甘薯全粉对小麦面团及馒头品质的影响

张凤婕，张天语，曹燕飞，杨哲，张海静，李宏军，2，*

（1.山东理工大学农业工程与食品科学学院，山东淄博255049；2.乐陵希森马铃薯产业集团有限公司，山东德州253600）

甘薯，又名地瓜、番薯等，肉多为黄白色，但也有紫色。甘薯富含膳食纤维营养素及胡萝卜素、铁、铜、硒等10余种微量元素。它不仅营养丰富，还具有很高的保健价值，被誉为“抗癌之王”，具有减肥、抗高血压、增强免疫等功能。我国甘薯产量占世界产量的80%，但应用在工业加工中仅占10%～20%，并且有相当一部分因保藏不当而霉烂。由于甘薯全粉不含面筋蛋白，单独的甘薯全粉不能形成面筋，加工性能较差[1]。所以将甘薯全粉添加到小麦粉中制成主食馒头，不仅符合中国人的消费习惯，提高了甘薯的利用率，同时可以响应国家薯类主食化的号召[2]。

关于甘薯全粉对小麦面团和馒头品质特性影响的研究报道较少，马名扬等[3]研究发现甘薯全粉的添加，显著影响面团的粉质和面团拉伸特性，面团糊化特性显著降低，甘薯全粉馒头具有浓郁甘薯香味；有研究表明，综合考虑红薯粉对面包面团流变学特性的影响，红薯粉的添加量应不超过8%[4]；张颖等[5]将甘薯全粉添加到面条中，得出了最优的工艺条件；Adeyeye等[6]研究并评价了甘薯玉米粉饼干的品质特性及可接受性；Yadav等[7]利用甘薯粉、椰菜粉、马蹄粉开发出一种对乳糜泻患者有益的功能性面条；Menon等[8]在淀粉中加入甘薯粉制作面条并研究了面条的烹饪特性及淀粉消化率。

本研究分析不同比例甘薯全粉添加量对面团特性及馒头品质的影响，利用激光扫描共聚焦显微观察技术观察添加甘薯全粉面团的微观结构变化，以期为甘薯全粉的进一步开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

甘薯全粉：内蒙古希森马铃薯全粉有限公司，水分含量13.45%、淀粉含量61.47%、蛋白质含量9.81%；雪花小麦粉：五得利面粉集团有限公司，水分含量10.43%、淀粉含量68.53%、蛋白质含量16.47%；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Kinexus高级旋转流变仪：英国马尔文仪器公司；F4流变发酵仪：法国肖邦技术公司；DFY-1淀粉糊化仪：上海方瑞仪器有限公司；激光扫描共聚焦显微镜：德国徕卡公司；BRF-18C冷藏醒发箱：广州展卓商用设备制造有限公司；MT140型系列压面机：枣阳市巨鑫机械有限公司；多功能电热锅：山东锅老大电器有限公司；TA.XT.plus型质构仪：英国Stable Micro Systems公司；CM-3600A色彩色差仪：日本KONICA MINOLTA公司；B15三功能搅拌机：广东力丰机械制造有限公司；JZC-TSE-30型电子天平：福州科迪电子技术有限公司。

1.3 方法

1.3.1 混配粉的配制及馒头工艺流程

按照10%、20%、30%、40%、50%的比例将甘薯全粉添加进小麦粉中，混合均匀备用，以小麦粉（0%）为对照。

称取甘薯全粉和面粉混配粉共计200 g混和均匀，加入2 g活性干酵母（在36℃温水中活化3 min）揉成面团，总加水量根据粉质仪的吸水率添加；将面团放入醒发箱中发酵60 min，控制醒发箱发酵温度和相对湿度分别在36℃和80%[9]；然后放入压面机中压延12次取出切割，每个面团质量约为100 g，手工成型；将成型馒头坯置于醒发箱中醒发15 min，然后放入蒸锅中蒸制20 min，加热结束5 min后开盖取出，冷却1 h，待测。

1.3.2 面团动态流变特性测定

参照黄莲燕等[10]的方法稍作修改，采用高级旋转流变仪测定面团的动态流变特性。将和好的面团用擀面杖擀成2 mm的薄饼，用保鲜膜包住于室温（25℃）松弛10 min。面团在直径为40 mm的光滑平板模具上进行动态流变测定，用刮板刮去多余的面团，盖上保护盖，并加入硅油防止水分蒸发。开始测试前使面团在平行板上进行5 min稳定平衡，以排除面团中残余机械作用力对结果造成影响。分别对样品进行应力测试和频率扫描动态流变试验。应力测试参数设定：频率为1 Hz，应力范围为0.01%～10%；频率扫描测试参数为：温度25℃，应力0.1%，频率变化范围0.1 Hz～10 Hz，研究弹性模量（G'）、黏性模量（G″）和损耗角正切值（tanδ=G″/G′）随频率的变化。

1.3.3 面团发酵流变特性测定

使用F4流变发酵仪测定甘薯全粉对面团发酵流变特性的影响，测试条件为[11]：温度36℃、时间默认3 h、配重 2 000 g（测试配质量 0.5 kg，默认 4 片）、面团质量为315 g。

1.3.4 面团糊化特性测定

糊化特性测定方法参照GB/T 14490-2008《粮油检验谷物及淀粉糊化特性测定粘度仪法》略作修改，称取2 g样品放入烧杯内，加蒸馏水25 mL充分搅拌后待用。参数设置为[12]：0～30 min内在35℃下以1.5℃/min的速度升温到95℃，然后在95℃下恒温20 min，在20 min内温度降至50℃，然后在50℃下恒温10 min，测试结束。

1.3.5 馒头比容测定

馒头冷却1 h后，采用小米替换法测定馒头体积，使用电子天平测定馒头质量，重复测定3次。按下列公式计算馒头的比容[13]。

式中：λ 为馒头比容，mL/g；v 为馒头体积，mL；m为馒头质量，g。

1.3.6 馒头亮度测定

取3个有代表性的馒头，经测定比容后将馒头剥皮，从馒头中间部位开始，分别向两边切两片两厘米厚的馒头片，在色彩色差仪上分别测定每一切片瓤与皮3个不同位置的亮度值（L*），取平均值[14]。

1.3.7 馒头质构测定

取冷却后的甘薯馒头，在其中心部分沿竖直方向切成大约2 cm厚的均匀薄片，取中间2片，采用TA.XT.plus型质构仪质地剖面分析模式，测定馒头瓤的硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性、回复性5个指标[15]。测试参数为[16]：P/36R压盘式探头；测试前中后速率分别为2.00、1.00、2.00 mm/s；压缩程度 60%；触发力 5 g；2 次压缩时间间隔5 s。

1.3.8 面团微观结构测定

参考Silva等[17]的方法，用乙醇为溶剂，配制质量分数为0.05%异硫氰酸荧光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）和 0.05%罗丹明 B，以 1∶1（体积比）对面团进行避光染色1 h，用蒸馏水清洗面团，直到清洗液澄清无色为止。随后盖上盖玻片，置于激光扫描共聚焦显微镜下观察。FITC和罗丹明B的激发/发射波长分别为488/518 nm和568/625 nm。淀粉被异硫氰酸荧光素结合在激发波长下呈绿色，蛋白质被罗丹明B结合在激发波长下成红橙色。

1.3.9 数据处理

每次测试均3次重复，试验结果采用SPSS软件进行数据处理和分析，使用OriginPro 9.1软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 甘薯全粉对面团动态流变特性的影响

甘薯全粉添加量对面团弹性模量的影响见图1，甘薯全粉添加量对面团黏性模量的影响见图2，甘薯全粉添加量对面团损耗角正切值的影响见图3。

图1 甘薯全粉添加量对面团弹性模量的影响Fig.1 Effect of sweet potato whole flour on elasticity modulus（G'）of dough

图2 甘薯全粉添加量对面团黏性模量的影响Fig.2 Effect of sweet potato whole flour on viscosity modulus（G″）of dough

图3 甘薯全粉添加量对面团损的影响Fig.3 Effect of sweet potato whole flour on loss factor tanδ of dough

流变仪可以测定面团的黏弹性质，其测试的主要参数弹性模量G'是耗角正切值指储存在物质中的或经过一个振动周期的正弦形变后所恢复的能量，它所代表的是物质的弹性本质；黏性模量G″是指每个周期的正弦形变所消耗或损失的能量，它代表的是物质的黏性本质。由图1、图2可以看出，面团的弹性模量和黏性模量随频率的增加而不断增大，且面团的弹性模量均大于黏性模量，说明在面团中分子间产生了强烈的交联作用[18]。在相同频率下，随着甘薯全粉添加量的增大，面团的G′和G″呈逐渐增大的趋势。原因可能是在面团形成期间一定量的甘薯全粉与小麦粉中的谷蛋白发生交联，使面团的黏弹性升高[19]。损耗角正切值tanδ=G″/G′，表示面团样品中黏性与弹性的比例。

由图3可以看出tanδ均小于1，且随着甘薯全粉添加量的增大，面团的tanδ逐渐减小，这表明面团的弹性起到重要作用，由于面筋蛋白中聚合反应降低，蛋白分子网络的交联度下降，使面团结构的固体性质增加，这与Liu等[20]的研究结果相似。

2.2 甘薯全粉对面团发酵流变特性的影响

甘薯全粉添加量对面团发酵流变特性的影响见表1。

表1 甘薯全粉添加量对面团发酵流变特性的影响Table 1 Effect of sweet potato whole flour on rheological properties of dough

由表1可知，随甘薯全粉添加量的增加，面团的最大膨胀高度显著降低，尤其是添加量50%的甘薯全粉面团，与对照组相比降低了68.5%，可能是添加甘薯全粉后面团的面筋网络结构变差，导致面团的持气量减少。气体释放曲线最大高度随甘薯全粉添加量的增加而增加，即酵母在发酵过程中的整体产气量增大。CO2总产气量随甘薯全粉添加量的增加而显著增加，原因可能是甘薯全粉中含有一定的黏液多糖类物质，酵母利用这些多糖在发酵过程中产生大量的二氧化碳和其它气体物质[21]。而面团的持气率逐渐下降，可能是甘薯全粉添加过多后面团结构在发酵过程中塌陷所致，面团持气率是保留在面团中的CO2体积与CO2总体积的比值，代表了面团的持气性，它直接影响馒头的体积，这与本文研究随着甘薯全粉添加量的增加，馒头比容逐渐减小保持一致。

2.3 甘薯全粉对面团糊化特性的影响

甘薯全粉添加量对面团糊化特性的影响见表2。

由表2可知，和对照组相比随着甘薯全粉添加量的增加，混配粉的峰值黏度、降落值、回升值均逐渐减小，但混配粉的糊化温度变化不显著。混配粉的糊化特性曲线见图4。

表2 甘薯全粉添加量对面团糊化特性的影响Table 2 Effect of sweet potato whole flour on pasting properties of dough

由图4可以看出，与对照组相比，添加甘薯全粉后面团的糊化特性曲线明显下降，且随着甘薯全粉添加量的增加，面团的糊化特性曲线呈下降趋势。峰值黏度与直支链淀粉的相对含量有关，在一定条件下直链淀粉含量与峰值黏度显著正相关[22]。添加甘薯全粉后，混配粉中的支链淀粉含量增多，淀粉在解热后易吸水膨胀糊化，直链分子间作用减弱，使黏度减小[23]。回生值可反映出淀粉分子的重结晶程度，回生值越小，抗老化能力越强。在冷却过程中支链淀粉由于空间位阻作用不易重新聚集[23]，导致回生值较低，说明添加甘薯全粉可以减缓小麦粉的老化。因此，添加甘薯全粉可能会在加工过程中对小麦粉产生影响。

2.4 甘薯全粉对馒头品质的影响

2.4.1 比容

甘薯全粉添加量对馒头比容的影响见图5。

图4 混配粉的糊化特性曲线Fig.4 Pasting characteristic curve of mixed flours

图5 甘薯全粉添加量对馒头比容的影响Fig.5 Effect of sweet potato whole flour on the specific volume of steamed bread

由图5可知，随着甘薯全粉添加量的增加，馒头的比容在逐渐下降。与对照组相比，当添加量为10%～20%时，比容变化不显著，添加量30%以后馒头比容显著降低。当甘薯全粉添加量过多时，对面筋蛋白的网络结构产生稀释的效果，在蒸制过程中酵母使馒头体积最大限度地膨胀受到了限制[24]，造成馒头比容的减小。

2.4.2 亮度

甘薯全粉添加量对馒头亮度的影响见图6。

图6 甘薯全粉添加量对馒头亮度的影响Fig.6 Effect of sweet potato whole flour on the brightness of steamed bread

L*值是表示为光泽亮度的值，其数值越大，表明物体表面越光亮，颜色越白。甘薯全粉呈淡黄色，加水后颜色会变深。由图6可知，与对照组相比，随着甘薯全粉添加量的增加，馒头的L*值逐渐变小，且馒头瓤的L*值比馒头皮的L*值大，表明随着甘薯全粉添加量的增加，馒头的颜色越来越暗，且馒头瓤的颜色比馒头皮暗。馒头色泽的变化有两个原因：一可能与甘薯全粉本身特有的色泽有关，赵玲玲等[25]研究发现馒头亮度降低与香菇超微全粉特有的色泽有关；二可能是在加工过程中甘薯组织内部的多酚氧化酶发生酶促褐变[26]，导致馒头色泽受到了影响。

2.4.3 质构

甘薯全粉添加量对馒头质构的影响见表3。

表3 甘薯全粉添加量对馒头质构的影响Table 3 Effect of sweet potato whole flour on the texture of steamed bread

由表3可知，与对照组相比，添加甘薯全粉后馒头的硬度显著增加，且随着甘薯全粉添加量的增加，馒头的硬度逐渐增加，当添加量超过30%时，馒头的硬度增加速率变缓，馒头的弹性、黏聚性、咀嚼性和回复性变化不显著。随甘薯全粉添加量的增加，馒头弹性、回复性显著降低，黏着性、咀嚼性明显增大，与对照组相比，甘薯全粉的加入使馒头的黏着性、咀嚼性和回复性显著增大。原因可能是甘薯全粉的添加稀释了面团中的面筋蛋白，阻碍面筋网络结构的形成，面团没有充分膨胀[27]，使制作的馒头硬度、黏着性和咀嚼性增加，弹性和回复性变差。

2.5 甘薯全粉对面团微观结构的影响

甘薯全粉对面团微观结构的影响见图7。

图7 甘薯全粉对面团微观结构的影响Fig.7 Effect of sweet potato whole flour on dough microstructure

由图7可知，随着甘薯全粉添加量的增加，面团的面筋网络结构完整性遭到破坏，面团的面筋网络结构越来越稀疏而细碎，无法形成紧凑、连续的面筋网络结构，甘薯全粉添加量40%、50%的面团几乎快看不到面筋的网络结构。面筋蛋白通过吸水形成面筋网络结构，淀粉颗粒包裹在面筋网络结构中，可以对面筋网络进行填充。与对照组相比，随着甘薯全粉添加量的增加，淀粉颗粒无法被包裹，暴露的淀粉颗粒数目增加，这可能是由于甘薯全粉添加量增多后稀释了面筋蛋白的含量，使面筋蛋白网络的连续性变差，网络结构发生断裂，使其包裹淀粉颗粒的能力变差[28]所致。

3 结论

甘薯全粉对面团特性及馒头品质均有显著影响。随着甘薯全粉添加量的增加，面团的G′和G″呈逐渐增加的趋势，面团的tanδ逐渐减小，面团的最大膨胀高度和面团持气率显著降低，而气体释放曲线最大高度和CO2总产气量随甘薯全粉添加量的增加而增加。与对照组相比，添加甘薯全粉后面团的糊化特性曲线明显下降，随着甘薯全粉添加量的增加，混配粉的峰值黏度、降落值、回升值均减小，糊化温度的变化不明显。甘薯全粉的加入使馒头的硬度、黏着性、咀嚼性逐渐增加，弹性、回复性随甘薯全粉的添加显著降低，当添加量达到30%后，馒头的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性和回复性的变化较规律，与对照组相比，甘薯全粉的加入使馒头的硬度、黏着性和咀嚼性显著增大，同时使馒头比容减小，亮度变暗。甘薯全粉的加入阻碍了面筋网络结构的形成，破坏了面团的微观结构，从而会对馒头的品质特性产生影响。