調質馬鈴薯全粉的穩態流變特性及面條品質評價

楊曉清 ，徐 茹

（1. 內蒙古農業大學 食品科學與工程學院，內蒙古自治區 呼和浩特 010018；2. 中糧面業(秦皇島)鵬泰有限公司，河北 秦皇島 066206）

馬鈴薯（Solanum tuberosumL.）是位于小麥、稻谷和玉米之后的第四大作物，兼有糧食和蔬菜的雙重特點，富含淀粉、維生素和無機鹽，營養均衡合理[1]。馬鈴薯全粉幾乎保留了馬鈴薯塊莖原有的組分，不同產地馬鈴薯全粉營養成分不同。資料顯示[2]，各地馬鈴薯全粉中富含鉀、膳食纖維、多酚類物質，但脂肪含量極低，淀粉含量在55.98%～72.71%之間、主要為支鏈淀粉，蛋白含量在 5.46%～10.32%之間，其中必需氨基酸含量高，富含賴氨酸、蘇氨酸和色氨酸，賴氨酸含量高對于制作主食非常具有吸引力，正好彌補大米、小麥制作主食的缺陷。然而，馬鈴薯全粉中缺少麩質蛋白，在加水混合的過程中難以形成彈性和延展性良好的面團，導致在加工過程中存在很多局限性，限制著馬鈴薯全粉主食化的加工應用[3]。

目前，馬鈴薯全粉食品研究越來越廣泛，例如有馬鈴薯全粉饅頭、面包、餅干、冰淇淋等[4]，馬鈴薯全粉往往是與小麥粉相混合使用，但混合粉中馬鈴薯占比相對較低。近年來，隨著我國馬鈴薯主糧化戰略的提出和推進，馬鈴薯育種和種植業大力發展，許多優良品種面世，為馬鈴薯全粉主糧產品開發和加工提供了原料基礎[4-5]，也有學者采用改良劑的研究報道[6-7]。鑒于大豆分離蛋白的基因結構與人體中的大部分氨基酸具有相似之處并在食品工業中廣泛應用[8]，添加大豆分離蛋白可部分替代麩質蛋白的功能性作用，但僅憑單純添加外源蛋白質不能保障其蛋白質肽鏈的交聯與重排，難以形成麩質蛋白的穩定空間構象。超聲波的剪切、空化和沖擊震蕩的綜合效應可使蛋白質部分伸展，分子內部的疏水基團暴露出來，使分子的疏水性増大，與化學改性相比，超聲波對蛋白的物理改性作用更為迅速、副產物更少，可以較大程度保存原產品的營養和特性[9]。淀粉顆粒中含有大量的氫鍵，超聲波的物理作用可使氫鍵斷裂、淀粉顆粒結構疏松、暴露大量羥基，增加淀粉與水分子的相互作用[10-11]。因此，在馬鈴薯全粉中添加適量大豆分離蛋白并進行超聲波處理，有望彌補馬鈴薯全粉因無麩質蛋白引起的加工性能不足的缺陷，有望提升高比例馬鈴薯全粉與小麥粉混合粉的加工特性，提高馬鈴薯全粉在餐桌主食的占有率。在面食品生產加工過程中，靜態流變特性能夠預測、解釋面粉漿料在加工過程的性狀變化以及影響面粉漿料的輸送、攪拌及加工工藝等，拉伸特性和質構特性除了直觀反映混合面粉凝膠的拉伸強度和硬度、彈性、膠黏性等適口性，進一步證明超聲波處理面團加工中穩定性和延展性的影響[12]。

目前，將超聲波改性處理的調質馬鈴薯全粉與上述物理特性相結合研究用以全面評價馬鈴薯全粉在主食加工中的應用效果尚不多見。本文根據團隊前期所獲得的大豆分離蛋白與超聲波協同處理的調質馬鈴薯全粉與小麥粉進行不同比例的復配，通過研究混合面粉漿料的靜態流變特性及蒸制熟面的品質變化，以期為開發高含量馬鈴薯全粉面條和加工工藝提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

馬鈴薯全粉（生產批號U-F-MLSF20210228，蛋白質含量7.48%，淀粉含量68.18%，粗脂肪含量0.68%，水分含量8.27%）：陜西昂煦生物科技有限公司；家用中筋小麥粉、家用中筋面粉（產品標準代號Q/BZY-0006S，蛋白質含量12.12%，脂肪含量1.61%，水分含量12.17%）：中裕公司；大豆分離蛋白，分析純：麥克林試劑公司。

1.2 儀器與設備

DGX-9143BC電熱鼓風干燥箱：上海福瑪實驗設備有限公司；HS4磁力攪拌器：德國IKA公司；80目標準篩：浙江上虞市道墟張興紗篩廠；Biosafer1000型超聲波細胞粉碎機：賽飛（中國）有限公司；HAAKE Rheo Stress6000 旋轉流變儀：美國賽默飛公司；TA.XT. Plus質構儀：英國 Stable Micro-System公司；SQP 電子天平：賽多利斯科學儀器有限公司；HMJ-01和面機：中山市雅樂思電器實業有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗樣品的制備

1.3.1.1 調質馬鈴薯全粉的制備 將馬鈴薯全粉與大豆分離蛋白按照 1∶0.94比例混合均勻并經超聲波處理后（采用前期研究參數：超聲功率500 W、作用時間 15.19 min），60 ℃烘干并粉碎過 80目篩，真空包裝于 4 ℃冰箱中冷藏備用，簡稱“調質粉”。

1.3.1.2 復配面糊穩態流變特性樣品的制備 分別稱取調質粉 2、3、4、5、6、7、8 g，小麥粉 8、7、6、5、4、3、2 g進行混合，調質粉與小麥粉的混合比例為（2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2）的混合體系，馬鈴薯全粉與小麥粉進行上述同樣配比，馬鈴薯全粉為空白組、中筋小麥粉為對照組。為試驗結果在圖中表示清晰簡明，小麥粉（Wheat flour）標記為W、馬鈴薯全粉（Potato flour）標記為 P、調質粉（Modified potato flour）標記為M，混合面粉則標記為：M2∶W8、M3∶W7、M4∶W6、M5∶W5、M6∶W4、M7∶W3、M8∶W2。將上述各類型面粉分別稱取 3 g加蒸餾水至100 mL，于25 ℃下放置于磁力攪拌器上以500 r/min的速度攪拌 20 min，形成各類型面糊。攪拌過程中為防止水分的蒸發，用保鮮膜將燒杯口密封。

1.3.1.3 蒸面條的制作 參考陳曦[13]并做適當修改，面粉+水（加入去離子水，加水量為70%，以面粉為基重）→和面（和面機高速旋轉120 s，低速旋轉 300 s）→靜置醒面 40 min→揉面→壓條→常壓水蒸氣蒸制 15 min→冷卻→緩速降溫→恒溫，為防止回生老化，后續測試短時間內盡快完成。

1.3.2 復配面糊穩態流變特性的測定

面糊的黏性在流動過程中得以表現，不同流體類型與流動阻力及生產加工條件密切相關。本文使用 HAAKE Rheo Stress 6000 旋轉流變儀穩態剪切程序，選擇P60 Ti圓柱形探頭以及配套樣品杯，取適量待測樣置于樣品杯中，試驗溫度為25 ℃，測定不同剪切速率下表觀黏度的變化，采用冪律方程對表觀黏度與剪切速率的數據點進行回歸擬合[14]。分析各面糊流體類型及表觀黏度隨剪切速率的變化規律，獲得適宜混合配比并進行蒸制熟面的感官、質構特性和拉伸特性等品質評價。

式（1）中，τ為剪切應力（Pa）；K為稠度系數（Pa.s），是樣品黏稠度的衡量；γ為剪切速率，s-1；n代表流動指數，表示偏離牛頓流體的程度。為圖形表達清晰，試驗結果獲得的表觀黏度如果數值相差懸殊，可按數值大小劃分為低表觀黏度和高表觀黏度。

1.3.3 面條質構特性的測定

參照張樂道等[15]方法，適當調整，采用探頭為P100型，校準距離為15 mm，測試前、中、后速度均為 0.8 mm/s，形變量為 75%，觸發力為 5 g，時隔為1 s。取已蒸制備用的3根直徑與長度均勻的三根面條水平放置于物性分析儀載物平臺上，每根面條之間要有0.5 cm的間隔，面條與載物平臺的側邊相平行。每個實驗重復6次，去掉最大值和最小值后求平均值。

1.3.4 拉伸特性的測定

取已蒸制備用的10 cm長的面條纏繞固定于2根探測棒上。參照楊健[16]方法并稍作修改，采用質構儀對面條進行拉伸特性的測定，使用A/SDR探頭，測前速度 1.00 mm/s，測中速度 3.00 mm/s，測后速度 10.00 mm/s，觸發力 5.0 g，測試直到拉斷，共進行6次平行試驗，測定拉伸位移和斷裂力，評判面條的延展特性、抗拉強度和筋力。測定結果去掉最大值、最小值，求平均值。

1.3.5 感官評價

蒸制熟面條感官評價項目與評分標準參考SB/T10137—93《面條用小麥粉》。由15位具備感官評價相關知識的專業人員組成，評分標準如表1所示。

表1 熟面條感官評分標準Table 1 Evaluation standard of cooked noodles

1.4 數據分析

采用 Excel 2019、Origin 2018 和 SPSS 26 軟件進行試驗數據分析，用Design-Expert.V8.0.6進行試驗數據回歸模型的分析和響應面圖的繪制。所有數據均平行測定3次，結果以平均值（Mean）±標準偏差（SD）表示。

2 結果與分析

2.1 復配面糊穩態流變特性的研究

小麥粉、馬鈴薯全粉、調質粉和其復配粉的表觀黏度與剪切速率變化關系見圖1。從圖1可以看出，在0～300 s-1剪切速率變化范圍內，各類型面糊黏度均有下降但降幅略有不同，因為被測的各類型面糊均為含有高分子的膠體粒子，這些粒子多由巨大的鏈狀分子構成，在靜止或低流速時，它們互相勾掛纏結，黏度較大，顯得黏稠，但當流速增大時，由于流動層之間的剪切力的作用，使比較散亂的鏈狀粒子滾動旋轉而收縮成團，減少了互相勾掛，表現為黏度下降，即剪切稀化現象[17]，同時由于各混合粉中直鏈淀粉含量存在差異造成黏度降幅的差異。在初始剪切速率增加到100 s-1時，所有面糊的表觀黏度快速下降，降幅較大，可能由于開始提高剪切速率的時候，內部發生了非彈性的碰撞導致，粒子突然受到逐漸提高的剪切速率作用，使得體系中原本的粒子間分子結構被打散，分子之間的結合能力下降，從而導致黏度迅速下降[18]。之后隨著剪切速率逐步增加，黏度下降幅度趨緩并逐漸呈穩定狀態，可能的原因是面糊中淀粉分子形成了一種網狀結構，該結構把水分包裹起來，淀粉分子互相連接，這樣淀粉糊粘度高，不易流動。如果破壞了這種網狀結構，釋放出包裹的水分，淀粉分子被水分子包圍，水的黏度低，面糊黏度下降很快，也易于流動[19]。

圖1 表觀黏度隨剪切速率的變化曲線Fig.1 Apparent viscosity versus shear rate

由圖1a可知，空白組馬鈴薯全粉（P）、對照組的中筋小麥粉（W）和單獨調質粉面糊（M）的表觀黏度變化情況基本趨于一致，而調質粉與小麥粉混合以后隨混合比例變化，則混合體系面糊的表觀黏度變化顯著。對照圖1a和圖1b，當調質粉添加量達到50%時，表觀黏度基本保持穩定不變，其中原因可能是不同面粉及配比引起直鏈淀粉與支鏈淀粉比例不同而造成的，更進一步原因有待深入研究，但可以表明表觀黏度保持穩定時流動阻力易于控制、有利于產品加工。采用冪律模型對上述曲線進行擬合，擬合結果見表2。

表2 不同混合體系的冪律方程擬合參數Table 2 Fitting parameters of power law equations for different mixture systems

由表2可知，冪律模型對混合體系的擬合度較好。稠度系數K與流體性質有關，是黏度的量度，通常黏度越大，K值越大。從表2可以看出，隨著調質粉含量的增加，面糊的稠度系數比空白組顯著增大，面糊的黏度顯著增加，這可能與其本身黏度有關，當混合比例為M5∶W5時，稠度系數值在調質粉里是最小、流動指數值相對較大，與圖1b中顯示表觀黏度的變化相符合，表明剪切稀化特征減弱，面糊流動狀態趨于穩定。當調質粉添加過大如M8∶W2或過小如M2∶W8時，混合體系的稠度系數較大、流動指數較小，表現為該混合體系在冷糊凝膠過程中易成型，剪切稀化增強、流動狀態不穩定。結合圖1和表2可知，所有樣品的流動指數均為n<1，均顯示剪切稀化和假塑性，隨剪切速率的增加，表觀黏度逐漸降低。Sun等[20]指出，面糊的假塑性可歸因于淀粉分子的定向排列，以及剪切作用下直鏈淀粉分子間的氫鍵斷裂。

2.2 蒸制面條拉伸特性的變化

拉伸位移可反映面條延展特性和可塑性，斷裂力可反映面條的強度和筋力[1-3]。面條蒸制后拉伸位移和斷裂力測試結果分別如圖2a～2b所示，隨著蒸制后貯藏時間的增加，除調質粉外，不同種類面條的拉伸位移和斷裂力均呈現顯著下降趨勢（P<0.05）。

圖2 不同種類熟面條拉伸特性變化Fig.2 Changes of tensile properties of different kinds of steamed noodles

調質粉中因加入大豆分離蛋白，經過超聲波處理后，體系內蛋白的疏水基團暴露性增大、淀粉顆粒表面疏松、超聲波機械能量存儲于體系內，促進了體系各組分的結合力，有利于體系內網狀結構的形成[9]，增大面團結構的穩定性。如圖2所示，50%調質粉與 50%小麥粉混合所形成的混合粉面條，在測試期間其斷裂力和拉伸位移基本能保持穩定，且數值高于原馬鈴薯全粉，但未經調質的 50%馬鈴薯全粉+50%小麥粉的混合粉面條的斷裂力與拉伸位移則存在明顯變化。將調質粉與小麥粉以高達50%的比例混合后，調質粉與小麥粉混粉面條的拉伸位移顯著高于純小麥粉面條，說明大豆分離蛋白和超聲波處理的協同作用不但改善了原馬鈴薯全粉的拉伸性，而且調質馬鈴薯全粉添加至小麥粉中可提高小麥粉的延展性和可塑性，混合比例可達50%。蒸制小麥粉面條的拉伸位移最小且與其他組存在顯著性差異，即蒸小麥面條的延展性和可塑性較差，原因是蒸制面條不與水直接接觸，利用水蒸氣的熱量糊化，糊化過程是淀粉從半結晶顆粒轉變為無定形狀態的過程，幾種面粉中小麥粉直鏈淀粉含量最高，在蒸制過程中與調質粉和馬鈴薯全粉相比，不易溶脹而進一步與蛋白形成復合凝膠體，延展性降低[21]。

2.3 蒸制面條的質構特性

小麥面條的彈性是面筋蛋白的網絡結構所賦予的。由表3可見，小麥粉面條彈性最大，而其他種類面條彈性均低于小麥粉面條，原因是面團中缺少面筋蛋白、谷蛋白含量少，使得混合面團的網絡結構不連續。調質粉與調質粉50%+小麥粉50%混粉面條的彈性優于馬鈴薯全粉及馬鈴薯全粉添加的混粉的情況，原因是調質粉中添加了大豆分離蛋白并借助于超聲波的改性作用，使蛋白質內部的疏水基團暴露，同時也使淀粉中的羥基暴露，增大了淀粉與水分子、淀粉與蛋白質的交聯作用，保持了面團內部結構的相對穩定，因此表現為較好的彈性；表3顯示，馬鈴薯全粉、50%馬鈴薯全粉添加的混合粉以及小麥粉等3個種類的面條熟化后的硬度相差不大，但調質粉及50%調質粉添加的混合粉熟制面條的硬度與前者相比稍低，但總體差異不明顯；咀嚼性是指將固體食品咀嚼到可吞咽時所做功的大小，數值上等于硬度、粘聚性和彈性的乘積，其影響因素較多。因小麥粉面筋蛋白含量最多，面團網絡結構緊密，故小麥粉面條的咀嚼性最高，馬鈴薯全粉面條咀嚼性低于小麥粉而高于調質粉及調質粉50%添加的混合粉面條，同時由于馬鈴薯全粉中淀粉顆粒較大，而調質馬鈴薯全粉在超聲波的剪切、空化和沖擊震蕩的綜合效應下，淀粉顆粒變小、表面結構疏松，雖然增加了與水分子和蛋白的結合力，但耐嚼性下降，適于不喜體驗咀嚼人群食用。

表3 不同種類熟面條質構特性測定結果Table 3 Textural properties of different kinds of steamed noodles

2.4 感官評價

同種類蒸制面條的感官評價結果見圖3。由圖3可知，5種不同面粉蒸制面條的感官評價差異較大，其中，調質粉面條的表觀狀態、適口性、韌性、光滑性和黏性評分最高。小麥粉面條的白度最好，其次是50%調質粉與50%小麥粉的混粉面條，白度最差的為馬鈴薯全粉面條，調質粉面條經過蒸制后，透明度提高，可能與馬鈴薯淀粉糊化有關[22]。食味評價中，小麥粉面條的評分最高，調質粉面條和馬鈴薯全粉面條次之，混粉面條評分較低，可能是較高的馬鈴薯全粉添加量使混粉面條中麥香味降低，馬鈴薯味過重而導致消費者難以接受。

圖3 不同種類蒸制面條的感官評價結果Fig.3 Sensory evaluation results of steamed noodles of different flour

3 結論

小麥粉和小麥粉與馬鈴薯全粉混合的全系列中的面糊均為假塑性流體和顯示剪切稀化現象，經超聲波結合外源蛋白添加處理的調質馬鈴薯全粉添加量達到50%時，表觀黏度隨剪切速率的變化表現最穩定，流動指數值較大，表明小麥粉中添加調質馬鈴薯全粉可降低流動阻力、有利于產品加工；調質馬鈴薯全粉面條的拉伸位移均高于馬鈴薯全粉面條，說明超聲波處理及大豆分離蛋白添加的協同作用在改善原馬鈴薯全粉的延展性、可塑性以及強度和筋力方面具有積極作用，調質馬鈴薯全粉與小麥粉等量混合時蒸制面條的延展性和可塑性優于純小麥粉；調質馬鈴薯全粉蒸制面條的彈性總體高于原馬鈴薯全粉面條但低于小麥粉面條，咀嚼性低于小麥粉面條。本研究證實經過調質處理的馬鈴薯全粉可提高與小麥粉的混合比例，有利于馬鈴薯主糧化的推進。