微波膨化爆裂玉米在馒头中的应用

薛瑞珂，王香玉，赵仁勇，王新伟，娄海伟，田双起，牛永武

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

爆裂玉米是玉米的九大种类之一，已有几个世纪的发展历史，在我国作为商品玉米已有30多年[1-2]。爆裂玉米籽粒小、果皮较厚、胚乳致密，在常压下加热到一定温度即可发生膨化，其体积可膨胀至原始籽粒体积的十几甚至几十倍，膨化后的爆裂玉米口感酥脆、营养价值丰富、热量较低，并伴有浓郁的芳香味，深受广大消费者青睐[3-5]。

有关爆裂玉米膨化后风味物质的相关研究始于20世纪70年代，吡嗪、呋喃、吡咯、羰基和取代酚等对爆玉米花的香味有重要贡献[6]，2-乙酰基-1-吡咯啉、反式-2,4-癸二烯醛、2-糠基硫醇、4-乙烯基-2-甲氧基苯酚、2-戊基呋喃、香叶基丙酮、2-乙基-6-甲基吡嗪、己醛等是特征性芳香化合物，赋予爆玉米花独特的香甜焙烤风味[7-9]。未膨化的爆裂玉米本身不具有特殊香味，爆玉米花的香味主要是在热加工过程中产生的。目前，爆玉米花的加工主要有微波膨化和炒制膨化等方式[10]。炒制是将籽粒由外至内加热，使籽粒内部升温、升压发生膨化，该过程通常需要油脂参与。微波膨化时，籽粒内部的水分子在高频电磁波的作用下剧烈振动产生热能，使籽粒内部温度和压强迅速升高从而发生膨化。微波膨化操作过程简单、生产周期短、风味自然、安全性好，加工过程无须油脂参与，提高了爆玉米花的加工适应性。与微波膨化的爆玉米花相比，炒制后的爆玉米花中2-乙酰基-四氢吡啶的浓度显著性降低[11]，而采用微波膨化的爆玉米花中吡嗪类物质的含量较高[12]。

馒头是我国的传统主食之一，具有悠久的历史和鲜明的文化特色[13]。在馒头的工业生产过程中，活性干酵母因高活性、即发性和方便性而得到广泛应用和推广。然而，用其制作的馒头仍存在风味单一、滋味平淡等缺陷[14]。研究人员将马铃薯浆[15]以及融合魏斯氏菌(Weissellaconfuse)产生的葡聚糖[16]作为风味剂添加到馒头和面包中以提升产品的风味，但存在不易存放或制备周期较长的问题。爆玉米花具有风味独特、生产周期短、生产条件易于调控等特点，将爆玉米花粉作为一种风味剂应用于酵母馒头中，对于提升馒头风味、提高馒头档次具有潜在的应用价值。

有研究者将普通玉米、甜玉米添加到馒头中以提升馒头的营养价值[17-18]，但有关爆玉米花粉提升馒头风味的研究尚未见报道。作者将微波膨化的爆玉米花粉碎后添加到小麦粉中制备馒头，探究爆玉米花粉对面糊的糊化和黏度特性、面团流变学特性、面团发酵特性以及馒头品质等的影响，为风味馒头的生产提供一定的理论依据和数据支撑，对促进全谷物资源的利用、推动风味馒头的开发具有现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦粉：河北黑马面粉有限责任公司；爆裂玉米：市售，南非进口的蝶形玉米；即发活性干酵母(低糖型)：乐斯福管理(上海)有限公司；谷朊粉：发达面粉集团股份有限公司。乙酸镁、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、石油醚等分析纯试剂：天津市恒兴化学试剂有限公司。小麦粉和爆裂玉米的基本理化指标见表1。

表1 小麦粉和爆裂玉米的理化指标

1.2 仪器与设备

101A-2型电热鼓风干燥箱：上海市实验仪器厂有限公司；SX2-5-12型马弗炉：天津市中环实验电炉有限公司；AB204-S型分析天平：瑞士Mettler Toledo公司；F4型流变发酵仪：法国Chopin公司；ER-761型微波炉：青岛海尔股份有限公司；CSM-02型蒸箱：广州恒威厨房设备有限公司；SM-10型和面机、SM-302N型切片机：新麦机械(无锡)有限公司；3100型实验室锤式旋风粉碎磨、BVM 6630型体积测定仪：瑞典Perten公司；TA.XT plus型质构仪：英国Stable Micro System公司；粉质仪、拉伸仪、黏度仪：德国Brabender公司；CR-400型色彩色差计：柯盛行(杭州)仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料理化指标的测定

水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和总淀粉等理化指标分别参照GB/T 5009.3—2016、GB/T 5009.4—2016、GB/T 5009.5—2016、GB/T 5009.6—2016和孔德超[19]的方法测定。

1.3.2 爆玉米花粉的制备

称取50 g爆裂玉米于专用纸袋中，置于微波炉内700 W加热175 s即得到爆玉米花，待冷却后用锤式旋风磨粉碎(通过Φ1 mm孔筛)备用。

1.3.3 复配粉的制备

复配粉由小麦粉、爆玉米花粉以及谷朊粉按一定的比例配混而成，复配粉质量按100%计，谷朊粉占4%，爆玉米花粉分别占0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%，小麦粉分别占96%、91%、86%、81%、76%、71%和66%。所有涉及复配粉的试验均以小麦粉为对照组。

1.3.4 糊化和黏度特性的测定

参照AACC 76—21.01的方法测定。

1.3.5 面团流变学特性的测定

面团揉混特性、延展特性和发酵流变学特性分别参照GB/T 14614—2019、GB/T 14615—2019和文献[20]的方法测定。

1.3.6 馒头的制备

参照GB/T 35991—2018的方法制备。

1.3.7 馒头的品质评价

馒头比容、高径比和质构特性等参照文献[21]的方法测定；色泽参照文献[22]的方法测定，结果以L*(明亮度)、a*(红绿色)、b*(黄蓝色)表示；感官评分参照GB/T 35991—2018的方法测定。

1.3.8 馒头风味物质的测定

参考文献[23]的方法，测定挥发性风味物质；风味物质的定性分析参考文献[24-25]。

1.4 数据处理与分析

除感官评分(6次平行试验)及风味物质的分析值外，所有数据均为2次平行试验结果的平均值，采用SPSS 20.0软件进行数据统计及方差分析，试验结果用平均值±标准差表示，使用Origin 9.1软件作图。

2 结果与分析

2.1 爆玉米花粉对复配粉糊化和黏度特性的影响

由表2可知，小麦粉中添加4%的谷朊粉后其峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值和回生值均显著升高；当爆玉米花粉添加量从0%增至30%时，复配粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值和回生值分别降低了59.31%、52.37%、52.78%、81.44%和53.03%。爆玉米花粉有可能降低糊化过程中淀粉分子间的穿插缠绕程度，从而使复配粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度均降低，这与Liu等[26]的研究基本一致，添加爆玉米花粉可以增强面糊的热稳定性，且对面糊的老化有一定的抑制作用。当爆玉米花粉的添加量为15%时，复配粉的崩解值和回生值与对照组之间无显著性差异。

表2 爆玉米花粉对复配粉糊化和黏度特性的影响

2.2 爆玉米花粉对面团流变学特性的影响

2.2.1 爆玉米花粉对面团揉混特性的影响

由表3可知，小麦粉中添加4%的谷朊粉后其面团的吸水率、形成时间和评价计值显著增大，而稳定时间、弱化度和质量指数的变化不明显；随着爆玉米花粉添加量的增加，复配粉面团的吸水率和弱化度增大，而面团的稳定时间、质量指数和评价计值减小，说明爆玉米花粉对复配粉面团的耐搅拌特性具有明显的弱化作用。石晶红等[27]研究表明，随着膨化玉米粉添加量的增加，面团中面筋网络结构的弱化程度加大，导致面团的揉混特性变差，这与本研究结果相一致。

表3 爆玉米花粉对面团揉混特性的影响

2.2.2 爆玉米花粉对面团延展特性的影响

由表4可知，小麦粉中添加4%的谷朊粉后其面团的拉伸阻力、拉伸长度和拉伸面积均显著增大(P<0.05)，而拉伸比例保持不变，这与张滢滢等[28]的研究结果相一致；复配粉面团的拉伸长度和拉伸面积均随着爆玉米花粉添加量的增加而减小，面团的拉伸阻力先增大后减小，而拉伸比例呈上升的趋势。说明爆玉米花粉对复配粉面团的延展特性也具有明显的弱化作用。王慧洁等[29]的研究也表明，玉米粉的加入会稀释面团中的面筋蛋白，使面制品的加工性能变差。

表4 爆玉米花粉对面团延展特性的影响

2.3 爆玉米花粉对面团发酵流变学特性的影响

由图1a可知，爆玉米花粉添加量由0%增至30%时，面团的最大发酵高度Hm显著下降，气体释放曲线最大高度Hm′呈现上升趋势。当添加量为30%时，Hm仅为12.50 mm，面团的发酵耐力和气孔稳定性较差，已不适合做馒头等发酵制品；与对照组相比，爆玉米花粉的添加量为0%时，复配粉面团的Hm增大，因为加入了4%谷朊粉。由图1b可知，随着爆玉米花粉添加量的增加，复配粉面团产生气体的总体积显著增加，气体保留系数显著降低，可能是由于爆玉米花粉中的淀粉发生了糊化，酵母可利用的糖源增多[30]，导致面团中酵母发酵的产气量增大。尽管总的产气量增加，但气体保留系数显著降低，表明面团的持气能力减弱[31]。

注：1)对照组指小麦粉；2)添加量指爆玉米花粉占复配粉的质量百分比，其中添加量0%指复配粉中不含爆玉米花粉，仅含4%的谷朊粉；3)不同小写字母表示数值之间差异显著(P<0.05)。图2同。

2.4 爆玉米花粉对馒头品质的影响

2.4.1 爆玉米花粉对馒头比容和高径比的影响

由图2可知，爆玉米花粉的添加量为5%时，复配粉馒头的比容最大，高于对照组小麦粉馒头的比容(2.46 mL/g)，此时谷朊粉对面筋网络的强化作用可能略大于爆玉米花粉的弱化作用[32]；当爆玉米花粉的添加量大于15%，复配粉馒头的比容急剧下降，均小于对照组小麦粉馒头的比容，高径比显著增大。由于爆玉米花粉对面筋蛋白的稀释作用，弱化了面团的弹性、延展性和持气性，影响面团的发酵。当爆玉米花粉的添加量从5%增至20%时，馒头的高径比无显著性变化。

图2 爆玉米花粉对馒头比容和高径比的影响

2.4.2 爆玉米花粉对馒头表皮色泽的影响

由表5可知，随着爆玉米花粉添加量的增加，馒头表皮的L*显著降低，a*和b*显著增大。爆玉米花粉的颜色比普通小麦粉颜色稍深，且随着其添加量的增加馒头比容减小，导致色泽变暗、L*降低；爆裂玉米中含有玉米黄素等组分，微波膨化可能会破坏玉米黄素-蛋白质复合物的大分子结构，将玉米黄素释放出来[33]，使爆玉米花粉呈淡黄色，因而馒头的b*显著增大。

表5 爆玉米花粉对馒头表皮色泽的影响

2.4.3 爆玉米花粉对馒头质构特性的影响

由表6可知，当爆玉米花粉的添加量从5%增加至30%时，复配粉馒头的硬度、胶着性和咀嚼性增强，弹性减弱，回复性和内聚性无显著性差异。当爆玉米花粉的添加量高于15%，馒头的弹性下降较快。由于爆玉米花粉的添加稀释了面筋蛋白，影响面团的弹性及延展性，使面团的持气能力变弱，馒头比容下降、硬度增加、弹性减小、咀嚼性增强[34]。当爆玉米花粉的添加量为15%时，复配粉馒头的硬度、回复性和弹性与对照组小麦粉馒头相比无显著性差异。

表6 爆玉米花粉对馒头质构特性的影响

2.4.4 爆玉米花粉对馒头感官评分的影响

由表7可知，爆玉米花粉的添加对复配粉馒头的感官评分有一定影响：当添加量为5%～30%时，随着添加量的增加，馒头的比容、内部结构和弹性得分均呈下降趋势；当爆玉米花粉的添加量为15%时，馒头的比容和弹性得分与对照组无显著差异；当添加量为5%～15%时，随着添加量的增加，馒头的芳香气味逐渐增强，整体品质较好，感官总评分较高，均大于80分，与对照组无显著差异；当添加量大于15%，馒头比容、表面结构、内部结构和弹性的评分显著降低，感官总评分明显降低；当爆玉米花粉的添加量为30%时，馒头醒发难、气孔致密、口感发苦，感官总评分仅为54.83分，爆玉米花粉的添加量过高时会对馒头的食用品质产生负面影响。

表7 爆玉米花粉对馒头感官评分的影响

在综合考虑爆玉米花粉对面糊的糊化和黏度特性、面团流变学特性、发酵流变学特性以及馒头品质等方面影响的基础之上，确定爆玉米花粉在复配粉中的最适添加量为15%。

2.5 馒头的挥发性风味物质

由表8可知，在2种馒头样品中共检测出69种挥发性风味物质，对照组馒头和复配粉馒头中分别检测出38种和48种挥发性风味物质。复配粉馒头中的风味物质较丰富,种类较多,峰面积较高，这是因为爆裂玉米在微波加热过程中，可能会发生美拉德反应和热解反应[35-36]，产生丰富的焦香和坚果香等芳香类化合物，从而提升馒头的风味。

由表8可知，2种馒头挥发性风味物质中醇类、烃类化合物数量较多，复配粉馒头中特有的醇类化合物为顺-3-壬烯-1-醇、4-萜烯醇和橙花醇，烯烃类化合物为苯乙烯、萜品烯、α-萜品烯和1-石竹烯，它们对馒头风味的提升具有一定贡献[37]。复配粉馒头中醛类物质种类较多、峰面积较高，且醛类物质阈值较低[38]，对馒头风味的影响大；己醛、庚醛和苯乙醛仅在复配粉馒头中检出，庚醛具有果子香味，它的产生与油酸的自动氧化有关[39]，苯乙醛具有玉簪花香气，它一般是通过二羰基化合物与苯丙氨酸反应而生成[40]，对馒头的整体香味有一定贡献。复配粉馒头中酮类物质的种类高于对照组馒头，其中甲基庚烯酮、β-紫罗酮、香叶基丙酮为复配粉馒头中特有的物质，它们分别具有水果香气、覆盆子香气和木兰香气。

表8 馒头的挥发性风味物质及其峰面积

续表8

吡嗪类、吡咯类和酚类物质仅在复配粉馒头中检出，其中吡嗪类物质是通过脂质的热降解和美拉德反应而生成[41-42]，其阈值低、气味强度大，是复配粉馒头具有特殊香气的重要原因，有研究表明2-乙基-6-甲基吡嗪是爆裂玉米膨化后的特征性风味物质之一[9]。吡咯类物质主要来自氨基酸的热降解，具有烤面包的香味[43]。4-乙烯基-2-甲氧基苯酚具有丁香、发酵以及炒花生的香味，此化合物对于玉米馒头的特殊芳香气味具有重要的贡献，且被证实是爆裂玉米膨化后的特征性风味物质之一[7]。

3 结论

采用微波膨化爆裂玉米，将爆玉米花粉、小麦粉和谷朊粉按照一定比例制备复配粉，并制作具有特殊风味的馒头。由复配粉的糊化、黏度、面团的揉混、延展和发酵流变特性以及馒头品质特性等可知，爆玉米花粉在复配粉中的最适添加量为15%，此时馒头的比容、硬度、感官总评分等均与对照组小麦粉馒头无显著差异，但馒头的食味评分显著增加，说明在保证馒头品质的前提下，爆玉米花粉能够有效提升酵母馒头的风味。与对照组相比，复配粉馒头的挥发性风味物质的种类明显增加，并在其中检测出爆裂玉米膨化后的特征性风味物质。爆玉米花粉作为风味剂具有生产周期短、安全性高、风味自然等优势，可以在一定程度上提升用快速法制备的酵母馒头的风味，促进全谷物资源的综合利用。