徐 茹，楊曉清，劉曉波，米 雪

（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（Solanum tuberosum L.）是位于小麥、稻谷和玉米之后的第四大作物，鮮薯年產(chǎn)量巨大。內(nèi)蒙古地區(qū)是典型的馬鈴薯種植大區(qū)，使馬鈴薯全粉生產(chǎn)具有顯著的地區(qū)資源優(yōu)勢[1]。馬鈴薯全粉的營養(yǎng)成分隨鮮薯產(chǎn)地的不同而有變化。據(jù)文獻(xiàn)報道，內(nèi)蒙古馬鈴薯全粉中水分含量低，平均僅為8.34%，還原糖含量平均為5.73%，粗脂肪含量僅為0.37%，淀粉含量為62.92%，主要為支鏈淀粉，總蛋白含量為9.69%[2-3]。馬鈴薯全粉中必需氨基酸含量高，富含賴氨酸、蘇氨酸和色氨酸，而高含量的賴氨酸使馬鈴薯全粉制作的主食非常具有吸引力，正好彌補大米、小麥制作主食的缺陷。同時，大力發(fā)展馬鈴薯全粉主食也是對國家馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的積極響應(yīng)。然而，目前馬鈴薯全粉主食加工的相關(guān)報道中，面團(tuán)成型性、延展性等加工性能差，無法單獨作為主食原料，加工時往往與小麥粉混合使用，馬鈴薯全粉占比較低。不含麩質(zhì)蛋白是造成馬鈴薯全粉加工性能差、主食難推行的主要原因。

麩質(zhì)蛋白，簡稱麩質(zhì)（Gluten），即面筋蛋白，主要存在于小麥、黑麥、大麥及其雜交品種中，包括麥醇溶蛋白和麥谷蛋白。麥醇溶蛋白為單肽鏈，分子質(zhì)量較小，在30～75 ku，通過分子內(nèi)二硫鍵、氫鍵和疏水作用形成球狀結(jié)構(gòu)，賦予面團(tuán)延展性、流動性和膨脹性。麥谷蛋白是非均質(zhì)的大分子聚合體，分子質(zhì)量高達(dá)1×106u，分子中（鏈內(nèi)和鏈間）含有大量的二硫鍵，容易發(fā)生聚集作用，構(gòu)成面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)的骨架作用，主要賦予面團(tuán)彈性、黏合性和強度[4]。然而，近年來，麩質(zhì)敏感患者逐年增加，引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。嚴(yán)格依從無麩質(zhì)飲食（Gluten free food）是緩解此癥狀的有效方法[5-8]。在不添加小麥粉的情況下，使馬鈴薯全粉面團(tuán)像小麥粉面團(tuán)一樣能夠加工成型，將原本“無麩質(zhì)”這一影響加工性能的缺陷，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛏a(chǎn)無麩質(zhì)食品，既發(fā)揮馬鈴薯全粉無麩質(zhì)蛋白的獨特性，又充分利用地區(qū)資源優(yōu)勢，推進(jìn)馬鈴薯主糧化進(jìn)程。如何賦予馬鈴薯全粉面團(tuán)良好的加工成型特性，值得深入系統(tǒng)的研究。

鑒于馬鈴薯全粉中不含麩質(zhì)蛋白、總蛋白含量低，添加可替代具有麩質(zhì)蛋白功能性作用的外源蛋白質(zhì)可起到一舉兩得的作用，既有助于構(gòu)建面團(tuán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，又增加主食中蛋白含量，提高無麩質(zhì)食品的營養(yǎng)。常用的外源蛋白質(zhì)有大豆分離蛋白（Soy protein isolate，SPI）、乳清蛋白和雞蛋蛋白等[9-10]。大豆分離蛋白的基因結(jié)構(gòu)與人體中的大部分氨基酸有相似之處，在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[11-12]，然而，僅憑單純添加外源蛋白質(zhì)也不能保障其蛋白質(zhì)肽鏈的交聯(lián)與重排，難以形成穩(wěn)定的空間構(gòu)象。大量研究表明，超聲波處理作為一種物理改性方法，其剪切、空化和沖擊震蕩的綜合效應(yīng)可使蛋白質(zhì)部分伸展，分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來，使分子的疏水性増大。與化學(xué)改性相比，其作用更為迅速且副產(chǎn)物少，在較大程度上保存了營養(yǎng)和特性[13]。淀粉顆粒中也含有大量的氫鍵，超聲波同樣可使淀粉改性，分子鍵斷裂、顆粒結(jié)構(gòu)疏松、暴露大量羥基，增加淀粉與水分子的相互作用[14-16]。本研究通過添加SPI 提供更多巰基，借助超聲波物理效應(yīng)促進(jìn)馬鈴薯全粉面團(tuán)內(nèi)部巰基向二硫鍵的轉(zhuǎn)化，使游離巰基減少、二硫鍵增多，為面團(tuán)內(nèi)部提供更多形成網(wǎng)狀構(gòu)造的機會，改善馬鈴薯全粉面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高其加工性能。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯全粉的制備：馬鈴薯品種為費烏瑞它，購于內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院。參考周清貞[17]的方法制備馬鈴薯全粉，即去皮→擦絲→預(yù)煮→護(hù)色→烘干→粉碎→過篩80 目→真空包裝，于4 ℃冷藏，備用。

試劑：尿素AR，天津永晟精細(xì)化有限公司；氯化鈉AR，天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；三氯乙酸AR、鹽酸AR、5，5'-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）純度98%、三羥甲基氨基甲烷（Tris）BR、甘氨酸AR、β-巰基乙醇BR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；大豆分離蛋白BR，麥克林試劑公司。

設(shè)備與儀器：Biosafer 1000 型超聲波細(xì)胞粉碎機，賽飛（中國）有限公司；FD-1-50 型真空冷凍干燥機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；HH-2 水浴鍋，上海?，攲嶒炘O(shè)備有限公司；HS 4 磁力攪拌器，德國IKA 公司；TGL-20B 離心機，海安亭科學(xué)儀器廠；VORTEX 2 旋渦振蕩器、All basic 研磨杯，德國IKA 公司；TM 4000Pul 掃描電子顯微鏡、U-2910 紫外-可見分光光度計，日本Hitachi 公司。

1.2 測試方法

1.2.1 溶液的配制

1） Tris-甘氨酸緩沖溶液 6.9 g 甘氨酸+1.2 g EDTA+10.4 g Tris+蒸餾水，用0.1 mol/L 鹽酸調(diào)節(jié)pH 值至8.0，定容1 000 mL。

2） 0.1%鹽酸 9 mL 36%的鹽酸+蒸餾水，定容1 000 mL。

3） 8 mol/L 脲 48.048 g 脲+Tris-甘氨酸緩沖溶液，定容100 mL。

4） 8 mol/L 脲+5 mol/L 鹽酸胍 48.048 g 脲+47.765 g 鹽酸胍+Tris-甘氨酸緩沖溶液，定容100 mL。

5） 12%三氯乙酸 12 g 三氯乙酸+蒸餾水，定容100 mL。

6） Ellman's 試劑 4 mg/mL DTNB。

1.2.2 巰基及二硫鍵的測定 測定馬鈴薯全粉面團(tuán)中巰基與二硫鍵含量的變化，并輔助電鏡掃描觀察面團(tuán)的微觀形貌，考察超聲處理與添加外源蛋白的協(xié)同作用對構(gòu)建面團(tuán)中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的影響。參照高雪麗等[18]的方法并略有改動，測定面團(tuán)中的總巰基、游離巰基和二硫鍵含量。取150 mg 制備的冷凍馬鈴薯全粉，用1.2.1 節(jié)配制的1 mL 的Tris-甘氨酸緩沖溶液（pH 8.0）混勻后加4.7 g 鹽酸胍，Tris-甘氨酸緩沖液定容10 mL，作為樣液待測。

巰基的測定：取1 mL 樣液加入4 mL（8 mol/L脲+5 mol/L 鹽酸胍）溶液和0.1 mL Ellman's 試劑，混勻后于412 nm 波長處比色，得吸光值，計算巰基含量。

總巰基的測定：取1 mL 樣液加入4 mL（8 mol/L 脲+5 mol/L 鹽酸胍） 溶液后加入0.1 mL 巰基乙醇，于室溫反應(yīng)1 h 后加入10 mL 12%三氯乙酸溶液，繼續(xù)反應(yīng)1 h，以5 000 r/min 轉(zhuǎn)速離心10 min，棄上清液，用5 mL 12%三氯乙酸分2 次洗沉淀，每次洗沉淀后都以5 000 r/min 轉(zhuǎn)速離心10 min，將沉淀物溶解于10 mL 8 mol/L 脲中，加入0.08 mL 質(zhì)量濃度為 4 mg/mL 的DTNB，取1 mL 該溶液并加入5 mL Tris-甘氨酸緩沖溶液，混勻后在412 nm 波長處比色，得吸光值，計算-S-S-含量。計算公式：

式中，-SH——巰基含量，μmol/g；A412nm——波長412 nm 波長處的吸光值；D——稀釋因子，5.02（巰基）和10（巰基+還原的二硫鍵）；C——樣品質(zhì)量濃度，mg/mL，本試驗樣品質(zhì)量濃度為15 mg/mL。

-S-S-含量計算公式：

式中，-S-S——二硫鍵含量，μmol/g；N1——還原前的巰基數(shù)；N2——還原后的巰基數(shù)。

1.2.3 單因素實驗 以游離巰基與二硫鍵的比值為測試指標(biāo)，分別確定SPI 添加量、超聲時間和超聲波功率。按照每0.01 g SPI 與0.99 g 馬鈴薯全粉混合，以形成的1 g 混合粉中加入9 mL 水的基礎(chǔ)比例計算超聲處理樣品中馬鈴薯全粉和SPI 的用量。將樣品置于磁力攪拌器中，以500 r/min 攪拌5 min 后超聲處理?？瞻捉M為不做任何處理的馬鈴薯全粉，僅超聲處理而不添加SPI 的組別為對照組1，小麥粉為對照組2。將超聲處理的樣品放入烘箱，60 ℃烘干至恒重，粉碎過80 目篩，待測。設(shè)定1% SPI、超聲時間10 min 和超聲功率300 W 為常規(guī)量，以SPI 添加量 （1%，2%，3%，4%）、超聲功率（300，400，500，600 W）和超聲處理時間（10，15，20，25 min）作為因素和水平，分別考察超聲處理及蛋白強化的協(xié)同作用對面團(tuán)中總巰基、游離巰基和二硫鍵含量的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗 采用響應(yīng)面試驗設(shè)計優(yōu)化超聲波與SPI 協(xié)同處理構(gòu)建馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工藝條件。以二硫鍵/游離巰基的值作為響應(yīng)值，根據(jù)單因素實驗結(jié)果，確定SPI 添加量（X1，%）、超聲預(yù)處理功率（X2，W）和超聲時間（X3，min）3 個變量與水平見表1。在最優(yōu)工藝條件下處理的馬鈴薯全粉稱作為調(diào)質(zhì)馬鈴薯全粉，簡稱調(diào)質(zhì)粉。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計變量與水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.2.5 面團(tuán)微觀形貌觀測 采用SEM 觀測面團(tuán)微觀形貌，并結(jié)合巰基和二硫鍵含量的變化，考察超聲處理與添加外源蛋白的協(xié)同作用對面團(tuán)中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的強化情況。取響應(yīng)面優(yōu)化工藝處理的混合粉12 g，進(jìn)行真空凍干處理，參照劉穎華等[19]方法并略有改動。將凍干樣品等分為4 份，均勻固定在直徑1 cm 的樣品臺上，噴金，然后置掃描電子顯微鏡下以600 放大倍數(shù)觀察分析樣品。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2019、Origin 2018 和SPSS 26 軟件分析試驗數(shù)據(jù)，用Design-Expert.V8.0.6 分析數(shù)據(jù)回歸模型，繪制響應(yīng)面圖。所有數(shù)據(jù)均平行測定4 次，結(jié)果以“平均值（xˉ）±標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波協(xié)同SPI 對馬鈴薯全粉面團(tuán)巰基和二硫鍵的影響

馬鈴薯全粉（空白組）及僅超聲波處理的馬鈴薯全粉（對照組1）與小麥粉（對照組2）等3 種粉質(zhì)形成的面團(tuán)的總巰基、游離巰基和二硫鍵測定結(jié)果見表2。對照組2 小麥面團(tuán)中游離巰基和二硫鍵含量分別為10.82 μmol/g 和34.85 μmol/g，二硫鍵含量遠(yuǎn)多于游離巰基。因小麥粉中含有麥醇溶蛋白和谷蛋白，在面團(tuán)揉混過程中蛋白質(zhì)分子相互靠近，鄰近的巰基氧化形成二硫鍵，二硫鍵相互結(jié)合形成的大分子纖維狀聚合體即面團(tuán)的“骨架”[20]，使小麥面團(tuán)具有良好延展加工性的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由小麥面團(tuán)中游離巰基減少和二硫鍵增加可知，面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成基礎(chǔ)是游離巰基轉(zhuǎn)化為二硫鍵，因此，可用二硫鍵與游離巰基的比值（以二硫鍵/游離巰基標(biāo)記）來表示面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成程度，比值越大，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)固緊密。表2顯示，空白組中游離巰基含量為14.92 μmol/g，二硫鍵含量僅1.73 μmol/g，面團(tuán)外觀松散，而經(jīng)超聲波處理的面團(tuán)即對照組1 中，二硫鍵含量明顯增加為原來的1.5 倍，二硫鍵/游離巰基值增加1.82 倍，與小麥面團(tuán)相比仍相差巨大，即單純超聲處理馬鈴薯全粉形成的面團(tuán)較為松散。可見，單純超聲波處理對馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強化雖有一些作用但效果不明顯。

圖1顯示SPI 以不同比例添至馬鈴薯全粉中，經(jīng)超聲波處理后，面團(tuán)中總巰基、游離巰基、二硫鍵及二硫鍵/游離巰基的測定結(jié)果。在馬鈴薯全粉中添加SPI 后經(jīng)超聲波處理，與表2空白組相比，面團(tuán)中二硫鍵含量和二硫鍵/游離巰基數(shù)值發(fā)生明顯變化。隨著SPI 添加量的增加，總巰基及二硫鍵含量變化趨勢基本一致，均先升高后降低，說明面團(tuán)形成過程中存在巰基與二硫鍵的交換反應(yīng)。在SPI 添加量為1%時，二硫鍵含量為3.22 μmol/g，達(dá)到最大值，游離巰基含量最小為12.40 μmol/g，總巰基含量最高為18.84 μmol/g，表明添加SPI 并經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生空穴作用，增大淀粉、蛋白質(zhì)與液體接觸的表面積，大量的空穴氣泡對顆粒周圍施加較大的壓強，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)伸展，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)疏松甚至降解，水更容易進(jìn)入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高淀粉在水中的溶解度[21]，加快了蛋白質(zhì)淀粉和水間的相互作用，使其更易形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。超聲波的震蕩沖擊效應(yīng)同樣加劇了蛋白質(zhì)分子運動和淀粉顆粒降解以及與水之間的相互反應(yīng)，馬鈴薯面團(tuán)中總巰基增多，游離巰基兩兩形成二硫鍵。二硫鍵/游離巰基值最大，表明SPI 添加量為1%時，面團(tuán)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固。

表2 空白與對照組的總巰基、游離巰基、二硫鍵含量和二硫鍵/游離巰基比值Table 2 Contents of total sulfhydryl group，free sulfhydryl group，disulfide bond and disulfide bond/free sulfhydryl group

圖1 SPI 添加量對馬鈴薯全粉中總巰基、游離巰基、二硫鍵的含量及二硫鍵/游離巰基的影響Fig.1 Effects of SPI addition on the contents of total sulfhydryl group，free sulfhydryl group，disulfide bond and disulfide bond / free sulfhydryl group in potato flour

2.2 超聲波處理條件對巰基和二硫基的影響

圖2a 為不同超聲時間處理馬鈴薯全粉后樣品的總巰基、游離巰基、二硫鍵含量及二硫鍵/游離巰基圖，圖2b 為不同超聲時間處理并添加SPI的馬鈴薯全粉樣品的總巰基、游離巰基、二硫鍵含量及二硫鍵/游離巰基圖。對比圖2a 和圖2b 可知，超聲波處理馬鈴薯全粉在不添加SPI 時，隨超聲處理時間的延長，總巰基、游離巰基和二硫鍵均呈下降趨勢，可能是因為馬鈴薯全粉中無麩質(zhì)蛋白，總蛋白含量少，體系中雖有一定數(shù)量巰基，但基本呈游離態(tài)，極少量的二硫鍵在超聲空穴作用下被部分離解。將超聲波與SPI 添加協(xié)同處理馬鈴薯全粉時，面團(tuán)中的游離巰基和二硫基略有變化，而二硫鍵/游離巰基的數(shù)值變化明顯，超聲處理15 min 時達(dá)到最大值0.13，繼續(xù)延長超聲時間，內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于解體。這與陳萬義等[22]的研究結(jié)論一致。王小英等[23]發(fā)現(xiàn)不同超聲時間影響蛋白的溶解度原因可能是超聲波產(chǎn)生的空化、機械剪切和熱作用，破壞了大豆蛋白中維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的次級鍵，使肽鏈變得疏松，與水分子結(jié)合能力增強。

圖2 超聲時間對兩種樣品中總巰基、游離巰基、二硫鍵含量及二硫鍵/游離巰基的影響Fig.2 Effect of ultrasonic time on the content of total sulfhydryl group，free sulfhydryl group，disulfide bond and disulfide bond / free sulfhydryl group in two samples

圖3顯示不同超聲功率的馬鈴薯全粉中總巰基、游離巰基、二硫鍵含量及二硫鍵/游離巰基的變化。超聲波功率對總巰基、游離巰基、二硫鍵均有影響。當(dāng)超聲功率為500 W 時，二硫鍵/游離巰基數(shù)值最大，游離巰基含量最少，此時形成的二硫鍵最多，為0.17 μmol/g；當(dāng)超聲功率大于500 W時，二硫鍵/游離巰基數(shù)值降低，說明適當(dāng)?shù)某曁幚砜墒筍PI 分子內(nèi)的多肽鏈降解，分子鍵斷裂，分子內(nèi)巰基基團(tuán)暴露出來，顆粒結(jié)構(gòu)疏松，暴露大量羥基，有利于淀粉和蛋白質(zhì)之間氫鍵的結(jié)合，增強了體系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時超聲波適度的空穴和沖擊震蕩作用使巰基相互靠攏，促進(jìn)分子間二硫鍵的結(jié)合，使二硫鍵增多[24-25]；然而，過高的超聲波功率，空穴作用強烈，蛋白質(zhì)難與淀粉顆粒形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，形成的二硫鍵可能被打斷，使二硫鍵/游離巰基數(shù)值下降，其機理有待研究。

圖3 超聲功率對樣品中總巰基、游離巰基、二硫鍵含量及二硫鍵/游離巰基的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on the content of total sulfhydryl group，free sulfhydryl group，disulfide bond and disulfide bond/free sulfhydryl group in samples

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波協(xié)同SPI 處理工藝

以二硫鍵/游離巰基數(shù)值為響應(yīng)（Y），以X1，X2，X3為自變量進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計，優(yōu)化超聲波處理協(xié)同SPI 構(gòu)建馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工藝條件，結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Factors and levels of response surface analysis with Box-Behnken experiments

（續(xù)表3）

將表3的試驗數(shù)據(jù)采用Design-Expert8.0.6軟件進(jìn)行回歸擬合與方差分析，得到如下多元二次響應(yīng)面回歸模型，見公式（3），方差分析見表4。

表4 回歸方程方差分析表Table 4 Results of regression and variance

由表4可知，該模型差異極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著，說明方程與實際情況擬合較好。由F值大小可以判斷影響感官評分的主次因素順序為X2＞X1＞X3。根據(jù)方差分析可以看出，二硫鍵/游離巰基值小于0.01，為極顯著，說明二硫鍵/游離巰基和3 個因素間存在非常顯著的影響。其中，二次項均表現(xiàn)為極顯著。失擬項的P 值大于0.05，表現(xiàn)為不顯著，本試驗的回歸模型成立。

根據(jù)回歸方程，用Design-Expert 8.0.6.1 軟件作響應(yīng)曲面，反映各因素間的兩兩交互作用對馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的影響，如圖4所示。響應(yīng)值受曲線走勢影響，即越陡的曲線走勢，對面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的影響越大；越平滑的曲線走勢，影響越小。

圖4a 中，超聲功率與SPI 添加量的交互作用曲面較為扁平，曲線走勢較為平滑，說明二者的交互作用對二硫鍵/游離巰基值的影響較小。有研究報道，大豆分離蛋白經(jīng)超聲波處理后，溶解過程中形成以氫鍵和二硫鍵的作用來維持結(jié)構(gòu)的可溶性聚合物[26-27]，而SPI 溶解后，也可能直接與淀粉分子形成以二硫鍵的作用來維持穩(wěn)定的聚合物。

圖4b 中，超聲時間的曲線較超聲功率更為陡峭，即超聲時間對二硫鍵/游離巰基值影響較大，這與方差分析結(jié)果相吻合，當(dāng)超聲處理功率增大時，超聲的剪切力、湍流力和微流等機械作用力改變蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，增加蛋白間碰撞和聚集速度[28-29]，淀粉因超聲功率的增大而加速運動甚至裂解，與蛋白質(zhì)相互碰撞，從而形成大的聚集體。超聲功率對其影響較小可能是“過度”的超聲處理使蛋白質(zhì)親水基團(tuán)被掩埋，疏水基團(tuán)暴露出來，難與淀粉顆粒形成聚集體，二硫鍵難以建立[30]。圖4c中，超聲時間和SPI 添加量交互作用圖的曲面坡度最陡，即二者對二硫鍵/游離巰基值的影響最大。

圖4 各因素交互作用圖Fig.4 Diagram of various factors interaction

經(jīng)Design-Expert 8.0.6 軟件的最優(yōu)組合分析，得到馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的最佳優(yōu)化工藝為SPI 添加量0.94%，超聲時間15.19 min，超聲功率499.55 W，在此條件下，二硫鍵/游離巰基的理論預(yù)測值達(dá)到最大值0.299。經(jīng)3 次優(yōu)化驗證并考慮實際操作性，將超聲功率設(shè)定為500 W，結(jié)果二硫鍵/游離巰基的實測值為0.278，與空白組相比，提高2.53 倍，接近理論預(yù)測，說明該模型合理，優(yōu)化工藝切實可行，適用于馬鈴薯的物理改性。此優(yōu)化工藝處理的馬鈴薯全粉即調(diào)質(zhì)粉。

2.4 面團(tuán)的微觀形貌

為了進(jìn)一步探究超聲波處理與SPI 協(xié)同作用對馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建效果，將空白組（馬鈴薯全粉）、小麥粉、馬鈴薯粉+SPI 與調(diào)質(zhì)馬鈴薯全粉等4 種面團(tuán)分別進(jìn)行電鏡掃描。由圖5b可看出，小麥粉面團(tuán)中的淀粉顆粒被面筋蛋白包裹覆蓋，分布相對均勻。而馬鈴薯全粉中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有空洞 （圖5a），淀粉顆粒被面筋蛋白包裹不完全，有完全裸露的淀粉顆粒，這與劉穎等[31]的觀測結(jié)果相似。馬鈴薯全粉中添加大豆分離蛋白后形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈明顯的松散和撕裂狀態(tài)（圖5c），有完整的淀粉顆粒暴露，而調(diào)質(zhì)馬鈴薯全粉（圖5d）空洞明顯變小且數(shù)量減少，與只添加SPI 的馬鈴薯全粉相比，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻、緊實，與小麥粉中面筋蛋白所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更接近，可能由于在超聲波作用下，超聲波機械效應(yīng)引起淀粉分子震動、旋轉(zhuǎn)和摩擦，使淀粉得以降解[32]。超聲波處理促進(jìn)了蛋白質(zhì)變性，蛋白質(zhì)內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露增強了疏水相互作用，導(dǎo)致蛋白分子聚集程度增加[33]，促進(jìn)外源蛋白質(zhì)巰基與二硫鍵的交換反應(yīng)，使蛋白質(zhì)肽鏈相互交聯(lián)折疊重排的幾率增加，進(jìn)一步說明超聲波處理與SPI 的協(xié)同作用可增加馬鈴薯全粉中淀粉與內(nèi)外源蛋白質(zhì)間氫鍵的結(jié)合，蛋白質(zhì)包裹淀粉顆粒的能力變強，增強體系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使面團(tuán)更加緊致，強化了馬鈴薯全粉面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其更接近小麥面團(tuán)麩質(zhì)蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖5 不同面團(tuán)微觀形貌的電鏡掃描結(jié)果Fig.5 Microstructure of different kind of dough with SEM

3 結(jié)論

單純超聲波處理對馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強化效果不明顯，而超聲波處理與SPI 協(xié)同作用提高了體系中巰基向二硫鍵的轉(zhuǎn)化能力，游離巰基減少，二硫鍵增多，二硫鍵/游離巰基數(shù)值變大，為面團(tuán)內(nèi)部形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)提供更多“機會”，在一定程度上使其更接近小麥面團(tuán)麩質(zhì)蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然而過長的超聲時間和過高的超聲波功率均會使形成的二硫鍵崩解。由響應(yīng)面法優(yōu)化獲得強化馬鈴薯全粉面團(tuán)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多元二次回歸模型，當(dāng)SPI 添加量0.94%、超聲時間15.19 min 和超聲功率499.55 W 時，二硫鍵/游離巰基數(shù)值達(dá)到0.299，馬鈴薯全粉面團(tuán)內(nèi)部形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的“機會”更多?？紤]實際操作，將超聲功率設(shè)定為500 W，在此條件下做3 次驗證，最終所得實際值0.278 與預(yù)測值接近，說明該模型合理，優(yōu)化工藝切實可行，適用于馬鈴薯的物理改性。SEM 結(jié)果證實超聲波處理與SPI 添加的協(xié)同作用改善了馬鈴薯全粉面團(tuán)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部構(gòu)造更加均勻緊實并接近小麥面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)。