Ⅰ 不同添加量对全麦面包品质的影响
摘要
以自制全麦面包为试验样本，研究了菊粉对全麦面包的形状品质的影响，通过优化菊粉全麦面包的配方工艺，并通过感官评价，对面包的松软程度、体积大小、气味、口感、组织等感官上的品质因素进行评分，来确定菊粉在全麦面包中的最佳添加量。研究发现，全麦面包的比容随着菊粉添加量的变化，先是增大随后减小，含水量先是增加随后减少，保水性持续增高，整体上是一种先升后降的趋势，随着菊粉添加量达到6%，含水量达到45.91%，比容达到6.92mL/g，此时感官评价最高，可以生产出来具有良好风味和组织形态的全麦面包。
关键词：全麦面包；菊粉；影响
1 绪论
1.1 菊粉概述菊粉，又名菊糖，十九世纪初，科学家们对旋覆花属土木香的根茎结晶进行提纯得到的一种果聚糖，并称其为菊粉。在自然界中，菊芋菊苣中菊粉的含量及其丰富，分别为14%~19%、15%~20%[1]。
1.1.1 菊粉的来源菊粉在自然界的各种生物的体内都曾被发现，但在自然界植物体内的含量远大于细菌、真菌。相关科学研究成果资料显示表明,含有菊粉的草本植物种类数量已经达到了3万种以上,包括含有百合草本科、禾秆草本科等多种单子叶草本植物及菊科、桔梗科、龙胆科等多种双子叶草本植物[2]。由于，自然界中菊苣与菊芋中菊粉的含量丰富，所以它们常被用来作为菊粉加工业的原材料，在国外菊粉的提取主要以菊苣为原料，我国国内主要以菊芋为原料，工业上采用喷雾干燥的方式提取，并用水热法和微波法[3]对其进行加工。
1.1.2 菊粉的结构菊粉是由末端带有葡萄糖残基，以β（2→1）键组成的线性直链多糖的D-呋喃果糖分子组成的。具体化学式如图1.1。
图1.1 菊粉化学结构式菊粉的聚合度(DP)通常一般来说在2~60,一般来说平均水分DP≤10的菊粉主要属于短链多环菊糖或其他低聚短链果糖, 平均DP≥23的称为长链菊粉或多聚果糖，从天然植物中提取的中提取的菊粉同时含有短链、中链和长链结构，属于天然菊粉。单糖和双糖在短链菊粉和天然菊粉制品中都普遍存在,味道略甜;长链菊粉基本不含单糖和双糖,则没有甜味[4]。
1.1.3 菊粉的营养价值和生理功能菊粉作为一种可溶性的膳食纤维，具有相比普通膳食纤维、果蔬类、谷物类、豆类、菌类等更加突出的生理功能，常作为研究其他益生元功效的标准对照物，其具体生理功能如下：
（1）控制血脂菊粉能够有效控制人体血脂的原因是它能通过控制低密度脂蛋白胆固醇和血清总胆固醇的含量,来改变高密度脂蛋白在人体血清总胆固醇中的占比。通过调查发现在50-90岁的年龄人群中,坚持每天摄入8g菊粉的人群比未摄入人群的血液中甘油三酸脂和总胆固醇的含量低[5];通过临床研究18名糖尿病人连续两周每天摄入8g菊粉的频率变化结果发现,人体血清中胆固醇含量减少7.9%,但HDL-胆固醇却维持现状。而与对照组相比,身体机能没有发生任何改变[6]。Brighenti等人员[7]通过对12名年轻健康男性的多项研究结果发现,在平时的早餐中摄入9g菊粉,经过四周的时间后,8.2%,甘油三酸酯降低26.5%[8]。
（2）降低血糖菊粉属于碳水化合物,并且不会直接引起患者尿液尿酸中的碱性葡萄糖激素含量明显升高。它一般位于人胃肠道上部,不会因发生水解而变成一种单糖,为此在控制血糖和胰岛素方面有着重要作用。相关科学研究结果证实了,低聚果糖在胃和结肠细胞中的结合发掘所利用产生的短链饱和脂肪酸含量会直接使得人体血糖系统中的脂肪含量显着降低[9]。
（3）提高矿物质的利用率菊粉还有助于人的身体消化吸收富含Ca2+、Mg2+、Zn2+等多种矿物质的食物。据证实,若青少年长期食用8g/d(天然菊粉),可提高身体骨骼对Ca的利用率。并加强人体骨骼的脂质密度和矿物质的综合含量。
具体方式如下：①身体粘膜在菊粉的作用下隐窝不断变浅，在发酵的作用下产生短链脂肪，促进了菊粉的吸收；②在发酵的作用下，酸含量进一步扩大使得结肠pH降低，加快矿物质的溶解，提高生物有效性；③菊粉能促进植酸酶的分泌，释放大量植酸，进一步促进矿物质的吸收。
（4）调节肠道菌群平衡菊粉作为优质的一种水溶性膳食纤维,不会直接受到人体胃酸的浓度影响,而是会在胃和结肠中多种微生物的联合作用下,实现对人体肠道无菌环境的有效改善。相关研究资料证实,人体大肠中初始双歧杆菌的数量决定着其繁殖速度,如果初始双歧杆菌较少,菊粉的效果更为显着,如果初始双歧杆菌较多,菊粉效果则较差。摄入菊粉后还可以有效帮助增强人体全部胃肠道和大肠的正常蠕动,增加对肠胃的辅助消化功能，提高人的食欲,增强机体自身的的免疫力。
（5）减少有毒发酵产物的繁殖速度，保护肝脏，预防结肠癌食物运送到结肠,在各种肠道菌群的影响下,会迅速产生大量的各种有毒的生物代谢氧化产物,而新催生的短链脂肪酸会使结肠环境的酸度增加,有效减缓了腐生菌的繁殖速度,大幅减少有毒物质的产生,保护肠壁健康。在菊粉的作用下可使有毒致癌物质明显减少,随着人们排便生活质量的不断提高,粪便中的酸度不断急剧升高,使得有毒致癌物质菊粉得以迅速排出体外,推动了短链饱和脂肪酸的大量产生,有效降低结肠癌的发生几率。
（6）防便秘及治疗肥胖症膳食纤维让食物的消化速度更快，提高了粪便的排量，在预防便秘上的效果显着。而这些膳食中的纤维还可能会大大提高这些食物的消化粘度,使得这些食物直接进入肠道小肠的蠕动速度明显减慢,降低饥饿感,有效控制了食物的摄入。
（7）菊粉中有少量的2-9低聚果糖相关科学研究结果证实了,大脑神经皮质细胞中的营养代谢因子的表达水平会在一种低聚果糖的刺激作用下迅速提高,能够有效的帮助保护受糖皮质酮所诱导的大脑神经元,消除抑郁情绪的产生[10] 。
（8）减少患癌风险和提高免疫力菊粉可能与某种病原菌的一种外源细胞凝集素受体相结合,使其受体不能在细菌肠道壁上进行黏附。菊粉还可通过促进双歧杆菌的生长和增殖,刺激免疫系统,激活吞噬细胞,产生抗菌素,减少有毒物质的产生,平衡肠道菌群[11]。菊粉在人的大肠溶液中经催化发酵反应生成的反式乳酸和短链反式脂肪酸明显降低了β-葡萄糖苷聚合酶的活性,有利于在大肠内抑制亚硝基胺、吲哚等多种致癌物质的合理排放[12] [13] 。
1.1.4 菊粉在食品工业中的应用菊粉具有良好的食品加工性能,如菊粉外表外观呈洁白的白色粉末状,具有与燕麦面粉相似的有机粉体加工特性,无不良化学气味,较之于燕麦膳食纤维、大豆膳食纤维等常见的多种膳食蛋白纤维,菊粉同样具有良好的有机水溶性,微甜性并能迅速形成柔滑而细腻的凝脂橡胶纤维结构等[14]。在焙烤制品中加入菊粉,使得面团的稳定性更强,促进水的吸收,扩大面包体积,使得面包的弹性更大。
菊粉还是食品、饮料的主要生产材料,并且几乎所有的食品都含有菊粉。烘培日常生活食品、零食、婴儿用品护肤文化产品、冰淇淋,都会有菊粉的存在。菊粉对于高温加热很稳定,因此,在其他未经烘焙过的面团面粉产品中适量使用添加菊粉或者香料制剂可以有效地改善其他烘焙菊粉面团的外观形状，质构和更好而有效的弹性,给其他烘焙面团成品中的面团食用者带来一种更好的口感,研究表明,菊粉能增加面团的的发散时间,使得面团更为柔韧,这与菊粉增加了小麦蛋白的乳化活性和β-折叠含量,降低β-转角含量与谷蛋白发生交联等作用有关[15]。菊粉是一种优质的功能性配料,在全球范围内得到广泛的运用,并作为主要的膳食补充剂使用,在各个产品中都有它的身影。
1.2 全麦面包全麦面粉是指使用添加了或使用未完全去掉过的麦麸和麦胚的各种全麦面包淀粉进行制作而已完成的全麦面包。麦麸富含多种膳食蛋白纤维及其他高营养价值的成分,营养价值极高[16]。随着我国社会主义经济的不断稳步发展,人们在基本解决了温饱需求之后，更为注重饮食健康问题，全谷食品已经成为了人们主要的食用食物，作为全谷物食品的全麦面包，在味道上比白面包更为香醇，营养价值也更高。但麦麸的持水力和膨胀率较高，影响面团水分分布并破坏其稳定性。此外，麦麸中纤维会稀释蛋白网络结构，会影响面筋的扩张，导致面包口感粗糙，质地干硬，缺乏弹性等问题，导致面包感官特性性状[17]。
1.3 本文主要研究内容本文通过对全麦面包菊粉添加量的为研究核心，以全麦面包为研究重点，针对体积、保水性、水分含量、比容、感官评价等特征性指标为评价体系，研究不同添加量的菊粉对全麦面包品质的影响，以开发口感适宜且营养丰富的全麦面包，为新型食品原料的发展提供方向。
2 材料与方法2.1 材料与试剂
全麦面包粉，新乡良润全谷物食品有限公司；酵母，安琪酵母有限公司;天然菊粉，重庆骄王天然产物有限公司；植物油（金龙鱼），嘉里粮油有限公司；食盐，湖北广盐蓝天盐化有限公司；白砂糖，河北古松农副产品有限公司。
NaOH（AR），天津市北辰方正试剂厂；C20H14O4（AR），天津市登峰化学试剂厂。
2.2 仪器与设备MB25水分测定仪，美国奥豪斯；JA5003B MAX电子天平，上海越平科学仪器；ELBA烤箱，佛山市南海港洋机电设备；PHS-3C酸度计，上海鸿盖仪器；BCD-206SM冰箱， Haier/海尔；B40和面机，广州恒联。
2.3 试验方法
2.3.1 全麦面包生产工艺基本配方：全麦粉400g，干酵母5g，维生素C 15μg，糖7g，盐2g，植物油25g，温水280mL。在准备烘烤前，需要把温度上升至260℃，提前对烤炉进行预热10min[18]。
具体操作如下图2.1所示：
如果面团发起，那么就可以去掉塑料膜，先把面包放入烤箱，静置5min，然后把温度上升到190℃，再烤18到20min左右。最后取出并对是否成熟进行检查，判断面包是否成熟，可以对其进行敲打，看其内部是否有空洞的声音。取出面包，室温下冷却即为成品将已经装好面团的听模用塑料膜罩起来，在发酵箱内（34-40℃）发酵30min，里面放一碗热水增加发酵度，面团的体积发酵至2倍大手指戳不回缩即可。
在桌面上撒上面粉，放上面团并揉和10min，为了使面筋能够尽可能的充分形成，需要用后手掌对面团进行拉伸，然后击打面团。最后用塑料膜罩上面团。把听模放进烤炉，以便对其进行预热，然后取出，并需要擦干净内表面的油。最后将塑料膜揭去并快速对其揉和，使它成型，需要把切口对折于中间位置，可以使得面团与听模的大小差别不大，在放入听模时需要把光滑的一面朝上放置。
首先准备好一个器皿，在里面放入多种材料，如维生素C、酵母、糖、水，然后快速搅拌均匀，其次将其置于温暖处（34-40℃），然后静置10min，直到产生泡沫为止。
然后准备一个塑料盒，把盐、面粉、油、菊粉以及未用完的糖放入其中，将未用完的水以及起泡的酵母液进行混合并搅拌，直到形成面团为止。
图2.1 全麦面包工艺流程图
2.3.2 菊粉添加量的确定制作7组全麦面包，分别添加0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的菊粉。成品冷却后用于面包体积、水分、酸度及感官评价测定，通过分析得出最佳菊粉添加量。
2.3.3 全麦面包的品质检测
2.3.3.1 含水量全麦面包室温冷却后，迅速进行切片提取并进行称量3-4g的全麦面包芯，于105℃烘干至恒重，计算重量差及水分含量。
2.3.3.2 保水性失水率通常用于表示食物持水的能力。把全麦面包的面包芯放置于一个自然通风的常温环境中,对其内部进行常温冷却,1h后快速切片提取全麦面包芯,通过试纸称量并进行记录,采用双层玻璃袋或纸袋的包装方式将其放在自然常温的通风环境中,间隔24h称一次面包质量。
按照公式2.1计算失水率。
2.3.3.3 面包体积选择合适的容器，选用合适的填充剂，如小米，对面包进行覆盖，取出填充物，测定填充物体积，计算容器体积和填充物体积的差值[19]。
2.3.3.4 面包比容P= 公式2.2参照国标GB/T 20981-2007的实验方法,对各种面包体积、面包质量等指标进行实验测定。并根据计算公式2.2,对每个面包比容积值进行综合计算[20]。
上式中字母表示的含义为：
——面包比容，单位表示为mL/g；
——面包体积，单位表示为mL； m——面包质量，g。
2.3.3.5 酸度参照GB/T20981-2007的方法测定[20]。具体测定步骤如图2.2所示：
准备200ml的三角瓶，并取25ml的滤液放入其中，放入2到8滴的酚酞指示剂，然后用氢氧化钠的标准溶液（0.1mol/L）对其进行滴定直到出现微红色，保持30s不褪色，对所耗用溶液的体积进行记录。与此同时选择蒸馏水来做对比试验。
先是静置10min然后再摇晃2min，放置10min然后用滤纸或者纱布进行过滤。
取25g面包心，需要对其精确到0.1g，然后放入60ml的无二氧化碳蒸馏水，进行捣碎并转移到体积为250mL的容量瓶中，对其进行定容，直到刻度然后摇匀。
图2.2 酸度测定方法
按照公式2.3计算面包酸度。
T=c×V1-V2m×1000 （公式2.3）
式中：
——酸度，单位表示为º；
——氢氧化钠标准溶液的浓度，单位表示为mol/L；
——滴定试液时消耗氢氧化钠标准溶液的体积，单位表示为mL；
——空白试验消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL； m——样品的质量，g。
2.3.3.6 感官评价标准参考GB/T20981-2007的面包感官评价法，评定小组共有12人，并且他们都是感官评价的专业人员，对面包从多方面进行评分，如色泽、质地形态、气味等[20]，具体审评标准如见表2.1。
表2.1 全麦面包感官评价标准因素及比例满分评判标准2020-16.1分：均匀一致，无烤焦、发白现象16-12.1分：均匀一致，有轻微烤焦现象12-8.1分：色泽较均匀，有烤焦现象8.1-0分：颜色不均匀，有烤焦发白现象形态2020-16.1分：完整无缺损，定型效果好与造型相符，表面平滑无凹凸，无斑点16-12.1分：完整无裂口，定型效果基本与造型一致，表面比较平滑，有少量斑点12-8.1分：较完整，表面有龟裂现象，光泽度差8.1-0分：有缺损，龟裂现象，有黑点，表面粗糙气味2020-16.1分：具有浓郁的烘烤的面包香味，清新无异味16-12.1分：具烘烤的面包香味，无异味 12-8.1分：轻微烘烤的面包香味8.1-0分：没有明显的面包特有的香味组织2020-16.1分：气孔似蜂窝状紧密排布，纹理清晰，按压后可快速回弹，无掉渣16-12.1分：气孔排布均匀，纹理清晰，按压后可较快回弹，，掉渣不明显12-8.1分：局部过硬，按压后回弹较慢，有断裂和掉渣8.1-0分：硬，纹理不均匀，按压后不易回弹，有断裂掉渣现象口感2020-16.1分：松软适口，不粘，不硌牙，无异味16-12.1分：较为松软，不太粘，不硌牙，无异味12-8.1分：较硬，较粘，较硌牙8.1-0分：硬，粘，硌牙2.3.3.7 营养成分的测定水分的检测采用2.3.3.1全麦面包的含水量测定方法。
灰分的检测采用GB 5009.4-2016,[21]。
蛋白质的检测采用GB 5009.5-2016[22]。
脂肪的检测采用GB 5009.6-2003[23]。
膳食纤维的检测采用GB 5009.88-2008[24]。
碳水化合物的检测采用GB/Z 21922-2008[25]。。
3 结果与分析
3.1 菊粉对全麦面包水分含量的影响如下图的3.1所示，是菊粉对面包中水分含量的影响。从图中可以看出，菊粉添加量越多，那么面包的水分含量越低，究其原因则很可能主要是由于菊粉中还含有一种具有较好的亲和疏水性的化学成分,使面团和水的结合力有所加强。低面粉添加剂用量时,菊粉加入会迅速使得发酵面团中在发酵软化过程中的表面筋膜能够得到充分的组织形成和充分扩展,将发酵面团中的水分完全束缚其中。添加量过大,菊粉又会与面筋蛋白、淀粉等竞争吸水,影响面筋的延伸,使其对CO2的保持力减弱,水分流失加快。
图3.1 菊粉添加量对全麦面包含水量的影响
3.2 菊粉对全麦面包保水率的影响如图3.2所示，菊粉的添加量对全麦面包保水率的影响。从图3.2中我们可以明显看出,存储面包时间越长,面包中水流失的速度先快后慢，究其原因是在面包存储的初始阶段,面包比较容易损失的水分是面包表面的自由水,自由水随着时间的流逝容易全部散失;在存储后期,面包表面的自由水已经全部散失并开始散失面包结构里的结合水,相对自由水来说,结合水散失并不是特别容易。在同等的存储时间下,对比于未添加菊粉的其他全麦面包和添加菊粉的全麦面包,其前者的水量失水率更低,并且前者添加的水量和后者失水率也形成了正反比。这主要是因为菊粉是亲水性比较好的低聚糖,持水性较好。当菊粉的化学添加含量大约为1.2%的浓度时候,其整个面包的菊粉失水率应该是最低的,在菊粉存储6d以后,其面包失水率是9.3%,而没有添加菊粉的面包其失水率是12.7%。
图3.2 菊粉添加量对全麦面包保水率的影响
3.3 菊粉对全麦面包体积的影响如下图的3.3所示是各组菊粉全麦面包的体积大小。
从下图可以看出，不断增加菊粉的添加量，面包的体积呈现先增大然后减小的趋势。这是由于，少量的菊粉能够促进面筋的形成；当添加量太大的时候，菊粉会稀释面筋里面蛋白的含量，进行会对面筋网络的形成造成影响，从而降低持气能力，孔洞变大，内部的纹理更加粗糙，使得体积下降。
图3.3 菊粉添加量对全麦面包的体积影响
3.4 菊粉对全麦面包比容的影响各组面包比容测定结果如图3.4所示。增加菊粉的添加量，面包比容先增大后减小。当菊粉的添加量达到6%的时候，其比容是最大的，并且其数值明显大于空白的没有添加菊粉的全麦面包。菊粉面团的结构可以影响面包的比容，在低添加量的情况下，菊粉可以使面筋的结构得到加强，使强度和持气性得到改善，所以面包的比容增加。添加量过大，那么菊粉里面的成分会使得面团体系的分布不均匀，影响面筋网络的形成，使面筋的结构稳定性有所降低，因此面包的比容也有所降低。
图3.4 菊粉添加量对全麦面包比容的影响
3.5 菊粉对全麦面包酸度的影响各组面包的酸度如图3.5所示。由图3.5可知菊粉全麦面包的不同添加量之间酸度变化不明显，但数值均小于6ºT，符合国标GB/T20981-2007中对软式面包的酸度要求。
图3.5 菊粉添加量对全麦面包酸度的影响
3.6 菊粉对全麦面包的感官品质的影响各组面包的感官评分如图3.6所示。
图3.6 菊粉添加量对全麦面包感官评分的影响从图3.6可知,全麦面包的食物感官评分水平随菊粉全麦添加剂数量的不断增加而逐渐呈现先开始上升后逐渐下降的变化趋势,随着菊粉全麦添加剂数量的逐渐增加,菊粉全麦面包的感官空隙评分呈现先开始减少后逐渐增大的现象。分别对不同类型添加的变量的菊粉全麦面包外观、色泽、风味、口感以及总分进行评分。
3.7 最佳配方的确定通过以不同菊粉添加量为单因素做试验可知，菊粉添加量为6%时面包的感官评分最高，菊粉全麦面包的保水性、含水量和比容等都优于其他添加量。在菊粉的添加量处于一定范围内，针对全麦面包的体积来说，其不断增加添加量，体积会先增加后减小，当比容在菊粉的添加量是6%和8%的时候，相比于菊粉的添加量是0%时，依次增加了0.24和0.22，当菊粉的添加量为1%时比容反而下降，内部纹理变得粗糙，出现大的孔洞，表皮色泽变暗，较粗糙，感官评分也下降。由此可得出，菊粉添加量为6%时，全麦面包的整体评分都最高，最后确定最佳配方为6%菊粉添加量。
3.8 营养成分检测结果将菊粉添加量为6%的面包进行营养成分分析检测,得到其中含水分4.59g/100g,灰分1.83g/100g,脂肪7.9g/100g,蛋白质14.5g/100g以及膳食纤维13.38g/100g。
4 结论
本文探讨了菊粉作为食品添加剂对全麦面包品质的影响。结果表明,添加菊粉制作出来的面包可以帮人们制得一种营养更均衡,膳食纤维含量较高的面包。菊粉添加量为0%的全麦面包与添加菊粉的面包相比，后者的水分含量是比较高的,其面包质地和组织更加细腻且富有柔韧弹性,口感效果更好,从外观色泽效果来看更加饱满；随全麦面包菊粉添加量的增加其全麦面包品质先含量增加后逐渐降低,菊粉全麦面包添加量为6%时品质是最佳的,因此，以此添加量作为本次试验的最佳配方,做出的菊粉全麦面包品质最佳,检测最佳配方制作出的全麦面包的主要营养成分,显示检测结果如下: 水分和灰分分别为45.91g/100g、1.83g/100g，脂肪和蛋白质分别为7.9g/100g、14.5g/100g，碳水化合物57.8g/100g、膳食纤维13.38g/100g。因此,菊粉对我国全麦面包产品色泽、口感及主要营养价值特性的不断改善发挥作用，大大提高了全麦面包的营养品质,为今后丰富我国全麦面包产品种类和菊粉全麦面包的连续工业化生产过程提供重要理论依据。
此时此刻，我怀着无比激动的心情，向在我写论文以及做试验时帮助过我同学、老师以及最最重要的我的导师，张丹老师，献上我最真挚的谢意。在我筹备我毕业论文期间，无论是同学对我的帮助还是导师对我专业上的指导，都给予我莫大的鼓励，让我在无措的时候看到希望的光，尤其是我的导师，时刻提醒并督促着我们，而且还不厌其烦的给我的论文提出宝贵的意见和详细的批注。
在试验过程中，不可避免的出现很多失误，这时我要感谢各科专业课的任课老师在本科四年学习和生活中对我的用心教导，让我复盘时有充足的知识储备能够自查和纠正错误。
也要感谢我的爸爸妈妈，是你们养育了我，也默默在背后支持着我，这份情、这份爱，无以为报。惟愿父母亲身体健康，能够舒心，一切安好！
最后，感谢论文评阅老师们的辛苦工作。由于现阶段知识水平有限以及论文的写作水平稍显稚嫩，在论文中可能还存在不完善的地方，也希望老师可以指出。