張鳳婕,任妍妍,張?zhí)煺Z(yǔ),曹燕飛,李宏軍,2,*

(1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院,山東淄博 255049;2.樂陵希森馬鈴薯產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司,山東德州 253600)

馬鈴薯作為世界第四大糧食作物[1],具有糧食和蔬菜的雙重特點(diǎn)。研究表明,馬鈴薯中含有多種營(yíng)養(yǎng)成分,其中賴氨酸和色氨酸含量較高,而這兩者可以補(bǔ)足小麥粉中氨基酸的缺陷,故將馬鈴薯全粉和小麥粉配合可以使小麥粉中蛋白質(zhì)的功效提升[2]。目前隨著國(guó)家馬鈴薯主食化發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn),國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)于馬鈴薯全粉的需求呈逐漸上升趨勢(shì)[3]。但是,由于馬鈴薯全粉中淀粉成分主要為支鏈淀粉,不含面筋蛋白,無(wú)法形成具有粘彈性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[4],降低了面團(tuán)相應(yīng)的加工特性,當(dāng)用高含量馬鈴薯全粉制作饅頭時(shí),存在成型難、口感差等問題[5],這制約著高含量馬鈴薯全粉饅頭的推廣。

在馬鈴薯全粉饅頭的制作過程中,可以通過添加改良劑的方法提高面團(tuán)的粘彈性。任立煥等[6]研究了不同改良劑對(duì)馬鈴薯面條品質(zhì)的影響,研究表明:谷朊粉和海藻酸鈉可明顯提高面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間,增加面條硬度、彈性、膠著度;硬脂酰乳酸鈣鈉和木薯抗性淀粉均可改善混合粉的粉質(zhì)特性。Liu等[7]研究了不同凝膠對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械性能的影響,結(jié)果表明親水膠體的添加可明顯增加面團(tuán)的糊化溫度和吸水率。國(guó)外的研究中馬鈴薯全粉主要是作為添加劑或輔助原料,用以改善食品的感官品質(zhì)。Rodriguez-Sandoval等[8]研制了馬鈴薯-小麥混合全粉面包和藜麥-小麥混合全粉面包,發(fā)現(xiàn)馬鈴薯-小麥混合全粉的吸水性、水溶性和膨脹能力等均好于藜麥-小麥混合全粉;添加10%馬鈴薯全粉制作出的面包物理性質(zhì)與全麥面包基本相同。

目前,關(guān)于不同改良劑對(duì)馬鈴薯面團(tuán)影響的研究已有很多,但改良劑對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的研究不多,且馬鈴薯全粉添加量50%左右的研究報(bào)道較少。因此,本文利用質(zhì)構(gòu)儀、高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀分析谷朊粉、蛋清粉、海藻酸鈉等改良劑對(duì)含50%馬鈴薯全粉面團(tuán)拉伸特性和流變學(xué)特性的影響,旨在為改善高馬鈴薯全粉面團(tuán)的品質(zhì)特性提供應(yīng)用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯全粉(水分含量7.18%,淀粉含量69.08%,蛋白質(zhì)含量16.25%) 內(nèi)蒙古希森馬鈴薯全粉有限公司;雪花小麥粉(水分含量11.76%,淀粉含量68.50%,蛋白質(zhì)含量9.11%) 五得利面粉集團(tuán)有限公司;谷朊粉 康迪粉業(yè)有限公司;蛋清粉 眾意蛋業(yè)有限公司;海藻酸鈉 青島雙城海藻有限公司。

Kinexus高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀 英國(guó)馬爾文儀器公司;XA.XT.plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司;JZC-TSE-30型電子天平 福州科迪電子技術(shù)有限公司;B15型三功能攪拌機(jī) 廣東力豐機(jī)械制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 面團(tuán)的制備 每100 g混合粉,加入75%的純凈水(以混粉質(zhì)量計(jì)),使其形成干濕均勻的松散顆粒面團(tuán),和面5 min,到面團(tuán)表面光滑,無(wú)生粉夾雜,然后用保鮮袋密封,以備測(cè)試使用。

1.2.1.1 對(duì)照混合粉 將馬鈴薯全粉與小麥粉混合,配成馬鈴薯全粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%(固定馬鈴薯全粉、面粉比例總和為100%)的混配粉,并作為對(duì)照組制成面團(tuán),測(cè)定面團(tuán)的拉伸特性和流變特性。

1.2.1.2 添加改良劑的混合粉 添加50%馬鈴薯全粉后面團(tuán)的加工特性降低,需要添加改良劑改善其加工特性。固定蛋清粉添加量為7%,海藻酸鈉添加量為0.6%,混配粉中添加谷朊粉的比例為3%、3.5%、4%、4.5%、5%,研究谷朊粉添加量對(duì)面團(tuán)拉伸特性和流變特性的影響;固定谷朊粉添加量為4.5%,海藻酸鈉添加量為0.6%,混配粉中添加蛋清粉的比例為6%、7%、8%、9%、10%,研究蛋清粉添加量對(duì)面團(tuán)拉伸特性和流變特性的影響;固定谷朊粉添加量為4.5%,蛋清粉添加量為7%,混配粉中添加海藻酸鈉的比例為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%,研究海藻酸鈉添加量對(duì)面團(tuán)拉伸特性和流變特性的影響。

試驗(yàn)中混合粉的總質(zhì)量不變,改良劑添加比例為所占固定總和的百分比。食品添加劑的用量范圍參照GB 2760-2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》。

1.2.2 面團(tuán)的拉伸特性測(cè)定 采用質(zhì)構(gòu)儀的面團(tuán)拉伸程序測(cè)定面團(tuán)的拉伸性質(zhì),每組樣品測(cè)定5根面帶,由程序求平均值作為最終數(shù)據(jù)。質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試程序參數(shù)設(shè)定[9]為:測(cè)試模式:拉伸;測(cè)前速度:2.00 mm/s;測(cè)試速度:3.3 mm/s;測(cè)后速度:10.0 mm/s;目標(biāo)模式:距離;距離:75 mm;觸發(fā)類型(Trigger Type):自動(dòng)(力);觸發(fā)力(Trigger Force):5 g;斷裂模式:關(guān)閉;停止位置:開始位置;校正模式:自動(dòng)。探頭為:A/KIE。

1.2.3 面團(tuán)的流變特性測(cè)定 參照黃蓮燕等[10]的方法稍作修改,采用高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定面團(tuán)的流變特性,面團(tuán)在直徑為40 mm的光滑平板模具上進(jìn)行流變測(cè)定,用刮板刮去多余的面團(tuán),蓋上保護(hù)蓋,并加入硅油防止水分蒸發(fā)。開始測(cè)試前使面團(tuán)在平行板上進(jìn)行5 min穩(wěn)定平衡,以排除面團(tuán)中殘余機(jī)械作用力對(duì)結(jié)果造成影響。分別對(duì)樣品進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試和頻率掃描流變學(xué)實(shí)驗(yàn)。應(yīng)力測(cè)試參數(shù)設(shè)定:頻率為1 Hz;應(yīng)力范圍為0.01%～10%;頻率掃描測(cè)試參數(shù)為:溫度25 ℃,應(yīng)力0.1%,頻率變化范圍0.1～10 Hz,研究彈性模量(G′)、粘性模量(G″)和損耗角正切值(tanδ=G″/G′)隨頻率的變化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,使用OriginPro 9.1軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 改良劑對(duì)面團(tuán)拉伸特性的影響

由圖1a可以看出,和對(duì)照組相比,添加谷朊粉后面團(tuán)的抗拉力明顯提高,表明添加一定量的谷朊粉有利于增大面團(tuán)的拉伸力,改善其拉伸性能。隨著谷朊粉添加比例的增加,面團(tuán)的抗拉力明顯升高,當(dāng)谷朊粉添加量為4.5%時(shí),面團(tuán)抗拉力達(dá)到最大值89.41 g,隨后面團(tuán)的抗拉力下降。這可能是由于谷朊粉的加入增大了面筋蛋白含量,使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密;而谷朊粉添加量過多使蛋白質(zhì)含量相應(yīng)提高,面團(tuán)筋性降低,從而導(dǎo)致面團(tuán)的拉伸性能降低[11]。劉穎等[12]將谷朊粉添加到馬鈴薯小麥混配粉中,面團(tuán)的拉伸特性同樣有所改善。

由圖1b可以看出,面團(tuán)的抗拉力隨蛋清粉添加量的增加呈先上升后平緩下降的趨勢(shì),和對(duì)照組相比,添加蛋清粉后面團(tuán)的抗拉力明顯提升。說(shuō)明蛋清粉的加入,增加了面團(tuán)中蛋清蛋白的含量,改善了面團(tuán)的拉伸性能。當(dāng)?shù)扒宸厶砑恿繛?% 時(shí),面團(tuán)的抗拉力達(dá)到最大值89.9 g,而蛋清粉添加量超過7%時(shí),面團(tuán)抗拉力反而下降。可能隨著蛋清粉添加量的增大,面團(tuán)中蛋清蛋白的含量增多,面團(tuán)品質(zhì)更好,但當(dāng)?shù)扒宸厶砑恿窟^多時(shí),蛋清蛋白嵌入面筋網(wǎng)絡(luò)增多,破壞了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),面團(tuán)的拉伸性能降低[13]。羅云等[14]同樣研究得出蛋清粉添加量的增加能明顯增大面團(tuán)的抗拉力。

由圖1c可以看出,隨海藻酸鈉添加量的增加,面團(tuán)的抗拉力呈先升高后下降的趨勢(shì),和對(duì)照組相比,添加海藻酸鈉后面團(tuán)的抗拉力明顯提升。海藻酸鈉添加量為0.6%時(shí),面團(tuán)的抗拉力達(dá)到最大值82.24 g,當(dāng)海藻酸鈉添加量超過0.6%時(shí),面團(tuán)抗拉力下降?？傮w而言,加入少量海藻酸鈉可以改善面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使面團(tuán)粘彈性增加[15]。當(dāng)海藻酸鈉添加量過多(超過0.6%)時(shí),面筋蛋白被過度稀釋,從而使面團(tuán)的拉伸性能降低。有研究表明,海藻酸鈉在較低添加比例下,就能對(duì)面團(tuán)的拉伸特性有明顯的改善作用[16]。

2.2 改良劑對(duì)面團(tuán)流變特性的影響

2.2.1 谷朊粉對(duì)面團(tuán)流變特性的影響 流變儀可以測(cè)定面團(tuán)的粘彈性質(zhì),其測(cè)試的主要參數(shù)彈性模量G′是指儲(chǔ)存在物質(zhì)中的或經(jīng)過一個(gè)振動(dòng)周期的正弦形變后所恢復(fù)的能量,它所代表的是物質(zhì)的彈性本質(zhì);粘性模量G″是指每個(gè)周期的正弦形變所消耗或損失的能量,它代表的是物質(zhì)的粘性本質(zhì)。

由圖2a、圖2b中可以看出,隨頻率的不斷增加,面團(tuán)的彈性模量和粘性模量不斷增大。比較圖2a、圖2b,面團(tuán)的彈性模量均大于粘性模量,這表示實(shí)驗(yàn)中的面團(tuán)表現(xiàn)出較大的彈性。由圖2a、圖2b可知,隨谷朊粉添加比例的增大,馬鈴薯面團(tuán)的粘彈性發(fā)生明顯變化。和對(duì)照組相比,添加谷朊粉后G′和G″逐漸變大,但當(dāng)谷朊粉添加量達(dá)到5%時(shí),G′和G″反而減小。與對(duì)照組相比,谷朊粉添加量為4.5%時(shí),面團(tuán)的G′和G″達(dá)到最大值。這可能是由于谷朊粉的少量加入使得面團(tuán)中面筋蛋白含量增加,面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng),面團(tuán)的粘彈性升高。而谷朊粉添加量為5%時(shí),面團(tuán)的G′和G″均小于對(duì)照組,可能是由于谷朊粉添加比例增大導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量過高,面團(tuán)處于高度水合狀態(tài)形成小面筋球,阻礙了面團(tuán)形成面筋網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)[17],使面團(tuán)的粘彈性降低。

圖2 谷朊粉添加量對(duì)面團(tuán)流變特性的影響

損耗角正切值tanδ=G″/G′,表示測(cè)定材料中粘性和彈性的比例。由圖2c可以看出,實(shí)驗(yàn)中的面團(tuán)tanδ均小于1,說(shuō)明面團(tuán)的彈性占主導(dǎo)地位,具有類似固體的性質(zhì)[18]。面團(tuán)的tanδ隨頻率的不斷升高呈逐漸增大的趨勢(shì),表明在較低頻率掃描范圍內(nèi)(<10 Hz)混合面團(tuán)體系的穩(wěn)定性[19]。添加谷朊粉后面團(tuán)的tanδ均大于對(duì)照組,說(shuō)明谷朊粉的加入使得面筋蛋白質(zhì)的彈性增加,面筋蛋白中高聚物含量增多,聚合程度增大,這表明谷朊粉在面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)中存在復(fù)雜的相互作用。

2.2.2 蛋清粉對(duì)面團(tuán)流變特性的影響 由圖3a、圖3b中可以看出,隨頻率的不斷增加,面團(tuán)的彈性模量和粘性模量不斷增大。比較圖3a、圖3b,面團(tuán)的彈性模量均大于粘性模量,這表明實(shí)驗(yàn)中的面團(tuán)彈性增加并逐漸接近凝膠態(tài)[20]。由圖3a、圖3b可知,與對(duì)照組相比,添加蛋清粉能明顯增加混合面團(tuán)體系的粘彈性。蛋清粉添加量為7%時(shí),面團(tuán)的G′和G″最大,而蛋清粉添加量為10%時(shí),面團(tuán)的G′和G″均小于對(duì)照組。根據(jù)Singh等[21]的研究,G′和G″與谷蛋白聚合體的含量及組分有關(guān)。這可能是由于蛋清粉添加量增多后減弱了蛋清蛋白與面筋蛋白之間蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的作用力,使G′逐漸減小[22];同時(shí)由于蛋清粉中蛋清蛋白質(zhì)本身的固體性,使面團(tuán)的流動(dòng)性降低,故G″降低。由此可知,蛋清粉的適量加入,不但能加強(qiáng)面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增大面團(tuán)彈性,而且能降低面團(tuán)的易流動(dòng)性。

圖3 蛋清粉添加量對(duì)面團(tuán)流變特性的影響

由圖3c可以看出,實(shí)驗(yàn)中的面團(tuán)tanδ值均小于1,說(shuō)明面團(tuán)屬于粘彈性的軟固體[21]。添加蛋清粉后面團(tuán)的tanδ均小于對(duì)照組,損耗角正切值tanδ總體上隨蛋清添加量的增加逐漸減小,說(shuō)明蛋清粉的加入使面筋蛋白中高質(zhì)量蛋白質(zhì)含量增多,面筋蛋白質(zhì)的彈性增加。由于蛋清蛋白中所含自由巰基的量是面筋蛋白的7倍,所以蛋清粉的加入使蛋清蛋白與面筋蛋白之間更容易發(fā)生交聯(lián)作用[23]。

2.2.3 海藻酸鈉對(duì)面團(tuán)流變特性的影響 由圖4a、圖4b中可以看出,隨頻率的不斷增加,面團(tuán)的彈性模量和粘性模量不斷增大。比較圖4a、圖4b,面團(tuán)的彈性模量均大于粘性模量,這表示實(shí)驗(yàn)中的面團(tuán)均表現(xiàn)出較大的彈性。由圖4a、圖4b可知,隨海藻酸鈉添加量的增加,面團(tuán)的粘彈性發(fā)生明顯變化。和對(duì)照組相比,添加海藻酸鈉后G′和G″變大,海藻酸鈉添加量為0.6%時(shí),面團(tuán)的G′和G″最大。原因可能是海藻酸鈉有親水和膠化作用,添加適量海藻酸鈉能夠提高面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,使馬鈴薯全粉的筋力增強(qiáng),加上自身的粘性,使面團(tuán)的粘彈性增強(qiáng)[24]。由圖4c可以看出,實(shí)驗(yàn)中的面團(tuán)tanδ均小于1,說(shuō)明面團(tuán)的彈性比例較大。和對(duì)照組相比,添加海藻酸鈉后面團(tuán)的tanδ均大于對(duì)照組,表明混合面團(tuán)中分子交聯(lián)聚合程度是升高的,面筋網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增加。

圖4 海藻酸鈉添加量對(duì)面團(tuán)流變特性的影響

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明,隨谷朊粉、蛋清粉、海藻酸鈉添加量的增加,面團(tuán)抗拉力呈先增大后減小的趨勢(shì)。其中谷朊粉、蛋清粉、海藻酸鈉的添加比例分別在4.5%、7%、0.6%時(shí),面團(tuán)抗拉力最大。流變學(xué)測(cè)定表明,添加改良劑的面團(tuán)彈性模量和粘性模量隨著頻率的不斷增加而增大,且彈性模量均大于粘性模量。與對(duì)照組相比,添加改良劑能明顯增加混合體系的粘彈性,面團(tuán)的G′和G″有明顯提高。添加改良劑后面團(tuán)的tanδ均小于1,面團(tuán)的彈性比例較大,實(shí)驗(yàn)表明改良劑的添加增強(qiáng)了面團(tuán)的固體性質(zhì),使面團(tuán)的機(jī)械強(qiáng)度增大。