马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团特性研究

陈 洁，张智勇，李 璞，王彦波，孙同辉

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

2.中粮粮谷控股有限公司，北京 100020

我国马铃薯产量稳定，约占世界马铃薯产量的25%，居世界首位。马铃薯属于茄科茄属类植物，块茎可以食用，饱腹感强，富含蛋白质和淀粉，脂肪含量低，蛋白质与动物蛋白相似，易消化吸收，而且含有人体必需的各种氨基酸。受东方传统饮食文化的影响，60%的马铃薯在我国多以蔬菜食用，因加工工艺的限制，只有不足20%作为主食进行消费,而欧洲人对马铃薯的消费模式已经逐步趋近主食化[1-2]。2015年1月我国提出马铃薯主粮化战略，鼓励将马铃薯加入传统主食中，增加国民马铃薯摄入量，提高马铃薯产品利用率[3]。王春香等[4]在马铃薯全粉与小麦粉混合后对混粉面团拉伸特性的研究中指出，当马铃薯全粉的添加量大于5%时，对混粉面团中的面筋蛋白有较大稀释作用；郭祥想等[5]研究了不同比例马铃薯全粉和小麦粉混合，结果表明，随着混合粉中马铃薯全粉比例增大，面团形成时间和稳定时间下降，回生值和衰减值也下降；蔡沙等[6]研究了马铃薯全粉计量效应对面团特性及馒头品质的作用，结果表明，当添加量为8%～15%时，面团有较好的糊化、揉混及拉伸特性，当添加量为5%～8%时，馒头品质较好。

市场上的马铃薯全粉多为糊化后制粉，原有品质已发生变化，加工性能受到局限，故作者将一种颗粒完整度高、品质优良的低糊化度马铃薯生全粉与小麦粉混合，研究混粉面团的拉伸特性、应力松弛特性、动态流变学特性、淀粉晶型、相对结晶度以及微观结构，探究马铃薯生全粉对混粉面团特性的影响，进一步推动马铃薯主食化。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯生全粉：自制；金苑特一粉(小麦粉)：河南郑州金苑面业有限公司。

1.2 仪器与设备

电子天平：福州华志科学有限公司；和面机：北京东方孚德技术发展中心；小型制面机组：北京腾威机械有限公司；TA-XT Plus质构仪：英国Stable Micro System公司；哈克流变仪：美国TA公司；真空冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂有限公司；高速万能粉碎机：北京市永光明医疗仪器有限公司；X射线衍射仪：荷兰PANalytical公司；扫描电子显微镜：荷兰Phenom公司。

1.3 试验方法

1.3.1 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团制作方法

取马铃薯生全粉添加量分别为0%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%的混粉各100 g，加水(0%混粉加32%水，10%混粉加33%水，15%混粉加34%水，20%混粉加35%水，25%混粉加36%水，30%混粉加37%水，35%混粉加38%水，40%混粉加39%水，45%混粉加40%水)，加盐1%，经针式和面机和面4 min，醒发20 min。

1.3.2 面团拉伸特性测定

参照文献[7]中面团拉伸特性的测定方法，每组样品进行6次试验，取平均值。

1.3.3 面团应力松弛测定

参考文献[8]的测试方法。取混粉面团，将面团压至厚3.5 mm、直径25 mm的面片，并静置20 min[9]，使残留压力松弛后进行应力松弛试验，每个样品重复5次。采用P/35测试探头，测试速度1.00 mm/s，形变10%，触发力5.0 g，释放时间180 s。

1.3.4 面团动态流变学性质测定

参考文献[7]的测定方法。取混粉面团，将面团压至厚3.5 mm、直径25 mm的面片，并静置20 min[9]，使残留压力松弛。动态流变仪平板直径40 mm，夹缝距离3 mm，应变1%，温度25 ℃，频率0.1～100 Hz。

1.3.5 面团淀粉晶型及相对结晶度测定

混粉面团经真空冷冻干燥，粉碎，过100目筛，进行广角X-射线衍射。测定条件：扫描频率4°/min，入射角4°～40°，步长0.06°。利用软件Jade 6.0分析X-射线衍射图谱，计算相对结晶度。

1.3.6 面团微观结构测定

混粉面团经真空冷冻干燥、切块，进行镀金处理，使用扫描电子显微镜(SEM)对样品观察拍照。

1.4 数据分析

采用SPSS 20.0软件对数据进行显著性分析(P<0.05)，使用Origin 2017绘制图表。

2 结果与分析

2.1 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团拉伸特性分析

拉伸力可反映面团的强度和筋力，由小麦粉中麦谷蛋白决定；拉伸距离可反映面团延展特性和可塑性，由小麦粉中麦醇溶蛋白决定[10-12]。由图1可知，随着马铃薯生全粉添加量的增加，混粉面团的拉伸力与拉伸距离呈显著下降趋势(P<0.05)。混粉面筋蛋白被稀释，导致面筋含量偏低，同时马铃薯生全粉较高的持水性使混粉面团过度吸水，面筋品质下降，故拉伸力和拉伸距离均呈下降趋势。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团应力松弛特性分析

图2为应力松弛试验中时间与应力的关系。面团应力松弛曲线都可以用广义 Maxwell 模型进行非线性拟合[13]，本试验的松弛阶段存在不能完全松弛的残余应力，故适合用Maxwell 三元素模型进行拟合，拟合方程：

图2 面团的应力松弛特征曲线

马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团应力松弛特性见表1，随着马铃薯生全粉添加量的增加，残余应力(E2)呈先上升后下降的趋势，阻尼系数(η)和松弛时间(τ)均呈下降趋势。E2为邻近分子链相对运动引起形变达到平衡时所需的应力，E2越大，表明面团的硬度越大[13]。当马铃薯生全粉添加量为10%～15%时，各混粉面团的E2均显著高于小麦粉面团的E2(P<0.05)，马铃薯生全粉在制粉过程中进行过热风干燥处理，热处理使马铃薯细胞壁中果胶链的硬度增加，从而影响了混粉面团体系的硬度；混粉面团的相对结晶度随着马铃薯生全粉的添加有所增加，会使淀粉的强度、硬度增加[14]。当马铃薯生全粉添加量继续增大，混粉面团的E2开始下降，马铃薯生全粉的添加提高了混粉面团的吸水率，水分含量增加会影响面团结构的紧密性，导致面团硬度呈现下降趋势。

η代表样品的初始黏度[15]，马铃薯淀粉颗粒阻碍了小麦淀粉和面筋蛋白的结合，影响面筋网络的形成，导致混粉面团中面筋数量与质量的双重下降，使得面团的黏结性下降，出现低于小麦粉阻尼系数的变化。松弛时间减少表明面团容易变形[13]。当马铃薯生全粉添加量为10%～15%时，面团的松弛时间较长，面团内部的黏结力较大。随着马铃薯生全粉添加量的增加，混粉面团中的面筋结构被稀释，面团黏弹性下降，且面团过高的吸水率也会影响面筋的形成，导致面团结构松散，容易变形。

表1 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团应力松弛特性

2.3 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团动态流变学特性分析

由图3可知，随着扫描频率的增加，混粉面团的弹性模量均呈上升趋势。在同一频率下，混粉面团的弹性模量随着马铃薯生全粉添加量的增加呈现下降趋势，马铃薯生全粉的加入导致面筋网络形成受阻，面团弹性下降。

图3 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团弹性模量的变化

由图4可知，随着扫描频率的增加，各添加量混粉面团的黏性模量均呈上升趋势。在同一频率下，混粉面团的黏性模量随着马铃薯生全粉添加量的增加呈现下降的趋势。马铃薯生全粉的加入影响了混粉面团面筋的形成，面团内部结构不紧密，分子间结合力较小，面团黏结性下降，混粉面团的吸水率随着马铃薯生全粉添加量的增加呈现上升趋势，过多的水分子导致面团中面筋网络结构发生水合，形成水化层，降低面团黏性[16]。

图4 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团黏性模量的变化

由图5可知，随着扫描频率的增加，各添加量混粉面团的tanδ均呈现先下降再上升的趋势，且在频率为4～7 Hz时达到最小值。在同一频率下，混粉面团的tanδ随着马铃薯生全粉添加量的增加呈现上升的趋势，面团中大分子高聚物含量下降导致tanδ上升。

图5 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团tan δ的变化

2.4 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团淀粉晶型及相对结晶度分析

不同物质的晶体都有其自己的晶体结构和点阵参数，在X-射线扫描时会出现不同的图谱[17-21]。由图6可知，特一粉的X-衍射图谱中，2θ在15.3°、17.1°、18.2°和23.5°处附近有明显的尖峰，小麦粉淀粉的晶型结构为A型；马铃薯生全粉的X-衍射图谱中，2θ在5.6°、15.0°、17.2°、22.2°和24.0°处附近有明显的尖峰出现，马铃薯生全粉淀粉的晶型结构为B型；两种粉淀粉晶体晶胞大小、形状及排列方向的差异，导致衍射空间分布不同，有不同的衍射曲线[22]。此试验结果符合不同来源的淀粉呈现出不同的衍射图谱的结论[23]。大多数谷物淀粉呈现A型，块茎类及高直链玉米淀粉、老化淀粉多为B型[24]。

图6 马铃薯生全粉和小麦粉淀粉晶型对比

由图7可知，马铃薯生全粉的添加对混粉面团体系的淀粉X-射线衍射图谱有影响。特一粉面团与小麦粉的X-衍射图谱基本一样，2θ在15.3°、17.1°、18.2°和23.5°处附近有明显的尖峰，是典型的A型结构；随着马铃薯生全粉添加量的增加，2θ在17.1°和18.2°处附近的尖峰逐渐去尖峰化，2θ在18.2°处的尖峰强度慢慢开始变小，当马铃薯生全粉添加量大于20%时，2θ在17.1°和18.2°处的两个尖峰强度已经完全持平，当马铃薯生全粉添加量大于35%时，2θ在17.1°和18.2°处的两个尖峰已经逐渐演变为一个尖峰，此时混合粉面团的X-衍射图谱与马铃薯生全粉图谱基本一致，当马铃薯生全粉添加量大于35%时，生全粉的添加使得混合粉面团的淀粉结构为B型。

图7 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团淀粉晶型分析

淀粉相对结晶度是指淀粉中晶体所占的比例，它是衡量淀粉晶体特性的另一个重要指标[25-27]。由图8可知，随着马铃薯生全粉添加量的增加，混粉面团中淀粉相对结晶度呈现先上升后下降的趋势，且在马铃薯生全粉添加量为15%～20%时，相对结晶度达到最大值，当马铃薯生全粉添加量大于20%时，相对结晶度开始下降。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.5 马铃薯生全粉-小麦粉混粉面团微观结构分析

由图9可知，小麦粉面团的面筋网络形成均匀紧实，淀粉颗粒有序排列在面筋网络中，且被完全包裹；当添加10%～15%的马铃薯生全粉时，面筋网络仍紧实包裹淀粉颗粒；当马铃薯生全粉添加量为20%～30%时，面筋网络结构开始出现空洞，淀粉颗粒裸露；当马铃薯生全粉添加量为35%～45%时，面筋网络的连续性被打乱，空洞数量增加，网络结构松散无序。马铃薯生全粉的添加会稀释混粉体系中面筋蛋白的含量，在形成面团时，面筋网络被持续稀释，出现空洞、缝隙，甚至连续性和有序性被打乱，最后导致面筋撕裂、淀粉裸露的微观结构。

注：a—i分别为马铃薯生全粉添加量为0%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%。

3 结论

对马铃薯生全粉不同添加量的混粉面团的拉伸、应力松弛、动态流变学特性及微观结构进行了分析。结果表明：马铃薯生全粉的添加降低了混粉面团的黏弹性，其拉伸力与拉伸距离呈显著下降趋势(P<0.05)；马铃薯生全粉的添加使得混粉面团中淀粉呈现B型结构，随着生全粉添加量的增加，相对结晶度先增大后减小，在添加量为15%～20%时，相对结晶度达到最大值，当添加量为20%～30%时，面团中面筋网络结构的有序性和连续性受到影响，出现空洞。综观马铃薯生全粉添加量对混粉体系的影响，当添加量为15%时最为合适，混粉面团有较好的品质特性。本研究为马铃薯主食化技术的开发提供了理论依据，可促进马铃薯产业的长远发展。