碳酸氢钠添加对荞麦馒头品质的影响

1、碳酸氢钠添加对荞麦馒头品质的影响杨双 郭晓娜基金项目：国家自然科学基金（31571871），全国粮食行业青年拔尖人才服务行业需求自主选题项目（LQ2016202）收稿日期：2017-11-20作者简介：杨双，女，1993年出生，硕士，食品科学与工程*通讯作者：郭晓娜，女，1978年出生，副教授、博士，主食与方便食品 朱科学(江南大学食品学院，无锡 214122)摘要 研究不同添加的碳酸氢钠对荞麦馒头比容、高径比、质构等品质特性的影响，并进行感官评定。采用快速黏度分析仪（RVA）研究碳酸氢钠添加对淀粉糊化特性的影响，同时采用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）研究其对荞麦馒头中

2、蛋白质亚基结构的影响，并通过激光共聚焦（CLSM）分析荞麦馒头微观结构的变化，探究碳酸氢钠添加对荞麦馒头的影响机制。结果表明，当添加量为0.6%时，荞麦馒头比容、高径比及质构品质得到明显改善（P<0.05）。RVA分析表明，随着碳酸氢钠添加量的增加，峰值黏度增加，糊化温度升高。SDS-PAGE图谱显示随着碳酸氢钠添加量的增加，高分子量亚基条带颜色变深，低分子量亚基条带变浅，说明其可能促进了荞麦馒头中蛋白质的交联。CLSM表明，碳酸氢钠的添加促使荞麦馒头形成更加连续致密的蛋白质网络结构，使糊化溶胀后的淀粉颗粒镶嵌其中，从而改善荞麦馒头品质。关键词 碳酸氢钠 荞麦 馒头 质构 中图分类号：T

3、S213.2 文献标识码：A 文章编号：1003-0174（ ）Effects of sodium bicarbonate addition on the qualitiesof buckwheat Chinese steamed breadYang Shuang Guo Xiaona* Zhu Kexue(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122)Abstract The effects of edible sodium bicarbonate addition on the qualiti

4、es of buckwheat Chinese steamed bread were investigated. The specific volume, height-diameter ratio, texture properties and sensory evaluation of the final product were determined. The gelatinization characteristics of starch and structures of protein subunits in buckwheat Chinese steamed bread were

5、 studied by rapid viscosity analyzer (RVA) and sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), respectively. Combined with the microstructure of steamed bread slices observed by laser scanning confocal microscope (CLSM), the impacting mechanism was explored. Results showed that

6、 specific volume, height-diameter ratio and texture properties were significantly (P<0.05) improved by adding 0.6% edible sodium bicarbonate. In addition, with the increase of sodium bicarbonate level, higher peak viscosity and pasting temperature of starch were shown. Furthermore, an obvious inc

7、rease in the intensity of protein bands with higher molecular weight, while intensity of lower molecular protein bands was decreased which demonstrated that sodium bicarbonate promoted the cross-linking of proteins in buckwheat steamed bread. The microstructure proved the protein network structure w

8、as more continuous and compact, which can fully embed the gelatinized starch. So edible sodium bicarbonate addition improved the quality of buckwheat steamed bread. Key words sodium bicarbonate, buckwheat , Chinese steamed bread, texture馒头作为我国人民喜爱的传统主食之一，有着悠久的历史，被誉为中华美食文化的象征1。随着经济的发展与生活水平的提高，市场上需要越来

9、越多营养价值高、风味独特的馒头以满足不同消费人群的需要。荞麦营养价值丰富，含有较高的蛋白质，且蛋白质的氨基酸组分比较均衡、比例适宜，基本达到了联合国粮农组织推荐的标准营养蛋白水平，还富含纤维素、矿物质、B族维生素以及对人体有益的黄酮类物质芦丁、槲皮素等2；同时荞麦可以降低血液胆固醇、抑制胆结石脂肪积累3、降低血压和血糖2，是具有药食兼用意义的粮食作物4，因而被广泛用于食品加工。目前市场上以荞麦为原料加工成的食品主要有荞面饸饹、荞麦挂面以及荞麦保健醋等。荞麦馒头多以手工作坊式生产，添加量大时，往往口感粗糙。对于馒头品质而言，Kow等5研究发现，蛋白质含量和面筋强度是决定馒头好坏的最重要因素。虽然

10、荞麦中蛋白质含量很高，占荞麦种子的12.018.9%6，但是，其蛋白质主要组成为清蛋白7，而构成蛋白质面筋网络的主要蛋白是醇溶蛋白和麦谷蛋白，因此荞麦蛋白在制作面团时不能像小麦面筋蛋白那样形成良好的网络结构，从而限制了面粉中荞麦粉的添加量。荞麦粉的添加会弱化或破坏面团中的面筋网络结构，降低面筋强度8，降低了其加工特性和产品品质。研究发现，随着荞麦粉的添加量的增加，荞麦馒头色泽发暗，口感变硬，且高添加量的荞麦馒头不易醒发，做出的馒头体积小9。目前有学者对杂粮馒头的改良进行了研究，包括添加葡萄氧化酶、食用胶、抗坏血酸等品质改良剂，粮食发芽、挤压膨化等从原料角度进行改良以及采用微波蒸制代替蒸汽蒸制等

11、10，均可取得一定的改善效果。在北方家庭制作馒头时会根据经验加入碱，也有研究表明添加苏打粉会增大馒头比容11，但其对馒头品质的影响机理未作深入研究。因此本文拟研究食用碳酸氢钠添加对馒头品质特性（比容、质构及感官评定）和微观结构的影响，采用快速黏度分析仪研究其对淀粉糊化的作用，并且采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳研究碳酸氢钠添加对荞麦馒头中蛋白质交联聚合特性的影响，从而探讨其作用机制。1. 材料与方法1.1 材料1.1.1 原料香满园小麦粉：干基蛋白质质量分数10.4%，含水量10.6%，益海嘉里粮油有限公司；荞麦粉：干基蛋白质质量分数13.7%，含水量12.6%，市售荞麦磨粉过80目筛获得

12、；即发高活性干酵母，安琪酵母有限公司；食用碳酸氢钠：昆山味美滋食品有限公司。1.1.2 主要设备与仪器ARM-01型和面机：福建德霸食品机械有限公司；SM-40SP型醒发箱、SM302N型切片机：新麦机械（无锡）有限公司；RVA4500型快速黏度分析仪：澳大利亚波通公司；TA.XT plus型物性测试仪：英国Stable Micro Sytems公司；CM1950型冰冻切片机：德国徕卡公司；LSM710型激光共聚焦显微镜：德国蔡司公司；Bio-Rad Mini-Protean® Tetra型电泳槽：上海创萌生物科技有限公司。1.2 方法1.2.1 荞麦馒头的制作方法将荞麦粉与小麦粉按

13、37比例混合均匀后，取400 g混合粉倒入和面钵中。准确称取3.6 g酵母和200 g水，室温下用50 g水溶解酵母2 min，溶解均匀后用剩余的水将其缓慢转移至和面钵。和面过程为先低速搅拌2 min，再调至中速连续搅拌至光滑面团形成，将调制好的面团转移至温度为30 ,相对湿度为75%的醒发箱中发酵80 min。再称取40 g上述混合粉，与发酵结束的面团一起置于和面钵。分别称取0.0%、0.2%、0.4%、0.6%和1.0%（以混合粉的质量计）的食用碳酸氢钠，用水溶解后加入和面钵，在中速条件下搅拌35 min后，分割成数个75 g面团，经手工揉面、搓圆，塑性成高度为7 cm左右的面团，再于38

14、 、相对湿度75%醒发箱中继续醒发10 min。醒发结束后置于蒸锅中蒸制30 min，制得荞麦馒头。1.2.2 荞麦馒头比容的测定新鲜的荞麦馒头置于室温下冷却30 min后，采用小米置换法测定其体积，经分析天平测得馒头质量（精确到0.01 g）后，体积与质量的比值即为馒头的比容。每个样品重复测定3次。1.2.3 荞麦馒头高径比的测定用游标卡尺分别测量出馒头的高度和直径，两者的比值即为馒头的高径比。1.2.4 荞麦馒头质构的测定将在室温条件下自然冷却1 h后的荞麦馒头切割成厚度为12.5 mm的均匀薄片，取其中心两片，采用 TA-XT2i型质构仪，在 TPA 模式下选择P/25圆柱形探头进行测定

15、。其具体参数为：测试前速度为3 mm/s,测试速度为1 mm/s，测试后速度为5 mm/s，压缩率设为50%，触发力为5 g，两次压缩的时间间隔为5 s，以不加碳酸氢钠的样品为对照12。每组样品平行测定至少6次，取平均值为最终结果。1.2.5 加碳酸氢钠面团糊化特性的测定取各组蒸制过程前即第二次醒发结束后的面团经真空冷冻干燥后粉碎磨粉，按GB/T 24853-2010使用快速黏度分析仪测定淀粉的糊化曲线。1.2.6 荞麦馒头切片微观结构观察参考Silva等13的方法，作出如下修改：取馒头片中心约0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm样品，用徕卡胶在-20 下进行包埋，并用

16、冰冻切片机将包埋样品切成厚度为20 m的切片。用0.25%（m/V）异硫氰酸荧光素和0.025% (m/V)罗丹明B的溶液11混合后对切片染色2 min，洗去多余染色液，盖上盖玻片后，倒置于激光共聚焦显微镜下观察、拍照。1.2.7 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳实验中采用12%分离胶（pH 8.8）和5%的浓缩胶（pH 6.6），取样量为10 L。具体操作参照文献14。1.2.8 荞麦馒头的感官评价表1 荞麦馒头的评分标准项目分数得分标准比容/(mL/g)15比容大于或等于2.8得满分15分；比容小于或等于1.5得最低分2分；比容在2.81.5之间，每下降0.1扣1分高/cm5高大于或等于7.0

17、cm得满分5分；高小于或等于5.0 cm得最低分1分；高在7.05.0 cm之间，每下降0.5 cm扣一分表面色泽10杂粮自然色810分，中等68分，发暗或过浅26分表面结构10光滑810分；皱缩、塌陷、有气泡、有凹点或大块烫斑38分；外观形状10对称、挺、有球形感710分；扁平或不对称47分内部结构15气孔细小、均匀1215分；有大气孔、结构粗糙511分；边缘与表皮有分离现象812分弹性10回弹快、能复原、可压缩1/2以上710分；手机按压回弹弱或不回弹37分；手指按压困难，感觉较硬26分韧性10咬劲强710分；咬劲弱且掉渣或咀嚼干硬、无弹性或不回弹47分黏性10爽口不黏牙810分；稍黏或黏

18、37分气味5有杂粮的香味、无异味45分，中等34分，有异味13分取未添加和添加不同量碳酸氢钠的馒头各5个，将其在室温下冷却30 min后切成小块，选择10名有经验的感官评定员进行感官评分，参考GB/T 17320-2013，并根据杂粮食品特性对表面色泽、气味得分作出部分修改。2 结果与讨论2.1 添加碳酸氢钠对荞麦馒头比容及高径比的影响馒头的比容是评价馒头品质的重要指标之一，是酵母发酵产气和面筋强度共同作用的结果15。高径比可表征馒头的外观形状。由图1可以看出，碳酸氢钠的添加对馒头的比容、高径比均有显著影响(P<0.05)。随着食用碳酸氢钠的添加，馒头的比容、高径比均呈现先上升后下降的趋

19、势，这可能是因为在馒头蒸制过程中一方面碳酸氢钠可受热产生CO2气体,增加面团中的气体体积，使得面团变得蓬松，故而馒头体积增加，高径比也随之增加；另一方面,小麦面筋蛋白吸水形成的网状结构，可以包裹面团在发酵和加热过程中产生的CO2气体使面团膨胀和起泡16。随着添加量的增加，所产生的气体可能受面筋网络结构的影响，从而对馒头体积的影响变小，比容有所下降，同时高径比也降低。图1 加碳酸氢钠条件下荞麦馒头的比容及高径比注：同一图例的不同字母表示在P<0.05水平上差异显著。2.2 添加碳酸氢钠对荞麦馒头质构的影响借助仪器测定馒头质构参数有利于客观地评价馒头品质，同时也能从侧面反映出馒头内部组织结构

20、状态和适口性17。添加碳酸氢钠对馒头质构的影响如表2所示。由表2可知，随着碳酸氢钠添加量的提高，荞麦馒头的硬度、胶着性和咀嚼度显著提高，回复性则呈现先升高后降低趋势，而弹性并无明显变化。碳酸氢钠的添加量在0.2%0.6%范围内增加时，硬度和咀嚼度缓慢增加，回复性显著增大，胶着性则无明显变化，超过0.6%时，硬度、胶着性和咀嚼度显著增加，回复性反而降低。研究表明馒头的硬度测定值越大，胶着性和咀嚼性就越强，韧性越大，咀嚼和吞咽时所需的能量就越高18。结合图1中比容和高径比的变化可知，一定量碳酸氢钠的添加可以提高荞麦馒头的质构，增强馒头的韧性，增大馒头的比容，改善馒头的形状，过量添加则会产生不利影响

21、，改善效果不明显。表2 添加碳酸氢钠对荞麦馒头质构的影响添加量/%硬度/g弹性胶着性咀嚼度回复性02 229.55±314.45d0.893±0.021a1 762.304±69.484b1 576.526±80.791b0.404±0.004d0.22 479.57±235.13c0.899±0.021a1 889.981±59.383b1 695.891±85.443ab0.416±0.006c0.42 602.86±114.00bc0.893±0.018a1 771.5

22、34±40.823b1 577.032±75.480b0.455±0.007a0.62 786.23±136.87b0.898±0.019a1 824.790±67.963b1 661.695±81.277ab0.448±0.007a1.02 998.85±145.05a0.898±0.024a2 094.747±41.568a1 872.409±87.788a0.433±0.003b注：数据均为平均值±标准差；同一列的不同字母表示在P<0.05水平

23、上差异显著；下表同。2.3 添加碳酸氢钠对未经蒸制面团中淀粉糊化性质的影响由表3可知，碳酸氢钠的添加改变了面团中淀粉的黏度特性和糊化温度，并且随着碳酸氢钠添加量的增加，峰值黏度和最终黏度明显增大，衰减值减小（P<0.05）。碳酸氢钠的添加增大了面团的pH值，增加了面团中的离子浓度，研究表明高的离子浓度可以增加淀粉的峰值黏度19，且加碱条件下的增加程度与pH值的大小有关，pH值越大，增加的幅度越大20。李新华等21研究发现pH由酸性变成碱性过程中，荞麦淀粉糊的峰值黏度和最终黏度均呈上升趋势。Lai等20报道加入NaOH、Na2CO3后，小麦淀粉的峰值黏度、最终黏度和崩解值均增加。面团可视为

24、一个水合蛋白质基质，淀粉颗粒在其中以高浓度分散的形式存在，起着填料的作用，淀粉颗粒对面团特性没有太大影响，但对馒头等面制品的食用品质有影响22。在馒头蒸制过程中，面筋网络中淀粉的糊化作用直接影响馒头的组织结构，淀粉颗粒糊化过程中先从面团内部吸水膨胀，体积逐渐增大，因此馒头的体积主要是由淀粉颗粒维持的23。淀粉的糊化特性主要由淀粉粒大小和比例、直链淀粉含量等本身特性决定，也受到混合物中影响水分活性的其他组分如盐、蛋白质的影响24。研究表明碱在加热条件下会对蛋白质网络结构产生影响25，故而可能影响填充在网络结构中淀粉的性质。有研究表明，荞麦混合粉的衰减值和荞麦馒头的硬度、胶凝性负相关，和荞麦馒头的

25、咀嚼性高度负相关；混合粉的最终黏度和荞麦馒头的硬度、胶凝性正相关，和荞麦馒头的咀嚼性高度正相关9，这与本试验研究结果相一致。表3 糊化特性测定结果添加量/%峰值黏度/(Pa·s)衰减值/(Pa·s)终值黏度/(Pa·s)糊化温度/()01 466±24d477±4a1 813±36e92.1±0.0bc0.21 569±4c457±8b1 999±8d91.3±0.0c0.41 782±4b462±4b2 308±13c92.1±0.0bc0.6

26、1 812±18b461±3b2 404±11b92.6±0.4ab1.0 1 927±21a372±4c2 828±55a93.3±0.6a2.4 添加碳酸氢钠对馒头微观结构的影响激光共聚焦显微镜在生物医学领域得到广泛应用，近年来，它也逐步应用于面制品微观结构的观察18，本文中异硫氰酸荧光素易与淀粉结合而使淀粉呈现绿色，罗丹明B易与蛋白结合而使蛋白呈现红色。对比图2中A2、B2显示的蛋白质网络可以看出，添加碳酸氢钠可以使馒头形成更为连续的蛋白网络结构。同时，添加碳酸氢钠后，淀粉糊化形态发生变化，淀粉溶胀程度变大（

27、图B1）。与A3相比，碳酸氢钠添加使糊化溶胀后的淀粉颗粒能够充分地包裹在蛋白质网状结构中。研究表明，荞麦面条制作时，添加碱（Na2CO3和K2CO3，比例为91）可以提高面团的流变学特性，改善面条的质构特性，并且可以促进蛋白质交联，形成更为致密连续的蛋白质网络结构26。图2 未加碳酸氢钠和添加0.6%碳酸氢钠荞麦馒头微观结构注：A1A3分别为未加碳酸氢钠荞麦馒头切片淀粉结构、蛋白结构、复合结构；B1B3分别为添加0.6%碳酸氢钠荞麦馒头切片淀粉结构、蛋白结构、复合结构2.5 添加碳酸氢钠对荞麦馒头蛋白质亚基结构的影响图3中对比空白组，添加不同量碳酸氢钠荞麦馒头的SDS-PAGE条带颜色深浅发生

28、了规律性变化。具体表现为：随着添加量的增加，高分子量（>97.4 KDa）条带呈现颜色变深的趋势（图中A1所示区域），说明添加碳酸氢钠逐渐使得荞麦馒头中生成了能被SDS萃取的大分子蛋白质；较低相对分子量（图中A2和A3部分）的条带则逐渐变浅，说明碳酸氢钠使得低分子量蛋白聚合。综合表明碳酸氢钠的添加促进了荞麦馒头中蛋白质的交联，这与魏晓明14研究结果一致，从而会影响图2中观察到的蛋白质面筋网络结构。根据文献报道，麦谷蛋白在温度为55 时开始交联聚合，麦醇溶蛋白在70 开始反应27。结合表3知，添加碳酸氢钠的荞麦馒头在加热过程中蛋白质的聚合于淀粉的糊化之前发生，且由图2知，添加碳酸氢钠后蛋白

29、质的网络结构更为连续、致密，因此连续致密的蛋白质网络结构可能会限制蒸制过程中淀粉的糊化程度，使得淀粉颗粒呈现出图2-B1中较为完整的形态，从而可以较充分的填充在网状结构中。图3 添加不同量碳酸氢钠的荞麦馒头中SDS-PAGE条带变化注：M:标准蛋白；15分别为添加0.0%、0.2%、0.4%、0.6%、1.0%碳酸氢钠的荞麦馒头2.6 感官评价由表4可知，添加碳酸氢钠对荞麦馒头的感官品质产生影响。色泽方面，低添加量的碳酸氢钠具有改善效果，高于0.6%的碳酸氢钠的添加会降低馒头色泽，这可能是高浓度碳酸氢钠会使馒头发黄，从而色泽发暗，评分降低。外观形状及其结构方面，一定量碳酸氢钠的添加能改善外观，

30、其中添加0.4%左右的碳酸氢钠改善效果较明显，表示馒头的形状更为对称、挺立。内部结构方面，0.21.0%碳酸氢钠均能改善纵切面的气孔状态，推测可能是食用碳酸氢钠提高了面筋网络结构，同时淀粉能够较完整地镶嵌于网状结构中，使得气孔间隙变小，呈现出均匀状态。弹韧性方面，低于0.2%碳酸氢钠的添加呈现显著提高，表示手指按馒头后，馒头复原性好，咬劲增强，这与表2中弹性、咀嚼度等结果略有差异，可能是感官评价会受人为因素干扰。黏性方面，对比空白组，添加食用级碳酸氢钠变化不明显。气味方面，低于0.6%碳酸氢钠的添加对气味无明显影响，继续添加则会掩盖杂粮香味，甚至产生异味。总分结果显示，一定量碳酸氢钠的添加可以

31、提高荞麦馒头评价总分，有利于荞麦馒头被消费者接受，其中当添加量为0.6%时，馒头的总体评分最高。添加量/%色泽形状、外观内部结构弹韧性黏性气味 总分07.78±1.37b15.85±1.56ab10.44±1.51b15.23±1.90b7.85±1.09a4.29±0.34a67.41±1.49c0.2 8.06±2.15b14.00±2.12b12.84±0.82a16.13±1.46a8.67±1.33a4.06±0.62a78.59±5.47b0.

32、4 8.03±1.00b16.96±1.60a12.67±1.22a15.78±1.77b8.15±0.65a4.29±0.52a78.71±4.25b0.6 8.52±0.85a15.92±2.07ab11.61±1.36ab15.50±2.26b8.33±1.37a3.92±0.71a80.00±6.78a1.0 7.11±1.64c15.63±2.94ab11.83±2.25ab15.33±2.80b7.93&

33、#177;1.80a2.71±0.52b74.60±7.32c表4 添加碳酸氢钠的荞麦馒头感官评价3 结论本文主要研究了食用碳酸氢钠添加对馒头品质特性（比容、质构及感官评定）和微观结构的影响，对淀粉糊化的作用以及对荞麦馒头中蛋白质交联聚合特性的影响，探讨其作用机制。结果表明添加碳酸氢钠可以改善荞麦馒头的感官品质，增加其比容和高径比，同时荞麦馒头的质构特性明显提高。RVA分析表明碳酸氢钠的添加使淀粉的峰值黏度、最终黏度明显增大，衰减值减小。SDS-PAGE结果显示添加碳酸氢钠促进了荞麦馒头中蛋白质的交联，并且其交联促使蛋白质网络结构更连续、致密，从而糊化的淀粉可以较完整地包裹

34、于淀粉网络中。因此，食用碳酸氢钠可以作为一种品质改良剂添加到荞麦馒头中，促进荞麦馒头的工业化生产。参考文献1 刘长虹. 蒸制面食生产技术M. 北京：化学工业出版社， 2011LIU Changhong. The produce teachnology of steamed dough productsM. Beijing: Chemical Industry Press, 20112 Wijngaard H H, Arendt E K. BuckwheatJ. Cereal Chemistry, 2006, 83(4):391-4013 Tomotake H, Yamamoto N, Yana

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