不同改良劑對高馬鈴薯全粉含量面團流變學特性的影響

張鳳婕,任妍妍,張?zhí)煺Z,曹燕飛,李宏軍,2,*

(1.山東理工大學農(nóng)業(yè)工程與食品科學學院,山東淄博 255049;2.樂陵希森馬鈴薯產(chǎn)業(yè)集團有限公司,山東德州 253600)

馬鈴薯作為世界第四大糧食作物[1],具有糧食和蔬菜的雙重特點。研究表明,馬鈴薯中含有多種營養(yǎng)成分,其中賴氨酸和色氨酸含量較高,而這兩者可以補足小麥粉中氨基酸的缺陷,故將馬鈴薯全粉和小麥粉配合可以使小麥粉中蛋白質的功效提升[2]。目前隨著國家馬鈴薯主食化發(fā)展戰(zhàn)略的推進,國內外市場對于馬鈴薯全粉的需求呈逐漸上升趨勢[3]。但是,由于馬鈴薯全粉中淀粉成分主要為支鏈淀粉,不含面筋蛋白,無法形成具有粘彈性的網(wǎng)絡結構[4],降低了面團相應的加工特性,當用高含量馬鈴薯全粉制作饅頭時,存在成型難、口感差等問題[5],這制約著高含量馬鈴薯全粉饅頭的推廣。

在馬鈴薯全粉饅頭的制作過程中,可以通過添加改良劑的方法提高面團的粘彈性。任立煥等[6]研究了不同改良劑對馬鈴薯面條品質的影響,研究表明:谷朊粉和海藻酸鈉可明顯提高面團穩(wěn)定時間,增加面條硬度、彈性、膠著度;硬脂酰乳酸鈣鈉和木薯抗性淀粉均可改善混合粉的粉質特性。Liu等[7]研究了不同凝膠對面團熱機械性能的影響,結果表明親水膠體的添加可明顯增加面團的糊化溫度和吸水率。國外的研究中馬鈴薯全粉主要是作為添加劑或輔助原料,用以改善食品的感官品質。Rodriguez-Sandoval等[8]研制了馬鈴薯-小麥混合全粉面包和藜麥-小麥混合全粉面包,發(fā)現(xiàn)馬鈴薯-小麥混合全粉的吸水性、水溶性和膨脹能力等均好于藜麥-小麥混合全粉;添加10%馬鈴薯全粉制作出的面包物理性質與全麥面包基本相同。

目前,關于不同改良劑對馬鈴薯面團影響的研究已有很多,但改良劑對面團流變學特性的研究不多,且馬鈴薯全粉添加量50%左右的研究報道較少。因此,本文利用質構儀、高級旋轉流變儀分析谷朊粉、蛋清粉、海藻酸鈉等改良劑對含50%馬鈴薯全粉面團拉伸特性和流變學特性的影響,旨在為改善高馬鈴薯全粉面團的品質特性提供應用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯全粉(水分含量7.18%,淀粉含量69.08%,蛋白質含量16.25%) 內蒙古希森馬鈴薯全粉有限公司;雪花小麥粉(水分含量11.76%,淀粉含量68.50%,蛋白質含量9.11%) 五得利面粉集團有限公司;谷朊粉 康迪粉業(yè)有限公司;蛋清粉 眾意蛋業(yè)有限公司;海藻酸鈉 青島雙城海藻有限公司。

Kinexus高級旋轉流變儀 英國馬爾文儀器公司;XA.XT.plus型質構儀 英國Stable Micro Systems公司;JZC-TSE-30型電子天平 福州科迪電子技術有限公司;B15型三功能攪拌機 廣東力豐機械制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 面團的制備 每100 g混合粉,加入75%的純凈水(以混粉質量計),使其形成干濕均勻的松散顆粒面團,和面5 min,到面團表面光滑,無生粉夾雜,然后用保鮮袋密封,以備測試使用。

1.2.1.1 對照混合粉 將馬鈴薯全粉與小麥粉混合,配成馬鈴薯全粉質量分數(shù)為50%(固定馬鈴薯全粉、面粉比例總和為100%)的混配粉,并作為對照組制成面團,測定面團的拉伸特性和流變特性。

1.2.1.2 添加改良劑的混合粉 添加50%馬鈴薯全粉后面團的加工特性降低,需要添加改良劑改善其加工特性。固定蛋清粉添加量為7%,海藻酸鈉添加量為0.6%,混配粉中添加谷朊粉的比例為3%、3.5%、4%、4.5%、5%,研究谷朊粉添加量對面團拉伸特性和流變特性的影響;固定谷朊粉添加量為4.5%,海藻酸鈉添加量為0.6%,混配粉中添加蛋清粉的比例為6%、7%、8%、9%、10%,研究蛋清粉添加量對面團拉伸特性和流變特性的影響;固定谷朊粉添加量為4.5%,蛋清粉添加量為7%,混配粉中添加海藻酸鈉的比例為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%,研究海藻酸鈉添加量對面團拉伸特性和流變特性的影響。

試驗中混合粉的總質量不變,改良劑添加比例為所占固定總和的百分比。食品添加劑的用量范圍參照GB 2760-2011《食品添加劑使用標準》。

1.2.2 面團的拉伸特性測定 采用質構儀的面團拉伸程序測定面團的拉伸性質,每組樣品測定5根面帶,由程序求平均值作為最終數(shù)據(jù)。質構儀測試程序參數(shù)設定[9]為:測試模式:拉伸;測前速度:2.00 mm/s;測試速度:3.3 mm/s;測后速度:10.0 mm/s;目標模式:距離;距離:75 mm;觸發(fā)類型(Trigger Type):自動(力);觸發(fā)力(Trigger Force):5 g;斷裂模式:關閉;停止位置:開始位置;校正模式:自動。探頭為:A/KIE。

1.2.3 面團的流變特性測定 參照黃蓮燕等[10]的方法稍作修改,采用高級旋轉流變儀測定面團的流變特性,面團在直徑為40 mm的光滑平板模具上進行流變測定,用刮板刮去多余的面團,蓋上保護蓋,并加入硅油防止水分蒸發(fā)。開始測試前使面團在平行板上進行5 min穩(wěn)定平衡,以排除面團中殘余機械作用力對結果造成影響。分別對樣品進行應力測試和頻率掃描流變學實驗。應力測試參數(shù)設定:頻率為1 Hz;應力范圍為0.01%～10%;頻率掃描測試參數(shù)為:溫度25 ℃,應力0.1%,頻率變化范圍0.1～10 Hz,研究彈性模量(G′)、粘性模量(G″)和損耗角正切值(tanδ=G″/G′)隨頻率的變化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗結果采用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析,使用OriginPro 9.1軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 改良劑對面團拉伸特性的影響

由圖1a可以看出,和對照組相比,添加谷朊粉后面團的抗拉力明顯提高,表明添加一定量的谷朊粉有利于增大面團的拉伸力,改善其拉伸性能。隨著谷朊粉添加比例的增加,面團的抗拉力明顯升高,當谷朊粉添加量為4.5%時,面團抗拉力達到最大值89.41 g,隨后面團的抗拉力下降。這可能是由于谷朊粉的加入增大了面筋蛋白含量,使網(wǎng)絡結構更加緊密;而谷朊粉添加量過多使蛋白質含量相應提高,面團筋性降低,從而導致面團的拉伸性能降低[11]。劉穎等[12]將谷朊粉添加到馬鈴薯小麥混配粉中,面團的拉伸特性同樣有所改善。

由圖1b可以看出,面團的抗拉力隨蛋清粉添加量的增加呈先上升后平緩下降的趨勢,和對照組相比,添加蛋清粉后面團的抗拉力明顯提升。說明蛋清粉的加入,增加了面團中蛋清蛋白的含量,改善了面團的拉伸性能。當?shù)扒宸厶砑恿繛?% 時,面團的抗拉力達到最大值89.9 g,而蛋清粉添加量超過7%時,面團抗拉力反而下降?？赡茈S著蛋清粉添加量的增大,面團中蛋清蛋白的含量增多,面團品質更好,但當?shù)扒宸厶砑恿窟^多時,蛋清蛋白嵌入面筋網(wǎng)絡增多,破壞了面筋網(wǎng)絡結構,面團的拉伸性能降低[13]。羅云等[14]同樣研究得出蛋清粉添加量的增加能明顯增大面團的抗拉力。

由圖1c可以看出,隨海藻酸鈉添加量的增加,面團的抗拉力呈先升高后下降的趨勢,和對照組相比,添加海藻酸鈉后面團的抗拉力明顯提升。海藻酸鈉添加量為0.6%時,面團的抗拉力達到最大值82.24 g,當海藻酸鈉添加量超過0.6%時,面團抗拉力下降?？傮w而言,加入少量海藻酸鈉可以改善面筋蛋白網(wǎng)絡結構,使面團粘彈性增加[15]。當海藻酸鈉添加量過多(超過0.6%)時,面筋蛋白被過度稀釋,從而使面團的拉伸性能降低。有研究表明,海藻酸鈉在較低添加比例下,就能對面團的拉伸特性有明顯的改善作用[16]。

2.2 改良劑對面團流變特性的影響

2.2.1 谷朊粉對面團流變特性的影響 流變儀可以測定面團的粘彈性質,其測試的主要參數(shù)彈性模量G′是指儲存在物質中的或經(jīng)過一個振動周期的正弦形變后所恢復的能量,它所代表的是物質的彈性本質;粘性模量G″是指每個周期的正弦形變所消耗或損失的能量,它代表的是物質的粘性本質。

由圖2a、圖2b中可以看出,隨頻率的不斷增加,面團的彈性模量和粘性模量不斷增大。比較圖2a、圖2b,面團的彈性模量均大于粘性模量,這表示實驗中的面團表現(xiàn)出較大的彈性。由圖2a、圖2b可知,隨谷朊粉添加比例的增大,馬鈴薯面團的粘彈性發(fā)生明顯變化。和對照組相比,添加谷朊粉后G′和G″逐漸變大,但當谷朊粉添加量達到5%時,G′和G″反而減小。與對照組相比,谷朊粉添加量為4.5%時,面團的G′和G″達到最大值。這可能是由于谷朊粉的少量加入使得面團中面筋蛋白含量增加,面團的面筋網(wǎng)絡結構增強,面團的粘彈性升高。而谷朊粉添加量為5%時,面團的G′和G″均小于對照組,可能是由于谷朊粉添加比例增大導致蛋白質含量過高,面團處于高度水合狀態(tài)形成小面筋球,阻礙了面團形成面筋網(wǎng)絡框架結構[17],使面團的粘彈性降低。

圖2 谷朊粉添加量對面團流變特性的影響

損耗角正切值tanδ=G″/G′,表示測定材料中粘性和彈性的比例。由圖2c可以看出,實驗中的面團tanδ均小于1,說明面團的彈性占主導地位,具有類似固體的性質[18]。面團的tanδ隨頻率的不斷升高呈逐漸增大的趨勢,表明在較低頻率掃描范圍內(<10 Hz)混合面團體系的穩(wěn)定性[19]。添加谷朊粉后面團的tanδ均大于對照組,說明谷朊粉的加入使得面筋蛋白質的彈性增加,面筋蛋白中高聚物含量增多,聚合程度增大,這表明谷朊粉在面筋蛋白網(wǎng)絡中存在復雜的相互作用。

2.2.2 蛋清粉對面團流變特性的影響 由圖3a、圖3b中可以看出,隨頻率的不斷增加,面團的彈性模量和粘性模量不斷增大。比較圖3a、圖3b,面團的彈性模量均大于粘性模量,這表明實驗中的面團彈性增加并逐漸接近凝膠態(tài)[20]。由圖3a、圖3b可知,與對照組相比,添加蛋清粉能明顯增加混合面團體系的粘彈性。蛋清粉添加量為7%時,面團的G′和G″最大,而蛋清粉添加量為10%時,面團的G′和G″均小于對照組。根據(jù)Singh等[21]的研究,G′和G″與谷蛋白聚合體的含量及組分有關。這可能是由于蛋清粉添加量增多后減弱了蛋清蛋白與面筋蛋白之間蛋白網(wǎng)狀結構中的作用力,使G′逐漸減小[22];同時由于蛋清粉中蛋清蛋白質本身的固體性,使面團的流動性降低,故G″降低。由此可知,蛋清粉的適量加入,不但能加強面筋蛋白網(wǎng)絡結構,增大面團彈性,而且能降低面團的易流動性。

圖3 蛋清粉添加量對面團流變特性的影響

由圖3c可以看出,實驗中的面團tanδ值均小于1,說明面團屬于粘彈性的軟固體[21]。添加蛋清粉后面團的tanδ均小于對照組,損耗角正切值tanδ總體上隨蛋清添加量的增加逐漸減小,說明蛋清粉的加入使面筋蛋白中高質量蛋白質含量增多,面筋蛋白質的彈性增加。由于蛋清蛋白中所含自由巰基的量是面筋蛋白的7倍,所以蛋清粉的加入使蛋清蛋白與面筋蛋白之間更容易發(fā)生交聯(lián)作用[23]。

2.2.3 海藻酸鈉對面團流變特性的影響 由圖4a、圖4b中可以看出,隨頻率的不斷增加,面團的彈性模量和粘性模量不斷增大。比較圖4a、圖4b,面團的彈性模量均大于粘性模量,這表示實驗中的面團均表現(xiàn)出較大的彈性。由圖4a、圖4b可知,隨海藻酸鈉添加量的增加,面團的粘彈性發(fā)生明顯變化。和對照組相比,添加海藻酸鈉后G′和G″變大,海藻酸鈉添加量為0.6%時,面團的G′和G″最大。原因可能是海藻酸鈉有親水和膠化作用,添加適量海藻酸鈉能夠提高面團網(wǎng)絡結構強度,使馬鈴薯全粉的筋力增強,加上自身的粘性,使面團的粘彈性增強[24]。由圖4c可以看出,實驗中的面團tanδ均小于1,說明面團的彈性比例較大。和對照組相比,添加海藻酸鈉后面團的tanδ均大于對照組,表明混合面團中分子交聯(lián)聚合程度是升高的,面筋網(wǎng)絡強度增加。

圖4 海藻酸鈉添加量對面團流變特性的影響

3 結論

研究結果表明,隨谷朊粉、蛋清粉、海藻酸鈉添加量的增加,面團抗拉力呈先增大后減小的趨勢。其中谷朊粉、蛋清粉、海藻酸鈉的添加比例分別在4.5%、7%、0.6%時,面團抗拉力最大。流變學測定表明,添加改良劑的面團彈性模量和粘性模量隨著頻率的不斷增加而增大,且彈性模量均大于粘性模量。與對照組相比,添加改良劑能明顯增加混合體系的粘彈性,面團的G′和G″有明顯提高。添加改良劑后面團的tanδ均小于1,面團的彈性比例較大,實驗表明改良劑的添加增強了面團的固體性質,使面團的機械強度增大。