板栗全粉-小麥混合粉面團的流變特性

施建斌，隋勇，蔡沙，何建軍，熊添，范傳會，陳學玲，家志文，王少華，蔡芳，梅新

（湖北省農業(yè)科學院農產品加工與核農技術研究所，湖北武漢 430064）

板栗在中國已經有三千年的種植歷史，在我國大部分的省市都有種植，具有很高的經濟價值，是很多地方實現脫貧致富有力推手[1]。根據世界糧農組織的數據，2019 年中國板栗種植面積約為3.3×105hm2，產量約為1.85×106t，種植面積和產量分別占到全球的55.9%和80.1%。我國板栗品種有300 個以上，可分為兩大區(qū)域，一種為長江流域的菜食板栗，其果形較大，含糖量少；另一種為北方板栗，果形相對較小，含糖量高，是糖炒板栗的主要原料。在漫長的栽培過程中形成的板栗優(yōu)良品種有：遷西明栗、山東紅栗、郯城大油栗、河南確山紅油栗、信田香板栗、陜西長安明揀栗、鎮(zhèn)安大板栗等[2]。也形成了具有地方特色的地理標志產品，如集安板栗、羅田板栗、邳州板栗、確山板栗、神農架板栗等。鮮板栗一般含水量為30～70 g/100 g（濕基），板栗仁中約含有淀粉50～70 g/100 g（干基，下同），其中支鏈淀粉51～71 g/100 g，直鏈淀粉2.5～19 g/100 g，有研究發(fā)現板栗中抗性淀粉占總淀粉近70%，因此其在預防結腸癌、控制體重、調節(jié)血糖平衡、促進礦物質吸收、降低膽固醇等方面與膳食纖維具有相同功效[3]。此外板栗還含有5～12 g/100 g蛋白質、2～4 g/100 g 脂肪、5～30 g/100 g 還原糖、4～10 g/100 g 膳食纖維，熱值約為400 kcal/100 g[4,5]。除了這些主要的成分外，板栗還含有胡蘿卜素、維生素A、B1、B2、C 及鈣、磷、鉀等礦物質[6]。

我國板栗以鮮食為主，加工轉化率為20%～30%，精深加工比例較少。板栗作為一種季節(jié)性作物，成熟時間相對集中，通過鮮食很難及時消化集中上市的新鮮板栗?，F階段板栗的加工主要為初級加工為主，板栗通過脫殼、熱水漂燙、包裝等工藝實現長時間的保存。在加工過程中，果粒不完整、通過剔除蟲眼的板栗仁成為殘次品，不能用于銷售，長期積壓庫房，造成資源閑置和生產成本的提高。而通過干燥將板栗殘次品制備成為板栗全粉可實現長時間保存和同時降低成本。板栗全粉可用于主食、烘焙食品的制備，彌補傳統(tǒng)產品營養(yǎng)單一的缺點，現階段通過板栗全粉制備的產品主要有板栗濁飲料、膨化板栗餅、板栗面包、意大利面、板栗復合脆片等[6-11]。

現階段對于板栗全粉-小麥粉混合體系特性研究相對較少?；莞絒2]研究發(fā)現板栗全粉在添加量大于8%后，面團的流變特性開始劣變，面團的吸水率、弱化度呈上升趨勢；形成時間和穩(wěn)定時間明顯下降。李勇等[12]發(fā)現板栗生全粉添加使面團筋力減弱、淀粉糊化被抑制、面團的黏彈性降低。Moreira 等[13]研究了食鹽、蔗糖和板栗淀粉對板栗全粉面團流變特性的影響，結果表明這些添加能夠改善板栗全粉較弱面團形成特性，板栗全粉適于糕點制備。然而對于加工過程中部分糊化的板栗全粉的特性及其對于面團特性的影響還不明確。因此本文將板栗殘次品通過不同的處理方法制備成板栗全粉，并研究其添加對板栗全粉-小麥混合粉面團吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、糊化度、糊化穩(wěn)定性、弱化度和回生值等指標的影響，為板栗殘次品食品化利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

板栗原料由湖北羅田板栗加工企業(yè)提供，包括加工過程中的殘次品和未脫殼的生板栗；五得利小麥粉。

1.2 主要設備

Mixolab2 混合試驗儀，法國肖邦技術公司；UV-2800 紫外分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司；FW-100 萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；其他實驗室常規(guī)儀器。

1.3 試驗方法

1.3.1 板栗處理

板栗殘次品通過熱風干燥（50℃）、真空冷凍干燥、自然晾干、熟化處理（沸水中漂燙5 min，20 min）后熱風干燥（50℃）；未脫殼的板栗通過人工去皮后自然晾干。干燥后的板栗粉碎后過80 目篩網得板栗全粉，分別記為RF、ZK、ZR、SH-5、SH-20 和SF。將板栗全粉添加到小麥粉中配成含有5%、10%、15%、20%、25%、30%板栗全粉的混合粉。

1.3.2 板栗全粉糊化度測定

糊化度的測定參照熊易強的方法并做少許改動[14]。糊化度計算公式如下：

1.3.3 板栗全粉持水性

取一定量樣品（g），記為W1，按1:10（W/V）比例加入蒸餾水，室溫下攪拌混勻30 min，2500 r/min離心20 min，棄上清液，沉淀稱重記為W2（g），持水性（water holding capacity，WHC）計算公式如下：

1.3.4 板栗全粉吸水膨脹性

取一定量樣品W（g）于帶刻度試管中，記錄體積為V1，后按1:10（W/V）比例加入蒸餾水，充分混勻后于室溫下放置24 h，記錄體積為V2，吸水膨脹性（swelling capacity，SWC）計算公式如下：

1.3.5 板栗全粉吸油能力

取一定量樣品（g），記為W1，按1:10（W/V）比例加入食用油，充分混勻，室溫下放置1 h，1500 r/min 離心20 min，棄上層油，沉淀用濾紙吸去游離食用油，殘渣稱重記為W2，吸油能力（oil absorption capacity，OAC）計算公式如下：

1.3.6 板栗全粉-小麥混合粉的混合試驗儀測定方法

試驗協議為Chopin+，攪拌刀轉速為80 r/min，面團質量為75 g，水箱溫度為30℃，目標扭矩為1.1±0.05 N·m。運行過程中溫度設置分為三個階段，第一階段（恒溫階段），30℃保持8 min；第二階段（升溫階段），以4℃/min 升溫到90℃，并在此溫度下保持10 min；第三階段（降溫階段），以4℃/min 從90℃降溫到50℃，并在此溫度下保持5 min。

1.3.7 數據處理

2 結果與討論

2.1 不同板栗全粉的物化特性

不同處理下板栗全粉的糊化度、持水性、吸水膨脹性和吸油能力見圖1。從圖1 中能看出來，直接通過自然干燥的生板栗糊化度最低，僅為3.28%，表明淀粉未發(fā)生糊化。而其他幾個樣品的糊化度超過50%，這說明這些板栗殘次品在加工過程中就已經被糊化，之后不論熱風干燥、真空冷凍干燥還是后續(xù)漂燙處理中板栗淀粉糊化度進一步升高，漂燙20 min 處理后糊化度達到70.69%。在板栗加工當中，通過漂燙滅酶使產品能夠長時間的保持較好的色澤，有利產品的保存；但是漂燙導致的糊化也使全粉加工特性發(fā)生了改變，這種改變對其綜合利用有重要的影響。板栗全粉的持水性變化規(guī)律與糊化度的變化規(guī)律相似，糊化度較高的板栗全粉具有高的持水性，SH-20 的持水性最高為3.21 g/g，SF 的持水性最低為1.05 g/g。板栗加工過程中淀粉發(fā)生了糊化，淀粉微晶束解體，分子內氫鍵斷裂，結構變的疏松，更容易與水結合，因此全粉吸水能力大大提高，這預示其在加工當中對水分的吸附能力較強[15]，而過高的吸水率可能會對產品的成型和口感造成不良的影響。吸水膨脹性是反映顆粒的吸水膨脹能力，RF、SH-20 和SF 的吸水膨脹性為3.38～3.56 mL/g，ZK 吸水膨脹性最小為1.58 mL/g。通過真空冷凍干燥得到的板栗全粉吸油能力最強，為1.70 g/g；未糊化的板栗全粉吸油能力次之，為1.36 g/g；糊化度最高的SH-20 吸油能力最小，為0.90 g/g。真空冷凍干燥制備的板栗全粉具有更大的微孔，從而能吸附更多的油[16]；此外，糊化使得淀粉顆粒結構更加緊密，也使蛋白質結構發(fā)生變性，不利于油的浸入；而未糊化的板栗全粉，其淀粉和蛋白質都未發(fā)生糊化和變性，有利于油脂的侵入[2]。周葵等[17]在研究蒸煮、微波、烘烤下板栗全粉持水性和吸油能力中也發(fā)現隨著熟化時間的增加持水性顯著增加，而吸油能加顯著降低。

圖1 不同板栗全粉糊化度、吸水性、吸水膨脹性和吸油能力 Fig.1 Gelatinization degree,WHC,SWC and OAC of chestnut powders

2.2 添加不同比例板栗全粉面團的吸水率

不同比例板栗全粉對板栗全粉-小麥混合粉面團的吸水率的影響見圖2。從圖2 中能看出來，隨著SF添加量的增加混合粉面團的吸水率逐漸下降，從未添加時57.8%減低到添加量為30%時的50%。而隨著糊化板栗全粉添加量的增加，面團吸水率逐步增加，在添加量為30%時最高為83.0%，這表明了板栗生全粉和熟全粉對面團吸水率的影響不同。添加糊化板栗全粉導致面團吸水率增加是因為糊化后的板栗粉具有更高的吸水能力，這與板栗持水性結果一致。惠更平在研究生、熟板栗全粉面團粉質特性中發(fā)現，在面包粉中添加1%～8%生、熟板栗全粉，隨著添加量的增加吸水率都呈增加的趨勢[2]。而李勇[12]研究發(fā)現，隨著板栗生全粉的添加面團的吸水率先稍增加，之后在添加量為10%后開始下降。這種差異性主要由于板栗粉的組成和特性造成的，如板栗全粉中膳食纖維、多糖和蛋白質的含量，淀粉的糊化程度等[18,19]。

圖2 添加不同比例板栗全粉面團的吸水率 Fig.2 Water absorption of wheat dough with different chestnut powder addition

2.3 添加不同比例板栗全粉面團的形成時間和穩(wěn)定時間

面團的形成時間是指面團在形成過程中達到目標扭矩最大值所需時間，形成時間越長表示面粉筋力越強；面團的穩(wěn)定時間表示蛋白網絡結構在機械力和熱的作用下自身能維持一定強度的時間，穩(wěn)定時間越長表示面團耐揉性越強。不同比例板栗全粉對板栗全粉-小麥混合粉面團形成時間和穩(wěn)定時間的影響見圖3。

圖3 添加不同比例板栗全粉面團的形成時間和穩(wěn)定時間 Fig.3 Development time and stability time of wheat dough with different chestnut powder addition

從圖3 中能看出來，添加板栗生全粉面團的形成時間和穩(wěn)定時間都隨添加量的增加先減小后增加，在添加量為5%形成時間最短為2.82 min，在添加量為10%時穩(wěn)定時間最短為5.45 min，之后在添加量為30%時形成時間和穩(wěn)定時間達到最高，分別為4.16 min 和7.65 min。在添加ZR 和SH-20 的面團中，隨著添加量的增加形成時間緩慢增加；而在其余幾種板栗全粉的面團中，形成時間隨著板栗全粉添加量的增加先小幅增加之后快速下降，添加30% ZK 的混合粉的形成時間最低僅為0.91 min。添加糊化板栗全粉面團的穩(wěn)定時間總體呈下降趨勢，添加30% ZK 的混合粉的形成時間最低，僅為5.5 min。糊化后的板栗全粉具有很高的吸水性，能夠快速的從混合粉體系中吸去水分，導致面粉顆粒不能夠完全潤濕，面筋蛋白不能形成連續(xù)網絡結構，面團形成時間增加；但是同時板栗全粉的 添加降低了混合粉中面筋蛋白的含量，面筋蛋白被大量稀釋，面筋網絡結構被破壞，使面團在機械力和熱作用下強度變差，穩(wěn)定時間降低[18,20]。板栗生全粉相對小麥粉具有更低的吸水率[12]，少量的板栗生全粉與小麥粉相互作用較小，小麥粉能夠從體系中獲取更多的水分，形成時間和穩(wěn)定時間都相對較短；但是隨著添加量的增加，面筋蛋白多肽和生板栗中的淀粉和蛋白通過各種化學鍵或非化學鍵形成更加穩(wěn)定的結構，提高面團的形成時間和穩(wěn)定時間。

2.4 添加不同比例板栗全粉面團的糊化特性和糊化穩(wěn)定

糊化特性用面團在加熱過程中最高扭矩和最低扭矩之差表示，數值越大表示面團糊化特性越強；糊化穩(wěn)定性表示扭矩在加熱過程中的衰減值，數值越小熱穩(wěn)定性越強。不同比例板栗全粉對板栗全粉-小麥混合粉面團的糊化特性和糊化穩(wěn)定性的影響見圖4。

圖4 添加不同比例板栗全粉面團的糊化特性和糊化穩(wěn)定 Fig.4 Pasting properties and pasting stability of wheat dough with different chestnut powder addition

從圖4 可知，板栗生全粉添加量為5%時，糊化特性扭矩為1.40 N·m，與未添加的相比有少許降低；之后隨著添加量的增加糊化特性扭矩增加，在添加量為30%時達到最大，為1.62 N·m；隨著板栗生全粉添加量的增加糊化穩(wěn)定性扭矩先減小后增加，在添加量為15%時最低，為-0.04 N·m；之后隨著添加量的增加糊化穩(wěn)定性的扭矩增加，添加量為30%時為0.08 N·m，隨著板栗生全粉的添加面團糊化穩(wěn)定性先增加后減小。而添加糊化板栗全粉后，糊化特性和糊化穩(wěn)定性都隨著添加量的增加而降低，SH-20 添加量為30%時糊化特性扭矩為0.80 N·m，而FR 添加量為30%時糊化穩(wěn)定性扭矩為0.37 N·m。李勇等[12]發(fā)現隨著生板栗添加峰值黏度、最低黏度、衰減值都呈下降趨勢，主要是由于非淀粉多糖競爭結合水分，有礙淀粉的吸水膨脹，降低粘度和穩(wěn)定性。

2.5 添加不同比例板栗全粉面團的弱化度和回生值

弱化度是面筋蛋白網絡結構在揉面過程中對其結構破壞程度，弱化度越大、面筋越差；而回生值表示淀粉回生老化和凝膠性，數值越小表示混合粉不容易發(fā)生回生。不同比例板栗全粉對板栗全粉-小麥混合粉面團的弱化度和回生值的影響見圖5。

圖5 添加不同比例板栗全粉面團的弱化度和回生值 Fig.5 Degree of softening and setback of wheat dough with different chestnut powder addition

從圖5 中能看出隨著板栗生全粉添加量從0%增加到30%，弱化度扭矩從0.64 N·m 增加到0.81 N·m，面團的弱化度增加，面筋強度減弱。然而添加糊化板栗全粉后，面團的弱化度隨著添加量的增加呈總體呈下降趨勢，說明糊化后的板栗全粉能夠改善面團面筋網絡結構。然而，不同糊化度的板栗全粉對弱化度的影響不同。添加ZK 的面團在添加量5%時弱化度扭矩為0.65 N·m，添加量25%時弱化度扭矩最小，為0.64 N·m；然而添加SH-20 的面團在添加量為30%時，弱化度扭矩從未添加時的0.64 N·m 減低到0.48 N·m。板栗生全粉的添加降低了面團的吸水率，面團在機械和加熱作用下網絡結構更加容易被破壞；而糊化板栗全粉能夠與面粉形成一個更加牢固的面筋的網絡，這與全粉糊化度和組成都有很大相關性。

此外，從圖5 中能看出來隨著板栗全粉添加面團的回生值都呈下降趨勢；相同添加量下糊化板栗全粉更加能抑制面團的回生，如添加30%時，SF 回生值扭矩為0.65 N·m，而SH-20 回生值扭矩為0.46 N·m?；厣档南陆嫡f明板栗全粉的添加能抑制面團的回生，提高貨架期，這主要是板栗淀粉相對小麥粉具有更低回生值，而已糊化的板栗全粉比板栗生全粉更難回生。

2.6 添加不同比例板栗全粉面團的指數剖面分析

混合試驗儀針對不同用途的谷物通過吸水率、混合、面筋、粘度、淀粉酶和回生指數評價谷物面團的特性，不同比例板栗全粉-小麥混合粉面團指數剖面圖見圖6。從圖6 中能看出來，糊化板栗全粉的添加增加了混合粉的吸水率指數（從4 增加到9），使混合粉的吸水性增加；降低了混合指數（從4 減小到1），面團的穩(wěn)定性降低；提高了面團面筋指數（從4 增加到8），使得面筋耐熱性提高；而粘度指數、淀粉酶指數和回生指數都下降，混合粉粘度減小、淀粉酶活性增加、產品不易回生、貨架期延長。板栗生全粉添加量從0%增加到30%，吸水率指數從4 降低到0，面筋指數從5 降低到0；而粘度指數、淀粉酶指數和回生指數降幅僅為1。在混合試驗儀中給出了各種用途小麥粉目標剖面圖，當混合粉的6 個指數都在目標剖面圖中，說明其可以用于該產品的制備[21]。通過比較當ZK 和ZR 添加量為5%時可用于面條的制備；而當SF 添加量為5%時可用于饅頭制備。

圖6 添加不同比例板栗全粉面團的指數剖面圖 Fig.6 Index profiles of wheat dough with different chestnut powder addition

3 結論

通過對不同方式得到的板栗全粉物化特性和流變特性進行了研究。結果表明加工處理后的板栗全粉化度超過50%，通過熟化處理后糊化度高達70.69%，不同糊化度板栗全粉在持水性、吸水膨脹性和吸油能力方面有差異。隨著板栗生全粉添加量的增加，面團的吸水率和回生值和下降、弱化度增加，而形成時間、穩(wěn)定時間、糊化度和糊化穩(wěn)定呈先減小后增加的趨勢；而通過板栗加工中的殘次品制備的具有不同糊化度的板栗全粉添加量的增加面團的吸水率增加，而穩(wěn)定時間、糊化特性、糊化穩(wěn)定性、弱化度和回生值降低；在添加ZR和SH-20面團的形成時間呈小幅上升趨勢，而添加其他幾種糊化板栗面團中形成時間呈先小幅增加后大幅下降的趨勢。糊化板栗全粉的添加增加了混合粉的吸水率，使混合粉的吸水性增加；降低了混合指數，面團的穩(wěn)定性降低；提高了面團面筋指數，使得面筋耐熱性提高；而粘度指數、淀粉酶指數和回生指數都下降，混合粉粘度減小、淀粉酶活性增加、產品不易回生、貨架期延長。而添加板栗生全粉只是降低了吸水率和面筋指數，而粘度指數、淀粉酶指數和回生指數變化不大。