微細化薯渣粉對小麥面團特性的影響

尹旭敏，劉月如,2，楊茂,2，李曉英，曾志紅，曾小峰，商桑

1(重慶市農業科學院,農產品貯藏加工研究所，重慶,401329) 2(重慶文理學院,園林與生命科學學院/特色植物研究院，重慶,402160)

薯渣是淀粉類產品生產過程中的副產物，主要成分為淀粉、膳食纖維以及少量的蛋白質[1-2]，以干基計算，淀粉含量約為65%，膳食纖維含量可達到13%。薯渣經水洗、干燥、微細化后，淀粉含量可降至57%，而總膳食纖維含量可提高到36%。微細化作為膳食纖維的一種物理改性手段，可使薯渣膳食纖維的粒度變小、比表面積增大，提高其持水力、膨脹力、結合水力，薯渣功能特性得到改善[3-4]。。

世界權威醫學雜志《柳葉刀》2019發表的關于全球195個國家與地區飲食結構的研究發現，中國因為飲食結構不合理而導致的死亡率和疾病發生率高于美國[5]。因此，改善日常飲食的營養成分結構至關重要。

隨著人民生活水平的提高，精加工的小麥粉已不能滿足人們對均衡膳食的需求，科學家們致力于尋找富含膳食纖維的雜糧來替代部分小麥粉[6-8]，以改善傳統主食中的營養成分結構。到目前為止，關于膳食纖維對面團流變學特性的影響的研究結論不一致，可能是加入面團中的膳食纖維的來源、溶解性以及不同研究方法而導致的[9-13]。

不同來源的膳食纖維添加物因成分差異、加入面粉中添加量的不同，導致加入后的面團特性出現不同的變化，部分改變會使面制品的營養結構更加合理，品質得到改善。目前，薯渣粉在傳統面制品中的應用研究較為缺乏，因此，本研究探討了微細化薯渣粉的添加量對面團的色澤、流變學特性、質構特性、面團微觀結構的影響，以期進一步揭示面制品加工中薯渣粉與面團組分間的相互作用，為薯渣在面制品中的應用乃至食品行業產品加工與品質改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

甘薯渣,重慶市農科院農產品加工研究所自制；中筋小麥粉(蛋白質質量分數11%),益海嘉里(成都)糧食工業有限公司。

1.2 儀器與設備

DJM膠體磨,上海東華高壓均質機廠；SYFM-8型振動微粉碎機,濟南松岳機械有限責任公司；MIXOLAB2型混合實驗儀,法國肖邦公司；TA-XT plus質構儀,英國Stable Micro Systems公司；CM-5色差儀,柯尼卡美能達控股有限公司；Alpha 1-4 LSC真空冷凍干燥設備,德國CHRIST公司；GeminiSEM 300掃描電鏡,德國蔡司公司；Mastersizer 2000激光粒度儀,英國馬爾文公司；HMJ-D3826型D和面機,小熊電器股份有限公司；MDF-U4186S超低溫冰箱,日本SANYO公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 微細化薯渣粉的制備

新鮮無霉爛薯渣(堆放不超過48 h)經膠體磨細化、水洗、壓榨脫水處理后，使用熱泵烘干機在60 ℃下烘干至水分質量分數為6%～8%，在5 ℃下超微粉碎20 min，制得微細化薯渣粉，利用激光粒度儀測得平均粒徑d[0.5]為60 μm的微細化薯渣粉(以下簡稱薯渣粉)。總膳食纖維30.8%，可溶性膳食纖維21.4%，水分6.9%，灰分2.5%(質量分數)。

1.3.2 配粉的制備

以小麥面粉為對照，將微細化薯渣粉與小麥面粉按質量比2∶98、4∶96、6∶94、8∶92、10∶90、12∶88混勻，即為0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的配粉。

1.3.3 面團熱機械學特性測定

采用混合實驗儀制備面團并測定其熱機械學特性。在混合實驗儀的和面缽中加入適量配粉，將配粉與水的總質量設定為75 g，輸入預估吸水率為58%以及各配粉的水分含量，設定目標扭矩C1(即本試驗的最佳稠度1.10 Nm)，試驗儀器會根據目標扭矩C1自動判斷加入配粉和水的質量[14]。測試條件：初始溫度為30 ℃保溫8 min，第一次升溫以4 ℃/min升至90 ℃，保持7 min；然后以4 ℃/min降溫至50 ℃，再保溫5 min；測試過程始終保持80 r/min的揉混速度，測試時間45 min。測試過程中觀察扭矩，當實測C1值不在(1.10±0.0)Nm 時，調整加入的粉和水的量，直至符合目標扭矩要求。通過混合實驗儀獲得面團特性曲線示意圖見圖1，并以此得出各熱機械學特性指標，每個樣品重復測定3次，取平均值。

①-混合；②-面筋強度；③-熱黏度；④-淀粉酶；⑤-回生

1.3.4 面團質構特性測定

參照祝瑩等[15]、楊文建等[16]的方法略作修改。根據混合實驗儀測定不同配粉的吸水率控制加水量，和面10 min，再靜置10 min。將面團制成直徑3 cm，高度2 cm的圓柱體，經5 min平衡后置于質構儀平臺上，測量其硬度、黏附性、彈性等指標。測試參數：探頭p100，測前速率3.0 mm/s，測中速率1.0 mm/s，測后速率3.0 mm/s，下壓距離1 mm，時間2.0 s；觸發方式自動；觸動力0.05 N。每個樣品重復測定5次。

1.3.5 面團色差測定

將不同配粉制成的面團，采用色差儀測定亮度(L*)、紅綠值(a*)、黃藍值(b*)和總色差(ΔE)。每組樣品重復測試5次，取平均值。

1.3.6 面團微觀結構觀察

參照王強等[8]的方法略作修改。將不同配粉面團在-80 ℃的超低溫冰箱中預凍24 h后，真空冷凍干燥24 h，將凍干的樣品小心掰斷，取少量的樣品顆粒進行鍍金處理，使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)對樣品微觀結構進行拍照。

1.3.7 數據處理

采用Excel對數據進行整理，并用SPSS 20.0統計軟件進行Duncan差異顯著性分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 微細化薯渣粉對面團熱機械學特性的影響

Mixolab可測定薯渣-小麥混合粉中蛋白質和淀粉在機械剪切應力和溫度雙重影響下特性的改變，由圖2可知，添加了微細化薯渣粉的曲線與對照相比，面團在降溫階段曲線走勢均發生了變化，但曲線上形狀走勢與對照類似，仍然能檢測到各個指標的特征值。C1、C2、α主要為面團中蛋白組分的熱機械學特性指標(表1)，C3、C4、C5、β、γ主要為面團中淀粉組分的熱機械學特性指標[17](表2)。

圖2 不同薯渣粉添加量下面團Mixolab特征曲線

2.1.1 微細化薯渣粉對面團蛋白熱機械學特性影響

由表1可知，隨著薯渣粉的添加比例增大，各面團的吸水率(60.40%～72.50%)較對照組(58.00%)均呈顯著增加(P<0.05)，主要原因是薯渣粉中含有大量的膳食纖維，纖維的極性基團對水分有較強的吸附作用[18]，因此面團的吸水率上升。賈玉華等[6]認為，除了由于甘薯渣的纖維含量高以外，甘薯渣粉本身含有的糖類高于小麥粉，這些物質的吸水性也高于小麥粉。面團穩定時間與配粉面筋強度相關，穩定時間長，表明配粉筋力強，耐揉性好；穩定時間短，表明面團筋力弱，攪拌耐力下降[19]。隨著薯渣粉添加量增加，穩定時間呈現略上升趨勢；添加質量分數在4%～12%內，均與對照組差異顯著(P<0.05)，僅添加質量分數為2%時，與對照差異不顯著(P>0.05)。薯渣全粉的添加，會降低配粉的面筋含量，當添加量較低時，面筋含量降低不顯著，薯渣粉中的蛋白參與了面筋網絡的形成，使面團筋力略有增加。另外，面團在攪拌的過程中，面筋蛋白可將薯渣粉中的膳食纖維等物質包埋在其中，從而使得面團的黏度較大，混合實驗儀攪拌面團的過程中，將這部分阻力也記作了面團的穩定性，且隨著添加量的增加，使得面團形成最大黏度的時間增加，從而顯示穩定時間有上升的趨勢[14,20]。面團的形成時間能反映面筋蛋白網絡的形成速度，添加薯渣粉的面團形成時間均低于對照組，可能是與面筋含量減少有關[21]。賈玉華等[6]認為，形成時間隨著薯渣粉添加比例的增加顯著降低，這是由于薯渣粉中存在纖維及破碎淀粉，破壞面筋網絡，推測添加甘薯渣粉將使小麥粉形成的面筋網絡結構受到破壞或稀釋。本實驗中，薯渣粉的添加量與面筋網絡結構形成時間沒有明顯的對應變化，這與范亭亭等[22]的研究結果一致。蛋白質弱化度是反映面團耐機械力作用的程度，弱化度越高，面團越易流變，加工性能越差。由表1可知，當薯渣粉添加質量分數為4%～12%時，隨著薯渣粉添加量增加，蛋白質弱化度降低，且與對照差異顯著(P<0.05)。α值代表了蛋白質弱化速率[23]，弱化速度隨著薯渣粉添加量的增加變化不大，與對照相比差異不顯著(P>0.05)。

表1 微細化薯渣粉對蛋白熱機械學特性的影響

2.1.2 微細化薯渣粉對面團淀粉熱機械學特性影響

C3表示面團在加熱階段產生的最大扭矩，即峰值黏度。C3-C4是黏度崩解值，能夠反映薯渣面團糊化時熱黏度穩定性，值越大，說明越不穩定。γ為C3與C4之間的斜率，能夠反映淀粉酶水解的速率;β為C2和C3之間的斜率，表示淀粉糊化速度[24]。由表2可知，隨著薯渣粉添加比例的增加，峰值黏度(C3)與對照相比，先降低后升高，當添加質量分數為8%時，峰值黏度達到最高。淀粉水解速率(γ)與對照相比，先降低后升高，當添加質量分數為10%時，淀粉水解速率最高。淀粉糊化速率(β)差異不顯著(P>0.05)，薯渣面團的黏度崩解值(C3-C4)先降低后逐漸升高，且差異顯著(P>0.05)。黏度崩解值越大，說明淀粉顆粒破損的程度越大，耐剪切能力越低[25]。隨著薯渣粉添加量逐漸增大，面團黏度崩解值由0.07 Nm增加到0.34 Nm，說明薯渣粉的增加，使得淀粉顆粒的破損程度增大，混合粉中淀粉顆粒的耐剪切性降低。回生值(C5-C4)是指在50 ℃冷卻結束后產生的終點黏度(C5)與保持黏度(C4)之差，體現了淀粉的老化回生性質，回生值越高，越容易老化[26]。隨著薯渣粉含量的增加，回生值顯著(P<0.05)降低，可能是由于薯渣粉中膳食纖維含量高，吸水性強，影響了面團中淀粉顆粒正常的溶解和膨脹，阻礙了直鏈淀粉的重新排列，使得混合粉在冷卻過程中形成凝膠的能力被弱化，從而增強面團抗老化能力，延緩面團老化速度。

表2 微細化薯渣粉對淀粉熱機械學特性的影響

2.2 微細化薯渣粉對面團質構特性的影響

面團的質構特性直接決定了后期加工產品的感官品質，質構參數主要包括硬度、內聚性、彈力、膠著性等。由表3可知，與對照組相比，隨著微細化薯渣粉比例的增加，生面團的硬度、膠著性逐漸增大，且差異顯著(P<0.05)。說明微細化薯渣粉添加質量分數大于8%時會使面團硬度增加，缺乏彈性、黏性大，這是由于薯渣粉中膳食纖維含量高，從而阻礙了面筋網絡的形成，影響了面筋的彈性和延展性，導致面團的氣室減小，硬度增加。薯渣粉添加質量分數在2%～12%時，其內聚力逐漸降低，回復性先降低再增加再降低，當添加質量分數為8%時又增加，之后又下降。這是因為當薯渣粉少量添加時，膳食纖維會填充于面筋網絡結構中，使面團的彈性和內聚力適度增大或保持不變，但隨著薯渣粉添加量的增加，這種填充會使面團趨于飽和狀態，導致面團面筋網絡形成不完整，被壓迫變形后較難恢復成原狀，因此面團的回復性和內聚力有減小的趨勢。這與王小媛等[11]和劉興麗等[26]研究結果一致。

表3 添加微細化薯渣粉對生面團質構特性的影響

2.3 微細化薯渣粉對生面團色澤的影響

面團色澤會影響產品的感官性狀，對后續開發產品的品質有較為重要的影響[15]，也是決定消費者是否接受的一個重要因素。從表4可以看出，隨著薯渣粉比例增加，甘薯渣粉對面團的色度有顯著影響(P<0.05)，面團的亮度L*顯著降低(P<0.05)，a*顯著增加(P<0.05)，b*顯著降低(P<0.05)，即黃藍值b*向黃色偏移，紅綠值a*向紅色偏移，總色差ΔE顯著增加(P<0.05)，與薯渣粉添加量趨勢一致。面團色澤的變化主要是由于甘薯渣含有一定的類胡蘿卜素、花青素等色素,造成面團色澤較深。另外，JEDDOU等[27]研究了用部分土豆渣粉代替小麥粉，面團的顏色也呈現出棕黃色，與本研究結果一致。

表4 添加微細化薯渣粉對生面團色澤的影響

2.4 微細化薯渣粉對面團微觀結構的影響

薯渣粉不同添加量的配粉面團微觀結構如圖3所示。

a-0%(面團中薯渣粉質量分數，下同)；b-2%;c-4%;d-6%;e-8%;f-10%;g-12%;h-100%

當薯渣添加量為0時，可明顯地看出其淀粉顆粒均勻的分布在面筋網狀結構中，且面筋蛋白形成的網狀結構連續緊密地將淀粉顆粒包裹其中。添加質量分數為2%～6%時，隨著薯渣添加量的添加，部分淀粉顆粒被裸露出來，但是面筋網絡仍然較為完整和緊密，淀粉顆粒也依然均勻地分布在網狀結構中。繼續增加薯渣添加量，發現面筋蛋白所形成的網絡結構出現了斷裂的現象，可見，其持氣能力逐漸變差，淀粉顆粒的包裹程度逐漸降低。當添加質量分數大于10%時，面筋網絡結構以不連續片狀的形式存在于淀粉顆粒的表面，其表面也變得較為不光滑，薯渣粉對面筋網絡結構的破壞程度較大，與其他學者對小麥麩皮[28]和馬鈴薯生全粉[29]的相關研究結果一致。掃描電鏡結果進一步證實了薯渣粉的添加破壞了面筋的網絡結構，從而導致了上述面團特性的變化。

3 結論

微細化薯渣粉的添加改變了混合粉的主要成分，對小麥面團流變學特性及結構有較大的影響。隨著微細化薯渣粉添加量的增加，面團吸水率和穩定時間增加，形成時間、蛋白質弱化度及回生值逐漸減小，峰值黏度、淀粉水解速率先減小后增加，當添加質量分數大于8%時，又逐漸降低，黏度崩解值先減少后增加；面團硬度、膠著性和咀嚼性逐漸增大，內聚力、回復性呈現先增加后下降的趨勢，品質有所降低；面團L*、a*和b*值呈現下降的趨勢，顏色發暗，總色差值增大；面團的微觀結構顯示，薯渣粉的添加會破壞小麥面團中的面筋網狀結構，使淀粉顆粒逐漸裸露，微細化薯渣粉添加質量分數為 4%～8%的小麥面團微觀結構在可接受的范圍。綜上所述，微細化薯渣粉面團的熱機械學特性、質構特性、色澤及微觀面筋網絡結構都有所改變，對其改良可考慮添加谷朊粉以彌補薯渣粉對面粉蛋白質的稀釋作用，從而改進面團的流變學特性，在后續實驗中將對此進行進一步的研究。