间歇性添加蒸汽对餐包品质的影响

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(1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122;2.杭州老板电器股份有限公司,浙江杭州 311100)

餐包主要以高筋面粉为主原料,通过搅拌混匀、发酵、醒发和烘烤步骤制成[1]。其生产制作中最重要的步骤之一是烘烤[2-5],该过程又可分为三个阶段:炉内膨胀阶段、糊化阶段以及表皮形成和上色阶段[6]。

蒸汽通常在餐包焙烤的炉内膨胀阶段被加入,帮助餐包进行胀发。在中后期阶段,蒸汽的引入可使餐包表皮更具有光泽感[7],拥有可以被接受的颜色。淀粉食品在高温烹调下会通过美拉德反应形成丙烯酰胺等致癌物质[8-12],焙烤初期加入蒸汽可以加快食材升温速率,而焙烤后期蒸汽引入有望降低一些有害物质的生成。已有实验表明在165～250 ℃下,蒸汽的引入能够有效地抑制餐包表皮[13]和饼干[14]丙烯酰胺的生成。目前的研究大多是通过改变一次性加入的蒸汽量来研究其对餐包品质的影响[7,15-17],缺少在整个焙烤过程中加入蒸汽的研究。而整个焙烤过程,蒸汽引入都有可能产生不同的效果。

基于上述设想,本研究以餐包为研究对象,通过分析整个焙烤过程中蒸汽的添加频率对餐包的色泽、质构、感官品质、丙烯酰胺含量、挥发性成分等指标的影响,综合确定餐包焙烤时蒸汽添加频率的最优条件,旨在为蒸烤技术在焙烤食品中的应用提供更多理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高筋面粉 水分含量13.9%,青岛维良食品有限公司;白砂糖 太古炼糖厂有限公司;干酵母 安琪酵母股份有限公司;奶粉 佰澳德(北京)商贸有限公司;黄油 恒天然商贸(上海)有限公司;食盐 中国盐业集团有限公司;复配餐包酶制剂抗氧化剂(玉米淀粉、大豆蛋白粉、葡萄糖、维生素C(3%)、硫酸钙(2%)、葡糖氧化酶(0.3%)、半纤维素酶(0.2%)、木聚糖酶(0.2%)、α-淀粉酶(0.1%)) 安琪酵母股份有限公司。

UT320系列数字式测温仪 优利德科技有限公司;胜道SC236A和面机 佛山市陶鑫电器有限公司;KZQC-40-C906烤蒸一体机 杭州老板电器股份有限公司;EL204电子天平、PL2002电子天平 梅特勒-托利多仪器有限公司;TA.XT-Plus物性分析仪 英国Stable Micro Systems公司;CR-400色差计 科盛行仪器有限公司;TM3030扫描电子显微镜 日立高新技术公司;Waters2695型高效液相色谱、Waters2487紫外检测仪器 杭州尔首科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 餐包制备工艺 工艺流程:材料准备→面团搅拌→发酵→整形→醒发→焙烤。操作要点:材料准备:原辅料基本配方如表1。加水量是参考粉质仪测定的面团最佳加水量,并根据预实验的结果得出。搅拌:先慢速搅拌4 min,再快速搅拌3 min至混合均匀。发酵与醒发:温度35 ℃,相对湿度90%～100%,时间分别为15和45 min。整形:将发酵好的面团称量分割成(30.0±0.1) g/个的小面团,排气滚圆,每个烤架摆放8个。焙烤:温度200 ℃,时间11 min。根据是否加入蒸汽及蒸汽加入频率,将餐包依次分为无蒸汽组、低频率组、中频率组和高频率组。其中,低、中、高频率添加蒸汽的时间间隔分别为4、2、1 min。实验所用烤箱具体参数为:烤箱尺寸(长×高×深)为600 mm×460 mm×565 mm;烤架放置位置分为上中下三层,焙烤时均放置于中层;蒸汽喷口圆孔位于烤箱内部左下处,通过按下蒸汽喷入按钮进行控制;单次蒸汽喷出量为17.5 mL,持续时间1 min,蒸汽温度为100 ℃。

表1 餐包基本配方Table 1 Basic recipe of bread rolls

1.2.2 餐包中心及烤箱干/湿球温度变化测定 使用以热电偶为温度探头的数字式测温仪每隔15 s测量一次餐包中心温度、烤箱腔体中心干球温度和湿球温度,并使用马格纳斯公式估算焙烤时烤箱内部的相对湿度。将温度探头插入3个随机选取的餐包中心,记录焙烤时其温度,作为餐包中心温度。在烤箱中心放入温度探头测量烤箱腔体中心干球温度。首先将酒精灯灯芯全部润湿,其下部浸入装有3/4容积且起始温度相同的自来水的纸杯,并使用锡纸封住烧杯口。其次在锡纸中心用小刀割出小孔,将酒精灯灯芯上部从小孔中穿出,并在其中插入温度探头。最后在焙烤前将该装置放入烤箱中,以测量烤箱腔体中心的湿球温度。其中每种模式做3组平行,并计算其平均值。

马格纳斯公式[18]如下:

式(1)

式中:EW为水面的温度(通常以气温代替)为t(℃)时的饱和水汽压,E0为水面温度为0℃时的饱和水汽压(E0=6.11 hPa或4.6 mmHg)。

相对湿度计算公式如下:

式(2)

式中:Ewet表示湿球温度对应的饱和水汽压,Edry表示干球温度对应的饱和水汽压。

1.2.3 餐包烘焙特性的测定

1.2.3.1 烘焙损失率 对餐包成品进行称量(精确到0.01 g),计算烘焙损失率[19],每个条件设置5组平行。

表2 餐包感官评分标准表Table 2 Basic recipe of bread rolls

式(3)

式中:Ma表示分割称量时小面团的质量,g;Mb表示焙烤后餐包质量,g。

1.2.3.2 餐包上表皮色泽 使用已通过白板校准的色差仪在餐包成品上表皮中心测量其L*值、a*值和b*值,每组测定5个平行,每个平行重复测定3次。

1.2.3.3 餐包比容测定 采用GB/T 20981-2007《餐包》菜籽替代法测定餐包成品的比容[20],每组测量5个平行。

1.2.3.4 质构的测定 测量时使用已冷却后的餐包。穿刺测定的部位为餐包上表皮的中心,通过使用探头刺破上表皮中心所需要的力来反映其表皮硬度;TPA测定时保证球形探头下压时位于餐包的中心处。每个条件设置5个平行。相关实验参数为:穿刺测定:测定探头型号P/2,测试前速率2.0 mm/s,测试速率1.0 mm/s,测试后速率10.0 mm/s,压缩距离5 mm,感应力5 g。TPA测定:探头型号P/1s,测试前速率3.0 mm/s,测试速率1.0 mm/s,测试后速率10.0 mm/s,压缩程度40%,感应力5 g,两次压缩间隔时间1 s。

1.2.3.5 感官评定 感官评定参考中国农科院《餐包焙烤品质评分标准》制定[21](见表2),主要从餐包的外观特性(表皮色泽、平滑度、表皮质地)、气味、内部特性(纹理结构、弹性)滋味和喜好秩和这5个方面进行评价。感官评定期间,使用三位随机数字对样品进行编号。评定员独立品尝并评分。更换样品时,使用清水漱口,并休息30 s后再品尝下一样品。

1.2.3.6 微观结构分析 选取餐包的上表皮进行扫描电镜分析。首先平切餐包上表皮中心直径约为1 cm的圆形状区域,其次使用真空镀金机持续1 min喷涂,最后分别在200倍和1000倍的放大倍数下使用扫描电子显微镜观察。

1.2.4 餐包丙烯酰胺和氨基酸的测定 对餐包成品整体和餐包表皮进行丙烯酰胺含量和氨基酸含量的测定分析。餐包表皮均从餐包成品上撕下,约餐包高度2/3处及以上的上表皮。在撕下时尽量不残留表皮内侧白色的餐包囊。

1.2.4.1 丙烯酰胺含量测定 通过使用HPLC(高效液相色谱仪)测定餐包表皮及其整体的丙烯酰胺含量[22],每组测3个平行。样品前处理:首先称量粉碎后的餐包样品3 g,加入20 mL正己烷脱脂,混匀后弃去滤液风干。之后加入20 mL NaCl溶液,振荡均匀后离心(5000 r/min,10 min)。然后向上清液中分别加入CarrezⅠ试剂和CarrezⅡ试剂再次离心(10000 r/min,15 min)。取上清液加入乙酸乙酯,漩涡振荡后静置待其分层,萃取5 mL上层有机相于圆底烧瓶中,重复萃取三次。将圆底烧瓶旋转蒸发(35 ℃,60 r/min),浓缩溶液至约1 mL。最后将浓缩液转移至离心管中,使用乙酸乙酯对圆底烧瓶残留液进行洗涤,并向离心管中加入0.5 mL超纯水混匀。混合液于30 ℃下氮吹,定容后于0.22 μm水系滤膜过滤后进行HPLC测试。HPLC分析条件:色谱柱:C18柱,尺寸为4.6 mm×25 cm;柱温:28 ℃;流动相:流动相A为乙腈,流动相B为超纯水,A∶B=5∶95;UV检测波长:200 nm;进样量:10 μL;流速:0.8 mL/min。

1.2.4.2 氨基酸含量测定 使用氨基酸专用高效液相色谱仪对餐包表皮及其整体的丙烯酰胺含量进行测定[23],每组测3个平行。样品前处理:焙烤好的餐包在室温下静置1 h后在料理机中进行粉碎。首先称量室温下冷却静置1 h的粉碎餐包样品200.0 mg于水解管中,加入8 mL盐酸润湿摇匀,充氮3 min使溶液呈微沸状态。然后拧紧水解管盖,将其放入120 ℃烘箱中水解22 h。然后向样品中加入4.8 mL NaOH进行中和,用蒸馏水定容至25 mL。之后使用双层滤纸进行过滤,将澄清液离心(15000 r/min,30 min),最后于0.22 μm水系滤膜过滤后进行测试。

图1 不同焙烤模式餐包和烤箱温度变化曲线图Fig.1 Temperature curve of bread rolls and oven in different baking modes注:(a)为餐包中心温度;(b)为烤箱腔体中心干球温度;(c)为烤箱腔体中心湿球温度;(d)为烤箱内部相对湿度。

1.2.5 餐包挥发性风味物质测定 顶空固相微萃取:取5.0 g样品置于20 mL顶空瓶中,于60 ℃恒温水浴中萃取30 min,于250 ℃解吸3 min。色谱条件:DB-WAX 122-7032毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气He流量:恒流1 mL/min,不分流;升温程序:起始温度40 ℃下保留3 min,然后再以5 ℃/min升至230 ℃,保持6 min。质谱条件:电离方式EI;进样孔温度250 ℃;离子源温度200 ℃;电子能量70 eV;发射电流200 μA;采集方式全扫描;采集质量范围m/z 33～95。定量方法:通过计算机与人工检索相结合的方式,对检测出的风味物质对NIST2005和willey7两个数据库相匹配,设定纯度与匹配度二者均大于700时为检测结果,对挥发性风味物质的相对含量使用面积归一法进行计算。

1.3 数据分析

采用Origin 9.1、SPSS 22和Excel 2013进行分析和绘图。单因素实验指标值之间用Duncan检验确定样品之间是否有显著性差异(P<0.05),结果表示为平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 蒸汽加入频率对温度曲线的影响

不同焙烤模式下,餐包中心升温曲线、烤箱腔体中心干/湿球温度变化和烤箱内部相对湿度变化如图1所示。可以发现,随着频率增高,餐包升温速率总体变缓。在3～6 min时,无蒸汽组的餐包中心升温速率最快,并且在6 min时几乎达到最终温度;而外加蒸汽组的餐包在该时间段内升温速率相对缓慢,且均在8 min时才达到最终温度。

从图1中烤箱内部相对湿度可以看出,随着每次蒸汽喷入,相对湿度迅速增加,且随着蒸汽频率增高,其最终相对湿度增高。烤箱腔体中心的干球温度图表明蒸汽的引入以及引入频率增高均会降低烤箱内的最终温度,同时,从烤箱腔体的湿球温度图可以看出,蒸汽的引入增高了湿球温度,且随着频率增高,最终的湿球温度上升。而温度和相对湿度均为影响餐包品质的因素,可能会对其体积和表皮褐变程度等产生影响。Le-bail等[15]研究蒸汽加入量对烤箱内热动力学的影响,餐包中心升温速率由于水蒸气的冷凝而减缓,呈现随蒸汽加入量减少而加快的现象,与本实验结果相似。

2.2 蒸汽加入频率对餐包烘焙特性的影响

2.2.1 蒸汽加入频率对餐包烘焙损失率、色泽和比容的影响 表3总结了不同焙烤模式下餐包部分烘焙品质指标的测定结果。可以发现,低频率加入蒸汽相比无蒸汽组,餐包的烘焙损失率呈下降趋势(P>0.05),而以中频率和高频率加入蒸汽则显著降低了餐包的烘焙损失率(P<0.05)。

表3 餐包部分烘焙品质指标测定结果Table 3 Determination of baking quality index of bread rolls

表4 餐包质构测定结果Table 4 Texture measurement results of bread rolls

随着焙烤时蒸汽加入频率增高,餐包上表皮中心的L*值显著上升(P<0.05),b*值低频率组较无蒸汽组和高频率组较中频率组均显著上升(P<0.05),无蒸汽组和低频率组的a*值无显著变化(P>0.05),而中高频率组的a*值较其它两组显著下降(P<0.05)。说明蒸汽的引入会提升餐包亮度,餐包外观由焦糖色向金黄色过渡。Schirmer等[7]使用实时湿度百分比量化蒸汽加入量,研究发现总湿度的增加导致餐包表皮的亮度增加,与本实验结果相似。

表5 餐包的感官评分Table 5 Sensory scores of bread rolls

比容反映了面团体积的膨胀程度,受到餐包内部面筋网状结构的形成以及微生物产气量的影响。根据表3可以得出,低频率和中频率加入蒸汽对餐包的比容较无蒸汽组无显著影响(P>0.05),但当蒸汽加入频率最高时,餐包比容显著减小(P<0.05)。该现象可能与面筋固化时存在淀粉糊化过度的情况有关,导致淀粉的胶体性质降低,无法承受气体膨胀的压力。因此发酵产生的气体向外漏出,从而降低了餐包的比容。

2.2.2 蒸汽加入频率对餐包质构的影响 实验中分别对餐包整体进行穿刺实验和TPA实验,结果如表4所示。观察结果可以得出,当蒸汽加入频率增高时,餐包表皮的硬度显著降低(P<0.05)。TPA结果可以得出,加入蒸汽组较之无蒸汽组,餐包的硬度也显著降低(P<0.05),但其耐咀嚼度和回复性均随着蒸汽加入频率增高先降低后增加,而弹性无显著变化(P>0.05)。综合上述结果可以发现,蒸汽加入对餐包的质构具有较大的影响,在弹性几乎不变的情况下,高频率组具有最小的表皮硬度和硬度,在加入蒸汽的三组中具有最大的耐咀嚼度和回复性;而低频率组具有较大的表皮硬度和硬度,但仍然低于无蒸汽组,较其它加入蒸汽的两组则具有最小的耐咀嚼度和回复性。中频率组的餐包位于低频率组和高频率组之间,具有较小的表皮硬度、整体硬度和耐咀嚼性,同时具有较高的回复性。

图2 餐包表皮的宏观和微观结构图(×200、×1000)Fig.2 Macro and microscopic structure of bread rolls crust(×200,×1000)注:(a)为宏观图;(b)为微观(×200)结构图;(c)为微观(×1000)结构图。

2.2.3 蒸汽加入频率对餐包感官评定的影响 餐包经过不同模式焙烤处理后,其感官品质结果如表5所示。将其与感官评定标准结合可以看出,在外观特性方面,无蒸汽组的餐包上表皮呈焦糖色且偏黑,有明显颗粒凸起的手感,且表皮较厚硬,与加入蒸汽的三组在表皮色泽、平滑度和表皮质地上相比分值均显著降低(P<0.05),当加入蒸汽频率较低时(低频率组和中频率组),餐包颜色偏金黄,上表皮平滑细腻,几乎无颗粒凸起,同时表皮厚度和硬度适中,但当蒸汽加入频率较高时(高频率组),餐包的上表皮颜色过浅且偏白,表皮过薄,较易软塌;在滋味方面,蒸汽的加入使餐包的奶味更浓郁,无蒸汽组的得分显著低于其它三组(P<0.05);而在内部特征和气味方面,蒸汽的加入与否和加入频率对餐包的影响并不显著(P>0.05)。分析感官评价总分,加入蒸汽的三组得分均显著高于无蒸汽组(P<0.05)。由数据可得,中频率加入蒸汽的餐包最受人们喜爱,而不加蒸汽组最不受欢迎。综合上述结果不难发现,中频率组所代表的焙烤模式下的餐包整体感官品质良好且最受人们喜爱。

表6 餐包表皮、餐包整体的氨基酸和丙烯酰胺含量Table 6 Amino acid content and acrylamide content of the whole bread rolls and its crust

2.2.4 蒸汽加入频率微观结构的影响 图2分别展示了对餐包表皮的宏观图和放大200倍和1000倍的微观结构图。从宏观图中可以看出,随着蒸汽的加入及其频率增高,餐包的颜色由焦糖色向金黄色逐渐转变,与测定的色泽指标结果一致;从微观图中可以看出,无蒸汽组和低频率组焙烤所得的餐包表皮相似,均为由完整淀粉颗粒组成的网状结构;而当蒸汽加入频率增高时(中频率和高频率组),餐包上表皮的淀粉颗粒逐渐膨胀破裂,糊化和胶凝化严重。该结果与Altamirano等[16]研究的结果一致。淀粉的糊化程度加深会使餐包表皮更具有光泽感,因此较之无蒸汽组和低频率组,中高频率加入蒸汽会使餐包表皮光泽度增加。

2.3 蒸汽加入频率对餐包丙烯酰胺和氨基酸的影响

不同焙烤模式下餐包表皮和整体的赖氨酸含量如表6所示。结果表明焙烤时蒸汽的引入及引入频率增高均使餐包整体的赖氨酸损失量呈下降趋势,加入少量蒸汽(低频率组)对餐包表皮的赖氨酸损失量无显著影响(P>0.05)。但当加入蒸汽频率增高时,赖氨酸损失量显著降低(P<0.05)。褐变反应与赖氨酸的损失密切相关,而蒸汽的引入可能通过增加烤箱内部的相对湿度和降低餐包表皮周围的温度,进而减缓餐包美拉德反应和焦糖化反应。并且,由于餐包表皮的温度(160～200 ℃)远超于其内部的温度(<100 ℃)[3],导致褐变反应集中于餐包表皮,因此赖氨酸含量变化在表皮相比整体更明显。

由表6的结果可以看出,焙烤时蒸汽的引入可显著降低餐包表皮及其整体的丙烯酰胺含量(P<0.05),这与之前研究的结论[13-14,24]相符合。对于餐包表皮,蒸汽频率的增高显著降低了其丙烯酰胺含量(P<0.05);而对于餐包整体,该降低趋势仅存在于中高频率,低频率加入蒸汽对丙烯酰胺含量的影响并不显著(P>0.05)。丙烯酰胺的形成途径之一为还原糖与天门冬酰胺发生的美拉德反应[25-26],引入蒸汽可能通过改变水分含量影响反应进行,从而抑制丙烯酰胺的形成。

2.4 蒸汽加入频率对餐包风味物质的影响

不同焙烤模式下共检出63种挥发性成分,分别归类为醛、醇、酸酯、烷烃、芳杂环、酮和烯烃这七类物质。餐包的挥发性成分中以烷烃类和醇类物质为主,醛类和酮类成分次之(表7)。其中醛类、酮类、酸酯类和杂环类芳香物质阈值较低,醇类、烷烃和烯烃类化合物芳香阈值较高[27]。在宏观上,按频率加入蒸汽和不加蒸汽相比,醇类物质的相对总含量随着蒸汽加入频率的增高而增高(P<0.05);而芳杂环物质的相对含量与蒸汽加入频率的关系则不明显。与之相反的是,在加入蒸汽后,烷烃类和烯烃类的含量有下降趋势,并且,加入蒸汽的频率越高,其含量越低。此外,随着蒸汽的加入,醛类、酮类和酸酯类物质的含量随着加入蒸汽的频率呈现先上升后下降的趋势。

表7 餐包挥发性物质的分类和相对含量Table 7 Classification and relative content of volatile substances of bread rolls

续表

醇类物质产生的气味较柔和,通常具有芳香、植物香、酸败和土气味[28]。根据表7可知,在影响餐包风味的醇类物质中,乙醇和戊醇的相对含量较高。并且,这两种物质的含量随着加入蒸汽的频率的升高而增多。乙醇和戊醇均具有餐包香、酒香和果香的气味。因此可知,加入蒸汽可以使餐包具有餐包香、酒香和果香。并且,这些气味会随着蒸汽加入频率的增高而更加浓烈。蒸汽引入导致乙醇相对含量上升这一现象可能是由于焙烤时,餐包中心温度达到60 ℃的时间延长,从而餐包内部酵母发酵程度加深而导致。

根据表7可知,在影响餐包风味的醛类物质中,己醛和壬醛具有较高的相对含量。己醛具有青草味和果味,壬醛具有玫瑰柑橘和油脂的香气。加入蒸汽后,壬醛的相对含量上升。其中,己醛的相对含量随着加入蒸汽频率的升高先降低后增多;而壬醛的相对含量则与加入蒸汽的频率无明显关联。因此可知,加入蒸汽可使餐包具有青草味、果味、玫瑰柑橘和油脂的香气。并且,随着蒸汽加入频率的升高,青草味和果味的气息会更加浓烈。

在影响餐包风味的酮类物质中,2-庚酮、3-羟基-2-丁酮的相对含量较高。2-庚酮具有类似于梨的水果香气。在加入蒸汽后,其相对含量降低。并且,其含量随着加入蒸汽频率的升高而下降。而3-羟基-2-丁酮具有令人愉快的奶油和脂肪气味,在加入蒸汽后,其相对含量升高。然而,其含量与加入蒸汽的频率无明显关联。因此可得出,加入蒸汽后,面包将会具有奶油和脂肪气味;而类似于梨的水果香气则会减少。并且,随着加入蒸汽频率的升高,类似于梨的水果香气将会变得更淡。

芳香族和杂环类化合物对餐包的风味也具有重要的影响[29]。其中糠醛是形成焦糊气味的物质之一[30],从表7中可看出中高频率组较无蒸汽组和低频率组中糠醛的相对含量下降甚至消失的趋势,说明蒸汽的引入减少了餐包的焦糊味。苯甲醛具有特殊的杏仁气味;苯乙醇具有玫瑰香气和新鲜餐包香气。随着蒸汽的引入,苯乙醇的相对含量无明显变化;而苯甲醛的相对含量随着加入蒸汽频率的升高,有降低的趋势。

综上所述,不同焙烤模式下的餐包表现出不同的风味特性。蒸汽的引入使醇类、壬醛和3-羟基-2-丁酮等相对含量升高,使糠醛等物质的相对含量降低。在总体上,加入蒸汽可以使面包在具有更加浓厚的香气的同时,减少焦糊味。并且,随着加入蒸汽频率的提高,面包的青草味和果味会更加浓厚;相反,类似于梨的水果香气和焦糊味则会更淡。

3 结论

蒸汽加入的频率对餐包的烘焙特性、安全营养特性以及风味物质都有影响。餐包烘焙特性结果表明,随着加入蒸汽频率的升高,餐包的烘焙损失率减小,表皮色泽变淡,比容减少。质构分析发现,随着加入蒸汽频率的升高,餐包表皮的硬度和整体硬度都逐渐降低,耐咀嚼度和回复性升高,加入蒸汽的频率对餐包的弹性影响不明显。在微观结构方面,随着加入蒸汽频率的升高,餐包上表皮的糊化程度上升,餐包上表皮的光泽度增加。综合感官评定结果,加入蒸汽后,面包的口感得到了较大的提升;在以中频率(即间隔2 min)加入蒸汽的面包具有最佳的口感。餐包安全营养特性结果表明,以高频率加入蒸汽可以减少餐包的赖氨酸损失量和丙烯酰胺含量。餐包风味物质结果表明,加入蒸汽可以使面包在具有更加浓厚的香气的同时,减少焦糊味;随着加入蒸汽的频率的提高,面包的青草味和果味会更加浓厚,类似于梨的水果香气和焦糊味则会更淡。