馬鈴薯全粉熟化度對馬鈴薯-小麥重組面團性質的影響

劉越，謝勇，劉琳，王輝，陳朝軍，劉雄*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715)2(貴州省生物技術研究所，貴州 貴陽，550006)

馬鈴薯是全球最大的非谷物糧食作物，是世界上僅次于水稻、小麥和玉米的第四大重要糧食作物[1]。馬鈴薯在中國種植廣泛，現(xiàn)種植面積達566.67 萬公頃左右，總產(chǎn)量達9 500多萬t，約占亞洲總產(chǎn)量的54%，世界總產(chǎn)量的26%，居世界第一位[2]。除提供能量外，馬鈴薯含有酚類、黃酮類、葉酸、花色苷和類胡蘿卜素等植物營養(yǎng)素[3]。但由于新鮮馬鈴薯塊莖易發(fā)芽，貯藏時間延長會降低其商業(yè)價值[4]，馬鈴薯的利用受限，導致大量浪費。因此，對馬鈴薯進行深加工成為趨勢。目前，常見的馬鈴薯加工產(chǎn)品有馬鈴薯全粉、薄片、冷凍和新鮮加工產(chǎn)品以及零食等[5]。

作為馬鈴薯深加工產(chǎn)品之一的馬鈴薯全粉，是新鮮馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮、切片、蒸煮、混合、干燥、制粉等一系列工序制得的顆粒狀或粉末狀產(chǎn)品[6]?，F(xiàn)已有研究將馬鈴薯全粉應用到面制品中，且研究集中在馬鈴薯的種類[7]、馬鈴薯全粉的加工工藝[8]、馬鈴薯全粉的添加量[9]等對面制品品質的影響。大多研究使用的馬鈴薯全粉為市售的馬鈴薯熟全粉，其中的淀粉經(jīng)劇烈熱處理完全糊化，造成后續(xù)的加工性能較差，不利于需要二次蒸煮的傳統(tǒng)中式主食的加工[10]。因此糊化程度低的馬鈴薯生全粉成為最近研究熱點。陳潔等[11]探究了馬鈴薯生全粉的添加量對小麥粉面團性質的影響，得到馬鈴薯生全粉的最適添加量為30%，此時混粉面團有較優(yōu)的面團特性。

研究表明對淀粉的不完全糊化處理能在一定程度上優(yōu)化淀粉的糊化、流變特性，從而改善產(chǎn)品品質[12]。故本試驗通過控制熟化時間制備了不同熟化度的馬鈴薯全粉，并將其與小麥粉重組制成面團，同時與市售的馬鈴薯雪花全粉作對比，利用混合實驗儀、流變儀、質構儀等探究馬鈴薯全粉熟化度對重組面團特性的影響，從而為馬鈴薯的加工與利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青薯9號，云南惠滇特產(chǎn)專賣店；食品級無水檸檬酸、食品級L-半胱氨酸，深圳市振芯嘉貿易有限公司；富強高筋小麥粉(蛋白含量為12.2%)，五得利集團周口面粉有限公司；馬鈴薯雪花全粉，甘肅正陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)服務有限公司。

1.2 儀器與設備

EG823LA6-NR微波爐，佛山市順德區(qū)美的微波電器制造有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，上海龍躍儀器設備有限公司；111B型二兩裝高速中藥粉碎機，瑞安市永歷制藥機械有限公司；100目標準檢測篩，浙江上虞市肖金篩具廠；DSC4000型差式掃描量熱儀，美國PerkinElmer公司；TCW-3型快速黏度分析儀，澳大利亞Newport Science Corp公司；Mixolab2型混合實驗儀，法國Chopin公司；DHR-1型流變儀，美國TA公司；TA-XT plus質構儀，英國Stable Micro Systems公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同熟化度馬鈴薯全粉的制備

清洗→去皮→切片(4 mm)→護色浸泡(0.45%檸檬酸、0.3%L-半胱氨酸，0.5 h)→微波處理(500 W,200 g)→熱風干燥(55 ℃,10 h)→打粉，過篩(100 目)

1.3.2 馬鈴薯-小麥重組粉的制備

將不同熟化度的馬鈴薯全粉和高筋小麥粉按照質量比3∶7混合成混粉作為試驗組。同時以實驗室自制生全粉熟化度為0%和市售馬鈴薯雪花全粉熟化度為100%計算，將生全粉和市售雪花全粉分別以質量比 68∶32、36∶64、4∶96混合，以達到和實驗室制得的馬鈴薯全粉相對應的熟化度，再和高筋小麥粉按照質量比3∶7混合成重組粉作為對照組。編號如表1所示。

表1 馬鈴薯-小麥重組粉的名稱與對應編號Table 1 The name and corresponding number of recombinant potato-wheat flour

1.3.3 熟化度計算

馬鈴薯全粉的熟化度一般是指全粉中的占比80%左右的淀粉的糊化度[10]。參考尹慧敏[13]的方法，采用熟化度來衡量馬鈴薯全粉的糊化程度，糊化程度可以用糊化焓值來表示。熟化度的計算如公式(1)所示：

(1)

式中:S，熟化度，%；ΔH，經(jīng)微波熟化后馬鈴薯全粉的糊化焓值，J/g；ΔH0，馬鈴薯生全粉的糊化焓值，J/g。

其中糊化焓值的測定參照石磊[14]的方法，取馬鈴薯全粉樣品7.5 mg和3倍質量蒸餾水，混合均勻后加至DSC鋁制坩堝內，加蓋密封并在室溫下過夜后測定。DSC測定條件為：起始溫度20 ℃，終止溫度100 ℃，升溫速度10 ℃/min。用儀器自帶的TAuniversal analysis 2000軟件進行數(shù)據(jù)處理，最終結果取3次測試平均值。

1.3.4 重組粉糊化特性的測定

依照GB/T 24853—2010《小麥黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定 快速黏度儀》的方法進行測定。試驗前測得各混合粉的水分含量，對加入混合粉的質量和加水量進行校正后，再準確稱取混合粉和純水加入鋁盒中，用旋轉槳充分攪拌后，置于RVA上測定。RVA內最初10 s以960 r/min攪拌，形成均勻懸濁液后，保持160 r/min轉速至試驗結束。其初始溫度為50 ℃保持1 min，然后以12 ℃/min 升至95 ℃，于95 ℃保持2.5 min，再以12 ℃/min降至50 ℃并保持2 min，整個測定過程耗時13 min。記錄混合粉在糊化過程中的糊化溫度、峰值黏度、谷值黏度、峰值時間等，最終試驗結果以3次測定的平均值計算。

1.3.5 重組面團混合行為特性的測定

采用Chopin+標準測試協(xié)議[15]?；旌戏叟c水形成的面團總質量均為75 g，工作程序為:首先面團的目標扭矩達到(1.10±0.05) N·m后，在30 ℃的初始溫度下保溫8 min；然后以4 ℃/min升至90 ℃并保持7 min；再以4 ℃/min降至50 ℃并保持5 min，整個測定過程耗時45 min。從Mixolab試驗結果中可獲得面團吸水率、C1-C5 扭矩值、面團形成時間、面團穩(wěn)定時間、黏度崩解值、回生值等參數(shù)，最終試驗結果以3次測定的平均值計算。

1.3.6 重組面團流變學特性的測定

參考陳前等[16]的研究并稍作修改，利用Mixolab混合實驗儀制得目標扭矩下的面團，取適量面團放入流變儀進行測定，使得面團下壓后剛好鋪滿平板且不溢出，測試平行板直徑為40 mm，測試前在其邊緣涂上適量二甲基硅油以防止面團水分揮發(fā)。在試驗前所有樣品在下壓后于25 ℃條件下平衡 3 min以減小誤差，最終試驗結果以3次測定的平均值計算。

動態(tài)頻率掃描測試：根據(jù)線性黏彈區(qū)確定應變?yōu)?.0%。溫度25 ℃，頻率 0.1～20 Hz。測試得到面團的G′、G″與損耗角正切值(tanθ=G′)隨著頻率的變化曲線。

瞬態(tài)蠕變-回復掃描測試：恒定溫度25 ℃，施加恒定壓力100 Pa，5 min后，撤掉壓力觀察5 min內面團的蠕變回復情況。

1.3.7 重組面團拉伸特性的測定

利用Mixolab混合實驗儀制得目標扭矩下的面團，測量得到面團的拉斷力和拉伸距離人。參考陳潔等[11]研究設定試驗參數(shù)如下：采用A/KIE 拉伸測定裝置，測前速度2 mm/s，測試速度3.30 mm/s，測后速度10 mm/s，引發(fā)力5 g，應變位移40.0 mm。最終試驗結果以5次測定的平均值計算。

1.3.8 重組面團質構特性的測定

利用Mixolab混合實驗儀制得目標扭矩的面團，測量得到面團的硬度、彈性、咀嚼性等指標。參考王偉濤[17]的研究設定試驗參數(shù)如下：選擇TPA(texture profile analysis)測試程序，采用P/36R探頭，測前速率1.00 mm/s，測試速率1.00 mm/s，測后速率1.00 mm/s，目標模式為應變，應變量50%，時間5 s，觸發(fā)力5 g。最終試驗結果以5次測定的平均值計算。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗結果采用SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析，使用Origin 8.5軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯全粉熟化度

經(jīng)前期大量預實驗得到經(jīng)不同時間微波熟化馬鈴薯全粉的糊化焓值和計算出的熟化度如表2所示。

表2 不同微波處理時間對馬鈴薯全粉熟化度的影響Table 2 The effects of different microwave treatment time on the cooking degree of WPF

焓值能夠反映全粉中淀粉顆粒的結構變化[18]。隨微波時間的增加，全粉中淀粉糊化程度也隨之增加，淀粉顆粒結構被破壞程度增加，故馬鈴薯全粉的焓值逐漸減小，熟化度增加。

2.2 馬鈴薯-小麥重組粉的糊化性質

馬鈴薯-小麥重組粉糊化特性參數(shù)如表3所示。峰值黏度、最低黏度、衰減值、最終黏度、回生值分別反映淀粉在糊化過程中的膨脹程度、耐剪切力、高溫下的穩(wěn)定性、室溫下淀粉糊的硬度和抗老化性能[19]。不同熟化度的重組粉中，LRPF-WF的峰值黏度和最終黏度最大，表明其在糊化過程中膨脹程度較大，能形成組織良好的面團。由于馬鈴薯全粉中淀粉顆粒膨脹破裂程度增加，故重組粉的最低黏度和耐剪切力隨熟化度的增加逐漸減小。MRPF-WF的衰減值和回生值最大，說明其在高溫下的穩(wěn)定性和抗老化性能最差。隨熟化度的增加，重組粉糊化完成的時間縮短，故峰值時間逐漸減小，而糊化溫度與熟化度之間沒有顯著聯(lián)系。相同熟化度下，試驗組的峰值黏度、最低黏度等參數(shù)值均優(yōu)于對照組。由此可見，LRPF-WF能改善馬鈴薯-小麥重組粉的糊化特性。

表3 熟化度對馬鈴薯-小麥重組粉糊化特性的影響Table 3 The effects of cooking degree on the pasting properties of recombinant potato-wheat flour

2.3 重組面團混合行為特性

Mixolab混合實驗儀用于研究面團在恒定溫度下混合過程中以及在持續(xù)加熱和冷卻期間的流變特性。整個測試可以分為5個不同階段：面團形成，蛋白質變性，淀粉糊化，淀粉酶活性和淀粉凝沉[20]。其中，前2個階段的面團行為表征粉質特性，如表4所示。

由表4可看出，隨熟化度的增加，重組面團的吸水率隨之增加。這是因為馬鈴薯全粉中淀粉的糊化程度逐漸增強，破壞了淀粉分子間的氫鍵而釋放出羥基，從而增強了親水性[21]。相同熟化度重組面團中，對照組的吸水率明顯高于試驗組，可能是因為對照組中的馬鈴薯雪花全粉粒度較小，全粉顆粒的總面積較大，更利于與水接觸[22]。由于馬鈴薯全粉的添加，降低了重組粉中小麥粉的面筋蛋白相對含量，面筋三維網(wǎng)絡結構更快形成[23]，所以面團的形成時間和穩(wěn)定時間均在添加馬鈴薯全粉后顯著降低。不同熟化度的重組面團中，LRPF-WF制得面團的形成時間和穩(wěn)定時間最長，說明LRPF-WF形成的淀粉交聯(lián)結構在機械力和熱的作用下穩(wěn)定性更好[24]。中、高熟化度重組面團的形成時間和穩(wěn)定時間均低于低熟化度重組面團，這是因為較高熟化度馬鈴薯全粉的吸水速率較高，從而使重組面團的最大稠度值C1提前出現(xiàn)[23]。

表4 熟化度對馬鈴薯-小麥重組面團粉質特性的影響Table 4 The effects of cooking degree on the farinaceous properties of recombinant potato-wheat dough

表5表征了面團的熱機械學特性。C1-C2表示蛋白網(wǎng)絡在機械力和熱作用下的弱化程度，α表示蛋白網(wǎng)絡在熱作用下的弱化速度[25]。隨熟化度的增加，α絕對值逐漸減小，且均小于WF，即馬鈴薯全粉會減弱面筋蛋白網(wǎng)絡弱化速率。添加馬鈴薯全粉后，重組面團的總弱化顯著增加，與馬鈴薯全粉的熟化度呈正相關。相同熟化度的重組面團中，對照組重組面團的總弱化顯著大于試驗組。說明馬鈴薯全粉的添加會減弱面團承受機械攪拌的能力。在不同熟化度重組面團中，LRPF-WF的耐機械攪拌能力最佳。C3表示淀粉糊化特性，C3-C2表示最大黏度指數(shù)[25]。重組粉的C3和C3-C2均呈減小趨勢，且與熟化度呈負相關。這是由于熟化度的增加，馬鈴薯全粉中的淀粉顆粒發(fā)生糊化和破裂程度增大，導致吸水膨脹后相互間摩擦力變小，從而導致糊化黏度下降[26]。C4/C3和C5-C4分別代表淀粉糊化的蒸煮穩(wěn)定性和老化回生特性[23]。馬鈴薯全粉的添加對面團的蒸煮穩(wěn)定性無顯著影響，但可以顯著降低老化回生值，而不同熟化度之間無顯著差異。β和γ分別表示淀粉糊化速度和淀粉酶水解淀粉的速度[25]，由表可得，熟化度對重組面團中淀粉的糊化速度和淀粉酶水解淀粉的速度無顯著影響。

綜上，馬鈴薯全粉的添加會對小麥面團的粉質特性和熱機械學特性有負面影響：面團的穩(wěn)定性降低、抗機械攪拌能力減弱,這與梁強等[23]的研究結果一致。熟化度對重組面團的粉質特性和熱機械學特性影響中，以LRPF-WF受影響程度最小，即低熟化度的馬鈴薯全粉更有利于應用到重組面團中。

表5 熟化度對馬鈴薯-小麥重組面團熱機械學特性的影響Table 5 The effects of cooking degree on the thermomechanical properties of recombinant potato-wheat dough

2.4 重組面團流變學特性

2.4.1 重組面團動態(tài)頻率掃描

儲能模量和損耗模量分別表示物體受到力時的形變和流動性。儲能模量G′與物體受力形變程度呈反比，損耗模量G″越大，物體流動性越差[27]。由圖1可知，RPF-WF、LRPF-WF和SLRPF-WF的面團，其G′和G″值均顯著高于WF面團，而中、高熟化度的重組面團其G′和G″值均顯著低于WF面團。說明低熟化度有助于增強重組面團的面筋網(wǎng)絡結構、增加面團彈性。相同熟化度的重組面團中，在相同頻率下，試驗組的G′和G″值要高于對照組。說明相同熟化度下，試驗組的面筋網(wǎng)絡結構、面團彈性優(yōu)于對照組。損耗角正切tanθ是G″與G′的比值，可反映面團黏彈性間的關系[28]。由圖可知，tanθ數(shù)值均小于1，即面團的彈性均小于黏性。且隨熟化度的增加，重組面團的tanθ值呈先增后減的趨勢，即黏彈性先增大后減小，中熟化度重組面團的黏彈性最大,說明較低熟化度能提高重組面團的黏彈性。

a-G′;b-G″;c-tanθ圖1 不同熟化度馬鈴薯-小麥重組面團的動態(tài)頻率掃描結果Fig.1 The frequency scanning results of different cooking degrees with recombinant potato-wheat dough

2.4.2 重組面團瞬態(tài)蠕變-回復掃描

蠕變是在恒定應力下，應變隨時間的變化，反映材料內部結構的強度。蠕變回復是撤去施加的應力后，應變隨時間的變化，反映材料內部結構的抗變形能力[16]。由圖2可知，面團的應變值在蠕變階段隨時間逐漸增加，在蠕變回復階段隨時間逐漸減小并趨于穩(wěn)定。重組面團的最大應變值和應變量均大于小麥面團，說明馬鈴薯全粉會使面團內部強度降低、抵御面團變形的能力減弱。隨熟化度增加，重組面團的最大應變值和應變量增大，即重組面團更易變形，撤去外力后的恢復力減弱。相同熟化度重組面團中，對照組的最大應變值和應變量均大于試驗組，SLRPF-WF和SMRPF-WF的最大應變值和應變量小于RPF-WF。即試驗組面團的內部強度和抗變形能力高于對照組，其中低熟化度重組面團的內部強度和抗變形能力優(yōu)于RPF-WF面團。蠕變-回復掃描結果與面團熱機械學特性得到的結果一致，即馬鈴薯全粉的添加會減弱面團承受機械攪拌的能力，以LRPF-WF的面團抗形變能力最優(yōu)。

綜上，低熟化度的馬鈴薯全粉能增強面團的黏彈性，隨熟化度的增加，重組面團的黏彈性和抗形變能力降低，即熟化度會減弱面團流變學特性。MARCHETTI等[29]研究認為tanθ值較高可能是由于面筋網(wǎng)絡的交聯(lián)度較低。不同熟化度重組面團中，LRPF-WF的tanθ值最低，因此可能其面筋網(wǎng)絡交聯(lián)度最高。CAO等[30]的研究表明，聚合物體系交聯(lián)度的增加會增加G′。因此在面團形成過程中，可能是低熟化度的馬鈴薯全粉與面筋和小麥淀粉的交聯(lián)度和聚合度增加，從而使得面團的彈性和強度增加。

圖2 不同熟化度馬鈴薯-小麥重組面團的瞬態(tài)蠕變-回復掃描結果Fig.2 The creep and creep recovery scanning results of different cooking degrees with recombinant potato-wheat dough

2.5 重組面團拉伸特性

拉斷力可反映出面團的強度和筋力，拉伸距離可反映出面團的延展特性和可塑性[11]。由表6可知，馬鈴薯全粉對小麥面團的拉伸特性有顯著影響，添加馬鈴薯全粉后，面團的拉斷力和拉伸距離均下降。由于馬鈴薯全粉不含面筋蛋白，加入到小麥粉后會稀釋其中的面筋蛋白，所以在拉伸時易拉斷。不同熟化度重組面團中，低熟化度重組面團的拉斷力和拉伸距離大于其他熟化度的重組面團。相同熟化度重組面團中，試驗組面團的拉斷力和拉伸距離大于對照組面團。即熟化度會顯著影響重組面團的拉伸特性。不同熟化度的重組面團，以低熟化度重組面團的拉伸特性較優(yōu)。相同熟化度的重組面團，試驗組的拉伸特性優(yōu)于對照組。

表6 熟化度對馬鈴薯-小麥重組面團拉伸特性的影響Table 6 The effects of cooking degree on the tensile properties of recombinant potato-wheat dough

2.6 重組面團質構特性分析

面團質構特性參數(shù)能夠反映其品質特性，質構參數(shù)包括：硬度、黏著性、彈性、膠黏性、咀嚼性等。由表7可知，隨熟化度的增加，重組面團的硬度、膠黏性、咀嚼性逐漸減小。這可能因為隨熟化度的增加，重組面團中已糊化淀粉含量增多，吸水速率加快，與水快速黏結成塊，水分進入面團內部難度增加，表面游離水增多，故面團硬度等值下降[24]。試驗組的重組面團，其硬度、膠黏性、咀嚼性相比小麥面團顯著提高。這可能是不含面筋蛋白的馬鈴薯全粉稀釋了小麥粉的面筋蛋白，導致面筋網(wǎng)絡形成受阻，面團的彈性和延展性[31]，從而使得硬度等值增加。對照組面團中，只有SLRPF-WF重組面團其硬度、膠黏性、咀嚼性相比小麥面團有提高。隨熟化度的增加，黏著性逐漸增大，即熟化度越高重組面團越粘牙，彈性逐漸降低。相同熟化度的重組面團中，試驗組的黏著性低于對照組，彈性大于對照組。

綜上，熟化度能影響重組面團的質構特性，且隨熟化度的增加，重組面團質構特性受影響程度越大。相同熟化度下，試驗組重組面團的質構特性優(yōu)于對照組。不同熟化度的重組面團中，以LRPF-WF的質構特性較優(yōu)。

表7 熟化度對馬鈴薯-小麥重組面團質構特性的影響Table 7 The effects of cooking degree on the texture properties of recombinant potato-wheat dough

3 結論

經(jīng)分析得出，不同熟化度重組面團中，LRPF-WF制得面團的形成時間和穩(wěn)定時間最長，穩(wěn)定性、耐機械攪拌能力最佳，拉伸特性和質構特性較優(yōu)。且LRPF-WF的峰值黏度等糊化參數(shù)以及硬度、咀嚼性等質構參數(shù)值高于RPF-WF，即LRPF-WF的耐剪切力、面團的內部強度和抗變形能力等優(yōu)于RPF-WF。故低熟化度有助于增強重組面團的面筋網(wǎng)絡結構、增加其彈性。

但隨馬鈴薯全粉熟化度的繼續(xù)增加，重組粉的峰值黏度等糊化特性參數(shù)減小，重組面團的混合行為特性、流變學特性減弱，拉斷力等拉伸特性以及硬度、咀嚼性等質構特性參數(shù)降低，即熟化度的增加會對面團性質產(chǎn)生負面影響。相同熟化度的馬鈴薯全粉中，試驗組重組粉的糊化特性、重組面團的內部強度和抗變形能力等高于對照組。因此，低熟化度馬鈴薯全粉有利于馬鈴薯-小麥重組面團的加工。