燕麦添加量对马铃薯复合面条品质特性的影响

屈展平 任广跃，2 李叶贝 段 续，2 张乐道，2 陈 曦，2

(1. 河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471000；2. 食品加工与安全国家实验教学示范中心，河南 洛阳 471000)

马铃薯是茄科茄属一年生草本植物，又名土豆、洋芋等。马铃薯中富含的必需氨基酸可以弥补谷物中某些氨基酸的缺失，而且其中含有大量的膳食纤维，同时，马铃薯也是各种维生素和矿物质的广泛来源，它不仅含有丰富的营养价值，还具有一定的医疗保健作用[1]。自2015年起，中国已启动马铃薯主粮化战略，马铃薯主粮化是指对鲜马铃薯进行加工，使之成为人们生活中经常消费的主食产品，使马铃薯逐渐由副食转变为主食，由原料产品转变为加工产品，由温饱产品转变为营养产品[2-3]。

燕麦是一种营养价值很高的谷物，种植面积居世界第4位。燕麦具有高蛋白、高脂肪的特点，其脂肪主要由不饱和脂肪酸和亚油酸组成，燕麦中还含有较丰富的B族维生素和钙、磷、铁等矿物质以及可溶性膳食纤维等降低胆固醇的物质[4]。

针对不同类型的复合面条均已有较多研究，Ma 等[5]研究了荞麦复合面条，结果表明荞麦面条的感官、多酚含量及抗氧化特性均高于普通面条；李叶贝等[6]发现马铃薯粒度与小麦粉接近时面条品质较好；Choy等[7]研究了马铃薯复合面条，发现乙酰化马铃薯淀粉能够提高小麦粉的性能；李升等[8]研究了紫薯复合挂面，发现谷朊粉、魔芋胶能够有效提高挂面的品质。目前对面条品质的研究主要集中在蒸煮特性及质构特性等方面，Zhang等[9]研究了添加甘薯粉(SPF)对小麦粉面条的影响，发现SPF的添加降低了煮熟面条的弹性、凝聚性和回弹性，但对硬度和黏附性有不同的影响；张东仙等[10]研究了燕麦麸皮对挂面品质的影响，燕麦麸皮的添加增大了挂面的蒸煮损失、吸水率和混汤吸光值，同时也显著增大了挂面的硬度和咀嚼性，而挂面的黏性和弹性呈下降趋势；田志芳等[11]研究了活性小麦面筋对燕麦全粉面条品质的影响，添加活性小麦面筋可以有效地降低燕麦面条的蒸煮损失，增加面条的拉伸强度和紧实度，降低其黏附性和表面脆性；王乐等[12]研究了马铃薯面条制作工艺及品质，发现与全小麦面条相比，马铃薯面条虽然蒸煮时间较短，但面条的咀嚼性、黏弹性、光滑性及外观品质均有所降低。然而，复合面条微观结构表征和干燥特性的研究较少，且以马铃薯和燕麦为原料制备复合面条鲜有报道。在马铃薯复合面条中添加燕麦可以在一定程度上增加面条的营养价值和保健功能，但燕麦添加量过大会导致面条松散、成型困难，而燕麦添加量过小则会导致其营养性能提升不明显。

本试验在研究马铃薯燕麦复合面条成型的基础上，拟通过对复合面条的蒸煮特性、质构特性、微观结构、干燥特性以及感官特性的表征，确定复合面条的最佳配比，为实际生产提供一定的理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

马铃薯、小麦粉、食盐、谷朊粉、燕麦粉：市售；

柠檬酸：分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司；

抗坏血酸：分析纯，江苏强盛功能化学股份有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

日立台式电镜：TM3030型，日本电子株式会社；

质构仪：TA.XT型，英国Stable Micro Systems公司；

热泵干燥机：GHRH-20型，广东省农业机械研究所；

压面条机：FKM-20型，永康市炫林工贸有限公司；

电磁炉：jyc-21es55c型，山东九阳小家电有限公司；

电子分析天平： FA1004型，上海上平仪器公司；

高速多功能粉碎机：HC.200型，浙江省永康市金穗机械制造厂。

1.2 方法

1.2.1 面条配方试验设计 通过预试验对复合面条的营养成分、蒸煮特性及质构特性进行考察，结果显示在燕麦添加量为10%～20%时表现出较好特性，故选取燕麦含量10%～20%设置不同因素水平进行试验。

1.2.2 面条生产工艺流程

马铃薯粉、燕麦粉、小麦粉、纯净水、食盐、谷朊粉→和面→熟化→压延→切条→干燥

1.2.3 面条生产工艺要点

(1) 马铃薯熟粉的制备：选取外观良好，无虫眼，未发芽，未腐烂的马铃薯，将马铃薯洗净并去皮切片，将马铃薯片直接转移到护色液中浸泡10 min，护色液的浓度(质量分数)为0.5%柠檬酸和0.05%抗坏血酸，护色好的马铃薯片蒸煮3 min 使之熟化，将熟化的马铃薯捞出沥干置于50 ℃的热泵干燥机中进行干燥，待其干燥至含水率为5%，粉碎过100目筛备用。

(2) 和面：用电子天平称取混合粉200 g，其中马铃薯粉100 g，燕麦粉含量分别占混合粉的10%，12%，14%，16%，18%，谷朊粉10 g，其他为小麦粉。将2 g食盐溶解在130 mL 蒸馏水中，溶解完全后将盐水加入混合粉中，搅拌成面絮，和面5 min，保持面絮干湿得当，用手紧握时可以成团，松开手后面絮自动散落。

(3) 熟化：将和好的面团放在容器中，容器口用保鲜膜密封，室温放置20 min，使面筋蛋白充分吸水形成面筋网络。

(4) 压片：熟化结束后用压面机进行压延，并根据面带的情况逐渐调整压毂的宽度，反复压片，直到面带表面光滑，色泽均匀，富有弹性为止。然后安装压面机的切刀进行出面，所得鲜湿面条长20 cm，宽0.3 cm，厚0.1 cm，初始干基含水率为61.8%。

(5) 干燥：将上述鲜湿面条放入热泵干燥机进行干燥处理，使其含水率降至13%，备用。

1.3 指标的测定

1.3.1 质构特性测定 质构特性分别在压缩模式下进行TPA(质地剖面分析，texture profile analysis)试验和剪切模式下进行剪切试验来测定，质构仪的探头为：P/75和A/LKB-F，TPA测试参数：测前速率1.0 mm/s，测中速率0.8 mm/s，测后速率5.0 mm/s，压缩程度70%，停留时间5 s，触发力5 g。每组进行6次试验取平均值，得到延展性、硬度、咀嚼性及黏性等数值。剪切试验测试参数：测前速率1.0 mm/s，测中速率0.8 mm/s，测后速率10.0 mm/s，应变程度100%，触发力5 g，每组进行6次试验取平均值[13-14]。取面条30根，放入1 000 mL沸水中煮至最佳蒸煮时间，捞出后淋水1 min，立即用质构仪测定，每次试验将5根长10 cm 的面条平行放在平台上进行测定。

1.3.2 微观结构的测定 将不同燕麦含量的复合面条放入电镜中观察，放大倍数为1 000倍，观察面条的微观结构及孔隙率。

1.3.3 干燥特性的测定

(1) 干基含水率的计算：

(1)

式中：

X——干基含水率，%；

Mt、M1——任意干燥t时刻物料的质量和湿物料的初始质量，g；

ω1——初始湿基含水率，%。

(2) 干燥曲线的绘制：设置30，40，50 ℃ 3个温度段，对不同燕麦粉含量的鲜湿复合面条进行分段热泵干燥处理，使其含水率降至干基含水率为13%绘制相应的干燥曲线。

(3) 有效水分扩散系数的测定：假设面条模型为长方体，水分扩散可沿着长、宽、高3个方向进行扩散，由Newmen公式可得：

(2)

式中：

MR——水分比；

Xt——任意干燥t时刻物料的干基含水率，%；

X0——初始时刻物料的干基含水率，%；

Xe——物料的临界含水率，%。

面条干燥过程中每个方向上的扩散均可看作一维轴向扩散，根据Fick第二定律可以按式(5)计算MR。

(3)

式中：

MR——水分比；

D——有效水分扩散系数，m2/s；

t——干燥时间，s。

在干燥过程中，水分散失，面条体积略有减少，并且水分扩散具有各向异性，故参考曾令彬等[15-16]方法并进行修改提出以下假设：① 面条的组织结构较为均匀，视其各方向的水分扩散系数相等，即Dx=Dy=Dz=D；② 在干燥过程中视面条体积不变，即L一定；③ 因面条的长度远大于面条的宽度和高度，故视为主要从宽和高两个方向扩散。当n=0时，联立式(2)、(3)得：

(4)

式中：

D——有效水分扩散系数，m2/s；

Ly、Lz——分别为面条宽度和高度的1/2，m；

t——干燥时间，s。

将式(4)两端取自然对数得：

(5)

由式(5)可知，lnMR和时间t呈线性关系，由Origin进行线性拟合，根据其系数求出水分扩散系数D。

1.3.4 感官特性的测定 本研究采用模糊数学法进行感官评价与分析，可以比较全面地反映每个评委的意见，归一化后的综合评判结果集能全面客观地反映产品感官评价结果[17-18]。将样品随机呈现给10名有感官评价知识背景的评委，对面条的色泽、外观、口感、食味4个因素进行感官评定，并分设4个等级见表1。

2 结果与分析

2.1 燕麦粉添加量对复合面条质构特性的影响

2.1.1 复合面条质构特性 通过质构仪进行TPA测试及剪切测试，得到的质构指标包括硬度、胶黏性、弹性、凝聚力、胶着性、咀嚼性、回弹性、伸展性、剪切硬度、剪切咀嚼性、剪切胶粘性11个指标。质构测定结果见表2、3。

表1 马铃薯燕复合面条感官评定指标Table 1 Sensory evaluation index of potato and oat compound noodles

表2 复合面条TPA特性测定结果Table 2 Determination results of composite noodle TPA characteristics

表3 复合面条剪切特性测定结果Table 3 Determination results of composite noodle shear characteristics

2.1.2 质构特性的主成分分析 由于质构特性评价指标较多且存在一定的关联性，难以对面条品质进行准确分析，所以采用主成分分析法，减少指标得到综合评分[19]。使用SPSS 20.0对面条的质构特征指标进行降维分析，得到相关成分的特征值及贡献率见表4。

表4 相关成分的特征值及贡献率Table 4 The eigenvalues and contribution rates of related components

由表4可知，Z1、Z2、Z33个主成分的贡献率分别为56.330%，24.783%，13.973%， 3个主成分的累积贡献率为95.087%，且前3个特征值超过1，可见Z1、Z2、Z33个主成分包含了大多数信息，能代表面条质构特性的整体信息，选择这3个主成分进行分析。

主成分特征向量表可以反映出各指标对主成分贡献率的大小，由表5可知，第1主成分主要以胶着性(X5)、咀嚼性(X6)、剪切硬度(X9)的影响为主，第2主成分以胶黏性(X2)、弹性(X3)、回弹性(X7)、剪切胶黏性(X11)的影响为主，第3主成分以硬度(X1)、凝聚力(X4)、剪切咀嚼性(X10)的影响为主。根据其主成分贡献率可构建3个主成分与面条各质构指标间的线性关系。

Z1=0.766X1-0.631X2+0.747X3+0.640X4+0.861X5+0.925X6+0.678X7+0.809X8+0.911X9+0.838X10+0.014X11。

(6)

Z2=0.2542X1+0.635X2-0.662X3+0.115X4+0.279X5+0.030X6-0.627X7+0.552X8+0.370X9+0.017X10-0.945X11。

(7)

Z3=-0.591X1+0.366X2+0.059X3-0.639X4+0.422X5+0.373X6+0.046X7-0.076X8-0.165X9-0.463X10+0.274X11。

(8)

以不同特征值的方差贡献率βi(i=1,2,3，……，k)为系数，利用综合评价函数Z=β1Z1+β2Z2+β3Z3+……+βkZk建立模型[20]。根据不同特征值的方差贡献率得出复合面条质构特性的评价模型为：Z=0.563 3Z1+0.247 8Z2+0.139 7Z3，将主成分得分消除量纲代入模型，得到不同配比复合面条质构特性综合评价结果见表6。

表5 主成分特征向量表Table 5 Principal component eigenvectors table

表6 复合面条综合评价表Table 6 Comprehensive evaluation of composite noodles

通过对复合面条不同质构特征的主成分分析，分别得到3个主成分为面条的咀嚼性因子、黏弹性因子、硬度因子，通过构建综合评价模型，得到其综合评分。可见随着燕麦粉添加量的增大，其咀嚼性、黏弹性和硬度基本呈先下降再上升的趋势，因为燕麦中的谷蛋白分子吸水后黏弹性较差，同时结构松散，硬度变小，咀嚼性变差。当燕麦含量变大时面条淀粉容易溶出，黏弹性增大，同时，膳食纤维的增加会使其咀嚼性有所增强，与Niu等[21-22]分析结果相似。由综合评分可知，当燕麦含量为10%时表现出较好的质构特性。

2.2 燕麦粉添加量对复合面条结构特性的影响

将不同配比的马铃薯燕麦复合进行扫描电子显微镜测定，测定结果见图1。由图1(a)可见，燕麦含量10%时面条结构较为致密但仍有小的孔隙，面筋网络形成较为紧实，淀粉颗粒较大且散落较为均匀，在此条件下面条结构均匀，孔隙率较小。图1(b)为燕麦含量为12%时，淀粉颗粒被面筋网络包裹的较为充分，但有较多大小不一的孔隙，可见燕麦粉遇水易形成小颗粒而无法混匀，使面条出现不平整的小块。由图1(c)可见，燕麦含量为14%时面条结构较均匀，淀粉颗粒被均匀地包裹，散落的大分子淀粉较少，孔隙率较小且孔隙直径较小，内部密度较大。从图1(d)中可见， 燕麦含量为16%时面条内部结构松散，大颗粒淀粉集中，没有与面筋网络充分融合，且有较大孔隙，在此条件下面条内部密度较小容易产生酥面。图1(e)为燕麦含量为18%时，面条内部结构较松散且有缝隙，但相比于图1(d)稍好，有个别散落的较大的淀粉颗粒，小麦粉含量较少，面筋网络形成较差，此条件下的面条在蒸煮过程中容易出现断条，与刘颖等[23-24]的研究结果相似。通过对扫描电镜图的分析可知，当燕麦含量为10%和14%时孔隙率较小，结构均匀，当燕麦含量为16%和18%时，面条孔隙率较大，结构松散，品质较差。

图1 不同燕麦含量复合面条的扫描电镜图Figure 1 SEM of composite noodles with different oats content

2.3 燕麦粉添加量对复合面条干燥特性的影响

2.3.1 不同燕麦含量复合面条的干燥曲线 将不同燕麦含量的复合面条进行热泵干燥，为了缩短干燥时间，降低能量消耗，采用分段干燥法。将燕麦含量分别为10%，12%，14%，16%，18%的复合面条在同一干燥条件下进行热泵干燥。所得干燥曲线见图2。

图2 不同燕麦含量复合面条的干燥曲线Figure 2 Drying curve of composite noodles with different oat content

由图2可知，在干燥时间为100 min时，不同燕麦含量的复合面条干基含水率分别为：13.27%，13.59%，14.56%，15.21%，13.59%，燕麦含量为10%时干燥较快，而燕麦含量为16%时干燥较慢，这是因为燕麦含量低时面筋网络形成较充分，淀粉颗粒排布有序，有利于水分的扩散。干燥初期，不同含量的面条干燥速率基本一致，主要是表面水分蒸发阶段，在干燥初期采用低温干燥，干燥温度为30 ℃，因为温度过高会导致表面水分蒸发过快与内部形成较大水分差，造成表面过硬或形成酥面，同时阻碍内部水分扩散，低温干燥可以使面条表面水分蒸发的同时保持面条的品质及外观。当含水率降到35%左右时进入第二干燥阶段，干燥温度为40 ℃，在此阶段，燕麦含量越少的复合面条干燥速率大，因为其内部面筋网络较完整地包裹淀粉颗粒，有序的排布使内部水分扩散较快，在此干燥阶段水分扩散温度的升高使传热推动力即温度差增大，导致热流密度增加，热空气与样品的热交换比较剧烈，同时温度的升高会导致空气的相对湿度降低，传质推动力即湿度差就会增大，样品中的自由水与热空气具有较大的水分梯度，伴随着表面水分快速蒸发的同时样品内部的水分也会向表面迁移，所以含水率下降较快，与刘云宏等[25-27]的研究结果一致。在干燥后期，不同样品的含水率逐渐减少，随着自由水的减少，水分梯度也越来越小，但是样品中的结合水主要依靠氢键与蛋白质的极性基团相结合而形成，所以结合水很难从细胞中渗出，故后期干燥将温度升高到50 ℃可以缩短干燥时间，降低干燥能耗。

2.3.2 不同燕麦含量复合面条的有效水分扩散系数 不同燕麦含量复合面条干燥过程中的有效水分扩散系数见图3，当燕麦含量为10%，12%，14%，16%，18%时，有效水分扩散系数分别为5.52×10-10，4.63×10-10，3.73×10-10，3.46×10-10，4.54×10-10m2/s，有效水分扩散系数在3.46×10-10～5.52×10-10m2/s时，均在食品干燥有效水分扩散系数10-10～10-8的范围内，符合食品干燥规律。随着燕麦含量的增加，有效水分扩散系数先减小后增大，当燕麦含量增加，其谷蛋白吸水增多，同时面筋网络形成不够完整，使内部淀粉颗粒排列无序，影响水分子的扩散，使干燥变缓。当燕麦含量过大，面筋网络难以形成，面条结构松散，孔隙较多，干燥变快[28]。

图3 不同燕麦含量复合面条的有效水分扩散系数

Figure 3 The effective water diffusion coefficient of composite noodles with different oat content

2.4 燕麦粉添加量对复合面条感官品质的影响

2.4.1 模糊数学模型的构建 以色泽、外观、口感、食味为因素集，U={色泽u1，外观u2，口感u3，食味u4}；以好、较好、一般、差为评语集，V={好，较好，一般，差}；权重集为{0.1，0.2，0.4，0.3}；模糊关系综合评判集Y=X×R(X为权重集，R为模糊矩阵)。采用M(∧，∨)算子进行模糊运算。

2.4.2 感官评定结果 感官评定结果见表7，对感官评定结果输出模糊集进行归一化处理[29]。当燕麦含量为10%时，感官评价输出的模糊集为Y1={0.4，0.3，0.2，0.2}，对Y1进行归一化处理得Y1′={0.36，0.28，0.18，0.18}；同理，当燕麦含量为12%，14%，16%，18%时，输出的归一化模糊集分别为Y2′={0.28，0.36，0.18，0.18}，Y3′={0.27，0.27，0.36，0.1}，Y4′={0.25，0.17，0.33，0.25}，Y5′={0.17，0.33，0.25，0.25}，不同燕麦含量条件下对应模糊矩阵中的峰值分别为0.36，0.36，0.36，0.33，0.33，各峰值分别对应相应归一化模糊集中的第1、第2、第3、第3、第2个数值，对应的评语顺序为“好”“较好”“一般”“一般”“较好”且燕麦含量为12%时的峰值大于含量为18%时，故在12%时更好，同理，在一般条件下含量为14%时更好。经过模糊数学评定可知，不同含量的感官评价结果为10%>12%>14%>18%>16%，由此可见，当燕麦添加量为10%时感官品质最好，添加量为16%时感官品质最差。

表7 不同燕麦添加量复合面条感官评定表Table 7 Sensory evaluation of composite noodles with different oat contents

燕麦添加量为10%时感官品质最好，因为其咀嚼性、弹性、硬度3个质构主成分指标均表现最好，有较强的适口性，易于大部分人接受。随着燕麦添加量的增加，其咀嚼性、弹性均呈现整体下降趋势，面条表现为不够劲道、没有嚼劲，感官评分依次降低。当燕麦添加量为16%时，其硬度指标明显较小，表现为面条软烂、断条严重，故其感官评分最低。

3 结论

通过考查不同比例燕麦粉添加量对马铃薯复合面条品质的影响，发现伴随燕麦含量升高，复合面条膳食纤维溶胀及淀粉溶出导致其质构特性综合评分先降低后升高，表现在咀嚼性因子、黏弹性因子和硬度因子先减小后增大。通过扫描电镜分析其结构和孔隙率，当燕麦含量较低时面条结构致密，孔隙率较小，当燕麦粉含量过大会导致面条结构松散，孔隙较大，品质较差。

通过对燕麦不同含量复合面条进行同一条件的热泵分段干燥，结果显示随着燕麦含量的增加，其有效水分扩散系数先减后增，由于面筋网络形成不充分且与淀粉颗粒排布不均匀，影响水分的扩散，但燕麦含量过大会使面条结构松散，孔隙较大会加快水分扩散，当燕麦含量为10%时复合面条的有效水分扩散系数最大，干燥时间缩短，干燥速率更高，更适宜实际生产；通过模糊数学法进行感官评定，得到燕麦含量为10%时所得评分最高，感官接受度更高。

本研究基于复合面条的质构特性、干燥特性、感官特性等品质，对各组分复合过程中淀粉、蛋白质等微观层面的变化机理并未深入探究，为更好地研究燕麦添加量对复合面条的影响，仍需进一步探究复合面条分子层面的复合机理并分析其与品质特性的相关性。