马铃薯-小麦粉混粉的理化性质与消化特性研究

闫巧珍,高瑞雄,邢沁浍,侯传丽,韩 克,张正茂,2,*

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌 712100；2.西北农林科大学农学院，陕西杨凌 712100)



马铃薯-小麦粉混粉的理化性质与消化特性研究

闫巧珍1,高瑞雄1,邢沁浍1,侯传丽1,韩 克1,张正茂1,2,*

(1.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌 712100；2.西北农林科大学农学院，陕西杨凌 712100)

以不同比例马铃薯全粉(PG)和小麦粉(WF)混粉为研究对象,探讨了马铃薯全粉与小麦粉混合比例对混粉还原糖、溶解度、膨胀度、冻融稳定性、糊化特性、快消化淀粉含量、慢消化淀粉含量、抗性淀粉含量及消化速率的影响。结果表明,马铃薯全粉具有较低的还原糖含量,较高冻融稳定性、糊化温度、快消化淀粉含量和消化速率。小麦粉的慢消化淀粉和抗性淀粉含量较高,消化速率较低。马铃薯全粉与小麦粉比例为9∶1时,溶解度和膨胀度最高。比例为1∶9时,糊化温度最低。马铃薯全粉和小麦粉的混合比例对混粉的理化性质及消化特性有明显影响。

马铃薯全粉,小麦粉,混粉,理化性质,消化特性

马铃薯为茄科茄属一年生草本块茎作物,是继玉米、稻米、小麦之后的第四大主要粮食作物。马铃薯含有淀粉、纤维、矿物质、维生素等丰富的营养物质,具有高热量、低脂肪、高膳食纤维的特点,是“十全十美的食物”。马铃薯全粉是以新鲜马铃薯为原料,经清洗、去皮、切片、漂洗、预煮、冷却、蒸煮、捣泥等工艺,再经脱水干燥而获得的产品[1],具有营养全面、易于贮存运输的特点。

关于马铃薯全粉和小麦粉混合体系的消化性研究较少,多以研究其流变学、拉伸、糊化性质和产品开发为主。王春香等研究发现随着小麦粉中马铃薯全粉加入量的增大,混合粉面团的稳定时间缩短,评价值降低,筋力减弱,加工性能也随之下降[2]。张英等研究认为5%～15%的马铃薯全粉与小麦粉配合为原料可以制得品质优良的面包[3]。孙平等研究发现低筋粉中添加30%全粉可以得到口感酥松的酥性饼干[4]。还有学者以马铃薯全粉和低筋粉为原料,添加3%的超微绿茶粉制得口感良好的风味曲奇[5]。

本研究采用模拟人体消化的体外消化法,研究不同比例马铃薯全粉和小麦粉混粉的理化性质和消化特性,为马铃薯主食化提供配粉理论依据,对指导马铃薯全粉生产与加工和马铃薯全粉系列保健性食品开发具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯颗粒全粉(品种:克新一号) 甘肃正阳农业科技股份有限公司;小麦粉(品种:普冰9946) 自制;猪胰α-淀粉酶 Sigma公司;其它试剂 均为分析纯。

表1 马铃薯全粉和小麦粉基本营养组成

UV-1780分光光度计 日本岛津公司;RVA-3D型快速黏度分析仪 澳大利亚Newport Scientific仪器公司;高速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司;SHA-B恒温振荡器 常州朗越仪器制造有限公司;电陶炉 广州顺德忠臣电器有限公司;鼓风干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司;K12A自动定氮仪 上海晟声自动化分析仪器有限公司;LSM20型实验磨粉机 开封市茂盛机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯全粉基本理化指标测定 水分:GB 5009.3-2010,直接干燥法;灰分:GB 5009.4-2010;蛋白质:凯氏定氮仪法;脂肪:GB 5009.6-2003,酸水解法;维生素C:2,6-二氯酚靛酚法;膳食纤维:GB 5009.88-2008。

1.2.2 混粉制备法 小麦粉与马铃薯全粉按10∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶10的比例充分混匀,过100目筛,待用,样品编号PG、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、WF。

1.2.3 马铃薯全粉与小麦粉微观形貌观察 参考汝远[6]的方法。

1.2.4 还原糖含量测定 参考刘芳[7]的方法。

1.2.5 溶胀能力测定 参考井月欣[8]的方法。

1.2.6 冻融稳定性测定 参考田建珍[9]的方法。

1.2.7 糊化特性测定 参考韩文芳[10]的方法。

1.2.8 营养片段分析 根据Englyst[11]等人的体外消化模型构建的理论,确定实验方法。称取400 mg干基样品,添加20 mL pH5.2的磷酸缓冲液,搅拌混匀后全部转移至100 mL三角瓶中,再加入10 mL 280 U/mL胰α-淀粉酶以及250 U/mL糖化酶混酶液,然后将其置于37 ℃水浴振荡器中酶解。在酶解时间分别为20、120 min时,从三角瓶中取出0.5 mL酶解液,加入4 mL 66%乙醇灭酶,采用DNS法测定其葡萄糖含量。计算公式为:

RDS=100×(G20-FG)×0.9/TS

式(1)

SDS=100×(G120-G20)×0.9/TS

式(2)

式(3)

式中,G20-酶解20 min后的葡萄糖量,mg;G120-酶解120 min后的葡萄糖量,mg;FG-酶解前的游离葡萄糖量,mg;TS-样品淀粉量,mg;RDS-快消化淀粉含量,%;SDS-慢消化淀粉含量,%;RS-抗性淀粉含量,%。

1.2.9 消化特性分析 参考张欣欣[12]的研究方法,采用猪胰α-淀粉酶和糖化酶的混合酶体系在37 ℃下协同水解作用于马铃薯全粉,测定不同消化时间内消化产物的含量,并得出消化速率。具体方法是:称取400 mg样品,添加20 mL pH5.2的磷酸缓冲液,搅拌混匀后全部转移100 mL三角瓶中,再加入10 mL 280 U/mL胰α-淀粉酶和250 U/mL糖化酶混酶液,置于37 ℃水浴振荡器中酶解。在酶解时间分别为20,30,60,90,120,180,240 min时,从三角瓶中取出0.5 mL水解液,加入4 mL 66%乙醇灭酶,离心取上清液。采用DNS法测出其所含的葡萄糖量,按照公式计算出样品的消化速率,进而分析样品的消化特性。

St=Gt×0.9

式(4)

ν=St/m/t

式(5)

式中,St- t时刻已水解的淀粉含量,mg;Gt- t时刻酶解出来的葡萄糖含量,mg;ν - 样品消化速率,mg·g-1·min-1;m - 样品质量,mg;0.9 -换算系数。

1.3 数据处理

采用Excel 2013和SPSS 17.0进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 马铃薯全粉和小麦粉营养成分分析

由表1可以看出，马铃薯全粉和小麦粉的主要成分是淀粉,马铃薯全粉相比小麦粉含有较多的淀粉、灰分和维生素C,但是粗脂肪和蛋白含量略低于小麦粉,水分含量低于小麦粉。这与其原料营养组成和制粉工艺有关。

2.2 马铃薯全粉和小麦粉微观形貌

马铃薯全粉和小麦粉微观形貌如图1所示。由图1可以看出,马铃薯全粉呈薄层、块段和碎片状,可见区域无完整淀粉颗粒存在。小麦粉由许多扁圆的淀粉颗粒和包裹在其表层的絮状物质组成,淀粉颗粒黏结在一起形成大的团块。絮状附着物可能是蛋白质、纤维素和脂肪等。

图1 马铃薯全粉和小麦粉微观形貌(SEM,500×)Fig.1 The micrograph of potato granules and wheat flour(SEM,500×)

2.3 不同比例混粉中还原糖含量比较

不同比例混粉中还原糖含量如图2所示。还原糖含量是马铃薯全粉重要的品质指标之一。国内马铃薯全粉行业规定其还原糖含量应≤4.0%,这是由于高还原糖含量的全粉易发生褐变反应,从而影响产品色泽。

图2 不同比例混粉的还原糖含量比较Fig.2 Reducing sugar content of the blends in different proportions

从图2可以看出,随着小麦粉比例的增大,混粉中还原糖含量先升高后降低,在马铃薯全粉与小麦粉比例为8∶2时混粉中还原糖含量最高,马铃薯全粉的还原糖含量最低,小麦粉次之,这与Zaidul的研究报道一致[13]。这可能与小麦粉中的淀粉酶作用于马铃薯全粉,使得少量淀粉酶解为葡萄糖有关。当小麦粉比例增大时,大量的小麦蛋白将马铃薯全粉颗粒包裹,使得淀粉酶与全粉接触受阻,导致游离出的还原糖含量降低。一定的还原糖含量对于焙烤食物增色增香具有重要的作用,因此,混粉相比纯的马铃薯全粉和小麦粉在焙烤食物上具有原料优势。

2.4 不同比例混粉溶胀度比较

不同比例混粉的溶胀度比较如图3所示。溶胀度是指在一定温度下单位干样品吸收水的质量,是淀粉类食物水合能力的量度。由图3可以看出,马铃薯全粉具有较高的溶解度和膨胀度,小麦粉反之。混粉的溶解度和膨胀度均随着小麦粉比例的增大而降低。这是由于混粉中可溶性成分的增加(随着混粉比例的增加混粉中可溶性糖4.41%～16.82%)造成其可溶指数的变化。由相关性分析得到,溶解度与还原糖含量呈显著正相关,相关系数是0.837,p<0.01。这与熊柳等研究结果一致[14]。马铃薯全粉及混粉的溶解度高于小麦粉的溶解度,说明马铃薯全粉及混粉的水合能力强于小麦粉。混粉膨胀度的变化趋势与溶解度一致。由相关性分析得到,溶解度与膨胀度呈显著正相关,相关系数是0.914,p<0.01。

图3 不同比例混粉的溶胀度比较Fig.3 Solubility and swelling power of the blends in different proportions

2.5 不同比例混粉冻融稳定性比较

不同比例混粉冻融稳定性比较如图4所示。冻融稳定性是淀粉类食品的重要性质,在冷冻食品中往往要求加入冻融稳定性良好的淀粉原料。析水率可以反映淀粉类食物在冷加工或贮存中冻融稳定性,析水率低,说明低温稳定性好。由图4可以看出,随着小麦粉比例的增加混粉体系的析水率升高。说明马铃薯全粉具有良好的冻融稳定性,小麦粉的加入降低了马铃薯全粉的冻融稳定性。这可能与马铃薯全粉和小麦粉的组成结构有关。马铃薯全粉中的淀粉经糊化,分子链减小,与水分子作用加强,故在冻融过程中水分析出少。在小麦粉电镜视野中可以看到存在脂肪和蛋白质包裹在小麦淀粉颗粒表面,由于脂肪和蛋白的疏水性,使得小麦粉与水分子作用减弱,从而在冻融过程中水分会很容易析出。可见,马铃薯全粉可以作为冷冻食品的原料,在以小麦粉为原料的食品中添加一定马铃薯全粉可以提高产品的冻融稳定性。

图4 不同比例混粉的冻融稳定性比较Fig.4 Freeze-thaw stability of the powder mixed in different proportions

表2 不同比例混粉的糊化特性比较

注:表中同列不同字母表示0.05水平下差异显著。2.6 不同比例混粉糊化特性比较

不同比例混粉糊化特性如表2所示。峰值黏度表示样品结合水的能力,反映粘滞性的强弱。峰值黏度高,说明粘滞性强。崩解值表征热糊稳定性,崩解值大,说明热糊稳定性差。

由表2可以看出,不同比例混粉的峰值黏度和崩解值与对照以及各比例之间均存在显著差异,且混粉体系的峰值粘度和崩解值均显著低于对照组,说明小麦粉的加入使得混粉体系的粘滞性降低,热糊稳定性增强。马铃薯全粉的崩解值显著高于小麦粉的崩解值。随着小麦粉添加量的增大,混粉体系的峰值黏度和崩解值均先降低后升高,比例为5∶5时达最低,分别低于对照67.2%和83.0%。这可能是由于混粉中的马铃薯纤维素会阻止淀粉之间形成网络复合物,从而降低了糊化黏度数值。同时随着小麦粉比例的增大,混粉中的蛋白质比例升高,淀粉与蛋白相互作用形成淀粉-蛋白复合物,糊化过程中,蛋白质吸收水分争夺淀粉可以利用的水含量,使淀粉颗粒不能完全糊化膨胀,导致没有完全糊化膨胀的淀粉分子在冷却过程中也没有得到很好地重新排列,从而降低最终黏度[15]。混粉的崩解值降低可能是因为纤维素和马铃薯全粉中部分变形的蛋白质-显著提高淀粉的热稳定性[16]。

最终粘度是评价面粉等主食原料的常用参数,表示样品在熟化并冷却后形成黏糊或凝胶的能力[11]。回生值表征冷糊稳定性,回生值低,说明冷糊稳定性好,老化速度慢。不同比例混粉的最终黏度和回生值随着小麦粉加入量的增大先减小再增大,在比例为8∶2时最小,分别低于对照43.0%和35.3%。混粉体系的最终黏度均显著低于对照,说明混粉体系的凝胶能力降低。混粉比例大于3∶7时,体系的回生值显著低于对照,说明一定比例的混粉可以提高该体系的抗老化能力。

糊化温度反映样品糊化的难易程度。不同比例混粉的糊化温度均显著低于对照组,可见混粉较单一马铃薯全粉更容易糊化,但对小麦粉糊化温度影响不显著。这可能是由于马铃薯全粉中的纤维素吸水膨胀使得包裹在其中的淀粉颗粒难以吸收水分和受热,从而增大了糊化的难度[17]。同时糊化过程中形成大量的短链淀粉-淀粉、淀粉-脂肪、淀粉-蛋白质等复合物,对淀粉的膨胀产生抑制,使得混粉体系难以糊化[18]。

2.7 不同比例混粉营养片段比较

不同比例混粉中RDS、SDS、RS含量比较如图5所示。由图5可知,混粉中RDS含量随小麦粉比例的增大先升高后降低,在比例为7∶3时,RDS含量最高,小麦粉RDS含量最低。RDS含量先升高可能是因为物料本身的少量淀粉酶和胰α-淀粉酶的协同作用使得淀粉快速水解。后降低可能是因为混粉中蛋白质比例随着小麦粉的加入逐渐升高,淀粉被蛋白质形成的面筋网络包裹,同时脂肪比例的增加,为酶与底物淀粉的作用增添了多重障碍,导致RDS含量降低[16]。这与Boligon的研究结果一致[19]。

图5 不同比例混粉的营养片段比较Fig.5 Nutrition fragment of the blends in different proportions

混粉中SDS含量变化则与RDS含量变化刚好相反。随小麦粉比例的增大先降低后升高,在比例为7∶3时,SDS含量最低,纯小麦粉中SDS含量最高。马铃薯全粉中含有大量的纤维,小麦粉则没有。因此SDS含量先降低可能是因为纤维比例降低,使得淀粉酶可以更轻易的与淀粉接触,大量淀粉被快速消化,导致SDS含量降低[17]。混粉中蛋白质比例随着小麦粉的加入逐渐升高,马铃薯淀粉可以很好的填充蛋白质形成的面筋网络,使组织体系更为紧密,淀粉酶难以充分与淀粉接触,从而使得酶解速度降低[10]。

混粉中RS含量随着小麦粉添加比例的增大先升高后降低。在混粉比例为2∶8时,RS含量最高,比例为7∶3时最低。RS的升高是由于蛋白质比例的增加,使得蛋白与淀粉结合的更为紧密,同时脂肪、膳食纤维等成分的相互作用使得淀粉完全被包裹,这样的结构阻碍酶与淀粉的接触,降低淀粉的酶解。在比例为2∶8和1∶9时,RS含量降低是因为混粉中膳食纤维的比例降低,其对淀粉酶与淀粉接触的阻碍作用减小,同时淀粉比例升高,则可被酶解的淀粉比例随着升高,RS所占比例就降低[15]。

综上所述,加入小麦粉可以降低马铃薯全粉的消化速率,比例为1∶9的混粉具有相对较慢的消化速率和较高的SDS和RS含量,所以该混粉体系可以作为糖尿病患者和肥胖者等特殊人群的主食原料备选之一。

2.8 不同比例混粉消化速率比较

不同比例混粉消化速率比较如图6所示。由图6可以看出,马铃薯全粉具有较高的消化速率,马铃薯全粉、小麦粉及混粉的消化速度均在20～60 min内快速下降,在60～240 min缓慢降低。整体消化速度均随着消化时间的延长而降低。马铃薯全粉消化速率较快是因为其几乎没有面筋网络结构,对淀粉酶阻碍作用小,并且马铃薯全粉在生产过程中部分淀粉已经糊化,致使其酶敏感性降低[20]。随着消化时间的延长,消化速度随之下降。这是由于马铃薯淀粉含有磷酸基,可能马铃薯全粉中的马铃薯淀粉和小麦淀粉会发生一定的交联反应,从而降低其对酶的敏感性。交联反应的程度越高,其对淀粉的空间位阻作用越大,淀粉越难被淀粉酶水解,消化速度就越低[21]。由此可见,马铃薯全粉比小麦粉易消化,不宜作为非胰岛素依赖型糖尿病病人的食物原料。

图6 不同比例混粉的消化特性比较Fig.6 Digestibility of the blends in different proportions

3 结论

不同比例马铃薯全粉/小麦粉混粉的理化性质和消化特性之间存在明显差异。

小麦粉加入比例的增大可以加入明显降低混粉的溶胀度、冻融稳定性、糊化难度和RDS含量,提高其SDS和RS的含量。随着小麦粉比例的增大，混粉中还原糖含量先升高后降低。混粉的糊化特征值随着混合比例的增大先降低后升高。生产中可以根据不同产品特性需要来确定具体混粉比例。

马铃薯全粉具有较快的消化速度,通过添加小麦粉可明显降低其消化速率。

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Study on physicochemical properties and digestibility of potato and wheat flour blends

YAN Qiao-zhen1,GAO Rui-xiong1,XING Qin-hui1,HOU Chuan-li1,HAN Ke1,ZHANG Zheng-mao1,2,*

(1.College of Food Science and Engineering Northwest A&F University,Yangling 712100,China; 2.College of Agronomy,Northwest A&F University,Yangling 712100,China)

The physicochemical properties and digestibility of potato granules,wheat flour and their blends were investigated in this study,and the effect of the blend proportions was studied in terms of the change of reducing sugar content,solubility,swelling power,freeze-thaw stability,pasting properties,rapidly digestible starch(RDS),slowly digestible starch(SDS),resistant starch(RS)and the rate of digestion. The results showed that,potato granules had higher freeze-thaw stability,pasting temperature,rapidly digestible starch(RDS)content and rate of digestion,at the same time lower reducing sugar content. Wheat flour had higher content of slowly digestible starch(SDS)and resistant starch(RS),however the lower rate of digestion. When the blend proportion was 9∶1,solubility and swelling power reached the highest level. The lowest past temperature appeared when the blend proportion was 1∶9. Studies suggested that blends proportions showed significant effect on the physicochemical properties and digestibility of the mixture.

potato granules;wheat flour;blends;physicochemical properties;digestibility

2016-04-29

闫巧珍(1990-)女，在读硕士研究生，主要从事粮油品质分析与加工方面的研究， E-mail:yqznwsuaf@126.com。

*通讯作者:张正茂(1961-)，男，研究员，主要从事小麦遗传育种与粮油加工方面的研究，E-mail:zhzhm@nwsuaf.edu.cn。

陕西省科技统筹计划项目(2014KTZB02-01-01)。

TS215

A

1002-0306(2016)22-0173-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.22.026