高纤维酸面团面包植酸变化及烘焙特性

高纤维酸面团面包植酸变化及烘焙特性摘要：本文通过向高筋粉中添加小麦麸皮和大麦麸皮制作高纤维营养面包，应用酸面团技术改善高纤维面包面团流变特性、烘焙特性，减小了面包中植酸含量；同时，通过引入淀粉酶和木聚糖酶探讨了酸面团技术和两种酶对高纤维面包老化特性的影响。关键词：植物乳杆菌；发酵麸皮；植酸；烘焙特性1.膳食纤维1.1膳食纤维的定义膳食纤维（dietaryfiber,DF），是一类新型的活性成分与功能性食品配料，被科学家誉为“第七营养素”。早在1953年，Hipsley首次提出了“膳食纤维”这一术语，指不能被消化的植物细胞壁成分。19年后，Trowell等在测定食品中各种营养成分时采用了此术语并对其定义进行了界定。1976，Trowell等补充了膳食纤维的定义不能被人体消化酶水解的植物细胞残留物和所有不能被消化的多糖（纤维素、半纤维素、寡糖、果胶、树胶、蜡状物）以及木质素。然而，“膳食纤维”的定义仍然在学术界有很大的争议，直到2008年，在南非召开的第三十届食品法典委员会会议上通过了对“膳食纤维”的国际标准化的规管定义。最终，在2009年将其定义为具有十个或更多的单体单元的碳水化合物聚合物，不能被人类小肠内内源酶水解并属于以下种类：1、消耗的食物中天然可食用的碳水化合物聚合物；2、通过生理学法、酶法或者化学法处理后的食品原材料，经专家普遍认证对健康有积极生理效应的碳水化合物聚合物；3、经专家普遍认证对健康有积极生理效应的合成的碳水化合物聚合物。1.2膳食纤维的分类及生理功效膳食纤维根据溶解性分为可溶性纤维和不可溶性纤维，前者包括果胶、树胶和粘胶，后者包括纤维素及某些半纤维素，此外，还有木质素、抗性淀粉等。膳食纤维虽然不能被人体消化吸收，但却具有重要的生理功效，尤其是在维护胃肠道健康方面。膳食纤维在大肠内促进肠蠕动并具有较高的吸水性能起到润肠通便，防止便秘和痔疮的作用；膳食纤维的摄入能增加饱腹感，减少糖的摄入，抑制血糖迅速升高，改善糖尿病症状，同时，促使体内消耗脂肪，利于减肥；此外，膳食纤维中某些成分能够结合胆固醇和胆酸，预防胆结石，降低血脂，预防冠心病等。1.3烘焙食品的主要膳食纤维来源及原料选择不同来源的膳食纤维其化学组成、物理特性及生理功效存在很大差异。在烘焙食品中主要的膳食纤维来源有大豆纤维，果蔬纤维和谷物纤维。大豆纤维作为一种纯天然膳食纤维，可添加到面包、饼干、面条、糕点、饮料、糖果及各种小食品中。膳食纤维的高持水性可减少焙烤食品水份损失而延长产品货架寿命，提高食品纤维和蛋白质含量，亦可作为特殊群体保健食品。果蔬纤维中不溶性纤维含量高，添加量过大时，会严重影响面包烘焙及老化特性，需通过添加适量活性面筋和增稠剂克服。而将其应用在饼干生产中用量越少，饼干品质越好，但对人体生理功效也大大降低了。谷物纤维是膳食纤维重要的来源，西方国家50%的纤维摄取于谷物。虽然精加工谷物中膳食纤维含量较少，但是副产物麸皮是一种成本低且富含膳食纤维的原料。小麦麸皮是小麦粉磨制产生的副产物，成本低，膳食纤维含量高。小麦麸皮中含有大量的碳水化合物（80%），戊聚糖是主要的多糖，主要由纤维素和β-葡聚糖产生，仅次于葡萄糖。可溶性膳食纤维包含少量的甘露糖和半乳糖。全麦粉中含有11%膳食纤维，阿拉伯糖和木糖含量较高。戊聚糖能够改善面包质量并且能够作为膳食纤维增加营养价值。此外，小麦麸皮具有天然的小麦风味，也是很好的蛋白质（16%）来源，富含B族维生素和矿物质。大麦麸皮是大麦加工中的副产品，一般占大麦粒的20%~25%，大麦的保健作用使人们对其摄入量日渐增多，大麦的保健作用主要依赖于较高的总膳食纤维含量和β-葡聚糖含量，保健作用包括有效地减少饭后血糖指数和胰岛素效应，降低血脂，尤其是血清中总的胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇。除了β-葡聚糖，大麦中也富有其他营养成分，如必需氨基酸，不饱和脂肪酸，维生素，矿物质和抗氧化物。2.麸皮对面包营养品质和烘焙特性的影响2.1麸皮对面包营养品质的影响碳水化合物不同谷物中主要的非淀粉多糖（NSP）、纤维素、阿拉伯糖基木聚糖（AX）和β-葡聚糖含量不同。对所有的谷物，纤维素主要在谷物外壳和外层。AX是小麦胚乳和糊粉层细胞壁主要组成物质，而大麦中，AX主要在糊粉层和麸皮中。小麦中大约25%~30%的AX是水溶性的。AX的水溶性对面包制作的机械特性尤为重要。而β-葡聚糖在大麦胚乳中分布均匀。小麦中的主要半纤维多糖是戊聚糖（阿拉伯糖基木聚糖），而大麦中主要是β-葡聚糖。小麦粉或小麦麸皮中的戊聚糖及其溶解度对加工特性具有积极的影响。水溶性多糖包括大量葡萄糖和少量的阿拉伯糖和木糖。在全麦粉和小麦麸皮中，阿拉伯糖和木糖的比值约为1.25:1，但是小麦粉中的半纤维素主要是木糖型。膳食纤维及其化学组成导致了膳食纤维功能和发酵特性的不同。2.2麸皮对小麦面团烘焙特性的影响膳食纤维含量的增加能够显著增加面团形成时间，面团稳定性和面包芯硬度，但是减少了柔软度和面包体积。添加纤维限制了参与面筋水合作用的水的量，使淀粉-面筋结构紊乱，影响了持气力导致比容明显下降。加入纤维对面团结构的不良影响主要是因为弱化了面筋网络结构，从而损害了持气力而不是产气力。亦有学者认为纤维-面筋之间的相互作用是造成纤维不良影响的主要原因，而不是面筋的稀释作用，气孔破裂或者粒子对面筋网络结构的干扰。小麦麸皮对面包比容具有较强的破坏作用，这种作用比对面筋蛋白的稀释作用要强。这种影响主要是因为麸皮-水相互作用。增加吸水率、添加起酥油和SSL并细磨小麦麸皮相结合能够克服添加麸皮带来的不利影响。随着大麦粉含量的增加，二氧化碳持气力减小，面包比容显著减小，面包心弹性减小，硬度增加。大麦粉的添加使淀粉糊化特性也受到了影响，峰值粘度、弱化度、回值和终值粘度均显著增加。延展流变性也发生了改变，在较低的拉伸力下面团即断裂，但低含量的去皮大麦粉（50%）并未显著影响面包比容和面包心质构。Gill等添加15%煮熟大麦粉替代制作的面包比容较高，面包心硬度减少。若在添加前热处理大麦粉，则糯大麦粉制作的面包品质更好。3.酸面团3.1酸面团技术及菌种选择酸面团在小麦面包和黑麦面包中的应用具有很悠久的历史。酸面团微生物一般包括酵母的混合物（主要是酿酒酵母）和同型或异型乳酸菌。乳酸菌（LAB）在发酵过程中起到了重要作用。乳酸菌能够通过产生有机酸将原材料快速酸化，有机酸主要是乳酸。同时还产生醋酸、乙醇、风味成分、细菌素、胞外多糖和一些重要的酶，增加了持气力，激活了面粉中内源蛋白酶，面筋和淀粉颗粒之间的水合作用，戊聚糖的溶胀，内源植酸酶引起的植酸复合物的溶解并抑制面包变质。3.2酸面团对面包烘焙特性的影响酸面团能够改善含大麦和燕麦的小麦面包，其改变程度取决于加入的大麦和燕麦粉的特征。Rieder等运用DoughLab比较了不同大麦粉和燕麦麸皮（替代40%），不发酵和酸面团（总面粉的20%）对混合小麦面团和面包特性的影响。全大麦粉酸面团增加了面团拉伸特性，改善了形成比。但酸面团对过筛大麦粉或者燕麦麸皮的影响较小。用燕麦麸皮做的面包比容最大，硬度最小，β-葡聚糖平均分子量最高。对燕麦麸皮的热处理钝化了酶导致β-葡聚糖降解降低。高分子量β-葡聚糖能够增加面团水相的粘度，从而稳定气孔，这可能是面包比容较大的原因。β-葡聚糖的水解作用能够改变燕麦麸皮流变特性，烘焙特性和营养特性，具有生理学潜质。Flander等添加高温下培养时间长的少量（10%）酸面团能够获得最佳的酸面团面包，储藏三天后比容最大，硬度最小，酸味也较小。小麦酸面团参数并未影响面包中β-葡聚糖含量，此外，直接发酵和酸面团都含有1.4~1.6gβ-葡聚糖/100g新鲜面包。燕麦粉β-葡聚糖平均分子量高于面包。这说明在发酵和烘烤的过程中β-葡聚糖发生了分解，在pH4.9~5.8范围内的面包不受影响。Edith等不加菌种用燕麦粉制备了两种不同的酸面团，连续在28°C或37°C下培养直至LAB组成稳定并鉴定LAB，分离出的LAB作为起始菌株应用到燕麦酸面团中。酸面团流变特性比未酸化和化学酸化的面团更柔软，这是因为增加了蛋白酶活力。向燕麦面包中加入燕麦酸面团，不论添加量和酸面团类型，面包的比容显著增加，质构得到改善。研究结果表明含有从燕麦中分离的乳酸菌的酸面团能够改善燕麦面包品质。4.实验方法4.1实验材料及试剂高筋粉、大麦麸皮和小麦麸皮成分测定分别参照AACC方法（2000）44-15A、46-12、08-01和32-07对高筋粉、大麦麸皮和小麦麸皮中水分、蛋白质、灰分和总膳食纤维的含量进行测定。4.2植物乳杆菌发酵麸皮酸面团的制备在MRS培养基中将植物乳杆菌经两次活化培养至对数后期，取20mL菌液（菌体浓度>108CFU/mL）在4500r/min转速下离心15min，无菌生理盐水冲洗两次后，加入300g水中，与200g麸皮混合均匀，放入28°C恒温恒湿培养箱中培养。4.3麸皮酸面团中菌落总数测定称取10g发酵麸皮，加入90g无菌生理盐水中破碎，经梯度稀释后选取合适稀释度，分别取溶液0.2mL于无菌培养皿中，浇注MRS琼脂培养基，并立即混匀。平板凝固后将其倒置，于28°C培养箱中培养48h后计数，每个梯度重复三次取平均值。4.4面包面团及面包的制备面包面团制作配方为高筋粉、食盐（1.5%，以高筋粉质量计）、酵母（1.5%）、白砂糖（6%）、起酥油（4%）、水（60%）和发酵麸皮。以未加麸皮酸面团的面包面团为空白组。大麦和小麦麸皮酸面团分别按高筋粉质量的10%、20%和30%加入。将除麸皮酸面团以外的所有原料经搅拌至面筋完全形成后，加入麸皮酸面团，慢搅5min后取出，在室温下覆膜松弛10min。将松弛后的面团分割90g/个，搓圆，成型，于醒发箱内（38°C、相对湿度85%）醒发1.5h，烘焙22min，上/下火温度为170/210°C。4.5麸皮酸面团及面包面团pH值、总滴定酸度（TTA）测定根据AACC方法（2000）02-52，称取样品10g，加入90mL无CO2蒸馏水中，磁力搅拌器搅拌30min，静置10min后测定pH。再用0.1mol/LNaOH溶液滴定至滴定终点pH=8.6，所消耗的0.1mol/LNaOH溶液的毫升数即为总酸度。重复三次取平均值。4.6面包面团动态流变特性分析取2.5g左右面团（不含酵母），运用动态流变仪进行动态流变实验，实验温度为25oC，直径为40mm的平板，扫描频率为0.1~40Hz，应力为0.5%。4.7面包面团流变发酵特性分析采用F3流变发酵仪测定面包面团的流变发酵特性。取面包面团150g，放入发酵篮中，测试条件实验温度38°C，面团重量150g，砝码重2kg，测试时间3h。每个样品至少重复两次，取平均值。4.8面包面团烘焙特性研究4.8.1面包比容测定将醒发、烘焙后的面包于室温下冷却2h，用油菜籽置换法测定面包体积，用电子天平称量面包质量，面包比容为面包体积和质量之比。4.8.2面包硬度测定采用TA-XT2i质构仪测定面包的硬度。用切片机将冷却3h的面包切为1cm/片，选取中间的两片叠加进行硬度分析。参数设定P/25探头，测试前速率1.0mm/s，测试速率3.0mm/s，测试后速率3.0mm/s，压缩程度50%，感应力5g，两次压缩间隔时间5s。每组样品至少测试4个平行取平均值。4.8.3面包芯气孔结构成像分析对Ozkoc等的研究方法稍作修改后对每组面包芯气孔结构进行成像解析，具体步骤为将厚度为1cm的面包片用松下KX-MB228CN型平板扫描仪进行扫描，设定分辨率为300dpi，得到的图像取中心部位3×3cm2大小用ImageJ软件进行分析，设定可分辨直径范围为100µm~100mm，经软件分析可得单位面积气孔的个数（气孔稠密度）和气孔表面积占总面积的比值（气孔表面积分率）。每组取两个面包中间的三到四片面包片，对面包芯进行成像分析，所得数据取平均值。4.8.4面包感官评定面包烘好3~5h后进行评定。采用9分嗜好评分法分别对不同组麸皮酸面团面包的外观、颜色、风味、口感以及整体可接受度进行喜好评分。评委共12人，女性7位，年龄范围为20~35岁。评定结果取平均。4.9麸皮酸面团、面包面团及面包中植酸含量的测定植酸标准曲线测定分别取1.057mg/mL的植酸标准液0、1、2、3、4、5mL，加水至5mL，再加入4mL反应液，震荡均匀后3000r/min离心10min，放置15min后，测定500nm下的吸光值。发酵剂在发酵过程中植酸含量测定准确称取麸皮酸面团2.0g于烧杯中，加入10mL0.5mol/L盐酸溶液震荡1h提取植酸，震荡后4000r/min离心15min，取出上清液定容至10mL，将上清液过微孔滤膜，所得清液备用。取上述清液0.5mL，加入4.5mL去离子水，再加入4mL反应液，震荡均匀后在3000r/min离心10min，放置15min后，立即测定500nm下吸光度，根据标准曲线计算植酸含量。面团和面包中植酸含量测定准确称取破碎后面团（面包芯）2.0g于烧杯中，其余步骤同发酵剂测定方法。4.10高纤维面包老化特性研究面包面团及面包的制作面包面团配方为高筋粉、食盐（1.5%，以高筋粉质量计）、酵母（1.5%）、白砂糖（6%）、起酥油（4%）、水（60%），其余组分如表1-1所示。以未加麸皮的面包为空白组（C），添加未发酵麸皮的面包为对照组（B,W）。大麦和小麦麸皮以及麸皮酸面团均按高筋粉重量的20%加入。按照中面包制备方法制作面包。表1麸皮面包和麸皮酸面团面包部分配方表注：C：空白组；B：大麦麸皮非酸面团组；W：小麦麸皮非酸面团组；BS：大麦麸皮酸面团组；WS：小麦麸皮酸面团组；BSA：大麦麸皮酸面团淀粉酶组；WSA：小麦麸皮酸面团淀粉酶组；BSX：大麦麸皮酸面团木聚糖酶组；WSX：小麦麸皮酸面团木聚糖酶组。5.测试结果5.1高筋粉、大麦麸皮和小麦麸皮的基本成分表2高筋粉、大麦麸皮和小麦麸皮的部分基本成分含量如表2，将大麦麸皮和小麦麸皮过40目筛后测定其基本组分，大麦麸皮和小麦麸皮的灰分含量和总膳食纤维含量均远远大于高筋粉，蛋白质含量略低于高筋粉，小麦麸皮的含水量与高筋粉相近，大麦麸皮含水量较低。5.2麸皮酸面团植物乳杆菌生长及产酸情况5.2.1酸面团发酵过程中活菌数目的变化图1：高筋粉和麸皮基质中活菌数目植物乳杆菌在高筋粉、大麦麸皮和小麦麸皮基质中发酵过程的活菌数目如图1所示，在发酵时间为0~24h期间，不论在高筋粉基质还是在麸皮基质中，乳酸菌活菌数目均随发酵时间的增加而不断增加。这说明了植物乳杆菌能在高筋粉和麸皮基质中良好生长。5.2.2麸皮发酵过程中pH和总酸度（TTA）的变化图2：高筋粉和麸皮发酵过程中pH和TTA变化pH反映了样品中H+的浓度，即离解的酸的浓度。其大小与样品中酸的性质与量以及样品中缓冲物的量与缓冲能力相关。总酸度指食品中所有酸性成分的总量，包括离解为H+的游离态的酸，也包括未离解的结合态和酸式盐，通过标准碱滴定得来的样品中的总酸度亦称可滴定酸度（TTA）。6.小结大麦麸皮和小麦麸皮中灰分和总膳食纤维含量均远大于高筋粉，在乳酸菌发酵过程中灰分含量影响了pH和TTA的变化。pH的变化反映了乳酸菌在基质中的生长情况。在高筋粉和麸皮基质中，植物乳杆菌均能良好生长。高筋粉和大麦麸皮基质的初始pH较低，高筋粉基质的pH在发酵过程中下降最快，乳酸菌在极短的延滞期后，马上进入对数期（2~1