羥丙基淀粉改善馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的分析

焦揚，王治軍，王炎，李彩霞，李興艷，王治江，劉玉環(huán) ,2

(1.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅省河西走廊特色資源利用重點實驗室，甘肅 張掖 734000)

掛面作為中國的傳統(tǒng)主食，具有悠久的歷史.2015年我國提出了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，將馬鈴薯大比例的添加入主食中以實現(xiàn)其糧食作物的價值，此舉不僅有助于提高居民健康水平，而且可以促進馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展[1-2].目前，馬鈴薯全粉取代30%以上小麥粉制得的馬鈴薯掛面，存在蒸煮損失率高、復(fù)水性不好、口感不細膩等問題[3-4]，主要是因為馬鈴薯淀粉顆粒粒徑較大[5]，且馬鈴薯中的蛋白質(zhì)雖為完全蛋白，但不含對面團的形成具有重要作用的面筋蛋白[6-7].

添加適量的面粉改良劑可起到改善面團的效果，如蛋清粉可有效提高面團的面筋度[8]，谷朊粉可增加面團的形成時間和穩(wěn)定時間[9]，變性淀粉可促進面團網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成進而改善面團的品質(zhì).目前，關(guān)于變性淀粉改善馬鈴薯全粉面條品質(zhì)的報道中，探討較多的是變性淀粉的種類、用量和對面團質(zhì)構(gòu)的影響，如羥丙基交聯(lián)木薯淀粉[10]、木薯醋酸酯淀粉[11]、馬鈴薯氧化淀粉[12]均可使小麥粉面條的烹煮品質(zhì)得到一定的改善；馬鈴薯磷酸酯淀粉和木薯磷酸酯淀粉能明顯的降低青稞-小麥面團的吸水率，縮短面團吸水時間[13]，但變性淀粉的用量相對較高，如添加5%馬鈴薯預(yù)糊化交聯(lián)淀粉、4%氧化交聯(lián)淀粉和6%酯化交聯(lián)淀粉的混合變性淀粉可使馬鈴薯面條的各指標(biāo)評分達到最高[14].

本研究比較了馬鈴薯羥丙基淀粉(GAF108)、木薯變性淀粉、谷朊粉和蛋清粉對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響，利用主成分分析法(PCA)將馬鈴薯掛面的含水量、烹煮時間、干物質(zhì)吸水率、熟斷條率和烹調(diào)損失率5個蒸煮指標(biāo)值通過權(quán)重系數(shù)計算綜合得分，然后采用響應(yīng)面法結(jié)合電鏡掃描，分析了GAF108淀粉改善馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的原因，以期為馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的改善提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

特一小麥粉，益海嘉里糧油公司；‘大西洋’馬鈴薯全粉，山丹芋興粉業(yè)公司；馬鈴薯羥丙基淀粉(GAF 108)、木薯變性淀粉，甘肅圣大方舟馬鈴薯變性淀粉公司；谷朊粉，河南華豐粉業(yè)公司；蛋清粉，鄭州裕和食品添加劑有限公司；JHFD7醒發(fā)箱，北京東孚久恒儀器技術(shù)公司；FKM-240壓面機，龍口復(fù)興機械有限公司；BSA224S電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器公司；Quanta 450場發(fā)射掃描電子顯微鏡，捷克FEI公司.

1.2 掛面的制作方法

參考掛面制備方法[15]，以‘大西洋’馬鈴薯全粉取代35%小麥粉制得混合粉，以質(zhì)量分數(shù)1.5%、0.15%和40%～43%比例，分別加入食鹽、食用堿和35 ℃溫水，和面后覆蓋保鮮膜于35 ℃醒發(fā)30 min，用壓面機以3、2、1 mm雙層依次各軋2遍，用3.5 mm切刀切成面條，室溫懸掛干燥6 h，切成20 cm長的面條，備用.

1.3 測定方法

1.3.1 掛面含水量的測定 參照GB/T 5009.3-2016《食品中水分的測定》中的直接干燥法[16].

1.3.2 掛面干物質(zhì)吸水率的測定 參照文獻[17]，稱取30.0 g掛面置于盛有500 mL沸水的不銹鋼鍋中煮至可食狀態(tài)，將熟面條全部撈出，瀝干面條表面的余水并稱質(zhì)量(M)，計算面條(干基)的吸水率：

式中,Q為干掛面含水量.

1.3.3 掛面烹煮時間的測定 參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[18]，將500 mL水保持微沸狀態(tài)，隨機抽取20根掛面，放入沸水中，用秒表計時，從2 min時開始取樣，用2塊玻璃板將掛面壓扁，觀察掛面內(nèi)部是否存在白硬芯線.每隔30 s取樣一次，記錄白硬芯線消失的時間，即為最佳蒸煮時間.

1.3.4 掛面熟斷條率的測定 參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[18]，加熱500 mL水，保持水的微沸狀態(tài)，隨機抽取20根掛面，放入沸水中，用秒表開始計時，加熱至最佳蒸煮時間后，將面條輕輕挑出，數(shù)完整的面條根數(shù)(G)，計算熟斷條率(D)：

1.3.5 掛面蒸煮損失率的測定 參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[18]，稱取10.0 g左右掛面，放入盛有400 mL保持微沸狀態(tài)蒸餾水的恒質(zhì)量燒杯中，加熱至最佳烹調(diào)時間，輕輕挑出掛面，將剩下的面湯蒸至微濕，于105 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，計算掛面的蒸煮損失率(S)：

式中，S為掛面的烹調(diào)損失率；M1為稱取的掛面質(zhì)量，g；M2為燒杯的質(zhì)量，g；M3為烘干至恒質(zhì)量的燒杯和干物質(zhì)的質(zhì)量，g.

1.4 試驗內(nèi)容

1.4.1 GAF108淀粉對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響 在‘大西洋’馬鈴薯全粉取代35%小麥粉的混合粉中，單一加入1%、2%、3%的GAF108淀粉，以相同添加量的蛋清粉、谷朊粉和木薯變性淀粉為參照，不加改良劑的為空白，參照1.2方法制得掛面，考察GAF108淀粉對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響.

2.2 A組中發(fā)生8例性幻覺，占觀察人數(shù)的8%，4例患者表現(xiàn)為嫵媚表情，向在場醫(yī)務(wù)人員說情話，2例患者向異性麻醉醫(yī)師索要擁抱，2例患者請求異性麻醉醫(yī)師不要離開。B組發(fā)生4例性幻覺，占觀察人數(shù)的4%，2例表現(xiàn)多情行為，1例說性有關(guān)的夢話，1例擁抱在場醫(yī)務(wù)人員。C組發(fā)生2例性幻覺，占觀察人數(shù)的2%，1例患者說性有關(guān)的夢話，1例患者向場人員呼喊其愛人名字。D組發(fā)生2例性幻覺，占觀察人數(shù)的2%，表現(xiàn)為多情。所有性幻覺行為表現(xiàn)持續(xù)0.5-5min后自行消失，對16例出現(xiàn)性幻覺患者術(shù)后隨訪，其中有3例認為在做夢，2例認為醫(yī)師在治療過程中存在不檢點行為，其他11例無明顯記憶。

1.4.2 GAF108淀粉復(fù)配改量劑對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響 利用Design Expert8.0.6軟件，采用Box-Behnken方法，對GAF108淀粉輔以谷朊粉和蛋清粉的進行分析，試驗設(shè)計見表1.

表1 Box-Behnken試驗設(shè)計因素與水平

1.4.3 主成分分析及得分計算 對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)各指標(biāo)進行主成分分析，得到原始數(shù)據(jù)的特征值、貢獻率及累積貢獻率，對特征值大于1的因子提取主成分[19-20]，以公式(1)、(2)進行主成分綜合得分和規(guī)范化綜合得分計算.

(1)

(2)

式中，F(xiàn)為綜合得分，F(xiàn)1、F2、F3為主成分得分，Y1、Y2、Y3為主成分貢獻率；Z為規(guī)范化綜合得分，F(xiàn)max、Fmin分別為綜合得分中的最大值與最小值.

1.4.4 馬鈴薯掛面微觀結(jié)構(gòu)的電鏡掃描 參照師俊玲等[21]方法，分別取空白組、1.5%蛋清粉組、3%GAF108淀粉組、3%谷朊粉組及GAF108淀粉復(fù)配改良劑組的馬鈴薯掛面，切成2 cm左右小段，各取5段依次用85%、90%、95%乙醇脫水處理15 min，再用無水乙醇脫水兩次，每次20 min，干燥，噴金鍍膜，進行電鏡掃描觀察.

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 8.06軟件進行響應(yīng)面分析，用OriginLab 8.0軟件做圖，SPSS 24.0軟件進行主成分分析，用Duncan法進行顯著性檢驗.

2 結(jié)果與分析

2.1 GAF108淀粉對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響

由圖1可見，添加GAF108淀粉后馬鈴薯掛面的干物質(zhì)吸水率和烹煮時間較對照組和空白組降低，且與蛋清粉組的差異顯著(P<0.05)，但與谷朊粉組和木薯變性淀粉組的差異不顯著.添加GAF108淀粉后掛面的干物質(zhì)吸水率較蛋清粉組和谷朊粉組的均低，可能的原因是變性淀粉雖能增加面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但不能增加面筋蛋白的量，因此與掛面的面筋蛋白含量與蒸煮吸水率呈極顯著負相關(guān)[21-22]這一結(jié)論相反.隨著GAF108淀粉添加量的增加，馬鈴薯掛面的蒸煮損失率有降低趨勢，在1%和2%添加比例下，GAF108淀粉組與谷朊粉組的蒸煮損失率差異不顯著，但添加比例增加至3%后，兩者的差異顯著(P<0.05)，且谷朊粉組的蒸煮損失率更低，為14%左右，而GAF108淀粉組的為16.2%.GAF108淀粉組與谷朊粉組的斷條率均較低，分別為11.7%和11.2%，且差異不顯著，而GAF108淀粉組與木薯變性淀粉組隨著添加量增至2%以后，兩者的斷條率差異顯著(P<0.05).就兩種變性淀粉對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的改善而言，GAF108淀粉的改良效果略好，可能的原因是GAF108為羥丙基變性淀粉.當(dāng)?shù)矸鄯肿雍杏H水性羥基基團后，削弱了原淀粉分子間的氫鍵作用，使水化作用增強；另外，酸性基團的引入和強的化學(xué)鍵締合作用，變性淀粉能使面筋與淀粉、淀粉與淀粉之間更好結(jié)合，形成組織細密、粘彈性良好的面團[13].由此可得，單一添加3%的GAF108淀粉后，馬鈴薯掛面的蒸煮損失率和熟斷條率分別為16.2%和11.7%，雖未達到掛面國家標(biāo)準(zhǔn)的≤10%和≤5%，但GAF108淀粉在改善馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)方面要優(yōu)于蛋清粉和木薯變性淀粉，但較谷朊粉略差.

圖1 GAF108淀粉及其他改良劑對馬鈴薯掛面烹煮特性的影響

2.2 馬鈴薯掛面表面的電鏡掃描

試驗條件下馬鈴薯掛面烹調(diào)損失率和熟斷條率均未達到LS/T3212-2014 掛面國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定.為探究降低馬鈴薯掛面的烹調(diào)損失率和熟斷條率的原因，對空白組、參照組(3%谷朊粉、1.5%蛋清粉)以及3%GAF108淀粉的馬鈴薯掛面進行了掛面表面的電鏡掃描，結(jié)果見圖2～5.

由圖2～5可見，空白組馬鈴薯掛面在電鏡1 000×條件下可見表面粗糙不平，且較多的馬鈴薯淀粉顆粒裸露在面條的表面，這與師俊玲等[21]報道的一致.添加3%GAF108淀粉的馬鈴薯掛面在1 000×條件下可見表面較為平整，在電鏡2 500×條件下可見馬鈴薯淀粉顆粒雖能嵌于周圍組分之中，但在馬鈴薯淀粉顆粒周圍有較明顯的間隙和裂縫，且這種現(xiàn)象與空白組和添加1.5%蛋清粉的掛面表面有相似之處.而添加3%谷朊粉的馬鈴薯掛面，雖馬鈴薯掛面表面仍可見細小的裂紋，但在電鏡2 500×條件下可見其表面馬鈴薯淀粉顆粒能被周圍組分較好地包埋與固定.

圖2 空白組馬鈴薯掛面的表面掃描

由此可得，添加3%GAF108淀粉后，馬鈴薯淀粉顆粒僅能一定程度地嵌于其他組分之間，使馬鈴薯掛面表面略顯平整，但馬鈴薯淀粉顆粒暴露在面條表面的較多，這可能也是添加3%GAF108淀粉的馬鈴薯掛面的蒸煮損失率較高的本質(zhì)原因.

圖3 添加1.5%蛋清粉馬鈴薯掛面的表面掃描

圖4 添加3%谷朊粉馬鈴薯掛面的表面掃描

圖5 添加3% GAF108淀粉馬鈴薯掛面的表面掃描

2.3 GAF108淀粉復(fù)配改良劑對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響

基于蛋清粉和谷朊粉是最常用的面粉改良劑，且添加谷朊粉后馬鈴薯淀粉顆粒被穩(wěn)定效果較好，由此以3×3的 BB試驗考察了GAF108淀粉、蛋清粉和谷朊粉的交互效果對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響，結(jié)果見表2.采用主成分分析，將BB試驗中馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的5個指標(biāo)降維成1個規(guī)范化綜合得分，以綜合評價GAF108淀粉復(fù)配谷朊粉和蛋清粉后對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響，結(jié)果見表3.

表2 BB試驗結(jié)果

續(xù)表2 Continuedtable2序號No.ABCY1:面條含水量/%WatercontentY2:最佳烹煮時間/sOptimumcookingtimeY3:干物質(zhì)吸水率/%AbsorptionrateofdrymaterialY4:熟斷條率/%CookingbrokenrateY5:蒸煮損失率/%Cookingloserate191109.24250102.2611.412.94201019.17248101.5510.712.37211-119.1824699.631012.93

表3 蒸煮特性主成分的特征值、特征向量及貢獻率

由表3可見，根據(jù)主成分分析累積貢獻率大于85%原則，前3個主成分的累積貢獻率達到了87.875%，且各主成分的特征值均大于1，說明提取的3個主成分能夠反映馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的信息[23].通過各指標(biāo)的特征向量值可以看出，決定第一主成分的指標(biāo)主要是烹煮損失率和熟斷條率；決定第二主成分的指標(biāo)是最佳蒸煮時間；決定第三主成分的指標(biāo)是面條含水量.由此說明，GAF108淀粉、蛋清粉和谷朊粉對馬鈴薯掛面蒸煮特性的交互作用中，影響較大的是烹煮損失率和熟斷條率，其次是最佳蒸煮時間.

根據(jù)主成分分析，在將原始變量轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞒煞值倪^程中，形成的反映主成分和指標(biāo)包含信息量的權(quán)數(shù)[24-25]，對BB試驗結(jié)果各指標(biāo)進行綜合得分和規(guī)范化綜合得分計算，結(jié)果見表4.

以蒸煮特性的規(guī)范化綜合得分為響應(yīng)值，利用Design Expert8.0.6軟件進行回歸擬合，得到二階回歸方程為：Z=0.84-0.011×A+0.24×B+0.16×C-0.052×A×B+0.14×AC-0.008 232×B×C-0.23×A2-0.18×B2-0.34×C2.進一步對回歸結(jié)果進行方差分析，多項式各項對響應(yīng)值的影響大小用F檢驗評價，結(jié)果見表5.

表4 BB結(jié)果的綜合得分和規(guī)范化綜合得分

表5 BB結(jié)果規(guī)范化綜合得分的方差分析

(Prob>F)<0.05 顯著(*)；(Prob>F)<0.01 極顯著(**).

利用Design Expert8.0.6軟件對所建模型預(yù)測得到，在蛋清粉、谷朊粉和GAF108淀粉的添加比例分別為1%、2.43%和2.98%時，響應(yīng)值達到最大值.利用GAF108淀粉復(fù)配改良劑(3% GAF108淀粉+2.5%谷朊粉+1%蛋清粉)制得馬鈴薯掛面，其實際蒸煮損失率和熟斷條率分別為10.28%和5.8%，較單一添加3% GAF108淀粉的馬鈴薯掛面蒸煮損失率和熟斷條率降低了36.5%和50.4%.

2.4 GAF108淀粉復(fù)配改良劑對馬鈴薯掛面表面結(jié)構(gòu)的影響

將添加3% GAF108淀粉復(fù)配2.5%谷朊粉和1%蛋清粉改良劑的馬鈴薯掛面，干燥后脫水處理進行電鏡掃描，結(jié)果如圖6所示.

由圖6可見，添加GAF108淀粉的復(fù)配改良劑后，在電鏡掃描1000×條件下可見馬鈴薯掛面表面整體較平整，在2500×條件下可見馬鈴薯淀粉顆粒被較好地穩(wěn)定包埋于周圍組分之間，且間隙很小，表面裂紋也很細小，馬鈴薯淀粉顆粒的這種包埋抑制了可溶性組分的溶出[26].由此可得，GAF108淀粉復(fù)配3%谷朊粉和1%蛋清粉得到的改良劑可以使馬鈴薯掛面的表面較平整，并能夠較好地使馬鈴薯淀粉顆粒包埋于其他組分之中，降低了面條的蒸煮損失率.

圖6 添加復(fù)配改良劑的馬鈴薯掛面的表面掃描

3 結(jié)論

單一添加3%的馬鈴薯羥丙基淀粉(GAF108)和谷朊粉后，掛面的蒸煮損失率和熟斷條率分別為16.2%、11.7%和14%、11.2%，雖未達到掛面國家標(biāo)準(zhǔn)的≤10%和≤5%，但GAF108淀粉在改善馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)方面要優(yōu)于蛋清粉和木薯變性淀粉，但較谷朊粉略差.主要的原因是單一添加GAF108淀粉后，掛面中的馬鈴薯淀粉顆粒較多地暴露于面條的表面，因此掛面的蒸煮損失率和熟斷條率仍較高.但當(dāng)GAF108淀粉復(fù)配蛋清粉和谷朊粉后，馬鈴薯掛面的蒸煮損失率和熟斷條率分別降至了10.3%和5.8%.通過響應(yīng)面分析的方差值來看，GAF108淀粉、谷朊粉和蛋清粉的F值分別為42.39、21.58和0.08，說明復(fù)配改良劑中GAF108淀粉對馬鈴薯掛面蒸煮品質(zhì)的影響最大，且當(dāng)GAF108淀粉復(fù)配谷朊粉后，馬鈴薯淀粉顆粒被較深地包埋和穩(wěn)定于周圍組分中，馬鈴薯掛面的蒸煮品質(zhì)才得到了明顯改善.