麵包和比薩是常見的烘焙食品,它們的主要成分是水、麵粉、酵母和鹽。這類烘焙食品之所以能讓人食指大動,與其鬆軟香甜的口感是分不開的。而這種特殊的口感又和食物內部的大量充氣孔洞密切相關。
麵包製作的流程包括麵團準備、發泡和烘烤。在傳統的發泡過程中,酵母作為一種發酵劑,通過反應釋放二氧化碳,實現發泡。這種發酵過程通常需要長達數個小時。此外,無酵母產品在消費者中也受到越來越多的關注。事實上,酵母不耐受是一個日益嚴重的健康問題,消費者們也更願意購買無酵母產品。
為了應對這些需求,研究人員提出了基於物理發泡的無酵母麵包製作科技。但現有科技,無論是傳統的還是無酵母的,都依賴於兩個單獨的步驟(和兩臺不同的設備)進行發泡和烘焙。
在此基礎上,那不勒斯費德裏克二世大學Ernesto Di Maio教授團隊設計了一種新穎的無酵母披薩麵團烘焙工藝,利用物理發泡劑和加壓烤箱產生的氣體進行發泡,僅需4分鐘就可獲得密度、形態與傳統帶酵母麵團類似的比薩餅。可通過適當調整烘烤和發泡工藝參數,以及物理發泡劑的性質,獲得最終所需發泡產品的密度和形態。該發泡工藝無需酵母,並且縮短了冗長的發酵過程,同時也將多個加工步驟(發酵和烘焙)組合在一個加工過程中。
【各參數對麵團流變效能的影響】
首先,作者使用延時攝影裝置研究了發酵過程對含酵母面團(YD)和無酵母麵團(NYD)最終結構的影響。如圖1a所示,從宏觀上看,YD的截面積顯著新增,並在24小時後達到恒定值,面積增長約20%。而NYD的截面積隨時間的變化很小。此外,兩種麵團的粘彈性模量都會隨著發酵時間的新增而降低(圖1b-e),而NYD樣品顯示出更强的軟化。對於這兩種樣品而言,穀蛋白降解酶和蛋白酶都會隨著時間的推移而發揮作用。而對於YD樣品,在蛋白酶作用的基礎上,又由於酵母的化學反應,樣品內氣泡的體積分數新增。實驗結果表明,真實資料中空隙的存在會導致靜態剪切模量降低。
圖1.(a)發酵延時實驗的結果:面積比與時間的函數關係。(b)–(c):YD樣品在不同的發酵時間下的模量。(d)–(e):NYD樣品在不同的發酵時間下的模量。
接著,作者研究了加熱歷史對麵團流變效能的影響。如圖2所示,隨著溫度剛開始新增,模量略有下降,這是由於在烘焙的早期階段,水分尚未從受損澱粉中釋放出來。在滯後時間之後,可以觀察到模量急劇增加,這標誌著麵團/麵包屑轉變的開始。模量的急劇增加是由於麵粉中澱粉的凝膠化。兩個樣品最終達到了平臺值。YD和NYD樣品表現出相似的行為,這證明酵母對最終結構的影響很小。囙此,只有澱粉顆粒的凝膠化行為會影響麵團在烘焙階段的模量變化。
實驗過程中觀察到的滯後時間為通過加壓將氣體加載到麵團結構中提供了時間視窗。在此期間,物理發泡劑能够擴散並溶解到麵團中,逐漸釋放壓力,導致氣泡形成和膨脹。最終在高溫下,麵團由於澱粉糊化反應和麵筋蛋白聚集而形成泡沫結構。作者通過一系列實驗證明了通過巧妙控制壓力和溫度可以調配出最佳的質地。
圖2.(a)加熱歷史的比較:比薩烤箱中烹飪產生的麵團溫度歷史和採用溫度程式的流變儀溫度歷史。(b)和(c):在環境壓力下不同發酵時間(0-3-6-24小時)後,麵團烹飪測試的流變學結果,其中(b)YD和(c)NYD樣品。
【麵團的發泡過程】
作者在等溫條件下進行發泡過程(圖3)。首先將麵團的環境壓力在30秒內從環境壓力線性新增到6 bar。然後,保持恒定70秒,最後再100秒內線性減壓至環境壓力。隨著線性壓力的新增,發泡劑的吸附立即開始,並持續到等壓階段。吸附作用會將發泡劑溶解到生麵團中。吸附後,壓力下降導致解吸附作用,實現麵團的發泡。
圖3.發泡加工程式(壓力與時間)和流變烹飪曲線。
如圖4所示,作者比較了在環境壓力下烘焙YD樣品和使用兩種不同發泡劑(二氧化碳和氦氣)烘焙和發泡的NYD樣品的目測結果。結果證明了新型烘烤和發泡工藝的有效性,NYD烘烤和發泡樣品的密度和形態與YD烘烤樣品相當。
圖4.比薩餅烘烤和起泡的目測結果。
最後,作者揭示了麵團結構的密度和形態在很大程度上取決於最大壓力、等壓時間和壓力下降率。最大壓力的新增會加强發泡劑的吸附性,進而導致最終膨脹比的新增。而等壓時間决定了吸附階段的長度、發泡劑的溶解量以及壓力釋放前麵團的固化程度。選擇較短的等壓線時間意味著更早的發泡,這可能導致過早發泡或只能達到較低的孔隙密度。相反,選擇較長等壓時間則可能引起起泡不良。在固化後期對麵團進行壓力釋放時,如果壓力下降過快,將導致氣體膨脹,在麵團內累積三軸拉伸應力,可能導致麵團破裂。囙此,可通過調節適當的壓力和溫度來調配出合適的發泡效果,控制麵團的質地。