外源蛋白對(duì)擠壓型無(wú)麩質(zhì)馬鈴薯面條品質(zhì)的影響

鄭瑩，朝魯，郝素穎，李銘媛，楊曉清

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（呼和浩特 010018）

馬鈴薯富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，尤其富含賴氨酸，其所含的蛋白質(zhì)為全價(jià)蛋白質(zhì)，包括2種限制性氨基酸和8種人體必需氨基酸[1]。馬鈴薯是全球第四大栽培作物，僅次于玉米、小麥和水稻，在全球范圍內(nèi)被廣泛種植和生產(chǎn)[2]。馬鈴薯鮮薯含水量大，不適合長(zhǎng)時(shí)間保存或者遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，這大為限制了馬鈴薯的加工與利用。將新鮮馬鈴薯加工成粉，既能極大程度保留原始的風(fēng)味和性質(zhì)，又利于進(jìn)行產(chǎn)品的再加工[3-4]。通過(guò)將馬鈴薯鮮薯經(jīng)切片、蒸煮、混合、制泥、干燥和過(guò)篩等多道工藝制作成粉，可分為馬鈴薯雪花全粉、馬鈴薯顆粒全粉2種類型[5]，經(jīng)過(guò)加工制作，馬鈴薯全粉可以很好地保持馬鈴薯細(xì)胞的完整性，同時(shí)絕大部分的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸、微量元素等營(yíng)養(yǎng)成分也得以保存。此外，全粉加工出的食品在保持馬鈴薯的原汁原味的同時(shí)，還具有優(yōu)質(zhì)的食品加工性能，在薯片、焙烤食品、膨化食品、馬鈴薯泥等產(chǎn)品中有大量應(yīng)用[6-7]。馬鈴薯全粉中不含麩質(zhì)蛋白，具備開(kāi)發(fā)無(wú)麩質(zhì)食品的原料優(yōu)勢(shì)，然而卻存在面食品制作時(shí)延展性差、難以成型、產(chǎn)品持水力差等加工性能不足的弊端[8]。許多學(xué)者開(kāi)展將麥類面粉、谷朊粉、親水膠體和特定蛋白質(zhì)等作為改良劑與馬鈴薯全粉相混合的方法以實(shí)現(xiàn)馬鈴薯全粉的產(chǎn)品性能改良的研究[9-11]，也有學(xué)者報(bào)道通過(guò)超聲波、濕熱處理和生物法對(duì)馬鈴薯全粉進(jìn)行改性處理進(jìn)而提升其加工性能的研究[12-13]。

雙螺桿擠壓工藝是通過(guò)對(duì)喂料速度與螺桿轉(zhuǎn)速的控制，強(qiáng)制物料通過(guò)螺桿并由模具擠出成型，在此過(guò)程中，物料在強(qiáng)大的擠壓和剪切力作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)及形態(tài)的改變，其中蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)裂解與展開(kāi)，淀粉中的支鏈淀粉快速裂解、降低結(jié)晶度并增大直鏈淀粉的比例，進(jìn)而改變蛋白與淀粉原有的結(jié)合狀態(tài)而改良加工性能。利用雙螺桿擠壓剪切的改性效應(yīng)提升馬鈴薯全粉加工性能的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，利用螺桿擠壓的物理改性作用，以大眾化的主食面條為落腳點(diǎn)，通過(guò)外加蛋白質(zhì)的方法并結(jié)合雙螺桿擠壓工藝，研發(fā)無(wú)麩質(zhì)馬鈴薯面條擴(kuò)大馬鈴薯主食品類，提高馬鈴薯資源利用率，有助于馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的實(shí)踐推廣。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯全粉：馬鈴薯鮮薯（夏波蒂品種），購(gòu)自呼和浩特市武川縣馬鈴薯種植基地，由黑龍江北大荒馬鈴薯全粉（內(nèi)蒙古）有限公司加工制粉（蛋白質(zhì)含量12%、能量18%、脂肪0、碳水化合物26%、鈉0）；食用木薯淀粉（食品級(jí)，河南新鄉(xiāng)良潤(rùn)全谷物食品有限公司）；速溶分離乳清蛋白粉（食品級(jí)，上海嘉萌生物科技有限公司）；大米水解蛋白（食品級(jí)，武漢永國(guó)蛋白粉有限公司）；大豆分離蛋白（食品級(jí)，浙江一諾生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

DSE32-實(shí)驗(yàn)型雙螺桿擠壓膨化機(jī)（濟(jì)南大彤機(jī)械設(shè)備有限公司）；SCIENTZ-10N/A冷凍干燥機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）；TM4000Plus掃描電鏡（日本Hitachi公司）；IR Tracer 100傅里葉變換紅外光譜（日本島津公司）；TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀（英國(guó)Stable Micro System公司）。

1.3 方法

1.3.1 擠壓型無(wú)麩質(zhì)面條的制作

以100 g馬鈴薯全粉為基準(zhǔn)，經(jīng)前期預(yù)試驗(yàn)分析，在固定加入10%木薯淀粉的基礎(chǔ)上，分別添加不同添加量（3%，6%和9%）的3種蛋白（大米水解蛋白，分離乳清蛋白和大豆分離蛋白），用蒸餾水調(diào)節(jié)樣品的含水量，使用雙螺桿擠壓機(jī)，并以在螺桿轉(zhuǎn)速20 Hz/min、喂料速度10 Hz/min的條件下制作的擠壓型無(wú)麩質(zhì)面條為試驗(yàn)組；因未經(jīng)過(guò)螺桿擠壓處理的樣品無(wú)法形成完整的面條，故使用未添加蛋白質(zhì)但經(jīng)擠壓的馬鈴薯全粉面條為空白組。將試驗(yàn)組和空白組面條均置于冰箱4 ℃冷藏待測(cè)。

1.3.2 試驗(yàn)方法

1.3.21 面條的表面微觀形貌測(cè)定

參照潘志琴等[12]的方法略作修改。將面條凍干24 h，取面條自然橫斷面。將橫斷面噴金后置于導(dǎo)電膠帶上，使用洗耳球清除未粘牢的樣品。采用掃描電鏡并設(shè)置加速電壓15 kV，放大200×觀察面條的表面微觀形貌。

1.3.22 面條的傅里葉紅外光譜分析

參照岳苗[13]的方法進(jìn)行少量修改。取凍干后的面條樣品研磨成粉，過(guò)0.150 mm（100目）篩。取2 mg過(guò)篩后的樣品與200 mg溴化鉀充分研磨。壓片后進(jìn)行樣品紅外光譜的測(cè)定。設(shè)置掃描范圍4～4 000 cm-1、掃描次數(shù)32次、分辨率4 cm-1。

1.3.23 面條的蒸煮特性

參照Int等[14]的方法測(cè)定面條的蒸煮特性。將面條置于沸水中煮150 s，用濾網(wǎng)撈出并用冷水浸泡30 s，使用濾紙吸干表面水分，稱重。面條吸水率根據(jù)式（1）計(jì)算。

式中：W0為煮前面條質(zhì)量，g；W1為煮后面條質(zhì)量，g。

取20根面條置于沸水中煮至白芯消失后撈出，置于冷水中30 s后逐根挑出，記錄斷條數(shù)，面條斷條率根據(jù)式（2）計(jì)算。

式中：n0為面條總條數(shù)，根；n1為斷條數(shù)，根。

1.3.24 面條的質(zhì)構(gòu)特性

參照Yang等[15]的方法對(duì)面條的全質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)定。取1.3.4中煮熟的面條，將3根面條等距排列，置于P100型探頭正下方。設(shè)置測(cè)前速度2 mm/s，測(cè)中速度1 mm/s，測(cè)后速度2 mm/s，形變量50%，觸發(fā)力5 g，2次下壓間隔1 s。記錄樣品的硬度、彈性、內(nèi)聚性及黏附性。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均做至少3次重復(fù)。使用Origin 2021進(jìn)行圖表的制作。使用SPSS 26對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及差異性分析，顯著性界值為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 無(wú)麩質(zhì)面條的微觀結(jié)構(gòu)

如圖1所示，不同蛋白質(zhì)的加入使得面條橫截面微觀形貌發(fā)生明顯變化。圖1（a）表明大豆分離蛋白加入后，面條截面孔洞增加，面條橫截面最為粗糙，且結(jié)構(gòu)不致密，這可能是蛋白加入后的不均勻性導(dǎo)致。大豆分離蛋白添加量從3%增至9%時(shí)，面條孔洞減少，但有裂縫產(chǎn)生，說(shuō)明大豆分離蛋白添加過(guò)多對(duì)面條的微觀結(jié)構(gòu)有負(fù)面作用。張瑩瑩[16]研究也表明，大豆蛋白的加入會(huì)阻礙面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，使面團(tuán)的加工性能及面制品的品質(zhì)下降。圖1（b）顯示，大米蛋白的加入使面條的結(jié)構(gòu)致密，孔洞減少。面條截面相對(duì)光滑，隨著添加量的增加，面條截面變光滑，但添加量達(dá)到9%，截面開(kāi)始變粗糙。對(duì)比之下，圖1（c）中的添加乳清蛋白試驗(yàn)組的面條表面孔洞最多，但大小更加均勻。乳清蛋白的加入同樣導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，對(duì)比空白組（圖1 d）其截面更致密、平整。隨著添加量的增加，其表面結(jié)構(gòu)未見(jiàn)明顯變化。陳舒涵等[17]研究表明，乳清濃縮蛋白的加入在一定程度上會(huì)減弱面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致面條品質(zhì)降低。

2.2 無(wú)麩質(zhì)面條的紅外光譜分析

圖2為不同樣品的紅外光譜。對(duì)比空白組，試驗(yàn)組的紅外光譜吸收峰的位置及形狀未見(jiàn)明顯改變，無(wú)新的吸收峰出現(xiàn)，即螺桿擠壓及外源蛋白質(zhì)的加入，并未使馬鈴薯全粉產(chǎn)生新的基團(tuán)。3 200～3 700 cm-1之間出現(xiàn)的吸收峰是O—H伸縮振動(dòng)導(dǎo)致[18]，與空白組相比，復(fù)配粉在3 200～3 700 cm-1之間峰強(qiáng)度發(fā)生增大，證明蛋白質(zhì)的加入及螺桿的作用，增加O—H的伸縮振動(dòng)，這可能增強(qiáng)了復(fù)配粉各組分之間氫鍵的締合作用。王相甜等[19]研究表明，淀粉通過(guò)氫鍵發(fā)生交聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)而提升其硬度及彈性等品質(zhì)指標(biāo)。

2.3 無(wú)麩質(zhì)面條的蒸煮特性

2.3.1 面條吸水率

使用吸水率表征面條熟化過(guò)程中可吸收水的能力。蛋白質(zhì)的加入不同程度提高面條的吸水率。其中，添加大米水解蛋白的面條吸水率最大，其次為乳清蛋白，大豆分離蛋白最小。螺桿擠壓產(chǎn)生的剪切力，可以提高淀粉的破損程度，暴露出更多的親水基團(tuán)，使吸水率增加。此外，蒸煮屬于熱過(guò)程，淀粉在熱的作用下發(fā)生部分糊化，糊化的淀粉失去其原有的晶型及結(jié)構(gòu)力，整體變松散，致使吸水率增加[20]。蛋白質(zhì)種類不同導(dǎo)致吸水率不同的主要原因在于不同蛋白的加入對(duì)面條結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同影響。面條孔洞及裂縫的產(chǎn)生，使得部分水分被束縛，進(jìn)而產(chǎn)生不同。此外，不同種類蛋白的吸水能力存在差異，螺桿擠壓對(duì)不同蛋白的作用效果也存在差異。隨著添加量的增加，3種蛋白復(fù)配粉的面條吸水率均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。證明過(guò)量蛋白質(zhì)的加入會(huì)降低面條的品質(zhì)，這可能是由于蛋白的過(guò)量加入，導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)生聚集，減少蛋白質(zhì)親水基團(tuán)的暴露。不同種類蛋白質(zhì)及添加量對(duì)復(fù)配粉面條吸水率的影響如圖3所示。

圖3 不同種類蛋白質(zhì)及添加量對(duì)復(fù)配粉面條吸水率的影響

2.3.2 面條斷條率

熟面條的斷條率是面條品質(zhì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)之一[21]。圖4顯示，添加大米水解蛋白的面條斷條率最小，而乳清蛋白、大豆分離蛋白添加的情況明顯遜色于大米水解蛋白。3種蛋白的加入均使面條斷條率顯著降低，面條品質(zhì)得到提升。不同蛋白質(zhì)添加量時(shí)斷條率不同的主要原因可能是在蒸煮過(guò)程中，蛋白質(zhì)圍繞在淀粉顆粒周圍，抑制其膨脹，提高其高溫糊化耐受性，不同蛋白質(zhì)與馬鈴薯全粉中淀粉的交聯(lián)狀態(tài)不同，因而顯示出不同斷條率。蛋白質(zhì)添加量對(duì)面條斷條率的影響并不顯著，在不同蛋白質(zhì)添加下，面條斷條率隨著添加量的增加呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。大米水解蛋白添加量6%時(shí)，斷條率最低。

圖4 不同種類蛋白質(zhì)及添加量對(duì)復(fù)配粉面條斷條率的影響

2.4 無(wú)麩質(zhì)面條的質(zhì)構(gòu)特性

熟化后面條的質(zhì)構(gòu)特性見(jiàn)表1。不同種類及添加量蛋白質(zhì)的加入使面條的硬度、彈性、內(nèi)聚性、黏附性產(chǎn)生顯著變化。硬度表示面條的軟硬程度，對(duì)比空白組，蛋白質(zhì)加入后的面條硬度顯著降低。蛋白添加量3%時(shí)，乳清蛋白組的面條硬度達(dá)到最低，大豆分離蛋白次之；添加量6%和9%時(shí)，大豆分離蛋白組的硬度達(dá)到最低；隨著添加量不斷變化，大米水解蛋白組的面條硬度始終呈現(xiàn)最高。內(nèi)聚性可以反映食品主體內(nèi)部化學(xué)鍵的強(qiáng)度，內(nèi)聚性越高，食品結(jié)構(gòu)越緊密。對(duì)比空白組，各試驗(yàn)組的內(nèi)聚性均得到顯著提升，證明蛋白質(zhì)的加入可以增強(qiáng)面條內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密程度。螺桿擠壓產(chǎn)生的剪切力破壞淀粉結(jié)構(gòu)，增加淀粉的溶出。溶出的淀粉在熱的作用下產(chǎn)生糊化，形成具有內(nèi)聚性的凝膠網(wǎng)絡(luò)。此外，巨大的剪切力破壞蛋白質(zhì)的原有交聯(lián)，促進(jìn)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，進(jìn)而增加面條的內(nèi)聚性。大米水解蛋白添加量6%時(shí)，面條內(nèi)聚性最佳。彈性是指恢復(fù)形變的能力，蛋白質(zhì)的加入顯著提升面條彈性，并在大米水解蛋白添加量6%時(shí)達(dá)到最優(yōu)。黏附性可表示食物變形后的表面黏性。黏附性越大，面條越容易粘連，造成品質(zhì)的下降。乳清蛋白組隨著添加量的增加，黏附性持續(xù)增加，添加量9%時(shí)，黏附性達(dá)到空白組的1.4倍。大豆分離蛋白及大米水解蛋白的加入降低面條的黏附性，但在過(guò)量添加時(shí)會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集，增大面條質(zhì)地的不均勻性，造成黏附性的增加，進(jìn)而影響面條品質(zhì)。不同種類蛋白質(zhì)的加入對(duì)各指標(biāo)產(chǎn)生不同影響的原因可能與淀粉競(jìng)爭(zhēng)水分的能力不同[17]，導(dǎo)致相同蒸煮時(shí)間內(nèi)淀粉糊化程度不同有關(guān)。

表1 蛋白添加對(duì)馬鈴薯面條TPA的影響

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)復(fù)配粉面條微觀結(jié)構(gòu)、紅外光譜、蒸煮特性及質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定，探究不同種類及添加量的蛋白質(zhì)對(duì)擠壓型無(wú)麩質(zhì)面條的影響。蛋白的加入使面條結(jié)構(gòu)更加致密，但過(guò)量加入會(huì)導(dǎo)致面條劣化。蛋白質(zhì)及螺桿擠壓的共同作用未使復(fù)配粉產(chǎn)生新的基團(tuán)。不同種類蛋白質(zhì)對(duì)面條的品質(zhì)產(chǎn)生不同程度影響，不論何種蛋白質(zhì)，過(guò)量的加入均會(huì)引起品質(zhì)劣化。其中，添加6%大米水解蛋白的面條在吸水率、斷條率及硬度等指標(biāo)均表現(xiàn)最優(yōu)。