馬鈴薯全粉在面條中的應(yīng)用研究

呂 美，趙 月，曾文鶯，王 迪，徐 波，么 艷，宋慧敏，薛友林?

（1. 沈陽市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)服務(wù)中心 （沈陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院），遼寧 沈陽 110026；2. 遼寧大學(xué) 輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽 110036）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L．）屬茄科一年生草本植物，是世界上僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物，在我國(guó)已有400多年的栽培歷史[1-3]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2017年度世界馬鈴薯總產(chǎn)量3.88億噸，我國(guó)馬鈴薯總產(chǎn)量 0.99億噸，居世界第一[4-5]。馬鈴薯塊莖含有蛋白質(zhì)，維生素，碳水化合物及微量元素等[6-8]。與小麥、玉米、水稻相比，馬鈴薯抗逆性強(qiáng)、可種植面積廣、可儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，能夠減少糧食對(duì)于中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制。目前，市場(chǎng)上馬鈴薯制品有馬鈴薯面條、馬鈴薯米粉、馬鈴薯混搭米飯、糊狀馬鈴薯粥以及馬鈴薯混搭系列燕麥粉等等。其中，馬鈴薯面條有馬鈴薯生鮮面條、馬鈴薯半干面條、馬鈴薯干面條[9-10]。對(duì)于復(fù)合面制品的研究，大部分研究者研究了各種親水膠體和乳化劑等添加劑對(duì)面團(tuán)理化性質(zhì)的影響[11]，研究了復(fù)合面制品的生產(chǎn)工藝和保鮮方法[12-13]，除此之外還有研究者從蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的角度探究不同的面團(tuán)發(fā)酵方式對(duì)饅頭的影響[14]，以上這些研究大多側(cè)重于面制品品質(zhì)改良，而本研究試圖從機(jī)理的角度分析馬鈴薯全粉面條的形成，這對(duì)于馬鈴薯面制品的加工和市場(chǎng)推廣都具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯全粉，克新3號(hào)品種：沈陽農(nóng)科院提供；麥芯面粉，蛋白含量18%：新鄉(xiāng)良潤(rùn)全谷物食品有限公司；谷朊粉，蛋白含量≥75%：河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；乙酸，均為分析純：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

歐橡 OAK多功能壓面機(jī)：浙江歐橡有限公司；GZX-9076MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；CT3質(zhì)構(gòu)儀：美國(guó)BROOKFELD公司；JSM-5610LV型掃描電鏡：日本電子株式會(huì)社（JEOL）；3nh NR10QC精密色差儀：上海高致精密儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面條的制作

馬鈴薯全粉面條的工藝流程如下：

具體步驟[15-17]：按照實(shí)驗(yàn)配比分別稱取馬鈴薯全粉和小麥粉（共 100 g），在加入谷朊粉（0.03 g）混勻，之后將1 g食鹽溶于42 g去離子水中，將配好的鹽水分三次加入混合粉中，邊加邊攪拌，然后揉面。將揉好的面密封靜置30 min使其充分吸水，隨后整理面團(tuán)。將整理好的面團(tuán)放到壓面機(jī)上壓成厚度為1.5 mm，寬8 mm，長(zhǎng)200 mm的面條。實(shí)驗(yàn)共分四組，其中A1，A2，A3三個(gè)組是以馬鈴薯全粉含量為變量，B1是不加谷朊粉的空白對(duì)照，詳情見表1。

1.3.2 質(zhì)構(gòu)特性

參照靳志強(qiáng)等[18-19]方法并稍作修改，采用CT3質(zhì)構(gòu)儀對(duì)面團(tuán)進(jìn)行測(cè)試，量程為1 kg，TPA模式，形變目標(biāo)50%，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載5 g，預(yù)測(cè)試和測(cè)試速度均為2.00 mm/s，循環(huán)2.0次，數(shù)據(jù)頻率20.00 points/sec，探頭TA5，無夾具。每組樣品測(cè)試8個(gè)平行。生面條測(cè)試參數(shù)不變。測(cè)熟面條時(shí)，將熟面條在去離子水中冷卻15 s之后，再進(jìn)行測(cè)試，每次取兩根面條緊密并放在測(cè)試臺(tái)上，保證每次測(cè)試兩根面條都能被圓柱形的探頭探測(cè)。

表1 實(shí)驗(yàn)組分的配比Table 1 Ratio of experimental components %

1.3.3 微觀結(jié)構(gòu)

1.3.3.1 掃描電鏡 用掃描電鏡測(cè)試，要求面團(tuán)、面筋和熟面條樣品均經(jīng)過真空冷凍干燥（40 Pa,–40 ℃，48 h），然后研磨成細(xì)小的粉末。測(cè)試之前先在測(cè)試圓臺(tái)上貼數(shù)個(gè)導(dǎo)電膠片，然后使樣品粉末均勻分布在膠片上，每個(gè)膠片涂布樣品粉末，使用鍍金儀對(duì)樣品進(jìn)行5 min鍍金處理，調(diào)節(jié)電壓5 Kv，放大1 000倍，在掃描電鏡載物臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3.2 原子力顯微鏡 參照Guo等的方法[20]，將經(jīng)過真空冷凍干燥的面筋蛋白碾磨成粉，讓粉末在濃度為5%（g/mL）的乙酸溶液中均勻分散開，然后將含有面筋粉末的乙酸均勻涂布在 1 cm×1 cm的方形單晶硅片上面，24 h后待乙酸揮發(fā)即可進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4 理化性質(zhì)

1.3.4.1 色差 用3 nh精密手持色差儀對(duì)生面皮色差進(jìn)行測(cè)試。將面團(tuán)用機(jī)器輥壓成1.5 mm厚，150 mm寬的面皮，然后放在表面黑色的水平操作臺(tái)上測(cè)試，使用3 nh精密手持色差儀，先對(duì)儀器進(jìn)行黑白校正，然后將儀器感光口朝下放在面皮上面直接接觸面皮，按下測(cè)試鍵即可得到ah、bh、lh三組參數(shù)，每個(gè)樣品測(cè)試五個(gè)平行。

1.3.4.2 膨脹指數(shù) 根據(jù)Tudorica等的方法[21]，將一定量的生面條在 105 ℃條件下于電熱鼓風(fēng)干燥箱中脫水30 min，稱得質(zhì)量為M1，在沸水中烹煮，直到面條中間白芯消失即為煮熟，接著在95 ℃條件下脫水15 min，稱得質(zhì)量為M2，膨脹指數(shù)如下所示：

1.3.4.3 蒸煮損失 根據(jù)Tudorica等的方法[21]，制面的混合粉質(zhì)量為 M1，將熟面條在 105 ℃條件下在電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干2 h，干面條質(zhì)量為M2，蒸煮損失如下所示：

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS20.0作差異顯著性分析，Origin Lab Pro v 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)構(gòu)特性

質(zhì)構(gòu)是評(píng)價(jià)面條品質(zhì)的常規(guī)方法，能夠體現(xiàn)出不同配比面條的力學(xué)差異，還能一定程度模擬咀嚼，得到比較綜合的數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的深入研究打下基礎(chǔ)。本研究對(duì)A1，A2，A3，B1四個(gè)組別的面團(tuán)（見表2）、生面條（見表3）、熟面條（見表4）進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)試，每組樣品設(shè)置八個(gè)平行組。利用SPSS20.0軟件對(duì)質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

表2 面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)Table 2 Texture data of doughs

表3 生面條的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)Table 3 Texture data of raw noodles

表4 熟面條的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)Table 4 Texture data of cooked noodles

數(shù)據(jù)初步顯示，加入馬鈴薯全粉和谷朊粉之后，各組面團(tuán)在負(fù)載、彈力、內(nèi)聚性和咀嚼參數(shù)方面差異較大，因?yàn)榧恿笋R鈴薯全粉之后，馬鈴薯的淀粉改變了原來面團(tuán)支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例，谷朊粉的加入增加了面筋含量，影響了面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性。從混合粉到面團(tuán)是一個(gè)淀粉吸水膨脹，面筋蛋白相互交聯(lián)，包裹淀粉形成固體，并體現(xiàn)出一系列如彈性、粘性、拉伸性等等物理性質(zhì)的過程；從面團(tuán)到生面條是通過輥壓法實(shí)現(xiàn)的，這樣能排出一部分面團(tuán)在形成過程中儲(chǔ)存的氣體，進(jìn)一步使面筋蛋白和淀粉連接。已知平均負(fù)載跟樣品的硬度呈正相關(guān)，由表 2、表 4可知，隨著馬鈴薯全粉含量的增大，面團(tuán)/面條平均負(fù)載變大；由于生面條比面團(tuán)薄，表面積體積比增大，平均表面積上分?jǐn)偟拿娼畹鞍缀繙p少，束縛能力減弱，限制了淀粉和谷蛋白的結(jié)合，淀粉對(duì)質(zhì)構(gòu)影響較大，故表3中隨著馬鈴薯全粉的添加樣品平均負(fù)載反而逐漸變小。根據(jù)Schofield等的研究[22]，淀粉與面筋蛋白的結(jié)合物在水溫超過70 ℃左右時(shí)會(huì)發(fā)生SH/SS的交換反應(yīng)，提高熟面條的彈性，這和我們研究結(jié)果相符?？偟膩碚f，馬鈴薯全粉對(duì)面條制作過程中的面團(tuán)影響較大，其次是生面條，最后是熟面條；而谷朊粉的加入在生面團(tuán)和生面條當(dāng)中增加谷蛋白的量，可以提高彈性降低硬度，在熟面條當(dāng)中增加咀嚼參數(shù)。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)

2.2.1 掃描電鏡

根據(jù)質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)差異顯著性分析的結(jié)果，選用三個(gè)差異最大的組A1，A3和B1（所有樣品均經(jīng)過凍干之后測(cè)定）來測(cè)試掃描電鏡，進(jìn)一步探究馬鈴薯全粉、谷朊粉對(duì)面條微觀結(jié)構(gòu)的影響。在凍干面團(tuán)當(dāng)中，可以觀察到 A1（I）分布著體積較小的小麥淀粉顆粒，而A3（II）和B1（III）里面所包含的扁狀大顆粒是來自馬鈴薯的淀粉。比較 A3（II）和 B1（III），未加谷朊粉的一組 B1（III）內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)粗糙一些，谷蛋白的含量較低導(dǎo)致淀粉不能與其充分結(jié)合，使部分淀粉暴露出來呈現(xiàn)出不光滑的結(jié)構(gòu)特征。面筋當(dāng)中，對(duì)比A1（I）和A3（II），加入馬鈴薯全粉之后，面筋網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性減弱，孔隙大小不均勻，這可能是由于馬鈴薯全粉缺乏面筋蛋白導(dǎo)致的。由于面筋基質(zhì)是由面筋蛋白和被面筋蛋白包裹著支撐面筋基質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的淀粉構(gòu)成[23]，所以馬鈴薯淀粉和小麥淀粉對(duì)這樣的現(xiàn)象也有影響。熟面條的結(jié)果中，未加馬鈴薯全粉的 A1（I）內(nèi)部具有連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且淀粉顆粒很好的結(jié)合進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)里面，A3（II）的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有斷裂的跡象，我們認(rèn)為這是面筋蛋白含量不足，馬鈴薯淀粉顆粒又比較大，蛋白不能完全包裹淀粉所導(dǎo)致的。B1（III）未加谷朊粉，內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)斷裂更加嚴(yán)重。在熟面條中起主要作用的是谷蛋白，A3（II）和B1（III）添加馬鈴薯全粉導(dǎo)致小麥面粉含量降低，相應(yīng)的谷蛋白含量減少，因而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不連續(xù)和斷裂現(xiàn)象?；谶@樣的現(xiàn)象我們得出結(jié)論，馬鈴薯全粉對(duì)熟面條的微觀結(jié)構(gòu)有消極影響，而谷朊粉由于增加了面筋蛋白含量，并且能夠參與面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性和穩(wěn)定性，所以能夠減輕這種消極影響。

2.2.2 原子力顯微鏡

Humphris等報(bào)道了AFM對(duì)于表觀網(wǎng)絡(luò)的觀察[24]，Liao等利用AFM觀測(cè)了小麥面筋的表觀粗糙度[25]，我們參照文獻(xiàn)采用 AFM 的圖像觀察面筋形態(tài)。由文獻(xiàn)可知，小麥面筋網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)亮區(qū)，暗色斑點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)孔隙。對(duì)比 A1（I：未加馬鈴薯全粉）和A3（II：加20%馬鈴薯全粉）可知，隨著馬鈴薯全粉的加入，圖像亮度減弱，面筋網(wǎng)絡(luò)受到損壞；B1（III）顏色變淺跟面筋蛋白無關(guān)，很可能是馬鈴薯蛋白或者多糖導(dǎo)致的。另外，A1（I）的孔隙均勻而致密，A3（II）可能由于谷蛋白殘基和馬鈴薯蛋白通過二硫鍵形成了小分子聚合物，抑制了谷蛋白間二硫鍵的連接，阻止面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，馬鈴薯淀粉的介入使直鏈淀粉和支鏈淀粉比例改變，導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性減弱，孔隙大小不均勻，這個(gè)結(jié)果和掃描電鏡的結(jié)果可以相互佐證。通過分析原子力顯微鏡圖像我們發(fā)現(xiàn)，A1（I）組要優(yōu)于A3（II）組和B1（III）組，由此可知馬鈴薯全粉對(duì)面筋蛋白的微觀結(jié)構(gòu)整體影響趨勢(shì)偏負(fù)向。

圖1 三個(gè)配比的面團(tuán)、面筋蛋白和熟面條的掃描電鏡Fig.1 SEM of A1, A3, B1 groups of dough, gluten and cooked noodles

圖2 A1（I），A3（II），B1（III）組面筋蛋白的原子力顯微鏡圖像Fig.2 AFM images of A1(I), A3(II), B1(III) groups of gluten

2.3 理化性質(zhì)

色差當(dāng)中，lh表示黑白或者亮暗程度，偏白為+，偏黑為–；ah表示紅綠，偏紅為+，偏綠為–；bh表示黃藍(lán)，+為偏黃，–為偏藍(lán)。四個(gè)組別色差的差異不大，谷朊粉和馬鈴薯全粉本身顏色會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。在bh里面，B1由于沒有添加谷朊粉，偏黃程度和 A1沒有添加馬鈴薯全粉的一組更為接近，而A2和A3兩組添加了馬鈴薯全粉的偏黃程度相對(duì)接近，灰分含量會(huì)影響面團(tuán)顏色的深淺。WangPei等將面制品顏色和它表面區(qū)域與細(xì)胞氣室的破壞聯(lián)系起來[14]，另外，細(xì)胞壁的增厚會(huì)導(dǎo)致顏色變暗[14]，即lh的值偏小。

高質(zhì)量的面條評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括較大的膨脹指數(shù)和較少的蒸煮損失。添加了谷朊粉的三組膨脹指數(shù)差異不大，A2組膨脹指數(shù)相對(duì)偏大，這可能是谷朊粉的添加和馬鈴薯大淀粉顆粒的吸水共同導(dǎo)致的。未添加谷朊粉的 B1組數(shù)值明顯較低。本研究說明，在一定范圍內(nèi)面筋含量的提高有利于增大膨脹指數(shù)。蒸煮損失隨著馬鈴薯全粉含量的增加而增大，這可能是因?yàn)轳R鈴薯全粉本身攜帶淀粉含量很高，在蒸煮過程當(dāng)中容易流失在水里。也可能是總蛋白質(zhì)含量減少，對(duì)于淀粉束縛力減弱，導(dǎo)致蒸煮損失增大。A3組相對(duì)于B1組蒸煮損失偏小，可能是因?yàn)?A3組添加谷朊粉，谷蛋白對(duì)淀粉的束縛作用使淀粉與谷蛋白形成結(jié)合物在高溫中較穩(wěn)定存在，能削弱高溫對(duì)淀粉的不良影響，減少淀粉流失。在蒸煮過程，高溫的條件使面筋-淀粉復(fù)合物結(jié)合更加牢固，導(dǎo)致淀粉不易流失，且該復(fù)合物能夠保留大量水分，馬鈴薯全粉的添加有利于這種反應(yīng)的發(fā)生，所以蒸煮損失變小，膨脹指數(shù)變大，而低溫下這種反應(yīng)進(jìn)行緩慢，所以這種優(yōu)勢(shì)并沒有在掃描電鏡圖像里面體現(xiàn)出來。

表5 面團(tuán)色差Table 5 Color difference ofdough

表6 蒸煮參數(shù)Table 6 Cook ing index %

3 結(jié)論

研究馬鈴薯全粉對(duì)于面團(tuán)、面條和面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)合質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)圖像和理化指標(biāo)分析，得出馬鈴薯全粉添加量為20%（g/g），谷朊粉 0.03%（g/g）的最佳配比。研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯全粉由于缺乏形成面筋網(wǎng)絡(luò)骨架的谷類蛋白，對(duì)于面團(tuán)性質(zhì)的影響偏負(fù)向。蒸煮參數(shù)和原子力顯微鏡圖像表明馬鈴薯蛋白和多糖可能參與了面團(tuán)的形成，并參與了面筋蛋白的交聯(lián)反應(yīng)，這種反應(yīng)對(duì)于面團(tuán)的影響具有積極作用，本研究對(duì)馬鈴薯全粉與小麥面粉結(jié)合制作主糧進(jìn)行探討，對(duì)馬鈴薯主糧化的推廣具有重要意義。