仿手揉多向压延技术对面团及馒头品质的影响

馒头作为我国北方最传统最受欢迎的面食之一,其制作工艺仍一直在不断改善,在馒头制作过程中面团的处理工艺是影响馒头品质的关键因素。采用不同的加工工艺改变小麦面制品性能,提高终产品的质量是小麦粉面制食品持续研究的热点。手工馒头制作过程中可以根据个人口味进行调整,面粉和水的比例、揉面的力度等都可以自由控制。因此,手工馒头更容易做到松软、有弹性的口感,让人吃起来更加满意。手工制作面团的过程依赖于双手对面团的感知,可以避免面团的过度混合,与机制面团的加工相比更加灵活可控[1]。工业馒头采用了机械化生产和标准化工艺,使得其生产过程无法像手工制作的馒头那样注重细节和个性化调整,由于机器制作的限制性,无法完全复制手工揉面的技巧和经验,导致机制面食难以模仿手工面食的口感。工业面团的制备工艺可以分成和面、压延、醒发三部分,目前馒头的工业化生产和面设备多采用卧式单轴搅拌,可控制和面时间、温度、揉面力度等参数,确保了面团品质的一致性,和面效果高效稳定。压延设备主要是压面机对面团进行单向压延,通过用力按压和滚动的方式使其变薄和扩展的过程。压延带来的能量输入是面筋网络形成的必要条件。有研究表明,压延过程中水分子能够通过影响氢键、二硫键等分子间相互作用参与面筋蛋白结构的形成,进而调控面条的宏观品质[2]。在此过程中,如果输入功不足,面筋网络就不能完全形成,随着混合过程中能量输入的增加,蛋白质网络形成的均匀性增加,使面团内部的水分与面筋蛋白更充分的结合,面团逐渐发展到一个最佳状态,但是面团的持续能量输入最终会导致面筋网络崩溃,使面团失去弹性[3]。也有研究表明,压面次数对馒头品质有显著的影响[4]。因此,控制面团压延过程中的受力效果就成为缩短工业馒头和手工馒头品质差距的重要方法。

新改进的压延方式是模拟人手在揉面时对面团施加不同方向的力,可使面筋网络的分布呈多向交织的状态,在相同压延次数时经多向压延后的面团和馒头,整体品质均高于单向压延处理的面团和馒头。之前也有类似的压延实验,张煌等[5]研究了不同折叠送料方式对面团的影响,也证明压延工艺对面团和馒头的品质有较大影响。因此,多向混合压延可以减少压延的次数,缩短面团在生产线上的滞留时间,减少能耗的同时也能提高生产效率。新型仿手揉压延技术对馒头品质的提高有积极影响,在实际生产中也可通过对压延方式的调整达到改良馒头品质的目的,为馒头的加工工艺提供新的探索方向。

1 材料与方法

1.1 实验材料

金苑特一粉,河南金苑粮油有限公司;活性干酵母,安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

DMT-5电动两刀压面机,龙口市复兴机械有限公司;Alveolab全自动吹泡仪,法国肖邦技术公司;F3流变发酵仪,法国肖邦技术公司;TA-XT Plus型TPA质构仪,英国Stable Micro System公司;TenSorⅡ型傅里叶红外光谱仪,北京普析通用仪器有限责任公司;NMI20-60H-I型低场变温核磁共振成像分析仪,苏州纽迈分析仪器股份有限公司;BTP.8XL.0冷冻干燥机,美国SP科学公司;DHR-2流变仪,美国TA仪器沃特斯科技(上海)有限公司;捷克泰思肯 TESCAN MIRA 场发射扫描电镜,捷克泰思肯贸易(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 面团及馒头的制备

参考邓丽丽等[6]和ZHAO等[7]的和面方式并进行改进。称取小麦粉200 g,将2 g干酵母加入100 g温水中,搅拌活化3 min,用和面机中速(70 r/min)搅拌10 min,室温下密封熟化10 min。压面机压至面片表面光滑后手动卷切成型。温度(32±2) ℃、湿度85%醒发40 min,蒸制20 min,焖3 min后开锅,冷却30 min后于保鲜袋中密封备用。

仿手揉多向压延工艺:参考李逸群[8]的方法并加以改进,将熟化后面团竖直放入压面机,进出1次后将面片对折,面片整体旋转45度再放入压面机,压出后将面片沿45度角折叠成面带,再竖直放入,连续3次操作后继续循环第一步操作,分别压延5、15、25次。

1.3.2 面团动态流变特性的测定

采用振荡模式下的频率扫描对发酵面团进行动态流变学检测,使用直径为40 mm平板,频率扫描参数设置0.05%的应变和25 ℃的温度。频率范围0.01～10 Hz。记录面团的弹性模量(G′)、黏性模量(G″)和损耗角正切tanδ(G″/G′)[9]。

1.3.3 面团发酵特性的测定

使用肖邦F3流变发酵仪,将不同压延处理后的315 g面团置于发酵篮中,按照操作规程进行测定。实验条件:实验温度35 ℃,测试周期3 h,砝码质量2 000 g[10]。

1.3.4 面团水分分布和迁移的测定

用保鲜膜将3 g形状一致面团样品包好放入样品管,置于磁场射频线圈的中心位置,采用低场核磁共振波谱法,进行CPMG脉冲序列测样,对其内部的水分分布情况进行研究[11]。

1.3.5 蛋白质二级结构的测定

采用傅里叶红外光谱法(Fourier tansform infrared spectroscopy,FTIR)对不同压延处理面团冻干粉的蛋白二级结构进行测定。使用ATR操作台,光谱范围:4 000～400 cm-1,分辨率:4 cm-1,扫描次数:32次,用空气作为空白进行测定扣除背景。用Peak Fit 4.12软件对谱图进行分析,对酰胺I吸收峰(1 600～1 700 cm-1)进行基线校正与高斯去卷积技术处理和二阶求导后进行曲线拟合,分析得出各二级结构分布比例[12]。

1.3.6 面团内部结构的测定

将冻干面团分割成小块,放在测试台上,经离子溅射喷金后,置于扫描电子显微镜下放大500倍和1 000倍观察样品SEM微观结构[10]。

1.3.7 馒头质构的测定

根据CAO等[13]方法,取馒头芯部厚度为15 mm的馒头片。使用P/50圆柱形探头进行测量,测量参数为:测前速度3 mm/s,测后速度1 mm/s,测中速度1 mm/s,压缩比为50%,重复压迫2次,每组样品做5次平行。

1.3.8 馒头的感官评价

参考GB/T 35991—2018《粮油检验小麦粉馒头加工品质评价》、SB/T 10139—1993《馒头用小麦粉》及TIAN等[14]的评价方法,以刀切型南方馒头的评价体系为基础,结合工业化馒头的品质特性,对感官评分表进行修改,馒头感官评分表如表1所示。将熟制的馒头置于室温下冷却20 min,组织10名有经验的感官评定人员进行感官评分。

1.4 数据处理

试验中测定所得的数据统计使用Excel 2021和SPSS 23软件进行分析。制图软件为Origin 2022。

2 结果与分析

2.1 不同压延处理对面团吹胀特性的影响

P值表示吹泡过程中所需最大压力,与面泡内最大压力值成正比,P值越大,面团弹性越大[15]。由表2中数据可以看出,在2种不同的压延处理下,随着压延次数的增加,面团的延展性P值均增大。在相同压延次数下多方向混合压延的P值均高于单一方向的压延处理,说明多次和多方向对面团施加外力进行压延可使面团中的水分与面粉结合得更加充分,可形成具有更好延展能力的面筋网络结构。P/L值表示曲线的形状,反映了面团柔韧性和延展性的相互关系,是面团阻力与延伸性的比值,当P/L大时,表示面团的韧性强, 反之P/L小则表示其延展性较强[16]。在单向压延和多向压延中,压延15次的P/L值均处于适中水平,单向压延15次的P/L值为8.36,多向压延15次的P/L值为8.46。

压延5次时,单向压延和多向压延2组面团的烘焙胀发能力值(W值)之间没有显著性差异且数值较低,随着压延次数和方向的增加,US-25、MDS-15次、MDS-25,3组W值显著升高。由于3组之间也没有显著性差异,且15次多方向混合压延在实际生产制作过程中更加方便快捷故选择此方法为最佳。

2.2 不同压延处理对面团动态流变特性的影响

由图1可以看出,在测定频率范围内,弹性模量G′均大于黏性模量G″,tan δ小于1,弹性在面团中占据主导地位。多向压延的面片面筋网络紧密,抗机械能力强,不易发生形变,面团质地较韧且硬,表现为G′值较大[17-18]。单向压延的面团G′和G″值都较低,采用混合多向压延的G′和G″值都有所增加,说明面团弹性和黏度都在增加,这可能是由于面筋通过充分的延伸后,面团内部的水分与面团结合的更加均匀,使黏性成分增大。表明多方向压延更容易使面团中的弹性和黏性成分增加,而压延次数的累加也可以达到同样的效果。由图1-C可知,其他压延方式组的tan δ值要明显低于压延15次组,tan δ值的逐渐增大,面团更偏向于黏性,表明了压延次数和压延方向的加强可以使面团中的黏性成分比重变大。

2.3 不同压延处理对面团发酵特性的影响

Hm是面团发酵过程中产气和持气能力的综合体现,通常产气越多、持气性越好的面团Hm值越大,随着压延次数和压延方向的增加,发酵面团的Hm值呈现缓慢升高的趋势,说明压延对面团内部的面筋网络结构形成有促进作用。面团需要足够的强度来包裹醒发过程中产生的发酵气体,同时需要足够的弹性允许气体膨胀[19]。当压延次数达到25次时,面团发酵高度有下降趋势,可能是过度的压延会破坏面筋网络结构的稳定性和均一性,使酵母产生的CO2和有机酸等代谢产物对面筋网络结构的破坏加剧,导致面团在发酵过程中更早的塌陷,这一点在弱化系数和持气时间上也有同样的表现。

弱化系数是由面团最大发酵高度与面团最终高度差值占最大发酵高度的比例,通常认为弱化系数越小面团的耐受性就越强,表明面团内部分孔隙空间的稳定性越高[20]。在3种压延次数下,经多向压延后的面团弱化系数均小于单向压延,在多向压延15次时弱化系数达到最小,持气时间和气体保留系数也达到最大,说明该处理方式对面团发酵及结构稳定性的帮助最大(表3)。

2.4 不同压延处理对面团水分迁移的影响

由表4可知,A21含量增加,表明在折叠和变换方向的压延过程中,面团内部的一部分弱结合水转变为更稳定的深层次结合水,使面团内部深层次结合水的比例增大,原因可能是施加不同方向的力可使面团中的面筋形成更加均匀质密,面筋与水分的结合状态也更加紧密,从而使面团中的水分自由度降低,馒头的最终品质也会提升[21]。随着压延次数的增加,单向压延和多向压延的水分变化情况呈现出相似的趋势,各组的T21和T22几乎没有显著性差异。在多向压延25次时A23含量升高,表明过度压延对面筋网络的破坏作用可能导致其持水性变差,发生水分的游离。

2.5 不同压延处理对蛋白质二级结构的影响

蛋白的二级结构主要由非共价作用力维持。当所处环境发生改变时,蛋白分子会发生构象重排以达到能量最低状态,来保持相对稳定[22]。面团中β-折叠或α-螺旋的增加可以使整个结构更加稳定[23],同时也能够提高面团的弹性,这与结论分析2.2节中储能模量的变化相一致。由图2数据可以看出,随着压延次数和方向的增加,面团的α-螺旋结构增多,在对面团进行多向压延15次时,α-螺旋结构达到最大值,后续再进行压延,α-螺旋结构又显著减少,说明本来已经稳定的二级结构又遭到破坏,开始向不稳定的无规则卷曲移动。由此可知,多方向的压延可使蛋白质结构由无序变有序,结构趋于稳定状态。

2.6 不同压延处理对面团微观结构的影响

面筋蛋白可以使淀粉颗粒嵌入具有许多不同尺寸的紧密但不连续的网络中,这些淀粉颗粒的嵌入可以使面筋网络结构的表面变得均匀光滑[24]。由图3可以看出,一开始面团表现出不连续的表面结构,具有散射的蛋白质碎片,内部结构不均匀,包含许多大孔,同时大量淀粉颗粒暴露在面筋网络结构之外。随着压延次数增加,面筋网络呈现出更连续的状态,变得少孔,淀粉颗粒被牢牢地固定在蛋白质基质中并整合成一个整体。面团中面筋蛋白整体结构细致,显示出一个更紧凑的谷蛋白网络,面筋结构变得连续完整,淀粉颗粒被紧密的包裹在内,表明适当的压延操作促进蛋白质、淀粉、水分子等物质的相互作用,形成连续的面筋网络。相同压延次数下,单向压延面团孔洞较多,双向压延面团具有更紧密的内部形貌,面筋蛋白与淀粉颗粒紧密包裹在一起,并在更多次数的过度挤压力的不断作用下,面筋网络遭到了破坏,这表明面筋网络的形成与压延程度有关[25]。综上所述,单向压延,面筋蛋白网络成股平行延展,而多向压延面筋束向四周排布,折叠次数越多,面筋包裹淀粉越紧密,淀粉颗粒不易脱落,这与张毅[26]研究结果一致。

2.7 不同压延处理对馒头质构特性的影响

由质构数据(表5)可得,随着压延次数的增加,馒头的硬度呈现下降趋势,说明压延可以使水分与面筋蛋白结合的更加充分,赋予面团更强的筋性,在面团发酵阶段可使发酵面团更柔软,导致馒头的硬度降低。MDS-25组的馒头硬度上升,可能原因是过度的复合压延使面团刚刚形成的面筋网络遭到破坏,面筋断裂使面团黏度增加,无法进行良好的发酵,致使面团硬度增加。MDS-15组的馒头表现出较好的质构指标数值,US-25和MDS-15的馒头硬度值没有显著性差异,说明这2种处理方法对面团及馒头的作用效果相差不大,同时表明进行多向压延可以有效减少压延次数,减少机械做功,节省生产时间。

2.8 不同压延处理对馒头感官评价的影响

据10人的评价结果取平均值绘制雷达图,得到图4,US-5与MDS-5的各项得分都很接近,随着压延强度的不断提高馒头的得分也有所提升,进行到多向压延时各项指标得分情况均匀且最接近满分。过度压延的馒头各项得分显著降低,弹性和口感方面得分低于压延5次的馒头,说明过度压延使馒头失去弹性造成黏牙的口感。

3 结论与讨论

本研究通过对不同压延处理的面团和馒头品质进行对比,结果表明,压延处理对面团的水分分布、发酵特性、动态流变学特性等均有显著影响。傅里叶红外光谱结果表明,压延带来的外力能与蛋白质发生相互作用,使蛋白质二级结构中α-螺旋结构增加,蛋白质中的有序结构增多,内部体系变得更稳定。动态流变仪结果也显示多向混合压延有助于提升面团弹性和粘度。面团的水分迁移情况也证明多向混合压延有助于深层结合水的增加。馒头的TPA质构分析和感官评价也表明仿手揉混合多向压延技术可提升馒头的品质。

仿手揉多向合压延技术在传统压延的基础上增加了压面的角度和方向,使面团通过较少次数(15次)的压延,更快的达到理想效果,减少能源的浪费。还证明了过度的外力也会导致面筋网络受到破坏,造成面团及馒头品质的劣变。

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