复合改良剂对小麦面团特性及馒头品质的改善作用

刘依林，李冰，吴虹

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室，广东广州 510640）

南方馒头是以小麦粉为原料，经拌和形成面团，再经发酵后汽蒸而成的一种食品，在我国人民的膳食 结构中占有重要地位。近年来，随着人们生活水平的提高，对优质面制品的需求日益增多，优质馒头的生产已成为面制品行业的发展趋势之一[1]。影响馒头品质的因素除了加工工艺，最主要的还是原料小麦粉的品质[2]。小麦粉一般按其蛋白质含量多少分为高筋、中筋和低筋三种品种，不同种类小麦粉形成的面团具有不同的特性和用途。我国的小麦总产量较高，但存在明显的结构性矛盾，表现为以中筋品种为主，而用于生产高品质馒头的优质高筋小麦供给紧张。这就促使人们采用改良剂对中低筋粉进行后处理以满足人们对于优质馒头的需求[3]。

馒头品质的优劣可以通过比容、硬度等指标进行衡量，而小麦面团的拉伸、持水性等可以评价其加工性能。目前对南方馒头品质的改良主要集中在增大其比容以改善外观，以及减小馒头的硬度等以改善口感，而其品质与面筋蛋白的结构息息相关，因此，可以通过增强面筋蛋白结构改善馒头品质。一般地，常用于馒头的改良剂可分为乳化剂、酶制剂、氧化剂和亲水胶体，它们能够调节面团筋力，降低馒头硬度、咀嚼度，增大比容等。目前研究较多的改良剂是乳化剂硬脂酰乳酸钠（SSL），其添加量一般为0.1%～0.5%，主要作用是调节馒头内部面筋、水、油脂之间的相互作用，减小馒头的硬度等。但单一改良剂往往存在添加量大、效果不全面等问题，因此研究者常将多种改良剂协同使用，以减小添加量以及增强改善效果。现有研究表明，L-抗坏血酸能通过氧化作用使面筋网络结构更加致密[4]，而β-葡聚糖会使面团中紧密结合水含量减小[5]。因此，本文拟通过加入β-葡聚糖酶以降解小麦面团中的β-葡聚糖，从而增强其持水性；此外，再将其与L-抗坏血酸与SSL复配提高馒头的品质，使馒头更加松软可口，并改善其在制作过程中的加工性能。基于该思路，实验以中筋小麦粉、酵母、水为主要原料，选取SSL、L-抗坏血酸、β-葡聚糖酶三种改良剂进行三因素三水平的响应面试验，确定馒头复合改良剂的最佳配方；同时以SSL单一改良剂为对照，考察该复合改良剂对小麦面团加工性能的改善效果。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

新良中式面点粉（规格500 g），豫粮集团濮阳专用面粉有限公司；新良高活性干酵母，新乡良润全谷物食品有限公司；β-葡聚糖酶（98%），上海麦克林生化科技有限公司；L-抗坏血酸（99%）、SSL，上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

柏翠PE 4500厨师机，北京柏翠公司；上海一恒恒温恒湿箱，上海一恒科学仪器有限公司；METTLER TOLEDO电子天平，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；TA.XT.Plus质构仪，英国SMS公司；AR1500EX流变仪，美国TA公司；NMI20-040H-IN纽迈低场核磁共振仪，上海纽迈电子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 小麦面团的制备

小麦面团的制作参照王杰琼等[6]的方法，并略作修改。在100 g中筋小麦粉中加入53 g水及适量改良剂，然后置于和面机中和面7 min。将和好的面团搓圆成型，用保鲜膜包裹后室温静置松弛10 min。将面团放入恒温恒湿箱（30 ℃，湿度85%）中醒发30 min后取出待测。

1.3.2 馒头的制作

馒头的制作参照王杰琼等[6]的方法，并略作修改。

（1）和面：在100 g中筋小麦粉中加入1 g酵母、53 g水及适量改良剂，然后置于和面机中和面7 min。

（2）发酵：将和好的面团搓圆成型后放入恒温恒湿箱（30 ℃，湿度85%）中发酵1 h。

（3）蒸制：取出，室温放置15 min后，放入已煮沸并垫有纱布的铝蒸锅屉上蒸20 min（冒气起计时）。

（4）冷却：蒸制完毕后取出，盖上干纱布冷却1 h。

1.3.3 馒头比容的测定

馒头的比容按小米置换法测定[7]。首先将小米倒入1 L塑料透明量杯中，用切面刀将量杯表面刮平，溢出的小米放回袋中。倒出量杯中的部分小米于不锈钢缸中，使量杯中的小米保持约600 mL，将冷却后的馒头称重，取称重后的馒头放入量杯内，加入部分不锈钢缸中的小米填满量杯，再次用切面刀将量杯表面刮平，此时溢出的小米用100 mL量筒测量得出体积V，即为馒头体积，体积除以质量即为比容。

1.3.4 馒头硬度、咀嚼度的测定

采用TA.XT.Plus质构仪测定馒头的硬度、咀嚼度。馒头冷却1 h后，用刀将馒头纵切成厚度为15 mm的薄片，选择P36 R探头将馒头片放在测试台上进行TPA测试，获得馒头硬度等数据，每个样品重复测定三次，取平均值[8]。参数设定：测试前速率1.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测试后速率1.0 mm/s，压缩程度50%，感应力5 g，两次压缩间隔时间5 s。

1.3.5 小麦面团持水性的测定

称取10 g面团样品，用保鲜膜包裹后放入核磁试管中，轻轻压平面团使之与核磁试管充分接触，快速将核磁试管移入核磁共振仪的磁场线圈中心位置，进行CPMG脉冲序列的扫描实验。

仪器参数矫正采用FID序列，样品测试采用CPMG序列。本实验采用的参数：采样点数TD为120022，回波个数C0为1000，半回波时间TE为0.2 ms，重复扫描次数NS为8。

利用T2-FitFrm软件CPMG序列反演得到各样品的波谱图，其中峰1、峰2、峰3分别代表三个不同的峰，即三种不同自由度的水分。其中峰1代表深层结合水，峰2代表半结合水，峰3代表相对自由水。运用深层结合水含量来衡量面团的持水性，深层结合水含量为峰1面积占总峰面积的比例[9]。

1.3.6 小麦面团拉伸性能的测定

采用TA.XT.Plus质构仪测定小麦面团的拉伸性能。先用液体石蜡均匀涂刷制备槽的凹槽和压板，将制备好的面团压入聚四氟乙烯板中，静置15 min以允许其应力松弛。而后将压制出的面团条快速挑出，置于已安装固定好的拉伸探头中，测定面团的拉伸性能。测试参数为：探头为A/KIE，模具为Tension，测试速度3.3 mm/s，测试距离75.0 mm。通过记录面团从测试开始到面团断裂的拉伸阻力-拉伸距离曲线，记录最大拉伸阻力、延伸度等面团拉伸特性参数[10]。

1.3.7 小麦面团流变性能的测定

应用AR流变仪测定不同面团的流变特性。将面团放在测试平行板中央，选用40 mm平行板探头压缩至狭缝间隙为2 mm，刮去平行板周围多余的面团，使用凡士林涂抹样品的边缘，待面团平衡5 min后开始测试，扫描频率范围为0.1～100 Hz，应变振幅设置为1%，得到面团的弹性模量（G′）和黏性模量（G″）随频率的变化曲线[11]。

1.3.8 单因素试验

分别研究三种改良剂对小麦面团特性和馒头品质的影响规律，其中SSL添加量为0.1%、0.2%、0.3%、0.5%；L-抗坏血酸添加量为100、150、200、300 mg/kg；β-葡聚糖酶添加量为50、100、200、500 mg/kg。

1.3.9 响应面试验

根据Box-Behnken的试验设计原理，在单因素试验基础上，确定试验因素与水平，以馒头硬度为响应值设计响应面试验进一步优化。因素与水平如表1所示。

表1 响应面试验因素水平表 Table 1 Response surface experimental factors level table

1.4 数据统计分析

利用Design Expert 10进行响应面分析，并采用SPSS 26和Origin 2018进行数据处理和作图。所有数据平行测定三次，数据以“平均值±标准差”表示，以p＜0.05表示数据之间的显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 单一改良剂对小麦面团特性及馒头品质的影响

2.1.1 SSL对馒头品质的影响

质构分析是一种重要的食品质地分析方法，它从力学和流变学的角度模拟人的咀嚼，使得感官分析更加标准化[12]。一般以硬度、咀嚼度来评价馒头的质构特性，其值越小，馒头越松软可口；而比容则用来评价馒头的持气能力，其值越大，馒头内部包裹气体的面筋结构越紧密，品质越好。

由图1可知，随着SSL添加量的增加，馒头的硬度、咀嚼度均先减小后增大，而比容先增大后减小，差异显著。当SSL添加量为0.2%时，馒头的硬度、咀嚼度最小，分别为933.72 g、731.79。继续添加会使硬度、咀嚼度增大，但均显著小于空白对照；当SSL添加量为0.3%时，馒头的比容最大，为2.94 mL/g，继续添加比容会显著减小。这与Brites等[13]报道的结果相一致，他们发现SSL能增强蛋白质与脂质的相互作用，降低馒头硬度使馒头保持柔软。这可能是因为SSL的亲水和亲油基团一方面可以较好地调节面团内部各成分之间的相互作用，另一方面可以与面筋蛋白直接结合提升面筋网络强度[14]，从而有效地防止淀粉老化，增强馒头的持气性，在一定范围内增大了比容。综合考虑，选取SSL添加量0.1%～0.2%进行后续响应面试验设计。

图1 SSL对馒头硬度、咀嚼度（a）和比容（b）的影响 Fig.1 Effect of SSL on the hardness, chewiness (a) and the specific volume (b) of steamed bread

2.1.2 L-抗坏血酸对馒头品质的影响

由图2可知，随着L-抗坏血酸添加量的增加，馒头的硬度、咀嚼度均先减小后增大，而比容先增大后减小，差异显著。当L-抗坏血酸添加量为100 mg/kg时，馒头的硬度、咀嚼度最小，分别为769.26 g、548.20；当L-抗坏血酸添加量为200 mg/kg时，馒头的比容最大，为3.56 mL/g，继续添加会使比容减小，甚至低于空白对照组。这可能是因为L-抗坏血酸通过氧化反应使面团中的游离巯基氧化为二硫键，增强了蛋白网络结构，改善了面筋性能，使馒头在蒸制过程保留气体的能力更强，比容更大[15]，同时，其可能对面团的物理性能有一定影响，譬如抗拉伸性能等，从而降低了馒头的硬度和咀嚼度，这与张清等[16]证明的L-抗坏血酸能显著降低面制品硬度和咀嚼度的结果基本一致，而过量添加会使面筋强度过大从而阻碍了馒头的发酵膨大[4]。综合考虑，选取L-抗坏血酸添加量150～ 200 mg/kg进行后续响应面试验设计。

图2 L-抗坏血酸对馒头硬度、咀嚼度（a）和比容（b）的影响 Fig.2 Effect of L-ascorbic acid on the hardness, chewiness (a) and the specific volume (b) of steamed bread

2.1.3 β-葡聚糖酶对小麦面团特性的影响

小麦面团的持水性和拉伸性能可以表征其加工特性。由图3可知，随着β-葡聚糖酶添加量的增加，小麦面团的深层结合水含量先增加后减小，但均显著高于未添加改良剂的面团。当β-葡聚糖酶添加量为100 mg/kg时，小麦面团的深层结合水含量最高，为21.6%，继续添加反而降低了深层结合水的含量，而小麦面团深层结合水含量的增加表明其持水性增强。随着β-葡聚糖酶添加量的增加，小麦面团的拉伸阻力与延伸度均先增加后减小。当β-葡聚糖酶添加量为100 mg/kg时，小麦面团的拉伸阻力和延伸度均最大，分别为42.94 g、17.58 mm，继续添加会降低拉伸阻力和延伸度。这可能是由于β-葡聚糖酶降解了对面筋的二级结构有不利影响的β-葡聚糖，使面筋网络结构更加致密，因此增强了小麦面团的加工特性。综合考虑，选取β-葡聚糖酶添加量50～100 mg/kg进行后续响应面试验设计。

图3 β-葡聚糖酶对小麦面团持水性（a）和拉伸性能（b）的影响 Fig.3 Effect of β-glucanase on the water holding capacity (a) and tensile properties (b) of wheat dough

2.2 响应面分析法优化复合改良剂配方

2.2.1 响应面试验结果

把上述三个单因素作为自变量，以馒头的硬度为响应值，使用Design Expert 10软件设计三因素三水平共17个试验。响应面试验设计与结果见表2。

表2 响应面试验设计及结果 Table 2 Response surface experiment design and results

对试验结果进行二次多元回归拟合，得到改良剂添加量对馒头硬度的回归方程为：

A：β-葡聚糖酶添加量；B：L-抗坏血酸添加量；C：SSL添加量；R2=0.99，R2Adj=0.97。

对二次项模型进行方差分析，结果见表3。由表3可知，在α=0.01的置信水平时，模型回归极显著（p＜0.0001），模型的确定系数R2=0.99，表明该模型能解释 99%硬度的变化；失拟项不显著（p=0.37＞0.05），说明该方程对实验数据进行了很好的拟合。该回归模型的总决定系数R2=0.99，调整决定系数R2Adj=0.97，说明该模型的拟合程度较好，试验误差小。

表3 响应面二次模型的变量回归分析 Table 3 Variable regression analysis of response surface quadratic model

通过方差分析结果可知，一次项A、B、C，二次项B2、C2对硬度的影响极显著（p＜0.01），交互项AC、BC对硬度的影响极显著（p＜0.01）。其余项对硬度的影响不显著（p＞0.05）[17]。

2.2.2 响应面分析

根据模型方程作3D曲面图及等高线图，通过该组图可评价各因素交互影响馒头硬度的作用，同时可确定各因素的最佳水平及组合。

L-抗坏血酸添加量在175 mg/kg时，β-葡聚糖酶和SSL添加量的交互作用对馒头硬度的影响如图4所示。β-葡聚糖酶添加量一定时，硬度随SSL添加量的增加出现先减后增的趋势；SSL添加量一定时，硬度随β-葡聚糖酶添加量的增加逐渐增大。β-葡聚糖酶与SSL添加量对馒头硬度的交互作用较强。

图4 β-葡聚糖酶与SSL交互影响馒头硬度的三维响应面图（a）和等高线图（b） Fig.4 Three-dimensional response (a) and contour plot (b) of the interaction between β- glucanase and SSL on the hardness of steamed bread

β-葡聚糖酶添加量在90 mg/kg时，L-抗坏血酸和SSL添加量的交互作用对馒头硬度的影响如图5所 示。L-抗坏血酸添加量一定时，硬度随SSL添加量的增加出现先减后增的趋势；SSL添加量一定时，硬度随L-抗坏血酸添加量的增加出现先减后增的趋势。L-抗坏血酸和SSL添加量对馒头硬度的交互作用较强。

图5 Vc与SSL添加量交互影响馒头硬度的三维响应面图（a）和等高线图（b） Fig.5 Three-dimensional response (a) and contour plot (b) of the interaction between L-ascorbic acid and SSL on the hardness of steamed bread

SSL添加量在0.15%时，β-葡聚糖酶和L-抗坏血酸添加量的交互作用对馒头硬度的影响如图6所示。β-葡聚糖酶添加量一定时，硬度随L-抗坏血酸添加量的增加出现先减后增的趋势；L-抗坏血酸添加量一定时，硬度随β-葡聚糖酶添加量的增加逐渐增大。β-葡聚糖酶添加量与L-抗坏血酸添加量对馒头硬度的交互作用不明显。

图6 β-葡聚糖酶与L-抗坏血酸添加量交互影响馒头硬度的三维响应面图（a）和等高线图（b） Fig.6 Three-dimensional response (a) and contour plot (b) of the interaction between β- glucanase and L-ascorbic acid on the hardness of steamed bread

设定馒头硬度为最小，此时优化的结果为β-葡聚糖酶添加量80 mg/kg，L-抗坏血酸添加量159.44 mg/kg，SSL添加量0.16%，预测值为硬度868.29 g。从可操作性方面考虑，采用优化组合为80 mg/kgβ-葡聚糖酶，160 mg/kg L-抗坏血酸，0.16% SSL。

2.3 复合改良剂对馒头品质的影响

硬度和比容是衡量馒头品质的重要因素。硬度越小反映馒头越松软，越符合人们的饮食习惯。比容越大，馒头的持气性越好，外观更饱满。因此，我们考察了复合改良剂对馒头硬度和比容的影响，并以单一乳化剂（0.3% SSL）为对照。从图7结果可知，空白对照组的馒头硬度为1421.87 g，添加单一乳化剂和复合改良剂后该值为1136.07 g和875.58 g，分别减小了20.10%和38.40%（p＜0.05）。对于馒头比容而言，添加单一乳化剂和复合改良剂后该值从空白对照组的2.67 mL/g增大至2.80 mL/g和3.01 mL/g，分别提高了4.90%和12.70%（p＜0.05）。可以看出，添加了改良剂的馒头品质得到了显著改善，且复合改良剂对馒头硬度的改善能力是单一乳化剂的1.90倍，对馒头比容的改善能力是单一乳化剂的2.60倍。这可能是由于三者发生了一定的相互作用，从而使其改善效果比单独添加SSL的更好。由此可以看出，添加一定量的复合改良剂能够有效地改善馒头的品质指标[18]，具有实用价值。

图7 复合改良剂对馒头硬度（a）和比容（b）的影响 Fig.7 Effect of compound modifier on hardness (a) and the specific volume (b) of steamed bread

2.4 复合改良剂对小麦面团特性的影响研究

2.4.1 复合改良剂对小麦面团持水性的影响

深层结合水含量表示小麦面团内部被面筋网络结构紧密包裹的水分子含量，可以用来表示其持水性的强弱。由图8可知，空白对照组小麦面团深层结合水含量为20.20%，添加单一改良剂和复合改良剂后对应值分别为22.90%和24.20%，提高了小麦面团深层结合水含量（p＜0.05）；而且复合改良剂对面团持水性的改善能力是单一乳化剂的1.50倍，表明复合改良剂对小麦面团持水性的改善作用优于单一乳化剂。复合改良剂组持水性显著提高可能是由于β-葡聚糖酶能降解对面筋结构有不利影响的β-葡聚糖，从而增大面团深层结合水含量；此外，L-抗坏血酸能增强面筋网络结构，而SSL能调节水、面筋蛋白等的关系，三者在面团中产生相互作用，导致小麦面团的持水性显著增强。持水性增强说明水分子被更加紧密地锁在面筋蛋白结构中，因此复合改良剂具有减慢馒头老化速率，延长货架期的潜力[19]。

图8 复合改良剂对小麦面团持水性的影响 Fig.8 Effect of compound modifier on water holding capacity of wheat dough

2.4.2 复合改良剂对面团拉伸性能的影响

面团拉伸特性的主要指标有最大拉伸阻力和延伸度。最大拉伸阻力指的是拉断面团时拉钩所使用的力，体现了面团的强度和筋力；延伸度指的是从拉钩接触面团直至面团被拉断时拉钩所升高的距离，可反映出面团的延伸性和可塑性。面团的拉伸特性可以反映出其内部结构的稳定性，拉伸阻力越大，则说明面团的抗拉伸性能和稳定性越好，内部结构也更为细腻。

由图9可知，空白对照组、单一乳化剂组和复合改良剂组的小麦面团拉伸阻力分别为35.46 g、40.21 g和55.59 g；与空白相比，添加单一乳化剂和复合改良剂后小麦面团的拉伸阻力分别提高了13.40%和56.80%（p＜0.05）。类似地，添加单一乳化剂和复合改良剂后，小麦面团延伸度分别由空白组的15.38 mm提高至16.98 mm和18.51 mm，分别提高了10.40%和20.40%。复合改良剂对面团拉伸阻力和延伸度的改善能力分别是单一乳化剂的4.20倍和2倍，表明复合改良剂能显著提高小麦面团抗拉伸能力和延展性[20]。这可能是由于L-抗坏血酸促进巯基转化为二硫键，增强了面筋网络结构，从而增大了小麦面团的拉伸阻力[21]；β-葡聚糖酶能够水解β-葡聚糖在面筋表面形成的高粘性凝胶，从而增强了小麦面团的延展性[22]；另外，L-抗坏血酸和β-葡聚糖酶的作用使SSL更好地发挥调节作用，进而增强了小麦面团在加工过程中的拉伸性能。

图9 复合改良剂对小麦面团拉伸性能的影响 Fig.9 Effect of compound modifier on tensile properties of wheat dough

2.4.3 复合改良剂对面团流变性能的影响

面团动态流变学特性是表征面团加工特性的重要指标。动态流变仪测定的2个主要参数为弹性模量G′和黏性模量G″。G′是表示物质的弹性本质，G″是表示物质的黏性本质。由图10可知，在同一频率下，由于弹性模量（G′）总是大于黏性模量（G″），表明了小麦面团更多的呈现弹性性质。在同一频率下，与空白组和添加了单一乳化剂组相比，复合改良剂能使小麦面团的弹性模量和黏性模量显著增大[23]，增强了其在加工过程中的流变性能[24]。我们的前期研究表明三种改良剂单一使用均可在一定程度上增强小麦面团的黏弹性能，而复合之后对黏弹性的改善效果更显著。

图10 复合改良剂对小麦面团流变性能的影响 Fig.10 Effect of compound modifier on rheological properties of wheat dough

3 结论

馒头复合改良剂的最佳配方为：80 mg/kgβ-葡聚糖酶，160 mg/kg L-抗坏血酸，0.16% SSL。与空白对照相比，添加复合改良剂后硬度为875.58 g，下降了38.4%；比容为3.01 mL/g，改善效果优于单一改良剂。复合改良剂的添加增强了面筋蛋白结构，调节了内部水、油脂等的相互作用，使小麦面团的拉伸、流变等加工特性更好，从而使馒头的品质得到了改善。小麦面团持水性的增强表明该复合改良剂对馒头的贮藏具有潜在改善作用，能在一定程度上延长产品的保质期，因此具有较好的应用前景。