饼干是指以谷类粉等为主要原料,添加或不添加糖、油脂及其他配料,经调粉、成型、烘烤等工艺制成的食品[1],按照配方和生产加工工艺的不同可分为12种[2],其中韧性饼干的表面花纹多为凹花,断面有层次,口感松脆,比较受到大众的喜欢[3]。
在韧性饼干的制作中,面团的调制是获取理想韧性面团的首道工序,调制效果的好坏,会影响面团的后续操作和最终产品质量。在调制过程中,搅拌强度的控制对面团的性质有着重要影响。搅拌强度不足,面团组织粗糙,延展性和弹性较差;在适当搅拌强度的处理下,小麦粉中的蛋白质基质被聚集在一起,形成具有黏弹性、延展性的网络结构[4];超过一定限度的搅拌强度,则会弱化这一稳定结构。对于韧性饼干的制作来说,既需要面团具有一定的韧性和面筋形成量,又不需要面团具有过强的弹性,否则将无法保持饼干的花纹和形态完整,因此需要适当弱化面筋网络结构,使其超越弹性限度,面团柔软且具有一定的可塑性[5]。
目前已有学者具体研究搅拌强度对不同类型面团性质的影响,王录通[6]探究了和面工艺对馒头面团及成品品质的影响,结果表明面团的持气时间、产气量、面团发酵高度等品质特点是可以通过和面时间来改变的,从而进一步影响馒头的比容与内部结构。陈丽等[7]对不同搅拌时间下的非发酵面团进行了水分分布状态的分析,可以看到刚离开500 BU时的面团内部结构致密均匀,面筋水合程度最充分。KAENIOUDAKI等[8]探究了搅拌速度对面包面团的拉伸、流变和烘焙性能的影响,结果表明搅拌速度会影响面团的流变特性,从而影响面团发酵及面包产品的体积。
因此,为了具体研究搅拌强度与韧性面团特性及饼干品质之间的关系,本试验以250 g小麦粉为基准,控制搅拌速度一致,以搅拌时间为变量探究其对面团特性的影响,同时对各组面团制得的饼干进行烘焙特性分析,确定韧性面团的最佳搅拌时间,从而制作出松脆可口、层次分明的饼干,满足消费者和企业的共同需求。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
低筋小麦粉(蛋白质质量分数7.7%,湿面筋质量分数20.6%,小麦膳食纤维≥3%),江苏江南上一道科技股份有限公司;高活性干酵母(高糖型,含水量4.9%),广西丹宝利酵母有限公司;黄油,新西兰恒天然集团;白砂糖、玉米淀粉、泡打粉、奶粉、鸡蛋、食盐,市售;木瓜蛋白酶(100 000 U/g),南宁庞博生物工程有限公司;香兰素,商丘青山香精香料有限公司;β-巯基乙醇,天津市江天化工技术股份有限公司;盐酸胍、甘氨酸、尿素、5,5′-二硫代双(2-硝基苯甲酸),索莱宝生物科技有限公司;石油醚,天津市天力化学试剂有限公司;试剂均为分析级。
1.2 仪器与设备
YH-A10002电子天平,力辰科技有限公司;HM740和面机,深圳市牧人电器五金制品有限公司;CF-3500发酵箱,珠海家宝德科技有限公司;C40海氏烤箱,青岛海氏烘焙电器有限公司;Scientz-10N真空冷冻干燥机,北京博医实验仪器有限公司;TDZ5-WS台式离心机,湘仪离心机仪器有限公司;HAAKE MARS动态流变仪、IS50FT-IR傅立叶变换红外光谱仪、Varioskan Flash多功能酶标仪,赛默飞世尔科技有限公司;Micro MR-25低场核磁共振仪,上海纽迈电子科技有限公司;JSM-IT300LV扫描电子显微镜,日本电子公司;TA.TOUCH质构分析仪,英国Stable Micro System公司;JJJM54S面筋洗涤仪,上海嘉定粮油仪器有限公司;SOX4.6脂肪测定仪,海能仪器公司。
1.3 实验方法
1.3.1 韧性饼干的基础配方
以低筋小麦粉-玉米淀粉的总质量为基准(按100%计),韧性饼干的配方为低筋小麦粉95%,玉米淀粉5%,白砂糖20%,鸡蛋20%,黄油15%,奶粉5%,泡打粉2.5%,食盐0.8%,酵母0.5%,香兰素0.5%,木瓜蛋白酶0.15%。
1.3.2 面团及韧性饼干的制备
1.3.2.1 饼干加工工艺流程
原辅料处理→调粉→辊轧→成型→摆盘→烘烤→冷却→包装→成品
1.3.2.2 工艺流程操作要点
a)原辅料处理:预先用温水(35 ℃左右)活化酵母,与40%(以小麦粉和玉米淀粉的总量为基准)的小麦粉混合至面团光滑,置于醒发箱(温度:28 ℃,湿度:80%)中醒发1 h,得到发酵面团。
b)调粉:黄油于室温下软化,与奶粉、糖粉、全蛋液混合均匀,用打蛋器打发,至呈现硬性状态,有清晰纹路[9],再与剩余干粉及发酵面团混合,最后加入用水溶解的木瓜蛋白酶搅拌至面团光滑。从加入木瓜蛋白酶后搅拌开始计时,固定搅拌速度为和面机一档,搅拌时间分别设置为5、15、25、35、45 min。
c)辊压成型:将面团进行往复辊轧,辊压次数10次,片厚约3～4 mm,并在饼胚表面扎上小孔,便于透气。
d)烘烤:烤箱预热10 min,底火设置165 ℃,上火设置195 ℃,烤制时长9 min。
1.3.3 面团拉伸特性的测定
使用质构分析仪,选择探头为TA/TG,测定面团的拉伸特性,设定参数如表1所示。
表1 拉伸特性测试参数
Table 1 Tensile characteristics test parameters
测试程序探头型号测前速度/(mm/s)测中速度/(mm/s)测后速度/(mm/s)拉伸距离/mm触发力/g拉伸TA/TG2.03.310.075.05.0
1.3.4 面团流变特性的测定
参照JEONG等[10]的方法,探究不同搅拌时间对面团动态流变学特性的影响。
1.3.5 面团水分分布的测定
通过低场核磁共振仪的CPMG序列,测定面团中水分分布的情况。称取(5.00±0.01) g面团,置于测试管中进行测试,每组样品测定3次,取平均值[11]。
1.3.6 面团游离巯基及二硫键含量的测定
采用Ellman’s试剂比色法测定面团中的二硫键及游离巯基含量[12]。
1.3.7 面团蛋白质二级结构的测定
采用傅里叶变换红外光谱仪测定蛋白质二级结构,将面团进行脱脂处理,手洗将面筋蛋白与淀粉分离,真空冷冻干燥处理面筋蛋白样品,后进行红外光谱扫描测定[13]。
1.3.8 面团微观结构的观察
将不同搅拌时间处理的面团经真空冷冻干燥脱水(-80 ℃,12 h)处理,取块状样品固定于样品台,后喷金推入仪器内部,于3.0 kV加速电压和800倍放大倍数下观察面团的微观结构。
1.3.9 搅拌时间对韧性饼干烘焙特性的影响
1.3.9.1 质构特性的测定
采用HDP/3PB 探头来测定饼干的硬度和脆度,测试参数如表2所示。
表2 质构特性测试参数
Table 2 Texture characterization test parameters
测试项目测试参数测前速度/(mm/s)3.0测中速度/(mm/s)1.0测后速度/(mm/s)10.0测试距离/mm8.0触发力/g5.0
1.3.9.2 感官评价
由10名经过一定培训的食品专业学生组成评价小组,采用评分法对韧性饼干进行评价,满分100分,最终得分取平均值。饼干感官评价标准如表3所示。
表3 饼干感官评价标准
Table 3 Sensory evaluation criteria of biscuit
项目评分标准评分/分外观形态(20分)外形完整,厚薄均匀,无收缩变形,不起泡,无凹底16～20厚薄基本均匀,表面略有粗糙不平整,或有轻微均匀泡点10～15收缩明显,表面鼓泡严重不平整,有较大或较多凹底1～9色泽(20分)色泽均匀,有光泽,无明显焦边,整体呈金黄色16～20色泽不均匀,颜色偏淡黄色或略泛白,光泽感不明显10～15色泽极度不均匀,有焦糊或过白现象,有异色1～9口感滋味(20分)硬度适中,咀嚼有松脆感,适口性好 16～20硬度略硬或略小,口感略紧实或酥松,脆感稍差10～15硬度过硬或过小,口感过于紧实或酥松,不松脆1～9综合风味(20分)品尝和闻起来时,均有浓郁的麦香16～20品尝和闻起来时,麦香味较淡10～15品尝和闻起来时,麦香味不明显,有其它异味1～9组织状态(20分)组织细腻,断面气孔分布均匀,层次分明16～20组织中可见大孔,层次较分明,组织略粗糙10～15断面结构无多孔状,质地僵硬,有杂质1～9
1.4 数据处理
采用Excel 2016进行数据处理,利用SPSS 16.0对数据进行显著性分析,图像采用Origin 2021绘制。所得结果均采用3次重复试验的平均值±标准差表示。
2 结果与分析
2.1 搅拌时间对面团拉伸特性的影响
面团的拉伸特性主要包括拉伸距离和拉伸强度,拉伸特性可以在一定程度上反映面团的弹性与延展性。其中拉伸强度是面团在拉伸过程中所能承受的最大拉断力,拉伸距离是这一过程中的变形延展距离[14],搅拌时间对面团拉伸特性的影响见表4。
表4 不同搅拌时间对面团拉伸特性的影响
Table 4 Effect of different mixing times on the tensile characteristics of dough
搅拌时间/min拉伸强度/N拉伸距离/mm50.49±0.01d31.16±1.92e150.62±0.03c48.25±1.33c250.94±0.10a66.95±1.75a350.79±0.03b58.96±1.26b450.71±0.01b40.72±1.09d
注:不同字母表示存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
从表4可以看出,在5 min搅拌时间下面团的拉伸强度最小,拉伸距离最短,说明此时的面团抗拉伸能力最弱,极易被扯断,随着搅拌的继续进行,拉伸强度和拉伸距离均上升,在25 min时2指标均达到最大值,分别为0.94 N和66.95 mm,推测此时形成了稳定面筋网络结构,从而具有较强的抗拉伸性能。继续增加搅拌时间达到35 min,可以看到面团的拉伸强度和拉伸距离出现一定程度的下降,相较于25 min条件下分别降低了15.96%和11.93%,但是整体的拉伸性能仍然要强于5和15 min条件下的面团,延展性较强。
2.2 搅拌时间对面团流变学特性的影响
面团是一种复杂的黏弹性体系,既具有黏性流体的特征,又具有弹性固体的特点[15]。通过旋转流变仪分析面团在线性黏弹性范围内的形变特性,可以获得弹性模量(G′)和黏性模量(G″)这2个主要参数,其中G′反映面团的弹性,G″反映面团的黏性,搅拌时间对面团动态流变学特性的影响如图1所示,不同搅拌时间处理下的面团流变学性质存在一定差异,在0.1～10 Hz频率扫描测试中,各组面团样品的G′均高于G″,说明面团的弹性强度高于黏性强度。
a-弹性模量;b-黏性模量
图1 不同搅拌时间对面团弹性模量G′及黏性模量G″的影响
Fig.1 Influence of different mixing times on the elastic modulus G′ and viscous modulus G″ of mixed flour dough
由图1-a可知,搅拌时间为5 min时面团的G′值较小,随着搅拌时间的延长,面团的G′先增加后降低,在25 min时弹性达到最大值,但是过高的弹性会使得面团在后续辊压成型时易收缩,可操作性下降。超过25 min搅拌时间后的面团的弹性开始下降,猜测是因为面筋网络结构开始被弱化,面筋之间的连接程度有所降低。图1-b的结果表明,对面团进行搅拌处理使得黏性模量G″增加,且搅拌时间越长,G″越大,这表明了面团黏度的增加,当搅拌时间达到35 min,G″增大可能是因为面筋网络结构被破坏,使得部分水分析出,从而导致黏性变大。
2.3 搅拌时间对面团水分分布的影响
水分是大部分食品中含量最高的组分,其对食品的质构和保藏都有很大的影响[16],而水分子在食品中的不同存在形式也会对其加工特性和品质等产生影响。低场核磁共振仪检测到面团中存在着四部分流动性不同的水,根据弛豫时间的不同将面团中的水分为:峰1、峰2、峰3、峰4,通常认为峰1代表结合力最强的结合水,峰2和峰3为结合力较弱的非结合水,峰4为流动性最强的自由水[17]。由图2可以看到,峰2为面团搅拌过程中的主峰,说明面团中的水分主要以弱结合水的形式存在,强结合水含量次之,自由水最少。
图2 不同搅拌时间对面团横向弛豫时间T2分布的影响
Fig.2 Effect of different mixing times on T2 distribution in the lateral relaxation time of dough
由表5可知,随着面团不断搅拌,各峰面积比例均出现一定程度的变化,其中代表强结合水峰1的峰面积在25 min时达到最大比例,35 min时又出现显著下降,而峰2、峰3和峰4的峰面积所占比例则呈现相反趋势。这一数据变化说明在25～45 min搅拌时间内,体系当中强结合水含量下降,弱结合水和自由水的含量增加,主要原因是对面团进行35 min的搅拌会破坏25 min下已形成的面筋网络结构,面筋束缚水的能力下降,面团中的部分强结合水转化为弱结合水和自由水,水分从面筋网络中迁移出[18],宏观表现为面团松弛柔软,此时的面团可操作性较强。而如果继续延长搅拌时间至45 min,代表自由水峰4的峰面积比例较35 min显著增加,此时的面团与35 min条件下相比已经开始变得黏软,出现粘手和粘连辊柱的现象出现。
表5 不同搅拌时间对混合面团峰面积比例A2的影响 单位:%
Table 5 Effect of different mixing times on the relative peak area A2 of the mixed dough
搅拌时间/minA21A22A23A24510.490±0.415c73.511±0.351a15.424±0.153c0.576±0.040ab1511.284±0.079b72.628±0.374b15.509±0.315c0.579±0.100ab2512.287±0.271a71.130±0.025c15.984±0.280b0.599±0.010ab3511.455±0.104b72.217±0.184b15.771±0.168bc0.557±0.024b4511.633±0.098b71.295±0.334c16.455±0.255a0.617±0.027a
2.4 搅拌时间对面团游离巯基及二硫键含量的影响
二硫键和游离巯基作为面筋网络结构的重要功能基团,两者之间的转换会影响蛋白质的解离与聚合[19]。对面团进行不同搅拌时间的处理,可以看到游离巯基与二硫键含量的变化。
由表6可知,随搅拌时间的增加,面团中游离巯基含与二硫键这2种功能基团含量的变化呈现完全相反的趋势。相较于其他搅拌时间,25 min时面团中二硫键含量达到最高值,说明游离巯基在一定程度上被氧化为二硫键,这使得蛋白质的结构更加稳定[20]。但是稳定的面筋网络结构并不是韧性饼干面团所需要的,因此需要继续进行搅拌处理,逐渐打断已经形成的面筋,使得面团中的二硫键向游离巯基转变,25～45 min范围内功能基团的变化也正如前文所述。
表6 不同搅拌时间对面团游离巯基及二硫键含量的影响 单位:μmol/g
Table 6 Effects of different mixing times on the content of free sulfhydryl and disulfide bonds in dough
搅拌时间/min游离巯基含量二硫键含量59.66±0.04a0.69±0.03d158.69±0.22b1.29±0.05c256.72±0.59d2.70±0.03a358.09±0.04c1.48±0.02b459.62±0.06a1.28±0.08c
2.5 搅拌时间对面团蛋白质二级结构的影响
为了进一步研究搅拌时间对面团品质特性的影响,采用FTIR定量分析面筋蛋白二级结构的变化,蛋白质的二级结构单元主要包括有α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规则卷曲,它们在酰胺Ⅰ带(1 700～1 600 cm-1波段)对应的特征峰分别为:1 646～1 664 cm-1、1 615～1 637 cm-1和1 682～1 700 cm-1、1 664～1 681 cm-1、1 637～1 645 cm-1[21]。通过蛋白质二级结构分布的变化,可以观察到不同搅拌强度下面团面筋网络结构的形成状态。
由图3可知,随着搅拌时间的增加,面团中代表稳定构象的α-螺旋和β-折叠先上升后下降,当搅拌时间达到25 min时,α-螺旋和β-折叠的比例达到最高点,为26.29%和41.64%,这与25 min搅拌时间下面团具有较高的S—S含量结果相一致。延长搅拌时间至35 min,相较于β-折叠不稳定的蛋白质构象:无规则卷曲所占比例显著增加,由15.47%增加至20.88%,其变化与α-螺旋和β-折叠恰好相反,表明此时的面筋网络结构可能被弱化。
图3 不同搅拌时间对面筋蛋白二级结构含量的影响
Fig.3 Effect of different mixing times on the content of secondary structure of gluten protein
2.6 搅拌时间对面团微观结构的影响
不同搅拌时间下面团的微观结构如图4所示。图4-a是搅拌时间为5 min时的面团,其中呈现椭圆形的为淀粉颗粒,周围呈现筋状、片状的物质为面筋蛋白[22],可以观察到面团的内部存在大小不一的孔洞和弧形凹陷,淀粉与面筋蛋白的结合并不紧密,这些现象均表明此时的面筋网络结构较为松散。
a-搅拌时间5 min;b-搅拌时间15 min;c-搅拌时间25 min;d-搅拌时间35 min;e-搅拌时间45 min
图4 不同搅拌时间对面团微观结构的影响
Fig.4 Effects of different mixing times on dough microstructure
随着搅拌时间增加到15、25 min时,图4-b、图4-c与图4-a相比,弧形凹陷和孔洞也基本消失,尤其是图4-c,淀粉与蛋白质的紧密结合使得整个截面均匀且规律。当搅拌时间继续增大,图4-d显示35 min条件下面筋蛋白与淀粉的结合能力下降,有序的空间结构部分开始向无序状态转变,这与蛋白质二级结构中观察到的现象是一致的,即此时β-转角和无规则卷曲所占比例增加。通过图4-e可以看到45 min条件下的微观结构,其淀粉的裸露情况严重,整体出现与图4-a类似的孔洞,说明此时的面筋网络结构在长时间搅拌下被破坏,虽然韧性饼干的制作需要一定程度地弱化面团面筋,但45 min条件下的弱化程度过高,结合水分分布状态的结果,此时的面团表面出现含水光泽,黏性过大,已不适宜进行成型压片操作。
2.7 搅拌时间对韧性饼干烘焙特性的影响
2.7.1 搅拌时间对韧性饼干质构特性的影响
韧性饼干是典型的多层状脆性食品,其断裂属于脆性断裂,通过三点弯曲试验可以测量食品的硬度与脆性,将断裂点的最大力定义为硬度,断裂时的线性距离定义为脆性[23],其中距离越长,脆度越小,表示饼干越酥松[24]。
如表7所示,面团经过不同长短时间的搅拌会显著影响韧性饼干的硬度和脆性(P<0.05),当搅拌时间只有5 min时,此时饼干的硬度和脆性较小,主要是因为此时的面团受力小未伸展开,饼干过于酥松,缺乏韧性与脆感。随着搅拌时间增加至35 min,表7中数据显示饼干的硬度和脆性均逐渐增加,分别达到16.92 N和0.46 mm,结合感官评价结果显示,此时的饼干硬度适中,较为松脆,评分最高。而继续增加搅拌时间至45 min,硬度和脆性仍然增大,但此时饼干的口感评分有所下降。
表7 不同搅拌时间对韧性饼干质构特性的影响
Table 7 Effect of different mixing times on the structural characteristics of ductile biscuits
搅拌时间/min硬度/N脆性/mm511.94±0.44d0.82±0.12a1513.65±0.69c0.60±0.03b2514.78±0.11c0.54±0.03bc3516.92±0.66b0.46±0.01c4522.90±1.93a0.33±0.02d
2.7.2 搅拌时间对韧性饼干感官品质的影响
对不同搅拌时间下面团制成的韧性饼干进行感官评价,图5为各搅拌时间下饼干的综合感官评分及感官评价雷达图。
a-韧性饼干综合感官评分;b-韧性饼干感官评价雷达图
图5 不同搅拌时间下饼干的综合感官评分及感官评价雷达图
Fig.5 Overall sensory score and sensory evaluation radar chart of biscuits under different mixing times
由图5-a可看出,随着面团搅拌时间的增加,成品饼干的感官评分先上升后下降。当搅拌时间过短或过长时,饼干感官评价的结果与客观的质构分析结果是一致的,即过短搅拌时间下的饼干缺乏韧性,过于酥松,而过长搅拌时间下的饼干则口感紧实偏硬,从而导致评分下降。通过图5-b雷达图也可以发现,不同搅拌时间下的饼干感官评分差异主要集中在口感方面,对风味、组织状态等方面影响不大,当搅拌时间达到35 min时,饼干整体方面的分值达到最高,为88.28分,此时饼干松脆有韧性,更受评价员喜爱。
3 结论
本研究采用微观与宏观分析相结合的方法,以搅拌时间为变量探究搅拌强度对韧性面团特性及饼干烘焙品质的影响。结果表明:随着搅拌时间的增加,面团的拉伸强度与拉伸距离先上升后下降,35 min时的拉伸性能仍强于5、15 min 条件下的面团;其弹性模量G′先上升后下降,黏性模量G″呈明显上升趋势;25～45 min时间条件下,水分分布状态结果显示强结合水开始向弱结合水及自由水转变,宏观表现为35 min条件下面团柔软可操作,45 min条件下面团黏腻粘手;α-螺旋和β-折叠所占比例在35 min时下降,与此时二硫键含量下降,游离巯基含量上升的结果相一致;扫描电镜结果显示35 min条件下的面团内部的淀粉与面筋蛋白又出现一定程度的分离,45 min条件下面团的面筋网络结构弱化严重;同时,不同的搅拌强度会对饼干的烘焙品质造成影响,其硬度和脆性会随着搅拌时间的延长而增加,同时感官评分呈现先上升后下降的趋势,在35 min时达到最大值,此时的饼干口感最佳。因此综合考虑面团在35 min条件下具有较强的延展性以及适当的黏弹性,在后续的辊压成型过程中较为柔软,可操作强,且此搅拌时间下所制得的饼干硬度和脆性适中,感官评价得分最高,最终选择搅拌时间为35 min。
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