不同糖醇对辣条坯体品质的影响

杨恒,王学东,丁贝贝,付阳,柯媛,张苗苗,肖甚圣

(武汉轻工大学 食品科学与工程学院,湖北 武汉,430023)

辣条是挤压膨化类的一种产品,是通过水分、热能、机械剪切和压力等综合作用形成的一种淀粉类食品[1]。在工业生产中,提高辣条的水分含量能有效提高产品利润,辣条的品质也与坯体的膨胀率、持油能力呈正相关,与硬度和咀嚼性呈负相关。然而作为一种淀粉类的食品,受到淀粉老化、水分散失等因素的影响,辣条会逐渐变硬,且在较长储藏过程中还会出现发渣,同时出现胚体吸油能力较低,油脂脱离胚体等,导致辣条的品质降低,造成一系列的损失,这些问题都严重的制约着辣条行业的发展。

目前,为保证产品口感与品质,研究人员积极参考面包等其他淀粉类食品来改善上述状况。田海娟等[2]在影响面包储藏品质的研究中发现通过添加发酵后的紫苏粕粉,蛋白质的含量显著增加,增强了面包中水分与蛋白质、小肽中亲水基团发生水合作用的能力,能显著降低面包的失水率和硬度。庄海宁等[3]研究发现β-葡聚糖提取物含有大量的羟基,能与面包中的水分结形成氢键,有效减少在储存过程中水分的损失,延缓面包硬度的增加。李晶等[4]发现麦芽糖淀粉酶能够延缓面包品质下降,降低水分损失并且显著减缓面包的老化。这可能是淀粉在麦芽糖淀粉酶的作用下能够产生游离糖,而糖含量的增加能显著减缓面团老化速度。HAROS等[5]研究表明面包制作过程中糖化酶能水解非淀粉多糖,降低淀粉的凝沉速度,有效善面包体积,延缓面包老化速率。ZHOU等[6]研究了添加0%～3.0%(质量分数,下同)的β-环糊精对小麦面团和预烤面包性能的影响,添加1.5%的β-环糊精可以提高不同浓度面团发酵的高度、产气量和保气能力,同时可以降低面包的硬度并增加面包的弹性和回弹性,有效地延缓面包老化,提高货架期。除β-环糊精以外,添加适宜浓度的α-环糊精和γ-环糊精也能保持面包中水分,降低预烘焙面包硬度[7]。

增加食品中的水合作用,加强与水结合的能力,能有效地减少食品水分损失,降低食品硬度[8]。糖醇是一种含有多羟基的多元醇,在食品的持水方面也有很多应用。张小利等[9]研究发现木糖醇、异麦芽糖醇及甘露糖醇浸泡处理能显著降低熟虾仁的干耗、蒸煮损失率和解冻损失率；能有效保持冷冻熟虾仁的色泽、水分、质构特性,降低熟虾仁的水分活度；同时木糖醇、异麦芽糖醇及甘露糖醇能作为抗冻保水剂来开发与使用,可为水产品中低糖、安全的无磷保水剂生产开发提供研究方向。刘学梅等[10]研究表明添加麦芽糖醇可以降低面包芯的硬度,有效降低失水率,提高面包的保水性,改善面包的感官品质,延长面包的货架期。杨柳等[11]发现木糖醇对发酵肉制品中的水分具有一定保持作用；随着贮藏时间延长,肉制品中结合水逐渐脱离蛋白质束缚,但脱离的结合水仍能与木糖醇上的氢键结合,从而使得肉制品蛋白质表现出一定的稳定性。这些研究表明多元醇的氢键能有效结合水分子,减少食物中水分的损失。

目前关于糖醇对烘焙食品、水产品改良作用的研究较多,但有关辣条品质降低等问题的研究尚未见报道。本文主要研究了7种不同糖醇对辣条坯的水分含量、水分活度、膨胀率、持油能力、质构特性的影响,为辣条行业产品性能的改善提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

辣条专用小麦粉(水分含量13.34%,灰分0.75%,粗蛋白含量11.26%,脂肪含量2.4%,均为质量分数),一加一天然面粉有限公司；单双甘油脂肪酸酯,佳力士添加剂有限公司；甘露醇,湖南新绿方药业有限公司；赤藓糖醇,山东福田药业有限公司；异麦芽酮糖醇、乳糖醇,山东绿健生物技术有限公司；木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇,浙江华康药业股份有限公司；NaCl(食品级),湖北盐业集团有限公司。

1.2 实验仪器

HY-YTDFJ-60型单螺杆挤压膨化机,平江弘宇机械制造有限公司；HD-3A型水分活度仪,无锡市华科仪器仪表有限公司；TA.XTC型质构仪,上海宝圣实业发展有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 辣条胚的制备

辣条胚制作原料：辣条专用小麦粉、NaCl 10%(占小麦粉质量比，下同)，单甘酯0.48%，水30%，糖醇0%、3%、6%、9%。

辣条胚制作工艺：称取NaCl、单甘酯加入水中,搅拌至NaCl全部溶解；然后将小麦粉和糖醇倒入打粉机中,同时快速倒入上述混合液,启动打粉机,高速搅打约30 s,最后接取物料(物料呈面絮状,手捏成团,轻轻挤压又会变成粉末状)。将接取的面絮状物料倒入单螺杆挤压膨化机中,启动挤压膨化机,下粉速度由4(约500 g/min)缓慢调到15(约1 800 g/min),最后稳定在15。挤出物料先通过传送带(传送带速度匹配出料速度)冷却一段时间,最后在传送带末端切断。接取切断物料,室温冷却2 min,然后用PE自封袋密封包装,在25 ℃下保存0、1、2、3、4周。

1.3.2 辣条坯水分含量的测定

参照GB 5009.3—2016中的第一法测定,重复3次取平均值。

1.3.3 辣条坯水分活度的测定

参照GB 5009.238—2016中的第二法测定,重复3次取平均值。

1.3.4 辣条坯膨胀率的测定

取15根辣条坯料,使用游标卡尺测量直径,弃掉其中的最大值与最小值,取平均值D,多次测量模具直径并取其平均值d,通过公式(1)来计算径向膨胀率。

(1)

式中：D,辣条胚的平均直径,cm；d,模具平均直径,cm。

1.3.5 辣条坯持油能力的测定

取一根辣条胚料(质量约为1～2 g),称取质量,剪成3段并放置于50 mL装有菜籽油的离心管中静置30 min(菜籽油没过辣条胚料),取出胚料,用滤纸稍微吸收胚料表面菜籽油,然后将胚料放置在15 mL离心管中离心5 min,最后称取离心后的胚料质量,通过公式(2)计算持油能力,每次实验重复4次,计算平均值。

(2)

式中：m1,辣条胚料质量,g；m2,辣条胚料吸油离心后的质量,g。

1.3.6 辣条坯质构特性的测定

取辣条胚料放置在质构仪探头中心部位下面测试。测试参数为测前速率1.0 mm/s,测中速率2.0 mm/s,测后速率2.0 mm/s,2次压缩的间隔时间为5.0 s,压缩程度75%,接触点数值10 gf,触发力5 gf；记录样品的硬度。每组样品重复实验15次,舍去最大值和最小值后取平均值。

2 结果与分析

2.1 不同糖醇对辣条坯水分含量的影响

不同含量的糖醇在不同的储存时期对辣条坯持水性能的影响见表1。辣条坯在储存期间,其质量的减少来自于水分的损失,因此可以通过测量辣条坯的水分损失来研究糖醇对辣条坯持水性能的影响,辣条坯中的水分为结合水、不易流动水及自由水。结合水和不易流动水与辣条坯中的蛋白质和淀粉结合紧密,而自由水是未与淀粉及蛋白质结合且能自由流动的水,这也是辣条坯中水分损失的主要来源[12]。

如表1所示,辣条坯在存储期间水分含量不断降低,这是因为辣条坯内部的水分会不断地迁移到辣条坯表面,然后从辣条坯表面蒸发。添加糖醇均能有效地减少辣条坯中水分的损失,提高其持水能力。虽然7种糖醇均能有效地保持辣条坯中的水分,但是不同的糖醇对坯料的影响不同,这可能与每种糖醇中的羟基数量和氢键结合的强度及淀粉的糊化程度有关。在添加异麦芽酮糖醇和麦芽糖醇时,添加量为3%的辣条坯中水分含量最高,也就是能最有效地减少水分损失；而添加6%的甘露醇、赤藓糖醇、乳糖醇、木糖醇以及山梨糖醇时,辣条坯的水分含量最高,能最有效地提高辣条的持水能力,然而添加过量的糖醇,辣条坯中的水分含量出现下降趋势。在辣条坯中添加适量的糖醇能减少辣条中水分的损失,这是因为糖醇分子具有大量的羟基,易与水、淀粉和其他的一些分子相互作用,在一定程度上固定水分子,限制水分子的移动,减少了水分的损失,提高了辣条的水分含量[13]。这与PENG等[14]和SREBERNICH等[15]在面包和谷物棒中的研究结论一致。添加过量糖醇会降低辣条坯的水分含量,这是因为大量糖醇的添加会稀释整个体系中淀粉的含量,减少淀粉的糊化,导致淀粉与水结合程度降低,增加体系自由水含量,从而导致水分的损失增大[16]。同时过量添加糖醇会导致糖醇完全覆盖在淀粉表面,减少淀粉与水的结合,因此大部分的水以游离状态存在,水分损失较快。

表1 不同含量的糖醇在不同储存时期对辣条坯水分含量的影响 单位：%

2.2 不同糖醇对辣条坯水分活度的影响

水分活度是指系统中水分存在的状态,即水分的结合程度,水分活度值越高,结合程度越低,其水分更易于损失；水分活度值越低,结合程度越高,水分损失较难。在辣条中,水分活度受多种因素影响,例如保湿剂、糖与盐之间的相互作用以及面粉的种类,降低水分活度有利于辣条的储藏[17]。

由图1可知,糖醇的添加都能在一定程度上降低辣条中的水分活度,可能是由于糖醇分子中存在羟基,对辣条中水分子具有一定的吸附作用,束缚水分子,防止水分子的溢出,从而降低了水分活度[18]。郇延军等[19]研究发现山梨糖醇分子中含有6分子的羟基,这些羟基能够与水分子以氢键的形式结合使体系内水的流动性降低,活性也降低,这也从另一方面证实了本实验结果。不同种类的糖醇对水分活度影响不一致,这是因为不同糖醇与坯料中的水分结合能力不同。然而过量添加糖醇也会导致辣条坯中的水分活度有所增加,这与过量添加糖醇会导致坯料中的水分含量增加的原因一致。

图1 不同含量的糖醇对辣条坯水分活度的影响

2.3 不同糖醇对辣条坯膨胀率的影响

辣条坯料的膨胀率是评价辣条质量的重要指标,在工业生产中,提升膨化产品的膨胀率能有效的节省原料,增加产品利润,辣条的持油能力与膨胀率具有显著相关性。

由图2可知,添加糖醇对辣条的膨胀率具有显著影响。与空白组相比,赤藓糖醇、乳糖醇、山梨糖醇和麦芽糖醇都显著降低了辣条的膨胀率,这可能是因为添加的糖醇会覆盖在淀粉分子表面,从而减少淀粉分子与水的结合,降低淀粉的糊化;而添加3%的甘露醇、异麦芽酮糖醇、木糖醇都提高了辣条的膨胀率,这可能是因为添加一定范围内的糖醇增强了面筋的网络结构,使辣条内部结构更加稳定,减少了挤压膨化的第5阶段气泡塌陷的过程，即辣条坯出机遇冷的收缩过程,因此增大了膨胀率[20]。过量添加则会降低辣条坯膨胀率,可能是因为添加过量糖醇稀释了整个体系中淀粉的含量,导致面粉在挤压膨化过程中糊化程度降低,因此辣条坯的膨化程度降低[21]。同时糖醇可以在淀粉颗粒的无定形区域中的淀粉链间形成交联键(糖桥),这也会限制淀粉的溶胀,降低膨胀度[22]。而添加赤藓糖醇、乳糖醇、山梨糖醇和麦芽糖醇则会显著降低辣条坯的膨胀率,这也可能是因为糖醇添加抑制了淀粉溶胀。

图2 不同含量的糖醇对辣条坯径向膨胀率的影响

2.4 不同糖醇对辣条坯持油能力的影响

辣条坯的持油能力是评价辣条品质的关键指标,辣条坯的持油能力越好,表明辣条上的油不易掉落,更能保持辣条本身的爆汁感,口感越佳。

如图3所示,添加麦芽糖醇明显降低了辣条坯的持油能力,添加3%的甘露醇、异麦芽酮糖醇及木糖醇能显著提高辣条坯的持油能力,随着3种糖醇添加量的增加,辣条坯的持油能力呈下降趋势；而添加赤藓糖醇、乳糖醇和山梨糖醇,辣条坯的持油能力呈现先降低后升高的趋势。这一结果与辣条的膨胀率有一定的关系,糖醇的添加改变了辣条坯在挤压之后的孔隙结构,膨胀率高的辣条,内部结构孔隙大并且多,辣条坯的比表面积越大,油脂更易渗透到辣条内部,持油能力则越强；相反,膨胀率低的辣条,持油能力也就越弱[23]。

图3 不同浓度的糖醇对辣条坯持油能力的影响

同时辣条坯中的含水量也与持油能力有极大关系,在辣条体系中,水分会从内部向外部扩散,同时油脂向内部转移,正是由于这样一个传质过程,在相同时间下,辣条中的水分含量越低,亲水性基团越少,油脂越容易与坯料内部的亲脂基团结合,则辣条坯的持油能力就越高[24]。不同糖醇对辣条坯的持油能力的差异与这2个因素共同作用的结果有关。

2.5 不同糖醇对辣条质构特性的影响

在辣条行业中,坯体的硬度和咀嚼性均能有效地反映产品口感,硬度较大、咀嚼性较差都表现为辣条成品口感不佳,本实验选用硬度和咀嚼性作为辣条的评价指标。

由表2可知,甘露醇、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇、乳糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇的添加均能显著地降低辣条坯的硬度,改善辣条的品质,随着储存时间的增加,不同浓度的糖醇对辣条坯体硬度的影响也极其显著。储存4周后的辣条坯体的硬度分别减少了30.8%、43.8%、33.9%、23.1%、347%、40.1%、46.7%。在储存期间,糖醇的添加能够加强辣条坯的持水能力,减少辣条中水分的损失,降低辣条的硬度,且随着时间的延长,效果更加显著[25]。DING等[26]研究表明由于糖醇分子含有较多羟基,随着糖醇添加量的增加,越来越多的水分与糖醇分子的羟基结合,从而影响面筋蛋白的吸水溶胀过程,降低面团的面筋网络强度,从而降低面团的硬度。对比7种糖醇在不同的储存时期对辣条坯硬度的影响发现,不同糖醇对辣条品质影响不同。这可能与糖醇的结构和分子排布有关,糖醇中羟基的数量与糖醇分子与水的结合能力都极大地影响了辣条的硬度。羟基数量多的糖醇更能保持水分,降低产品硬度。另一方面,糖醇与水分子结合越紧密,越能将淀粉粒包裹住,限制淀粉的溶胀,降低了辣条膨胀率,对辣条的硬度造成不利影响,这2个因素的共同作用也导致了不同糖醇对辣条品质影响不同。同时添加糖醇虽能显著降低辣条硬度,但是不同糖醇的最适添加浓度不一样,且添加高浓度的糖醇不利于降低辣条硬度,改善辣条品质。添加3%～9%的乳糖醇均能有效降低辣条的硬度,添加3%的异麦芽酮糖醇和麦芽糖醇能显著地降低辣条硬度,且效果最好；而添加6%的甘露醇、赤藓糖醇、木糖醇以及山梨糖醇对降低辣条硬度的效果较好。添加过量的糖醇虽然也能降低辣条坯的硬度,但是效果不显著。猜测原因有2个,第一,辣条坯的硬度与产品膨胀率有关,膨胀率大的,辣条坯孔隙较多较大,导致产品硬度降低[27]；第二,添加过量糖醇会增强水分子与糖醇的结合,导致辣条坯的结构更加紧密,降低了淀粉的溶胀,从而产品硬度增加[28]。

表2 不同含量的糖醇在不同的储存时期对辣条坯硬度的影响

咀嚼性是与咀嚼固体产品至可被吞咽所需的时间或咀嚼次数有关的一种机械质地属性。由表3可知,7种糖醇的添加能显著地降低辣条坯的咀嚼性,随着储存时间的增加,不同浓度的糖醇对辣条坯体咀嚼性的影响也极其显著,这一结果与辣条坯体的硬度特性极其相似。有关质构的研究表明,食品的咀嚼性与食品硬度、内聚性和弹性有关,在数值上等于硬度、内聚性和弹性的乘积[29]。朱津津等[30]在对TPA质构仪的研究中也说明了硬度与咀嚼性呈极显著正相关关系。

表3 不同浓度的糖醇在不同的储存时期对辣条坯咀嚼性的影响

3 结论

实验中的水分含量、水分活度、膨胀率、持油能力和质构特性均能有效地反映辣条坯的品质特性。在不同的储存周期中,添加适量甘露醇、赤藓糖醇、异麦芽酮糖醇、乳糖醇、木糖醇、山梨糖醇、麦芽糖醇均能有效减少辣条坯的水分损失和水分活度,增加辣条的持水能力,降低辣条的硬度和咀嚼性,提高产品质量,而过量添加则会带来负面效果。辣条坯的持油能力与膨胀率也保持一致,添加3%的甘露醇、异麦芽酮糖醇、木糖醇都显著提高了辣条的膨胀率和持油能力,过量添加带来相反结果；随着赤藓糖醇、乳糖醇、山梨糖醇的添加量的增加,辣条坯的膨胀率和持油能力呈现先降低后上升的趋势；而麦芽糖醇则显著降低了辣条的膨胀率和持油能力。