苦荞,又称菠麦、乌麦、花荞,富含多种生物活性物质,是重要的药食兼用和健康养生作物,被誉为“五谷之王”。苦荞中蛋白质含量为11.1%～12.2%,脂肪含量为2.81%,淀粉含量为40.70%～86.41%,膳食纤维含量为25.97%,并且含有其他荞麦类作物缺乏的芦丁、槲皮素等黄酮类化合物[1]。随着生活水平的提高,消费者对高营养价值面包的需求日益增长。目前,关于苦荞粉添加面包产品的研究较少。苦荞不含面筋蛋白,且苦荞中的大分子化合物易对小麦粉中面筋蛋白间的相互作用造成干扰,导致面包品质较差,限制了苦荞粉在面包烘焙行业中的应用[2]。
面包质构及感官品质的改良方法通常有4种:使用添加剂(如酶制剂、亲水胶体和乳化剂等)、优化制作工艺、使用天然发酵菌种(如酸面团等)、改变存储温度。SERVENTI等[3]在复合小麦木薯面包中添加脂肪酶、淀粉酶及木聚糖酶,最终制得的面包质地柔软,孔径较大。二次发酵法是指在生产工艺中对面团进行二次发酵的一种制作方法,由于其发酵时间较长,可使面团充分产气,发酵香味更浓厚[4]。酸面团是由原料及环境中的酵母菌或乳酸菌发酵而成的一种面团,可改善面团的延伸性及可塑性,是加工无面筋质、高膳食纤维发酵面制品的良好选择[5],此外酸面团的加入可以显著提高面包的持水性和抗老化性,延长货架期[6]。二次发酵工艺及酸面团技术既能改善面包品质,又具有“绿色标签”的优势,因此与添加剂相比更具优势。张莉莉等[7]以葡萄干代替市售酵母粉作为发酵原料对面包制作工艺进行优化,在培养温度26 ℃,培养时间4 d,葡萄干与白砂糖比例10∶1的条件下,面团发酵的程度与添加市售酵母粉的面团相当。SAKA等[8]研究表明相比于直接发酵面包,运用二次发酵工艺获得的全麦面包具有更高的抗氧化活性,且大众接受程度较高。周一鸣等[9]以植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum,Lp)、类食品乳杆菌(Lactobacillus paralimentarius,Lpa)和发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum,Lf)发酵酸面团,结果表明复合乳酸菌(Lpa∶Lp∶Lf=1∶1∶1)发酵的酸面团可显著提高面包的质构、延长货架期。BELTR
O等[10]研究发现酸面团和橡子粉的组合降低了淀粉水解的速度和程度,并增加了面包中的矿物质含量、总酚类化合物和抗氧化活性。
本实验旨在研究苦荞粉添加量对直接发酵吐司面包烘焙品质的影响,并通过二次调制的制作方式及应用酸面团技术达到改善吐司面包品质、延长货架期的目的,为研发出焙烤品质为消费者接受的绿色无添加苦荞面包产品提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
蓝金山高筋小麦粉(72.0%淀粉,12.8%蛋白质,11.3%水分),益海嘉里食品营销有限公司;大凉山黑苦荞粉,四川省凉山彝族自治州;绿宝石葡萄干,新疆昌吉回族自治州;高活性干酵母,安琪酵母股份有限公司;百钻优级白砂糖,安琪酵母股份有限公司;南侨无水酥油,广州南侨食品有限公司;精制加碘食用盐,中盐上海市盐业有限公司。
1.2 仪器与设备
PHS-25 pH计,浙江纳德科学仪器有限公司;THZ-98A恒温振荡器,上海巴玖实业有限公司;ASM-DM12K厨师机,北美电器(珠海)有限公司;TA.XTC-18质构仪,上海保圣实业发展有限公司;SM-32S醒发箱,新麦机械有限公司;YXD-Z204面包烤箱,广州焙可达机械设备有限公司;NR-EW57S1-S速冻冰箱,松下电器有限公司;UNOPAN吐司切片器,三能器具有限公司;JY10002电子天平,杭州微米派科技有限公司;ME204E万分之一天平,梅特勒托利多科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 制备直接发酵吐司面包
以取代小麦粉的方式添加苦荞粉,添加量分别为5%、10%、15%、20%(质量分数,占小麦、苦荞混合粉总重),去离子水、糖、酵母、食盐、起酥油的添加量分别为60%、4%、1.4%、0.6%、4%(质量分数)。首先,将混合粉、糖粉、食盐搅拌均匀,加入酵母水溶液(预先将酵母粉溶于去离子水),面团初步发展成型后,加入起酥油,继续搅拌至筋膜形成;然后,分割面团,搓揉成圆球形,静置3～5 min,经压薄、折叠、成型,放入吐司模具;随后,放入醒发箱(温度38 ℃、相对湿度85%)中醒发至模具的九成高;最后,置于上火温度170 ℃,下火温度180 ℃的烤箱中烘烤30 min。烘烤结束后,立即倒出吐司面包,静置2 h,用于后续分析实验。以未添加苦荞粉为对照组。
1.3.2 制备二次调制吐司面包
面包的组成及添加量同1.3.1节。将苦荞粉与小麦粉混合、过筛,预先取一半的混合粉(总质量的50%,下同)、去离子水(30%),搅拌成团,置于醒发箱中进行第一次发酵(30 ℃、相对湿度75%、2 h);随后,与剩余的原辅料(除起酥油)混合,搅拌成团,加入起酥油,混揉至拉出薄膜。后续成型、醒发、焙烤过程同1.3.1节。以未添加苦荞粉的二次调制吐司面包为对照组。
1.3.3 制备酸面团
葡萄干天然酸面团的制备方法参考郑志熊[4],并作适当修改。称取葡萄干(100%)、糖粉(50%)和无菌去离子水(200%),置于无菌玻璃罐中,摇匀,25 ℃下发酵5 d,期间每天开盖摇晃1次以促使空气进入,获得上清液(即发酵液);取发酵液(100%)、小麦粉(100%),搅拌均匀,25 ℃下静置12 h;然后再次加入小麦粉(100%)、无菌去离子水(100%),混合均匀,25 ℃下静置10 h,即为酸面团。
1.3.4 制备添加酸面团的二次调制吐司面包
酸面团的添加量为20%(质量分数),配料中小麦粉和水的实际添加量作适当调整(减去酸面团中小麦粉及去离子水含量),且在第二次调制面团时加入,其余成分及制作方法同1.3.2节。
1.3.5 吐司面包比容测定
按照国家标准GB/T 20981—2021《面包质量通则》,利用油菜籽置换法测定吐司面包体积。依据公式(1)计算比容:
(1)
式中:θ,吐司面包比容,mL/g;V,吐司面包体积,mL;m,吐司面包质量,g。
1.3.6 吐司面包质构测定
使用面包切片器切取面包片,每片面包片厚度为25 mm,取中间两片面包片作为测试样品。吐司面包质构测试方法:选用TA/36R柱形探头,测前速度为1 mm/s,测试速度为1.7 mm/s,测试后速度为5 mm/s;测试类型为下压,目标模式为形变,目标压缩数值为40%,压缩2次,时间间隔为2 s;触发点数值为5.0 gf,返回距离为30 mm。通过质构分析测试吐司面包样品的硬度、弹性及咀嚼性。
1.3.7 吐司面包老化率测定
测定4 ℃下冷藏7 d吐司面包(使用自封袋密封)的硬度,方法同1.3.6节。吐司面包的老化率如公式(2)所示:
(2)
式中:H,老化率,gf/d;Hn,储藏n d后的吐司面包硬度,gf;H0,新鲜吐司面包的硬度,gf;n:储藏时间,d。
1.3.8 面团质构测定
制备不同面团样品,取50 g,进行面团样品的弹性、硬度和回复性分析。测试条件为:选择TA/0.75S球形探头,测前速度为3 mm/s,测试速度为1 mm/s,测后速度为1 mm/s;测试类型为下压,目标模式为形变,目标数值为20%,按压时间为5 s;触发点数值5.0 gf,返回距离为30 mm。
1.3.9 数据统计与分析
每组试验重复3次,使用Excel软件对实验数据进行记录;使用SPSS 20.0软件对数据进行单因素方差分析;使用Origin 2021软件进行图形的绘制。
2 结果与分析
2.1 吐司面包比容
不同苦荞粉添加量下直接发酵、二次发酵及酸面团二次发酵吐司面包的比容如表1所示。3种面包的比容皆随着苦荞粉添加量的增大而减小,表明苦荞粉的添加对吐司面包比容产生不利影响。这可能是由于苦荞粉的添加影响了发酵过程中面团内部气孔的大小和分布均匀性,导致面团的产气、持气性变差[11]。此外,苦荞粉不含面筋蛋白,导致苦荞、小麦混合粉中面筋蛋白含量降低,面筋网络结构保留气体的能力下降,面包体积减小。
表1 含苦荞粉的3种吐司面包比容测定结果 单位:mL/g
Table 1 Specific volume of three types of toast containing buck wheat flour
苦荞粉添加量/%直接发酵面包二次发酵面包酸面团二次发酵面包02.30±0.043cA2.63±0.026bB2.76±0.057aC52.27±0.059cA2.60±0.078bB2.74±0.071aC102.22±0.029bcA2.55±0.050abB2.71±0.042aC152.17±0.036abA2.52±0.042abB2.66±0.085aC202.09±0.045aA2.46±0.036aB2.60±0.042aC
注:表格中数据代表平均值±标准偏差;不同的上标字母代表样品间具有显著性差异(P<0.05);小写字母为组内差异分析,大写字母为组间差异分析(下同)。
在相同苦荞粉添加量下,二次发酵吐司面包的比容显著高于直接发酵吐司面包,意味着二次发酵工艺有助于提高吐司面包体积。研究表明,面包的比容主要由面团中CO2体积及面团流变学特性决定[12]。部分面粉与水混合、预先发酵,其中天然存在的乳酸菌和酵母菌生长繁殖,分别对面团发挥酸化作用、蓬松作用,最终改善二次发酵面包比容。并且,加入酸面团的二次发酵吐司面包的比容也明显大于二次发酵吐司面包。酸面团在发酵过程中,代谢合成有机酸,促使面筋蛋白分子间的静电排斥作用力增强,面筋结构较为舒展[13],结合商用面包酵母发酵累积的大量CO2,最终表现为面团充分膨胀、面包比容增大。邹奇波等[14]使用食窦魏斯氏菌(Weissella cibaria T5)和马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus ATCC36534)混合发酵酸面团,制成的全麦酸面团面包比容显著提高。
综合上述比容结果可知,通过优化面包发酵工艺,可削弱苦荞粉对吐司面包比容的负面影响,而酸面团技术和二次发酵工艺相结合的效果更为显著。
2.2 吐司面包硬度
苦荞粉添加量越大,烘焙当天吐司面包的硬度越大,其中,20%苦荞粉分别使新鲜直接发酵、二次发酵和含酸面团二次发酵吐司面包的硬度增加了15.6%、47.3%、29.1%(表2)。面包比容通常与烘焙当天的硬度成负相关性。大量苦荞粉的添加阻碍了面筋网络结构的形成,面团的延伸性降低,不利于面团在发酵过程中的蓬松,从而增加了面包的硬度[15]。
表2 含苦荞粉的3种吐司面包硬度测定结果
Table 2 Hardness of three types of toast containing buck wheat flour
苦荞粉添加量/%直接发酵面包/gf二次发酵面包/gf含酸面团二次发酵面包/gf081.64±5.94aC57.42±6.46aB51.42±4.10aA583.12±3.66aC66.54±5.92abB54.96±6.93aA1088.09±0.92aC74.86±4.80abB57.21±3.25aA1586.90±6.73aC77.62±5.73abB57.33±2.29aA2094.38±2.96aC84.57±2.63bB66.38±5.15aA
添加苦荞粉后,直接发酵吐司面包的硬度皆最高,而含酸面团二次发酵吐司面包的硬度最低,表明二次发酵及其与酸面团结合均可用于增强苦荞粉添加吐司面包的柔软性,且两者相结合的效果更明显。ZHAO等[16]认为面包的硬度与发酵次数呈负相关。CAPPA等[17]研究认为乳酸菌的代谢物改善了面团的流变学性质,提高了面包在发酵和烘烤过程中维持形变的能力。
上述结果表明,苦荞粉的添加导致吐司面包产品的硬度增加,但可通过适当增加发酵次数或应用酸面团技术有效降低吐司面包硬度。
2.3 吐司面包弹性
面包的弹性是指面包芯被压缩后恢复的程度,弹性越大,面包的品质越好[18]。由图1可知,苦荞粉的添加使直接发酵吐司面包的弹性下降,但差异性不明显,二次发酵吐司面包的弹性显著或稍显著低于未添加苦荞粉的二次发酵吐司面包,与未添加苦荞粉的含酸面团二次发酵吐司面包相比,5%、10%、15%添加量导致弹性明显下降,而20%苦荞粉使弹性有所上升;此外,3种面包组间的弹性无显著的差异。苦荞粉中富含的可溶或不可溶性大分子成分对面团弹性的影响具有两面性,较低添加量时干扰了面筋的形成,最终表现为弹性下降,较高添加量下,大分子物质提供的支撑作用提高了面包的弹性。发酵次数的增加及酸面团的添加促使面团中面筋结构发生弱化,面包的弹性下降,苦荞粉中的大分子物质也可增强弱化面筋结构抵抗变形的能力。马洁[19]将大米粉与苦荞麦粉相混合制成米粉面包,研究发现与同品种纯米粉面包相比,该混合面包的弹性呈现先减小后增大再减小的趋势。
图1 不同苦荞粉添加量下3种吐司面包的弹性
Fig.1 Elasticity of three types of toast with different buckwheat flour addition
注:不同的上标字母代表样品间具有显著性差异(P<0.05);小写字母为组内差异分析,大写字母为组间差异分析(下同)。
2.4 吐司面包咀嚼性
面包的咀嚼性与面包的感官品质呈负相关,其数值越大,口感越差[20]。如图2所示,3种吐司面包的咀嚼性均随着苦荞粉添加量的增加而增加,说明苦荞粉的添加致使吐司面包的口感更加粗糙,这可能是因为不溶性膳食纤维的存在增大了面包内部结构的摩擦。与直接发酵吐司面包组相比,二次发酵吐司面包的咀嚼性显著降低,并与添加酸面团的二次发酵吐司面包相当,意味着二次发酵方式可有效提高苦荞粉与小麦粉的相容性,从而改善面包的口感,而酸面团的酸化作用会导致面团中部分蛋白和淀粉发生水解,并引起一些物理化学变化[21]。吴淑蒙[22]以乳酸乳球菌(Lactococcus lactis FCP1921)作为发酵菌株,研究玉米油酸面团对面包质构品质的影响,发现添加了玉米油酸面团的面包更柔软,易于咀嚼及吞咽。
图2 不同苦荞粉添加量下3种不同吐司面包的咀嚼性
Fig.2 Chewiness of three types of toast with different buckwheat flour addition
2.5 吐司面包老化率
面包老化率与面包品质呈负相关,老化率越大,意味着面包硬化的速度越快,消费者对产品的接受度越低。由图3可知,苦荞粉的加入使3种吐司面包的老化率皆上升,上升幅度随添加量的增大而增大,但差异性不显著,这可能是由于平行性较差;二次发酵吐司面包的老化率显著低于直接发酵吐司面包,而添加酸面团的二次发酵吐司面包的老化率最低。结果表明,苦荞粉的添加导致面包老化加快,但二次发酵方法可明显延缓面包老化,且其与酸面团的结合能够进一步抑制面包老化。
等[23]发现新鲜、冻干的酸面团均可以延缓面包老化,且新鲜酸面团的添加量为20%～30%时,面包的货架期最长。支链淀粉的重结晶和水分的迁移是面包老化的主要原因[24]。二次发酵制作工艺及酸面团技术可使面团中的淀粉酶保持较高的活性,改变淀粉分子的大小,从而影响支链淀粉分子的有序化重排过程和水分子的再分配,最终延缓面包的老化速率[25]。
图3 不同苦荞粉添加量下3种不同吐司面包的老化率
Fig.3 Staling rate of three types of toast with different buckwheat flour addition
2.6 面团质构
苦荞粉、小麦粉、水经混揉后形成黏弹性面团,再经醒发、烘焙等过程,变成面包产品。因此,面团特性与面包烘焙品质息息相关。苦荞粉的添加均使3种面团的硬度增加,且硬度的上升程度与其添加量成正比,而二次发酵工艺促使苦荞粉添加面团的硬度明显减小,酸面团的应用进一步促使面团硬度下降(图4-a)。如图4-b所示,面团被压缩后的恢复力与苦荞粉的添加量成反比,直接发酵面团组>二次发酵面团组>酸面团二次发酵面团组,表明苦荞粉的添加使面团弹性变差,二次发酵工艺导致面团弹性下降,其与酸面团的共同应用使面团弹性值进一步下降。孔晓涵等[26]同样也发现面团中添加了荞麦粉后,面团的结构变得松散,黏弹性降低。如图4-c所示,苦荞粉具有降低面团回复性的趋势,而3组面团之间无明显差异。
a-硬度;b-弹性;c-回复性
图4 不同苦荞粉添加量下三种面团的硬度、弹性和回复性
Fig.4 Hardness, elasticity and resilience of three types of dough with different buckwheat flour addition
苦荞粉无面筋蛋白,加工特性差,稳定性差,因此苦荞粉的添加降低了面团的吸水性和稳定性,导致面团硬度提高、弹性及回复性下降,加工特性变差[27]。二次发酵面团中乳酸菌代谢产生的有机酸增加了面筋蛋白的溶解性,提高了面筋结构的柔软性,面团更易被塑形[28],因而面团的硬度、弹性明显降低。尽管酸面团发酵时累积有机酸,导致面团的硬度、弹性进一步降低,但未对面包的烘焙品质造成不利影响(见上述面包烘焙品质分析)。
3 结论
随着苦荞粉添加量的增加,3种吐司面包的硬度、咀嚼性及老化率逐渐增加,弹性及比容逐渐降低,说明苦荞粉对吐司面包的质构特性产生负面影响。二次调制后,面包的比容、硬度、弹性、咀嚼性及老化率皆显著优于直接发酵吐司面包,因此增加发酵次数是一种有效改善苦荞粉添加面包品质的方法。与二次发酵吐司面包相比,添加酸面团后,比容、硬度和老化率进一步改善,意味二次调制工艺与酸面团技术的联合应用在改善苦荞粉添加面包品质上更具优势。本研究表明适当增加面团发酵次数及应用酸面团技术可作为天然无添加的面包烘焙品质改良方法,扩大了苦荞粉在面包烘焙行业中的应用范围,对改善营养强化面包产品品质具有指导作用。
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