蛋清粉对糜米-小麦粉面团特性及馒头品质的影响

马薇薇,李文钊,魏 敬,田苗苗,陈 欢,阮美娟

(食品营养与安全教育部重点实验室,天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)

蛋清粉作为新鲜鸡蛋清的替代品,延续了其优良的功能特性,包括高凝胶性、乳化性、保水性等,这是其作为食品添加剂的重要原因[1-2]。蛋清粉中含有丰富的蛋白质资源,且赖氨酸含量为8.09 mg/g[3],赖氨酸具有促进大脑发育,防止细胞退化等功能[4]。因此,将蛋清粉添加到粮谷类制品中,不仅可以改善产品品质,还可弥补粮谷类制品中赖氨酸的缺乏,提高粮谷类食物中蛋白质的生物价值[5]。目前,国内外学者对蛋清粉添加至面制品中的应用主要有面条、蛋糕或无麸质面包等。罗云[6]研究表明,将蛋清粉添加至挂面中,添加量接近3%时,挂面品质得到改善,且在加热的条件下,蛋清蛋白与面筋蛋白之间发生蛋白质聚合现象;赵殷勤等[7]研究了不同种类的蛋清粉对鲜面条品质的影响,发现在面粉中加入6%的高胶蛋清粉会对面条蒸煮品质和感官品质有一定改善作用;Erem等[8]研究得出,蛋清蛋白良好的起泡性可以改善面包质构特性;Masure等[9]研究表明,用蛋清粉取代6%的无麸质米粉,可以在很大程度上防止面包坍塌,从而使最终产品具有更好的体积和质地。

小麦馒头在中国人民的饮食文化和日常生活中占据重要的地位,是深受中国人民喜爱的传统主食之一。据统计,我国北方小麦粉70%用于馒头的制作[10]。糜米富含蛋白质、淀粉、脂肪、维生素和矿物质[11],尤其是可以提供比小麦更加丰富的必需氨基酸[12],所以将糜米粉以一定比例加入小麦粉中,可以提高馒头的营养价值,但因糜米粉的蛋白质组成及结构与小麦蛋白不同,加工中难以形成面筋蛋白网状结构,致使成品感官品质下降。本实验将蛋清粉添加至糜米-小麦粉中,研究蛋清粉对混合粉面团特性及成品馒头的影响,对指导杂粮馒头的营养及其品质改良具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉 河北金沙河面业集团有限责任公司;粳性糜米(农家种)产地为山西省河曲县;蛋清粉 天津太阳食品有限公司;高活性干酵母、复配膨松剂 安琪酵母股份有限公司;溴化钾(分析纯) 天津市光复科技发展有限公司。

1.2 仪器与设备

YH-A 10002电子天平 瑞安市英衡电器有限公司;YP型电子精密天平 奥豪斯(上海)公司;FW100高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;HM740和面机青岛汉尚电器有限公司;CF-3500发酵箱 中山卡士电器有限公司;Vizared 2.0型真空冷冻干燥机美国VirTris公司;MARS 60动态流变仪、IS50傅里叶变换红外光谱仪 赛默飞世尔科技有限公司;SU1510扫描电子显微镜 日本日立高新技术公司;C21-WT2112T多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司;BVM6630面包体积测定仪 瑞典波通公司;PEN3电子鼻 北京盈盛恒泰科技有限责任公司;TA.XT. Plus质构仪 英国Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 混合粉及面团的制备

将糜米用高速粉碎机粉碎后过80 目筛,以糜米-小麦粉3∶7的质量比混合,在此基础上添加不同比例的蛋清粉(表1)混合均匀。其中,蛋清粉添加量及以下配料添加量均以糜米-小麦混合粉质量为基准。

表1 混合粉组成Table 1 Composition of mixed flours

准确称取上述混合粉,置于和面机中,加入1%安琪酵母、0.5%复配膨松剂、48%水,搅拌10 min,取出面团,静置待测。

1.3.2 混合粉馒头的制备

将1.3.1节中所制面团置于相对湿度80%,温度36 ℃的醒发箱中,发酵60 min,取出发酵面团制成60 g的剂子,快速揉制成型,将成型的馒头坯放入相对湿度80%,温度36 ℃的醒发箱中,醒发20 min后放入锅中,待水沸后计时蒸制20 min,取出馒头,室温冷却1 h后待测。

1.3.3 面团微观结构的测定

将1.3.1节制备的面团经真空冷冻干燥处理后,选取较为平整的截面,茹在带有导电胶的样品台上,进行喷金处理,然后用扫描电子显微镜进行观察、拍照。

1.3.4 面团动态流变学特性的测定

将1.3.1节中所制面团置于流变仪测试平台中央,参照陶虹伶等[13]的方法略作修改。先以动态模式下的应力扫描确定线性茹弹区,选用20 mm圆形平板检测探头,平板间距1 mm,温度25 ℃,频率1.0 Hz。线性茹弹区确定之后,采用频率扫描模式研究蛋清粉对糜米-小麦面团动态流变学的影响,频率扫描范围为1～100 rad/s。

1.3.5 红外光谱的测定

将1.3.1节制备的面团经真空冷冻干燥后粉碎,过120 目筛。将1 mg冻干样品与150 mg溴化钾置于玛瑙研钵中,迅速研磨,压片。取出样品进行红外光谱扫描测定,扫描波段4 000～400 cm-1,扫描次数16 次,分辨率4 cm-1。用Omnic 8.2软件分析截取酰胺I带(1 600～1 700 cm-1),再对其进行基线校正、高斯去卷积、二阶导数拟合,多次拟合使残差最小。最后通过峰面积确定面筋蛋白各二级结构的比例[14-15],酰胺I带各特征峰的波数与面筋蛋白二级结构对应关系为:1 646～1 664 cm-1为α-螺旋;1 615～1 637 cm-1及1 682～1 700 cm-1为β-折叠;1 664～1 681 cm-1为β-转角;1 637～1 645 cm-1为无规卷曲[16]。

1.3.6 馒头比容测定

将BVM6630体积测定仪开机预热20 min,设置仪器参数,将冷却1 h后的馒头放入体积仪样品测定区开始测定,记录比容值,每个样品测6 次,取平均值。

1.3.7 馒头质构测定

质构测试前,把馒头芯部切出表面平整体积为2 cm×2 cm×2 cm的样品。使用TA.XT.Plus质构仪,选用TPA模式,P36R探头对成品馒头进行质构测定。每种样品测定6 次取平均值,得到硬度、弹性、茹聚性、咀嚼度、回复性指标[17]。质构测定参数:测试前速率2.0 mm/s;测试中速率1.0 mm/s;测试后速率1.0 mm/s;压缩比50%;2 次压缩间隔5 s。

1.3.8 电子鼻测定馒头风味

参照李伟丽等[18]的方法,将1.3.2节制备的馒头样品取2 g放入顶空瓶中,用保鲜膜封口,50 ℃水浴加热20 min,用电子鼻对气味成分进行测定,每组样品重复3 次。电子鼻测试样品间隔1 s,清洗时间120 s,样品准备时间10 s,检测时间150 s,气体流量400 mL/min。电子鼻传感器响应类型见表2。

表2 传感器性能描述Table 2 Sensor performance description of electronic nose

1.3.9 馒头的感官评价

表3 糜米馒头感官评分标准Table 3 Criteria for sensory evaluation of steamed bread

由10 名专业评价员采用评分法对添加蛋清粉的糜米-小麦粉馒头进行评价,满分为100 分,最终得分取平均值。感官评分标准参考王未[19]的方法稍作修改,见表3。

1.4 数据分析

所有数据采用Excel 2019进行处理,利用SPSS 13.0进行数据的显著性分析,图像采用Origin 9.0绘制,红外数据用软件Omnic 8.2进行分析,电子鼻数据用自带的Winmuster软件分析绘制。

2 结果与分析

2.1 蛋清粉对糜米-小麦粉面团微观结构的影响

图1添加不同比例的蛋清粉对糜米-小麦粉面团微观结构的影响Fig. 1 Effect of different proportions of egg white powder on the microstructure of proso millet-wheat flour dough

图1 a中晶状多面体颗粒为糜米淀粉[11],呈椭圆形且表面光滑的颗粒为小麦淀粉[20],可以看出中面筋蛋白网络结构断裂严重,淀粉颗粒充分暴露。这与王小媛等[21]研究的红枣粉对面团微观结构的影响一致。从图1b～e可以看出,随着蛋清粉的增加,面筋蛋白网络结构逐渐恢复,其原因是蛋清粉充斥在面筋蛋白网络间隙中,且自身的凝胶性可以加强面筋蛋白包裹淀粉颗粒的能力[6]。

2.2 蛋清粉对糜米-小麦粉面团动态流变学特性的影响

从图2可知,随着频率的增加,弹性模量G’和茹性模量G”逐渐增大,说明面团中各种物质有较好的流动性[22]。当蛋清粉添加量小于3%时,面团的G’逐渐增大,当蛋清粉添加量大于3%时,G’减小但仍大于对照组,说明添加适量的蛋清粉可以赋予面团较好的弹性。随着蛋清粉添加量的增大,G”逐渐减小,由于蛋清粉是固体粉末,使得体系整个流动性降低,G”值降低[6]。所以当蛋清粉添加量为3%时,既可以增强面团的弹性性能,又可以降低面团的易流动性。

图2 添加不同比例的蛋清粉对糜米-小麦粉面团动态流变学特性的影响Fig. 2 Effect of different proportions of egg white powder on dynamic rheological properties of proso millet-wheat flour dough

2.3 蛋清粉对糜米-小麦粉面团二级结构的影响

表4 添加不同比例的蛋清粉对糜米-小麦粉面团二级结构的影响Table 4 Effect of different proportions of egg white powder on protein secondary structures in proso millet -wheat flour dough%

如表4所示,随着蛋清粉添加量的增加,面团的α-螺旋相对含量呈增大趋势,β-折叠呈减小趋势,β-转角与无规卷曲无明显变化。α-螺旋和β-折叠被认为是较有序的蛋白质二级结构[23],具有刚性且稳定性较高,而β-转角和无规卷曲是无序结构。表4中在添加3%、4%蛋清粉时,比不加蛋清粉面团的α-螺旋相对含量分别增大了4.60%、17.12%,而β-折叠相对含量分别减小了1.12%、1.91%。总体来看,随着蛋清粉添加量的增加,面筋的网状结构更趋于稳定。

2.4 蛋清粉对糜米-小麦粉馒头比容的影响

由图3可知,当蛋清粉添加量小于3%时,馒头的比容呈增大趋势,结论与Masure等[24]对面包的研究相似。蛋清粉具有高发泡能力且可以在馒头制作过程中包裹气体,还能增加馒头的体积,这与2.1节中蛋清粉添加量小于3%时,混粉面团的面筋网络结构逐步恢复所一致,即面筋蛋白网络结构较好的面团蒸制而成的馒头包裹气体能力也较好。而当添加量大于3%时,比容下降,与2.1节中观察到的面团微观结构不一致,原因可能是随着馒头的蒸制,体系的温度不断升高,大量的蛋清蛋白更易于与麦谷蛋白发生交联,从而削弱面筋蛋白之间的网络结构,故比容呈下降趋势[6]。

图3 添加不同比例的蛋清粉对糜米-小麦粉馒头比容的影响Fig. 3 Effect of different proportions of egg white powder on the speci fic volume of proso millet-wheat steamed bread

2.5 蛋清粉对糜米-小麦粉馒头质构的影响

表5 添加不同比例的蛋清粉对糜米-小麦粉馒头质构的影响Table 5 Effect of different proportions of egg white powder on the texture of proso millet-wheat steamed bread

从表5可知,随着蛋清粉添加量的增加,馒头的硬度呈增加的趋势,硬度的增加可归因于蛋清蛋白具有良好的水结合性和凝胶特性,它可以形成一个类似于面筋蛋白的网络结构,可以减少淀粉颗粒的膨胀和直链淀粉的浸出,从而增加产品的硬度[25]。弹性、茹聚性、回复性变化趋势不显著。咀嚼度指把固体食品咀嚼成能够吞咽的状态所需要的能量[26],如表5所示,咀嚼度呈增加趋势,且这一指标与硬度具有相关性[27]。当蛋清粉添加量分别为3%、4%时,硬度比不添加蛋清粉的馒头分别增加11.55%、36.01%,所以蛋清粉的添加量不宜超过3%。

2.6 蛋清粉对糜米-小麦粉馒头风味的影响

图4 不同蛋清粉添加量的馒头PCAFig. 4 PCA of steamed breads with different proportions of egg white powder

图5 不同蛋清粉添加量的馒头载荷贡献率分析Fig. 5 Analysis of loading contribution rate of steamed breads withdifferent proportions of egg white powder

电子鼻可以模拟人类的鼻子检测风味物质,具有高度稳定性与客观性[28]。可以用于检测水果的新鲜度[29]、肉类[30]、面包的风味[31-32]等。本实验采用PCA模型将10 个传感器的响应值进行转化、降维处理,将降维后的特征向量进行线性分类。图4为第1主成分(贡献率为96.89%)和第2主成分(贡献率为2.46%)组成的二维空间图,这2 个主成分的累计方差贡献率为99.35%,表明该模型能够很好地反映样品的综合信息。图5为电子鼻的10 个传感器的载荷贡献率分析图,图中W2S传感器对第1主成分贡献率最大,在所有变量中占96.89%,说明随着蛋清粉的添加,馒头的风味物质中醇类、醛酮类物质的含量可能会发生变化。结合图4分析可知,与不添加蛋清粉的糜米馒头相比,当添加量大于1%时,电子鼻对馒头的区分效果在可接受范围内。

2.7 不同蛋清粉添加量的糜米-小麦粉馒头感官评价

图6 添加不同蛋清粉添加量的糜米-小麦粉馒头感官评分Fig. 6 Sensory scores of proso millet-wheat flour steamed breads with different proportions of egg white powder

如图6可知,随着蛋清粉添加量的增大,感官评分呈下降趋势;当添加量小于2%时,馒头的感官评分显著下降;当添加量为2%、3%时,馒头的感官评分下降趋势不显著。结合馒头的比容与质构结果分析,在添加量为3%时,馒头的比容有最大值,硬度、弹性、茹聚性、咀嚼度、回复性与添加量为2%的馒头相比,趋势变化不显著;当添加量大于3%时,馒头比容降低,硬度显著增大,表面不平整,感官评分显著下降;所以添加3%的蛋清粉既可使馒头的比容增大,硬度也在感官评价接受范围内。

3 结 论

对添加蛋清粉的糜米-小麦粉面团特性进行分析,添加蛋清粉会加强面筋蛋白网络包裹淀粉的能力;随着蛋清粉的添加,面团的G’先增大后减小,G”呈下降趋势,当蛋清粉添加量为3%时,面团的G’最大;随着蛋清粉的添加,面团中α-螺旋相对含量呈增大趋势,β-折叠呈减小趋势,在添加量为3%时,α-螺旋变化幅度相对较大,即面团相对稳定。

对添加蛋清粉的糜米-小麦粉馒头客观品质进行分析,随着蛋清粉的增加,馒头的比容先增大后减小,当添加量小于3%时,比容逐渐增大,当添加量大于3%时,比容下降;馒头的硬度、咀嚼度呈增大趋势;随着蛋清粉的添加,馒头中的风味物质中醇类、醛酮类物质的含量可能会发生变化;蛋清粉添加量为3%时,感官在可接受范围内。综上所述,为了兼顾馒头的感官评价和物性指标两方面,糜米-小麦粉馒头中蛋清粉添加量应不超过3%。