馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)特性研究

陳 潔，張智勇，李 璞，王彥波，孫同輝

1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

2.中糧糧谷控股有限公司，北京 100020

我國馬鈴薯產(chǎn)量穩(wěn)定，約占世界馬鈴薯產(chǎn)量的25%，居世界首位。馬鈴薯屬于茄科茄屬類植物，塊莖可以食用，飽腹感強(qiáng)，富含蛋白質(zhì)和淀粉，脂肪含量低，蛋白質(zhì)與動物蛋白相似，易消化吸收，而且含有人體必需的各種氨基酸。受東方傳統(tǒng)飲食文化的影響，60%的馬鈴薯在我國多以蔬菜食用，因加工工藝的限制，只有不足20%作為主食進(jìn)行消費(fèi),而歐洲人對馬鈴薯的消費(fèi)模式已經(jīng)逐步趨近主食化[1-2]。2015年1月我國提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，鼓勵將馬鈴薯加入傳統(tǒng)主食中，增加國民馬鈴薯攝入量，提高馬鈴薯產(chǎn)品利用率[3]。王春香等[4]在馬鈴薯全粉與小麥粉混合后對混粉面團(tuán)拉伸特性的研究中指出，當(dāng)馬鈴薯全粉的添加量大于5%時，對混粉面團(tuán)中的面筋蛋白有較大稀釋作用；郭祥想等[5]研究了不同比例馬鈴薯全粉和小麥粉混合，結(jié)果表明，隨著混合粉中馬鈴薯全粉比例增大，面團(tuán)形成時間和穩(wěn)定時間下降，回生值和衰減值也下降；蔡沙等[6]研究了馬鈴薯全粉計(jì)量效應(yīng)對面團(tuán)特性及饅頭品質(zhì)的作用，結(jié)果表明，當(dāng)添加量為8%～15%時，面團(tuán)有較好的糊化、揉混及拉伸特性，當(dāng)添加量為5%～8%時，饅頭品質(zhì)較好。

市場上的馬鈴薯全粉多為糊化后制粉，原有品質(zhì)已發(fā)生變化，加工性能受到局限，故作者將一種顆粒完整度高、品質(zhì)優(yōu)良的低糊化度馬鈴薯生全粉與小麥粉混合，研究混粉面團(tuán)的拉伸特性、應(yīng)力松弛特性、動態(tài)流變學(xué)特性、淀粉晶型、相對結(jié)晶度以及微觀結(jié)構(gòu)，探究馬鈴薯生全粉對混粉面團(tuán)特性的影響，進(jìn)一步推動馬鈴薯主食化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯生全粉：自制；金苑特一粉(小麥粉)：河南鄭州金苑面業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：福州華志科學(xué)有限公司；和面機(jī)：北京東方孚德技術(shù)發(fā)展中心；小型制面機(jī)組：北京騰威機(jī)械有限公司；TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；哈克流變儀：美國TA公司；真空冷凍干燥機(jī)：北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；高速萬能粉碎機(jī)：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；X射線衍射儀：荷蘭PANalytical公司；掃描電子顯微鏡：荷蘭Phenom公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)制作方法

取馬鈴薯生全粉添加量分別為0%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%的混粉各100 g，加水(0%混粉加32%水，10%混粉加33%水，15%混粉加34%水，20%混粉加35%水，25%混粉加36%水，30%混粉加37%水，35%混粉加38%水，40%混粉加39%水，45%混粉加40%水)，加鹽1%，經(jīng)針式和面機(jī)和面4 min，醒發(fā)20 min。

1.3.2 面團(tuán)拉伸特性測定

參照文獻(xiàn)[7]中面團(tuán)拉伸特性的測定方法，每組樣品進(jìn)行6次試驗(yàn)，取平均值。

1.3.3 面團(tuán)應(yīng)力松弛測定

參考文獻(xiàn)[8]的測試方法。取混粉面團(tuán)，將面團(tuán)壓至厚3.5 mm、直徑25 mm的面片，并靜置20 min[9]，使殘留壓力松弛后進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗(yàn)，每個樣品重復(fù)5次。采用P/35測試探頭，測試速度1.00 mm/s，形變10%，觸發(fā)力5.0 g，釋放時間180 s。

1.3.4 面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)性質(zhì)測定

參考文獻(xiàn)[7]的測定方法。取混粉面團(tuán)，將面團(tuán)壓至厚3.5 mm、直徑25 mm的面片，并靜置20 min[9]，使殘留壓力松弛。動態(tài)流變儀平板直徑40 mm，夾縫距離3 mm，應(yīng)變1%，溫度25 ℃，頻率0.1～100 Hz。

1.3.5 面團(tuán)淀粉晶型及相對結(jié)晶度測定

混粉面團(tuán)經(jīng)真空冷凍干燥，粉碎，過100目篩，進(jìn)行廣角X-射線衍射。測定條件：掃描頻率4°/min，入射角4°～40°，步長0.06°。利用軟件Jade 6.0分析X-射線衍射圖譜，計(jì)算相對結(jié)晶度。

1.3.6 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)測定

混粉面團(tuán)經(jīng)真空冷凍干燥、切塊，進(jìn)行鍍金處理，使用掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品觀察拍照。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，使用Origin 2017繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)拉伸特性分析

拉伸力可反映面團(tuán)的強(qiáng)度和筋力，由小麥粉中麥谷蛋白決定；拉伸距離可反映面團(tuán)延展特性和可塑性，由小麥粉中麥醇溶蛋白決定[10-12]。由圖1可知，隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加，混粉面團(tuán)的拉伸力與拉伸距離呈顯著下降趨勢(P<0.05)?；旆勖娼畹鞍妆幌♂專瑢?dǎo)致面筋含量偏低，同時馬鈴薯生全粉較高的持水性使混粉面團(tuán)過度吸水，面筋品質(zhì)下降，故拉伸力和拉伸距離均呈下降趨勢。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性分析

圖2為應(yīng)力松弛試驗(yàn)中時間與應(yīng)力的關(guān)系。面團(tuán)應(yīng)力松弛曲線都可以用廣義 Maxwell 模型進(jìn)行非線性擬合[13]，本試驗(yàn)的松弛階段存在不能完全松弛的殘余應(yīng)力，故適合用Maxwell 三元素模型進(jìn)行擬合，擬合方程：

圖2 面團(tuán)的應(yīng)力松弛特征曲線

馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性見表1，隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加，殘余應(yīng)力(E2)呈先上升后下降的趨勢，阻尼系數(shù)(η)和松弛時間(τ)均呈下降趨勢。E2為鄰近分子鏈相對運(yùn)動引起形變達(dá)到平衡時所需的應(yīng)力，E2越大，表明面團(tuán)的硬度越大[13]。當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量為10%～15%時，各混粉面團(tuán)的E2均顯著高于小麥粉面團(tuán)的E2(P<0.05)，馬鈴薯生全粉在制粉過程中進(jìn)行過熱風(fēng)干燥處理，熱處理使馬鈴薯細(xì)胞壁中果膠鏈的硬度增加，從而影響了混粉面團(tuán)體系的硬度；混粉面團(tuán)的相對結(jié)晶度隨著馬鈴薯生全粉的添加有所增加，會使淀粉的強(qiáng)度、硬度增加[14]。當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量繼續(xù)增大，混粉面團(tuán)的E2開始下降，馬鈴薯生全粉的添加提高了混粉面團(tuán)的吸水率，水分含量增加會影響面團(tuán)結(jié)構(gòu)的緊密性，導(dǎo)致面團(tuán)硬度呈現(xiàn)下降趨勢。

η代表樣品的初始黏度[15]，馬鈴薯淀粉顆粒阻礙了小麥淀粉和面筋蛋白的結(jié)合，影響面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致混粉面團(tuán)中面筋數(shù)量與質(zhì)量的雙重下降，使得面團(tuán)的黏結(jié)性下降，出現(xiàn)低于小麥粉阻尼系數(shù)的變化。松弛時間減少表明面團(tuán)容易變形[13]。當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量為10%～15%時，面團(tuán)的松弛時間較長，面團(tuán)內(nèi)部的黏結(jié)力較大。隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加，混粉面團(tuán)中的面筋結(jié)構(gòu)被稀釋，面團(tuán)黏彈性下降，且面團(tuán)過高的吸水率也會影響面筋的形成，導(dǎo)致面團(tuán)結(jié)構(gòu)松散，容易變形。

表1 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)應(yīng)力松弛特性

2.3 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)動態(tài)流變學(xué)特性分析

由圖3可知，隨著掃描頻率的增加，混粉面團(tuán)的彈性模量均呈上升趨勢。在同一頻率下，混粉面團(tuán)的彈性模量隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加呈現(xiàn)下降趨勢，馬鈴薯生全粉的加入導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)形成受阻，面團(tuán)彈性下降。

圖3 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)彈性模量的變化

由圖4可知，隨著掃描頻率的增加，各添加量混粉面團(tuán)的黏性模量均呈上升趨勢。在同一頻率下，混粉面團(tuán)的黏性模量隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加呈現(xiàn)下降的趨勢。馬鈴薯生全粉的加入影響了混粉面團(tuán)面筋的形成，面團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不緊密，分子間結(jié)合力較小，面團(tuán)黏結(jié)性下降，混粉面團(tuán)的吸水率隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加呈現(xiàn)上升趨勢，過多的水分子導(dǎo)致面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生水合，形成水化層，降低面團(tuán)黏性[16]。

圖4 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)黏性模量的變化

由圖5可知，隨著掃描頻率的增加，各添加量混粉面團(tuán)的tanδ均呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢，且在頻率為4～7 Hz時達(dá)到最小值。在同一頻率下，混粉面團(tuán)的tanδ隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢，面團(tuán)中大分子高聚物含量下降導(dǎo)致tanδ上升。

圖5 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)tan δ的變化

2.4 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)淀粉晶型及相對結(jié)晶度分析

不同物質(zhì)的晶體都有其自己的晶體結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣參數(shù)，在X-射線掃描時會出現(xiàn)不同的圖譜[17-21]。由圖6可知，特一粉的X-衍射圖譜中，2θ在15.3°、17.1°、18.2°和23.5°處附近有明顯的尖峰，小麥粉淀粉的晶型結(jié)構(gòu)為A型；馬鈴薯生全粉的X-衍射圖譜中，2θ在5.6°、15.0°、17.2°、22.2°和24.0°處附近有明顯的尖峰出現(xiàn)，馬鈴薯生全粉淀粉的晶型結(jié)構(gòu)為B型；兩種粉淀粉晶體晶胞大小、形狀及排列方向的差異，導(dǎo)致衍射空間分布不同，有不同的衍射曲線[22]。此試驗(yàn)結(jié)果符合不同來源的淀粉呈現(xiàn)出不同的衍射圖譜的結(jié)論[23]。大多數(shù)谷物淀粉呈現(xiàn)A型，塊莖類及高直鏈玉米淀粉、老化淀粉多為B型[24]。

圖6 馬鈴薯生全粉和小麥粉淀粉晶型對比

由圖7可知，馬鈴薯生全粉的添加對混粉面團(tuán)體系的淀粉X-射線衍射圖譜有影響。特一粉面團(tuán)與小麥粉的X-衍射圖譜基本一樣，2θ在15.3°、17.1°、18.2°和23.5°處附近有明顯的尖峰，是典型的A型結(jié)構(gòu)；隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加，2θ在17.1°和18.2°處附近的尖峰逐漸去尖峰化，2θ在18.2°處的尖峰強(qiáng)度慢慢開始變小，當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量大于20%時，2θ在17.1°和18.2°處的兩個尖峰強(qiáng)度已經(jīng)完全持平，當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量大于35%時，2θ在17.1°和18.2°處的兩個尖峰已經(jīng)逐漸演變?yōu)橐粋€尖峰，此時混合粉面團(tuán)的X-衍射圖譜與馬鈴薯生全粉圖譜基本一致，當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量大于35%時，生全粉的添加使得混合粉面團(tuán)的淀粉結(jié)構(gòu)為B型。

圖7 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)淀粉晶型分析

淀粉相對結(jié)晶度是指淀粉中晶體所占的比例，它是衡量淀粉晶體特性的另一個重要指標(biāo)[25-27]。由圖8可知，隨著馬鈴薯生全粉添加量的增加，混粉面團(tuán)中淀粉相對結(jié)晶度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，且在馬鈴薯生全粉添加量為15%～20%時，相對結(jié)晶度達(dá)到最大值，當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量大于20%時，相對結(jié)晶度開始下降。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.5 馬鈴薯生全粉-小麥粉混粉面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖9可知，小麥粉面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)形成均勻緊實(shí)，淀粉顆粒有序排列在面筋網(wǎng)絡(luò)中，且被完全包裹；當(dāng)添加10%～15%的馬鈴薯生全粉時，面筋網(wǎng)絡(luò)仍緊實(shí)包裹淀粉顆粒；當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量為20%～30%時，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)空洞，淀粉顆粒裸露；當(dāng)馬鈴薯生全粉添加量為35%～45%時，面筋網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性被打亂，空洞數(shù)量增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散無序。馬鈴薯生全粉的添加會稀釋混粉體系中面筋蛋白的含量，在形成面團(tuán)時，面筋網(wǎng)絡(luò)被持續(xù)稀釋，出現(xiàn)空洞、縫隙，甚至連續(xù)性和有序性被打亂，最后導(dǎo)致面筋撕裂、淀粉裸露的微觀結(jié)構(gòu)。

注：a—i分別為馬鈴薯生全粉添加量為0%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%。

3 結(jié)論

對馬鈴薯生全粉不同添加量的混粉面團(tuán)的拉伸、應(yīng)力松弛、動態(tài)流變學(xué)特性及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：馬鈴薯生全粉的添加降低了混粉面團(tuán)的黏彈性，其拉伸力與拉伸距離呈顯著下降趨勢(P<0.05)；馬鈴薯生全粉的添加使得混粉面團(tuán)中淀粉呈現(xiàn)B型結(jié)構(gòu)，隨著生全粉添加量的增加，相對結(jié)晶度先增大后減小，在添加量為15%～20%時，相對結(jié)晶度達(dá)到最大值，當(dāng)添加量為20%～30%時，面團(tuán)中面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有序性和連續(xù)性受到影響，出現(xiàn)空洞。綜觀馬鈴薯生全粉添加量對混粉體系的影響，當(dāng)添加量為15%時最為合適，混粉面團(tuán)有較好的品質(zhì)特性。本研究為馬鈴薯主食化技術(shù)的開發(fā)提供了理論依據(jù)，可促進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。