紫薯粉對小麥面團加工特性影響的研究進展

胡 瀚 王婭殊 周文化 張夢瀟 譚玉珩 李良怡

(1. 特醫食品加工湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410004；2. 中南林業科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

隨著市場需求的提升，近年來各種小麥混合粉面制品層出不窮。紫薯營養豐富[1]，色澤亮麗，所含花青素的生物價值和安全性高[2-5]，氨基酸組成全面，尤其是米面制品中相對缺乏的賴氨酸含量較高[6]，是極具價值的食品加工原料。將紫薯粉添加到小麥粉中不僅能提高面制品營養價值、豐富食品種類，且外源蛋白的加入在一定條件下能促進面團面筋網絡的形成[7]，提升面制品品質。

但紫薯粉中麥谷蛋白分子量較小、麥醇溶蛋白含量較低[8]，作為添加物改變了面團中各成分含量，改變了面團加工特性，易對生產應用產生不利影響。因此，在生產中依照紫薯—小麥混合粉加工特性的變化規律，科學地控制紫薯粉和小麥粉的配比，是提升紫薯面制品品質和實現紫薯面制品進一步應用的關鍵和基礎。文章擬綜述近年來對紫薯—小麥混合粉加工特性的研究，整理總結紫薯粉對小麥面團在粉質、質構、拉伸、動態流變等流變特性影響的變化規律，以及對糊化、老化兩個熱力學特性影響的變化規律，以期為紫薯—小麥混合粉的加工提供指導。

1 紫薯粉對面團流變學特性的影響

面團是制作面條、面包等面制品的基礎原料，其品質決定了面制品的產品質量[9-10]。流變學特性是衡量面團品質的重要指標，面團的粉質特性、質構特性、拉伸特性和動態流變特性是面團流變學特性中的重要特性[11-14]。紫薯粉與小麥粉的成分差異巨大，用其替代部分小麥粉會改變面團的流變學特性，從而影響面團的加工生產。

1.1 粉質特性

紫薯粉或紫薯泥與小麥粉混配會在一定程度上影響紫薯—小麥粉粉質特性，但與其他外源粉相比，紫薯粉對粉質特性的影響更小。不同外源粉質原料對小麥面團粉質特性的影響見表1。由表1可知，不同外源粉對小麥粉質影響具有明顯差異，比較紫薯—小麥粉混合面團與馬鈴薯、紅薯、板栗、綠豆粉面團粉質特性差異發現，隨添加量的上升，紫薯粉面團吸水率變化趨勢及幅度與馬鈴薯粉面團相近，穩定時間與紅薯、板栗粉面團相近，弱化度與綠豆粉面團相近。紫薯粉面團形成時間上升，與其他4種面團變化趨勢相反。此外，隨著添加量提升到30%，紫薯面團粉質質量指數降低了18，顯著低于馬鈴薯、板栗、綠豆粉面團的下降程度，說明紫薯粉對面團粉質質量的影響低于其他3種粉[15-19]。

表1 不同外源物添加量對小麥面團粉質特性的影響

外源粉基本組分的不同是影響混合粉面團粉質質量存在差異的主要原因。紫薯粉中的纖維素含量很高(2.7～6.5 g/100 g[20])，纖維素含有大量的羥基，可通過氫鍵結合更多的水，具有很強的吸水能力，且紫薯粉本身的水分含量(4.26 g/100 g[20])明顯低于小麥粉(12.99～13.23 g/100 g[20])，因此紫薯粉替代后混合粉面團的吸水量增加。而吸水量與粉質質量指數有著較好的線性相關性，如小麥粉吸水量與紫薯粉添加量的相關系數可達0.999(P<0.01)[20]。因此將紫薯粉添加到小麥粉中，其粉質質量不會過度降低，甚至有助于提高面制品的出品率，改善蛋糕、面包、饅頭、面條等面制品因失水而引起的老化、脫水、龜裂、收縮等現象。由表1可知，馬鈴薯—小麥混合粉面團也表現出了極高的吸水率(30%添加量下為103.0%)，但其直鏈淀粉/支鏈淀粉比例僅為0.14～0.31[8]，過低的直鏈淀粉比例使其淀粉吸水后膨潤度過高，表現為面團弱化度高，面團易流變，加工處理性差，因此馬鈴薯粉對小麥面團粉質質量的趨劣影響也十分明顯。

紫薯粉添加量對小麥面團粉質特性表現出明顯差異。由表2可知，不同質量分數的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達到20%(以面粉質量分數計)，面團吸水率隨紫薯添加量呈遞增趨勢[21-22]，其原因在于纖維素和蛋白質在紫薯粉中占比較高，其分子中羥基基團能與水分子發生相互作用，從而使混合粉中水分含量較低，隨著替代紫薯粉的增多，混合粉面團的吸水量也不斷增大[19]，其體積也會隨之增加；而添加紫薯的小麥面團形成時間和穩定時間分別降低1～5，7～10 min，可能是由于外源紫薯粉的添加稀釋了小麥面筋蛋白，使面筋網絡結構損壞的同時降低了混合粉面團的穩定性，并隨著替代紫薯粉的增多而逐漸明顯；混合粉面團弱化度不斷上升，當紫薯粉添加量高于10%后，弱化度超過100 FU，易造成加工困難；當紫薯粉添加量高于10%后，粉質質量指數低于50，加工適用性變差。Zhang等[15]將紫薯粉添加量提高到50%，發現混合粉面團的吸水率仍呈不斷上升的趨勢達到103.2%；面團穩定時間下降了2.0 min，最終為1.1 min；面團弱化度呈先上升后下降，最大值為279 FU；粉質質量指數不斷下降后，在40%～50%有上升；而面團形成時間由2.4 min不斷上升到5.8 min，與低添加量下的下降趨勢不同。

表2 紫薯粉添加量對紫薯—小麥混合面團粉質特性的影響

同時紫薯種類也對紫薯—小麥粉面團粉質特性產生影響。張夢瀟等[23]研究了寧紫薯1號等9個紫薯—小麥粉混合粉質特性發現，不同種類的紫薯粉對面團的吸水率、形成時間、穩定時間影響差別分別達到0.9%、1.61 min、5 FU，而對面團帶寬、公差指數的影響差別較明顯，最高可達6.92，10.24 FU。這可能是因為不同種類的紫薯在水分、蛋白質、纖維素和花青素等物質含量存在顯著性差異[24]。

1.2 質構分析

紫薯粉的添加混配對紫薯—小麥粉面團質構特性產生一定影響。由表3可知，不同質量分數的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達到30%，面團凝膠硬度和膠黏性不斷下降，凝膠彈性和內聚性先上升后下降(分別在10%、20%處有最大值)。這是由于紫薯全粉中存在的花青素和多糖與淀粉分子發生交聯，并通過氫鍵阻礙直鏈淀粉的再解離，使面團凝膠的質構特性趨劣變化，隨著紫薯粉添加量的上升，這種趨劣變化也逐漸明顯[25]。

表3 紫薯粉添加量對小麥面團及其產品質構特性的影響

紫薯粉的添加亦對面制品的質構特性產生影響。Zhang等[15-23]發現，紫薯粉的添加明顯提升了饅頭硬度，降低了饅頭膠黏性，對饅頭彈性、內聚性影響不大；紫薯粉的添加對面條硬度、彈性、內聚性影響較小，對面條膠黏性的影響因紫薯種類的不同存在差異。

1.3 拉伸特性

拉伸特性體現面團配方和制作流程上的差異性，紫薯粉的添加對小麥面團拉伸特性產生不利影響。隨著紫薯粉添加量的上升，面團拉伸能量、拉伸度、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例均先增大后減小[27]。面團良好的延展拉伸特性來源于小麥粉面筋蛋白中的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，紫薯粉較小麥粉彈性差、黏度大，且不含麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，部分替代小麥粉共混會弱化面團的面筋網絡，影響面團的拉伸特性。

將混合粉面團進一步加工為面條并煮熟，發現隨著紫薯粉含量的增加，紫薯面條的剪切應力從(76.99±5.35) g/mm2急劇下降到(29.17±4.82) g/mm2，硬度由(5 161.84±90.22) g降至(3 448.13±83.97) g[25]。在紫薯粉存在的情況下，煮熟面條的硬度和拉伸應力的降低歸因于紫薯花青素在糊化過程中引起的pH降低效應。

1.4 動態流變學特征

紫薯粉的添加在一定程度上影響小麥粉混合面團動態流變學特征。在紫薯—小麥混合粉體系中，粒徑較小的紫薯粉作為填充物進入面筋網絡中，使其相對體積增大，從而對面筋網絡結構的完整性及分子交互聯接的程度產生影響[28]，最終使面團的彈性和黏性發生變化。將不同種類紫薯—小麥混合粉面團于流變儀中測定動態流變特性，發現其tanδ均小于1[23]，說明紫薯粉的添加賦予了小麥面團類似固體的性質，具有較好的彈性[29]。將角頻率ω升高，混合粉面團的損耗因子先迅速降低再略微升高，可能是由于外源紫薯粉的添加提升了面筋蛋白中高聚物的含量，面筋蛋白聚合程度增大，使得紫薯—小麥混合粉面團的彈性增加，面團的穩定性變好[30]。

2 紫薯粉對面粉熱力學性質的影響

淀粉是紫薯粉[31]和小麥粉[32]的主要成分，而淀粉的糊化和老化能直接影響以淀粉為原料的食品的加工特性和成品質量[33-34]。其原因是由于已糊化的淀粉混合物隨著時間的推移，其內在品質會發生一系列變化，如在溫度約65 ℃以下時，直鏈淀粉與支鏈淀粉會發生部分分離，老化現象更嚴重，從而使其營養價值和感官品質大大降低，如慢頭干縮、面包變硬等均由淀粉老化作用產生[35]。紫薯粉和小麥粉中的淀粉含量和組成不同，其糊化、老化的起始溫度、終止溫度、峰值溫度及熱焓值也不同，因此研究紫薯粉對小麥粉糊化和老化特性的影響十分必要。

2.1 糊化特性

紫薯粉及紫薯泥與小麥粉混配在一定程度上會影響紫薯—小麥粉糊化特性，且其對糊化特性的影響與其他外源粉未見明顯差異。近年來相關研究對外源粉原料對小麥面團糊化特性的影響見表4。由表4可知，通過比較紫薯—小麥粉混合面團與板栗、木薯、菊粉、糯小麥粉面團糊化特性差異發現，隨添加量的上升，紫薯粉面團在峰值黏度、谷值黏度、崩解值等6個糊化指標的變化趨勢均與板栗粉、菊粉面團一致，且除糊化溫度外(在10%添加量下，紫薯粉面團升高15.03 ℃，板栗粉、菊粉面團分別為1.12，1.75 ℃)，其余指標變化量均無明顯差異。紫薯粉面團與木薯粉、糯小麥粉面團相比，僅在崩解值、最終黏度、回生值3個指標有相同變化趨勢[15,18,36-38]。紫薯添加量對小麥面團糊化特性表現明顯差異，具體如表5所示。

表4 不同外源物添加量對小麥面團RVA糊化特性的影響

表5 紫薯粉添加量對小麥面團RVA糊化特性的影響

由表5可知，不同質量分數的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達到20%，面團峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最終黏度和回生值均呈遞減趨勢，糊化溫度呈上升趨勢。這是因為紫薯粉中直鏈淀粉含量較低，部分替代小麥粉參與糊化時易吸水膨脹，使其呈黏稠狀，因此在一定的溫度和濃度下，紫薯—小麥混合淀粉較小麥淀粉擁有更高的糊化黏度、崩解值和回生值，達到峰值黏度所需時間少，更容易膨潤。在冷卻回生過程中，混合粉回生值更高，是由于其分子粒度較小，直鏈淀粉中氫鍵的重新締合更容易發生[39]。但郭家寶等[27]發現了不同的變化趨勢，紫薯粉與藁優2018小麥粉制成混合粉，其峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和峰值時間，隨添加量的上升先增大后減小，淀粉崩解值先增大后減小再增大，淀粉回生值逐漸減小。

紫薯粉對小麥面團糊化特性的影響亦可用差示掃描量熱儀表征，相關研究[20]發現，隨著替代紫薯粉的增多，紫薯—小麥混合粉面團的氧化溫度、結晶峰溫度和峰值溫度逐漸上升，糊化焓不斷增大，糊化溫度范圍則不斷縮小。

2.2 老化特性

紫薯粉部分替代小麥粉亦對面團老化特性(也稱凝膠化特性)產生一定程度的影響。不同質量分數的紫薯粉添加到小麥粉中至其添加量達到30%，混合粉的凝膠硬度和黏著性均呈下降趨勢，凝膠彈性于0～10%范圍內升高，隨后單調下降[22]。其原因主要是由于紫薯粉部分替代小麥粉組成混合粉面團后，紫薯中花色苷、纖維素等成分與小麥淀粉分子交聯，阻礙了直鏈淀粉以氫鍵形式重新締合，無法形成緊密的網絡結構，使凝膠硬度下降。

添加紫薯粉后小麥粉老化特性的改變與淀粉微觀結構的變化有關。紫薯淀粉、小麥淀粉及其混合淀粉凝膠凍融后的微觀結構均呈“蜂窩狀結構”[40]，但其蜂窩結構中孔的大小并不相同。純小麥淀粉凝膠和純紫薯淀粉凝膠表現出非常不均勻且疏松的網絡結構，以大孔為主；紫薯—小麥混合淀粉凝膠中的蜂窩孔尺寸比小麥淀粉凝膠更小且更均勻，尤其是當添加的紫薯淀粉含量為15%時，蜂窩孔尺寸最小，蜂窩狀結構最為致密。因此，這些結構特征表明紫薯淀粉起到了填充物質的作用，能較好地分散在小麥淀粉凝膠中。此外，紫薯淀粉與小麥淀粉的相互作用影響了淀粉間的交聯，限制了水分子的遷移，增強了混合淀粉凝膠的持水能力，有助于保持微觀結構[41]，從而小麥淀粉的凝膠網絡結構更加致密。

3 結語與展望

國內外對小麥粉加工特性的研究已有較長歷史，近年來對小麥混合粉的研究也已成為研究熱點。紫薯以豐富的營養成分、獨特的色澤、低廉的價格等優勢，已成為特色面制品研發熱點之一[42-43]。目前市面上已出現廣受消費者歡迎的紫薯特色面制品，如紫薯面條[44]、紫薯面包、紫薯蛋糕、紫薯餅干[45-46]等，但在生產保藏過程中，存在營養物質損失嚴重、色澤崩解嚴重、食品添加劑依賴過度等問題。進一步掌握紫薯—小麥混合粉加工特性規律，更深層次解釋紫薯—小麥混合粉加工現象，以解決紫薯特色面制品的行業難題，將帶來巨大的經濟效益。

文章綜述的紫薯—小麥混合粉研究，聚焦點在紫薯粉添加量對面團的影響，意在通過歸納不同研究者的加工特性試驗數據，總結紫薯粉與小麥粉的最佳比例，為今后的研究與生產作出指導。除此外，原料處理和加工工藝的優化也是面制品品質提升的重點，原料的預糊化[47]、脫脂、滅酶和發酵處理，加工過程中品質改良劑的添加、和面與成型方式的優化等方法[48-52]，已被研究證實能極大提升混合粉面制品品質。但目前紫薯—小麥混合粉在這些方面的研究較為缺乏，需要今后更多的研究投入。

此外，目前對紫薯—小麥混合粉流變特性、熱力學特性變化規律的解釋，普遍集中在性狀和品質的直觀表達，如混合粉直鏈淀粉和支鏈淀粉比例和含量、蛋白質種類和含量、纖維素含量和生物活性物質含量等變化。添加紫薯粉后，紫薯淀粉對小麥淀粉顆粒產生的交聯作用、紫薯蛋白及紫薯中游離氨基酸對小麥面筋蛋白結構的影響等因素，大多研究者只進行了推測，未進行針對性的量化研究。今后對紫薯—小麥混合粉加工特性的研究，需更微觀、更深入，以期從機理層面有更多發現。