谷朊粉对马铃薯热干面品质的影响

熊添，何建军，蔡芳，王少华，施建斌，蔡沙，隋勇，陈学玲，范传会，梅新

(湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心，湖北 武汉，430064)

谷朊粉是以小麦粉为原料经分离、提取、烘干等工艺后得到的一种粉末状产物，又被称小麦面筋粉或活性面筋粉，谷朊粉主要成分为面筋蛋白，含量为70%～80%，以单体或通过链间二硫键(S—S)连接的聚合物形式存在[1-3]，根据溶解性可将面筋蛋白分为麦谷蛋白和麦醇溶蛋白[4]。麦谷蛋白和麦醇溶蛋白独特的氨基酸组成可使蛋白形成具有黏弹性的网络结构，面筋蛋白在干燥状态时结构固定，不会发生反应，一旦与水混合后，蛋白质空间结构发生改变，水分子与蛋白质的亲水基团互相作用形成水化物，即湿面筋[5]。谷朊粉由于具有较好的黏弹性、延伸性、吸水性、起泡性、薄膜成形性以及热凝固性且安全性较好，被视作一种高效的绿色面团改良剂，广泛地应用于面粉强化、面条及烘焙食品加工。

马铃薯是仅次于稻谷、小麦、玉米的第四大粮食作物，已被世界卫生组织列入推荐的碳水化合物来源，相比于禾谷类，马铃薯淀粉更容易被人体吸收[6-8]。中国是世界上最大的马铃薯生产国，马铃薯产量约占世界马铃薯总产量25%[9]。我国自2015年实施“马铃薯主粮化战略”以来，包括马铃薯热干面在内的马铃薯主食化的相关研究取得较大进展[10-12]。热干面是我国四大名面之一，也是湖北武汉推行马铃薯主食化的主要载体。相比传统热干面，马铃薯热干面膳食纤维含量丰富，具有助消化、降低血糖等优点特性。目前马铃薯热干面制作工艺尚未完全成熟，马铃薯热干面的品质和稳定性等方面仍存较大的优化空间。本研究对谷朊粉基本成分及物化特性进行分析，探讨了谷朊粉添加量对混合粉特性以及生鲜、熟制马铃薯热干面品质的影响，以期为谷朊粉在马铃薯主食产品中应用和马铃薯热干面配方优化、品质提升提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯全粉，内蒙古富广食品有限公司；小麦粉，中粮面业营销管理有限公司；谷朊粉，河南聚荣食品配料有限公司。

石油醚、CuSO4、K2SO4、H2SO4、NaOH、HCl、乙醇、葡萄糖、硼酸、苯酚、甲基红、胆固醇、邻苯二甲醛、3,5-二硝基水杨酸、考马斯亮蓝、H3PO4、牛血清白蛋白等试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

BWD1-FW-200型高速万能粉碎机，(北京)西化仪科技有限公司；LXJ-ⅡB型离心机，上海安亭科学仪器厂；BS-210型分析天平，德国赛多利斯仪器有限公司；PXS-270型电子天平，上海精密科学仪器有限公司；FD-1-50型冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司；DGX-9143B型电热鼓风干燥机，天津市泰斯特仪器有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅，安徽国华电气有限公司；818型PH计，美国奥立龙公司；DV2TLVTJ0型黏度计，Brookfielo公司；TAXT plus型质构仪，英国Stable Micro Systems公司；K9840型自动凯氏定氮仪，济南海能仪器股份有限公司；KDN-08D型消化炉，上海昕瑞仪器仪表有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 原料基本成分的测定

本试验所用谷朊粉、马铃薯全粉、小麦粉中的灰分、脂肪、淀粉、蛋白质含量分别参照GB 5009.4—2016中高温灼烧法、GB 5009.6—2016中索氏抽提法、GB 5009.9—2016中酶水解法、GB 5009.5—2016中凯氏定氮法进行。

1.3.2 谷朊粉溶解度和持水性测定

参照秦瑞旗[13]的方法略作修改，取2.0 g谷朊粉(记为W0，其蛋白质含量为P)与30 mL蒸馏水充分混合后得谷朊粉悬浮液，分别调节悬浮液pH值至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0后静置30 min，于3 500 r/min下离心10 min，采用考马斯亮蓝法测定上清液中蛋白质含量记为W1，收集沉淀称重记为W2，谷朊粉持水性及其蛋白质溶解度计算分别如公式(1)、公式(2)所示：

(1)

(2)

1.3.3 谷朊粉起泡性的测定

配制25 mL质量浓度为10 g/L谷朊粉悬浮液，分别调节其pH值至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0后置于8 000 r/min下均质2 min，记录均质后体积V，谷朊粉起泡性计算如公式(3)所示：

(3)

1.3.4 谷朊粉乳化性的测定

配制质量浓度为5 g/L谷朊粉悬浮液，分别调节其pH值至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0后与大豆油按油相体积分数25%混合，于20 000 r/min下均质1 min得乳浊液。取0.1 mL样品底部乳浊液与10 mL的10 g/L十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate，SDS)溶液混合，于500 nm下测定吸光值记为A0，以0.1%(质量分数)的SDS溶液作为空白。谷朊粉乳化性计算如公式(4)所示：

(4)

式中：2×2.303，界面面积与吸光度值之间的换算系数,m2；D，样品稀释倍数；C，乳液形成前溶液中谷朊粉质量浓度，g/mL；L，比色池光程(1 cm)；φ，油相所占体积比(0.25)。

1.3.5 谷朊粉的持油性的测定

参照梅新等[14]的方法略作修改，取2.0 g谷朊粉(记为W3)与20 mL大豆油充分混合后分别于25、35、45、55、65、75℃下水浴处理30 min，再于3 500 r/min下离心10 min，收集沉淀物称重记为W4。谷朊粉持油性计算如公式(5)所示：

(5)

1.3.6 混合粉特性的测定

马铃薯全粉与面粉按质量比3∶7混合后，以此为基准分别加入0、5%、10%、15%、20%、25%(质量分数)的谷朊粉，参照1.3.2中相关方法测定混合粉持水性。

取一定量混合粉置于带刻度量筒中，记录其质量为W5，体积为V1，按1∶30(g∶mL)加入蒸馏水，充分混匀，置于室温下静置16 h后，记录吸水后混合粉体积V2，混合粉吸水膨胀性计算如公式(6)所示：

(6)

1.3.7 马铃薯热干面制作工艺

参照蔡沙等[15]的方法制作马铃薯热干面，马铃薯全粉与面粉按质量比3∶7混合后，以此为基准分别加入0、5%、10%、15%、20%、25%(质量分数)的谷朊粉得混合粉，取500 g混合粉，加入1.0%(质量分数)食用盐、0.3%食用碱后充分混匀，加入180 mL纯净水和面15 min后于35 ℃、85%(相对湿度)下醒面30 min，面团经压延后切成1.75 mm圆形面条，得生鲜马铃薯热干面；生鲜面置于沸水中，保持沸腾状态煮制1 min后得熟面。

1.3.8 生鲜马铃薯热干面蒸煮特性测定

取一定量生鲜热干面记数量为M1，质量量为M3，置于1 L沸水中保持沸腾状态煮制1 min，捞出面条并沥水5 min，记录面条质量M4，面条干燥至恒重量M5，完整面条数量M2，生鲜马铃薯热干面断条率、吸水率和蒸煮损失率计算如公式(7)、公式(8)、公式(9)所示：

(7)

(8)

(9)

1.3.9 生鲜及熟制马铃薯热干面质构特性的测定

生鲜及熟制马铃薯热干面分别于4 ℃下放置24 h、48 h，参照施建斌等[16]的方法利用质构仪测定不同放置时间下生鲜、熟制马铃薯热干面剪切力、拉伸力、黏性等质构特性指标。

剪切力测定：采用Code A/LKD探头， Measure Force in Compression模式，测试前速度2.0 mm/s，测试及测试后速度0.8 mm/s，压缩力90%，触发力Auto-3 g。

拉伸力测定：采用Code A/SPR探头， Measure Force in Extension模式，测试前和测试速度2.0 mm/s，测试后速度10.0 mm/s，测试距离100 mm，触发力Auto-0.5 g。

黏性测定：采用Code HDP/PFS探头， Measure Force in Compression模式，测试前速度2.0 mm/s，测试及测试后速度0.8 mm/s，压缩力70%，触发力Auto-3 g，2次压缩间隔1 s。

1.3.10 数据分析方法

试验数据经Microsoft Excel处理后，Origin作图。

2 结果与分析

2.1 原料基本成分分析

由表1可以看出，本研究所用谷朊粉中蛋白质含量最高，为(83.01±0.51)%；其次为淀粉(10.91±0.23)%；脂肪和灰分的含量最低，分别为(0.85±0.08)%和(0.84±0.03)%。马铃薯全粉和小麦粉中淀粉的含量最高，分别为(63.97±0.88)%和(82.85±0.96)%；其次为蛋白质，分别为(9.37±0.23)%和(12.66±0.02)%；马铃薯全粉中脂肪的含量最低，为(0.74±0.03)%；而小麦粉中灰分的含量最低，仅为(0.53±0.02)%。与马铃薯全粉及提取谷朊粉的原料小麦粉相比，谷朊粉中淀粉的含量显著降低，蛋白质含量显著提升，制作谷朊粉时会经历水洗和离心两大工艺流程，所获产物为高蛋白聚合物[17-18]。添加谷朊粉既可提升马铃薯热干面的蛋白质含量，也能使其营养更加丰富多元。

表1 谷朊粉、马铃薯全粉及小麦粉的基本成分

2.2 谷朊粉物化特性分析

2.2.1 pH值对谷朊粉溶解度和持水性的影响

不同pH条件下的谷朊粉溶解度与持水性存在明显差异。如图1所示，谷朊粉的溶解度、持水性均随pH值的增大呈先降低后升高的趋势，并在等电点附近(pH值为7～8)达最低值，此时溶解度为(2.73±0.12)%，持水性为(1.31±0.02) g/g。此时蛋白质表面所带正负电荷刚好相抵，蛋白质分子之间缺乏静电推斥力，因疏水相互作用聚集和沉淀导致溶解性降低[19]。谷朊粉持水性代表着小麦面筋蛋白吸收水并将其保留在蛋白组织中的能力，而被保留的水主要是物理截留水。蛋白质的持水性主要受亲水基团和疏水基团分布的影响，也与蛋白质的三维网络结构对于水的物理截留作用有一定关联。谷朊粉的持水性随pH值的变化曲线与溶解度的变化曲线类似，当pH<5时，呈下降趋势，当pH>7时，又逐渐上升，在弱酸性条件下(pH值为5.0～7.0)，谷朊粉的持水性最差。

图1 不同pH条件下谷朊粉的溶解度和持水性

2.2.2 pH值对谷朊粉起泡性和乳化性的影响

图2中谷朊粉起泡性及乳化性活性随pH变化的曲线相似，均呈先上升后下降趋势，在pH值为5.0时各自均达到最大值，分别为(250.00±6.20)%和(47.10±2.30) m2/g。当pH>7时，谷阮粉的起泡性和乳化性随pH的变化幅度变小，分别在175%～185%和5.95～8.96 m2/g内波动。张德欣等[20]在探究微波处理对提高谷朊粉品质的影响时，发现了与本文类似的现象，并指出谷朊粉的起泡性和乳化性与其溶解度和持水性密切相关，都是由蛋白质分子的表面结构和带电荷性所决定。

图2 不同pH条件下谷朊粉的起泡性和乳化性

2.2.3 温度对谷朊粉持油性的影响

谷朊粉的非极性区域和脂类的非极性链间存在的疏水相互作用使得它具有一定的持油能力，其持油性主要与亲水、疏水基团的分布以及蛋白质分子的物理截留作用等因素有关，通常不溶性蛋白和疏水性蛋白的持油性更强[21]。由图3可知，加热温度为35 ℃时，谷朊粉的持油性最低，仅为1.03。而35 ℃之后，谷朊粉蛋白开始变性，蛋白质分子内部的疏水基团暴露于外，亲水基团在表面的分布相对减少，持油性逐渐增高。

图3 不同温度下谷朊粉的持油性

2.3 谷朊粉添加量对混合粉持水性及吸水膨胀性的影响

由图4可知，混合粉的吸水膨胀性随着谷朊粉添加量增加呈逐渐上升变化趋势，未添加谷朊粉、添加25%(质量分数)谷朊粉的混合粉，其吸水膨胀性分别为(0.68±0.01)mL/g和0.86 mL/g，前后增加了26.5%。谷朊粉本身具有很强的吸水性[22]，因此在加入谷朊粉后混合粉的吸水膨胀性受到了较大影响。混合粉的持水性随着谷朊粉添加量增加呈缓慢下降趋势，谷朊粉添加量为25%时，混合粉持水性最低，仅为(1.12±0.01) g/g，与未添加谷朊粉的混合粉相比，持水性下降了11.1%。面筋蛋白的网络结构因谷朊粉的添加更加牢固，水分进入内部结构受到阻拦，导致持水性下降。

图4 不同谷朊粉添加量下的混合粉特性

2.4 谷朊粉添加量对马铃薯热干面品质的影响

2.4.1 谷朊粉添加量对生鲜马铃薯热干面蒸煮特性的影响

煮制面条的断条率、吸水率和蒸煮损失率是评价马铃薯热干面蒸煮特性的重要指标。在本研究中，加入谷朊粉添加量在0～25%时，马铃薯热干面的断条率始终为0。梅新等[14]在研究紫薯面条制作工艺时发现提升谷朊粉的添加量能有效降低面条的断条率，由于热干面本身的稳定性和完整性较好，加入谷朊粉对马铃薯热干面断条率并无明显影响。由图5可知，马铃薯热干面的吸水率随着谷朊粉添加量的增加而降低，当谷朊粉添加量达25%时，马铃薯热干面的吸水率为(44.73±0.23)%，相比未添加谷朊粉下降了28.59%。陈佳佳等[23]在研究谷朊粉对全麦面条品质影响同样发现谷朊粉能降低全麦面条的吸水率，这主要是因为谷朊粉的加入使得面筋蛋白网络结构加固，水分的进入面条内部受到阻挡而导致吸水率下降。当加入谷朊粉添加量在0～25%时，马铃薯热干面的蒸煮损失率为34.44%～38.33%，这说明谷朊粉的加入对马铃薯热干面蒸煮损失的影响并不明显，当谷朊粉添加量为20%时，马铃薯热干面的蒸煮损失率最低。

图5 不同谷朊粉添加量下生鲜马铃薯热干面的蒸煮特性

2.4.2 谷朊粉添加量对马铃薯热干面质构特性的影响

2.4.2.1 谷朊粉添加量对不同贮藏时间下生鲜和熟制马铃薯热干面剪切性的影响

由图6可知，随着谷朊粉添加量增加，未经贮藏及贮藏24 h的生鲜马铃薯热干面、贮藏24 h与48 h的熟制马铃薯热干面剪切力均呈先下降后上升趋势，且当谷朊粉添加量为10%～15%时，马铃薯热干面剪切力均达到最小值。贮藏48 h的生鲜面，其剪切力呈逐渐上升趋势。谷朊粉添加量相同条件下，随着贮藏时间延长，未添加谷朊粉的生鲜马铃薯热干面剪切力呈逐渐下降的趋势；谷朊粉添加量5%的生鲜马铃薯热干面剪切力无明显变化；谷朊粉添加量为10%～15%的生鲜马铃薯热干面剪切力呈逐渐上升趋势。此外，当谷朊粉添加量为20%～25%时贮藏24 h的生鲜马铃薯热干面剪切力要明显高于贮藏48 h和未经贮藏的2组；相同谷朊粉添加量下，贮藏24 h和贮藏48 h熟制马铃薯热干面剪切力没有明显差异。从整体上来看，同一谷朊粉添加量下，生鲜马铃薯热干面的剪切力均高于熟制马铃薯热干面。

图6 不同谷朊粉添加量下马铃薯热干面的剪切力

2.4.2.2 谷朊粉添加量对不同贮藏时间下生鲜和熟制马铃薯热干面拉伸性的影响

由图7可知，在谷朊粉添加量为0～15%，未经贮藏及贮藏48 h的生鲜马铃薯热干面拉伸力均变化不明显，当谷朊粉添加量高于15%时，其拉伸力均呈快速上升并趋于稳定趋势。随着谷朊粉添加量升高，贮藏24 h生鲜马铃薯热干面拉伸力呈先下降后上升趋势，谷朊粉添加量为15%时，达到最低值；贮藏24 h及48 h的熟制马铃薯热干面拉伸力呈先下降后上升最终趋于稳定趋势，谷朊粉添加量为5%时，拉伸力最小。谷朊粉吸水后会形成具有网络结构的湿面筋，获得优良的黏弹性和延伸性[24]，故添加谷朊粉使热干面充满弹性，提升其拉伸力。生鲜面贮藏24 h时，其拉伸力受谷朊粉添加量的影响较大并随着谷朊粉添加量的增加而呈先下降后上升的趋势，当谷朊粉添加量为10%～15%时达到最低值(15.73～15.76) g。不同谷朊粉添加量的熟马铃薯热干面在24 h和48 h下拉伸力的变化差异不明显，当谷朊粉添加量为5%时，熟面条的拉伸性最小。从整体上来看，同一谷朊粉添加量下，生鲜马铃薯热干面的拉伸力均高于熟制马铃薯热干面。

图7 不同谷朊粉添加量下马铃薯热干面的拉伸力

2.4.2.3 谷朊粉添加量对不同贮藏时间下生鲜和熟制马铃薯热干面黏性的影响

生鲜、熟制马铃薯热干面的黏性随谷朊粉添加量和贮藏时间的变化如图8所示，当谷朊粉添加量不断增加时，未经贮藏的生鲜马铃薯热干面黏性不断下降，贮藏24 h和48 h的生鲜马铃薯热干面黏性不断上升，而贮藏24 h和48 h的熟制马铃薯热干面黏性呈先上升后下降趋势，当添加谷朊粉添加量为20%时，熟制马铃薯热干面的黏性最大，贮藏24 h和48 h时黏性分别为(70.15±3.05) g和(73.82±0.76) g，差异不显著。从整体上来看，随着谷朊粉添加量的增多，生鲜马铃薯热干面黏度受储存时间的影响越来越小，当谷朊粉添加量为25%，未贮藏生鲜面与贮藏24 h 生鲜面黏性差值为9.34 g，与贮藏48 h的生鲜面粘性差值仅为1.99 g。

图8 不同谷朊粉添加量下马铃薯热干面的黏性

3 结论

本文所使用谷朊粉(干基)中淀粉含量为(10.91±0.23)%，脂肪含量为(0.85±0.08)%，灰分含量为(0.84±0.03)%，蛋白质含量为(83.01±0.51)%，具有高蛋白、低脂肪的特点，添加谷朊粉可以增加马铃薯热干面的蛋白质含量。谷朊粉的溶解度在pH值为7～8时溶解度最低，持水性在pH值为5～7时最低，起泡性及乳化性在pH值为5时达到最佳峰值。加热温度为35 ℃时，谷朊粉的持油性最低。加入的谷朊粉后，制备马铃薯热干面混粉的物理特性受到较大影响，具体表现为吸水膨胀性上升，持水性下降。

谷朊粉对马铃薯热干面的蒸煮特性影响不大，加入谷朊粉前后马铃薯热干面断条率始终为0；吸水率随着谷朊粉添加量的增加而降低，当谷朊粉添加量达25%时，比未添加谷朊粉时下降了28.59%；随着谷朊粉添加量的增加，马铃薯热干面的蒸煮损失率为34.44%～38.33%，当谷朊粉添加量为20%时，马铃薯热干面的蒸煮损失最低。

谷朊粉能有效改善马铃薯热干面的质构和贮藏特性等品质指标。从整体上来看，同一谷朊粉添加量下，生鲜马铃薯热干面的剪切力和拉伸力要高于熟制马铃薯热干面，而不同谷朊粉添加量的熟制马铃薯热干面在24 h和48 h下剪切力和拉伸力的变化差异不明显。当谷朊粉添加量不断增加时，未经贮藏的生鲜马铃薯热干面黏性不断下降，贮藏24 h和48 h的生鲜及熟制马铃薯热干面黏性整体呈上升趋势。谷朊粉最佳添加量为10%～15%，此条件下马铃薯热干面的剪切力最小，拉伸力和黏性适中，质构特性相对最佳。熟制马铃薯热干面在放置24 h和48 h条件下质构特性差异要比生鲜湿面更小，马铃薯热干面煮熟后再进行贮藏，产品的品质稳定性更佳。