馬鈴薯-小麥粉混粉的理化性質(zhì)與消化特性研究

閆巧珍,高瑞雄,邢沁澮,侯傳麗,韓 克,張正茂,2,*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

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馬鈴薯-小麥粉混粉的理化性質(zhì)與消化特性研究

閆巧珍1,高瑞雄1,邢沁澮1,侯傳麗1,韓 克1,張正茂1,2,*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

以不同比例馬鈴薯全粉(PG)和小麥粉(WF)混粉為研究對(duì)象,探討了馬鈴薯全粉與小麥粉混合比例對(duì)混粉還原糖、溶解度、膨脹度、凍融穩(wěn)定性、糊化特性、快消化淀粉含量、慢消化淀粉含量、抗性淀粉含量及消化速率的影響。結(jié)果表明,馬鈴薯全粉具有較低的還原糖含量,較高凍融穩(wěn)定性、糊化溫度、快消化淀粉含量和消化速率。小麥粉的慢消化淀粉和抗性淀粉含量較高,消化速率較低。馬鈴薯全粉與小麥粉比例為9∶1時(shí),溶解度和膨脹度最高。比例為1∶9時(shí),糊化溫度最低。馬鈴薯全粉和小麥粉的混合比例對(duì)混粉的理化性質(zhì)及消化特性有明顯影響。

馬鈴薯全粉,小麥粉,混粉,理化性質(zhì),消化特性

馬鈴薯為茄科茄屬一年生草本塊莖作物,是繼玉米、稻米、小麥之后的第四大主要糧食作物。馬鈴薯含有淀粉、纖維、礦物質(zhì)、維生素等豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),具有高熱量、低脂肪、高膳食纖維的特點(diǎn),是“十全十美的食物”。馬鈴薯全粉是以新鮮馬鈴薯為原料,經(jīng)清洗、去皮、切片、漂洗、預(yù)煮、冷卻、蒸煮、搗泥等工藝,再經(jīng)脫水干燥而獲得的產(chǎn)品[1],具有營(yíng)養(yǎng)全面、易于貯存運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。

關(guān)于馬鈴薯全粉和小麥粉混合體系的消化性研究較少,多以研究其流變學(xué)、拉伸、糊化性質(zhì)和產(chǎn)品開發(fā)為主。王春香等研究發(fā)現(xiàn)隨著小麥粉中馬鈴薯全粉加入量的增大,混合粉面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間縮短,評(píng)價(jià)值降低,筋力減弱,加工性能也隨之下降[2]。張英等研究認(rèn)為5%～15%的馬鈴薯全粉與小麥粉配合為原料可以制得品質(zhì)優(yōu)良的面包[3]。孫平等研究發(fā)現(xiàn)低筋粉中添加30%全粉可以得到口感酥松的酥性餅干[4]。還有學(xué)者以馬鈴薯全粉和低筋粉為原料,添加3%的超微綠茶粉制得口感良好的風(fēng)味曲奇[5]。

本研究采用模擬人體消化的體外消化法,研究不同比例馬鈴薯全粉和小麥粉混粉的理化性質(zhì)和消化特性,為馬鈴薯主食化提供配粉理論依據(jù),對(duì)指導(dǎo)馬鈴薯全粉生產(chǎn)與加工和馬鈴薯全粉系列保健性食品開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯顆粒全粉(品種:克新一號(hào)) 甘肅正陽農(nóng)業(yè)科技股份有限公司;小麥粉(品種:普冰9946) 自制;豬胰α-淀粉酶 Sigma公司;其它試劑 均為分析純。

表1 馬鈴薯全粉和小麥粉基本營(yíng)養(yǎng)組成

UV-1780分光光度計(jì) 日本島津公司;RVA-3D型快速黏度分析儀 澳大利亞Newport Scientific儀器公司;高速離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;SHA-B恒溫振蕩器 常州朗越儀器制造有限公司;電陶爐 廣州順德忠臣電器有限公司;鼓風(fēng)干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;K12A自動(dòng)定氮儀 上海晟聲自動(dòng)化分析儀器有限公司;LSM20型實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī) 開封市茂盛機(jī)械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯全粉基本理化指標(biāo)測(cè)定 水分:GB 5009.3-2010,直接干燥法;灰分:GB 5009.4-2010;蛋白質(zhì):凱氏定氮儀法;脂肪:GB 5009.6-2003,酸水解法;維生素C:2,6-二氯酚靛酚法;膳食纖維:GB 5009.88-2008。

1.2.2 混粉制備法 小麥粉與馬鈴薯全粉按10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶10的比例充分混勻,過100目篩,待用,樣品編號(hào)PG、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、WF。

1.2.3 馬鈴薯全粉與小麥粉微觀形貌觀察 參考汝遠(yuǎn)[6]的方法。

1.2.4 還原糖含量測(cè)定 參考劉芳[7]的方法。

1.2.5 溶脹能力測(cè)定 參考井月欣[8]的方法。

1.2.6 凍融穩(wěn)定性測(cè)定 參考田建珍[9]的方法。

1.2.7 糊化特性測(cè)定 參考韓文芳[10]的方法。

1.2.8 營(yíng)養(yǎng)片段分析 根據(jù)Englyst[11]等人的體外消化模型構(gòu)建的理論,確定實(shí)驗(yàn)方法。稱取400 mg干基樣品,添加20 mL pH5.2的磷酸緩沖液,攪拌混勻后全部轉(zhuǎn)移至100 mL三角瓶中,再加入10 mL 280 U/mL胰α-淀粉酶以及250 U/mL糖化酶混酶液,然后將其置于37 ℃水浴振蕩器中酶解。在酶解時(shí)間分別為20、120 min時(shí),從三角瓶中取出0.5 mL酶解液,加入4 mL 66%乙醇滅酶,采用DNS法測(cè)定其葡萄糖含量。計(jì)算公式為:

RDS=100×(G20-FG)×0.9/TS

式(1)

SDS=100×(G120-G20)×0.9/TS

式(2)

式(3)

式中,G20-酶解20 min后的葡萄糖量,mg;G120-酶解120 min后的葡萄糖量,mg;FG-酶解前的游離葡萄糖量,mg;TS-樣品淀粉量,mg;RDS-快消化淀粉含量,%;SDS-慢消化淀粉含量,%;RS-抗性淀粉含量,%。

1.2.9 消化特性分析 參考張欣欣[12]的研究方法,采用豬胰α-淀粉酶和糖化酶的混合酶體系在37 ℃下協(xié)同水解作用于馬鈴薯全粉,測(cè)定不同消化時(shí)間內(nèi)消化產(chǎn)物的含量,并得出消化速率。具體方法是:稱取400 mg樣品,添加20 mL pH5.2的磷酸緩沖液,攪拌混勻后全部轉(zhuǎn)移100 mL三角瓶中,再加入10 mL 280 U/mL胰α-淀粉酶和250 U/mL糖化酶混酶液,置于37 ℃水浴振蕩器中酶解。在酶解時(shí)間分別為20,30,60,90,120,180,240 min時(shí),從三角瓶中取出0.5 mL水解液,加入4 mL 66%乙醇滅酶,離心取上清液。采用DNS法測(cè)出其所含的葡萄糖量,按照公式計(jì)算出樣品的消化速率,進(jìn)而分析樣品的消化特性。

St=Gt×0.9

式(4)

ν=St/m/t

式(5)

式中,St- t時(shí)刻已水解的淀粉含量,mg;Gt- t時(shí)刻酶解出來的葡萄糖含量,mg;ν - 樣品消化速率,mg·g-1·min-1;m - 樣品質(zhì)量,mg;0.9 -換算系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯全粉和小麥粉營(yíng)養(yǎng)成分分析

由表1可以看出，馬鈴薯全粉和小麥粉的主要成分是淀粉,馬鈴薯全粉相比小麥粉含有較多的淀粉、灰分和維生素C,但是粗脂肪和蛋白含量略低于小麥粉,水分含量低于小麥粉。這與其原料營(yíng)養(yǎng)組成和制粉工藝有關(guān)。

2.2 馬鈴薯全粉和小麥粉微觀形貌

馬鈴薯全粉和小麥粉微觀形貌如圖1所示。由圖1可以看出,馬鈴薯全粉呈薄層、塊段和碎片狀,可見區(qū)域無完整淀粉顆粒存在。小麥粉由許多扁圓的淀粉顆粒和包裹在其表層的絮狀物質(zhì)組成,淀粉顆粒黏結(jié)在一起形成大的團(tuán)塊。絮狀附著物可能是蛋白質(zhì)、纖維素和脂肪等。

圖1 馬鈴薯全粉和小麥粉微觀形貌(SEM,500×)Fig.1 The micrograph of potato granules and wheat flour(SEM,500×)

2.3 不同比例混粉中還原糖含量比較

不同比例混粉中還原糖含量如圖2所示。還原糖含量是馬鈴薯全粉重要的品質(zhì)指標(biāo)之一。國(guó)內(nèi)馬鈴薯全粉行業(yè)規(guī)定其還原糖含量應(yīng)≤4.0%,這是由于高還原糖含量的全粉易發(fā)生褐變反應(yīng),從而影響產(chǎn)品色澤。

圖2 不同比例混粉的還原糖含量比較Fig.2 Reducing sugar content of the blends in different proportions

從圖2可以看出,隨著小麥粉比例的增大,混粉中還原糖含量先升高后降低,在馬鈴薯全粉與小麥粉比例為8∶2時(shí)混粉中還原糖含量最高,馬鈴薯全粉的還原糖含量最低,小麥粉次之,這與Zaidul的研究報(bào)道一致[13]。這可能與小麥粉中的淀粉酶作用于馬鈴薯全粉,使得少量淀粉酶解為葡萄糖有關(guān)。當(dāng)小麥粉比例增大時(shí),大量的小麥蛋白將馬鈴薯全粉顆粒包裹,使得淀粉酶與全粉接觸受阻,導(dǎo)致游離出的還原糖含量降低。一定的還原糖含量對(duì)于焙烤食物增色增香具有重要的作用,因此,混粉相比純的馬鈴薯全粉和小麥粉在焙烤食物上具有原料優(yōu)勢(shì)。

2.4 不同比例混粉溶脹度比較

不同比例混粉的溶脹度比較如圖3所示。溶脹度是指在一定溫度下單位干樣品吸收水的質(zhì)量,是淀粉類食物水合能力的量度。由圖3可以看出,馬鈴薯全粉具有較高的溶解度和膨脹度,小麥粉反之?；旆鄣娜芙舛群团蛎浂染S著小麥粉比例的增大而降低。這是由于混粉中可溶性成分的增加(隨著混粉比例的增加混粉中可溶性糖4.41%～16.82%)造成其可溶指數(shù)的變化。由相關(guān)性分析得到,溶解度與還原糖含量呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)是0.837,p<0.01。這與熊柳等研究結(jié)果一致[14]。馬鈴薯全粉及混粉的溶解度高于小麥粉的溶解度,說明馬鈴薯全粉及混粉的水合能力強(qiáng)于小麥粉?；旆叟蛎浂鹊淖兓厔?shì)與溶解度一致。由相關(guān)性分析得到,溶解度與膨脹度呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)是0.914,p<0.01。

圖3 不同比例混粉的溶脹度比較Fig.3 Solubility and swelling power of the blends in different proportions

2.5 不同比例混粉凍融穩(wěn)定性比較

不同比例混粉凍融穩(wěn)定性比較如圖4所示。凍融穩(wěn)定性是淀粉類食品的重要性質(zhì),在冷凍食品中往往要求加入凍融穩(wěn)定性良好的淀粉原料。析水率可以反映淀粉類食物在冷加工或貯存中凍融穩(wěn)定性,析水率低,說明低溫穩(wěn)定性好。由圖4可以看出,隨著小麥粉比例的增加混粉體系的析水率升高。說明馬鈴薯全粉具有良好的凍融穩(wěn)定性,小麥粉的加入降低了馬鈴薯全粉的凍融穩(wěn)定性。這可能與馬鈴薯全粉和小麥粉的組成結(jié)構(gòu)有關(guān)。馬鈴薯全粉中的淀粉經(jīng)糊化,分子鏈減小,與水分子作用加強(qiáng),故在凍融過程中水分析出少。在小麥粉電鏡視野中可以看到存在脂肪和蛋白質(zhì)包裹在小麥淀粉顆粒表面,由于脂肪和蛋白的疏水性,使得小麥粉與水分子作用減弱,從而在凍融過程中水分會(huì)很容易析出?？梢?馬鈴薯全粉可以作為冷凍食品的原料,在以小麥粉為原料的食品中添加一定馬鈴薯全粉可以提高產(chǎn)品的凍融穩(wěn)定性。

圖4 不同比例混粉的凍融穩(wěn)定性比較Fig.4 Freeze-thaw stability of the powder mixed in different proportions

表2 不同比例混粉的糊化特性比較

注:表中同列不同字母表示0.05水平下差異顯著。2.6 不同比例混粉糊化特性比較

不同比例混粉糊化特性如表2所示。峰值黏度表示樣品結(jié)合水的能力,反映粘滯性的強(qiáng)弱。峰值黏度高,說明粘滯性強(qiáng)。崩解值表征熱糊穩(wěn)定性,崩解值大,說明熱糊穩(wěn)定性差。

由表2可以看出,不同比例混粉的峰值黏度和崩解值與對(duì)照以及各比例之間均存在顯著差異,且混粉體系的峰值粘度和崩解值均顯著低于對(duì)照組,說明小麥粉的加入使得混粉體系的粘滯性降低,熱糊穩(wěn)定性增強(qiáng)。馬鈴薯全粉的崩解值顯著高于小麥粉的崩解值。隨著小麥粉添加量的增大,混粉體系的峰值黏度和崩解值均先降低后升高,比例為5∶5時(shí)達(dá)最低,分別低于對(duì)照67.2%和83.0%。這可能是由于混粉中的馬鈴薯纖維素會(huì)阻止淀粉之間形成網(wǎng)絡(luò)復(fù)合物,從而降低了糊化黏度數(shù)值。同時(shí)隨著小麥粉比例的增大,混粉中的蛋白質(zhì)比例升高,淀粉與蛋白相互作用形成淀粉-蛋白復(fù)合物,糊化過程中,蛋白質(zhì)吸收水分爭(zhēng)奪淀粉可以利用的水含量,使淀粉顆粒不能完全糊化膨脹,導(dǎo)致沒有完全糊化膨脹的淀粉分子在冷卻過程中也沒有得到很好地重新排列,從而降低最終黏度[15]?；旆鄣谋澜庵到档涂赡苁且?yàn)槔w維素和馬鈴薯全粉中部分變形的蛋白質(zhì)-顯著提高淀粉的熱穩(wěn)定性[16]。

最終粘度是評(píng)價(jià)面粉等主食原料的常用參數(shù),表示樣品在熟化并冷卻后形成黏糊或凝膠的能力[11]。回生值表征冷糊穩(wěn)定性,回生值低,說明冷糊穩(wěn)定性好,老化速度慢。不同比例混粉的最終黏度和回生值隨著小麥粉加入量的增大先減小再增大,在比例為8∶2時(shí)最小,分別低于對(duì)照43.0%和35.3%?；旆垠w系的最終黏度均顯著低于對(duì)照,說明混粉體系的凝膠能力降低。混粉比例大于3∶7時(shí),體系的回生值顯著低于對(duì)照,說明一定比例的混粉可以提高該體系的抗老化能力。

糊化溫度反映樣品糊化的難易程度。不同比例混粉的糊化溫度均顯著低于對(duì)照組,可見混粉較單一馬鈴薯全粉更容易糊化,但對(duì)小麥粉糊化溫度影響不顯著。這可能是由于馬鈴薯全粉中的纖維素吸水膨脹使得包裹在其中的淀粉顆粒難以吸收水分和受熱,從而增大了糊化的難度[17]。同時(shí)糊化過程中形成大量的短鏈淀粉-淀粉、淀粉-脂肪、淀粉-蛋白質(zhì)等復(fù)合物,對(duì)淀粉的膨脹產(chǎn)生抑制,使得混粉體系難以糊化[18]。

2.7 不同比例混粉營(yíng)養(yǎng)片段比較

不同比例混粉中RDS、SDS、RS含量比較如圖5所示。由圖5可知,混粉中RDS含量隨小麥粉比例的增大先升高后降低,在比例為7∶3時(shí),RDS含量最高,小麥粉RDS含量最低。RDS含量先升高可能是因?yàn)槲锪媳旧淼纳倭康矸勖负鸵圈?淀粉酶的協(xié)同作用使得淀粉快速水解。后降低可能是因?yàn)榛旆壑械鞍踪|(zhì)比例隨著小麥粉的加入逐漸升高,淀粉被蛋白質(zhì)形成的面筋網(wǎng)絡(luò)包裹,同時(shí)脂肪比例的增加,為酶與底物淀粉的作用增添了多重障礙,導(dǎo)致RDS含量降低[16]。這與Boligon的研究結(jié)果一致[19]。

圖5 不同比例混粉的營(yíng)養(yǎng)片段比較Fig.5 Nutrition fragment of the blends in different proportions

混粉中SDS含量變化則與RDS含量變化剛好相反。隨小麥粉比例的增大先降低后升高,在比例為7∶3時(shí),SDS含量最低,純小麥粉中SDS含量最高。馬鈴薯全粉中含有大量的纖維,小麥粉則沒有。因此SDS含量先降低可能是因?yàn)槔w維比例降低,使得淀粉酶可以更輕易的與淀粉接觸,大量淀粉被快速消化,導(dǎo)致SDS含量降低[17]?；旆壑械鞍踪|(zhì)比例隨著小麥粉的加入逐漸升高,馬鈴薯淀粉可以很好的填充蛋白質(zhì)形成的面筋網(wǎng)絡(luò),使組織體系更為緊密,淀粉酶難以充分與淀粉接觸,從而使得酶解速度降低[10]。

混粉中RS含量隨著小麥粉添加比例的增大先升高后降低。在混粉比例為2∶8時(shí),RS含量最高,比例為7∶3時(shí)最低。RS的升高是由于蛋白質(zhì)比例的增加,使得蛋白與淀粉結(jié)合的更為緊密,同時(shí)脂肪、膳食纖維等成分的相互作用使得淀粉完全被包裹,這樣的結(jié)構(gòu)阻礙酶與淀粉的接觸,降低淀粉的酶解。在比例為2∶8和1∶9時(shí),RS含量降低是因?yàn)榛旆壑猩攀忱w維的比例降低,其對(duì)淀粉酶與淀粉接觸的阻礙作用減小,同時(shí)淀粉比例升高,則可被酶解的淀粉比例隨著升高,RS所占比例就降低[15]。

綜上所述,加入小麥粉可以降低馬鈴薯全粉的消化速率,比例為1∶9的混粉具有相對(duì)較慢的消化速率和較高的SDS和RS含量,所以該混粉體系可以作為糖尿病患者和肥胖者等特殊人群的主食原料備選之一。

2.8 不同比例混粉消化速率比較

不同比例混粉消化速率比較如圖6所示。由圖6可以看出,馬鈴薯全粉具有較高的消化速率,馬鈴薯全粉、小麥粉及混粉的消化速度均在20～60 min內(nèi)快速下降,在60～240 min緩慢降低。整體消化速度均隨著消化時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。馬鈴薯全粉消化速率較快是因?yàn)槠鋷缀鯖]有面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對(duì)淀粉酶阻礙作用小,并且馬鈴薯全粉在生產(chǎn)過程中部分淀粉已經(jīng)糊化,致使其酶敏感性降低[20]。隨著消化時(shí)間的延長(zhǎng),消化速度隨之下降。這是由于馬鈴薯淀粉含有磷酸基,可能馬鈴薯全粉中的馬鈴薯淀粉和小麥淀粉會(huì)發(fā)生一定的交聯(lián)反應(yīng),從而降低其對(duì)酶的敏感性。交聯(lián)反應(yīng)的程度越高,其對(duì)淀粉的空間位阻作用越大,淀粉越難被淀粉酶水解,消化速度就越低[21]。由此可見,馬鈴薯全粉比小麥粉易消化,不宜作為非胰島素依賴型糖尿病病人的食物原料。

圖6 不同比例混粉的消化特性比較Fig.6 Digestibility of the blends in different proportions

3 結(jié)論

不同比例馬鈴薯全粉/小麥粉混粉的理化性質(zhì)和消化特性之間存在明顯差異。

小麥粉加入比例的增大可以加入明顯降低混粉的溶脹度、凍融穩(wěn)定性、糊化難度和RDS含量,提高其SDS和RS的含量。隨著小麥粉比例的增大，混粉中還原糖含量先升高后降低?；旆鄣暮卣髦惦S著混合比例的增大先降低后升高。生產(chǎn)中可以根據(jù)不同產(chǎn)品特性需要來確定具體混粉比例。

馬鈴薯全粉具有較快的消化速度,通過添加小麥粉可明顯降低其消化速率。

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Study on physicochemical properties and digestibility of potato and wheat flour blends

YAN Qiao-zhen1,GAO Rui-xiong1,XING Qin-hui1,HOU Chuan-li1,HAN Ke1,ZHANG Zheng-mao1,2,*

(1.College of Food Science and Engineering Northwest A&F University,Yangling 712100,China; 2.College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling 712100,China)

The physicochemical properties and digestibility of potato granules,wheat flour and their blends were investigated in this study,and the effect of the blend proportions was studied in terms of the change of reducing sugar content,solubility,swelling power,freeze-thaw stability,pasting properties,rapidly digestible starch(RDS),slowly digestible starch(SDS),resistant starch(RS)and the rate of digestion. The results showed that,potato granules had higher freeze-thaw stability,pasting temperature,rapidly digestible starch(RDS)content and rate of digestion,at the same time lower reducing sugar content. Wheat flour had higher content of slowly digestible starch(SDS)and resistant starch(RS),however the lower rate of digestion. When the blend proportion was 9∶1,solubility and swelling power reached the highest level. The lowest past temperature appeared when the blend proportion was 1∶9. Studies suggested that blends proportions showed significant effect on the physicochemical properties and digestibility of the mixture.

potato granules;wheat flour;blends;physicochemical properties;digestibility

2016-04-29

閆巧珍(1990-)女，在讀碩士研究生，主要從事糧油品質(zhì)分析與加工方面的研究， E-mail:yqznwsuaf@126.com。

*通訊作者:張正茂(1961-)，男，研究員，主要從事小麥遺傳育種與糧油加工方面的研究，E-mail:zhzhm@nwsuaf.edu.cn。

陜西省科技統(tǒng)籌計(jì)劃項(xiàng)目(2014KTZB02-01-01)。

TS215

A

1002-0306(2016)22-0173-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.22.026