馬鈴薯全粉在面條中的應用研究

呂 美，趙 月，曾文鶯，王 迪，徐 波，么 艷，宋慧敏，薛友林?

（1. 沈陽市現代農業研發服務中心 （沈陽市農業科學院），遼寧 沈陽 110026；2. 遼寧大學 輕型產業學院，遼寧 沈陽 110036）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L．）屬茄科一年生草本植物，是世界上僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物，在我國已有400多年的栽培歷史[1-3]。據聯合國糧食及農業組織（FAO）統計，2017年度世界馬鈴薯總產量3.88億噸，我國馬鈴薯總產量 0.99億噸，居世界第一[4-5]。馬鈴薯塊莖含有蛋白質，維生素，碳水化合物及微量元素等[6-8]。與小麥、玉米、水稻相比，馬鈴薯抗逆性強、可種植面積廣、可儲存時間長等特點，能夠減少糧食對于中國經濟發展的限制。目前，市場上馬鈴薯制品有馬鈴薯面條、馬鈴薯米粉、馬鈴薯混搭米飯、糊狀馬鈴薯粥以及馬鈴薯混搭系列燕麥粉等等。其中，馬鈴薯面條有馬鈴薯生鮮面條、馬鈴薯半干面條、馬鈴薯干面條[9-10]。對于復合面制品的研究，大部分研究者研究了各種親水膠體和乳化劑等添加劑對面團理化性質的影響[11]，研究了復合面制品的生產工藝和保鮮方法[12-13]，除此之外還有研究者從蛋白質二級結構的角度探究不同的面團發酵方式對饅頭的影響[14]，以上這些研究大多側重于面制品品質改良，而本研究試圖從機理的角度分析馬鈴薯全粉面條的形成，這對于馬鈴薯面制品的加工和市場推廣都具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯全粉，克新3號品種：沈陽農科院提供；麥芯面粉，蛋白含量18%：新鄉良潤全谷物食品有限公司；谷朊粉，蛋白含量≥75%：河南萬邦實業有限公司；乙酸，均為分析純：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

歐橡 OAK多功能壓面機：浙江歐橡有限公司；GZX-9076MBE電熱鼓風干燥箱：上海博迅實業有限公司醫療設備廠；CT3質構儀：美國BROOKFELD公司；JSM-5610LV型掃描電鏡：日本電子株式會社（JEOL）；3nh NR10QC精密色差儀：上海高致精密儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 面條的制作

馬鈴薯全粉面條的工藝流程如下：

具體步驟[15-17]：按照實驗配比分別稱取馬鈴薯全粉和小麥粉（共 100 g），在加入谷朊粉（0.03 g）混勻，之后將1 g食鹽溶于42 g去離子水中，將配好的鹽水分三次加入混合粉中，邊加邊攪拌，然后揉面。將揉好的面密封靜置30 min使其充分吸水，隨后整理面團。將整理好的面團放到壓面機上壓成厚度為1.5 mm，寬8 mm，長200 mm的面條。實驗共分四組，其中A1，A2，A3三個組是以馬鈴薯全粉含量為變量，B1是不加谷朊粉的空白對照，詳情見表1。

1.3.2 質構特性

參照靳志強等[18-19]方法并稍作修改，采用CT3質構儀對面團進行測試，量程為1 kg，TPA模式，形變目標50%，觸發點負載5 g，預測試和測試速度均為2.00 mm/s，循環2.0次，數據頻率20.00 points/sec，探頭TA5，無夾具。每組樣品測試8個平行。生面條測試參數不變。測熟面條時，將熟面條在去離子水中冷卻15 s之后，再進行測試，每次取兩根面條緊密并放在測試臺上，保證每次測試兩根面條都能被圓柱形的探頭探測。

表1 實驗組分的配比Table 1 Ratio of experimental components %

1.3.3 微觀結構

1.3.3.1 掃描電鏡 用掃描電鏡測試，要求面團、面筋和熟面條樣品均經過真空冷凍干燥（40 Pa,–40 ℃，48 h），然后研磨成細小的粉末。測試之前先在測試圓臺上貼數個導電膠片，然后使樣品粉末均勻分布在膠片上，每個膠片涂布樣品粉末，使用鍍金儀對樣品進行5 min鍍金處理，調節電壓5 Kv，放大1 000倍，在掃描電鏡載物臺上進行測試。

1.3.3.2 原子力顯微鏡 參照Guo等的方法[20]，將經過真空冷凍干燥的面筋蛋白碾磨成粉，讓粉末在濃度為5%（g/mL）的乙酸溶液中均勻分散開，然后將含有面筋粉末的乙酸均勻涂布在 1 cm×1 cm的方形單晶硅片上面，24 h后待乙酸揮發即可進行測試。

1.3.4 理化性質

1.3.4.1 色差 用3 nh精密手持色差儀對生面皮色差進行測試。將面團用機器輥壓成1.5 mm厚，150 mm寬的面皮，然后放在表面黑色的水平操作臺上測試，使用3 nh精密手持色差儀，先對儀器進行黑白校正，然后將儀器感光口朝下放在面皮上面直接接觸面皮，按下測試鍵即可得到ah、bh、lh三組參數，每個樣品測試五個平行。

1.3.4.2 膨脹指數 根據Tudorica等的方法[21]，將一定量的生面條在 105 ℃條件下于電熱鼓風干燥箱中脫水30 min，稱得質量為M1，在沸水中烹煮，直到面條中間白芯消失即為煮熟，接著在95 ℃條件下脫水15 min，稱得質量為M2，膨脹指數如下所示：

1.3.4.3 蒸煮損失 根據Tudorica等的方法[21]，制面的混合粉質量為 M1，將熟面條在 105 ℃條件下在電熱鼓風干燥箱烘干2 h，干面條質量為M2，蒸煮損失如下所示：

1.4 數據處理

采用SPSS20.0作差異顯著性分析，Origin Lab Pro v 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 質構特性

質構是評價面條品質的常規方法，能夠體現出不同配比面條的力學差異，還能一定程度模擬咀嚼，得到比較綜合的數據，為進一步的深入研究打下基礎。本研究對A1，A2，A3，B1四個組別的面團（見表2）、生面條（見表3）、熟面條（見表4）進行質構測試，每組樣品設置八個平行組。利用SPSS20.0軟件對質構數據進行差異顯著性分析。

表2 面團的質構數據Table 2 Texture data of doughs

表3 生面條的質構數據Table 3 Texture data of raw noodles

表4 熟面條的質構數據Table 4 Texture data of cooked noodles

數據初步顯示，加入馬鈴薯全粉和谷朊粉之后，各組面團在負載、彈力、內聚性和咀嚼參數方面差異較大，因為加了馬鈴薯全粉之后，馬鈴薯的淀粉改變了原來面團支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例，谷朊粉的加入增加了面筋含量，影響了面團質構特性。從混合粉到面團是一個淀粉吸水膨脹，面筋蛋白相互交聯，包裹淀粉形成固體，并體現出一系列如彈性、粘性、拉伸性等等物理性質的過程；從面團到生面條是通過輥壓法實現的，這樣能排出一部分面團在形成過程中儲存的氣體，進一步使面筋蛋白和淀粉連接。已知平均負載跟樣品的硬度呈正相關，由表 2、表 4可知，隨著馬鈴薯全粉含量的增大，面團/面條平均負載變大；由于生面條比面團薄，表面積體積比增大，平均表面積上分攤的面筋蛋白含量減少，束縛能力減弱，限制了淀粉和谷蛋白的結合，淀粉對質構影響較大，故表3中隨著馬鈴薯全粉的添加樣品平均負載反而逐漸變小。根據Schofield等的研究[22]，淀粉與面筋蛋白的結合物在水溫超過70 ℃左右時會發生SH/SS的交換反應，提高熟面條的彈性，這和我們研究結果相符。總的來說，馬鈴薯全粉對面條制作過程中的面團影響較大，其次是生面條，最后是熟面條；而谷朊粉的加入在生面團和生面條當中增加谷蛋白的量，可以提高彈性降低硬度，在熟面條當中增加咀嚼參數。

2.2 微觀結構

2.2.1 掃描電鏡

根據質構數據差異顯著性分析的結果，選用三個差異最大的組A1，A3和B1（所有樣品均經過凍干之后測定）來測試掃描電鏡，進一步探究馬鈴薯全粉、谷朊粉對面條微觀結構的影響。在凍干面團當中，可以觀察到 A1（I）分布著體積較小的小麥淀粉顆粒，而A3（II）和B1（III）里面所包含的扁狀大顆粒是來自馬鈴薯的淀粉。比較 A3（II）和 B1（III），未加谷朊粉的一組 B1（III）內部結構相對粗糙一些，谷蛋白的含量較低導致淀粉不能與其充分結合，使部分淀粉暴露出來呈現出不光滑的結構特征。面筋當中，對比A1（I）和A3（II），加入馬鈴薯全粉之后，面筋網絡連續性減弱，孔隙大小不均勻，這可能是由于馬鈴薯全粉缺乏面筋蛋白導致的。由于面筋基質是由面筋蛋白和被面筋蛋白包裹著支撐面筋基質空間結構的淀粉構成[23]，所以馬鈴薯淀粉和小麥淀粉對這樣的現象也有影響。熟面條的結果中，未加馬鈴薯全粉的 A1（I）內部具有連續的網狀結構，且淀粉顆粒很好的結合進網絡結構里面，A3（II）的網狀結構有斷裂的跡象，我們認為這是面筋蛋白含量不足，馬鈴薯淀粉顆粒又比較大，蛋白不能完全包裹淀粉所導致的。B1（III）未加谷朊粉，內部網狀結構斷裂更加嚴重。在熟面條中起主要作用的是谷蛋白，A3（II）和B1（III）添加馬鈴薯全粉導致小麥面粉含量降低，相應的谷蛋白含量減少，因而出現結構不連續和斷裂現象。基于這樣的現象我們得出結論，馬鈴薯全粉對熟面條的微觀結構有消極影響，而谷朊粉由于增加了面筋蛋白含量，并且能夠參與面筋網絡的形成，維護網絡連續性和穩定性，所以能夠減輕這種消極影響。

2.2.2 原子力顯微鏡

Humphris等報道了AFM對于表觀網絡的觀察[24]，Liao等利用AFM觀測了小麥面筋的表觀粗糙度[25]，我們參照文獻采用 AFM 的圖像觀察面筋形態。由文獻可知，小麥面筋網絡是一個亮區，暗色斑點為網絡孔隙。對比 A1（I：未加馬鈴薯全粉）和A3（II：加20%馬鈴薯全粉）可知，隨著馬鈴薯全粉的加入，圖像亮度減弱，面筋網絡受到損壞；B1（III）顏色變淺跟面筋蛋白無關，很可能是馬鈴薯蛋白或者多糖導致的。另外，A1（I）的孔隙均勻而致密，A3（II）可能由于谷蛋白殘基和馬鈴薯蛋白通過二硫鍵形成了小分子聚合物，抑制了谷蛋白間二硫鍵的連接，阻止面筋網絡的形成，馬鈴薯淀粉的介入使直鏈淀粉和支鏈淀粉比例改變，導致面筋網絡連續性減弱，孔隙大小不均勻，這個結果和掃描電鏡的結果可以相互佐證。通過分析原子力顯微鏡圖像我們發現，A1（I）組要優于A3（II）組和B1（III）組，由此可知馬鈴薯全粉對面筋蛋白的微觀結構整體影響趨勢偏負向。

圖1 三個配比的面團、面筋蛋白和熟面條的掃描電鏡Fig.1 SEM of A1, A3, B1 groups of dough, gluten and cooked noodles

圖2 A1（I），A3（II），B1（III）組面筋蛋白的原子力顯微鏡圖像Fig.2 AFM images of A1(I), A3(II), B1(III) groups of gluten

2.3 理化性質

色差當中，lh表示黑白或者亮暗程度，偏白為+，偏黑為–；ah表示紅綠，偏紅為+，偏綠為–；bh表示黃藍，+為偏黃，–為偏藍。四個組別色差的差異不大，谷朊粉和馬鈴薯全粉本身顏色會對結果產生影響。在bh里面，B1由于沒有添加谷朊粉，偏黃程度和 A1沒有添加馬鈴薯全粉的一組更為接近，而A2和A3兩組添加了馬鈴薯全粉的偏黃程度相對接近，灰分含量會影響面團顏色的深淺。WangPei等將面制品顏色和它表面區域與細胞氣室的破壞聯系起來[14]，另外，細胞壁的增厚會導致顏色變暗[14]，即lh的值偏小。

高質量的面條評價標準包括較大的膨脹指數和較少的蒸煮損失。添加了谷朊粉的三組膨脹指數差異不大，A2組膨脹指數相對偏大，這可能是谷朊粉的添加和馬鈴薯大淀粉顆粒的吸水共同導致的。未添加谷朊粉的 B1組數值明顯較低。本研究說明，在一定范圍內面筋含量的提高有利于增大膨脹指數。蒸煮損失隨著馬鈴薯全粉含量的增加而增大，這可能是因為馬鈴薯全粉本身攜帶淀粉含量很高，在蒸煮過程當中容易流失在水里。也可能是總蛋白質含量減少，對于淀粉束縛力減弱，導致蒸煮損失增大。A3組相對于B1組蒸煮損失偏小，可能是因為 A3組添加谷朊粉，谷蛋白對淀粉的束縛作用使淀粉與谷蛋白形成結合物在高溫中較穩定存在，能削弱高溫對淀粉的不良影響，減少淀粉流失。在蒸煮過程，高溫的條件使面筋-淀粉復合物結合更加牢固，導致淀粉不易流失，且該復合物能夠保留大量水分，馬鈴薯全粉的添加有利于這種反應的發生，所以蒸煮損失變小，膨脹指數變大，而低溫下這種反應進行緩慢，所以這種優勢并沒有在掃描電鏡圖像里面體現出來。

表5 面團色差Table 5 Color difference ofdough

表6 蒸煮參數Table 6 Cook ing index %

3 結論

研究馬鈴薯全粉對于面團、面條和面筋蛋白網絡骨架結構的影響，結合質構特性、微觀結構圖像和理化指標分析，得出馬鈴薯全粉添加量為20%（g/g），谷朊粉 0.03%（g/g）的最佳配比。研究發現馬鈴薯全粉由于缺乏形成面筋網絡骨架的谷類蛋白，對于面團性質的影響偏負向。蒸煮參數和原子力顯微鏡圖像表明馬鈴薯蛋白和多糖可能參與了面團的形成，并參與了面筋蛋白的交聯反應，這種反應對于面團的影響具有積極作用，本研究對馬鈴薯全粉與小麥面粉結合制作主糧進行探討，對馬鈴薯主糧化的推廣具有重要意義。