山药粉对面团特性和韧性饼干品质的影响

王 蕊,胡 予,熊双丽

(1.山西运城农业职业技术学院,山西运城 044000;2.西南科技大学生命科学与工程学院,四川绵阳 621010)

饼干口感好、价格低廉、保质期长、携带方便,深受全球消费者喜爱,而且消费量日益剧增,具有较好的市场前景。尤其是韧性饼干,因其糖油量占面粉基40%左右,含量适中,口感酥脆,深受消费者喜爱。但随着全球非传染性疾病日益增加趋势和对公共健康的影响,消费者更加渴求低脂、低糖、高感官品质和具有保健特性的饼干产品。目前相关研究主要集中在饼干中加入具有抗氧化、降血糖和增强免疫力等功能的活性因子的食品、新食品原料或药食两用原料,以提升饼干的营养保健特性[1-3]。

山药(DioscoreaoppositifoliaL.)富含淀粉、蛋白质、多糖、氨基酸、酚类化合物、维生素、麦角固醇、皂苷、及锌铁等成分,主要分布于我国华北、西北及长江流域各省区,因其具有除热寒邪气、补中、益气等功效[4-6],《神农本草经》将之列为上品。山药中多糖、蛋白质和酚类化合物可增强机体免疫、降血脂[7]、降血糖、抗氧化[8]、抗炎、控制体重、改善肥胖引起的胰岛素抵抗[9]、调节胃肠道及降低抗生素引起的腹泻和微生态失衡等生物活性[10],国家卫生部已将山药列入药食两用目录。近年来,基于山药本身的口感和多种活性,山药挂面[11]、饮料[12]、饼干[13-14]和面包[15]等相关营养保健食品的开发已逐渐成为研究热点。但对饼干的研究主要是饼干配方和焙烤温度对其感官品质的影响,没有涉及加入山药后,饼干加工特性、营养活性成分及消化特性的改变。

由于部分活性成分原料无面筋蛋白,淀粉结构不同于小麦粉,导致饼干加工特性改变,部分研究发现,这些活性成分原料的加入会降低饼干的加工特性和感官品质[16-17],也有报道认为添加10%～15%富含膳食纤维和蛋白质的豆渣粉可使面包面团的质构特性达到最好[18]。本实验基于山药的营养保健特性,消费者喜爱性和原料的易获得性,研究不同山药添加量对面团特性的影响,以期制备出具有较好营养保健、口感色泽适宜的韧性饼干,为山药深度开发和生产符合未来健康需求的糕点提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

铁棍山药粉 河南省焦作市;α-淀粉酶(13 U/mg)、糖化酶(100000 U/mg) 上海阿拉丁生化科技有限公司;低筋面粉 肇庆福加德面粉公司;3,5-二硝基水杨酸、丙三醇、氢氧化钠、无水乙醇 天津市福晨化学试剂厂。

TA XTplus质构仪 英国Stable Micro System公司;Micro-DougLAB型全自动粉质仪、StarchMaster型RVA快速粘度仪 瑞典波通科学仪器公司;UV 5800PC型紫外分光光度计 上海元析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 混合粉主要物化特性测定 以低筋小麦粉加山药粉总质量为100%计,将山药粉按照总质量的0、10%、20%、30%、40%和50%比例添加至低筋小麦粉中,充分混匀后获得不同山药粉添加量的混合粉。湿面筋的含量检测参照文献[19];粉质特性测定参考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》,分别记录吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度、带宽值;糊化特性测定参照GB/T 24853-2010《小麦粉 面团的物理特性 吸水量和流变学特性的测定 粘度仪法》,分别记录糊化温度、峰值粘度、最低粘度、最终粘度、衰减值和回生值。

1.2.2 面团质构特性测定 以不同山药粉添加量的混合粉100%计,先后将20%绵白糖、1%盐、1%磷脂、28%水、0.5%碳酸氢铵、1%小苏打等辅料混合均匀倒入混合粉,再加入16%橄榄油,在水浴锅39 ℃条件下调粉5 min,静置10 min后,将面团制备为5个直径20 mm、高度26 mm的圆柱体样品,物性仪使用P/50探头,采用TPA模式,测定前、中和后的速度分别是1.00、5.00和5.00 mm/s,目标模式为位移10.00 mm,触发力5 g。一个圆柱体样品测定1次,一个面团样品共测定5次,取平均值。

1.2.3 山药韧性饼干制作工艺 基本工艺流程:山药生粉→面团调制→辊轧成型→烘烤(上火温度170 ℃,下火温度150 ℃,12 min)→冷却→包装。

山药韧性饼干配方:以混合粉(低筋面粉80%+山药粉20%)100%计,水添加量26%,白沙糖添加量20%,油添加量12%,小苏打添加量1%,食盐添加量1%,大豆磷脂添加量1.4%,碳酸氢铵添加量0.5%。

1.2.4 山药韧性饼干感官评分 感官评分总分为100分,邀请了16位评价人员对每个饼干样品根据评分项目和依据进行评分。评分项目和依据是在参考饼干国家推荐标准(GB/T 20980-2007)的基础上制定的,见表1。

表1 山药韧性饼干感官评分Table 1 Sensory evaluation of yam biscuits

1.2.5 饼干质构特性测定 物性仪选用HDP/3PB探头,采用三点弯曲试验模型,设置测定前、中和后的速度分别是1.00、2.00和5.00 mm/s,目标模式为位移15.00 mm。每组样品测定6次,取平均值。

1.2.6 饼干色差分析 用色差仪直接测定饼干粉末,以标准白板为参照。

1.2.7 饼干营养成分分析 蛋白质测定参考GB 5009.5-2016《食品中蛋白质的测定》,脂肪测定参照和GB 5009.6-2016《食品中脂肪的测定》,总黄酮的含量检测参考文献[20]。

1.2.8 饼干消化特性测定 结合屠颖晶[21]的方法模拟体外消化和Englyst等[22]的体外测定与检测方法,并采用3,5-二硝基水杨酸比色法测还原糖含量,分别求得快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量。计算公式如下:

式中:G0、G20和G120分别为样品酶解前、酶解后20和120 min时的葡萄糖量,mg;TS为测试样品质量,mg。

1.3 数据处理

使用SPSS 22.0和Microsoft Excel 2013数据处理软件进行数据处理,显著性分析主要采用单因素方差分析,P<0.05表示为差异显著,同时使用Origin 8.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 山药粉添加量对混合粉湿面筋的影响

山药粉添加量对混合粉湿面筋的影响结果见图1。谷蛋白和麦胶蛋白形成的既有弹性又有黏性和特殊网络结构,可以影响面团的黏性和延展性;如果面筋的筋力过强,将容易造成饼干硬度增加和形变产生,筋力过小又可能致使面团持气能力变差,面团成型时容易发生断片和产品破碎[23]。从图1中可以看出,湿面筋含量随着山药粉的增加而呈显著降低趋势(P<0.05),尤其是当山药粉含量增加至30%以后,下降更明显,湿面筋难以成型。基于此,山药粉的添加量不宜超过30%。

图1 山药粉对混合湿面筋含量的影响Fig.1 Effect of yam powder on the content of mixed wet gluten注:字母不相同表示两者差异显著(P<0.05),字母相同表示差异不显著(P>0.05),图2～图3同。

2.2 山药粉添加量对混合粉粉质特性的影响

山药粉添加量对小麦粉粉质参数的影响结果见表2。随着山药粉的增加,小麦粉吸水率有增加趋势,但差异不显著(P>0.05),这可能与山药蛋白质和多糖成分含量较高有关。面团形成时间反应湿面筋含量及质量高低,稳定时间反映面团的耐揉性、强度及面筋网络结构的稳定性[24]。面团的形成时间和稳定时间都随山药粉添加量的增加呈现出先增大后减小的趋势,当山药粉增加至20%时,两者均达到最高,而且显著高于其他添加组(P<0.05),说明该条件下的面团质量较好。面团形成时间增加可能是因为搅拌过程中加入的水分在短时间内被山药粉吸收,导致小麦粉不能完全吸水,从而阻碍面筋网络结构的形成,并导致面团形成时间增加。面团弱化度反映了面团对机械搅拌的承受能力,弱化度越小,说明筋力越强,随着山药粉添加量的不断增加,面团弱化度呈下降趋势,说明添加山药粉增加了面筋网络强度,可能使韧性饼干柔韧性增加,酥脆性降低。带宽可以反映面团或其中面筋的弹性,值越大,显示面团的弹性越大。表2显示,带宽随着山药粉使用量的增加而呈现下降趋势,说明添加山药粉会降低面团弹性,有利于防止饼干收缩变形,综合粉质特性,山药粉20%较为合适。

表2 山药粉对小麦粉粉质参数的影响Table 2 Effect of yam powder on properties of wheat flour

2.3 山药粉添加量对混合粉糊化特性的影响

山药粉添加量对混合粉糊化温度的影响结果见图2A。由图2A可知,山药粉添加量在10%时,混合粉的糊化温度显著低于单一面粉糊化温度(P<0.05),可能是因为山药粉的添加改变了直链和支链淀粉的比例,而且山药酸性多糖的羧基基团影响了淀粉分子间氢键的缔合能力,导致淀粉颗粒表面产生空隙,容易糊化;超过20%时,糊化温度呈现上升趋势,并达到显著水平(P<0.05),可能是羧基基团与淀粉分子竞争结合水分子,限制了淀粉分子的溶胀,延缓了糊化过程,使得糊化温度升高[25]。

图2 山药粉对小麦粉糊化特性的影响Fig.2 Effects of yam powder on the gelatinization of wheat flour

山药粉添加量对混合粉峰值粘度、最低粘度和最终粘度的影响见图2B。

峰值粘度、最低粘度和最终粘度与淀粉颗粒形貌、直链淀粉与支链淀粉比例、相对分子质量、淀粉粒径大小等因素相关[26],三者分别与淀粉颗粒膨胀性、支链淀粉含量和热稳定性呈正相关[27]。由图2B可知,峰值粘度、最低粘度、最终粘度随着山药粉添加量增大显著上升(P<0.05),可能是因为山药中的支链淀粉、大分子蛋白质和酸性多糖具有良好的黏结性能,加强了淀粉颗粒和淀粉颗粒与面筋之间的结合能力,降低了水分活度,增加了热稳定性,而且形成了组织结构细密、黏弹性较好的面团。

山药添加量对混合粉衰减值和回生值的影响结果见图2C。由图2C可知,山药粉在0～30%范围内,混合粉衰减值显著高于单独小麦粉(P<0.05),随后又显著降低(P<0.05),说明添加山药粉以后,溶胀后的混合粉的粒度强度开始减小,热稳定性变差,当山药粉超过30%后,该值又变小,这可能是与山药粉的高吸水力和持水力相关,导致混合粉粒度强度减小变慢,衰减值又有减小的趋势。山药粉在0～20%范围内,混合粉回生值随其浓度升高而显著增加(P<0.05),说明混合粉淀粉分子重新排列速率和分子缔合增加,容易老化。

2.4 山药粉添加量对面团质构特性的影响

山药粉添加量对面团质构特性的影响结果见表3。随着山药粉添加量的增加,面团硬度显著增大(P<0.05),其中20%和30%两个梯度差异不显著;咀嚼性(山药粉添加量0～40%范围内)略微增加(P>0.05),超过40%时,显著增加(P<0.05),可能是因为山药粉蛋白质阻碍面筋网络的形成,导致面团气孔减小和硬度增大,面团内部形成稳定的胶体结构,咀嚼性增加[28]。面团的内聚性随山药粉添加量的增加而显著降低(P<0.05),弹性在0～20%范围内显著降低(P<0.05),20%和30%之间与30%和40%之间不显著(P>0.05),40%和50%之间显著(P<0.05),这可能是因为山药粉自身的黏蛋白、多糖及较大的淀粉颗粒使其吸水力较高,与面筋蛋白竞争吸收了体系中的水分[29],导致弹性持续下降。综合山药粉对面团质构的影响结果来看,山药粉适宜添加量为20%。

表3 山药粉对面团质构的影响Table 3 Effects of yam powder on texture of dough

2.5 山药粉添加量对饼干感官质量及质构特性的影响

从表4可以发现,随着山药粉的持续增加,饼干硬度先降低再增加,在其添加量为20%时,硬度显著低于其他水平(P<0.05),这可能是因为添加山药粉后,减少了面筋蛋白,阻碍面筋网络形成[16-17],降低面团弹性,使饼干结构变疏松,随着山药粉的进一步增加,面筋蛋白进一步减少,但非淀粉多糖和黏蛋白的进一步增加,又不能调节面筋强度,导致硬度增加[18]。未添加山药粉时,饼干柔韧性最大,当山药粉添加量为20%时柔韧性最小,饼干酥脆性最高。山药粉使用量在0%～20%范围,其含量增加,感官得分上升;在20%～50%范围时,其含量增加时感官得分却逐渐下降,当山药粉添加量为20%时,饼干色泽金黄、均匀有光泽、外形完整,表面光滑平整,饼干香味浓郁,具有适宜山药味,饼干松脆细腻,饼干断面结构层次清晰或呈多孔状,孔洞细小且均匀。山药粉添加量继续增加,韧性饼干外形越完整、形态越好,山药味较浓,但其颜色更加焦黄,光泽感变差。当山药粉增加至40%时,饼干边缘开始出现焦化,表面颜色过暗。结合山药粉对混合粉糊化特性、粉质特性、面团质构和饼干色差的影响,得到山药粉最佳添加量20%,后续营养成分和消化特性分析采用20%的山药淀粉韧性饼干。

表4 山药粉对饼干质构和感官品质的影响Table 4 Effects of yam powder on texture and sensory quality of biscuits

2.6 山药韧性饼干色差分析

山药粉添加量对韧性饼干的色差影响结果见表5。L*值是亮度,a*值大小分别表示偏红和偏绿,b*值大小分别表示偏黄和偏蓝。通过色差值的分析,再与感官颜色评价结合可以更好地分析出饼干的颜色品质。由表5可以看出,各山药粉添加量饼干的L*值均显著低于普通饼干(P<0.05),并且随着山药粉的增加,L*值进一步显著降低(P<0.05),a*值、b*值却呈现相反的趋势,表明其亮度减小,光泽度降低,红黄色程度增加,这可能是因为山药粉增加,美拉德反应增强,导致饼干颜色变黄变红[30]。

表5 山药粉对韧性饼干色差的影响Table 5 Effect of different amounts of yam powder on color difference of biscuits

2.7 山药韧性饼干营养成分分析

表6分析了未添加山药粉和20%山药粉添加量的韧性饼干的主要营养成分,后者的蛋白质和总黄酮含量分别比前者提高了15%和33%(P<0.05),脂肪含量降低了12%(P<0.05)，说明融入了富含山药黏蛋白和黄酮等成分的山药饼干,其营养价值及功能性较普通饼干均有所改善,符合现代食品低脂、高蛋白质和保健的发展需求。

表6 饼干营养成分含量Table 6 Nutritional content of biscuit

2.8 山药韧性饼干消化特性研究

RDS消化快,容易引起生物体血糖值的迅速增加,SDS能慢速持续的释放能量,从而延长饱腹感,其低血糖指数特性可以有效平衡体内血糖、胰岛素及血脂和胆固醇的代谢平衡,在小肠无法消化吸收的RS可以有效调节机体血糖和脂类代谢平衡,还可以增加餐后饱腹感,减少人体热量摄取,有助于减肥和健康[31]。由图3可知,山药韧性饼干RDS含量显著低于未添加纯面粉组(P<0.05),但其SDS和RS含量显著增加(P<0.05),分别为11%和22%,说明山药韧性饼干的RS和SDS含量明显髙于普通韧性饼干,可能对血糖稳定具有一定的益处。

图3 山药粉对韧性饼干RDS、SDS与RS的影响Fig.3 Effect of yam powder on RDS,SDS and RS of biscuit注:*表示与普通韧性饼干相比含量差异显著(P<0.05)。

3 结论

对山药粉面团粉质特性、质构特性、糊化特性和面筋含量分析发现,山药粉的添加会降低面粉的面筋和水分含量。随着山药粉使用量的持续加大,面团弹性先增强后降低,形成时间、稳定时间及衰减值先增加后减小,弱化度持续削减,最低粘度、峰值粘度、最终粘度和回生值持续加大。山药粉的添加使饼干感官得分先增加后降低,RDS含量持续降低,SDS和RS持续增加,当山药粉添加量为20%时,韧性饼干的口感最好,带有山药风味,脂肪含量和RDS含量分别降低12%和23%,蛋白质、黄酮、SDS和RS含量分别增加15%、33%、11%和22%,符合人们对现代饼干产品的消费需求。