随着人们生活水平的不断提高，加上食品精细化加工成为常态，导致人们日常饮食中膳食纤维摄入量大大降低[1-2]。膳食纤维被列为人类“第七大营养素”，具有降低胆固醇、调节血糖和增强免疫力等多种功能[3-5]。面包作为一种重要的主食，种类丰富，但是大部分面包中膳食纤维含量较低。研究表明在面包中加入一些多糖类膳食纤维，不仅可以强化面包营养价值，改善面包的风味与品质，还可以改善机体功能，特别是针对血糖调节功能不足的人群[4，6]。因此，开发高膳食纤维含量的面包，有利于预防和减少慢性疾病的患病风险[3，5]。
阿拉伯木聚糖（arabinoxylan，AX）作为一种重要的多糖类膳食纤维，具有高分子量、高黏度等特性[7-9]。AX的主链由D-吡喃木糖残基经β-1，4糖苷键连接而成，在木糖残基的O-2和O-3上分别被α-L-阿拉伯糖残基单取代和（或）双取代[10-11]。AX还具有较高的水结合能力和较好的氧化凝胶能力，添加少量的AX对面团特性和面包品质有积极影响，如提高面团稳定性、增加面包体积等[12]。此外，AX作为一种功能性多糖，还具有降血糖、增强免疫力、调节肠道菌群等重要生理活性，因此受到越来越多的关注[13-14]。
研究表明，AX因具有较高的水结合能力、黏度以及氧化凝胶能力，可以影响面团的形成过程，改变其吸水率和流变特性，还可以对面包的品质特性进行改良[15-17]。Buksa等[17]发现，添加2%的AX可以提高面团的持水力，增加面团的黏弹性。Koegelenberg等[18]发现在白面包中添加1.2%的AX与对照白面包的质量、体积、高度和紧实度相似，说明面包中添加AX既能增加健康效益，又能带来经济效益。Ayala-Soto等[19]试验发现，在面粉中添加6%的AX，面包品质参数的评价最佳。Espinosa-RamÍrez等[20]试验发现，添加高剂量的AX降低了面包的硬度和咀嚼性，且其二维面积、高度、细胞密度以及比表面积均高于对照组。同时，对面包的弹性、内聚力和弹性也造成了不利影响。以上研究表明，添加低剂量的AX可以改善面包的硬度和面包屑结构，但是添加高剂量的AX会对面包其他质地特征造成不利影响。目前关于AX对面包影响的研究多集中于面团特性和面包品质，对于如何提高面包中多糖类膳食纤维含量的研究较少，而且目前研究显示面包中AX的最高添加量（＜6%）远低于面制品中高膳食纤维含量的需求。本研究利用复合面包粉（小麦淀粉-谷朊粉）制作高AX添加量的面包，分析AX添加量对面团流变特性、质构和微观结构的影响，并结合面包品质进行理化分析和感官评定，旨在为进一步开发高膳食纤维烘培产品提供思路和理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
AX由实验室分离纯化制得；食用小麦淀粉：新乡市新良粮油加工有限责任公司；谷朊粉：安徽安特食品股份有限公司；耐高糖酵母：安琪酵母股份有限公司；日晒自然盐：中盐上海市盐业有限公司；白砂糖：广州福正东海食品有限公司；硅油：西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司；试验用水为蒸馏水。
1.2 仪器与设备
精密天平（ZG-TP201）：奥豪斯仪器（上海）有限公司；电子天平（SQP）：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；摩卡面包机（ESC1510）：美的集团股份有限公司；苏泊尔电烤箱（K35FK602）：浙江苏泊尔股份有限公司；动态流变仪（MARS60）：德国哈克公司；质构仪（TA.XT plus）：英国Stable Micro System公司；扫描电子显微镜（SU1510）：日立（中国）有限公司；全自动凯氏定氮仪（Kjeltec 8400）：丹麦福斯集团公司；真空冷冻干燥机（Alpha 1-2 LDplus）：德国 Marin Christ公司。
1.3 方法
1.3.1 面包制作基础配方
按照5%、10%、15%、20%的AX添加比例制作面包，以AX添加量0%为对照组。面包制作配方见表1。
表1 面包制作配方
Table 1 Recipe for bread making
AX添加量/% 小麦淀粉/g谷朊粉/g蔗糖/g食盐/g酵母/g水/mL 0 47.50 2.50 0.50 0.75 1.25 30.00 5 45.13 2.37 0.50 0.75 1.25 30.00 10 42.75 2.25 0.50 0.75 1.25 30.00 15 40.38 2.12 0.50 0.75 1.25 30.00 20 38.00 2.00 0.50 0.75 1.25 30.00
1.3.2 工艺流程
采用二次发酵法[21]制作面包：复合面包粉+AX混合搅拌→加入蔗糖、食盐和酵母→加水搅拌、成型→第一次醒发→整形→第二次醒发→焙烤→冷却→成品。
1.3.3 面团流变学特性试验
根据Zhang等[22]所述方法并作修改，用动态流变仪采用直径35 mm平行板进行测定，面团经搅拌并静置25 min后，取适量面团于测试平板上，调整平板间距为2 mm，用小刀刮去多余面团，静置10 min后开始测试。为防止测试过程中水分蒸发，在面团样品边缘涂上硅油。
1.3.3.1 应变扫描
面团的线性黏弹性区域（linear viscoelasticity region，LVR）由动态应变扫描确定，该扫描在0.01%～10%的应变范围内进行，测试温度25℃，频率1.0 Hz。最后，根据测试得到的弹性模量G′和黏性模量G″的变化来确定AX面团的线性黏弹性区。
1.3.3.2 频率扫描
频率扫描测定条件：测试温度25℃，应变振幅为0.1%，频率范围0.1 Hz～20 Hz，得到样品的弹性模量G′、黏性模量G″和损耗角正切值tan δ随频率的变化曲线。
1.3.3.3 温度扫描
温度扫描从25℃到85℃，加热速率为2℃/min，在温度扫描过程中，测试频率固定为1.0 Hz，应变振幅为0.1%，记录弹性模量G′和黏性模量G″。
1.3.3.4 蠕变-恢复测定
蠕变和恢复测量如下：在250 Pa的剪切应力下，记录蠕变阶段，然后在0 Pa的应力下记录300 s的恢复阶段，测量温度（25.0±0.1）℃。采用RHEOPLUS/32 version 3.21软件记录和分析蠕变曲线和恢复曲线。
1.3.4 面团微观结构的观察
参照廖珺等[23]的方法进行微观结构观察。将面团先在-80℃冰箱中冷冻24 h，再进行真空冷冻干燥。干燥样品切成小薄块，喷金处理后置于扫描电镜下观察样品结构，放大倍数为500倍。
1.3.5 面团质构测定
根据Nawrocka等[24]的方法并略作修改，面团样品的测量条件：测试前速度1.00 mm/s，测试中速度1.00 mm/s，测试后速度 2.00 mm/s，触发力 5 g，应变变形30%。从全质构分析（texture profile analysis，TPA）曲线上可得到5个参数值：硬度、咀嚼性、内聚性、黏着性以及弹性。每次试验重复3次。
1.3.6 面包烘培特性研究
1.3.6.1 面包的蛋白质含量测定
使用全自动化凯氏定氮仪测定面包中蛋白质含量（N×6.25）。
1.3.6.2 面包芯的水分含量测定
采用两步法[24]测定面包芯的水分：称取2 g～3 g面包芯，放置于已恒重的铝盒内，先于50℃烘箱内烘8 h，再于130℃烘箱内烘2 h，取出置于干燥器内冷却15 min后称重。每次试验重复3次。
1.3.6.3 面包的比容测定
将烘焙后的面包冷却至室温，采用油菜籽置换法测定面包体积，用电子天平称量面包质量。比容计算公式如下。
式中：V为面包的体积，mL；m为面包的质量，g。
1.3.6.4 面包的焙烤损失测定
参考Tuta
im
ek等[25]的方法，利用电子天平测定发酵后面团的质量，然后将烘焙后的面包于室温下冷却1 h，用电子天平称量其质量。
式中：W1为烤好后从烤箱中取出冷却1 h的面包质量，g；W2为在放入烤箱前发酵面团的质量，g。
1.3.6.5 面包的感官评定
参照GB/T 20981—2007《面包》中的规定，采用10人制根据九分嗜好评分法对面包进行喜好评分，评分分值满分为9。将所得结果去掉最大值和最小值后取平均值。
表2 面包的感官评分标准
Table 2 Bread sensory rating criteria
评分分值 外观 色泽 风味 口感 整体可接受度1 表面明显塌陷很粗糙 呈较深程度的灰白色或黑色 有明显异味或酸味 易掉渣断裂 非常不喜欢2 表面塌陷粗糙 呈灰白色或黑色 有异味或酸味 易断裂 很不喜欢3 表面略有塌陷粗糙 呈较浅程度的灰白色或黑色 有轻度异味或酸味 易掉渣 不喜欢4 表面无明显塌陷 呈棕灰色或褐灰色 无明显异味 不易掉渣 不太喜欢5表面无塌陷 呈较浅程度的棕灰色或褐灰色 无异味 不太纯正 一般喜欢6 表面光滑有裂纹 呈棕黄色或棕褐色 有轻微甜咸味 较纯正 较喜欢7 表面光滑有较少裂纹 呈较浅程度的棕黄色或棕褐色 有甜咸味 较细腻 喜欢8 表面光滑无明显裂纹 呈较浅程度的金黄色或棕黄色 有面包焦香味甜咸味 较轻柔 很喜欢9 表面光滑无裂纹 呈金黄色或棕黄色 有面包焦香味甜咸味淡酵母味 纯正细腻有轻柔感 非常喜欢
2 结果与分析
2.1 AX添加量对面团流变学特性的影响
2.1.1 应变扫描
通过应变扫描试验建立的复合面包粉制得面团的LVR如图1所示。
图1 阿拉伯木聚糖添加量对面团应变扫描的影响
Fig.1 Effect of arabinoxylan addition on strain scan of dough
从图1中可以看出，随着应变的增大，所有面团的弹性模量G′和黏性模量G″整体上均呈现下降趋势。添加AX后，临界应变都大于0.1%。在临界应变前，面团在线性黏弹性区间内，其G′和G″基本不变；超过临界应变后，面团的G′和G″都下降，而tan δ上升，说明G′下降速率大于G″下降速率。根据应变扫描结果，进行频率扫描时设定的应变为0.1%。
2.1.2 频率扫描
不同AX含量的面团频率扫描流变特性拟合曲线如图2所示。
图2 阿拉伯木聚糖添加量对面团频率扫描的影响
Fig.2 Effect of arabinoxylan addition on frequency sweep of dough
由图2可知，面团的弹性模量G′和黏性模量G″均随着频率的增加而增加，且G′值大于G″值，这是一种典型的类固态行为[26-27]。此外，在给定频率下，随着AX添加量的增加，面团体系的G′和G″不断增加，tan δ下降，说明添加AX提高了面团的黏弹性，且以弹性特征为主导[28]。此外，在相同频率下，AX添加量为15%时，面团体系的G′和G″达到最大值，即达到弹性和黏性的最大状态，说明复合面包粉中AX添加量达到15%后，面团体系中面筋蛋白分子的交联和聚合程度不再变化，主要是因为在水分添加量和面团总质量不变的情况下，大量添加AX后，面包粉中淀粉和面筋蛋白含量相对减少，且由于AX强大持水能力，致使面团体系中淀粉可结合的水量减少，淀粉与面筋蛋白分子间作用减弱[29]。
2.1.3 温度扫描
不同AX含量的面团温度扫描流变特性拟合曲线如图3所示。
图3 AX添加量对面团温度扫描的影响
Fig.3 Effects of different AX addition on temperature sweep of dough
如图3所示，随着温度的上升，添加AX面团的G′和G″呈现先下降再快速上升的趋势，而且G″达到最大值后略有下降。此外，在温度扫描范围内，面团的G′大于G″，且tan δ值大部分小于1，说明面团总体表现为弹性特征。由图3a和图3b可知，在25℃～55℃阶段，添加AX的面团的G′和G″下降，可能是由于温度上升导致蛋白质弱化和分子动能增加[16]，致使面团软化；随着温度继续上升，淀粉颗粒膨胀后体积增加，形成淀粉凝胶三维网络，所有样品的G′和G″迅速增加达到峰值。温度的持续上升改变分子流动性，引起颗粒崩解和晶体结构熔化[30]，因此80℃之后，淀粉凝胶完成并出现降解，对照面团的G′和G″降低。然而，添加AX的面团的G′和G″并未发生降低，说明添加AX可以改变这一趋势，可能是由于AX强持水性与淀粉分子竞争水分子，抑制淀粉分子的吸水、膨胀及糊化。
面团的损耗角正切值tan δ可反映加热过程中面团结构的变化。在温度较低时，对照组面团的tan δ保持恒定，而添加AX的面团tan δ增加，说明添加AX可以改变面团的微观结构[30]。随着温度持续上升，面团的tan δ下降，说明出现了高度结构化的网络。因为一般温度超过80℃时，蛋白质流变学特性不再变化，主要是淀粉变化[30]，但如图3c所示，面团tan δ依然降低，说明其微观结构持续变化，可能与高温下蛋白质中潜在二硫键作用有关[31]。这是因为高温下二硫键交联加速，会促进凝胶网络交联，使得面团体系G′持续增加，进而造成面团tan δ持续降低。
2.1.4 蠕变-恢复扫描
添加AX对面团蠕变-恢复曲线的影响见图4。
图4 AX添加量对面团柔量的影响
Fig.4 Effects of different AX addition on compliance of dough
随着AX添加量（0%～5%）的增加，面团蠕变阶段的柔量值增加，表明添加AX可以使得面团在恒定应力下具有更高的可变形性。在蠕变阶段，随着时间的推移，添加AX的面团的变形量增大。在外力去除后的恢复阶段，AX添加量为10%的面团变形逐渐恢复并趋于稳定，说明在此添加量下，面团内部强度大，可以有效抵御外力迫使面团变形[32]；而AX添加量为15%的面团的恢复性能弱，甚至永久变形，这可能是由于面团体系中黏性成分使得面团结构没有得到恢复[32]。蠕变-恢复试验结果表明，复合面包粉中添加10%的AX可以使面团更有弹性，这与频率扫描试验结果一致。
2.2 AX添加量对面团微观结构的影响
不同AX添加量发酵面团的扫描电子显微镜图见图5。
图5 不同AX添加量发酵面团的扫描电子显微镜图
Fig.5 SEM of fermented dough with different amounts of AX addition
a～e分别为添加0%、5%、10%、15%、20%AX的面团。
从对照组面团的微观结构图（图5a）可以看出，类似于椭圆形大小不均的颗粒为淀粉颗粒，在淀粉颗粒周围呈片状、块状的为面筋蛋白，淀粉颗粒相互黏连或被包裹于蛋白质网络结构中，构成了面筋网络结构。相比较于对照组，从图5b和5c中可以看出，添加5%的AX时，面团中淀粉状态无明显变化；当AX添加量为10%时，面团中淀粉颗粒聚集，说明添加10%的AX可以促使淀粉颗粒聚集，可能是由于其高持水性，与淀粉发生黏结作用。随着AX添加量的增加，面团中淀粉颗粒聚集程度继续增加；当AX添加量为20%时，面筋的连续性遭到破坏，面团难以形成连续的面筋网络，可能是因为过量的AX会与蛋白质和淀粉竞争性吸水，不利于面团中淀粉、蛋白质和其他组分更好地黏结在一起，导致面团的结构不连续[33-34]。以上结果与面团温度扫描结果中添加AX可以改变面团的微观结构这一结论一致。由此可以看出，复合面包粉中AX添加量在10%左右效果最好。
2.3 AX添加量对面团质构的影响
面团硬度、黏性、弹性受面粉中蛋白质含量、面筋含量等成分影响，决定着面包的质量及口感等。表3为AX添加量对面团质构影响的结果。
表3 AX添加量对面团质构的影响
Table 3 Effects of AX addition on dough texture
注：同列中不同上标字母表示差异显著（P＜0.05）。
AX添加量/%硬度/g咀嚼性/g黏着性/（g·s）弹性/mm内聚性0 152.00±7.79e354.67±3.06a 4.03±0.39e0.94±0.02a0.96±0.05a 5 165.33±1.25d132.32±5.88c4.90±0.41d0.76±0.01bc0.76±0.01c 10 272.00±11.2a217.87±3.91b5.33±0.29c0.81±0.03b0.82±0.02b 15 238.00±2.83b103.95±1.80c7.80±0.22a0.70±0.02c0.70±0.02d 20 182.67±3.09c104.90±4.52c7.20±0.33b0.44±0.09d0.56±0.03e
由表3可知，随着AX添加量的增加，面团的硬度、咀嚼性和内聚性随着AX的增加呈波浪形变化趋势。其中，当AX添加量为10%时，面团内聚性高于其他试验组，说明面团的抗形变能力强，面筋蛋白的聚集程度高[35]；但添加量超过10%时，内聚性和咀嚼性又有所下降，这是因为AX具有良好的亲水性和持水性，影响了面筋蛋白和淀粉的吸水溶胀，进而影响面团的质构特性[36]。此外，当AX添加量为10%时，面团硬度最大；当AX添加量大于10%时，面团硬度又显著下降，主要是因为AX会致使面团系统中结合的水再分配，这种水的再分布会影响面团中谷蛋白的二次结构，造成β-转角（以p-螺旋形式）转变为β-折叠和无序结构，面团面筋网络结构也会遭到破坏[30，37]。整体质构特性指标的变化趋势表明AX添加量为10%时，可以改善面团的质构品质且面团整体质构品质最佳。
2.4 AX添加量对面团烘焙特性的影响
AX添加量对面包烘焙特性的影响见表4。
表4 AX添加量对面包烘焙特性的影响
Table 4 Effects of AX addition on bread baking characteristics
注：同列中不同上标字母表示差异显著（P＜0.05）。
AX添加量/%（mg/g） 比容/（mL/g）焙烤损失/g水分含量/%感官评分（0～9分）0 15.21±0.06a 10.19±0.05d 8.52±0.26a 39.68±0.15c 6.38±0.52b 5 15.06±0.23b 10.61±0.07c 8.08±0.14b 40.75±0.22b 7.25±0.46a 10 14.98±0.12b 11.45±0.11b 7.93±0.36b 40.10±0.08c 7.50±0.53a 15 15.00±0.31b 10.19±0.03d 7.05±0.54d 39.82±0.25c 5.75±0.46c 20 14.86±0.12b 13.18±0.25a 7.66±1.15c 42.32±0.12a 1.00±0.00d蛋白质含量/
从表4可以看出，当AX添加量小于10%时，面包比容随AX添加量的增加而增加，表明此时AX可促进面筋的形成和酵母的发酵[38]；但当AX添加量为15%时，面包的比容反而下降，这可能是因为与面筋蛋白相比，AX对水具有更高的亲和力，AX与面筋蛋白竞争吸水，导致面筋蛋白吸水不足、面筋网络结构生成减少，从而使得面筋的弹性下降和面团的持气性减弱，进而导致面包的比容减小[38]。烘焙损失决定着面包的经济效益，AX添加量在15%时烘焙损失最小，这是因为AX可以锁住更多的水分，防止烘焙过程中水分的流失；随着AX的继续添加，焙烤损失基本不变，主要是因为过量的AX使得面团体系中自由水减少，水分蒸发量也相应减少[39]。此外，水分是评价面包质量好坏的重要标准之一[40-41]。AX添加量小于15%时，面包的含水量增加，表明AX可以减缓面包在储藏期的水分流失，保持面包柔软。
从表4中可以看出，当AX添加量小于15%时，面包的感官评分随AX添加量的增加而不断增加，但当AX添加量在15%～20%时，感官评分开始下降，说明过量添加AX（大于10%）会对面包的感官评定产生负面影响[42]。因此，综合考虑到面包的营养价值和消费者可接受程度，复合面包粉中AX的最适添加量为10%。
3 结论
该研究以小麦淀粉和谷朊粉（19∶1，质量比）复合制得面团，以不含AX的面团作为对照组，研究了AX添加量对面团的流变学特性、质构和微观结构以及对面包焙烤特性的影响。结果显示，添加AX后，面团的弹性模量G′和黏性模量G″增加且高于对照组，表明AX可使面团体系黏弹性增加，而且以弹性特征为主，同时，面团的蠕变-恢复性能也增加；但是，当AX添加量大于10%时，面团流变性能变差。质构结果显示添加AX后，面团黏性显著增加；但当AX添加量大于10%时，面团硬度、咀嚼性和弹性降低。扫描电镜结果表明，少量的AX可以促进面筋网络的形成，有利于面团形成；但当AX添加量大于10%，面团内部出现部分区域聚集度偏高，使得面筋的连续性遭到破坏。此外，当AX添加量为10%时，面包的焙烤损失少，比容大，且面包整体可接受度高。
综上所述，在复合面包粉中添加10%的AX，可以有效改善面团的加工特性和面包烘焙特性，实现了通过调整面包制作配方提高面包中多糖类膳食纤维含量的目的。本研究可为后续研究AX改善面包品质提供理论依据，为其在实际生产中的应用提供参考，同时，也是开发高膳食纤维含量面包产品的一个有益探究。
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