烘焙小馒头是一种以马铃薯淀粉和鸡蛋为主料烘焙而成的休闲食品,以其酥脆的口感备受国人喜欢,尤其是少年儿童喜爱。而烘焙小馒头的配方中添加15%～20%的蔗糖,导致蔗糖含量较高,而蔗糖的过量摄入会增加龋齿风险、血糖负荷与心脑血管疾病的风险[1],因此,设计一款减糖且不改变口感的代糖烘焙小馒头具有一定的市场需求及研究意义。
蔗糖在烘焙食品体系中,不仅起到提供甜味的作用,还会影响烘焙食品的色泽与质构。通常,蔗糖在烘焙加热过程中水解为还原糖,与蛋白发生美拉德反应改善产品色泽,同时,蔗糖在体系中延迟淀粉糊化[2],改善产品的质构。因此,蔗糖减少或被替代后,除了影响甜度和色泽外,还会对烘焙食品的质构产生重要的影响。关于烘焙食品的减糖方案,目前国内外学者进行了大量的研究,例如,在海绵蛋糕体系中,低聚果糖完全替代蔗糖使蛋糕的比容由3.83 mL/g降低至3.38 mL/g[2],硬度增加;而在面包体系中,低聚果糖完全替代蔗糖,却使面包的比容由蔗糖组的3.81 mL/g增加至3.91 mL/g,硬度由498 g降低至443 g[3]。另外,在饼干体系中,低聚果糖完全替代蔗糖使饼干的硬度增加12.6%,而在无麸质饼干中,低聚果糖替代75%的蔗糖后饼干的硬度由3.3 g增加至7.8 g[4-5]。综上,由于各烘焙体系组成的复杂性,导致不同代糖方案会对烘焙食品的硬度、比容产生不同影响。目前,由于缺少对烘焙小馒头体系的代糖的相关研究,导致研究人员尚不能从现有的减糖研究报道中总结出烘焙小馒头的代糖方案。因此,研究不同代糖对烘焙小馒头品质的影响规律,并进一步剖析差异产生的原因,对开发无蔗糖小馒头具有重要的研究意义。
本文以麦芽糖醇、低聚果糖、低聚异麦芽糖和低聚半乳糖为代糖制备烘焙小馒头,研究不同代糖对烘焙小馒头的质构、色泽和感官特性的影响,并从生胚性质(流变学性质、水分分布、糊化性质、热力学性质)和成品中淀粉、蛋白质的微观状态角度对不同代糖方案成品品质差异产生的原因进行深入分析,以期为烘焙小馒头体系的减糖研究提供技术依据和理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
马铃薯淀粉,大连龙港食品有限公司;巴氏杀菌全蛋液,太阳食品(天津)有限公司;安佳脱脂乳粉,新西兰天然商贸(上海)有限公司;麦芽糖,上海枫未实业有限公司;碳酸氢钠,河南中源化学股份有限公司;蔗糖,广州福正东海食品有限公司;大豆卵磷脂(食品级),郑州亿道化工产品有限公司;低聚异麦芽糖、低聚果糖(食品级),山东百龙创园生物科技股份有限公司;低聚半乳糖(食品级),山东齐鲁生物科技公司;麦芽糖醇(食品级),河南万邦化工科技有限公司;感官评价标准品亲亲果冻、旺仔小馒头、苏打饼干、美好时光海苔,无锡本地超市。
1.2 仪器与设备
手持打蛋器,小熊电器股份有限公司;万能蒸烤箱,德国Rational公司;TA.XT Plus100c型物性分析仪,英国Stable Micro Systems公司;CM-25型色差仪,日本柯尼卡美能达公司;HR-10型旋转流变仪、DSC-25型差示扫描量热仪,美国TA仪器沃特斯公司;冷冻干燥机,宁波新芝生物科技股份有限公司;RVA4500型快速黏度分析仪,瑞典Perten公司;MesoMR23-060V-I型核磁共振成像分析仪,上海纽迈电子科技有限公司;IS10型傅里叶红外光谱仪,美国Thermo Fisher公司。
1.3 实验方法
1.3.1 全糖烘焙小馒头的制作
将25 g蔗糖添加到25 g全蛋液和3 g麦芽糖的混合液体中,利用打蛋器搅拌2 min直到形成蛋霜;加入1 g大豆卵磷脂、0.5 g碳酸氢钠和5 g脱脂奶粉,搅拌均匀;向蛋霜中加入100 g马铃薯淀粉混合均匀,分割成0.5 g的小馒头生胚,利用预热后的万能蒸烤箱烤制成熟。烤制工艺条件:温度140 ℃,时间15 min。
1.3.2 代糖烘焙小馒头的制作
选择麦芽糖醇(maltitol,Mal)、低聚果糖(fructooligosaccharides,Fos)、低聚异麦芽糖(isomalto-oligosaccharides,Imo)和低聚半乳糖(galacto-oligosaccharides,Gos),根据1.3.1节方法制备代糖烘焙小馒头。
1.3.3 烘焙小馒头质构性质的测定
利用物性分析仪对烘焙小馒头的质构进行分析:取制备所得烘焙小馒头于载物台上,选择P/36R探头,进行一次下压实验,测试距离15 mm、测前速度1 mm/s、测试速度1 mm/s、测后速度10 mm/s,压缩形变50%、触发力5 g。
1.3.4 烘焙小馒头比容的测定
用小米置换法对烘焙小馒头的比容进行测定[6]。
1.3.5 烘焙小馒头褐变指数的测定
参考VERMA等[7]的方法取制备所得烘焙小馒头于测试台上,利用色差仪测定成品表面的亮度、红绿度和黄蓝度,烘焙小馒头的褐变指数(browning index,BI)的计算如公式(1)和公式(2)所示:
(1)
(2)
式中:L*为烘焙小馒头表面的亮度;a*为红绿度;b*为黄蓝度。
1.3.6 烘焙小馒头感官特性的测定
参考GB/T 16291.1—2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》中规定,通过发放问卷,在江南大学学生群体中筛选出对马铃薯淀粉、乳制品无过敏症状且购买代糖食品频率较高的人群,通过感官灵敏度测试筛选味觉嗅觉灵敏度高的人群,进一步通过面试选择语言表达能力较强的11名评价员组成感官评价小组,并对小组成员的区分能力、重复性和小组一致性进行评估,经检验小组成员的感官评价能力良好。
基于前期研究中消费者喜好度实验、合适项勾选测试的结果,结合多元对应分析的方法构建感官描述词库,通过小组讨论,保留客观且具代表性的描述词,进一步对其定义及评分标准进行探讨,最终确定了烘焙小馒头的感官评价属性及评分标准如表1所示。测评过程中,评价小组成员采用15点线性标度对烘焙小馒头进行定量描述性分析,5种烘焙小馒头分别装进3位数随机编码[8]的透明测试杯中,与感官标准品一同呈递给评价员,评价成员分别在隔间内独立完成感官评价。
表1 烘焙小馒头感官属性的定义及评分标准
Table 1 Definition and scoring criteria of sensory attributes of small baked bun
属性词定义评分标准颜色样品表皮的颜色深浅颜色较深,呈褐色,10～15分颜色适中,呈浅黄色,6～10分颜色较浅,呈白色,1～5分硬度样品在口腔中咀嚼过程的最大硬度亲亲果冻,2分旺仔小馒头,10分苏打饼干,14分脆性臼齿第一下咬碎样品需要的力,力越小脆性越大旺仔小馒头,6分美好时光海苔,12分酥性样品在口腔中第一次咬碎时的碎渣数量旺仔小馒头,10分甜味咀嚼过程中的甜味最大值旺仔小馒头,8分余味吞咽后10 s后,口腔中残留甜味的强度旺仔小馒头,8分
1.3.7 烘焙小馒头生胚流变学性质的测定
参考KIM等[9]的方法,取5 g制备所得生胚,置于载物台上,25 ℃环境下平衡2 min后,选择25 mm平板夹具,利用旋转流变仪测定其流变学性质。测试间距3 mm、扫描频率0.1～10 Hz、应变0.01%、测试温度25 ℃。
1.3.8 烘焙小馒头生胚水分分布的测定
取5 g制备所得面团,25 ℃环境下平衡30 min后,利用核磁共振成像分析仪测定烘焙小馒头生胚的水分存在状态。采用CPMG脉冲序列,采样点数185 606、回波个数4 000、重复采样次数4、重复采样等待时间4 000 ms、回波时间200 μs。
1.3.9 烘焙小馒头生胚糊化性质的测定
参考张珊等[10]的方法,准确称取3.0 g生胚冻干粉于铝盒中,加入25 mL去离子水,将塑料搅拌桨沿铝盒方向上下快速振荡5次,混匀后利用快速黏度分析仪测定生胚模型体系的糊化性质。
1.3.10 烘焙小馒头生胚热力学性质的测定
参考卢洁等[11]的方法并稍作修改,将制备所得生胚进行冷冻干燥处理后,磨粉并过80目筛得到生胚冻干粉。称取生胚冻干粉3 mg于坩埚中,与生胚冻干粉2倍质量的去离子水混合,密封后置于4 ℃的环境中平衡12 h。利用差示扫描量热仪测定生胚模型体系的热力学性质。起始温度30 ℃、结束温度100 ℃、升温速率10 ℃/min。
1.3.11 烘焙小馒头中淀粉、蛋白质的微观状态的测定
采用傅里叶红外光谱法:将烘焙小馒头进行冷冻干燥处理后,磨粉并过80目筛,得到小馒头冻干粉;取适量小馒头冻干粉置于傅里叶红外光谱仪样品台上,采用全反射模式,测定参数为:光谱范围4 000～600 cm-1、分辨率4 cm-1、扫描累加32次。利用OMNIC软件和PeakFit v4.12软件对红外光谱进一步分析烘焙小馒头中的氢键作用、淀粉短程有序性、淀粉分子内氢键强度和蛋白质二级结构相对含量。
1.4 数据分析
使用IBM SPSS Statistics 27.0软件对数据进行主成分分析和单因素方差分析(one-way analysis of variance,ANOVA),以Duncan检验法(P<0.05)进行显著性分析。使用OMNIC软件和PeakFit v4.12软件对红外光谱结果进行处理。使用Origin 2021软件进行绘图。数据处理后表示为“平均值±标准差”,所有试验至少重复3次。
2 结果与分析
烘焙小馒头,常用作儿童的零食,根据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》和GB 14880—2012《食品安全国家标准 食品营养强化剂使用标准》中规定的使用范围,筛选出允许应用于儿童食品中的蔗糖替代物,有海藻糖、低聚异麦芽糖、低聚果糖(≤6.35%)、低聚半乳糖(≤6.35%)、棉子糖(≤6.35%)、麦芽糖醇。为更好的讨论各自代糖在体系中的作用,排除代糖与蔗糖的相互作用影响,本研究以代糖全部替换蔗糖进行烘焙小馒头的制备,前期预实验发现,用海藻糖和棉子糖全替代蔗糖时,烘焙小馒头生胚处于松散状态,无法揉成类似面团状,因此,本文首先考察低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、麦芽糖醇4种代糖对烘焙小馒头品质的影响。
2.1 不同代糖对烘焙小馒头成品质构与色泽的影响
2.1.1 不同代糖对烘焙小馒头质构的影响
烘焙小馒头由于具有蓬松的口感和酥脆的质地,深受我国儿童喜爱,因此烘焙小馒头的质构是反应产品口感的重要指标。在前期研究中,对市售7家烘焙小馒头进行感官评定,同时按照1.3.3节和1.3.4节方法,对其质构属性和比容进行分析,结果发现质构曲线中的峰高(硬度)与感官评定结果中的脆性呈负相关;质构曲线中的峰宽(破裂距离)与感官品质中的酥性呈负相关;烘焙小馒头的比容和感官品质中的酥性呈正相关。因此,本文对全糖及代糖小馒头的脆性和酥性进行测试,结果如图1所示。全糖烘焙小馒头和4种代糖烘焙小馒头的硬度如图1-a所示,全糖烘焙小馒头的硬度为1 138.82 g,与蔗糖相比,麦芽糖醇对烘焙小馒头的硬度无显著影响,3种低聚糖均显著增加了小馒头的硬度,其中低聚果糖和低聚异麦芽糖使烘焙小馒头的硬度分别增加到1 998.31 g和1 956.79 g,远超蔗糖组,脆性大幅降低。各组烘焙小馒头的破裂距离和比容如图1-b所示,结果表明,4种代糖均会导致烘焙小馒头的破裂距离增加,比容降低,使烘焙小馒头的酥性下降;其中麦芽糖醇对烘焙小馒头的酥性影响最小,低聚异麦芽糖和低聚半乳糖使烘焙小馒头的破裂距离由蔗糖组的0.29 mm分别增加至0.37 mm和0.38 mm,低聚半乳糖使比容降低至1.29 mL/g,远低于全糖小馒头的1.82 mL/g。MARZEC等[12]发现,麦芽糖醇对海绵蛋糕质地的影响与蔗糖相似,这与烘焙小馒头的结果一致;而彭辉等[13]和PARK等[14]研究发现,加入低聚糖后的饼干及面包的硬度降低,与本实验结果不同;LUO等[15]指出,烘焙食品在烤制过程中,体系内部的变化对成品的质地产生较大影响,代糖在不同的应用体系中产生的作用规律不同,因此本文所选4种代糖在烘焙小馒头体系中的具体影响及原因需进一步讨论。
a-硬度;b-破裂距离和比容
图1 不同代糖对烘焙小馒头硬度、破裂距离和比容的影响
Fig.1 Effects of different sucrose substitute on the hardness, rupture distance and specific bolume of small baked bun
注:不同小写字母代表不同组样品的硬度、破裂距离具显著差异 (P<0.05),不同大写字母代表不同组样品的比容具显著差异(P<0.05)。
2.1.2 不同代糖对烘焙小馒头色泽的影响
烘焙小馒头的色泽通常是白色至浅黄色,色泽的深浅可由褐变指数定量描述。在前期的研究中,利用色差仪测定市售7家烘焙小馒头的色度,根据1.3.5节中公式计算产品的褐变指数,发现市售产品的褐变指数为30～50。各组烘焙小馒头的色泽和褐变指数如图2所示,结果表明,蔗糖组、低聚果糖组和低聚异麦芽糖组的小馒头色泽呈浅黄色,褐变指数为30～40,麦芽糖醇组和低聚半乳糖组小馒头的褐变指数小于30,色泽偏白。各代糖对烘焙小馒头表面色泽的影响与其自身的褐变能力有关[15],低聚果糖、低聚异麦芽糖在烘焙小馒头体系中褐变能力与蔗糖差距较小,成品的褐变指数与全糖小馒头相近;低聚半乳糖的褐变能力弱于蔗糖,麦芽糖醇本身无羰基结构,不发生美拉德反应,使烘焙小馒头的表面色泽变浅。
a-色泽;b-褐变指数
图2 不同代糖对烘焙小馒头色泽和褐变指数的影响
Fig.2 Effects of different sucrose substitute on the color and browning index of small baked bun
注:不同小写字母代表不同组样品的褐变指数具显著差异(P<0.05)。
2.1.3 不同代糖对烘焙小馒头感官特性的影响
本文制备的5种烘焙小馒头感官特性如图3所示。整体上看,麦芽糖醇组的小馒头与蔗糖组样品除颜色有一定差距外,在口感和风味方面最为相似;而3组低聚糖样品的口感与风味则与蔗糖组具有一定的差距。其中,各组样品颜色的感官评分基本与图2-b中的褐变指数水平具有一致性,描述烘焙小馒头口感的硬度、脆性和酥性属性也基本与图1中仪器测得的质构特性保持一致,这说明以仪器测定烘焙小馒头的褐变指数与质构特性可以较精准的量化样品外观和口感的实际情况。各组样品的风味属性也呈现出一定差异,蔗糖组和麦芽糖醇组的甜味、余味评分高于3组低聚糖样品,这与所选代糖的相对甜度有关,蔗糖的相对甜度定为1,麦芽糖醇的相对甜度约为0.8[12],低聚果糖、低聚异麦芽糖的相对甜度约为0.5[2],低聚半乳糖的相对甜度约为0.4[13],因此各组样品的甜味和余味呈现出与相对甜度相似的趋势。
图3 不同代糖对烘焙小馒头感官特性的影响
Fig.3 Effects of different sucrose substitute on the sensory properties of small baked bun
2.2 不同代糖对烘焙小馒头生胚性质的影响
烘焙小馒头的色泽仅与代糖自身的褐变能力有关;甜味、回味与各代糖相对于蔗糖的甜度有关;质构与生胚在加工过程中体系发生的变化有关,为分析不同代糖对烘焙小馒头质构影响的原因,分别对生胚的流变学性质、水分分布、糊化性质和热力学性质进行分析。
2.2.1 不同代糖对烘焙小馒头生胚流变学性质的影响
生胚的流变学性质是反映黏弹性体系状态的重要指标,弹性模量直接体现生胚的刚性[16],损耗角正切值可以描述生胚的状态,可以表示小馒头生胚成型的难易程度。本文对全糖及代糖小馒头生胚的弹性模量、黏性模量和损耗角正切进行了测定,结果如表2所示。结果表明,全糖生胚的弹性模量为1.08 MPa,损耗角正切为0.58,此时生胚处于刚性相对较小,容易成型的状态;与蔗糖组相比,低聚果糖对小馒头生胚的刚性和状态影响最小,其余3种代糖均增加了小馒头生胚的成型难度,其中麦芽糖醇使生胚的弹性模量增加至5.33 MPa,使损耗角正切降低至0.3,生胚成型难度最大。
表2 不同代糖对生胚流变学性质的影响
Table 2 Effects of different sucrose substitute on the rheological properties of raw embryos
糖种类弹性模量/MPa黏性模量/MPa损耗角正切Suc1.08±0.06e0.63±0.03c0.58±0.01aMal5.33±0.18a1.60±0.12a0.30±0.01dFos1.54±0.08d0.90±0.04b0.58±0.02aImo2.43±0.11c0.99±0.06b0.41±0.03cGos4.46±0.07b1.80±0.15a0.40±0.01c
注:不同小写字母代表不同组样品的流变学特性具显著差异(P<0.05)。
STRUCK等[17]提到,在烘焙食品体系中,面团的刚性与体系中形成的氢键作用有关,体系中代糖形成氢键会影响水分分布,为解释所选4种代糖对生胚流变学性质影响的差异,需进一步研究生胚中的水分分布情况。
2.2.2 不同代糖对烘焙小馒头生胚水分分布的影响
烘焙体系面团中的结合水相对含量可一定程度上反映小分子糖与水形成氢键的能力[18]。由核磁共振成像分析仪对各组生胚的水分分布进行分析,得到的弛豫曲线如图4所示,图4中曲线共出现3段信号响应区间,弛豫时间1、10和100 ms处的信号对应体系的结合水、半结合水和自由水含量,与结合水、半结合水对应的峰较大,对应自由水的峰最小,表明体系中的水分大部分处于非自由水状态。对峰面积A21、A22、A23进行定量分析,表示生胚中结合水、半结合水和自由水的相对含量,结果如表3所示。结果表明,全糖生胚中的结合水、半结合水和自由水含量分别为43.23%、55.10%和1.69%;与蔗糖组相比,4种代糖可以与水产生不同强度的氢键作用,影响生胚的水分存在状态,使半结合水转化为结合水和少部分自由水,其中,低聚果糖组的水分分布与蔗糖最接近,麦芽糖醇组生胚的结合水含量为71.20%,与蔗糖组差异最大。与生胚流变学性质相对应,结合水含量高的生胚,具有较高水平的弹性模量和较低的损耗角正切,此时面团呈现较强的刚性,这与娄雪琪[18]的研究结果一致。
图4 不同配方烘焙小馒头生胚的低场核磁弛豫曲线
Fig.4 Low-field NMR relaxation curves of raw embryos of Small baked bun with different sucrose alternatives
表3 不同代糖对生胚水分分布的影响
Table 3 Effects of different sucrose substitute on the moisture distribution of raw embryos
糖种类结合水/%半结合水/%自由水/%Suc43.23±1.14d55.10±1.16a1.69±0.08cMal71.20±2.04a25.79±2.05e2.92±0.09aFos46.17±2.01d51.18±1.18b2.56±0.19bImo53.77±0.91c43.17±0.93c2.94±0.09aGos66.35±0.84b30.72±0.85d2.87±0.04a
注:不同小写字母代表不同组样品的水分存在状态具显著差异(P<0.05)。
生胚的刚性与生胚中结合水的相对含量具有一致关系,与烘焙小馒头的质构指标无直接联系,表明烘焙小馒头质构的形成与烘烤过程中变化有关,下面以生胚的糊化模型模拟烘烤过程中小馒头体系的变化,分析烘焙小馒头质构形成的原因。
2.2.3 不同代糖对烘焙小馒头生胚糊化性质的影响
生胚在烤制过程中,淀粉发生糊化作用,内部黏度骤增,影响到烘焙小馒头的质构。由快速旋转黏度分析仪测定各组生胚模型体系的糊化性质,监测糊化过程的黏度变化并以破裂值量化淀粉的稳定性[19],结果如表4所示。蔗糖组的糊化黏度上下限分别为2 588.50、1 592.00 mPa·s,麦芽糖醇使生胚模型体系的糊化的峰值黏度和最低黏度分别提高到2 928.50、1 689.50 mPa·s,3种低聚糖使体系最低黏度增加到1 800 mPa·s,使峰值黏度增加到3 300 mPa·s的水平。麦芽糖醇由于具有形成较强的氢键的能力,在糊化过程中可以增强体系的黏度;3种低聚糖形成氢键的能力弱于麦芽糖醇,但体系的糊化黏度高于麦芽糖醇体系,这可能是由于低聚糖具有更长的糖链结构,在体系中可以有效提高黏度。体系糊化过程的黏度会影响小馒头的比容,糊化过程中体系黏度增加,使得体系内气体支撑起蓬松结构的难度变大,烘烤所得的小馒头成品的比容下降,使烘焙小馒头的酥性降低。4种代糖分别使体系的终值黏度增加至2 530.50、2 715.50、2 735.50、2 674.50 mPa·s,这与图1-a中烘焙小馒头的硬度变化呈现出较好的一致性,终值黏度是体系冷却后的黏度,体现体系的机械强度[20],表明烘焙小馒头的硬度与生胚糊化后的机械强度有直接关系。与各代糖相比,蔗糖组的破裂值为996.50,处于较低水平,表明蔗糖存在的体系淀粉的稳定性更高,更不容易发生糊化作用,这是因为蔗糖能够有效地稳定淀粉中的无定形态和纠缠态[21],有效抑制淀粉的糊化作用,所选用的4种代糖在此方面与蔗糖有一定差距,体系中的淀粉具有更易糊化的倾向。
表4 不同代糖对生胚糊化性质的影响
Table 4 Effects of different sucrose substitute on the gelatinizing properties of raw embryos
糖种类峰值黏度/(mPa·s)最低黏度/(mPa·s)终值黏度/(mPa·s)破裂值Suc2 588.50±54.45c1 592.00±9.90c2 434.50±21.92c996.50±44.55cMal2 928.50±58.69b1 689.50±14.85b2 530.50±20.51b1 239.00±73.54bFos3 205.00±123.04a1 826.00±23.03a2 715.50±127.99a1 379.00±10.31bImo3 376.50±48.79a1 866.50±59.50a2 735.50±29.19a1 510.00±41.01aGos3 305.50±27.58a1 802.00±7.07b2 674.50±33.44a1 503.50±34.65a
注:不同小写字母代表不同组样品的糊化特性具显著差异(P<0.05)。
2.2.4 不同代糖对烘焙小馒头生胚热力学性质的影响
糊化作用的发生伴随着吸热的进行,以差示扫描量热仪测定生胚模型体系的热力学性质,从时间的维度描述体系内淀粉糊化作用的发生。全糖及代糖生胚模型的热力学曲线如图5所示,5组热力学曲线均在60～75 ℃出现吸热峰,表明在此温度区间发生糊化作用;4组代糖对应的曲线出峰位置均提前于蔗糖组,这说明代糖组的淀粉糊化提前发生。通过进一步计算,分别以起始温度、峰值温度和终止温度量化体系糊化的作用,结果如表5所示。蔗糖组的热力学温度分别为63.60、68.60、75.37 ℃,与蔗糖组相比,4种代糖均使生胚体系的热力学温度显著降低,表明糊化提前发生,提前结束。生胚的中淀粉的糊化温度与比容呈现一致性关系,蔗糖组烘焙小馒头具有最高的糊化温度和最大的比容(1.81 mL/g),由于蔗糖一方面可以有效降低体系内可直接参与糊化的自由水含量[22],另一方面可以在淀粉颗粒的无定形区的多糖链间形成桥接[4],限制淀粉分子运动,稳定淀粉的结晶区,使淀粉的糊化温度处于较高水平,这可以延迟体系热凝固效应的发生,给体系内气体充分膨胀的时间,有利于形成蓬松的内部结构[23]。麦芽糖醇组的热力学温度与蔗糖组最接近,这可能是由于麦芽糖醇可以形成较强的氢键作用,稳定生胚中的淀粉结晶。3种低聚糖也可以形成较强的氢键作用,但对应体系的糊化温度显著低于蔗糖组和麦芽糖醇组,这可能是由于低聚糖分子链较长,无法充分分散于体系中稳定淀粉的无定形区域,故所得烘焙小馒头的比容较低。
图5 不同配方烘焙小馒头生胚的热力学曲线
Fig.5 Thermodynamic curves of raw embryos of small baked bun with different sucrose alternatives
表5 不同代糖对生胚热力学性质的影响
Table 5 Effects of different sucrose substitute on the thermodynamic properties of raw embryos
糖种类起始温度/℃峰值温度/℃终止温度/℃Suc63.60±0.02a68.60±0.06a75.37±0.51aMal62.81±0.06b67.57±0.11b74.56±0.08bFos62.38±0.04c67.42±0.18bc73.90±0.28cImo62.29±0.23c67.25±0.16c73.09±0.09dGos62.18±0.06c67.07±0.08c72.90±0.25d
注:不同小写字母代表不同组样品的热力学性质具显著差异(P<0.05)。
2.3 不同代糖对烘焙小馒头中淀粉和蛋白质微观状态的影响
上述结果表明,烘焙小馒头成品蓬松结构形成与烘烤过程中淀粉的糊化作用直接相关,而硬度则更多地体现在烘焙小馒头成品的机械强度上,为进一步分析烘焙小馒头的机械强度产生差异的原因,通过傅里叶红外光谱法分别对烘焙小馒头成品中的氢键作用强度、淀粉存在状态和蛋白质二级结构进行分析。
2.3.1 不同代糖对烘焙小馒头体系氢键的影响
食品体系的整体氢键作用强度会对其表面机械强度产生影响。图6是不同配方的烘焙小馒头的傅里叶红外光谱图,由图6可知,5组烘焙小馒头均在图谱的3 300 cm-1位置出现氢键对应的吸收峰[24],说明5组烘焙小馒头体系中的氢键作用强度无差异。与全糖烘焙小馒头相比,各代糖对应的图谱中均未产生新的吸收峰,表明代糖未与体系中的淀粉、蛋白质生成新的化学键结构。
图6 不同配方烘焙小馒头的傅里叶红外光谱
Fig.6 Fourier transform infrared spectroscopy of small baked bun with different sucrose alternatives
2.3.2 不同代糖对烘焙小馒头淀粉状态的影响
烘焙小馒头体系中的淀粉链会自发排列呈现出双螺旋的短程有序结构,影响淀粉网络的机械强度。红外光谱中的1 047 cm-1条带、1 022 cm-1条带和995 cm-1条带分别对应淀粉的短程有序结构、无定形结构和分子内氢键作用[25];以1 047 cm-1/1 022 cm-1的吸光度比值描述淀粉的短程有序性表示有序晶体的含量,以1 022 cm-1/995 cm-1的吸光度比值描述体系分子内氢键强度[26]。5组烘焙小馒头体系中淀粉的短程有序性如图7-a所示,蔗糖组的淀粉短程有序性最高为1.73,麦芽糖醇组的短程有序性为1.66,仅次于全糖组,低聚糖组的短程有序性最低。蔗糖可以影响淀粉分子的排布,体系呈现出较高的有序性,降低淀粉网络结构的机械强度,表现出较低的硬度;麦芽糖醇与蔗糖分子大小相近,形成氢键的能力较强,在体系中可以起到促进淀粉排列的作用;低聚糖的糖链相对较长,对淀粉链的重排在空间上起到阻碍作用,短程有序性处于较低水平,淀粉的网络结构相对完整,机械强度高,烘焙小馒头硬度大。5组烘焙小馒头体系中分子内氢键强度如图7-b所示,与生胚的结合水含量具有一致性关系,表明此时的分子内氢键主要由糖分子提供,对烘焙小馒头质构的贡献不明显。
a-短程有序性;b-分子内氢键强度
图7 不同代糖对烘焙小馒头短程有序性和分子内氢键 强度的影响
Fig.7 Effects of different sucrose substitute on the starch short-range orderability and intramolecular hydrogen bond strength in small baked bun
注:不同小写字母代表不同组样品的短程有序性、 分子内氢键强度具显著差异(P<0.05)。
2.3.3 不同代糖对烘焙小馒头蛋白质二级结构含量的影响
烘焙食品体系中蛋白质的结构稳定性与成品的质构有直接关系。以Peakfit软件对红外光谱中酰胺Ⅰ带进行处理,得到蛋白质二级结构的相对含量。由图8可知,5组小馒头中的α-螺旋含量无显著差异,体系中的β-折叠和β-转角结构相互转化;蔗糖组和麦芽糖醇组的β-折叠含量最高,分别为45.58%和45.41%;低聚半乳糖组的β-折叠含量最低为38.36%,β-折叠含量变化与图1-b中的比容的结果变化一致。胡晓会[24]提到,α-螺旋结构可以支撑多肽链的骨架结构,β-折叠结构可以维持蛋白分子链的稳定,热处理会降低二者的相对含量,使蛋白网络的稳定性变差。在烘烤过程中,分子质量较小的蔗糖和麦芽糖醇能够充分分散在大分子中形成氢键,降低热处理对蛋白质稳定结构的破坏程度,而糖链较长的低聚糖则无法充分保护蛋白质的结构;稳定性高的蛋白网络结构能够增强体系对气泡的包裹能力,进而形成更蓬松的内部结构,表现出更大的比容。而蛋白质的网络强度与脆性未呈现一致性关系,这可能是由于在烘焙小馒头体系中,淀粉的网络强度远高于蛋白网络的强度,因此成品的脆性与淀粉的短程有序性呈现更好的一致性关系。
图8 不同代糖对烘焙小馒头中蛋白质二级结构的影响
Fig.8 Effects of different sucrose substitute on the secondary structure of protein in small baked bun
注:不同小写字母代表不同组样品的蛋白质二级结构 相对含量具显著差异(P<0.05)。
2.4 烘焙小馒头质构、生胚性质及微观状态的相互作用分析
上述结果表明,不同代糖对烘焙小馒头成品质构、色泽与感官特性、生胚性质、烘焙小馒头中淀粉与蛋白质的微观状态均具有不同影响。结果发现,烘焙小馒头的色泽仅与所选代糖的美拉德褐变能力有关;小馒头感官特性中的甜味、回味与所用代糖的相对甜度有关;生胚的流变学性质仅与生胚的成型难度有关,对烘焙小馒头的成品质构无明显影响;其余各组指标与烘焙小馒头的质构呈现出不同的关系。为进一步明晰烘焙小馒头体系中酥脆结构形成的影响因素,利用主成分分析的方法,对除褐变指数和生胚流变学性质外的指标进行降维处理,结果如图9所示。烘焙小馒头的硬度与糊化黏度呈正相关关系,与淀粉短程有序性呈负相关关系;比容与破裂距离、糊化黏度呈负相关关系,与糊化温度、β-折叠含量呈正相关关系。综上,在烘焙小馒头体系中,使体系糊化终值黏度提高、淀粉有序性降低的代糖,可以提高体系中淀粉网络的强度,所得烘焙小馒头表现出更高水平的硬度,口感上脆性降低;使体系糊化温度提高、糊化黏度降低、β-折叠含量增加的代糖,有利于烤制过程中体系对气泡的截留与固定,所得烘焙小馒头表现出更大的比容和更低的破裂距离,口感上酥性增加。
图9 烘焙小馒头成品、生胚及微观指标的主成分分析
Fig.9 Principal component analysis of finished product index, embryonic properties and microscopic state of small baked bun
3 结论
本研究以麦芽糖醇、低聚果糖、低聚异麦芽糖和低聚半乳糖完全替代蔗糖制备烘焙小馒头,探究不同代糖烘焙小馒头质构与色泽产生的影响,并进一步对不同代糖在体系中影响的差异及原因进行分析。发现麦芽糖醇组小馒头的颜色变浅;生胚的糊化性质、热力学性质及淀粉有序性、β-折叠含量均与蔗糖组接近;样品的质构和风味均与全糖小馒头最接近。低聚果糖和低聚异麦芽糖组的生胚流变学性质与水分分布相对接近蔗糖组;得到的小馒头颜色变深,甜味降低;低聚果糖和低聚异麦芽糖使体系终值黏度增加、淀粉有序性下降,增加了淀粉网络的刚性,导致硬度增加;使体系糊化提前、黏度增加、蛋白网络稳定性下降,导致破裂距离增加、比容降低,口感变差。低聚半乳糖使小馒头褐变指数下降,甜味降低;使体系终值黏度小幅增加、淀粉有序性小幅下降,硬度小幅增加;使体系糊化显著提前、黏度增加、β-折叠含量最低,导致小馒头破裂距离最大,比容最低,口感最差。因此,为得到口感、色泽与风味均接近全糖组的代糖小馒头,麦芽糖醇是最适合的,其次为低聚果糖和低聚异麦芽糖,低聚半乳糖最不适合作为烘焙小馒头的蔗糖替代品。
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