紫色馬鈴薯粉及Na2CO3對小麥-紫色馬鈴薯熟面的品質改良

趙紅倩, 馬亞娟, 王文秀, 馬倩云, 成德偉, 張宇帆 , 吳晶晶, 孫劍鋒,3

(河北農業大學食品科技學院1，保定 071000) (張家口弘基農業科技開發責任有限公司2，張家口 075000) (河北省馬鈴薯加工技術創新中心3，張家口 076550)

紫色馬鈴薯是馬鈴薯資源中一個具有獨特遺傳特性和經濟及營養價值的新品種[1]，營養成分豐富，含花青素、類黃酮、酚酸等多酚類抗氧化活性物質，具有抗癌、延緩衰老、改善糖代謝等生理功能[2-4]。目前，我國紫色馬鈴薯主要以鮮食為主，其相關功能產品有營養粉、餅干、面包、乳酸飲料等，但總體加工利用率不足10%，造成了紫色馬鈴薯附加值的降低[5-7]。

面條是以小麥粉為主要原料的中國傳統主食之一。隨著生活水平的提高，人們對面條的營養功效提出了更高要求，加入紫色馬鈴薯全粉研發的功能性面條將增強其營養特性和生理功效[8]。然而，由于紫色馬鈴薯全粉不含面筋蛋白，將其加入到小麥粉中會稀釋混合粉中面筋蛋白的含量，阻礙面筋結構的形成，制成的面條容易出現渾湯、斷條率高等問題[9]。因此通過研究不同薯粉添加量對面條品質的影響并確定適宜的薯粉添加量對紫色馬鈴薯功能性面條的開發至關重要。目前市售的馬鈴薯面條中全粉添加量多在20%以下，制備高含量的紫色馬鈴薯面條需要通過添加一些改良劑來提高其加工特性和品質，從而使面條具有足夠高的營養功效和抗氧化活性。

目前，對雜糧面條的品質改良主要集中在親水膠體、乳化劑、酶等食品添加劑的應用，Meng等[10]研究表明，葡萄糖氧化酶、硬脂酰乳酸鈉等可以增強面條中蛋白質和淀粉之間的相互作用，提高面條品質。添加Na2CO3作為改良劑可以通過改變面條中蛋白質二級結構的含量而增加蛋白質的交聯度，促進蛋白質形成緊密的網絡結構，從而在面條烹調和質構品質改善方面發揮重要作用，此外其還具有防腐、中和酸性等功能，可賦予面條堿性風味[11]。李嘉欣等[12]的研究表明，堿性物質的添加顯著降低了小米面條的蒸煮損失，提高了面條的質構品質。然而，關于Na2CO3對紫色馬鈴薯熟面品質改良、抗氧化活性的影響還鮮有報道。

本實驗以小麥粉和紫色馬鈴薯全粉為原料，研究紫色馬鈴薯全粉添加量對熟面品質的影響，在此基礎上研究Na2CO3對其品質及抗氧化活性的影響，并通過蛋白質二級結構的變化初步闡釋其對面條品質的影響機理，為改善小麥-紫色馬鈴薯熟面的品質提供參考，促進紫色馬鈴薯產品的多元化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫色馬鈴薯、小麥粉、食用堿(Na2CO3)；檸檬酸、鐵氰化鉀、溴化鉀等均為分析純。

1.2 儀器與設備

家用型壓面機，Scientz-100 F型真空冷凍干燥機，TMS-Pro型質構儀，CR-400型色差計，IRAffinity-1S 型傅里葉變換紅外光譜儀。

1.3 方法

1.3.1 紫色馬鈴薯全粉的制備

將新鮮的紫色馬鈴薯進行清洗、去皮、切片、預凍等處理后凍干、粉碎并過80目篩，得到紫色馬鈴薯凍干全粉，簡稱薯粉。

1.3.2 紫色馬鈴薯面條的制作

將小麥粉與薯粉按不同比例混合，得到不同比例的薯粉混合物；將Na2CO3溶解，加入混合粉中和面6 min得到絮狀面團；然后將面團用保鮮膜包裹，于室溫下熟化15 min，再用壓面機反復壓延成厚約1 mm的光滑面片；最后將面片用壓面機切割成厚1 mm，寬3 mm，長20 cm的面條，備用。

1.3.3 薯粉和Na2CO3的添加

薯粉的質量分數：20%、25%、30%、35%、40%(以混合粉質量為基準，不添加薯粉作為對照組)；Na2CO3的質量分數為：0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%(以混合粉質量為基準)。

1.4 指標測定

1.4.1 面條蒸煮特性的測定

1.4.1.1 最佳蒸煮時間

取20根鮮面放入300 mL沸水中蒸煮，每隔30 s取出1根，用玻璃片壓扁，觀察面條內部白芯，記錄白芯消失的時間，即為最佳蒸煮時間。

1.4.1.2 吸水率

取20根鮮面，稱重后煮至最佳蒸煮時間，撈出瀝干水分，稱量煮后面條的質量，并根據如式(1)計算面條的吸水率。

(1)

式中：m1為煮前面條質量/g；m2為煮后面條質量/g。

1.4.1.3 斷條率

取20根鮮面放入300 mL沸水中煮至最佳蒸煮時間，將面條取出，根據式(2)計算斷條率。

(2)

式中：n為斷條根數。

1.4.1.4 蒸煮損失

參照公艷[13]的方法測定面條的蒸煮損失率。

1.4.2 熟面質構特性的測定

參照陳潔等[14]的方法，采用質構儀測定熟面的質構特性。選取P36圓柱形探頭，測試速度0.8 mm/s，形變量70%，感應力0.5 N。

1.4.3 面條色澤的測定

采用色差計對鮮面和熟面的色澤進行測定，記錄L*、a*、b*值。

1.4.4 面條花青素含量的測定

將鮮面和熟面真空冷凍干燥去除水分，粉碎后過40目篩，置于干燥器中備用。采用超聲輔助的方法提取面條中花青素，得到花青素提取液備用[15]。之后采用 pH 示差法測定面條中花青素含量[16]。

1.4.5 面條抗氧化活性的測定

1.4.5.1 DPPH自由基清除率的測定

參照Vattem等[17]的方法并稍作修改。取2 mL DPPH乙醇溶液，加入等量的提取液，混勻，室溫避光反應30 min，于517 nm測定吸光度，記為A1；乙醇溶液代替DPPH乙醇溶液，測定吸光度，記為A2；無水乙醇代替提取液，測定吸光度，記為A0。根據式(3)計算DPPH自由基清除率。

(3)

1.4.5.2 ABTS自由基清除率的測定

參照Meng等[18]的方法并稍作修改。取1.4.4中提取液0.2 mL，加入1 mL ABTS工作液，混勻，常溫避光反應6 min，于734 nm測定吸光度，記為A1；以蒸餾水代替ABTS工作液，測定吸光度記為A2；無水乙醇代替提取液，測定吸光度記為A0。根據式(4)計算ABTS自由基清除率。

(4)

1.4.5.3 還原力的測定

參照田海娟等[19]的方法采用吸光度法測定面條的還原力。吸光度越大，代表樣品的還原力越強。

1.4.6 蛋白質二級結構的測定

稱取煮后凍干面條樣品2 mg，按照1∶100的比例加入溴化鉀，充分研磨后壓片，再利用傅里葉變換紅外光譜儀進行光譜掃描。掃描范圍 400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，信號掃描累加32次。最后利用Peak Fit 4.12對 FTIR 圖譜進行分析并確定面條中蛋白二級結構的質量分數[20]。

1.5 數據處理與分析

面條的質構特性每組樣品重復測定6次，其余指標重復測定3次，所有數據均表示為平均值±標準差。采用SPSS 18.0 軟件對數據進行統計分析，并用鄧肯多重范圍檢驗法進行顯著性分析，采用Origin 8.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 紫色馬鈴薯全粉添加量對面條品質的影響

2.1.1 蒸煮特性

如表1所示，隨著添加量的增加，面條的最佳蒸煮時間和吸水率不斷下降，斷條率和蒸煮損失不斷增大。由于紫色馬鈴薯全粉不含面筋蛋白，無法形成像純小麥面條那樣的緊密面筋網絡結構，薯粉的加入稀釋了混合粉面筋蛋白的含量，淀粉顆粒無法完全被包裹在網絡結構中，同時，薯粉的加入會增加面條中無序的蛋白質二級結構的質量分數，降低蛋白質網絡結構的穩定性，面條結構松散[21]。因此隨著薯粉添加量的增加，面條變得不耐煮，最佳蒸煮時間縮短，斷條率增加。此外，蒸煮過程中淀粉損失在面湯中，蒸煮損失增加。吸水率的降低可能與2個方面原因有關：面筋蛋白吸水能力比較強，全粉的加入稀釋了面筋蛋白[22]；淀粉在蒸煮過程中損失在面湯中，造成干物質損失率降低。

表1 薯粉添加量對面條蒸煮特性的影響

表2 薯粉添加量對熟面質構特性的影響

2.1.2 質構特性

薯粉添加量對熟面質構品質的影響如表2所示。隨著添加量的增加，面條的膠黏性不斷增大，硬度、咀嚼性呈先增大后降低的趨勢，內聚性和彈性呈整體降低的趨勢，面條品質變差。分析原因是薯粉不含面筋蛋白，而淀粉含量高，隨著添加量的增加，面筋蛋白不斷減少，影響了面筋網絡結構的形成；而淀粉含量不斷增加，膠黏性不斷增大，膠黏性過大會使面條口感變差，同時淀粉含量過高會使其不能完全吸水被包裹在面筋網絡結構中，面條結構松散，內聚性、彈性降低，品質變差。因此，為了得到黏彈性適中，蒸煮損失低、斷條率低的面條有必要研究合適的改良劑，對面條的品質進行一定的改善。

2.1.3 色澤

色澤是評價面條品質的重要指標。由圖1可以看出，隨著薯粉添加量的增加，面條的亮度值L*和黃藍值b*不斷降低，紅綠值a*呈增加趨勢。分析原因可能是，紫色馬鈴薯全粉為紫色，顏色偏深，它的加入使面條顏色變深，黃藍值向偏藍的方向變化。熟面的色澤變化趨勢與鮮面一致，但是煮后面條的b*值高于生面條，即面條煮后與煮前相比是偏黃的，原因可能是面條蒸煮過程中的高溫使得花青素發生降解，藍度值降低，面條偏黃。

圖1 薯粉添加量對面條色澤的影響

2.1.4 花青素含量

如圖2所示，添加薯粉的面條的花青素含量顯著高于純小麥面條，說明馬鈴薯面條的營養價值顯著高于純小麥面條，這是因為紫色馬鈴薯富含花青素，因此，薯粉的添加增加了面條的花青素含量，且隨著薯粉添加量的增加花青素含量不斷提高。面條經蒸煮后花青素含量降低，原因是花青素受熱不穩定，蒸煮過程的高溫造成花青素一定程度的降解。薯粉質量分數為35%和40%時熟面花青素含量不存在顯著性差異，分別為52.32、53.32 mg/100 g。

圖2 薯粉添加量對面條花青素含量的影響

2.1.5 抗氧化活性

圖3 薯粉添加量對面條抗氧化活性的影響

薯粉添加量對面條抗氧化活性的影響如圖3所示。添加薯粉的鮮面的DPPH、ABTS自由基清除率及還原力顯著高于純小麥面條，且隨著薯粉添加量的增加抗氧化活性呈不斷增強的趨勢，這一趨勢與花青素含量的變化規律保持一致。熟面的抗氧化能力低于鮮面，說明在蒸煮過程中，面條的抗氧化能力下降。分析原因是，具有抗氧化能力的花青素在蒸煮過程中受熱不穩定，溶于面湯中，造成了抗氧化能力的下降。

2.1.6 蛋白質二級結構

薯粉添加量對面條蛋白質二級結構質量分數的影響如圖4所示。蛋白質二級結構中β-折疊和α-螺旋是比較有序的結構，具有較高的穩定性，而β-轉角和無規則卷曲是無序結構[23]。隨著薯粉添加量的增加，面條中β-折疊不斷減少，β-轉角和無規則卷曲不斷增加，說明面筋蛋白結構穩定性不斷變差，面條結構松散，品質受到影響，這一結果與薯粉添加量對面條蒸煮特性和質構品質的影響保持一致。分析原因可能是，薯粉的添加破壞了面條中面筋蛋白的網絡結構，導致有序的β-折疊轉化為無序的β-轉角和無規則卷曲，面條品質變差。

圖4 薯粉添加量對面條蛋白質二級結構的影響

2.2 Na2CO3添加量對面條品質的影響

2.2.1 蒸煮特性

斷條率低、蒸煮損失率低、吸水率高的面條品質好。由表3可以看出，隨著Na2CO3添加量的增加，面條最佳蒸煮時間和吸水率不斷增大；斷條率和蒸煮損失先降低再增大，Na2CO3質量分數為0.4%時蒸煮損失達到最低值2.49%。然而，過量Na2CO3的加入會破壞面條的pH，影響二硫鍵的形成，使面條結構松散，蒸煮損失和斷條率反而上升[24]。將適量Na2CO3溶于水進行和面，水中的Na+和CO32-可以促進面筋蛋白均勻吸水，穩定蛋白質網絡結構。實驗證明適量Na2CO3的加入使面條中β-折疊由50.39%(未添加Na2CO3)增加到53.68%(Na2CO3質量分數為0.4%)，蛋白質網絡結構更加穩定，斷條率和蒸煮失降低。面條蒸煮后，β-折疊結構有一定程度的減少，但添加Na2CO3制作的面條減少幅度明顯低于未添加的對照組，對照組由50.39%下降到45.28%，而添加0.4%Na2CO3制作的面條由53.68%下降到52.11%，說明適量添加Na2CO3增強了面條的面筋網絡結構。

表3 Na2CO3添加量對面條蒸煮特性的影響

2.2.2 質構特性

Na2CO3的添加對熟面質構特性的影響如表4所示。與對照組相比，Na2CO3的加入降低了面條的硬度和咀嚼性。隨著Na2CO3添加量的增加，面條的回復性、內聚性先增大后降低，彈性不斷增大。這是因為隨著Na2CO3的添加，蛋白質面筋網絡與水分結合程度高，并且Na2CO3的加入增加了面條中β-折疊和α-螺旋，減少了β-轉角和無規則卷曲，此時形成的面筋網絡結構更加緊密，在一定程度上改善了面條結構松散的現象[25，26]，因此，蒸煮過程中Na2CO3對面條的面筋網絡結構具有一定的保護作用，蒸煮后面條的質構特性得到改善。但是，過量Na2CO3的加入會使其與面筋蛋白爭奪水分，造成面團缺水，面條結構變得松散。

2.2.3 色澤

如圖5所示，與對照組相比，Na2CO3的添加降低了面條的L*值、a*值、b*值，隨著添加量的增加，面條色澤逐漸變暗，并向偏藍綠色方向過渡，可能是堿的加入影響了面條的pH環境，在堿性環境中花青素呈藍色，因此隨著添加量的增大，面條顏色向藍綠色方向過渡。與未蒸煮的鮮面相比，熟面的亮度和紅度有一定程度的降低，黃度有一定程度的回升，這可能是在蒸煮過程中，面條中的酚類物質發生了轉變或降解，使面條的顏色發生了變化。

表4 Na2CO3添加量對熟面質構特性的影響

圖5 Na2CO3添加量對面條色澤的影響

2.2.4 花青素含量

如圖6所示，隨著添加量的增大，面條花青素含量逐漸降低。這是因為花青素在堿性環境下不穩定，Na2CO3的加入會造成花青素的降解[27]。面條經蒸煮后，花青素含量出現不同程度的損失，未添加Na2CO3的損失程度更大，這是因為單純紫色馬鈴薯粉和小麥粉形成的蛋白質空間網絡結構弱，此外花青素高溫不穩定[28]，而Na2CO3的加入在一定程度上加強了面筋網絡結構，對花青素具有一定保護作用。

圖6 Na2CO3添加量對面條花青素含量的影響

2.2.5 抗氧化活性

圖7 Na2CO3添加量對面條抗氧化活性的影響

Na2CO3添加量對面條抗氧化活性的影響如圖7所示。Na2CO3的加入降低了面條清除自由基的能力和還原力，面條經蒸煮后，抗氧化活性又出現不同程度的降低。當食用堿質量分數為0.2%～0.4%時，DPPH和ABTS自由基清除率分別保持在60%、35%左右，隨著Na2CO3的繼續增加，面條自由基清除能力繼續下降。從面條抗氧化能力的變化趨勢可以看出，雖然Na2CO3的加入降低了面條中花青素的含量，但是面條仍保持了一定的抗氧化能力。

2.2.6 蛋白質二級結構

如圖8所示，面條中面筋蛋白以β-折疊結構為主，且隨著Na2CO3添加量的增加，β-折疊呈先增加再減少的趨勢，β-轉角呈先減少再增加的趨勢，α-螺旋和無規則卷曲含量則無明顯變化。Wang等[29]的研究發現堿可以通過與蛋白相互作用而增加面條中β-折疊結構，同時伴隨β-轉角結構的降低，這種變化促進了面筋的聚合，使面筋蛋白的網絡結構更加穩定，從而使面條的蒸煮品質和質構品質得到改善。Na2CO3質量分數為0.4%時，β-折疊含量最高，β-轉角含量最低，此結果與Na2CO3對面條蒸煮和質構品質的影響保持一致。

圖8 Na2CO3添加量對面條蛋白質二級結構的影響

3 結論

利用紫色馬鈴薯全粉和Na2CO3對小麥-紫色馬鈴薯熟面的品質進行改良，并評估了其對面條抗氧化活性的影響。結果表明，紫色馬鈴薯全粉的添加改變了面條中蛋白二級結構的質量分數，減少了有序蛋白質二級結構，增加了無序蛋白質二級結構，蛋白質穩定性變差，面條蒸煮損失增加，內聚性和彈性降低，蒸煮和質構品質變差，但是可以賦予面條較高的抗氧化活性；Na2CO3的添加通過增加面筋蛋白β-折疊結構，降低β-轉角結構促進了面條蛋白質網絡結構更加穩定，制得的面條表現出斷條率低、蒸煮損失率低、適口性好的優良特性，內聚性和彈性得到了明顯提高，品質得到改善，抗氧化活性保持在較高水平。薯粉質量分數為35%，Na2CO3質量分數為0.4%時，熟面品質得到改善并保持了較高的營養價值。后續可從面筋網絡微觀結構、巰基和二硫鍵含量變化等方面進一步研究紫色馬鈴薯全粉和Na2CO3對面條品質的影響機理。