamed bread

3 结论

通过对不同木薯全粉含量的木薯-小麦混合粉糊化特性、发酵特性、馒头高径比、比容、质构的测定及对复合馒头进行综合感官评分,得出随着食用木薯全粉添加量的增加,木薯-小麦混合粉的峰值黏度、谷值黏度和崩解值不断增加,最终黏度和回生值呈先降低后升高,糊化温度和峰值时间减小;复合馒头的高径比和比容减小,馒头发酵时间延长;馒头硬度和咀嚼性增大,弹性变化不大。感官评分得到气味分值提高,但综合得分下降。综合考虑各项指标,实际生产中,木薯全粉添加量为40 g为宜。本文还进一步考查了添加6%谷朊粉对木薯全粉添加量为60和70 g馒头加工品质的影响,得到馒头感官评分分别为70.86和70.18分,分值与木薯全粉添加量为40～50 g馒头品质相当,说明谷朊粉对馒头起到了良好的品质改善作用,但谷朊粉的适宜添加量及对馒头品质的作用机理等还有待进行深入研究。