海藻酸丙二醇酯（PGA）是一种多糖衍生物，由天然海藻中提取的海藻酸深加工制成。由于存在酯化基团和葡萄糖醛酸基，PGA的亲油性和亲水性使其具有特殊的表面活性和乳化性，这表明它是改善面制品质地和稳定气泡的潜在添加剂[1-2]。
由于PGA具有优良的增稠性、乳化性、膨化性和稳定性等特点，近几年在食品领域中应用广泛，前期在国外的应用较多，如在色拉酱、酸奶饮品中以增加其黏稠度[3-4]；改善了面团的流变性能和面包屑质量[5]。后期在国内被研究应用，比如降低面条的断条率，改善面条质构与口感[6]。
目前根据国内相关法规标准的规定，PGA被允许添加至烘焙、饮料、发酵面制品等各类食品中。馒头是我国配方简单又极具代表性的发酵面制品，但是 PGA对于馒头面团发酵特性缺乏研究，对于发酵制品的品质影响研究较少。因此，本研究以PGA纯品为原料，研究小麦粉中不同浓度的PGA对面团流变性、微观结构以及馒头品质的影响。
1 材料与方法
1.1 试剂与材料
小麦粉：超市购买；PGA：青岛明月海藻集团有限公司；酵母：安琪高活性低糖酵母。
1.2 仪器与设备
810153自动型粉质仪、803303电子型粘度仪、860704电子型拉伸仪：德国Brabender公司；KVC5100T凯伍德多功能搅面机：德龙(De'Longhi)集团；JMTD-168/140 试验压面机：东方孚德技术发展中心；SMG-20 单刀切片机、SMF-16醒发箱：无锡胜麦机械有限公司；LGJ-18C冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂有限公司；TA.XT Plus质构仪：英国Stable Micro System公司；BSA124S万分之一天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；流变仪：TA INSTRUMENTS DHR-1；JSM-IT800冷场发射扫描电子显微镜：日本电子株式会社。
1.3 实验方法
1.3.1 粉质指标的测定
粉质特性的测定，参照GB/T 14614小麦粉 面团的物理特性 吸水量和流变学特性的测定 粉质仪法。
1.3.2 拉伸指标的测定
拉伸特性的测定，参考GB/T 14615面团拉伸性能测定法 拉伸仪法。
1.3.3 糊化特性的测定
按照国家标准GB/T 14490 谷物及淀粉糊化特性测定法 粘度仪法。
1.3.4 面团的制作方法
将小麦粉样品和 PGA混合成不同浓度 PGA样品后，以小麦粉重量为基准加入52%的水、1%的酵母，机器搅打5 min成团后用压面机轧12～15遍至光滑。
1.3.5 面团的微观结构
参考皮俊翔[7]的方法，用扫描电镜对冻干的面团切面进行喷金观察。
1.3.6 面团发酵力的测定
取50 g面团放入100 mL量筒中，用圆柱体压平至刻度为45 mL，保鲜膜盖紧放入25 ℃保温箱中，每隔15 min观测并记录面团最高点对应的量筒刻度。
1.3.7 馒头的制作方法
馒头制作方法参考LST3204—1993《馒头用小麦粉》，并稍作修改。
1.3.8 馒头白度测定方法
馒头冷却0.5～1 h后，使用手持色差仪测定馒头表皮的L*、a*、b*值，根据公式计算其Hunter白度。
1.3.9 馒头质构测定
馒头冷却1.5 h后，用单刀切片机将馒头从中间切开，再从切开面处切出每片厚度为12.5 mm的两片馒头片。质构测试仪采用Φ36 mm的圆柱形平底探头，测试方式选用TPA测试模式，触发类型设置为“Auto”，触发力设置为5 g，数据采集速率为 200 pps。测试时探头的测前速度为 1 mm/s，测后速度为2 mm/s，保持时间为5 s，压缩速度和压缩程度分别设置为1 mm/s和50%。
1.3.10 面团流变特性的测定
参考吴迪等[8]的方法测定PGA添加量对面团样品流变特性的影响。
1.3.11 馒头比容、宽高比的测定
参考GB/T 21118小麦粉馒头。
1.4 数据分析
参考刘通通等[9]的研究方法，感官评价以评价小组综合评分的平均值作为馒头品质评价实验结果。其他理化实验重复 3次，结果以平均值±标准偏差的方式表示。运用SPSS软件进行相关性分析及回归分析，采用Excel对数据进行绘图处理。
2 结果与讨论
2.1 PGA对小麦粉特性的影响
随着PGA在小麦粉中添加量增加，小麦粉吸水率增加，面团形成时间、稳定时间先增加后减少，这是因为PGA分子中含有大量的亲水基团，可通过氢键结合大量水分子；面筋蛋白中的氨基基团与 PGA中的阴离子基团通过静电相互作用可形成复合物，降低了面筋蛋白的疏水性[10-13]，因此面团的吸水率随着PGA添加量的增加而升高，当水胶体为 0.5%时，吸水率最高为 61.7%。由于PGA亲水性比面筋蛋白亲水性好，因此PGA优先吸附环境中的水；且PGA添加量越多，其吸水溶胀时间就越长，最终影响小麦粉中面筋蛋白网络结构形成，使其形成网络时间延长，又或是PGA优先吸附面团中的水，从而影响面筋蛋白网络结构的形成，使其形成网络的时间延长。面团稳定性的提主要是由于PGA具有较高增稠作用，在面团形成过程中，加入PGA可能加固面筋蛋白网络结构强度，形成复杂体系，改善了面筋的网络结构，从而提高了面团的稳定性。但当PGA过量加入时，可能会减少面筋蛋白数量，甚至破坏面筋蛋白质量，不利于面筋网络形成。
表1 不同浓度PGA的小麦粉粉质数据
Table 1 Flour quality data
注: 同一列的不同字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
Note: Different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05).
海藻酸丙二醇脂加入量/(mg/L)形成时间/min吸水率/%稳定时间/min弱化度（最大之后12min）/FU粉质质量指数/mm 0 5.26a 59.6a 8.20a 68a 92a 100 5.27a 60.3a 8.39a 66a 95a 500 5.37a 61.5b 8.83ab 64b 99a 1 000 5.51a 61.3b 8.97b 64b 102b 5 000 5.16a 61.7c 8.56ab 66ab 98a
由表2可知，随着PGA添加量的增加，面团的拉伸曲线面积、延展度、拉伸阻力和拉伸比例呈现先增大后减小，拉伸阻力由518 BU增加至至597 BU，增加了近15%，拉伸面积先增加后减小，主要因为海藻酸丙二醇酯与蛋白、淀粉作用导致。面团的拉伸阻力会进一步对面团的流变学特性及其发酵特性产生深远影响。
表2 小麦粉拉伸数据(45min)
Table 2 Flour stretching data (45min)
注: 同一列的不同字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
Note: Different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05).
PGA添加量/(mg/L)拉伸曲线面积/cm2拉伸阻力/EU延伸度/mm最大拉伸阻力/EU拉伸比例最大拉伸比例0 86a 421a 110a 518a 3.73a 4.71a 100 87a 424ab 112a 525a 3.79a 4.69a 500 92b 452ab 118b 588b 3.83b 4.98b 1 000 95b 484b 125b 597b 3.87b 4.78ab 5 000 87a 442a 115ab 546ab 3.84ab 4.75ab
PGA加入小麦粉中后，小麦粉的糊化粘度发生变化。表3结果显示，随着PGA添加量的增加，糊化温度和最终粘度增加。较为可能的解释是，直链淀粉溢出浸入到连续相时，水胶体与溶胀的淀粉颗粒或者浸出的直链淀粉之间发生相互作用，导致粘度增加。有文献报道，添加水胶体降低了大米淀粉的峰值粘度和最终粘度，是由于阿拉伯树胶的多支链结构和球状形态，使其能够穿插于水化淀粉分子之间，形成阻隔作用，妨碍淀粉分子间的链缠绕并减弱淀粉分子间氢键，导致峰值粘度和最终粘度的降低[14]，与本结果不符合。可能是因为PGA与其他水胶体不同，同时具有亲水、亲油基团的特性。PGA加入后，糊化温度上升，主要是因为PGA与淀粉竞争性吸水或通过氢键结合，增强聚合物的热稳定性，导致淀粉颗粒的膨胀延迟[14]。
表3 不同浓度海藻酸丙二醇酯的小麦粉粘度数据
Table 3 Viscosity results of flour
注: 同一列的不同字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
Note: Different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05).
0 100 500 1 000 5 000 A（糊化温度） 58.8 58.7 58.8 59.3 59.5 B（最高粘度值） 1 653 1 693 1 679 1 746 1 757 C（恒温阶段开始） 1 478 1 511 1 462 1 497 1 457 D（最低粘度）（冷却阶段开始）1 045 1 089 1 044 1 051 1 068 E最终粘度（冷却阶段结束）1 997 2 071 1 989 2 010 2 047 F（最终恒温阶段结束段粘度）2 058 2 130 2 087 2 061 2 084 BD（崩解值） 608 604 635 695 625 ED（回升（生）值） 982 978 979 959 979
随着PGA添加量的增加，小麦粉的崩解值呈现逐渐先增加后降低的趋势，这说明小麦粉加热糊化的稳定性在低浓度的PGA条件下逐渐降低，在1 000～5 000 mg/L的PGA浓度区间里，小麦粉热糊化的稳定性逐渐增加，可能会改善馒头的粘口感。回生值先减小后增加的变化说明，低浓度的PGA添加会抑制回生，加入过多后的PGA后会加强回生。
2.2 面团微观结构及其发酵特性
图1是水合均匀的面团未发酵时在扫描电镜下的微观结构，结果显示，加入PGA后形成的面团结构致密，且随着PGA浓度的增加，面团孔洞减小、均匀度增加。图2为面团发酵30 min时的切面图，结果显示水分孔洞随着PGA浓度呈现两种变化趋势，低浓度下 PGA的面团膨发孔洞增加，当PGA浓度>1 000 mg/L后，醒发30 min的面团结构变得紧密，所以高浓度的PGA含量使面团结构更加致密，不利于面团的醒发。
图1 发酵0 min面团的扫描电镜图（×1 000）
Fig.1 SEM images of dough fermented for 0 min
弹性模量（G'）和黏性模量（G"）分别代表黏弹性体中的弹性成分、黏性成分。损耗角的正切值tanδ（G'/G"）反映体系的黏弹性大小，tanδ值越小说明体系黏性比例越大，流动性越强。由图2可知，根据面团的G'大于G"，表明PGA的引入使得面团形成更接近固体的黏弹性凝胶。
图2 发酵30 min面团的扫描电镜图（×500）
Fig.2 Scanning electron microscope image of dough fermented for 30 min
由图3可知，添加PGA影响小麦粉的动态黏弹性。与对照相比，添加 PGA后，面团的 G'和G"均减小，却随着 PGA质量分数的增加而逐渐增加。这说明低浓度的PGA添加量会发挥乳化剂的作用，使面团的弹性和粘性降低，随着PGA添加量的增加，PGA开始发挥自己的凝胶特性，黏弹性增加。损耗角正切逐渐增加，表明面团的流动性减小，尤其当PGA的添加量为5 000 mg/L时，面团的流动性最小。所以在面团的拉伸特性中显示，当PGA的添加量为5 000 mg/L时的面团的拉伸阻力增加，所以高剂量的PGA添加不利于面团的膨发。
图3 面团的流变特性图
Fig.3 Rheological properties of dough
图4为面团醒发过程中的面团体积曲线，因此，如上图所示，随着PGA添加量的增加，面团的体积增加速度略有变化。随着PGA添加量的增加，面团在前45 min时的醒发速度基本无变化。在45～90 min的醒发时间里，当PGA添加量在0～1 000 mg/L区间时，发酵速度基本无变化。当PGA的添加浓度增加至 5 000 mg/L时，面团在45～90 min的发酵速度逐渐减缓。这说明小麦粉中添加低浓度的PGA（100～1 000 mg/L），对发酵面团的体积基本无影响；高浓度的PGA如≥5 000 mg/L，不利于面团的发酵，发酵面团体积减小。
图4 面团发酵速度曲线图
Fig.4 Dough fermentation speed curves
2.3 馒头品质变化
表4和图5表示PGA浓度对馒头色泽、比容和径高比的影响，结果显示小麦粉中添加5 000 mg/L以内的PGA时，高添加量对馒头的光泽、白度、体积和挺立度产生明显影响。当PGA的添加量在1 000 mg/L左右时，馒头白度和挺立度增加，比容最大，这是由于亲水性乳化剂还可以在水中形成层状液晶相，与麦醇溶蛋白结合[13]，这种结构的形成允许气室膨胀并有助于面团弹性，从而增加馒头体积[15]。当小麦粉中的 PGA添加量大于1 000 mg/L时，由于面团结构过于致密，会导致馒头光泽度增加、比容减小，馒头的挺立度增加。
表4 馒头的颜色
Table 4 The color of steamed bread
注: 同一列的不同字母表示存在显著性差异（P＜0.05）。
Note: Different letters in the same column indicate significant differences (P<0.05).
PGA浓度/(mg/L) L a b Hunter白度0 83.98a 0.21a 14.76a 78.21a 100 84.39a 0.20a 14.88a 78.43a 500 84.10a 0.22a 14.58a 78.42a 1 000 84.78a 0.22a 14.63a 78.88ab 5 000 85.09b 0.24a 14.45a 79.23b
图5 馒头比容与宽高比
Fig.5 Specific volume and diameter-height ratio of steamed bread
表5～6代表不同浓度 PGA对馒头口感的影响。表5是由质构仪测定的馒头片的指标，结果表明，小麦粉中PGA的添加会对馒头的质构产生较大影响。随着馒头样品中的PGA浓度增加，馒头硬度、咀嚼性、弹性增加，粘聚性基本无变化。且表6的感官评价结果表明，PGA对馒头的滋味没有不良影响，但是会增加馒头的弹性和湿润度。当PGA的添加量在500～1 000 mg/L时的整体喜好度较好，当PGA的添加量过高时，馒头的咀嚼感过强，馒头的整体喜好度降低。
表5 PGA对馒头质构的影响
Table 5 Effects of PGA on the texture of steamed bread
备注：1号、2号、3号、4号、5号馒头样品中的小麦粉PGA浓度分别是0、 100、 500、 1 000、 5 000 mg/L。
Note: The PGA concentration of flour in No. 1、 No. 2、 No. 3、 No. 4 and No. 5 steamed bread samples are 0, 100, 500, 1 000 and 5 000 mg/L, respectively.
样品 硬度/g 粘着性 回复性/% 黏聚性 弹性/% 咀嚼性1号 1 671.49 –30.86 33.95 0.75 91.28 1 176.32 2号 1 681.83 –77.14 34.88 0.73 91.51 1 109.74 3号 1 723.96 –52.41 36.46 0.77 92.93 1 121.40 4号 1 852.76 –54.66 37.64 0.74 92.70 1 124.24 5号 2 084.58 –80.87 41.65 0.76 93.70 1 292.91
表6 馒头感官评价项目及评分标准
Table 6 Sensory evaluation items and scoring criteria for steamed bread
项目 具体描述 1 2 3 4 5滋味 分值1～9，滋味越差，或其他不良味道越大，分值越低 6.2 5.7 6.3 5.9 6.1粗糙感 分值1～9，粗糙感越弱，分值越高 6.5 6.3 6.5 5.2 4.3弹性 分值1～9，咀嚼时弹性越强，分值越高 5.7 6.2 7.1 7.8 7.9咀嚼性 分值1～9，咀嚼性适中最好，过小和过大，分值可随之降低。 6.8 7.1 7.3 7.1 6.9粘牙感 分值1～9，粘牙感越低（或其他不良味道）越小，分值越高 5.2 5.3 5.3 5.9 5.3湿润度 分值1～9，湿润度（或其他不良味道）越小，分值越高 5.6 6.5 6.9 7.2 7.4整体喜好度 （4）＞（3）＞（2）＞（1）＞（5）
此感官评价结果与刘然然等[15-16]的研究结果相似，她发现PGA有助于提高面包的弹性，延缓贮藏期面包硬度和咀嚼性的降低，提升面包口感。因此，当小麦粉中的PGA浓度达到500～1 000 mg/L时，馒头的蓬发度与挺立度最好。主要原因是PGA浓度在500 mg/L附近时，面团中的醇溶蛋白和淀粉通过氢键和疏水作用力形成了更为紧密的面团网络结构[17-18]。氢键和静电相互作用是PGA与麦醇溶蛋白之间的主要作用力[19-20]。图3也证明了PGA的加入使面团变得更加致密，这种结构的形成助于气室膨胀并有助于面团弹性，增加面团发酵时中的持气效果[21-22]，从而增加馒头体积。但当PGA添加量过高后，面团弹性增加，不利于气室膨胀，因此，馒头比容减小、硬度增加。因此当小麦粉中的PGA含量在500～1 000 mg/L时的馒头表现最佳。
PGA会通过氢键及疏水作用力等与蛋白和淀粉进行交联，形成面团后会反映到小麦粉的粉质、拉伸特性上，也会影响淀粉的糊化特性，同时扫描电镜下观测到的面团微观结构也会发生变化，进而影响面团的流变学特性和发酵特性，最终影响馒头品质。
3 结论
本实验将不同浓度的PGA加入小麦粉后，测定小麦粉的糊化特性、面团的流变特性、微观特性、馒头白度、比容、质构等指标，发现PGA可以显著增加小麦粉吸水率，增加面团拉伸曲线面积，增加延展度，改善馒头的比容，增加馒头硬度和咀嚼性。其中当PGA的添加量在500～1 000 mg/L时，馒头的整体表现较好。通过测定糊化粘度变化、观察面团微观结构以及面团流变性实验，间接证明 PGA对面团中的蛋白和淀粉交联的促进作用，使面团结构更加紧密。此研究填补PGA在馒头应用方面的空白，为PGA在馒头实际生产加工中的应用提供了理论指导，拓展了新型乳化剂在发酵面制品中的应用。
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