变性淀粉在面包制品中的应用研究进展
王春艳,钟耕,刘树立
(西南大学食品科学学院,重庆)
摘要:在面包生产中,变性淀粉得到了越来越多的关注。不同种类的化学改性淀粉在面团和面包的质地和质 量上起着不同的作用,适量的变性淀粉有利于提高面包制品的品质和质量。文章对不同类型的变性淀粉在面包上的 应用进行了综述。
关键词:羟丙基淀粉;乙酰化淀粉;交联淀粉;面包;抗老化
中图分类号:TS 236.9文献标志码:A文章编号:1007-6395(2007)04-0058-05
变性淀粉(modified starches),亦称为修饰淀粉 或改性淀粉,是指通过物理方法或利用化学反应引 入某些官能基团,以改变原淀粉的结构而得到的具 有不同特性的淀粉。经过一个多世纪的发展,目前变 性淀粉已经广泛应用于食品、造纸以及纺织等各个 方面。在食品工业中,为提高食品质量,各种化学改 性淀粉如酯化淀粉、酯化-交联复合变性淀粉等都 已经应用于如快餐食品、面包和蛋糕等的各类食品 中。在焙烤制品如面包生产中,淀粉在形成面团质地 和提高产品质量上起着重要的作用。在产品制作过 程中,淀粉随着温度的提高和淀粉的凝胶化作用,与 体系中的其他成分竞争水分,从而建立起焙烤制品 的骨架结构。最近的研究表明,能降低原淀粉不良性 状的变性淀粉可以显著改善面包的质量[1~4]。不同种 类的化学改性淀粉在面团和面包的质地和质量上起 着不同的作用,适量的变性淀粉有利于提高面包制品的品质和质量。在各种变性淀粉中,羟丙基淀粉、 乙酰化淀粉、交联淀粉等可以显著影响面包制品的 品质。由此看来,关注使用以玉米、马铃薯或木薯淀 粉为原料的变性淀粉如羟丙基淀粉、乙酰化淀粉、交 联淀粉等来替代商业小麦淀粉而对面团和面包制品 质量所产生的影响具有很重要的意义。
1羟丙基淀粉、乙酰化淀粉、交联淀粉的性质
1.1交联淀粉的性质
交联淀粉广泛应用于食品的增稠剂中,尤其是 需要粘度稳定性很好的浓溶液中。淀粉交联后减小 了淀粉颗粒破碎的趋势,糊化温度上升,糊的稳定性 提高,抗酸能力明显优于原淀粉,膜强度上升。交联 淀粉是淀粉与具有两个或多个官能团的化学试剂起 反应,将不同的淀粉分子羟基联结在一起,而制得的 淀粉衍生物,反应机理见图1[5]。
交联加强了淀粉的氢键和作为分子间桥梁的化 学键。因此,当交联淀粉在水中加热时,颗粒会随着 氢键的减弱而膨胀,但是化学交联键可以保持淀粉肿胀颗粒的完好性并可以减小或者阻止粘度的降 低。交联淀粉可以提高食品在蒸煮过程中尤其是高 剪切力和酸性条件下的稳定性。交联也会使糊的透 明度减低,冻融稳定性提高[6]。因此,可以把交联淀粉 进一步通过羟丙基化和乙酰化改性来减少其不期望的性质。
1.2羟丙基淀粉的性质
羟丙基淀粉是由淀粉与环氧丙烷反应制得,最 初就用于食品工业。这种改性提高了淀粉糊的剪切 寿命、冻融稳定性和冻藏稳定性,也使糊的透明度和 质地性质得到了提高。环氧丙烷与淀粉之间的催化 反应为双分子亲核取代反应。反应机理见图2[5]。羟丙基具有亲水性,由于引入了羟丙基,削弱了淀粉分 子间的氢键,从而使之易于膨胀和糊化,并能在冻融 循环中防止糊液析水。随着羟丙基淀粉取代度的增 加,糊化温度随之降低,最后能在冷水中膨胀。羟丙 基淀粉糊化容易,流动性好,凝沉性弱,稳定性高。这 种改性也可以避免产品的不良性质[7]。
交联羟丙基淀粉使淀粉糊具有粘度稳定性和期 望的质地性质。肿胀但完好的淀粉颗粒可用于大多 数食品中来保持食品的流变学性质,但是每一种应 用都要考虑到适宜的添加量以及羟丙基取代和交联 之间的平衡。
1.3乙酰化淀粉
乙酰化淀粉的商业产品是取代度在0.01～0.2之间的低取代度的淀粉衍生物,它被美国食品药品 监督管理局(FDA)批准用于食品中,提高食品的增 稠性、稳定性和质地性质[8]。低取代度的乙酰化淀粉 通常由原淀粉与乙酸酐在水介质中,通过碱催化的 酯化作用反应而成。在乙酰化过程中,淀粉分子上 C2、C3、C6上的3个自由羟基可以被乙酰基取代,因 此理论上的最大取代度为3,反应机理见图3[5]。
当乙酰基基团被引入到淀粉上后,就会由于淀 粉溶解使糊的透明度下降、质地变差和低温下脱水 的趋势变小。这些取代基通过影响直链分子和支链 片断的直线性以及它们之间的空间阻碍作用来干扰 分子间对列的形成,使淀粉分子稳定[9]。因此,乙酰 化淀粉具有凝胶化温度低、高溶解性、蒸煮品质好以 及贮藏稳定性高等典型的理化性质,并被广泛地应 用于食品工业中,克服产品在加工和贮藏过程中质 地和表观所发生的不良变化。
2变性淀粉的面团性质
2.1变性淀粉的流变学性质
在小麦粉面团中,面筋是面团的骨架,可以保留 面团中的气体,形成轻而膨松的面包,并使面包在冷 却后不会塌陷[22]。因此用淀粉取代部分小麦面粉会 降低小麦蛋白的总量导致面团骨架结构减弱。为了 获得足够的面团体积,面筋是一种重要的改良剂。面筋的添加量大约为取代淀粉重的8%[1,10,11],这个量几 乎与面粉中非水溶性蛋白、麦谷蛋白、麦醇溶蛋白的 总量相等。随着取代淀粉总量的增加,面团和面包会 表现出取代淀粉的性质[21]。
添加适量面筋后,变性淀粉取代的面团的吸水 性受淀粉性质和类型所影响。一些研究报道,由蜡质 小麦面粉或部分蜡质小麦面粉制成的面团比由非蜡 质小麦面粉制成的面团吸收性更大[12~14]。因此,含有 5%～10%交联蜡质玉米淀粉和面筋的面团与全麦粉 面团相比,吸水率可增加0.2%～1.2%。相反,通常由 非蜡质淀粉衍生物制得的面团吸水率都会降低。另 外用5%～10%交联玉米淀粉取代而没有加入面筋则 会降低面团的吸水率[1]。变性淀粉取代原淀粉后的 面团性质见表1[2]。Takasaki和Mineki(2001)报道[4], 用10%～30%的羟丙基交联马铃薯淀粉代替原淀粉 后,面团的吸水率更大。同样,使用20%～30%羟丙基 木薯淀粉或羟丙基小麦淀粉后,也会使其增加。其他化学改性淀粉如乙酰化淀粉,当添加量少于20% 时,通常会降低面团的吸水率[10]。存在于面团中的淀 粉在面包形成过程中会吸收体系中多达46%的水 [15] ,但是由于淀粉交联后会使颗粒变得紧密,所以吸 水性也比原淀粉变小;相反,羟丙基基团具有亲水 性,因此羟丙基淀粉会吸收更多的水分,从而使面团 吸水率增加。但是蜡质淀粉在交联后仍比非蜡质淀 粉具有更高的吸水率。
另外,从表1中我们可以看到,用交联玉米淀粉 和面筋取代部分面粉后可以改善面团的质地,使面 团更强,延展性也更大,如果使用溶解度更高(7.0～ 9.0)的交联淀粉影响会更大。交联玉米淀粉面包与 交联小麦面包体积相似,而且高水溶性交联玉米淀 粉面包的体积比低水溶性的更大[1]。这些结果意味 着淀粉的交联水平影响粘着性和面团的粘性质地。 但是原淀粉和改性淀粉在面团中的作用仍然不很明 确。
2.2变性淀粉的凝胶性质
在面包过程中,淀粉随着温度的提高和淀粉的 凝胶化作用,与体系中的其他成分竞争水分,从而建 立起焙烤制品的结构骨架,并对产品最终的质地产 生作用。Hung,P.V.和Morita,N.(2004)用差示扫描 量热仪(Differential Scanning Calorimeter,DSC)测定 面团的凝胶性质[1],结果表明,加入5%～15%交联玉 米淀粉和面筋的面团虽然不能改变凝胶化吸热焓, 但是却可以使凝胶峰温度降低;加入20%木薯淀粉 和面筋的面团会增加凝胶峰温度和它的吸热焓;含 有20%乙酰化(取代度为0.03～0.04)或者交联(取代磷的含量为0.015%～0.020%)木薯淀粉的面团与加 入等量的原木薯淀粉相比,凝胶峰温度微弱降低, 但是凝胶化温度比小麦面粉更高;然而,含有20% 羟丙基木薯淀粉(取代度0.09～0.11)的面团凝胶峰 粘度和吸热焓都显著降低,与小麦面团有相同的凝 胶性质。这些结果表明,取代度为0.09～0.11的羟丙 基木薯淀粉不会与小麦面粉竞争体系中可利用的 水分。
Miyazaki,M.等人(2005)研究表明,用玉米淀粉 和交联玉米淀粉,尤其是蜡质玉米淀粉替代小麦面 粉时,面粉糊的凝胶粘度更大;用木薯淀粉、羟丙基 木薯淀粉和乙酰化木薯淀粉代替面粉时也表现出 较高的凝胶粘度和分解性;而磷酸交联木薯淀粉可 显著地降低凝胶粘度和崩解性[10]。这意味着原淀粉、 羟丙基淀粉和乙酰化淀粉在加热过程中易于溶胀、 破碎,而与小麦淀粉或木薯原淀粉相比,磷酸交联 淀粉很难溶解并分散。Hung,P.V.和Morita,N. (2004)研究还表明[1,2]:由低溶解性交联玉米淀粉(溶 解性2.0～2.8)取代的面粉糊的最终粘度下降,而高 溶解性交联玉米淀粉(溶解性7.0～8.0)取代的面粉 糊粘度增加。同样,与小麦面粉和原木薯淀粉相比, 加入低溶解性(1.0)交联木薯淀粉面粉糊的最终粘 度也显著下降。这些是由于交联键能加强淀粉颗粒 之间的结合作用,使之较稳定存在,从而糊液有较 好的流动性。因此通过磷酸交联可以对淀粉糊性质 产生更大的影响。
3变性淀粉在面包中的作用
3.1影响面包的质地
由羟丙基木薯淀粉和乙酰化木薯淀粉取代原淀 粉所制得的面包碎屑质地都较差,而且磷酸交联淀 粉的口感较干燥。用面糊粘度测量法(amylogram)研 究表明,与小麦淀粉相比,羟丙基化和乙酰化木薯淀 粉的峰粘度更高且颗粒易破碎,但是磷酸交联木薯 淀粉的峰粘度却较低,而且不易破碎[10,11]。这说明淀 粉凝胶化的粘度直接影响面包的质地。通过使用变 性淀粉,面包师就可以控制产品的质量并开发出与 传统小麦面包不同的独特产品。
3.2变性淀粉的抗老化性
面包的质量会在贮存中下降,比如风味效果的 下降或者口感变干,这叫做面包的陈化[16]。许多因素 影响着面包的陈化,但淀粉片断的重排是其中的一 个重要原因[17]。许多科研工作者对用化学改性淀粉 取代面包中的小麦粉所产生的影响进行了研究。 Inagaki,T.和Seib,P.A.(1992)以及Toufeili,I. (1999)报道:添加50～500 mg/kg浓度的三氯氧磷交 联大麦淀粉的面包更易发生陈化现象,而且在融化 淀粉结晶区时,吸热焓的改变更大[18,19]。Hung,P.V. 和Morita,N.(2004)研究,在面包中添加5%～10%交 联玉米淀粉和面筋时,随着交联淀粉量的增加面包 的强度也会增加。但是,使用交联蜡质玉米淀粉代替 面粉时,不管是否添加面筋,随着交联蜡质玉米淀粉 使用量的增加,面包的硬度都很相似[1]。
Miyazaki,M. 等人(2005)用磷酸交联化木薯淀粉代替部分面粉制 得的面包,与直接用木薯淀粉代替面粉或全部用小 麦面粉制得的面包相比,更硬而且老化速度更快[11]。 这些结果表明,虽然用交联非蜡质淀粉取代面粉时 通常面包老化速度更快,但一些交联蜡质淀粉具有 抗老化的能力。由于交联淀粉颗粒在焙烤过程中较 稳定,含有交联淀粉的面包中保持的淀粉颗粒也较 大,因此这些保留的非凝胶化的淀粉颗粒及其与面 筋网络的缠结作用被认为是使面包质地变硬的一些 因素[11]。另外,含有交联淀粉的面包与小麦面包相 比,由于老化更快,贮存过程中老化的吸热焓更大。 另外实验中也发现,含有30%交联羟丙基马铃薯淀 粉的面包比含有马铃薯原淀粉的面包更加柔软;同 样含有20%羟丙基木薯淀粉或乙酰化木薯淀粉和 面筋的面包也比含有等量木薯淀粉或只含有小麦面 粉的面包柔软。陈化羟丙基木薯淀粉面包的吸热焓 也比单纯的小麦面包要低[4,11,19]。这些结果表明不同 化学改性木薯淀粉制得的面包硬度与支链淀粉的老 化有关。
许多因素都影响着焙烤制品的品质,但是凝胶 化和老化性质被认为是其中十分重要的因素。凝胶 性质影响面包的质地,在各种变性淀粉中羟丙基淀 粉是对延缓老化最有效的一种。DSC数据表明,含 有20%羟丙基木薯淀粉和面筋的面团与小麦面团 一样具有相同的凝胶温度和吸热焓[11]。这可能就是 羟丙基木薯淀粉适合制作焙烤食品的一个关键因 素。通过醚化或酯化改性降低淀粉的凝胶温度和吸 热焓后,这些改性淀粉就可以应用于各种非小麦淀 粉的焙烤制品中来抑制其老化。虽然使用大量的非 蜡质交联淀粉代替小麦面粉会加快面包的老化,但 是交联仍然是控制淀粉凝胶粘度稳定性的一种重要 方法,而经过羟丙基化和交联化复合处理或乙酰化 和交联化复合处理的淀粉更适合用于面包中。
3.3其它种类变性淀粉在面包中的作用
其它种类的变性淀粉在面包中应用较少。我国 的李文钊等[20]将一种T0098预糊化淀粉应用在面包 中,其最佳的添加量为2%,感官品质较好。并且通 过环境扫描电镜可知,T0098可延缓老化,使烘焙制 品保持柔软蓬松,延长保存期。
4结论
淀粉的凝胶性质和老化性对面包质量会产生很 大的影响。不同类型的化学改性淀粉在面团和面包 的质地和质量上起着不同的作用。在各种化学改性 淀粉中,羟丙基淀粉是延缓淀粉老化最有效的一种。 因此,面包师可以利用改性淀粉控制面包的质地,并 开发出独特的面包产品。随着面包产业的发展,变性 淀粉一定会得到越来越多的应用。