右旋糖苷对面包品质的影响及机理研究

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从20世纪后期开始,酸面团技术对面包品质的改善优势及“绿色标签”的特性,改变了面包酵母主导烘焙产业的状况。酸面团发酵过程中累积的右旋糖苷可显著抑制面包老化,逐渐被公认为是一种具有应用前景的面包品质改良剂。目前针对右旋糖苷分子量与面包品质关系的研究较少,对于其改善品质的作用机制仍不明确。这种研究的缺失难以从本质上了解右旋糖苷在改善面包乃至其它面米制品品质方面的应用前景。本课题首先通过对比不同分子量右旋糖苷对直接发酵面包及酸面团面包品质的影响,明确了右旋糖苷分子量与面包品质改良效果的关系;其次分析面团的流变学性质,从面团品质角度阐明了右旋糖苷改变面包品质的原因,并采用组分分离与重组的方式,探究右旋糖苷对淀粉和面筋蛋白性质的影响,进一步揭示了右旋糖苷改善面包品质的作用机制;最后利用低温(20℃)发酵手段,提高了酸面团及培养液中目的右旋糖苷产量,并验证了富含右旋糖苷的酸面团抑制面包老化的有效性。主要研究内容和结论如下:1.外源添加的右旋糖苷对面包品质的改善效果,尤其是对面包老化的延缓作用,与其分子量和面包产品加工方式有关。通过图像扫描、质构仪和差示扫描量热仪(DSC)分析,发现0.1%(w/w)右旋糖苷T2000(分子量Mw:2.0×106 g/mol)的添加使新鲜直接发酵面包的内部纹理结构更加蓬松,促使新鲜面包芯硬度比未添加右旋糖苷的对照组降低32.2%,促使4℃下储藏7天的面包芯老化速率降低17.6%、回生热焓值减小23.1%。与对照组相比,0.1%不同分子量右旋糖苷都提高了新鲜酸面团面包芯的致密性和均匀性,而0.1%右旋糖苷T10、T750、T2000的加入使酸面团面包老化速率分别降低12.2%、21.5%、26.3%,回生热焓值分别减小11.7%、14.0%、17.1%,相对重结晶度由23.17%降低至19.31%、17.03%、16.78%。最高分子量的右旋糖苷T2000对直接发酵面包和酸面团面包品质的改良效果最为显著,并且对酸面团面包老化的抑制效果优于直接发酵面包。添加量优化结果表明,0.1%为右旋糖苷T2000改善两种面包品质的适宜添加量。此外,0.1%右旋糖苷T2000对酸面团面包品质老化的抑制作用强于相同添加量的羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羧甲基纤维素(CMC)和黄原胶,是一种有效的储藏面包品质改良剂。2.右旋糖苷对面团流变学性质的影响与面团的加工方式有关。使用粉质仪分析小麦面粉粉质特性的差异性,结果表明高浓度的右旋糖苷T2000(0.8%,w/w)导致面团的吸水率由66.7%增加至68.7%、形成时间由2.5 min降低至2.2 min、稳定时间由4.3 min缩短至3.4 min,面团的加工特性变差。通过测定右旋糖苷水溶液的静态流变性质,发现右旋糖苷T2000水溶液的粘度无明显变化,且稠度系数(K)大,表明高分子量右旋糖苷持水性好,有助于降低水分子的流动性。利用质构仪和流变仪评估面团的拉伸特性和动态流变特性,结果表明0.1%右旋糖苷T2000对面团的抗拉伸阻力和延展性无显著性影响(p>0.05),明显地提高了面团的弹性模量(G′)、粘性模量(G′′)和低扫描频率区(0.3 Hz~1.0 Hz)tanδ(G′′/G′)。采用动态流变扫描分析右旋糖苷T2000对含酸面团的面团粘弹性的影响,发现0.1%右旋糖苷T2000降低了tanδ。因此,高分子量的右旋糖苷T2000有助于提高弱酸化面团的弹性,改善其粘弹性,而对非酸化面团的粘弹性无积极影响。3.右旋糖苷明显抑制了直链淀粉短期回生及支链淀粉长期回生,且弱酸性环境提高了右旋糖苷对支链淀粉重结晶的抑制程度。运用快速粘度分析仪(RVA)和碘比色法测定淀粉的糊化性质,得出0.5%右旋糖苷T2000(w/w,占淀粉重)增强了非酸性环境和弱酸性环境(pH 5.5)下淀粉颗粒的热稳定性,降低了渗出直链淀粉含量、直链淀粉重结晶结构含量,而单纯的弱酸性环境降低了其热稳定性,增强了直链淀粉渗出、直链淀粉重排。采用低场核磁技术(LF-NMR)研究不同淀粉凝胶体系在4℃下储藏7天后的水分分布情况,发现0.5%右旋糖苷T2000、弱酸性环境均促使支链淀粉重结晶结构内水分子(T22=1 ms~10 ms)的流动性增强、水分的含量降低,T22由3.454 ms分别升高至3.802 ms、3.813 ms,A22由61.442 au分别降低至55.107 au、55.279 au,而两者的联合应用促使T22升高至4.008 ms,表明重结晶结构的收紧程度进一步降低。使用DSC评估淀粉体系及淀粉-面筋体系在4℃下储藏7天后的支链淀粉长期回生程度,结果表明0.5%右旋糖苷T2000、弱酸性环境及含右旋糖苷的弱酸性环境使淀粉体系的回生热焓值分别降低了4.0%、7.1%、5.8%,使淀粉-面筋体系的回生热焓值分别降低了9.0%、8.7%、14.3%,面筋蛋白的存在增强了右旋糖苷T2000和弱酸环境对支链淀粉长期回生的抑制作用。4.右旋糖苷对弱酸性环境下面筋二级结构、热稳定性和粘弹性产生积极影响。利用十二烷基磺酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和高效液相分子排阻色谱(SE-HPLC)分析面筋蛋白分子量分布,发现0.5%右旋糖苷T2000(w/w,占面筋蛋白重)和弱酸性环境(pH 5.5)皆减弱了高分子量区域(Mw>175 kDa)条带强度,而弱酸性环境导致谷蛋白大分子聚集体(GMP)含量由(62.43±0.16)%降低至(57.70±0.90)%,可溶性的高分子量(HMW)蛋白、低分子量(LMW)蛋白含量相应地升高。游离巯基(SH)含量分析发现,0.5%右旋糖苷T2000导致面筋体系中游离SH累积,干扰了面筋蛋白分子间的聚合作用,而右旋糖苷T2000没有明显改变弱酸化面筋结构中游离SH的含量,表明弱酸性环境有助于削弱右旋糖苷对面筋蛋白分子聚合的不利影响;通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测定不同面筋网络结构中反向平行β-折叠、α-螺旋、β-转角和β-折叠的含量,与对照组相比,0.5%右旋糖苷T2000、弱酸性环境分别使反向平行β-折叠降低至(29.49±2.23)%、(31.24±1.29)%,β-转角升高至(23.75±6.01)%、(27.56±2.43)%,即“train”(紧密结构)含量降低,“loop”(疏松结构)含量升高,表明面筋结构的内聚力及耐延展性降低;而右旋糖苷增大了弱酸化面筋体系中紧密结构含量、减小了疏松结构含量,说明增强了弱酸化面筋结构的内聚力及耐延展性。运用DSC和流变仪探究了面筋结构的热力学性质和流变学性质,0.5%右旋糖苷T2000导致面筋三维网络结构的变性温度(Tp)降低,弱酸性环境使面筋结构的焓值(ΔH)降低,而右旋糖苷明显提高了弱酸化面筋的Tp、ΔH,表明其结构变得更加稳固;0.5%右旋糖苷T2000对面筋样品的相角(δ)无影响,酸性环境使δ值提高,而右旋糖苷的添加降低了弱酸化面筋体系的δ值,说明右旋糖苷增强了弱酸化面筋结构的弹性。5.与常规培养温度(30℃)相比,温和的低温环境(20℃)更有利于酸面团及培养基中肠膜明串株菌(Leuconostoc mesenteroides ATCC 8293)产生高分子量右旋糖苷。不含蔗糖的酸面团在30℃、20℃下发酵24 h后,其菌落数和pH值皆相当,与蔗糖(15%、30%,w/w,占面粉重)共发酵的酸面团表现为稍高的菌落数、稍低的pH值;含或不含蔗糖的酸面团在低温(10℃)下发酵24 h后,其菌落数降低、pH值升高。37℃、30℃、20℃下发酵培养基时,菌落皆在2 h后进入对数生长期、14 h后进入稳定生长期,而10℃、6℃下培养时,菌落生长的延滞期分别延长至24 h和36 h,并且稳定期的OD600值皆明显低于常规培养温度下稳定期的OD600值。因此,低温环境延缓酸面团及培养基中乳酸菌的生长,而温和的低温环境对其生长无影响。SE-HPLC和高效液相离子交换色谱(AE-HPLC)分析结果表明,在20℃、含15%(w/w)蔗糖的发酵环境下,酸面团发酵基质中EPS的产量最高,与30℃相比提高了8.7%,潘糖类寡糖的种类及含量也明显增加,面包品质分析结果显示该种酸面团促使面包老化速率降低26.2%。在20℃下,蔗糖(15 g/L)培养基中菌落生长至稳定初期的EPS含量最高,为(4.13±0.77)g/L,比30℃增加了75.0%。
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