外源蛋白對擠壓型無麩質馬鈴薯面條品質的影響

鄭瑩，朝魯，郝素穎，李銘媛，楊曉清

內蒙古農業大學食品科學與工程學院（呼和浩特 010018）

馬鈴薯富含營養物質，尤其富含賴氨酸，其所含的蛋白質為全價蛋白質，包括2種限制性氨基酸和8種人體必需氨基酸[1]。馬鈴薯是全球第四大栽培作物，僅次于玉米、小麥和水稻，在全球范圍內被廣泛種植和生產[2]。馬鈴薯鮮薯含水量大，不適合長時間保存或者遠距離運輸，這大為限制了馬鈴薯的加工與利用。將新鮮馬鈴薯加工成粉，既能極大程度保留原始的風味和性質，又利于進行產品的再加工[3-4]。通過將馬鈴薯鮮薯經切片、蒸煮、混合、制泥、干燥和過篩等多道工藝制作成粉，可分為馬鈴薯雪花全粉、馬鈴薯顆粒全粉2種類型[5]，經過加工制作，馬鈴薯全粉可以很好地保持馬鈴薯細胞的完整性，同時絕大部分的營養物質，如氨基酸、微量元素等營養成分也得以保存。此外，全粉加工出的食品在保持馬鈴薯的原汁原味的同時，還具有優質的食品加工性能，在薯片、焙烤食品、膨化食品、馬鈴薯泥等產品中有大量應用[6-7]。馬鈴薯全粉中不含麩質蛋白，具備開發無麩質食品的原料優勢，然而卻存在面食品制作時延展性差、難以成型、產品持水力差等加工性能不足的弊端[8]。許多學者開展將麥類面粉、谷朊粉、親水膠體和特定蛋白質等作為改良劑與馬鈴薯全粉相混合的方法以實現馬鈴薯全粉的產品性能改良的研究[9-11]，也有學者報道通過超聲波、濕熱處理和生物法對馬鈴薯全粉進行改性處理進而提升其加工性能的研究[12-13]。

雙螺桿擠壓工藝是通過對喂料速度與螺桿轉速的控制，強制物料通過螺桿并由模具擠出成型，在此過程中，物料在強大的擠壓和剪切力作用下發生結構及形態的改變，其中蛋白質會發生結構裂解與展開，淀粉中的支鏈淀粉快速裂解、降低結晶度并增大直鏈淀粉的比例，進而改變蛋白與淀粉原有的結合狀態而改良加工性能。利用雙螺桿擠壓剪切的改性效應提升馬鈴薯全粉加工性能的研究尚未見報道，利用螺桿擠壓的物理改性作用，以大眾化的主食面條為落腳點，通過外加蛋白質的方法并結合雙螺桿擠壓工藝，研發無麩質馬鈴薯面條擴大馬鈴薯主食品類，提高馬鈴薯資源利用率，有助于馬鈴薯主食化戰略的實踐推廣。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯全粉：馬鈴薯鮮薯（夏波蒂品種），購自呼和浩特市武川縣馬鈴薯種植基地，由黑龍江北大荒馬鈴薯全粉（內蒙古）有限公司加工制粉（蛋白質含量12%、能量18%、脂肪0、碳水化合物26%、鈉0）；食用木薯淀粉（食品級，河南新鄉良潤全谷物食品有限公司）；速溶分離乳清蛋白粉（食品級，上海嘉萌生物科技有限公司）；大米水解蛋白（食品級，武漢永國蛋白粉有限公司）；大豆分離蛋白（食品級，浙江一諾生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設備

DSE32-實驗型雙螺桿擠壓膨化機（濟南大彤機械設備有限公司）；SCIENTZ-10N/A冷凍干燥機（寧波新芝生物科技股份有限公司）；TM4000Plus掃描電鏡（日本Hitachi公司）；IR Tracer 100傅里葉變換紅外光譜（日本島津公司）；TA.XT.Plus質構儀（英國Stable Micro System公司）。

1.3 方法

1.3.1 擠壓型無麩質面條的制作

以100 g馬鈴薯全粉為基準，經前期預試驗分析，在固定加入10%木薯淀粉的基礎上，分別添加不同添加量（3%，6%和9%）的3種蛋白（大米水解蛋白，分離乳清蛋白和大豆分離蛋白），用蒸餾水調節樣品的含水量，使用雙螺桿擠壓機，并以在螺桿轉速20 Hz/min、喂料速度10 Hz/min的條件下制作的擠壓型無麩質面條為試驗組；因未經過螺桿擠壓處理的樣品無法形成完整的面條，故使用未添加蛋白質但經擠壓的馬鈴薯全粉面條為空白組。將試驗組和空白組面條均置于冰箱4 ℃冷藏待測。

1.3.2 試驗方法

1.3.21 面條的表面微觀形貌測定

參照潘志琴等[12]的方法略作修改。將面條凍干24 h，取面條自然橫斷面。將橫斷面噴金后置于導電膠帶上，使用洗耳球清除未粘牢的樣品。采用掃描電鏡并設置加速電壓15 kV，放大200×觀察面條的表面微觀形貌。

1.3.22 面條的傅里葉紅外光譜分析

參照岳苗[13]的方法進行少量修改。取凍干后的面條樣品研磨成粉，過0.150 mm（100目）篩。取2 mg過篩后的樣品與200 mg溴化鉀充分研磨。壓片后進行樣品紅外光譜的測定。設置掃描范圍4～4 000 cm-1、掃描次數32次、分辨率4 cm-1。

1.3.23 面條的蒸煮特性

參照Int等[14]的方法測定面條的蒸煮特性。將面條置于沸水中煮150 s，用濾網撈出并用冷水浸泡30 s，使用濾紙吸干表面水分，稱重。面條吸水率根據式（1）計算。

式中：W0為煮前面條質量，g；W1為煮后面條質量，g。

取20根面條置于沸水中煮至白芯消失后撈出，置于冷水中30 s后逐根挑出，記錄斷條數，面條斷條率根據式（2）計算。

式中：n0為面條總條數，根；n1為斷條數，根。

1.3.24 面條的質構特性

參照Yang等[15]的方法對面條的全質構特性進行測定。取1.3.4中煮熟的面條，將3根面條等距排列，置于P100型探頭正下方。設置測前速度2 mm/s，測中速度1 mm/s，測后速度2 mm/s，形變量50%，觸發力5 g，2次下壓間隔1 s。記錄樣品的硬度、彈性、內聚性及黏附性。

1.3.3 數據處理

所有試驗均做至少3次重復。使用Origin 2021進行圖表的制作。使用SPSS 26對數據進行統計及差異性分析，顯著性界值為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 無麩質面條的微觀結構

如圖1所示，不同蛋白質的加入使得面條橫截面微觀形貌發生明顯變化。圖1（a）表明大豆分離蛋白加入后，面條截面孔洞增加，面條橫截面最為粗糙，且結構不致密，這可能是蛋白加入后的不均勻性導致。大豆分離蛋白添加量從3%增至9%時，面條孔洞減少，但有裂縫產生，說明大豆分離蛋白添加過多對面條的微觀結構有負面作用。張瑩瑩[16]研究也表明，大豆蛋白的加入會阻礙面團網絡結構的形成，使面團的加工性能及面制品的品質下降。圖1（b）顯示，大米蛋白的加入使面條的結構致密，孔洞減少。面條截面相對光滑，隨著添加量的增加，面條截面變光滑，但添加量達到9%，截面開始變粗糙。對比之下，圖1（c）中的添加乳清蛋白試驗組的面條表面孔洞最多，但大小更加均勻。乳清蛋白的加入同樣導致裂縫的產生，對比空白組（圖1 d）其截面更致密、平整。隨著添加量的增加，其表面結構未見明顯變化。陳舒涵等[17]研究表明，乳清濃縮蛋白的加入在一定程度上會減弱面筋的網絡結構，從而導致面條品質降低。

2.2 無麩質面條的紅外光譜分析

圖2為不同樣品的紅外光譜。對比空白組，試驗組的紅外光譜吸收峰的位置及形狀未見明顯改變，無新的吸收峰出現，即螺桿擠壓及外源蛋白質的加入，并未使馬鈴薯全粉產生新的基團。3 200～3 700 cm-1之間出現的吸收峰是O—H伸縮振動導致[18]，與空白組相比，復配粉在3 200～3 700 cm-1之間峰強度發生增大，證明蛋白質的加入及螺桿的作用，增加O—H的伸縮振動，這可能增強了復配粉各組分之間氫鍵的締合作用。王相甜等[19]研究表明，淀粉通過氫鍵發生交聯，形成網絡結構進而提升其硬度及彈性等品質指標。

2.3 無麩質面條的蒸煮特性

2.3.1 面條吸水率

使用吸水率表征面條熟化過程中可吸收水的能力。蛋白質的加入不同程度提高面條的吸水率。其中，添加大米水解蛋白的面條吸水率最大，其次為乳清蛋白，大豆分離蛋白最小。螺桿擠壓產生的剪切力，可以提高淀粉的破損程度，暴露出更多的親水基團，使吸水率增加。此外，蒸煮屬于熱過程，淀粉在熱的作用下發生部分糊化，糊化的淀粉失去其原有的晶型及結構力，整體變松散，致使吸水率增加[20]。蛋白質種類不同導致吸水率不同的主要原因在于不同蛋白的加入對面條結構產生不同影響。面條孔洞及裂縫的產生，使得部分水分被束縛，進而產生不同。此外，不同種類蛋白的吸水能力存在差異，螺桿擠壓對不同蛋白的作用效果也存在差異。隨著添加量的增加，3種蛋白復配粉的面條吸水率均呈現先上升后下降趨勢。證明過量蛋白質的加入會降低面條的品質，這可能是由于蛋白的過量加入，導致蛋白質產生聚集，減少蛋白質親水基團的暴露。不同種類蛋白質及添加量對復配粉面條吸水率的影響如圖3所示。

圖3 不同種類蛋白質及添加量對復配粉面條吸水率的影響

2.3.2 面條斷條率

熟面條的斷條率是面條品質評價的標準之一[21]。圖4顯示，添加大米水解蛋白的面條斷條率最小，而乳清蛋白、大豆分離蛋白添加的情況明顯遜色于大米水解蛋白。3種蛋白的加入均使面條斷條率顯著降低，面條品質得到提升。不同蛋白質添加量時斷條率不同的主要原因可能是在蒸煮過程中，蛋白質圍繞在淀粉顆粒周圍，抑制其膨脹，提高其高溫糊化耐受性，不同蛋白質與馬鈴薯全粉中淀粉的交聯狀態不同，因而顯示出不同斷條率。蛋白質添加量對面條斷條率的影響并不顯著，在不同蛋白質添加下，面條斷條率隨著添加量的增加呈現不同變化趨勢。大米水解蛋白添加量6%時，斷條率最低。

圖4 不同種類蛋白質及添加量對復配粉面條斷條率的影響

2.4 無麩質面條的質構特性

熟化后面條的質構特性見表1。不同種類及添加量蛋白質的加入使面條的硬度、彈性、內聚性、黏附性產生顯著變化。硬度表示面條的軟硬程度，對比空白組，蛋白質加入后的面條硬度顯著降低。蛋白添加量3%時，乳清蛋白組的面條硬度達到最低，大豆分離蛋白次之；添加量6%和9%時，大豆分離蛋白組的硬度達到最低；隨著添加量不斷變化，大米水解蛋白組的面條硬度始終呈現最高。內聚性可以反映食品主體內部化學鍵的強度，內聚性越高，食品結構越緊密。對比空白組，各試驗組的內聚性均得到顯著提升，證明蛋白質的加入可以增強面條內部結構的緊密程度。螺桿擠壓產生的剪切力破壞淀粉結構，增加淀粉的溶出。溶出的淀粉在熱的作用下產生糊化，形成具有內聚性的凝膠網絡。此外，巨大的剪切力破壞蛋白質的原有交聯，促進新的網絡結構的產生，進而增加面條的內聚性。大米水解蛋白添加量6%時，面條內聚性最佳。彈性是指恢復形變的能力，蛋白質的加入顯著提升面條彈性，并在大米水解蛋白添加量6%時達到最優。黏附性可表示食物變形后的表面黏性。黏附性越大，面條越容易粘連，造成品質的下降。乳清蛋白組隨著添加量的增加，黏附性持續增加，添加量9%時，黏附性達到空白組的1.4倍。大豆分離蛋白及大米水解蛋白的加入降低面條的黏附性，但在過量添加時會導致蛋白質聚集，增大面條質地的不均勻性，造成黏附性的增加，進而影響面條品質。不同種類蛋白質的加入對各指標產生不同影響的原因可能與淀粉競爭水分的能力不同[17]，導致相同蒸煮時間內淀粉糊化程度不同有關。

表1 蛋白添加對馬鈴薯面條TPA的影響

3 結論

通過對復配粉面條微觀結構、紅外光譜、蒸煮特性及質構特性的測定，探究不同種類及添加量的蛋白質對擠壓型無麩質面條的影響。蛋白的加入使面條結構更加致密，但過量加入會導致面條劣化。蛋白質及螺桿擠壓的共同作用未使復配粉產生新的基團。不同種類蛋白質對面條的品質產生不同程度影響，不論何種蛋白質，過量的加入均會引起品質劣化。其中，添加6%大米水解蛋白的面條在吸水率、斷條率及硬度等指標均表現最優。