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基于DMA和DSC分析技術(shù)研究馬鈴薯泥面條特性

2020-08-16 13:08范瑩瑩李家寅龐凌云張笑笑
糧食加工 2020年2期
關(guān)鍵詞:面筋模量融化

范瑩瑩,李家寅,龐凌云,張笑笑,李 瑜*

(河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院,鄭州 450002)

馬鈴薯,其營養(yǎng)價值豐富,是發(fā)達國家一種主要食物,是僅次于小麥、水稻、玉米的第四大農(nóng)作物,在我國產(chǎn)量也很高[1],其制品薯條、薯片等深受人們喜愛。隨著近年來馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的實施,馬鈴薯在面制品中的使用也越來越多,馬鈴薯泥面條就是其中之一。通過張笑笑[2]、蒲華寅[3]等人的研究,馬鈴薯泥面條工藝方面的研究已經(jīng)很完善,但對于面條的形成機理方面的研究還很少。

本研究主要利用動態(tài)力學分析技術(shù)、差示量熱掃描法來研究馬鈴薯泥面條的形成機理。

動態(tài)力學分析(DMA)是研究材料力學性能的重要手段[4]。動態(tài)力學分析儀也可用于食品流變學性質(zhì)的研究,從而用流變學理論解釋食品在加工過程中所發(fā)生的變化。 Kim Y[5]、王遠輝[6]、張克[7-8]、馮蕾[9]等人,利用動態(tài)力學分析技術(shù)研究面制品的內(nèi)部機理和品質(zhì),但國內(nèi)外相關(guān)的文獻仍然不多。差示量熱掃描(DSC)是目前表征聚合物結(jié)構(gòu)中水分存在狀態(tài)的經(jīng)典方法[4]。劉銳[10]利用差示量熱掃描來判斷面團、面條中水分的存在狀態(tài),中南林業(yè)科技周文化[11]等人更是發(fā)明出一個專利,一種使用差示量熱掃描儀檢測鮮濕面老化度的方法。因此,可以用差示量熱掃描來分析馬鈴薯泥面條面團的水分狀態(tài)。通過研究馬鈴薯泥面條的動態(tài)力學性能、水分狀態(tài)以達到探討其形成機理的目的,進而為馬鈴薯泥的開發(fā)與利用提供理論基礎(chǔ)和參考。

1 材料與方法

1.1 主要實驗材料

雪健麥芯雪花粉:河南省雪健實業(yè)有限公司;馬鈴薯:市售;加碘精純鹽:河南省鹽業(yè)總公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

B5A多功能攪拌機,廣州市威萬實業(yè)有限公司;DHG-9143BS-Ⅲ電熱恒溫鼓風干燥箱,上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司;JMTD 168/140實驗面條機,北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司;JA6102電子天平,上海精天電子儀器廠;DMA-Q800型動態(tài)力學分析儀,美國TA儀器;Q200型差示掃描量熱儀,美國TA儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯泥面條的制備工藝流程

將稱量好的原輔料混合均勻置于和面機中,加入蒸餾水,控制面團含水率為35%,啟動和面機,攪拌15 min,將上述食材混合均勻,將制成的面絮靜置15 min,軋延4次,最終制成1 mm厚、3 mm寬、220 mm長的面條備用。

1.3.2 不同馬鈴薯泥添加量的面條制備

取0.6%的食鹽和200 g面粉混合均勻置于和面機中,再分別按面粉質(zhì)量的25%、30%、35%、40%、45%和55%添加馬鈴薯泥(以下同),加入蒸餾水,控制面團最終含水率為35%,按上述面條工藝制備面條。

1.3.3 不同食鹽添加量的馬鈴薯泥面條制備

按面粉質(zhì)量的40%加入土豆泥、10%的水,分別取面粉質(zhì)量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的食鹽(以下同)加入面粉中,按上述面條工藝制備面條,同時做空白對照。

1.3.4 不同水添加量的馬鈴薯泥面條制備

在含40%的土豆泥、0.6%食鹽的混合粉中,分別加入面粉質(zhì)量8%、12%、16%、20%的蒸餾水 (以下同),按上述面條工藝加工面條。

1.3.5 馬鈴薯泥面條的DMA測定

參考馮蕾等人的方法[9]對馬鈴薯泥面條進行溫度變化測定[12],略有改動。溫度變化范圍為-20℃至40℃,升溫速率為2℃/min,測定振幅為5 μm,頻率變化為5 Hz。所得鮮濕面條的動態(tài)力學性質(zhì)用G'和G"表示。

1.3.6 馬鈴薯泥面條的DSC分析

精確稱取馬鈴薯泥面條鮮濕面條10±0.02 mg,參照劉銳,武亮等人的方法[4]進行測定。

2 結(jié)果分析

2.1 馬鈴薯泥添加量對面條動態(tài)力學性質(zhì)的影響

動態(tài)力學分析儀用儲能(彈性)模量和損耗(黏性)模量表示力學性能。由圖1、圖2可知:隨著溫度的升高,不同馬鈴薯泥添加量面條的儲能模量和損耗模量總體呈先上升再下降的趨勢。儲能(彈性)模量(G')與樣品負載能力有關(guān),反映樣品黏彈性部分中的彈性成分,即樣品的剛度;損耗 (黏性)模量(G''),其與樣品隨著溫度變化所消耗能量成正比,反映樣品黏彈性中的黏性成分,即樣品的柔度[13-14]。對于不同添加量的馬鈴薯泥面條,在升溫的過程中,馬鈴薯泥添加量為40%時,馬鈴薯面條的儲模能量值最大,即剛度最強;馬鈴薯泥添加量為25%時,馬鈴薯面條的損耗模量值最高,即柔度最強。

圖1 不同馬鈴薯泥添加量面條的儲能模量-溫度曲線

圖2 不同馬鈴薯泥添加量面條的損耗模量-溫度曲線

Harris[15]認為這是由于馬鈴薯中含有豐富的纖維素和果膠。纖維素可以吸水,增加面粉的吸水率,促進蛋白質(zhì)形成面筋網(wǎng)絡(luò);且果膠利用其凝膠和乳化穩(wěn)定作用[16],使馬鈴薯泥和面粉充分混合;且馬鈴薯中含有大量的磷酸酯,其以共價鍵與淀粉結(jié)合,影響馬鈴薯淀粉的吸水膨脹性、抗淀粉酶水解能力及淀粉糊穩(wěn)定性,導致馬鈴薯面條儲能模量和損耗模量逐漸增高。然而馬鈴薯中含有較多的淀粉,不含面筋蛋白,馬鈴薯泥的加入,降低了面團中的面筋蛋白的含量,使面條的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化,在一定程度上破壞了面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導致馬鈴薯面條儲能模量和損耗模量的降低。這和Abdel-Aal等人[17-20]的研究結(jié)果一致。

2.2 馬鈴薯泥添加量對可凍結(jié)水含量與冰晶融化溫度范圍的影響

馬鈴薯泥添加量制作成的鮮濕面條中水分融化焓變、可凍結(jié)水和非凍結(jié)水含量測定結(jié)果如表1所示。由表1可知,馬鈴薯泥的添加量對面條的水分融化焓變、可凍結(jié)水含量和非凍結(jié)水含量具有顯著性影響(p<0.05)。隨著馬鈴薯泥添加量的增加,可凍結(jié)水的含量和吸熱焓變值都呈先上升、后下降的趨勢,非凍結(jié)水含量的變化規(guī)律正好與之相反,且添加35%馬鈴薯面條的可凍結(jié)水含量顯著地高于其它實驗組。在馬鈴薯泥添加量增加到35%的過程中,面團中面筋蛋白的含量是影響非凍結(jié)水含量的主導因素,馬鈴薯泥成分中支鏈淀粉含量較多而不含面筋蛋白[19];面團中面筋蛋白所占的比例逐漸減少,所以非凍結(jié)水含量逐漸減少。馬鈴薯泥添加量由35%增加到55%時,此階段因為馬鈴薯中支鏈淀粉含量較大[20],煮制糊化時含有大量水分是影響非凍結(jié)水含量的主要因素。

表1 馬鈴薯泥添加量對面團吸熱焓變、可凍結(jié)水含量、非凍結(jié)水含量的影響

由表2可知,隨著馬鈴薯泥添加量的增多,融化起始點與融化溫度范圍逐漸上升而后又逐漸減小。據(jù)研究稱冰晶融化起始點低,冰晶顆粒越小,冰晶融化范圍越窄,冰晶顆粒越均勻[21],對面筋結(jié)構(gòu)的破壞作用就越小。非凍結(jié)水含量降低時,越來越少的水被結(jié)合在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,此時冰晶融化起始點與融化溫度范圍增大;逐漸增多時,支鏈淀粉結(jié)合的非凍結(jié)水分多,此時冰晶融化起始點與融化溫度范圍減小。

表2 馬鈴薯泥添加量對冰晶融化特性的影響

2.3 水添加量對面條動態(tài)力學性質(zhì)的影響

由圖3、圖4可知,對于不同水含量的馬鈴薯面條,在相同的溫度下,隨著水含量的增加,面條的儲能模量和損耗模量均呈現(xiàn)增大趨勢,即表明面條的剛度和柔性均逐漸升高。面筋蛋白與水接觸才能使面筋蛋白發(fā)生作用,形成面筋網(wǎng)絡(luò);面團中水越多,面團的黏性會增大[22],導致隨著水添加量的增多馬鈴薯面條的儲能模量和損耗模量增加。

圖3 不同水添加量馬鈴薯面條的儲能模量-溫度曲線

圖4 不同水添加量馬鈴薯面條的損耗模量-溫度曲線

2.4 水添加量對可凍結(jié)水含量與冰晶融化溫度范圍的影響

由表3可知,隨著水添加量的增加,馬鈴薯泥面條的吸熱焓變值和可凍結(jié)水含量均呈現(xiàn)出先下降、后上升的趨勢,非凍結(jié)水含量呈現(xiàn)出上升的趨勢。這是因為水的量增加,能有越來越多的水分與面粉中的面筋蛋白形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所以非凍結(jié)水的比例增加。水分分布、含量及與其它成分的結(jié)合程度對面團外觀和內(nèi)在結(jié)構(gòu)及制品質(zhì)量有重要影響[23-24]。

表3 水添加量對面條吸熱焓變、可凍結(jié)水含量、非凍結(jié)水含量的影響

由表4可知,隨著水添加量的增多,融化起始點與融化溫度范圍先減少、后增加,這與表3中可凍結(jié)水百分比保持一致。在水的添加量在8%~12%時,面筋蛋白結(jié)合的水較多,能使在總含水率增多的情況下,使可凍結(jié)水減少。其融化起始點與融化溫度范圍逐漸減小。在水的添加量由16%增加到20%的過程中,面筋蛋白結(jié)合水逐漸飽和,在總含水率增多的情況下,可凍結(jié)水逐漸增多,其融化起始點與融化溫度范圍逐漸增大。

表4 水添加量對冰晶融化特性的影響

2.5 食鹽添加量對面條動態(tài)力學性質(zhì)的影響

由圖5、圖6可知,對于不同食鹽含量的馬鈴薯面條,在相同的溫度下,隨著食鹽含量的增加,面條的儲能模量和損耗模量均呈現(xiàn)先增大、再減小趨勢,即表明面條的剛度和柔性先升高、再逐漸減小。鹽對面制品品質(zhì)的影響主要是通過鹽濃度以及蛋白疏水反應(yīng)來實現(xiàn)的,鹽能夠收斂面粉的面筋結(jié)構(gòu)從而改良面條的品質(zhì),促使面條筋力增強;此外,面團中的食鹽的存在,能減緩面條的干燥進程,避免出現(xiàn)斷條現(xiàn)象,導致馬鈴薯面條儲能模量和損耗模量逐漸增加。隨著食鹽含量的增加,面條吸水率降低,且高濃度的食鹽阻礙了面筋蛋白的吸水膨脹,導致馬鈴薯面條的儲能模量和損耗模量降低。

圖5 不同食鹽添加量馬鈴薯面條的儲能模量-溫度曲線

圖6 不同食鹽添加量馬鈴薯面條的損耗模量-溫度曲線

由圖可知,在-20~40℃的溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,不同食鹽添加量的馬鈴薯面條儲能模量呈現(xiàn)先增高再逐漸降低的趨勢,即表明面條的剛度先增強再逐漸降低;不同食鹽添加量的馬鈴薯泥面條損耗模量總體呈下降趨勢,即表明面條柔度均逐漸下降。圖5中溫度在-20~-10℃時,面條儲能模量增加。在由室溫降低至-20℃的過程中,重結(jié)晶現(xiàn)象使面條中的面筋結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,導致馬鈴薯面條儲能模量和損耗模量增加。由低溫到高溫的變化過程中,蛋白質(zhì)和淀粉之間存在的相互作用增強,黏度降低,導致馬鈴薯面條儲能模量和損耗模量降低。

2.6 食鹽添加量對可凍結(jié)水含量與冰晶融化溫度范圍的影響

由表5可知,隨著食鹽的添加量的增多,在0.8%時非凍結(jié)水所占的百分比最小,在0.8%~1%時,非凍結(jié)水所占百分比增加。這可能是因為食鹽添加到面條中,可以使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊縮,面筋質(zhì)地變硬,其中包埋的馬鈴薯泥糊化的淀粉顆粒減少,水分被排擠出去。而過量地添加食鹽,會破壞二硫鍵,使其變成游離巰基,結(jié)構(gòu)松散,其承載的馬鈴薯泥糊化的淀粉顆粒與水分增多,所以在1%的添加量時非凍結(jié)水含量較0.8%時增多。

表5 食鹽添加量對面團吸熱焓變、可凍結(jié)水含量、非凍結(jié)水含量的影響

由表6可知,隨著食鹽添加量的增多,其融化起始點與融化溫度范圍整體大致呈先上升、后下降的趨勢。這與表5中得到的可凍結(jié)水百分比趨勢大致相同??蓛鼋Y(jié)水百分比大時,存在于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外的水分較多,其融化時融化起始點高、融化溫度范圍高;在鹽的添加量為0.6%~1.0%時與此相反。

表6 食鹽添加量對冰晶融化特性的影響

3 結(jié)論

本試驗探究了馬鈴薯泥、水、食鹽的添加量對馬鈴薯泥面條形成機理的影響。結(jié)果表明:馬鈴薯泥的添加,降低了面團內(nèi)面筋蛋白的質(zhì)量百分比,在一定程度上妨礙了面筋的延展,故而馬鈴薯泥面條的非凍結(jié)水含量增加,彈性和黏性下降,即降低面條的勁性,但添加少量時影響不大;隨著水添加量的增加,馬鈴薯泥面條中的非凍結(jié)水含量增加,使面條中的面筋蛋白較好地與水接觸,并發(fā)生反應(yīng),促進了面筋的形成,增加了面條的彈性和粘性;隨著食鹽添加量的增加,G'、G''均先增大、后減小。食鹽添加量0.6%為其分界值,也就表明此時馬鈴薯泥面條的剛性和柔性達到最大。

采用DMA和DSC分析技術(shù),對馬鈴薯泥面條的熱力學性質(zhì)和水分狀態(tài)進行研究,是馬鈴薯泥面條形成機理的重要研究內(nèi)容,為馬鈴薯主食的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)和參考。

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