張夢瀟,周文化,*,莫 華,汪金良,戴賽飛

(1.中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院,湖南長沙 410004; 2.特醫(yī)食品加工湖南省重點實驗室,湖南長沙 410004; 3.湖南應用技術(shù)學院,湖南常德 415000; 4.湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院,湖南長沙 410007)

紫薯粉保留了紫薯原有的各種營養(yǎng)、色澤、風味、保健等功能成分,損失率相對極低,易于貯藏和運輸[1]。將紫薯粉作為輔料添加到小麥粉中制作各類食品,如將小麥粉-紫薯混合粉制作成面條食品,不僅在面條中豐富了食品種類,改變其色香味,提高感官品質(zhì),而且可以調(diào)節(jié)面制品的酸堿性,促進新陳代謝[2]。

有關(guān)紫薯粉在小麥粉中的應用已有大量報道,邢麗君等[3]通過在紫薯粉中添加12%甘薯淀粉,顯著改善紫薯粉的物化特性及面條性質(zhì)。羅文等[4]在面粉中添加15%的紫薯粉制成的紫薯饅頭,其色澤、組織結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和香氣均能達到良好效果。仇干等[5]通過對不同配比的紫薯-小麥混合粉的化學組分、顏色、功能特性和熱特性進行測定,得出其混合粉的營養(yǎng)價值均高于單純的小麥粉,說明在小麥粉中添加一定比例的紫薯粉可以改善面團及面條品質(zhì)。何兆位等[6]研究表明在面包粉制作中添加一定比例的紫薯粉,其面團的流變學特性增加,而糊化特性下降,面團筋力減弱,這不利于淀粉糊化和膨脹,但吸水率升高、回生值下降有利于改善其制品的貯藏性。任彬等[7]研究發(fā)現(xiàn)在小麥粉中添加紫薯粉不利于凍藏面團品質(zhì)的改善,但在一定程度上紫薯粉能緩解面團品質(zhì)的劣變。陳芳芳等[8]研究表明紫薯粉對低筋面團的粉質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響大于高筋面團各項粉質(zhì)指標。Santiago等[9]添加紫薯粉可使面條的顏色呈深紫色,是由于其內(nèi)在花色苷含量較高所致。此外,紫薯粉提供了更多的糊化淀粉,使得生鮮意大利面更柔軟、更有彈性;從硬度、破碎力和能量來看,煮熟的新鮮意大利面具有更柔軟的質(zhì)地。

目前,國內(nèi)外許多學者主要集中于對單一品種紫薯粉對面團品質(zhì)影響進行了系列研究,而以不同品種紫薯為原料加工的紫薯粉-小麥粉混合粉面團研究鮮有報道。本研究以9種具有代表性的紫薯品種為原料制成紫薯粉進一步加工成紫薯粉面團,并以小麥粉面團為對照,測定面團的粉質(zhì)、糊化、流變學及水分分布狀態(tài)特性,對紫薯粉面團的品質(zhì)特性進行比較評價,以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的紫薯粉主糧化產(chǎn)品提供一定的理論和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

寧紫薯1號、寧紫薯8號、湘紫薯174號、川紫薯4號、徐紫薯8號、阜紫薯1號、渝紫薯7號、綿紫薯9號、鄂紫薯12號 9個品種紫薯均由湖南作物研究所提供;小麥粉 由湖南凱雪有限公司提供;紫薯粉(對照用) 中南林業(yè)科技大學步步高超市市售。

JH-HS鹵素快速水分分析儀 泰州宜信得儀器儀表有限公司;101-3EBS電熱鼓風干燥箱 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;DHH-180A小型電動壓面機 永康市海鷗電器有限公司;DH-360AB(303-1AB)電熱恒溫培養(yǎng)箱、FW-400A傾斜式高速萬能粉碎機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;UltraScan Pro色差儀 美國Hunter Lab公司;C21-SK210多功能電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司;B5A變頻調(diào)速攪拌機 廣州威爾寶酒店設(shè)備有限公司;BCD-248GS/MS冰箱 河南新飛電器有限公司;FB223分析天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;LS 13320激光衍射粒度分析儀 貝克曼儀器有限公司;DHR-2流變儀 美國TA公司;Micro-doughLAB 2800全自動微型粉質(zhì)儀、JK-1型快速黏度分析儀 瑞典Perten公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫薯粉的制備 在前期試驗研究的基礎(chǔ)上,按照最佳制作工藝進行紫薯粉的制備。

工藝流程:紫薯→清洗→蒸制→瀝水冷卻→去皮→烘干→粉碎→真空包裝→成品

操作要點:采用流動水清洗去除表面污垢,剔除芽眼及病變部分;在蒸煮鍋上蒸制,直至完全熟透,瀝水冷卻;去除紫薯皮,將去皮紫薯放置在鐵盤中鋪勻,放入鼓風干燥箱中于60 ℃干燥15 h,直至紫薯的水分含量在10%以下;干制紫薯采用萬能粉碎機進行粉碎,過100目篩,即得到紫薯粉,成品于4 ℃保藏避光供試驗用。

1.2.2 紫薯粉粒度測量 稱取0.5 g樣品于50 mL蒸餾水中,使用渦旋混合器進行均勻化,每10 min振蕩一次,在吸取樣品前搖勻。將懸浮液加入到樣品池中。測定紫薯粉的粒徑數(shù)量、體積及表面積分布狀況。采用儀器本身攜帶的軟件獲取結(jié)果,以百分比表示。

1.2.3 紫薯粉-小麥粉混合粉的制備 取磨制好的不同品種紫薯粉,在文獻[10]和預實驗的基礎(chǔ)上,分別與小麥粉按15%比例進行混合。將混合粉真空包裝,在4 ℃冰箱中貯藏,隨時備用。

1.2.4 紫薯粉-小麥粉混合粉粉質(zhì)特性的測定 根據(jù)GB/T 14614-2019《糧油檢驗 小麥粉面團流變學特性測試粉質(zhì)儀法》,采用微型粉質(zhì)儀進行測定。紫薯粉以15%的比例添加到小麥面粉中制成混合粉,稱取4 g配制的混合粉,自動加入適量蒸餾水,當面團的最高稠度達到國家標準的固定值(500±20) FU時,記錄粉質(zhì)曲線得到的吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度、帶寬和公差指數(shù),重復6次。

1.2.5 小麥粉-紫薯粉混合粉糊化特性的測定 紫薯粉以15%的比例添加到面粉中,重復6次。采用GB 24853-2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定快速粘度儀法》標準程序1的溫度模式,即RVA初始溫度為50 ℃,保持1 min,然后以12 ℃/min升高至95 ℃,保持在95 ℃ 2.5 min,再以12 ℃/min降至50 ℃,保持2 min,總共糊化13 min,根據(jù)RVA的曲線,分別獲得峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、回生值、衰減值和糊化溫度等參數(shù)。

1.2.6 小麥粉-紫薯粉面團流變學特性的測定 參考范亭亭等[11]方法,取100 g小麥粉,分別加入15%的不同品種紫薯粉,然后加入適量蒸餾水使面團的稠度達到500 FU,置于流變儀測試臺上,使用雙平板測量模式對樣品進行測試,測試條件為:平板直徑40 mm、間隙厚度:1000 μm、溫度25 ℃。選擇動態(tài)粘彈性測試程序,測試前將掃描頻率固定為10 Hz,在掃描應變范圍(0.1%～100%)內(nèi),找出其線性黏彈區(qū)所對應的掃描應力。測試時設(shè)定溫度25 ℃,頻率變化范圍為0.1Hz遞增到100 Hz,儲能模量(G′)、損耗模量(G″)及損耗正切值(tanδ=G″/G′)三者均隨頻率的變化。

表1 不同品種紫薯粉粒徑分布(μm)Table 1 Flour size distribution of different varieties of purple potato(μm)

1.2.7 小麥粉-紫薯粉面團核磁共振的測定 低場核磁共振參考肖東等[12]的方法,取3 g紫薯粉鮮濕面樣品,做成高2 cm樣品,用保鮮膜將其包裹放入檢測管內(nèi),置于核磁共振儀中,檢測參數(shù):采樣點數(shù)TD=2048,重復掃描次NS=8,弛豫衰減時間T0=1000 ms。利用CPMG脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間(T2),每種樣品重復10次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用IBMSPSS Statistics 24.0、Microsoft Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進行分析處理,使用Origin Pro 2017軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯粉粒度測量分析

為了進一步研究紫薯粉顆粒,將實驗室制備的紫薯粉與工業(yè)制備的紫薯粉進行比較,10個品種紫薯粉體積分布如圖1,可知10品種紫薯粉的體積分布均呈現(xiàn)單峰變化趨勢,且其主峰峰值對應的粒徑集中在100 μm之間,等效粒徑分布在3～1000 μm。

圖1 10個品種紫薯粉體積分布Fig.1 Volume distributions of granule in the purple sweet potato flour of 10 cultivars注:綿:綿紫薯9號;寧1:寧紫薯1號;寧8:寧紫薯8號; 市:市售紫薯粉;湘:湘紫薯174號;徐:徐紫薯8號; 渝:渝紫薯7號;阜:阜紫薯1號; 鄂:鄂紫薯12號;川:川紫薯4號。

由表1可知,紫薯粉的體積分布因品種而異,不同品種紫薯粉之間粒徑分布存在極顯著性差異(P<0.01)。在10%以下的粒徑范圍為12.51～24.56 μm,在25%以下的粒徑范圍為31.87～58.97 μm,在50%以下的粒徑范圍75.21～151.49 μm,在75%以下的粒徑范圍為147.58～291.33 μm,在90%以下的粒徑范圍為250.18～422.43 μm,平均粒徑范圍在109.69～179.83 μm。

2.2 小麥粉-紫薯粉混合粉粉質(zhì)特性

表2 不同紫薯粉-小麥粉混合粉質(zhì)特性Table 2 Farinograph characteristic of different purple potatoes flour-wheat flour mixtures

表3 不同品種紫薯粉對小麥粉糊化特性的影響Table 3 Effect of addition of different purple potatoes flour on gelatinization properties of wheat flour

粉質(zhì)特性可以反映面團在成型過程中的流變學特性[13]。面團的吸水率對面團品質(zhì)有較大影響,由表2可知,添加紫薯粉的面團吸水率均大于未添加紫薯粉的面團(空白組),其中湘紫薯174號面團的吸水率最大,為69.97%±5.31%,與純小麥粉(空白組)相比,增加了7.67%。由于紫薯粉中本身水分含量較低,顆粒較小,且蛋白質(zhì)和纖維素含量高,并且包含許多與水分子相互作用的羥基基團,因此,在小麥粉中添加紫薯粉,會使得小麥粉吸水量增大[14],其體積也會隨之增加。

面團的穩(wěn)定時間反映面團的耐揉性。10種紫薯粉面團均比純小麥粉面團的穩(wěn)定時間要短,其中渝紫薯7號面團的穩(wěn)定時間最短,為(3.13±0.54) min。由此可知,紫薯粉的添加使小麥粉的穩(wěn)定時間降低,且不同品種的紫薯粉,其面團穩(wěn)定時間增加趨勢也不相同。這可能是因為添加了紫薯粉會稀釋小麥面筋蛋白,破壞面筋蛋白網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)并且降低了面團的穩(wěn)定性[15]。在面團形成過程中,小麥粉-紫薯粉混合粉競爭爭奪水分,影響小麥粉-紫薯粉混合粉面筋蛋白的吸水溶脹,從而影響小麥粉-紫薯粉混合粉面團形成時間和穩(wěn)定時間。

弱化度表示面團在攪拌過程中的破壞速率,即其承受機械攪拌的能力,其測定值越大,強度越小,面團越易流變,加工處理性越差[16]。從表2可知,添加紫薯粉使得小麥粉面團的弱化度增加,其中川紫薯4號面團的弱化度最高,為(139.90±7.13) FU,表明其面團強度下降最顯著。帶寬反映小麥粉面團或其中面筋彈性,帶寬值越大說明小麥粉面團的彈性越大,未添加紫薯粉的純小麥粉面團帶寬最大,為(75.00±3.34) FU。公差指數(shù)越小,說明該面粉筋力越強,添加紫薯粉使得小麥粉的公差指數(shù)增加,其中寧紫薯8號面團的公差指數(shù)最大,為(150.14±6.62) FU，不同品種紫薯粉的品質(zhì)差異因素有關(guān),導致不同紫薯粉面團存在一定差異性。

2.3 小麥粉-紫薯粉混合粉糊化特性

小麥粉黏度開始增加時的溫度稱為糊化溫度[17],即淀粉瞬間吸水膨脹的溫度,糊化溫度的高低代表了糊化的難易程度。從表3可知,添加小麥粉-紫薯粉混合粉比純小麥粉(空白組)糊化溫度顯著提高,增加范圍在(17.05～18.75) ℃。因為紫薯粉中的淀粉結(jié)晶度高,糊化焓值高,因此提高了初始糊化溫度,在小麥粉中添加紫薯粉會提高其糊化溫度,從而導致小麥粉難糊化[18]。由于不同品種的紫薯粉其淀粉結(jié)構(gòu)存在差異,其結(jié)晶度、糊化焓值等特性不同,從而影響到紫薯粉面團的糊化溫度[4]。

峰值黏度是指在小麥粉加熱過程中出現(xiàn)的最大黏度值,最終黏度指的是冷卻到實驗結(jié)束時的黏度值[19]。從表3分析可知,添加紫薯粉會顯著降低小麥粉的峰值黏度,降低范圍在666～1034 cp之間;谷值黏度降低范圍在402～714 cp;最終黏度降低范圍在126～320 cp。其中,綿紫薯9號面團的最終黏度、峰值黏度、谷值黏度降低的幅度都最大,分別降低了1034、1111、714 cp。黏度值下降,最終將導致小麥粉-紫薯粉混合粉制品比容減小、口感變硬等[10]。

衰減值是峰值黏度和最終黏度的差值,與膨脹后的淀粉粒的剛性有關(guān),顯示了面團糊化時的穩(wěn)定性,衰減值越低面團熱穩(wěn)定性越強[20]。從表3分析可知,添加紫薯粉使得小麥粉的衰減值降低,降低范圍在126～320 cp。其中綿紫薯9號面團衰減值降低的最為顯著,降低了320 cp,說明綿紫薯9號粉面團的熱穩(wěn)定性相對最好。

回生值顯示最終黏度和谷值黏度的差值,是淀粉冷卻后的重新排列反映出淀粉的老化程度,反映了淀粉糊的老化程度及淀粉的成膠能力和回生程度[21]。由表3可知,添加紫薯粉的小麥粉面團回生值均呈下降趨勢,降低范圍在231～397 cp。其中,綿紫薯9號粉面團的回生值下降最為顯著,降低了397 cp?；厣翟叫≌f明淀粉崩解值降低,面團越不容易老化,從而延長了其制品的保質(zhì)期。由于紫薯粉中含有較高蛋白質(zhì)和纖維素,從而抑制了淀粉氫鍵的重新排列和淀粉的老化,有利于紫薯粉在小麥粉加工中的應用。

2.4 紫薯粉面團動態(tài)流變學特性

面團的粘彈性主要取決于面筋基質(zhì),頻率掃描提供了面團在不同振蕩頻率下粘彈性特性變化的信息[22]。由于紫薯粉在面筋網(wǎng)絡中充當填充物,其相體積的增大會影響面筋網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的完整性和分子交聯(lián)聚合的程度[23],從而最終影響到面團流變特性的彈性和稠度。

圖2 不同品種紫薯面團動態(tài)黏彈性變化Fig.2 Dynamic viscoelastic changes of different varieties of purple sweet potato dough注:A:儲能模量(G′);B:損耗模量(G″); C:耗損角正切(tan δ)。

動態(tài)流變學參數(shù)儲存模量(G′)和損耗模量(G″)能有效反映測試體系的彈性和黏性。圖2為不同品種紫薯粉面團的動態(tài)流變曲線,紫薯粉面團的儲能模量和耗損模量均隨角頻率的增大而增大,除市售紫薯粉面團和寧紫薯8號面團的G′和G″大于純小麥粉面團(空白組),其余品種紫薯粉面團的G′和G″均小于小麥粉面團(空白組)。較大的紫薯粉顆粒或較小的紫薯粉顆粒與面團流變學特性存在相關(guān)性[24],主要因為紫薯粉顆粒在蛋白質(zhì)-淀粉基質(zhì)中起到填充顆粒的作用,其中形狀不規(guī)則的細小顆?？梢蕴岣咛畛涠?從而改善了面團形成過程中淀粉與蛋白質(zhì)之間的相互作用[25]。Singh 等[26]研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)交聯(lián)引起GMP含量的變化是導致G′和G″變化的主要原因。Struck等[27]研究表明面團的動態(tài)流變學特性與面團的粉質(zhì)特性和蛋白質(zhì)組分有關(guān),表明具有高分子量的聚合蛋白有助于面團強度,Zhang等[28]研究表明不完全水化的生面團會導致模量值的增加,與面筋爭奪水分子。

從圖2分析可知,損耗角正切tan δ=G″/G′,表示是紫薯粉面團的粘性和彈性的比值,若tan δ越小,表明體系的彈性比例越大,流動性越差,則體系組分中高聚物數(shù)量越多或聚合度越大[28]。所有小麥粉-紫薯粉混合粉面團的耗損正切,即tan δ=G″/G′均小于1,表明小麥粉-紫薯粉混合粉面團的彈性占主導地位,具有類似固體的性質(zhì)[29]。隨著角頻率的升高,所有小麥粉-紫薯粉混合粉面團的tan δ均先降低而后略微升高,由于紫薯粉的加入使得小麥粉面團面筋蛋白質(zhì)中高聚物含量增多,面筋蛋白聚合程度增大,從而使得小麥粉-紫薯粉混合粉面團彈性增加,說明紫薯粉能改變面團的流變學特性,能提高面團的穩(wěn)定性[30]。

2.5 紫薯粉面團水分分布狀況

水是面團加工中必不可少的成分,水分分布和面團成分之間的相互作用會影響面制品生產(chǎn)過程中的物理和化學反應、食品加工及其質(zhì)量[31]。面團中的水主要為弱結(jié)合水(SBW),深沉結(jié)合水(TBW)和游離水(FW)的形式橫向弛豫時間譜中的不同峰(圖3)顯示了面團內(nèi)的水分分布狀態(tài)的差異,因為不同紫薯粉與小麥粉之間水的作用力不同。

圖3 不同品種紫薯粉面團三種 狀態(tài)水分低場核磁共振譜圖Fig.3 LF-NMR spectra of three kinds of state water of different purple sweet potato flour dough

表4 紫薯粉面團相關(guān)性分析Table 4 The correlation coefficient of purple sweet potato flour dough

2.6 不同品種紫薯粉面團相關(guān)性及聚類分析

紫薯粉平均粒徑與其面團品質(zhì)特性相關(guān)性分析結(jié)果見表4,平均粒徑與吸水率呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(r=0.487,P<0.01),說明紫薯粉的平均粒徑越小，面團的穩(wěn)定時間越長，韌性越好，面筋強度越大，紫薯粉顆粒粒徑大小對其小麥粉粉質(zhì)特性影響顯著。

圖4 不同品種紫薯粉結(jié)構(gòu) 及其面團品質(zhì)的聚類分析結(jié)果Fig.4 Cluster analysis of starch structure and dough quality of different varieties of purple sweet potato flour dough注:1～5:寧紫薯8號;6～10:湘紫薯174;11～15:寧紫薯1號;16～20:川紫薯4號;21～25:徐紫薯8號;26～30:阜紫薯1號;31～35:渝紫薯7號;35～40:綿紫薯9號;41～45:鄂紫薯12號。

選用紫薯粉面團品質(zhì)特性進行系統(tǒng)聚類分析,在方法上采用平方歐式距離測量,使用組間聯(lián)接測量區(qū)間,得出譜系圖(圖4),當類間距離=5時,可將9個品種紫薯粉結(jié)構(gòu)特性及其面團品質(zhì)分為三大類。第I類包括7個品種,為鄂紫薯12號、寧紫薯1號、阜紫薯1號、湘紫薯174、渝紫薯7號、寧紫薯8號、川紫薯4號,說明這7種紫薯粉面團的各品質(zhì)特性相似;第II類包括1個品種,為徐紫薯8號,其谷值黏度相較于其它紫薯粉面團為最大;第III類包括1個品種,為綿紫薯9號,其弱化度相較于其它品種紫薯粉面團為最大。

3 結(jié)論

面團品質(zhì)特性直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量,因而也是評價小麥粉類加工產(chǎn)品的主要指標,如小麥粉的粉質(zhì)、糊化、流變等特性是粉質(zhì)特征指標[34]。紫薯粉的各種組分與小麥粉組分的相互作用,特別是面筋的相互作用影響面筋蛋白的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),即紫薯粉對小麥粉面筋蛋白等組分的取代和稀釋,而影響到紫薯粉面團的形成,進而影響到紫薯粉面團品質(zhì)特性[35]。

與純小麥粉面團相比,9種紫薯粉面團的吸水率、穩(wěn)定時間、弱化度、公差指數(shù)、糊化溫度均有所增加,分別是69.00%～69.97%、3.30～3.46 min、135.00～139.98 FU、139.90～150.14 FU、86.45～88.10 ℃;與此同時,9種紫薯粉面團的帶寬、峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、衰減值、回生值均有所降低,分別是60～66.92 FU、1460～1843、886～1198、1708～2026、574～768、822～988 cp;儲能模量、耗能模量和深層結(jié)合水基本呈現(xiàn)增加趨勢,損耗角正切基本呈現(xiàn)下降趨勢,寧紫薯8號面團的儲能模量、耗損模量增加幅度最大。不同紫薯粉平均粒徑存在極顯著性差異(P<0.01),將紫薯粉平均粒徑與其面團的粉質(zhì)及糊化特性進行相關(guān)性分析和聚類分析,發(fā)現(xiàn)紫薯粉平均粒徑與吸水率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與穩(wěn)定時間呈極顯著負相關(guān)(P<0.01),添加顆粒粒徑越大的紫薯粉,使得面筋網(wǎng)絡隔斷和斷裂,弱化了面團網(wǎng)絡強度;第I類包括7個品種,為鄂紫薯12號、寧紫薯1號、阜紫薯1號、湘紫薯174、渝紫薯7號、寧紫薯8號、川紫薯4號,這7種紫薯粉面團的各品質(zhì)特性相似;第II類包括1個品種,為徐紫薯8號,其谷值黏度值相較于其他紫薯粉面團為最大;第III類包括1個品種,為綿紫薯9號,其弱化度相較于其他品種紫薯粉面團為最大。

綜上所述,紫薯粉使得小麥粉吸水量增大,混合粉面團體積也會隨之增加,紫薯粉-小麥粉混合粉相對純小麥粉較難以糊化;紫薯粉的添加使得面團衰減值、回生值降低,其中綿紫薯9號面團衰減值、回生值降低的最為顯著,說明它的熱穩(wěn)定性相對最好,越不容易老化,從而延長了其制品的保質(zhì)期;測定面團的流變學特性,發(fā)現(xiàn)紫薯粉能提高小麥粉面團的穩(wěn)定性;測定面團的水分分布狀態(tài)發(fā)現(xiàn)紫薯粉對小麥粉面團具有一定的保濕作用。