馬鈴薯淀粉對低筋粉面團特性的影響

陳金鳳，張盛貴，馬云翔，汪月，徐曉琴，崔彥利

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州，730070)

馬鈴薯是世界第四大主糧，也是我國的主要經(jīng)濟作物之一[1]。馬鈴薯全粉是為了解決鮮薯含水量高等缺陷經(jīng)干燥制粉得到的產(chǎn)品，能夠保留淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪和灰分等主要營養(yǎng)物質(zhì)，其中淀粉含量可高達70%左右。相比于其他淀粉，馬鈴薯淀粉顆粒大、水分和支鏈淀粉含量高，表現(xiàn)出良好的糊化、流變及質(zhì)構(gòu)特性等[2-3]，且由于添加到食品中不會產(chǎn)生不良風味，使得馬鈴薯淀粉被廣泛應用于食品工業(yè)。

面團是面粉加水攪拌形成的具有獨特三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和黏彈性的復合材料[3]。面團的調(diào)制是面制品加工的關鍵環(huán)節(jié)，其性質(zhì)對面制品的品質(zhì)起著決定性作用。淀粉是面粉中重要的組成物質(zhì)，其含量與品質(zhì)對面團的性質(zhì)有著重要影響[4-6]。蔡沙等[7]研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉添加量在70%左右時，干制馬鈴薯熱干面的吸水率較高、復水時間較短，黏度和拉伸力較高，且在此添加量下熱干面更易消化。SARKER等[8]發(fā)現(xiàn)隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，混合粉吸水率顯著下降，面團的耐攪拌程度下降。在對面團及面制品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響方面，日本常用馬鈴薯淀粉改善方便面的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)[9]。趙保堂等[10]研究發(fā)現(xiàn)在藜麥-小麥面團中添加5%的馬鈴薯淀粉，面團的質(zhì)構(gòu)特性達到最佳。在馬鈴薯淀粉與谷朊粉模擬面團的相關報道中，盧丹妮等[11]將不同淀粉與谷朊粉按照89∶11(質(zhì)量比)模擬面團，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯淀粉面團的糊化溫度最低，淀粉與水分結(jié)合緊密，模擬面團的流變學特性最接近小麥淀粉模擬面團及普通面團，在10%添加量下能夠改善饅頭質(zhì)構(gòu)特性。但ZHANG等[12]將不同淀粉與谷朊粉按照85∶15(質(zhì)量比)模擬面團時得出相反的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)與小麥淀粉的影響相反，馬鈴薯淀粉面團的線性黏彈性區(qū)域最小，面團的頻率依賴性最大，恢復能力最差，表明馬鈴薯淀粉模擬面團的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和恢復能力減弱，但是面團的強度和抗變形能力增強。在淀粉對低筋粉及面團性能和面制品品質(zhì)影響方面，實驗室前期研究發(fā)現(xiàn)在低筋粉中添加馬鈴薯淀粉會顯著降低混合粉的吸水率和面團的穩(wěn)定時間，弱化面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，符合酥性餅干面粉要求[13]。楊利玲等[14]發(fā)現(xiàn)低筋粉中玉米淀粉添加量為75%時，研制出的玉米淀粉小饅頭餅干感官品質(zhì)最好。王強毅等[15]研究甘薯淀粉對蛋糕品質(zhì)影響時，發(fā)現(xiàn)在低筋粉中添加20%甘薯淀粉，蛋糕的比容最大，感官評分最高。

基于前人的研究，我們對馬鈴薯淀粉對面條、餅干面團及模擬面團的流變學特性等影響有了一定的了解，但仍缺乏馬鈴薯淀粉添加量對低筋粉面團特性影響的系統(tǒng)研究。因此，本試驗以低筋面粉為原料，通過改變馬鈴薯淀粉在低筋粉中的添加比例，研究混合粉的糊化特性、面團的動態(tài)流變學特性及質(zhì)構(gòu)特性，為后期馬鈴薯淀粉在低筋粉中的應用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉，山東樂暢調(diào)味品有限公司；魔堡低筋蛋糕粉(蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和水分的含量分別為9.3%、75.1%、0.8%和9.54%；經(jīng)GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉面筋含量第2部分：儀器法測定濕面筋》測定，濕面筋含量、干面筋含量和面筋持水率分別為18.25%、6.43%和184%)，新鄉(xiāng)良潤全谷物食品有限公司。

1.2 儀器與設備

Mixolab2混合實驗儀，法國肖邦公司；JSM-6701F冷場發(fā)射型掃描電鏡，日本電子光學公司；FA2004電子天平，上海越平科學儀器有限公司；DHR-1流變儀，美國TA公司；TA.XT Plus型物性測試儀，英國Stable Micro System公司；LyoQuest-85凍干機，西班牙泰事達公司；MJ-II型面筋數(shù)量和質(zhì)量測定儀，杭州大成光電儀器有限公司；MT-5家用壓面機，龍口市復興機械有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 混合粉的制備

以100 g低筋粉為基準，分別利用0%、5%、10%、15%、20%(質(zhì)量分數(shù))馬鈴薯淀粉代替低筋粉制備混合粉。

1.3.2 混合粉熱力學特性測定

參考XUE等[16]的方法測定混合粉熱力學特性。準確稱取2.5 mg混合粉于不銹鋼坩堝中，按照混合粉與水質(zhì)量比1∶1.3加水，密封平衡1 h后，以5 ℃/min由20 ℃升溫至140 ℃，得到糊化起始溫度(To)，峰值溫度(Tp)、糊化終止溫度(Tc)和熱焓值(ΔH)。以密封的空坩堝作為對照。

1.3.3 面團動態(tài)流變學特性測定

參考趙天天等[17]的方法并略作修改，稱取Mixolab2混合試驗儀滾揉5 min、扭矩在(1.10±0.05) N·m的面團5 g迅速搓圓并置于TA流變儀平板上，選用40 mm 直徑的平板，設置間距2 mm，切除多余面團，在邊緣涂抹硅油進行密封。開始測試前平衡2 min消除應力。首先通過應變掃描確定面團的線性黏彈區(qū)，測試參數(shù)為：溫度25 ℃，角頻率10 rad/s，應變掃描范圍0.01%～10%。隨后采用溫度掃描確定面團的動態(tài)流變學特性，測試參數(shù)為：首先以2 ℃/min升溫至85 ℃，平衡2 min，隨后以2 ℃/min降溫至25 ℃，頻率設為1 Hz，應力0.05%。

1.3.4 面團質(zhì)構(gòu)特性測定

參考王哲等[18]的方法，稱取50 g混合粉，將混合粉與水按照2∶1比例加水制成面團，取20 g面團制成直徑3 cm、厚2 cm的圓柱體，利用TA.XT Plus物性測試儀測定面團的質(zhì)構(gòu)特性。測定參數(shù)：選取P100探頭，測前、測后速率均為3 mm/s，測試速率為1 mm/s，壓縮距離為1 cm，觸發(fā)方式選擇自動，觸發(fā)力為0.05 N。

1.3.5 面團面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)測定[19]

首先，準確稱取10 g樣品加水制作成面團，加入4.8 mL 20 g/L的氯化鈉溶液，洗滌5 min，更換干凈的氯化鈉溶液，繼續(xù)洗滌4～5遍，用碘化鉀溶液檢查淀粉是否完全洗出，洗滌結(jié)束后將濕面筋置于培養(yǎng)皿中，置于-80 ℃冰箱預冷6 h后放入冷肼冷凍30 h，隨后切換至抽真空模式續(xù)凍12 h。將凍干后的面筋粉碎并過100目篩。稱量適量面筋粉與溴化鉀按照質(zhì)量比1∶50混合研磨壓片后掃描，波數(shù)范圍為 400～4 000 cm-1，利用Origin 8.0對面筋蛋白酰胺I帶(1 600～1 700 cm-1)進行峰分離處理，分別計算各分離峰的面積以確定各二級結(jié)構(gòu)的含量。

1.3.6 面團微觀結(jié)構(gòu)測定

參考汪磊[19]的方法對面團樣品進行前處理。首先，利用磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L，pH=7.2)配制體積分數(shù)為3.0%的戊二醛溶液，將混合粉與水按照質(zhì)量比2∶1比例加水制成面團，分割成5 mm的小立方體后浸入戊二醛溶液，在4 ℃條件下浸泡24 h。浸泡結(jié)束后用磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L，pH=7.2)清洗3次，每次約5 min；接著依次用30%、50%、70%、90%和100%(體積分數(shù))的丙酮脫水，每次約20 min；最后利用真空冷凍干燥機干燥。掃描電子顯微鏡測試條件：凍干樣品待噴金處理后置于掃描電子顯微鏡中觀察并拍照。工作電壓為20 kV，工作距離為20 mm。

1.4 數(shù)據(jù)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 混合粉熱力學特性分析

混合粉的熱力學特性主要反映在混合粉中淀粉的糊化過程。淀粉的糊化是淀粉顆粒在水中受熱吸水膨脹，分子間及分子內(nèi)部的氫鍵斷裂，淀粉水合分子擴散的過程，此過程伴隨的能量變化在差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry，DSC)分析圖譜上表現(xiàn)為吸熱峰[20]。To能夠反映樣品糊化的難易程度，起始糊化溫度越低，表明水分子越容易進入淀粉分子中[21]。

由表1可以看出，對比馬鈴薯淀粉添加量為0%和100%的2組混合粉，添加量為0%組混合粉的To、Tp均顯著高于添加量為100%組，Tc沒有顯著性差異，即低筋粉較馬鈴薯淀粉難糊化，隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，淀粉的起始糊化溫度與峰值糊化溫度均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢，分別由69.96 ℃和74.36 ℃下降至54.12 ℃和61.44 ℃，下降了15.84 ℃和12.92 ℃。這與XU等[22]的研究馬鈴薯淀粉對小麥粉熱力學特性影響時得到的結(jié)果類似。這是由于小麥粉中除了淀粉組分外，還含有蛋白質(zhì)、脂肪等，蛋白質(zhì)會與淀粉競爭吸水干擾淀粉吸水膨脹，進而影響淀粉的糊化[23]；游離脂肪酸會與淀粉分子結(jié)合，使得水分進入淀粉顆粒內(nèi)部困難，因此，隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，混合粉中蛋白質(zhì)和脂肪含量逐漸降低，有利于淀粉分子糊化，表現(xiàn)為糊化溫度降低。

ΔH反映的是糊化淀粉顆粒所需要的能量，淀粉含量越高，打開淀粉螺旋結(jié)構(gòu)所需要的能量越高。由表1可知，隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，ΔH顯著增大，馬鈴薯淀粉添加量100%組ΔH達到最大值，添加量10%組ΔH顯著高于0%～5%組且顯著低于15%～20% 組，在馬鈴薯淀粉添加量低于或高于10% 時，組間熱焓值無顯著性差異，這是由于ΔH反映的是糊化淀粉顆粒所需要的能量，淀粉含量越高，打開淀粉螺旋結(jié)構(gòu)所需要的能量越高[16]。因此，隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，混合粉體系中淀粉含量增大，糊化所需ΔH增大。

表1 馬鈴薯淀粉添加量對混合粉熱學特性的影響Table 1 Effect of different amounts of potato starch on thermal characteristics of mixed powder

2.2 面團動態(tài)流變學特性分析

在流變學參數(shù)中，儲能模量(G′)和損耗模量(G″)分別代表材料彈性和黏性，tanδ(損耗角正切值)代表材料黏彈性的比例，其值越小說明材料表現(xiàn)出固體性質(zhì)，其值越大說明材料表現(xiàn)出流體性質(zhì)[24]。面團的動態(tài)溫度掃描結(jié)果可以反映面團中淀粉的糊化過程。由圖1-A～圖1-C可知，所有面團的G′>G″(tanδ<1)，表明面團以彈性為主，處于不可流動狀態(tài)，但在其線性范圍內(nèi)的變形是可壓縮和恢復的。

在升溫過程中，由圖1-C可知，當溫度低于50 ℃時，所有面團的tanδ變化很小，說明在此溫度下面團的G′和G″的變化趨勢一致，這與王玉顏等[25]在研究不同淀粉與谷朊粉形成的重組面團的動態(tài)溫度掃描結(jié)果一致。當溫度高于50 ℃后，所有面團的tanδ呈現(xiàn)先緩慢增大后迅速減小的趨勢，結(jié)合圖1-A和圖1-B，發(fā)現(xiàn)所有面團的G′和G″呈現(xiàn)出迅速增大的趨勢，這是由于在升溫過程中，面團的流變學特性主要受到淀粉糊化的影響。淀粉受熱糊化逐漸形成具有一定特性的凝膠體，使得面團體系中彈性比例迅速增大，面團表現(xiàn)出類固體性質(zhì)。此后隨著溫度的繼續(xù)升高，各面團的G′和G″相繼出現(xiàn)最大值，且該最大值對應的溫度可以表示面團的糊化溫度，由圖1-A和圖1-B可知，面團的糊化溫度隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大而減小，這是由于馬鈴薯淀粉的添加使得混合體系中蛋白質(zhì)和脂肪含量降低，蛋白質(zhì)和脂肪對淀粉糊化的阻礙作用減小，表現(xiàn)為面團的糊化溫度下降，這與混合粉的熱力學特性測定結(jié)果相對應。在糊化溫度后，隨著溫度的繼續(xù)升高，面團的面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，淀粉顆粒溶脹后繼續(xù)吸水膨脹直至破裂，顆粒內(nèi)的淀粉分子迅速擴散，使得面團的黏彈性驟然下降[25]。此外，在50～80 ℃，所有面團樣品的G′均隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大而增大，這是由于淀粉凝膠的彈性與淀粉分子形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)點有關，交聯(lián)點越多，彈性越大[26]。面團中馬鈴薯淀粉添加量越大，所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)交聯(lián)點越多，表現(xiàn)為面團彈性越大。

在降溫過程中，所有面團的黏彈性均呈現(xiàn)下降的趨勢，這是由于降溫過程中淀粉分子之間氫鍵的形成導致面團發(fā)生回生現(xiàn)象，由圖1-D～圖1-F可以看出，馬鈴薯淀粉的添加使得面團回生現(xiàn)象更加明顯，對比不同的添加量發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯淀粉添加量為10% 時面團更加接近于對照組。

2.3 面團質(zhì)構(gòu)特性分析

面筋作為面團的骨架，可與水結(jié)合，表現(xiàn)出面團的特性。硬度與咀嚼性是衡量面制食品品質(zhì)的2個重要指標，硬度是面團最直觀的特征并與面制品的品質(zhì)有密切的關系。咀嚼性是指面團樣品在咀嚼成吞咽時的穩(wěn)定狀態(tài)所需要的能量。在一定范圍內(nèi)，硬度和咀嚼性越小，面團越柔軟。

A-升溫過程中儲能模量；B-升溫過程中損耗模量；C-升溫過程中損耗角正切；D-降溫過程中面團的儲能模量；E-降溫過程中損耗模量；F-降溫過程中損耗角正切圖1 馬鈴薯淀粉添加量對面團的影響Fig.1 Effect of different amounts of potato starch on dough

由表2可知，隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，面團的硬度、咀嚼性、彈性、回復性和黏聚性均呈顯著下降的趨勢，表明面團質(zhì)地逐漸變軟，易于調(diào)制，但彈性變差。這是由于隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，混合體系中蛋白質(zhì)含量降低，導致面筋形成量減少，面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)弱化、膨脹能力變差，使得面團變軟，面團延伸性變差，流散性降低，面團體系松散，不易成型。在馬鈴薯淀粉添加量為10%時，面團的硬度與添加量15%組無顯著性差異，顯著低于添加量0%～5%組且顯著高于20%組，面團的咀嚼性和彈性顯著低于添加量0%～5%組，且顯著高于添加量15%～20%組；在該添加量下，面團的硬度適宜，彈性較好，面團流散性較好，易于成型。

表2 馬鈴薯淀粉添加量對面團質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of different amounts of potato starch on texture properties of dough

2.4 面團微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖2-A可知，在不添加馬鈴薯淀粉時，小麥粉面團的面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)完整，面筋連續(xù)性好，暴露在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)之外的淀粉顆粒很少，這是由于小麥淀粉顆粒相對較小，大部分被包裹在面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)內(nèi)部，有利于構(gòu)建連續(xù)的面筋網(wǎng)絡[12]，包裹作用阻礙了淀粉吸水糊化，表現(xiàn)為糊化溫度升高，該結(jié)果與DSC試驗結(jié)果吻合。

由圖2-B～圖2-E可知，添加馬鈴薯淀粉后，面團面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，暴露在外的淀粉顆粒逐漸增加，面筋局部出現(xiàn)空洞。這是由于馬鈴薯淀粉顆粒相對較大，自身包裹在面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的能力較差，導致面筋網(wǎng)絡連續(xù)性差。由圖2-B和圖2-C可知，當馬鈴薯淀粉添加量低于15%時，面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有空洞，但空洞相對較小，說明馬鈴薯淀粉對面團的破壞相對較小；由圖2-D和圖2-E可知，當馬鈴薯淀粉添加量達到15%時，面團內(nèi)部出現(xiàn)較大空洞，當添加量達到20%時，面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)幾乎全部被破壞，使得暴露在面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)外部的淀粉顆粒量急劇上升，大顆粒以馬鈴薯淀粉為主。此時由于面筋結(jié)構(gòu)被破壞使得面團黏彈性急劇下降，為本研究之前的面團動態(tài)頻率掃描結(jié)果[13]提供了更加直觀的證據(jù)。

A-0%淀粉；B-5%淀粉；C-10%淀粉；D-15%淀粉；E-20%淀粉圖2 馬鈴薯淀粉添加量對面團微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effect of different amounts of potato starch on microstructure of dough

2.5 面團面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)分析

面團中面筋蛋白的二級結(jié)構(gòu)是小麥蛋白分子間相互作用的重要生化基礎，它對面團黏彈性有著重要影響。面筋蛋白的二級結(jié)構(gòu)包括α-螺旋，β-折疊，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲4種。其中，α-螺旋和β-折疊被認為是面筋蛋白的有序二級結(jié)構(gòu)，且β-折疊被認為是最穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)，而β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲被認為是面筋蛋白的無序二級結(jié)構(gòu)。由表3可知，與對照組相比，所有馬鈴薯淀粉面團面筋蛋白的α-螺旋和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的含量均沒有發(fā)生顯著性變化；但是隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，β-折疊結(jié)構(gòu)含量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，添加量15%組β-折疊結(jié)構(gòu)含量顯著小于添加量0%～5%組，添加量0%～10%組間和添加量15%～20%組間均無顯著性差異。同時，β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)含量呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，添加量15%～20%組β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)含量顯著高于添加量0%～10%組，且添加量低于15%組間和高于15%組間均無顯著性差異，說明馬鈴薯淀粉的添加使得面團形成過程中面筋的有序結(jié)構(gòu)含量減小無序結(jié)構(gòu)含量增大，面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定。綜合考慮，面團中馬鈴薯淀粉添加量不宜超過15%。

表3 馬鈴薯淀粉添加量對面團面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響Table 3 Effect of different amounts of potato starch on secondary structure of gluten of dough

3 結(jié)論

混合粉熱力學特性表明，馬鈴薯淀粉的添加使得混合粉糊化起始溫度和峰值溫度顯著減小，糊化焓值顯著增大。在添加量10%時混合粉糊化溫度適宜，糊化所需能量較小。面團動態(tài)流變結(jié)果表明，在溫度低于50 ℃時，所有面團的G′和G″的變化趨勢一致。當溫度高于50 ℃后，面團開始發(fā)生糊化，面團彈性模量迅速增大至峰值，面團表現(xiàn)出類固體性質(zhì)。在50～80 ℃，馬鈴薯淀粉的添加量越大，面團糊化時淀粉分子形成的網(wǎng)狀交聯(lián)點越多，淀粉凝膠彈性模量越大，表現(xiàn)為面團更傾向于固體材料。面團質(zhì)構(gòu)特性表明，隨著馬鈴薯淀粉添加量的增大，面團的硬度、咀嚼性、彈性均呈顯著下降的趨勢，表明面團質(zhì)地逐漸變軟，易于調(diào)制，但彈性變差。在馬鈴薯淀粉添加量為10%時，面團的硬度適宜，彈性較好，面團流散性較好，易于成型。面團的微觀結(jié)構(gòu)及面筋蛋白的二級結(jié)構(gòu)結(jié)果表明當馬鈴薯淀粉添加量15%～20% 時，面筋網(wǎng)絡被嚴重破壞，面筋二級結(jié)構(gòu)趨于無序，面團黏彈性急劇下降，當馬鈴薯淀粉添加量低于15%時，面筋網(wǎng)絡的破壞相對較小，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。因此，綜合考慮，馬鈴薯淀粉添加量為10% 時，面團的糊化、流變及質(zhì)構(gòu)特性均較好。