尹旭敏，劉月如,2，楊茂,2，李曉英，曾志紅，曾小峰，商桑

1(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，重慶,401329) 2(重慶文理學(xué)院,園林與生命科學(xué)學(xué)院/特色植物研究院，重慶,402160)

薯渣是淀粉類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，主要成分為淀粉、膳食纖維以及少量的蛋白質(zhì)[1-2]，以干基計(jì)算，淀粉含量約為65%，膳食纖維含量可達(dá)到13%。薯渣經(jīng)水洗、干燥、微細(xì)化后，淀粉含量可降至57%，而總膳食纖維含量可提高到36%。微細(xì)化作為膳食纖維的一種物理改性手段，可使薯渣膳食纖維的粒度變小、比表面積增大，提高其持水力、膨脹力、結(jié)合水力，薯渣功能特性得到改善[3-4]。。

世界權(quán)威醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》2019發(fā)表的關(guān)于全球195個(gè)國家與地區(qū)飲食結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，中國因?yàn)轱嬍辰Y(jié)構(gòu)不合理而導(dǎo)致的死亡率和疾病發(fā)生率高于美國[5]。因此，改善日常飲食的營養(yǎng)成分結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

隨著人民生活水平的提高，精加工的小麥粉已不能滿足人們對(duì)均衡膳食的需求，科學(xué)家們致力于尋找富含膳食纖維的雜糧來替代部分小麥粉[6-8]，以改善傳統(tǒng)主食中的營養(yǎng)成分結(jié)構(gòu)。到目前為止，關(guān)于膳食纖維對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響的研究結(jié)論不一致，可能是加入面團(tuán)中的膳食纖維的來源、溶解性以及不同研究方法而導(dǎo)致的[9-13]。

不同來源的膳食纖維添加物因成分差異、加入面粉中添加量的不同，導(dǎo)致加入后的面團(tuán)特性出現(xiàn)不同的變化，部分改變會(huì)使面制品的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)更加合理，品質(zhì)得到改善。目前，薯渣粉在傳統(tǒng)面制品中的應(yīng)用研究較為缺乏，因此，本研究探討了微細(xì)化薯渣粉的添加量對(duì)面團(tuán)的色澤、流變學(xué)特性、質(zhì)構(gòu)特性、面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響，以期進(jìn)一步揭示面制品加工中薯渣粉與面團(tuán)組分間的相互作用，為薯渣在面制品中的應(yīng)用乃至食品行業(yè)產(chǎn)品加工與品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

甘薯渣,重慶市農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所自制；中筋小麥粉(蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)11%),益海嘉里(成都)糧食工業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DJM膠體磨,上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；SYFM-8型振動(dòng)微粉碎機(jī),濟(jì)南松岳機(jī)械有限責(zé)任公司；MIXOLAB2型混合實(shí)驗(yàn)儀,法國肖邦公司；TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀,英國Stable Micro Systems公司；CM-5色差儀,柯尼卡美能達(dá)控股有限公司；Alpha 1-4 LSC真空冷凍干燥設(shè)備,德國CHRIST公司；GeminiSEM 300掃描電鏡,德國蔡司公司；Mastersizer 2000激光粒度儀,英國馬爾文公司；HMJ-D3826型D和面機(jī),小熊電器股份有限公司；MDF-U4186S超低溫冰箱,日本SANYO公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 微細(xì)化薯渣粉的制備

新鮮無霉?fàn)€薯渣(堆放不超過48 h)經(jīng)膠體磨細(xì)化、水洗、壓榨脫水處理后，使用熱泵烘干機(jī)在60 ℃下烘干至水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%～8%，在5 ℃下超微粉碎20 min，制得微細(xì)化薯渣粉，利用激光粒度儀測得平均粒徑d[0.5]為60 μm的微細(xì)化薯渣粉(以下簡稱薯渣粉)?？偵攀忱w維30.8%，可溶性膳食纖維21.4%，水分6.9%，灰分2.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

1.3.2 配粉的制備

以小麥面粉為對(duì)照，將微細(xì)化薯渣粉與小麥面粉按質(zhì)量比2∶98、4∶96、6∶94、8∶92、10∶90、12∶88混勻，即為0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的配粉。

1.3.3 面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性測定

采用混合實(shí)驗(yàn)儀制備面團(tuán)并測定其熱機(jī)械學(xué)特性。在混合實(shí)驗(yàn)儀的和面缽中加入適量配粉，將配粉與水的總質(zhì)量設(shè)定為75 g，輸入預(yù)估吸水率為58%以及各配粉的水分含量，設(shè)定目標(biāo)扭矩C1(即本試驗(yàn)的最佳稠度1.10 Nm)，試驗(yàn)儀器會(huì)根據(jù)目標(biāo)扭矩C1自動(dòng)判斷加入配粉和水的質(zhì)量[14]。測試條件：初始溫度為30 ℃保溫8 min，第一次升溫以4 ℃/min升至90 ℃，保持7 min；然后以4 ℃/min降溫至50 ℃，再保溫5 min；測試過程始終保持80 r/min的揉混速度，測試時(shí)間45 min。測試過程中觀察扭矩，當(dāng)實(shí)測C1值不在(1.10±0.0)Nm 時(shí)，調(diào)整加入的粉和水的量，直至符合目標(biāo)扭矩要求。通過混合實(shí)驗(yàn)儀獲得面團(tuán)特性曲線示意圖見圖1，并以此得出各熱機(jī)械學(xué)特性指標(biāo)，每個(gè)樣品重復(fù)測定3次，取平均值。

①-混合；②-面筋強(qiáng)度；③-熱黏度；④-淀粉酶；⑤-回生

1.3.4 面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性測定

參照?，摰萚15]、楊文建等[16]的方法略作修改。根據(jù)混合實(shí)驗(yàn)儀測定不同配粉的吸水率控制加水量，和面10 min，再靜置10 min。將面團(tuán)制成直徑3 cm，高度2 cm的圓柱體，經(jīng)5 min平衡后置于質(zhì)構(gòu)儀平臺(tái)上，測量其硬度、黏附性、彈性等指標(biāo)。測試參數(shù)：探頭p100，測前速率3.0 mm/s，測中速率1.0 mm/s，測后速率3.0 mm/s，下壓距離1 mm，時(shí)間2.0 s；觸發(fā)方式自動(dòng)；觸動(dòng)力0.05 N。每個(gè)樣品重復(fù)測定5次。

1.3.5 面團(tuán)色差測定

將不同配粉制成的面團(tuán)，采用色差儀測定亮度(L*)、紅綠值(a*)、黃藍(lán)值(b*)和總色差(ΔE)。每組樣品重復(fù)測試5次，取平均值。

1.3.6 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)觀察

參照王強(qiáng)等[8]的方法略作修改。將不同配粉面團(tuán)在-80 ℃的超低溫冰箱中預(yù)凍24 h后，真空冷凍干燥24 h，將凍干的樣品小心掰斷，取少量的樣品顆粒進(jìn)行鍍金處理，使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope, SEM)對(duì)樣品微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行Duncan差異顯著性分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 微細(xì)化薯渣粉對(duì)面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響

Mixolab可測定薯渣-小麥混合粉中蛋白質(zhì)和淀粉在機(jī)械剪切應(yīng)力和溫度雙重影響下特性的改變，由圖2可知，添加了微細(xì)化薯渣粉的曲線與對(duì)照相比，面團(tuán)在降溫階段曲線走勢均發(fā)生了變化，但曲線上形狀走勢與對(duì)照類似，仍然能檢測到各個(gè)指標(biāo)的特征值。C1、C2、α主要為面團(tuán)中蛋白組分的熱機(jī)械學(xué)特性指標(biāo)(表1)，C3、C4、C5、β、γ主要為面團(tuán)中淀粉組分的熱機(jī)械學(xué)特性指標(biāo)[17](表2)。

圖2 不同薯渣粉添加量下面團(tuán)Mixolab特征曲線

2.1.1 微細(xì)化薯渣粉對(duì)面團(tuán)蛋白熱機(jī)械學(xué)特性影響

由表1可知，隨著薯渣粉的添加比例增大，各面團(tuán)的吸水率(60.40%～72.50%)較對(duì)照組(58.00%)均呈顯著增加(P<0.05)，主要原因是薯渣粉中含有大量的膳食纖維，纖維的極性基團(tuán)對(duì)水分有較強(qiáng)的吸附作用[18]，因此面團(tuán)的吸水率上升。賈玉華等[6]認(rèn)為，除了由于甘薯渣的纖維含量高以外，甘薯渣粉本身含有的糖類高于小麥粉，這些物質(zhì)的吸水性也高于小麥粉。面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間與配粉面筋強(qiáng)度相關(guān)，穩(wěn)定時(shí)間長，表明配粉筋力強(qiáng)，耐揉性好；穩(wěn)定時(shí)間短，表明面團(tuán)筋力弱，攪拌耐力下降[19]。隨著薯渣粉添加量增加，穩(wěn)定時(shí)間呈現(xiàn)略上升趨勢；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%～12%內(nèi)，均與對(duì)照組差異顯著(P<0.05)，僅添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)。薯渣全粉的添加，會(huì)降低配粉的面筋含量，當(dāng)添加量較低時(shí)，面筋含量降低不顯著，薯渣粉中的蛋白參與了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，使面團(tuán)筋力略有增加。另外，面團(tuán)在攪拌的過程中，面筋蛋白可將薯渣粉中的膳食纖維等物質(zhì)包埋在其中，從而使得面團(tuán)的黏度較大，混合實(shí)驗(yàn)儀攪拌面團(tuán)的過程中，將這部分阻力也記作了面團(tuán)的穩(wěn)定性，且隨著添加量的增加，使得面團(tuán)形成最大黏度的時(shí)間增加，從而顯示穩(wěn)定時(shí)間有上升的趨勢[14,20]。面團(tuán)的形成時(shí)間能反映面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成速度，添加薯渣粉的面團(tuán)形成時(shí)間均低于對(duì)照組，可能是與面筋含量減少有關(guān)[21]。賈玉華等[6]認(rèn)為，形成時(shí)間隨著薯渣粉添加比例的增加顯著降低，這是由于薯渣粉中存在纖維及破碎淀粉，破壞面筋網(wǎng)絡(luò)，推測添加甘薯渣粉將使小麥粉形成的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞或稀釋。本實(shí)驗(yàn)中，薯渣粉的添加量與面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成時(shí)間沒有明顯的對(duì)應(yīng)變化，這與范亭亭等[22]的研究結(jié)果一致。蛋白質(zhì)弱化度是反映面團(tuán)耐機(jī)械力作用的程度，弱化度越高，面團(tuán)越易流變，加工性能越差。由表1可知，當(dāng)薯渣粉添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～12%時(shí)，隨著薯渣粉添加量增加，蛋白質(zhì)弱化度降低，且與對(duì)照差異顯著(P<0.05)。α值代表了蛋白質(zhì)弱化速率[23]，弱化速度隨著薯渣粉添加量的增加變化不大，與對(duì)照相比差異不顯著(P>0.05)。

表1 微細(xì)化薯渣粉對(duì)蛋白熱機(jī)械學(xué)特性的影響

2.1.2 微細(xì)化薯渣粉對(duì)面團(tuán)淀粉熱機(jī)械學(xué)特性影響

C3表示面團(tuán)在加熱階段產(chǎn)生的最大扭矩，即峰值黏度。C3-C4是黏度崩解值，能夠反映薯渣面團(tuán)糊化時(shí)熱黏度穩(wěn)定性，值越大，說明越不穩(wěn)定。γ為C3與C4之間的斜率，能夠反映淀粉酶水解的速率;β為C2和C3之間的斜率，表示淀粉糊化速度[24]。由表2可知，隨著薯渣粉添加比例的增加，峰值黏度(C3)與對(duì)照相比，先降低后升高，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)，峰值黏度達(dá)到最高。淀粉水解速率(γ)與對(duì)照相比，先降低后升高，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，淀粉水解速率最高。淀粉糊化速率(β)差異不顯著(P>0.05)，薯渣面團(tuán)的黏度崩解值(C3-C4)先降低后逐漸升高，且差異顯著(P>0.05)。黏度崩解值越大，說明淀粉顆粒破損的程度越大，耐剪切能力越低[25]。隨著薯渣粉添加量逐漸增大，面團(tuán)黏度崩解值由0.07 Nm增加到0.34 Nm，說明薯渣粉的增加，使得淀粉顆粒的破損程度增大，混合粉中淀粉顆粒的耐剪切性降低?；厣?C5-C4)是指在50 ℃冷卻結(jié)束后產(chǎn)生的終點(diǎn)黏度(C5)與保持黏度(C4)之差，體現(xiàn)了淀粉的老化回生性質(zhì)，回生值越高，越容易老化[26]。隨著薯渣粉含量的增加，回生值顯著(P<0.05)降低，可能是由于薯渣粉中膳食纖維含量高，吸水性強(qiáng)，影響了面團(tuán)中淀粉顆粒正常的溶解和膨脹，阻礙了直鏈淀粉的重新排列，使得混合粉在冷卻過程中形成凝膠的能力被弱化，從而增強(qiáng)面團(tuán)抗老化能力，延緩面團(tuán)老化速度。

表2 微細(xì)化薯渣粉對(duì)淀粉熱機(jī)械學(xué)特性的影響

2.2 微細(xì)化薯渣粉對(duì)面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響

面團(tuán)的質(zhì)構(gòu)特性直接決定了后期加工產(chǎn)品的感官品質(zhì)，質(zhì)構(gòu)參數(shù)主要包括硬度、內(nèi)聚性、彈力、膠著性等。由表3可知，與對(duì)照組相比，隨著微細(xì)化薯渣粉比例的增加，生面團(tuán)的硬度、膠著性逐漸增大，且差異顯著(P<0.05)。說明微細(xì)化薯渣粉添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于8%時(shí)會(huì)使面團(tuán)硬度增加，缺乏彈性、黏性大，這是由于薯渣粉中膳食纖維含量高，從而阻礙了面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，影響了面筋的彈性和延展性，導(dǎo)致面團(tuán)的氣室減小，硬度增加。薯渣粉添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%～12%時(shí)，其內(nèi)聚力逐漸降低，回復(fù)性先降低再增加再降低，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí)又增加，之后又下降。這是因?yàn)楫?dāng)薯渣粉少量添加時(shí)，膳食纖維會(huì)填充于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使面團(tuán)的彈性和內(nèi)聚力適度增大或保持不變，但隨著薯渣粉添加量的增加，這種填充會(huì)使面團(tuán)趨于飽和狀態(tài)，導(dǎo)致面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)形成不完整，被壓迫變形后較難恢復(fù)成原狀，因此面團(tuán)的回復(fù)性和內(nèi)聚力有減小的趨勢。這與王小媛等[11]和劉興麗等[26]研究結(jié)果一致。

表3 添加微細(xì)化薯渣粉對(duì)生面團(tuán)質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.3 微細(xì)化薯渣粉對(duì)生面團(tuán)色澤的影響

面團(tuán)色澤會(huì)影響產(chǎn)品的感官性狀，對(duì)后續(xù)開發(fā)產(chǎn)品的品質(zhì)有較為重要的影響[15]，也是決定消費(fèi)者是否接受的一個(gè)重要因素。從表4可以看出，隨著薯渣粉比例增加，甘薯渣粉對(duì)面團(tuán)的色度有顯著影響(P<0.05)，面團(tuán)的亮度L*顯著降低(P<0.05)，a*顯著增加(P<0.05)，b*顯著降低(P<0.05)，即黃藍(lán)值b*向黃色偏移，紅綠值a*向紅色偏移，總色差ΔE顯著增加(P<0.05)，與薯渣粉添加量趨勢一致。面團(tuán)色澤的變化主要是由于甘薯渣含有一定的類胡蘿卜素、花青素等色素,造成面團(tuán)色澤較深。另外，JEDDOU等[27]研究了用部分土豆渣粉代替小麥粉，面團(tuán)的顏色也呈現(xiàn)出棕黃色，與本研究結(jié)果一致。

表4 添加微細(xì)化薯渣粉對(duì)生面團(tuán)色澤的影響

2.4 微細(xì)化薯渣粉對(duì)面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響

薯渣粉不同添加量的配粉面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

a-0%(面團(tuán)中薯渣粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)；b-2%;c-4%;d-6%;e-8%;f-10%;g-12%;h-100%

當(dāng)薯渣添加量為0時(shí)，可明顯地看出其淀粉顆粒均勻的分布在面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，且面筋蛋白形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連續(xù)緊密地將淀粉顆粒包裹其中。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%～6%時(shí)，隨著薯渣添加量的添加，部分淀粉顆粒被裸露出來，但是面筋網(wǎng)絡(luò)仍然較為完整和緊密，淀粉顆粒也依然均勻地分布在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。繼續(xù)增加薯渣添加量，發(fā)現(xiàn)面筋蛋白所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了斷裂的現(xiàn)象，可見，其持氣能力逐漸變差，淀粉顆粒的包裹程度逐漸降低。當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以不連續(xù)片狀的形式存在于淀粉顆粒的表面，其表面也變得較為不光滑，薯渣粉對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞程度較大，與其他學(xué)者對(duì)小麥麩皮[28]和馬鈴薯生全粉[29]的相關(guān)研究結(jié)果一致。掃描電鏡結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了薯渣粉的添加破壞了面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致了上述面團(tuán)特性的變化。

3 結(jié)論

微細(xì)化薯渣粉的添加改變了混合粉的主要成分，對(duì)小麥面團(tuán)流變學(xué)特性及結(jié)構(gòu)有較大的影響。隨著微細(xì)化薯渣粉添加量的增加，面團(tuán)吸水率和穩(wěn)定時(shí)間增加，形成時(shí)間、蛋白質(zhì)弱化度及回生值逐漸減小，峰值黏度、淀粉水解速率先減小后增加，當(dāng)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于8%時(shí)，又逐漸降低，黏度崩解值先減少后增加；面團(tuán)硬度、膠著性和咀嚼性逐漸增大，內(nèi)聚力、回復(fù)性呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，品質(zhì)有所降低；面團(tuán)L*、a*和b*值呈現(xiàn)下降的趨勢，顏色發(fā)暗，總色差值增大；面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)顯示，薯渣粉的添加會(huì)破壞小麥面團(tuán)中的面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使淀粉顆粒逐漸裸露，微細(xì)化薯渣粉添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4%～8%的小麥面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)在可接受的范圍。綜上所述，微細(xì)化薯渣粉面團(tuán)的熱機(jī)械學(xué)特性、質(zhì)構(gòu)特性、色澤及微觀面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都有所改變，對(duì)其改良可考慮添加谷朊粉以彌補(bǔ)薯渣粉對(duì)面粉蛋白質(zhì)的稀釋作用，從而改進(jìn)面團(tuán)的流變學(xué)特性，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中將對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的研究。