紫薯粉對(duì)小麥面團(tuán)加工特性影響的研究進(jìn)展

胡 瀚 王婭殊 周文化 張夢瀟 譚玉珩 李良怡

(1. 特醫(yī)食品加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410004；2. 中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004)

隨著市場需求的提升，近年來各種小麥混合粉面制品層出不窮。紫薯營養(yǎng)豐富[1]，色澤亮麗，所含花青素的生物價(jià)值和安全性高[2-5]，氨基酸組成全面，尤其是米面制品中相對(duì)缺乏的賴氨酸含量較高[6]，是極具價(jià)值的食品加工原料。將紫薯粉添加到小麥粉中不僅能提高面制品營養(yǎng)價(jià)值、豐富食品種類，且外源蛋白的加入在一定條件下能促進(jìn)面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)的形成[7]，提升面制品品質(zhì)。

但紫薯粉中麥谷蛋白分子量較小、麥醇溶蛋白含量較低[8]，作為添加物改變了面團(tuán)中各成分含量，改變了面團(tuán)加工特性，易對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用產(chǎn)生不利影響。因此，在生產(chǎn)中依照紫薯—小麥混合粉加工特性的變化規(guī)律，科學(xué)地控制紫薯粉和小麥粉的配比，是提升紫薯面制品品質(zhì)和實(shí)現(xiàn)紫薯面制品進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。文章擬綜述近年來對(duì)紫薯—小麥混合粉加工特性的研究，整理總結(jié)紫薯粉對(duì)小麥面團(tuán)在粉質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、拉伸、動(dòng)態(tài)流變等流變特性影響的變化規(guī)律，以及對(duì)糊化、老化兩個(gè)熱力學(xué)特性影響的變化規(guī)律，以期為紫薯—小麥混合粉的加工提供指導(dǎo)。

1 紫薯粉對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

面團(tuán)是制作面條、面包等面制品的基礎(chǔ)原料，其品質(zhì)決定了面制品的產(chǎn)品質(zhì)量[9-10]。流變學(xué)特性是衡量面團(tuán)品質(zhì)的重要指標(biāo)，面團(tuán)的粉質(zhì)特性、質(zhì)構(gòu)特性、拉伸特性和動(dòng)態(tài)流變特性是面團(tuán)流變學(xué)特性中的重要特性[11-14]。紫薯粉與小麥粉的成分差異巨大，用其替代部分小麥粉會(huì)改變面團(tuán)的流變學(xué)特性，從而影響面團(tuán)的加工生產(chǎn)。

1.1 粉質(zhì)特性

紫薯粉或紫薯泥與小麥粉混配會(huì)在一定程度上影響紫薯—小麥粉粉質(zhì)特性，但與其他外源粉相比，紫薯粉對(duì)粉質(zhì)特性的影響更小。不同外源粉質(zhì)原料對(duì)小麥面團(tuán)粉質(zhì)特性的影響見表1。由表1可知，不同外源粉對(duì)小麥粉質(zhì)影響具有明顯差異，比較紫薯—小麥粉混合面團(tuán)與馬鈴薯、紅薯、板栗、綠豆粉面團(tuán)粉質(zhì)特性差異發(fā)現(xiàn)，隨添加量的上升，紫薯粉面團(tuán)吸水率變化趨勢及幅度與馬鈴薯粉面團(tuán)相近，穩(wěn)定時(shí)間與紅薯、板栗粉面團(tuán)相近，弱化度與綠豆粉面團(tuán)相近。紫薯粉面團(tuán)形成時(shí)間上升，與其他4種面團(tuán)變化趨勢相反。此外，隨著添加量提升到30%，紫薯面團(tuán)粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)降低了18，顯著低于馬鈴薯、板栗、綠豆粉面團(tuán)的下降程度，說明紫薯粉對(duì)面團(tuán)粉質(zhì)質(zhì)量的影響低于其他3種粉[15-19]。

表1 不同外源物添加量對(duì)小麥面團(tuán)粉質(zhì)特性的影響

外源粉基本組分的不同是影響混合粉面團(tuán)粉質(zhì)質(zhì)量存在差異的主要原因。紫薯粉中的纖維素含量很高(2.7～6.5 g/100 g[20])，纖維素含有大量的羥基，可通過氫鍵結(jié)合更多的水，具有很強(qiáng)的吸水能力，且紫薯粉本身的水分含量(4.26 g/100 g[20])明顯低于小麥粉(12.99～13.23 g/100 g[20])，因此紫薯粉替代后混合粉面團(tuán)的吸水量增加。而吸水量與粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)有著較好的線性相關(guān)性，如小麥粉吸水量與紫薯粉添加量的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.999(P<0.01)[20]。因此將紫薯粉添加到小麥粉中，其粉質(zhì)質(zhì)量不會(huì)過度降低，甚至有助于提高面制品的出品率，改善蛋糕、面包、饅頭、面條等面制品因失水而引起的老化、脫水、龜裂、收縮等現(xiàn)象。由表1可知，馬鈴薯—小麥混合粉面團(tuán)也表現(xiàn)出了極高的吸水率(30%添加量下為103.0%)，但其直鏈淀粉/支鏈淀粉比例僅為0.14～0.31[8]，過低的直鏈淀粉比例使其淀粉吸水后膨潤度過高，表現(xiàn)為面團(tuán)弱化度高，面團(tuán)易流變，加工處理性差，因此馬鈴薯粉對(duì)小麥面團(tuán)粉質(zhì)質(zhì)量的趨劣影響也十分明顯。

紫薯粉添加量對(duì)小麥面團(tuán)粉質(zhì)特性表現(xiàn)出明顯差異。由表2可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達(dá)到20%(以面粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))，面團(tuán)吸水率隨紫薯添加量呈遞增趨勢[21-22]，其原因在于纖維素和蛋白質(zhì)在紫薯粉中占比較高，其分子中羥基基團(tuán)能與水分子發(fā)生相互作用，從而使混合粉中水分含量較低，隨著替代紫薯粉的增多，混合粉面團(tuán)的吸水量也不斷增大[19]，其體積也會(huì)隨之增加；而添加紫薯的小麥面團(tuán)形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間分別降低1～5，7～10 min，可能是由于外源紫薯粉的添加稀釋了小麥面筋蛋白，使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)損壞的同時(shí)降低了混合粉面團(tuán)的穩(wěn)定性，并隨著替代紫薯粉的增多而逐漸明顯；混合粉面團(tuán)弱化度不斷上升，當(dāng)紫薯粉添加量高于10%后，弱化度超過100 FU，易造成加工困難；當(dāng)紫薯粉添加量高于10%后，粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)低于50，加工適用性變差。Zhang等[15]將紫薯粉添加量提高到50%，發(fā)現(xiàn)混合粉面團(tuán)的吸水率仍呈不斷上升的趨勢達(dá)到103.2%；面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間下降了2.0 min，最終為1.1 min；面團(tuán)弱化度呈先上升后下降，最大值為279 FU；粉質(zhì)質(zhì)量指數(shù)不斷下降后，在40%～50%有上升；而面團(tuán)形成時(shí)間由2.4 min不斷上升到5.8 min，與低添加量下的下降趨勢不同。

表2 紫薯粉添加量對(duì)紫薯—小麥混合面團(tuán)粉質(zhì)特性的影響

同時(shí)紫薯種類也對(duì)紫薯—小麥粉面團(tuán)粉質(zhì)特性產(chǎn)生影響。張夢瀟等[23]研究了寧紫薯1號(hào)等9個(gè)紫薯—小麥粉混合粉質(zhì)特性發(fā)現(xiàn)，不同種類的紫薯粉對(duì)面團(tuán)的吸水率、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間影響差別分別達(dá)到0.9%、1.61 min、5 FU，而對(duì)面團(tuán)帶寬、公差指數(shù)的影響差別較明顯，最高可達(dá)6.92，10.24 FU。這可能是因?yàn)椴煌N類的紫薯在水分、蛋白質(zhì)、纖維素和花青素等物質(zhì)含量存在顯著性差異[24]。

1.2 質(zhì)構(gòu)分析

紫薯粉的添加混配對(duì)紫薯—小麥粉面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生一定影響。由表3可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達(dá)到30%，面團(tuán)凝膠硬度和膠黏性不斷下降，凝膠彈性和內(nèi)聚性先上升后下降(分別在10%、20%處有最大值)。這是由于紫薯全粉中存在的花青素和多糖與淀粉分子發(fā)生交聯(lián)，并通過氫鍵阻礙直鏈淀粉的再解離，使面團(tuán)凝膠的質(zhì)構(gòu)特性趨劣變化，隨著紫薯粉添加量的上升，這種趨劣變化也逐漸明顯[25]。

表3 紫薯粉添加量對(duì)小麥面團(tuán)及其產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性的影響

紫薯粉的添加亦對(duì)面制品的質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生影響。Zhang等[15-23]發(fā)現(xiàn)，紫薯粉的添加明顯提升了饅頭硬度，降低了饅頭膠黏性，對(duì)饅頭彈性、內(nèi)聚性影響不大；紫薯粉的添加對(duì)面條硬度、彈性、內(nèi)聚性影響較小，對(duì)面條膠黏性的影響因紫薯種類的不同存在差異。

1.3 拉伸特性

拉伸特性體現(xiàn)面團(tuán)配方和制作流程上的差異性，紫薯粉的添加對(duì)小麥面團(tuán)拉伸特性產(chǎn)生不利影響。隨著紫薯粉添加量的上升，面團(tuán)拉伸能量、拉伸度、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例均先增大后減小[27]。面團(tuán)良好的延展拉伸特性來源于小麥粉面筋蛋白中的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，紫薯粉較小麥粉彈性差、黏度大，且不含麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，部分替代小麥粉共混會(huì)弱化面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)，影響面團(tuán)的拉伸特性。

將混合粉面團(tuán)進(jìn)一步加工為面條并煮熟，發(fā)現(xiàn)隨著紫薯粉含量的增加，紫薯面條的剪切應(yīng)力從(76.99±5.35) g/mm2急劇下降到(29.17±4.82) g/mm2，硬度由(5 161.84±90.22) g降至(3 448.13±83.97) g[25]。在紫薯粉存在的情況下，煮熟面條的硬度和拉伸應(yīng)力的降低歸因于紫薯花青素在糊化過程中引起的pH降低效應(yīng)。

1.4 動(dòng)態(tài)流變學(xué)特征

紫薯粉的添加在一定程度上影響小麥粉混合面團(tuán)動(dòng)態(tài)流變學(xué)特征。在紫薯—小麥混合粉體系中，粒徑較小的紫薯粉作為填充物進(jìn)入面筋網(wǎng)絡(luò)中，使其相對(duì)體積增大，從而對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完整性及分子交互聯(lián)接的程度產(chǎn)生影響[28]，最終使面團(tuán)的彈性和黏性發(fā)生變化。將不同種類紫薯—小麥混合粉面團(tuán)于流變儀中測定動(dòng)態(tài)流變特性，發(fā)現(xiàn)其tanδ均小于1[23]，說明紫薯粉的添加賦予了小麥面團(tuán)類似固體的性質(zhì)，具有較好的彈性[29]。將角頻率ω升高，混合粉面團(tuán)的損耗因子先迅速降低再略微升高，可能是由于外源紫薯粉的添加提升了面筋蛋白中高聚物的含量，面筋蛋白聚合程度增大，使得紫薯—小麥混合粉面團(tuán)的彈性增加，面團(tuán)的穩(wěn)定性變好[30]。

2 紫薯粉對(duì)面粉熱力學(xué)性質(zhì)的影響

淀粉是紫薯粉[31]和小麥粉[32]的主要成分，而淀粉的糊化和老化能直接影響以淀粉為原料的食品的加工特性和成品質(zhì)量[33-34]。其原因是由于已糊化的淀粉混合物隨著時(shí)間的推移，其內(nèi)在品質(zhì)會(huì)發(fā)生一系列變化，如在溫度約65 ℃以下時(shí)，直鏈淀粉與支鏈淀粉會(huì)發(fā)生部分分離，老化現(xiàn)象更嚴(yán)重，從而使其營養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)大大降低，如慢頭干縮、面包變硬等均由淀粉老化作用產(chǎn)生[35]。紫薯粉和小麥粉中的淀粉含量和組成不同，其糊化、老化的起始溫度、終止溫度、峰值溫度及熱焓值也不同，因此研究紫薯粉對(duì)小麥粉糊化和老化特性的影響十分必要。

2.1 糊化特性

紫薯粉及紫薯泥與小麥粉混配在一定程度上會(huì)影響紫薯—小麥粉糊化特性，且其對(duì)糊化特性的影響與其他外源粉未見明顯差異。近年來相關(guān)研究對(duì)外源粉原料對(duì)小麥面團(tuán)糊化特性的影響見表4。由表4可知，通過比較紫薯—小麥粉混合面團(tuán)與板栗、木薯、菊粉、糯小麥粉面團(tuán)糊化特性差異發(fā)現(xiàn)，隨添加量的上升，紫薯粉面團(tuán)在峰值黏度、谷值黏度、崩解值等6個(gè)糊化指標(biāo)的變化趨勢均與板栗粉、菊粉面團(tuán)一致，且除糊化溫度外(在10%添加量下，紫薯粉面團(tuán)升高15.03 ℃，板栗粉、菊粉面團(tuán)分別為1.12，1.75 ℃)，其余指標(biāo)變化量均無明顯差異。紫薯粉面團(tuán)與木薯粉、糯小麥粉面團(tuán)相比，僅在崩解值、最終黏度、回生值3個(gè)指標(biāo)有相同變化趨勢[15,18,36-38]。紫薯添加量對(duì)小麥面團(tuán)糊化特性表現(xiàn)明顯差異，具體如表5所示。

表4 不同外源物添加量對(duì)小麥面團(tuán)RVA糊化特性的影響

表5 紫薯粉添加量對(duì)小麥面團(tuán)RVA糊化特性的影響

由表5可知，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達(dá)到20%，面團(tuán)峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度和回生值均呈遞減趨勢，糊化溫度呈上升趨勢。這是因?yàn)樽鲜矸壑兄辨湹矸酆枯^低，部分替代小麥粉參與糊化時(shí)易吸水膨脹，使其呈黏稠狀，因此在一定的溫度和濃度下，紫薯—小麥混合淀粉較小麥淀粉擁有更高的糊化黏度、崩解值和回生值，達(dá)到峰值黏度所需時(shí)間少，更容易膨潤。在冷卻回生過程中，混合粉回生值更高，是由于其分子粒度較小，直鏈淀粉中氫鍵的重新締合更容易發(fā)生[39]。但郭家寶等[27]發(fā)現(xiàn)了不同的變化趨勢，紫薯粉與藁優(yōu)2018小麥粉制成混合粉，其峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和峰值時(shí)間，隨添加量的上升先增大后減小，淀粉崩解值先增大后減小再增大，淀粉回生值逐漸減小。

紫薯粉對(duì)小麥面團(tuán)糊化特性的影響亦可用差示掃描量熱儀表征，相關(guān)研究[20]發(fā)現(xiàn)，隨著替代紫薯粉的增多，紫薯—小麥混合粉面團(tuán)的氧化溫度、結(jié)晶峰溫度和峰值溫度逐漸上升，糊化焓不斷增大，糊化溫度范圍則不斷縮小。

2.2 老化特性

紫薯粉部分替代小麥粉亦對(duì)面團(tuán)老化特性(也稱凝膠化特性)產(chǎn)生一定程度的影響。不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達(dá)到30%，混合粉的凝膠硬度和黏著性均呈下降趨勢，凝膠彈性于0～10%范圍內(nèi)升高，隨后單調(diào)下降[22]。其原因主要是由于紫薯粉部分替代小麥粉組成混合粉面團(tuán)后，紫薯中花色苷、纖維素等成分與小麥淀粉分子交聯(lián)，阻礙了直鏈淀粉以氫鍵形式重新締合，無法形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使凝膠硬度下降。

添加紫薯粉后小麥粉老化特性的改變與淀粉微觀結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。紫薯淀粉、小麥淀粉及其混合淀粉凝膠凍融后的微觀結(jié)構(gòu)均呈“蜂窩狀結(jié)構(gòu)”[40]，但其蜂窩結(jié)構(gòu)中孔的大小并不相同。純小麥淀粉凝膠和純紫薯淀粉凝膠表現(xiàn)出非常不均勻且疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以大孔為主；紫薯—小麥混合淀粉凝膠中的蜂窩孔尺寸比小麥淀粉凝膠更小且更均勻，尤其是當(dāng)添加的紫薯淀粉含量為15%時(shí)，蜂窩孔尺寸最小，蜂窩狀結(jié)構(gòu)最為致密。因此，這些結(jié)構(gòu)特征表明紫薯淀粉起到了填充物質(zhì)的作用，能較好地分散在小麥淀粉凝膠中。此外，紫薯淀粉與小麥淀粉的相互作用影響了淀粉間的交聯(lián)，限制了水分子的遷移，增強(qiáng)了混合淀粉凝膠的持水能力，有助于保持微觀結(jié)構(gòu)[41]，從而小麥淀粉的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密。

3 結(jié)語與展望

國內(nèi)外對(duì)小麥粉加工特性的研究已有較長歷史，近年來對(duì)小麥混合粉的研究也已成為研究熱點(diǎn)。紫薯以豐富的營養(yǎng)成分、獨(dú)特的色澤、低廉的價(jià)格等優(yōu)勢，已成為特色面制品研發(fā)熱點(diǎn)之一[42-43]。目前市面上已出現(xiàn)廣受消費(fèi)者歡迎的紫薯特色面制品，如紫薯面條[44]、紫薯面包、紫薯蛋糕、紫薯餅干[45-46]等，但在生產(chǎn)保藏過程中，存在營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重、色澤崩解嚴(yán)重、食品添加劑依賴過度等問題。進(jìn)一步掌握紫薯—小麥混合粉加工特性規(guī)律，更深層次解釋紫薯—小麥混合粉加工現(xiàn)象，以解決紫薯特色面制品的行業(yè)難題，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

文章綜述的紫薯—小麥混合粉研究，聚焦點(diǎn)在紫薯粉添加量對(duì)面團(tuán)的影響，意在通過歸納不同研究者的加工特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)紫薯粉與小麥粉的最佳比例，為今后的研究與生產(chǎn)作出指導(dǎo)。除此外，原料處理和加工工藝的優(yōu)化也是面制品品質(zhì)提升的重點(diǎn)，原料的預(yù)糊化[47]、脫脂、滅酶和發(fā)酵處理，加工過程中品質(zhì)改良劑的添加、和面與成型方式的優(yōu)化等方法[48-52]，已被研究證實(shí)能極大提升混合粉面制品品質(zhì)。但目前紫薯—小麥混合粉在這些方面的研究較為缺乏，需要今后更多的研究投入。

此外，目前對(duì)紫薯—小麥混合粉流變特性、熱力學(xué)特性變化規(guī)律的解釋，普遍集中在性狀和品質(zhì)的直觀表達(dá)，如混合粉直鏈淀粉和支鏈淀粉比例和含量、蛋白質(zhì)種類和含量、纖維素含量和生物活性物質(zhì)含量等變化。添加紫薯粉后，紫薯淀粉對(duì)小麥淀粉顆粒產(chǎn)生的交聯(lián)作用、紫薯蛋白及紫薯中游離氨基酸對(duì)小麥面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響等因素，大多研究者只進(jìn)行了推測，未進(jìn)行針對(duì)性的量化研究。今后對(duì)紫薯—小麥混合粉加工特性的研究，需更微觀、更深入，以期從機(jī)理層面有更多發(fā)現(xiàn)。