面包的品质变化及改良的研究进展

刘恒言1,2,陈秀金1*,臧鹏2*, 董海胜2,孙京超2,赵伟2,白玉冰1,2,徐楠2,张龙振2,王雪晴1,杜秉健2,王耀1,李兆周1

1(河南科技大学 食品与生物工程学院, 河南 洛阳,471000)

2(中国航天员科研训练中心 航天营养与食品工程重点实验室,北京,100094)

摘 要 面包在生产和贮藏期间会发生水分丢失、油脂氧化和淀粉老化等,导致面包风味丢失、硬度变大、弹性变小和比容变小等品质劣变。为了控制面包的品质劣变,该文综述了面包水分、质构、色泽和风味的变化和改良面包品质的各项措施包括添加外源性物质和应用改良技术如冷冻面团技术、酸面团发酵技术、预糊化技术、挤压膨化技术、发芽技术和烘焙新技术,以期对面包的品质改良和劣变控制提供理论支撑。

关键词 面包;品质变化;品质改良物质;品质改良技术

面包中含有碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质和维生素等各种营养素,是人们获取营养和能量的来源。面包在加工、运输和贮藏期间会出现面包色泽变化、风味物质丢失、组织不均匀和易塌陷等品质问题[1-2],这些品质变化是由油脂氧化和淀粉老化等反应造成的,其中油脂氧化会产生氢过氧化物,进一步分解生成醛和酮,产生酸败气味,导致面包风味物质丢失;淀粉回生、水分迁移和淀粉-面筋蛋白之间的相互作用导致面包老化,主要表现为面包水分丢失、硬度变大、弹性变小和货架期缩短[3]。面包的品质劣变严重影响消费者的食用体验,同时也给面包企业带来巨大的经济损失。因此,改良面包品质成为面包行业的重中之重。现今各种面包品质改良剂层出不穷,不同品质改良剂的作用效果和作用机理不同,不同改良剂还存在协同作用;另外,面包品质改良新技术也被广泛地用于面包企业。因此,本文综述了面包在生产和贮藏期间的品质变化;梳理了改良面包品质的各项措施,为控制面包品质劣变提供理论参考,以期对面包品质提升提供新思路。

1 面包的品质变化

1.1 面包的水分变化

面包内的水分根据存在状态可以分为自由水和结合水。自由水促进淀粉分子的移动;结合水主要参与支链淀粉的重结晶[4]。在烘焙过程中,面包中的水分会从面包的内部向面包的表皮迁移,在表皮和蒸气相遇发生冷凝作用,在面团的表皮形成一层水膜,提高了面包表皮的水分;随着烘箱温度升高,水膜被蒸发,表皮水分急剧下降,导致表皮发硬[5]。DERDE等[6]研究了传统的烘焙和电阻炉烘烤对面包水分的影响。研究发现,传统烘焙面包不同部位的水分含量变化幅度大于电阻炉烘焙面包,传统烘焙的面包水分从面包芯部往表皮移动,造成面包芯水分降低,表皮水分含量增加;电阻炉烘焙的面包没有结皮,水分含量在整个面包中没有明显下降,面包柔软度提升。另外,面包的水分在贮藏期间也会随着贮藏时间变化而发生变化。在贮藏期间,面包的内部和外壳之间存在水分梯度,使水分从内部向外壳迁移,水分的迁移使水分在面包中重新分配,导致面包中结合水的含量下降,加速淀粉的重结晶,导致面包发硬和品质下降[7-8]。杨柳等[9]采用低场核磁共振技术(low field-nuclear magnetic resonance technology,LF-NMR)研究赤藓糖醇和蔗糖对糙米面包贮藏期间水分变化的影响。结果发现,在相同的贮藏时间下赤藓糖醇面包的水分含量高于蔗糖面包,赤藓糖醇表现出良好的保水性。彭博等[10]采用LF-NMR研究山梨糖醇对面包贮藏期间水分含量的影响。研究发现,在贮藏4 h后发现,添加山梨糖醇组面包中结合水、不易流动水和自由水含量明显高于对照组。

1.2 面包的质构变化

面包的质构分析是利用质构仪对面包硬度、咀嚼性、胶黏性和弹性等指标进行测定,以数据的形式反映面包的柔软度、组织结构和表皮质地,是评价面包品质的重要方法。食品添加剂(蛋白质、亲水胶体、乳化剂和酶制剂等)、发酵菌种和面包配方均会对面包质构产生一定影响。蛋白质中的芳香族氨基酸与淀粉之间相互作用主要是非共价结合,包括疏水作用、氢键、静电力和范德华力;蛋白质的亲水基团与淀粉会形成物理交联,强化面团的网络结构,降低面包的硬度和咀嚼性[11]。如SUN等[12]研究发现当银杏蛋白添加量(以面粉质量计,下同)为6%时,面包硬度最低。另外,亲水胶体中的不溶性多糖可以控制水分子的流动,提高淀粉水体系的持水能力,降低面包的硬度[13]。如LIU等[14]研究了不同亲水胶体(羟丙基甲基纤维素、阿拉伯胶、魔芋葡甘聚糖和苹果果胶)对马铃薯小麦粉面包的影响。研究发现,羧丙基甲基纤维素可以显著降低面包贮藏期间的硬度;在相同的贮藏时间下魔芋葡甘聚糖可以显著降低咀嚼性;乳化剂能够降低表面和界面张力,改善面团的强度和延展性,防止塌陷,降低面包硬度和咀嚼性,增大面包弹性[15]。LPEZ等[16]研究了不同乳化剂对无麸质干酪面包质构特性的影响。结果表明,随着硬脂酰-2-乳酸酯和二乙酰酒石酸酯双甘油酯浓度增大,无麸质干酪面包的高度、直径和比容会减小,面包屑的硬度会增大。其次,添加各种酶制剂也会对面包质构产生影响,如邓家珞等[17] 研究了葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOX)和过氧化氢酶对面包品质的影响。研究发现,GOX添加量为20 mg/kg时,面包的弹性最大,硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性最小;与对照组相比,过氧化氢酶添加量为15 mg/kg时,面包硬度、胶黏性和咀嚼性显著降低。最后,发酵菌种复配剂也可以改善面包质构,如酿酒酵母与乳酸菌复配,酵母菌发酵产生CO2和乳酸菌发酵产生酸性环境均能够促进蛋白质的水解,软化面筋结构,使面筋中蛋白质缠绕程度降低,从而降低了面包硬度[18]。此外,[19]研究发现,鲜米和冻干米酸面团对无麸质面包的硬度和内聚力影响没有显著性差异;与空白对照组相比,胶黏性明显增强;添加20%、30%和40%的新鲜和冻干米酸面团对面包屑弹性没有显著差异。潘芹敏等[20]采用响应面法优化麸皮面包的工艺配方。结果表明,当麸皮粒度为250 μm、麸皮添加量为3.89%、加水量为175 mL时,麸皮面包的硬度小,回复性和耐咀性较好,蜂窝结构均匀,形成的气孔数量少且孔隙率较小。

1.3 面包的色泽变化

面包的色泽会影响消费者对面包品质与美味的主观感受,面包色泽采用CIELab表色系对面包的颜色进行评价。CIELab表色系是一个颜色系统,又称为L*a*b*表色系,L*表示亮度,a*表示红绿色,b*表示黄蓝色[21]。如图1所示,面包的色泽主要是烘焙过程中游离氨基酸或蛋白质中的氨基化合物和糖类中的羰基化合物发生美拉德反应产生棕色的含氮聚合物以及共聚物类黑精,改变了面包的颜色。而且不同糖类和氨基酸诱导美拉德反应的程度不同,SHEN等[22]对比不同糖类对面包皮色泽的影响,发现核糖能够显著诱导美拉德反应,改善面包皮色泽,其效果显著高于果糖和蔗糖。SHEN等[23]通过对比6种氨基酸对面包类黑精含量的影响,发现添加甘氨酸的面包类黑精含量最高,诱导美拉德反应最显著。除此之外,6种氨基酸中,添加甘氨酸的面包中ABTS阳离子自由基清除活性最高。

图1 美拉德反应图
Fig.1 The diagram of Maillard reaction

注:①羰氨反应;②Amadori重排反应;③自由基分解;④糖裂解反应;⑤糖脱水反应;⑥Strecker降解;⑦羟醛缩合反应;⑧醛胺缩合和N-杂环化合物的形成。

1.4 面包风味变化

面包丰富而独特的烘焙香气源于加热过程中发生的美拉德反应、面包成分的热降解反应、面包的发酵过程和面包配方,香气中的碳氢化合物及其含氧衍生物、杂环化合物和含硫化合物对面包风味做出了重要贡献。

1.4.1 美拉德反应产生的风味物质

美拉德反应初始阶段产生的中间产物(N-葡萄糖基胺)经过Amadori分子重排形成前体物质1-氨基-1-脱氧-2-酮糖(Amadori rearrangement product,ARP),ARP通过降解和裂解反应,生成酮、醛类及挥发性杂环化合物,直接影响面包风味[24]。WU等[25]以发芽小麦为原料制作美拉德反应风味添加剂,并研究其对面包风味的影响。研究发现,当美拉德反应产物添加量为3%时,醛类、芳香族和杂环化合物的含量增加。丁双鲲等[26]研究发现,添加赖氨酸能增加青稞面包皮的酮类、硫类和醇类等风味物质。同时,MAHER等[27]认为烘焙过程中美拉德反应产生的丙烯酰胺、呋喃及呋喃衍生物既是风味物质,也是食品中的致癌物质。

1.4.2 面包成分热降解产生风味物质

面包烘焙过程中会发生脂质的热降解、糖类的热降解和氨基酸的热降解,形成面包的风味。脂质的热降解能够使脂质降解为游离脂肪酸,其中含有羟基的游离脂肪酸经过脱水和环化会形成具有特殊风味的内酯化合物,增加面包的风味;糖类在高温时发生裂解和焦糖化反应,生成丙酮醛、糠醛和呋喃类化合物;氨基酸的热降解发生脱羧、脱氨基和脱羰基等反应生成胺类物质,胺类物质相互作用产生具有良好气味的化合物[28]。齐琳娟等[29]采用GC-MS法对小麦麸皮面包和大豆粉面包中风味物质进行分析。结果发现,与对照组相比,添加5%小麦麸皮,面包风味物质总含量减少了11.36%,但是主要风味物质如烯类、醛类和杂环类含量增加;与对照组相比,添加5%全脂大豆粉,面包风味物质增加了9.89%,几乎所有风味物质含量都明显增加。鲍雨婷等[30]采用气相色谱-离子迁移谱法(gas chromatography-ion mobility spectrometry,GC-IMS)分析滁菊面包中的挥发性物质。研究发现,滁菊面包中醛类化合物、酯类化合物、呋喃类化合物、吡嗪类化合物和萜类化合物含量均明显高于对照组,尤其萜类化合物D-樟脑含量是对照组的4倍。

1.4.3 发酵过程产生的风味物质

面包在发酵过程产生的风味物质主要是糖发酵产生的。酵母和乳酸菌作为糖发酵的微生物,用于发酵面团并生成挥发性化合物(醇类、醛类、酸类、酯类和酮类)[31]。单一乳酸菌会影响面包中的风味物质。如武盟等[32]研究发现,发酵乳杆菌C2-8发酵酸面团可以明显提高鹰嘴豆面包中醇类、酸类、酯类和酮类等风味物质的含量;其中苯乙醇含量提高了2.04倍,乙酸含量提高了7.21倍,酯类含量提高了2.04倍。与单一菌株发酵相比,混合菌株发酵对面包的风味发挥积极作用[33]。HU等[34]研究发现,酿酒酵母和植物乳杆菌发酵面包产生的风味物质含量最高,能显著增加2-羟基丙酸乙酯和3-己烯醇的含量;并增加面包中甲基吡啉的含量。WU等[35]研究发现乳酸菌发酵酸面团制作面包中的醇类浓度约为空白面包的1.33倍,说明乳酸菌发酵有利于醇类的累积;玉米油发酵酸面团可以增加面包中醛类、酮类和呋喃的浓度。

1.4.4 配方对面包风味影响

除了烘焙和发酵过程中产生风味物质,面包配方中的面粉和蛋白酶也会影响面包风味。面粉中含有大量的挥发性化合物,如3-甲硫基丙醛和4 -庚烯醛,这些化合物被认为是小麦面包香气的重要贡献物质[36]。BOESWETTER 等[37]对无麸质米粉面包风味物质进行分析。结果发现,与小麦面包相比,米粉面包中缺乏焦糖味的麦芽酚,米粉面包存在特征风味物质(2-氨基乙酰苯),导致米粉面包具有强烈的米香味。顾苗苗[38]研究发现,添加风味蛋白酶,会增加面包中游离氨基酸和小分子肽的含量,丰富了面包的挥发性风味。当风味蛋白酶添加量为0.16%时,面包芯总风味物质含量增加了13.73%,面包皮总风味物质含量增加了29.61%。

2 面包品质改良

2.1 面粉对面包品质的改良

面粉的主要成分是淀粉和蛋白质。蛋白质中的麦醇溶蛋白和麦谷蛋白形成复杂的混合物-面筋蛋白,面筋蛋白赋予面团良好的延展性和持气性,影响面包品质[39];淀粉中的线性直链淀粉由于氢键的作用形成螺旋空腔,脂质分子由于疏水作用进入螺旋空腔,形成淀粉-脂质复合物,使面包具有良好的热稳定性和加工特性[40]。面粉中的淀粉含量会直接影响面包的品质。如AOKI等[41]研究米粉中直链淀粉含量对米面包品质的影响。研究发现,直链淀粉的含量与米面包的比容呈正相关。我国关于面包用小麦粉相关标准中对于精制级规定,湿面筋含量≥33%和稳定时间≥10 min,湿面筋含量和稳定时间反映了淀粉和蛋白质的含量和质量,直接影响面包烘焙特性[42]。根据小麦粉的品质合理搭配,能显著改善面包品质[43]。于章龙等[44]研究了两种优质强筋粉和中筋粉复配对面包品质的影响。研究发现,配粉可以改善稳定时间、抗延阻力和面筋指数,用于制作面包时,可改善面包品质。因此,通过复配面粉可以改善单一面粉的不足,生产出优质面包。

2.2 添加外源性物质

2.2.1 抗氧化剂

面包中的油脂会通过氢键和疏水作用结合淀粉,形成稳定的复合物,改善面包的网络结构,增大面包的体积,延缓淀粉回生,延长面包的保质期[45]。但是面包中油脂存在反应性和不稳定性,容易发生油脂氧化(油脂氧化原理见图2)[46],油脂氧化会产生令人难以接受的酸败风味,影响面包的感官可接受性。所以,研究者常用抗氧化剂来抑制面包油脂氧化产生酸败风味和气味。段云龙等[47]研究了外源性抗氧化剂茶多酚添加量对面包抗氧化能力的影响。研究表明,茶多酚添加量为0.15%时,面包皮的 ABTS阳离子自由基和DPPH自由基清除率分别增加了26.68%和69.85%;面包芯ABTS阳离子自由基和DPPH自由基清除率分别增加了29.06%和61.18%,可见茶多酚可以显著提高面包的抗氧化性。冯卫华等[48]研究了外源性抗氧化剂维生素C+大豆卵磷脂和维生素E+大豆卵磷脂对面包贮藏期间DPPH自由基清除能力、铁离子还原能力和内源抗氧化剂多酚含量的影响。结果表明,外源性抗氧化剂增强了面包贮藏期间的DPPH 自由基清除能力和铁离子还原能力,使面包的抗氧化性增强。同时得出,外源性抗氧化剂不会影响内源性抗氧化剂多酚的含量。

图2 脂质氧化原理图[46]
Fig.2 Schematic diagram of lipid oxidation[46]

2.2.2 亲水胶体

在面包生产中,添加亲水胶体可改善面团的持气性和面包品质,影响淀粉的糊化和回生,延长面包货架期[49]。亲水胶体在改善面包品质的效果上取决于亲水胶体的种类和添加量。同时亲水胶体与面筋蛋白存在相互作用和不同亲水胶体之间的协同作用,会改变面团的流变学特性、面包体积、面包屑孔隙度和质构,从而提高面包品质[13]。TAMILSELVAN等[50]研究不同浓度和不同种类亲水胶体对面包品质的影响。结果表明,当羟丙基甲基纤维素添加量为1%时,面包的体积最大,面包的比容为2.88 cm3/g,可接受度最高。韩薇薇等[51]研究了黄原胶、海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素对无麸质面包品质的影响。研究发现,当黄原胶添加量为0.5%时,与对照组相比,面包比容增加9%,硬度降低13.1%,面包在50~50 000 μm图像范围内气孔个数最多为548个,气孔稠密度最高为60.89 cells/cm2

2.2.3 乳化剂

乳化剂根据亲水基团的带电性能分为离子型乳化剂和非离子型乳化剂。常见的离子型乳化剂有硬脂酰乳酸钠(sodium stearyl lactate,SSL),常见的非离子型乳化剂有单甘酯(monoacylglyceride,MAC)和单硬脂酸甘油酯(monoglyceride,MG)。离子型乳化剂发生电离,产生带电荷的亲水基团,延伸进入水相中,通过静电排斥作用防止聚集;乳化剂中的亲油基团延伸进入油相中,在油水界面迁移,降低表面张力,达到改善面包品质和抗老化的目的[52]。非离子型乳化剂不会发生电离,但存在亲水亲油基团,具有界面迁移能力,降低表面张力,形成稳定的体系,增加面团的稳定性,改善面包的品质。滕晓焕等[53]研究SSL对面包品质的影响。研究表明,当SSL在面粉中的添加量为0.02 g/150 g时,面包的品质最好,硬度最低,抗老化的作用最强。贾洪信等[54]研究了MAC添加量对米粉面包品质的影响。研究表明,添加0.5% MAC,米粉面包的弹性最大,硬度最小,面包的综合品质最好。此外,复配乳化剂可以弥补单一乳化剂的不足,如BILGIÇLI等[55]研究复合乳化剂对小麦-羽扇豆粉面团和面包特性的影响。研究表明,复配SSL和双乙酰酒石酸单双甘油酯(diacetyl tartaric acid ester of diglycerides,DATEM)对面包的孔隙结构和面包屑质的改善效果最好,能显著提高面包的体积和柔软性。YEIL等[56]研究复配DATEM、SSL、MG和卵磷脂对无麸质面包品质的影响。研究表明,相对于单一的乳化剂,复配乳化剂通过协同作用能更好地发挥乳化剂作用,增加面包的体积和比容,降低面包硬度,延缓面包老化,取得了更好的效果。

2.2.4 酶制剂

用于面包品质改良的酶制剂种类丰富,广泛存在于各种生物体内。不同酶制剂的作用底物、作用机理及对面包品质的改良效果不同,总结见表1。

表1 用于改善面包品质酶的作用机理和效果
Table 1 Mechanism and effect of enzymes used to improve the quality of bread

酶的种类作用底物作用机理改善面包品质参考文献淀粉酶直链淀粉和支链淀粉催化直链淀粉和支链淀粉内部α-1,4-糖苷键分解,影响直链淀粉分子的重结晶;催化支链淀粉分子形成低分子质量的糊精,阻止直链淀粉的交联降低面包硬度,增加面包抗老化特性,增大面包比容,增加可发酵糖水平,产生可发酵的化合物。[57-59]脂肪酶甘油三酯催化甘油三酯水解,形成单酰甘油、二酰基甘油、甘油和游离脂肪酸,水解非极性脂类变成利于增加气室稳定性的极性脂类,增加气室的稳定性增加面包光泽度和白度,增大面包比容,增加面包柔软度,改善面包瓤的结构,使气孔分布均匀,面包瓤的空隙度更加均匀[58,60]GOX葡萄糖催化葡萄糖生成H2O2和葡萄糖酸内酯,释放出来的H2O2,促进半胱氨酸中硫醇基团的氧化,巯基氧化反应形成二硫键,同时白蛋白和球蛋白部分交联,形成网络结构二硫键可以增强面筋网络结构,增加面团的弹性,改善面包的质构,增加面包体积,增大面包的比容,延缓面包老化[17,61-62]半纤维素酶纤维素水解纤维素释放葡萄糖、低聚糖和纤维二糖,增加水分结合能力增大面包的比容、改善面包网络结构和柔韧性,改善面包的硬度及咀嚼性,降低面包硬化速率,提高面包的总体感官评分[58,60]蛋白酶蛋白质水解蛋白质生成氨基酸和多肽,生成的氨基酸促进美拉德反应增加风味物质,增大面包体积和比容,降低面包屑的硬度和咀嚼性[63]

由表1可见,现用于面包品质改良的酶制剂有淀粉酶、脂肪酶、GOX、半纤维素酶和蛋白酶,其中半纤维素酶是一类酶的总称,包含内切木聚糖酶、外切木聚糖酶和纤维二糖水解酶,主要用于添加膳食纤维的面包,通过溶解部分非淀粉多糖,提高面包品质。这些酶制剂用于面包制作往往从不同方面改善面包的品质,如淀粉酶可增加发酵产物;脂肪酶可增加气室的稳定性;GOX有利于改善面包的加工特性;蛋白酶可以增加面包的风味;半纤维素酶可有效解决因添加膳食纤维而带来的问题,如在米糠面包中加入木聚糖酶,可以增大面包比容,降低面包的硬度和咀嚼性[64]。总之,将单一酶制剂或其复配剂用于面包制作行业,能够改善面团的性能,增大面包的比容,提高面包质量,延长面包的货架期,促进面包行业的发展。

2.3 面包品质改良技术

2.3.1 冷冻面团技术

冷冻面团技术能够有效地解决面包面团冷冻过程中酵母的耐低温能力弱和面团的持气性差的瓶颈。不同的冷冻速度会影响面包的老化。如SILVAS-GARCA等[65]发现在贮藏过程中慢速冷冻面团中淀粉损失明显高于快速冷冻面团,慢速冷冻面团中淀粉微晶融合焓低于快速冷冻面团。唐语轩等[66]采用冷冻面团技术研究SSL添加量对弹性模量、硬度和咀嚼性的影响。研究发现,当SSL添加量为0.2%时面包的硬度和咀嚼性最低,弹性模量最高,面包的品质最好。另外,冷冻面团对面包品质的影响受酶种类的影响,WANG等[67]研究了木聚糖酶、纤维素酶和脂肪酶对冷冻面团面包品质的影响。研究发现,添加木聚糖酶、纤维素酶和脂肪酶的冷冻面团,冷冻面团最大高度分别提高了33.2%、19.7%和7.4%,改善了面包的比容。从扫描电镜中发现添加纤维素酶、木聚糖酶和脂肪酶,使冷冻面团具有更连续的面筋网络和更光滑的表面。

2.3.2 酸面团发酵技术

酸面团是乳酸菌和酵母菌在适宜的温度下发酵一段时间后制成的一种面团。酸面团在发酵过程中产生的乳酸、醛酮、抗菌物质和胞外多糖,能够改变面团的流变特性、面包的气孔结构和抑制不利菌群的繁殖,从而增加面包的风味物质,降低面包硬度,减缓面包的老化速率,延长面包的货架期。同时,在发酵过程中产生的胞外多糖,作为面包改良剂的亲水胶体,改善面团的流变学特性和面包的品质[68-69]。CIZEIKIENE等[70]采用固相微萃取-气相色谱-质谱法(solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry,SPME-GC-MS)研究了保加利亚乳杆菌MI、罗马乳杆菌GL14和嗜酸乳杆菌DSM作为发酵剂对面包挥发性物质的影响。研究发现,嗜酸乳杆菌DSM面包中发现了3-辛烯-2-醇和正十六烷,保加利亚乳杆菌MI面包中发现乙酸四氢糠酯,罗氏乳杆菌GL14面包中发现了N-十五烷。LANCETTI等[71]研究10种乳酸菌作为发酵剂对面包品质的影响,最终筛选出戊糖乳杆菌ES124、发酵乳杆菌ES148、植物乳杆菌ES137和发酵乳杆菌ES142改良效果最佳。MANTZOURANI等[72]研究副干酪乳杆菌K5作为发酵剂制作的酸面团对面包货架期的影响。研究发现,当酸面团添加量为30%时,可以有效延长面包的货架期。此外,酸面团技术也被应用在无麸面包中,BENDER等[73]对比7种乳酸菌对小米和荞麦酸面团面包的影响。结果表明,旧金山乳杆菌DSM、副乳杆菌LMG、戊型乳杆菌LMG和黑氏乳杆菌DSM可作为小米和荞麦酸面包的潜在发酵剂。酸面团技术不仅可以改变面包的烘焙特性和面团的流变特性,还可以降低面包中的丙烯酰胺含量,减少癌症的风险。NASIRI ESFAHANI等[74]发现在面包制作过程中加入乳酸菌和酵母菌生产的酸面团面包,能降低面包中的丙烯酰胺含量,从而有效地降低癌症发生的风险。

2.3.3 预糊化技术

淀粉经过预糊化技术处理后,蛋白质和脂肪发生变化,使面包中面筋网络均匀致密,有更高的淀粉消化率和水分活度,面包的比容增大,硬度降低。路飞等[75]研究表明,预糊化处理大米粉面包感官评价最高,硬度低于小麦面包和未糊化大米粉面包。HERNNDEZ-AGUIRRE等[76]研究了羟丙基甲基纤维素、预糊化未成熟香蕉粉和水对无麸质面包品质的影响。研究发现,与对照组面包相比,添加预糊化未成熟香蕉粉面包的比容增大、硬度减小和气孔数量增多,故预糊化未成熟香蕉粉可以作为改变无麸质面包品质的原料。POJI[77]在研究预糊化辛烯基琥珀酸淀粉酯(aluminum starch octenylsuccinate,OSA)、谷朊粉和木聚糖酶对大麦粉面包品质的影响中发现预糊化OSA淀粉对面包比容、气泡的大小和面包硬度的影响最为显著。同时发现,预糊化OSA与谷朊粉在改善大麦面包比容方面具有协同作用,预糊化OSA与木聚糖酶在降低面包屑的咀嚼性方面有协同作用。YANG 等[78]研究预糊化糯米粉、α-淀粉酶和MAC对面包品质影响。研究发现,添加糊化糯米粉面包的络合指数高于添加α-淀粉酶组、添加MAC组和对照组;在贮藏期间添加糊化糯米粉组与α-淀粉酶组、添加MAC组和对照组对比有更高的淀粉消化率和水分活度,更柔软的质地,更低的硬度和可溶性淀粉含量。

2.3.4 挤压膨化技术

挤压膨化技术是对原料进行蒸汽处理,在高温短时下挤压,淀粉在挤压蒸煮器内直接糊化。经挤压膨化处理后,物料中的淀粉、蛋白质和脂肪等发生变化,使黏度、水分迁移、溶解性和糊化特性等物理性质发生改变,面团的剪切速率和弹性增大,面包的体积、持水性和持气性增加,硬度降低。TAO等[79]将小麦淀粉面团在70 ℃下挤压,面团的形成时间由3.2 min缩短至2.7 min,稳定时间由14.4 min延长至15.5 min。MA等[80]研究挤压膨化处理黑米粉和小麦粉对面团特性和面包品质的影响。结果表明,与小麦粉面团相比,经挤压膨化处理的黑米粉面团提高了吸水率,降低了面团的形成时间、蛋白质弱化度、淀粉凝胶稳定性和淀粉回生;挤压膨化黑米粉面包具有更高的比容和更低的硬度。JAFARI等[81]研究挤压膨化高粱粉对高粱-小麦复合面团的影响。结果表明,挤压膨化处理的高粱粉,增加面团的吸水率和面团形成时间,降低面团的稳定性。同时,在烘焙过程中提高了面团烘焙升温速率,降低了面包的烘焙时间。

2.3.5 发芽技术

发芽技术是将谷物在特定的温度和湿度下进行浸泡培养,使谷物长出幼芽。发芽过程会降解淀粉和淀粉颗粒,用发芽谷物粉制成的面包品质更好。随着发芽小麦粉比例的增加,面包中蛋白质、灰分、脂肪和β-葡聚糖含量显著提高[82];面包中的风味物质显著增加,尤其是香草酸、丁香酸、对香豆酸、t-阿魏酸和t-芥子酸的含量增加;抗自由基和螯合化合物增加,抗氧化性增加[83]。NAUMENKO等[84]研究发芽小麦全谷物粉对面团和面包品质的影响。研究发现,当发芽小麦粉添加量为20%时,面包比容最大,具有较高的比容和最好的流变学特性。此外,MARTI等[85]研究面包品质改良剂发芽小麦对面包品质的影响。研究发现,添加1.5%发芽小麦粉表现出与酶促改良剂相似的面筋聚集强度,因此,添加1.5%发芽小麦粉可以有效替代酶促改良剂。

2.3.6 烘焙新技术

由表2可见,与传统的热风烘焙相比,欧姆烘焙和微波烘焙可以有效地减少面包内部的烘焙温度梯度,使面包受热均匀,同时缩短面包的烘焙时间,降低能耗;而微波烘焙和真空烘焙能减少面包中丙烯酰胺的产生,降低致癌风险因子产生和积累。

表2 新型烘焙方式对面包品质的影响
Table 2 Effect of novel baking types on bread quality

烘焙方式烘焙原理特点对面包品质的影响参考文献欧姆烘焙面包中存在由离子组成的基质,基质中的离子化合物在不同pH下会解离成不同的导电离子,改变面包电阻,在通电的时候电阻产生热量可有效的减少产品内部的温度梯度,烘焙温度均匀,减少热量的损失,缩短烘焙时间,产生无壳面包面包比容增大,质地柔软,面团损失率降低,淀粉消化率降低[86-87]微波烘焙在一定的频率和波长下,面包中的的带电粒子和极性分子相互振动,引起摩擦产生热量,热量在面包的内部进行传导,将热量传导到面包的各个部位有效地减少面包内部的烘焙温度梯度,面包受热均匀,更高的加热速率,同时显著缩短烘烤时间有效阻止了焦糖化和美拉德反应的中间化合物,减少面包中丙烯酰胺含量,降低癌症发生的风险,改善面包品质[88-89]真空烘焙在热风烘焙基础上,真空室内部压力低于大气压,从而降低面团中水分沸点压力降低会促进溶解在面团中的气体迁移,增大面团的水合作用,降低面团中水分的沸点,缩短烘焙时间面包孔径变大,面包松软,改善微观结构,防止面包氧化反应,减少面包中丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛的含量[88]卤素灯-微波烘焙卤素灯提供低穿透深度的近红外辐射,辐射集中在面包周围,形成利于褐变的温度;同时微波会引起面包中的介质相互振动产生热量卤素灯-微波辐射会促进面包的褐变,减少面包内部的温度梯度缩短烘焙时间,提供褐变所需要的外部温度,增加面包的褐变和脆性[90]

3 结论与展望

综上所述,面团加工过程中存在无法形成网络结构和持气性差的问题;面包贮藏过程中会发生油脂氧化、淀粉重结晶和水分重分布,导致面包水分丢失、硬度变大、风味丢失和货架期缩短等问题,制约着面包行业的发展,为解决这些问题,建议今后的研究应关注以下的几个方面:

(1)原料的预处理。发芽技术可以改变面团的流变特性,增加面包的风味物质;挤压膨化技术和预糊化技术可以改善原料的性质;但关于作用机理尚不清楚,需要今后深入研究。另外,复配型面包粉改善面包品质的作用机理及应用研究得比较少,有可能会成为未来的研究方向。

(2)添加辅料。通过外源性物质来控制面包的劣变,改善面包的品质,但关于不同外源性物质的协同作用、外源性物质与淀粉、蛋白质以及油脂的相互作用研究较少,尚需要继续关注。

(3)工艺改良。①关注酸面团技术发酵过程中pH值、微生物数量和产生胞外多糖对面团特性和面包品质的影响。②优化面团的制作工艺,面团搅拌时间、搅拌速度和面团搅拌温度对面包品质的影响,关注面团制作工艺参数对面团流变特性的影响,优化面团的工艺参数。③优化发酵条件。优化发酵剂种类和添加量、发酵温度、发酵时间和发酵的最适pH值;同时进一步研究不同发酵条件对丙烯酰胺含量的影响。④烘焙工艺。目前,微波烘焙和真空烘焙不仅可以提高面包的品质,还可能降低面包中丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛的含量,今后可能会通过开发一些新型的烘焙方式,改善面包的品质,延长面包的货架期。

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Research progress on quality changes and improvement of bread

LIU Hengyan1,2, CHEN Xiujin1*, ZANG Peng2*, DONG Haisheng2, SUN Jingchao2, ZHAO Wei2, BAI Yubing1,2, XU Nan2, ZHANG Longzhen2, WANG Xueqing1, DU Bingjian2, WANG Yao1,LI Zhaozhou1

1(College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471000, China)2(Space nutrition and food engineering key laboratory, China Astronaut Research and Training Center, Beijing 100094, China)

ABSTRACT Bread undergoes water loss, oil oxidation, starch aging, and so on during its production and storage, resulting in quality deterioration such as loss of flavor, increased hardness, reduced elasticity, and reduced specific volume.To control the deterioration of bread quality, this article reviewed moisture changes, texture changes, color changes, and flavor changes in bread, as well as various measures to improve bread quality, including adding exogenous substances and applying improved techniques such as frozen dough technology, sour dough fermentation technology, pre-gelatinization technology, extrusion technology, germination technology, and new baking technology, which expects to provide theoretical support for the quality improvement and deterioration control of bread.

Key words bread;quality change;quality improvement substances;quality improvement technology

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037366

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第一作者:硕士研究生(陈秀金副教授和臧鹏副研究员为共同通信作者,E-mail:chenxiujin9610@126.com;zp643027@163.com)

基金项目:国家自然科学基金项目(31701694,31702218);河南省科技攻关项目(232102320298);洛阳市公益性行业科研专项项目(2202021A)

收稿日期:2023-09-13,改回日期:2023-12-11

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039346

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