不同品种紫薯粉面团品质特性

张梦潇,周文化,*,莫 华,汪金良,戴赛飞

(1.中南林业科技大学食品科学与工程学院,湖南长沙 410004; 2.特医食品加工湖南省重点实验室,湖南长沙 410004; 3.湖南应用技术学院,湖南常德 415000; 4.湖南省产商品质量监督检验研究院,湖南长沙 410007)

紫薯粉保留了紫薯原有的各种营养、色泽、风味、保健等功能成分,损失率相对极低,易于贮藏和运输[1]。将紫薯粉作为辅料添加到小麦粉中制作各类食品,如将小麦粉-紫薯混合粉制作成面条食品,不仅在面条中丰富了食品种类,改变其色香味,提高感官品质,而且可以调节面制品的酸碱性,促进新陈代谢[2]。

有关紫薯粉在小麦粉中的应用已有大量报道,邢丽君等[3]通过在紫薯粉中添加12%甘薯淀粉,显著改善紫薯粉的物化特性及面条性质。罗文等[4]在面粉中添加15%的紫薯粉制成的紫薯馒头,其色泽、组织结构、质地和香气均能达到良好效果。仇干等[5]通过对不同配比的紫薯-小麦混合粉的化学组分、颜色、功能特性和热特性进行测定,得出其混合粉的营养价值均高于单纯的小麦粉,说明在小麦粉中添加一定比例的紫薯粉可以改善面团及面条品质。何兆位等[6]研究表明在面包粉制作中添加一定比例的紫薯粉,其面团的流变学特性增加,而糊化特性下降,面团筋力减弱,这不利于淀粉糊化和膨胀,但吸水率升高、回生值下降有利于改善其制品的贮藏性。任彬等[7]研究发现在小麦粉中添加紫薯粉不利于冻藏面团品质的改善,但在一定程度上紫薯粉能缓解面团品质的劣变。陈芳芳等[8]研究表明紫薯粉对低筋面团的粉质和质构特性的影响大于高筋面团各项粉质指标。Santiago等[9]添加紫薯粉可使面条的颜色呈深紫色,是由于其内在花色苷含量较高所致。此外,紫薯粉提供了更多的糊化淀粉,使得生鲜意大利面更柔软、更有弹性;从硬度、破碎力和能量来看,煮熟的新鲜意大利面具有更柔软的质地。

目前,国内外许多学者主要集中于对单一品种紫薯粉对面团品质影响进行了系列研究,而以不同品种紫薯为原料加工的紫薯粉-小麦粉混合粉面团研究鲜有报道。本研究以9种具有代表性的紫薯品种为原料制成紫薯粉进一步加工成紫薯粉面团,并以小麦粉面团为对照,测定面团的粉质、糊化、流变学及水分分布状态特性,对紫薯粉面团的品质特性进行比较评价,以期为生产优质的紫薯粉主粮化产品提供一定的理论和实践参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

宁紫薯1号、宁紫薯8号、湘紫薯174号、川紫薯4号、徐紫薯8号、阜紫薯1号、渝紫薯7号、绵紫薯9号、鄂紫薯12号 9个品种紫薯均由湖南作物研究所提供;小麦粉 由湖南凯雪有限公司提供;紫薯粉(对照用) 中南林业科技大学步步高超市市售。

JH-HS卤素快速水分分析仪 泰州宜信得仪器仪表有限公司;101-3EBS电热鼓风干燥箱 北京市永光明医疗仪器有限公司;DHH-180A小型电动压面机 永康市海鸥电器有限公司;DH-360AB(303-1AB)电热恒温培养箱、FW-400A倾斜式高速万能粉碎机 北京中兴伟业仪器有限公司;UltraScan Pro色差仪 美国Hunter Lab公司;C21-SK210多功能电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司;B5A变频调速搅拌机 广州威尔宝酒店设备有限公司;BCD-248GS/MS冰箱 河南新飞电器有限公司;FB223分析天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;LS 13320激光衍射粒度分析仪 贝克曼仪器有限公司;DHR-2流变仪 美国TA公司;Micro-doughLAB 2800全自动微型粉质仪、JK-1型快速黏度分析仪 瑞典Perten公司。

1.2 实验方法

1.2.1 紫薯粉的制备 在前期试验研究的基础上,按照最佳制作工艺进行紫薯粉的制备。

工艺流程:紫薯→清洗→蒸制→沥水冷却→去皮→烘干→粉碎→真空包装→成品

操作要点:采用流动水清洗去除表面污垢,剔除芽眼及病变部分;在蒸煮锅上蒸制,直至完全熟透,沥水冷却;去除紫薯皮,将去皮紫薯放置在铁盘中铺匀,放入鼓风干燥箱中于60 ℃干燥15 h,直至紫薯的水分含量在10%以下;干制紫薯采用万能粉碎机进行粉碎,过100目筛,即得到紫薯粉,成品于4 ℃保藏避光供试验用。

1.2.2 紫薯粉粒度测量 称取0.5 g样品于50 mL蒸馏水中,使用涡旋混合器进行均匀化,每10 min振荡一次,在吸取样品前摇匀。将悬浮液加入到样品池中。测定紫薯粉的粒径数量、体积及表面积分布状况。采用仪器本身携带的软件获取结果,以百分比表示。

1.2.3 紫薯粉-小麦粉混合粉的制备 取磨制好的不同品种紫薯粉,在文献[10]和预实验的基础上,分别与小麦粉按15%比例进行混合。将混合粉真空包装,在4 ℃冰箱中贮藏,随时备用。

1.2.4 紫薯粉-小麦粉混合粉粉质特性的测定 根据GB/T 14614-2019《粮油检验 小麦粉面团流变学特性测试粉质仪法》,采用微型粉质仪进行测定。紫薯粉以15%的比例添加到小麦面粉中制成混合粉,称取4 g配制的混合粉,自动加入适量蒸馏水,当面团的最高稠度达到国家标准的固定值(500±20) FU时,记录粉质曲线得到的吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度、带宽和公差指数,重复6次。

1.2.5 小麦粉-紫薯粉混合粉糊化特性的测定 紫薯粉以15%的比例添加到面粉中,重复6次。采用GB 24853-2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速粘度仪法》标准程序1的温度模式,即RVA初始温度为50 ℃,保持1 min,然后以12 ℃/min升高至95 ℃,保持在95 ℃ 2.5 min,再以12 ℃/min降至50 ℃,保持2 min,总共糊化13 min,根据RVA的曲线,分别获得峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、回生值、衰减值和糊化温度等参数。

1.2.6 小麦粉-紫薯粉面团流变学特性的测定 参考范亭亭等[11]方法,取100 g小麦粉,分别加入15%的不同品种紫薯粉,然后加入适量蒸馏水使面团的稠度达到500 FU,置于流变仪测试台上,使用双平板测量模式对样品进行测试,测试条件为:平板直径40 mm、间隙厚度:1000 μm、温度25 ℃。选择动态粘弹性测试程序,测试前将扫描频率固定为10 Hz,在扫描应变范围(0.1%～100%)内,找出其线性黏弹区所对应的扫描应力。测试时设定温度25 ℃,频率变化范围为0.1Hz递增到100 Hz,储能模量(G′)、损耗模量(G″)及损耗正切值(tanδ=G″/G′)三者均随频率的变化。

表1 不同品种紫薯粉粒径分布(μm)Table 1 Flour size distribution of different varieties of purple potato(μm)

1.2.7 小麦粉-紫薯粉面团核磁共振的测定 低场核磁共振参考肖东等[12]的方法,取3 g紫薯粉鲜湿面样品,做成高2 cm样品,用保鲜膜将其包裹放入检测管内,置于核磁共振仪中,检测参数:采样点数TD=2048,重复扫描次NS=8,弛豫衰减时间T0=1000 ms。利用CPMG脉冲序列测定样品的横向弛豫时间(T2),每种样品重复10次。

1.3 数据处理

使用IBMSPSS Statistics 24.0、Microsoft Excel 2016软件对数据进行分析处理,使用Origin Pro 2017软件绘图。

2 结果与分析

2.1 紫薯粉粒度测量分析

为了进一步研究紫薯粉颗粒,将实验室制备的紫薯粉与工业制备的紫薯粉进行比较,10个品种紫薯粉体积分布如图1,可知10品种紫薯粉的体积分布均呈现单峰变化趋势,且其主峰峰值对应的粒径集中在100 μm之间,等效粒径分布在3～1000 μm。

图1 10个品种紫薯粉体积分布Fig.1 Volume distributions of granule in the purple sweet potato flour of 10 cultivars注:绵:绵紫薯9号;宁1:宁紫薯1号;宁8:宁紫薯8号; 市:市售紫薯粉;湘:湘紫薯174号;徐:徐紫薯8号; 渝:渝紫薯7号;阜:阜紫薯1号; 鄂:鄂紫薯12号;川:川紫薯4号。

由表1可知,紫薯粉的体积分布因品种而异,不同品种紫薯粉之间粒径分布存在极显著性差异(P<0.01)。在10%以下的粒径范围为12.51～24.56 μm,在25%以下的粒径范围为31.87～58.97 μm,在50%以下的粒径范围75.21～151.49 μm,在75%以下的粒径范围为147.58～291.33 μm,在90%以下的粒径范围为250.18～422.43 μm,平均粒径范围在109.69～179.83 μm。

2.2 小麦粉-紫薯粉混合粉粉质特性

表2 不同紫薯粉-小麦粉混合粉质特性Table 2 Farinograph characteristic of different purple potatoes flour-wheat flour mixtures

表3 不同品种紫薯粉对小麦粉糊化特性的影响Table 3 Effect of addition of different purple potatoes flour on gelatinization properties of wheat flour

粉质特性可以反映面团在成型过程中的流变学特性[13]。面团的吸水率对面团品质有较大影响,由表2可知,添加紫薯粉的面团吸水率均大于未添加紫薯粉的面团(空白组),其中湘紫薯174号面团的吸水率最大,为69.97%±5.31%,与纯小麦粉(空白组)相比,增加了7.67%。由于紫薯粉中本身水分含量较低,颗粒较小,且蛋白质和纤维素含量高,并且包含许多与水分子相互作用的羟基基团,因此,在小麦粉中添加紫薯粉,会使得小麦粉吸水量增大[14],其体积也会随之增加。

面团的稳定时间反映面团的耐揉性。10种紫薯粉面团均比纯小麦粉面团的稳定时间要短,其中渝紫薯7号面团的稳定时间最短,为(3.13±0.54) min。由此可知,紫薯粉的添加使小麦粉的稳定时间降低,且不同品种的紫薯粉,其面团稳定时间增加趋势也不相同。这可能是因为添加了紫薯粉会稀释小麦面筋蛋白,破坏面筋蛋白网络结构并且降低了面团的稳定性[15]。在面团形成过程中,小麦粉-紫薯粉混合粉竞争争夺水分,影响小麦粉-紫薯粉混合粉面筋蛋白的吸水溶胀,从而影响小麦粉-紫薯粉混合粉面团形成时间和稳定时间。

弱化度表示面团在搅拌过程中的破坏速率,即其承受机械搅拌的能力,其测定值越大,强度越小,面团越易流变,加工处理性越差[16]。从表2可知,添加紫薯粉使得小麦粉面团的弱化度增加,其中川紫薯4号面团的弱化度最高,为(139.90±7.13) FU,表明其面团强度下降最显著。带宽反映小麦粉面团或其中面筋弹性,带宽值越大说明小麦粉面团的弹性越大,未添加紫薯粉的纯小麦粉面团带宽最大,为(75.00±3.34) FU。公差指数越小,说明该面粉筋力越强,添加紫薯粉使得小麦粉的公差指数增加,其中宁紫薯8号面团的公差指数最大,为(150.14±6.62) FU，不同品种紫薯粉的品质差异因素有关,导致不同紫薯粉面团存在一定差异性。

2.3 小麦粉-紫薯粉混合粉糊化特性

小麦粉黏度开始增加时的温度称为糊化温度[17],即淀粉瞬间吸水膨胀的温度,糊化温度的高低代表了糊化的难易程度。从表3可知,添加小麦粉-紫薯粉混合粉比纯小麦粉(空白组)糊化温度显著提高,增加范围在(17.05～18.75) ℃。因为紫薯粉中的淀粉结晶度高,糊化焓值高,因此提高了初始糊化温度,在小麦粉中添加紫薯粉会提高其糊化温度,从而导致小麦粉难糊化[18]。由于不同品种的紫薯粉其淀粉结构存在差异,其结晶度、糊化焓值等特性不同,从而影响到紫薯粉面团的糊化温度[4]。

峰值黏度是指在小麦粉加热过程中出现的最大黏度值,最终黏度指的是冷却到实验结束时的黏度值[19]。从表3分析可知,添加紫薯粉会显著降低小麦粉的峰值黏度,降低范围在666～1034 cp之间;谷值黏度降低范围在402～714 cp;最终黏度降低范围在126～320 cp。其中,绵紫薯9号面团的最终黏度、峰值黏度、谷值黏度降低的幅度都最大,分别降低了1034、1111、714 cp。黏度值下降,最终将导致小麦粉-紫薯粉混合粉制品比容减小、口感变硬等[10]。

衰减值是峰值黏度和最终黏度的差值,与膨胀后的淀粉粒的刚性有关,显示了面团糊化时的稳定性,衰减值越低面团热稳定性越强[20]。从表3分析可知,添加紫薯粉使得小麦粉的衰减值降低,降低范围在126～320 cp。其中绵紫薯9号面团衰减值降低的最为显著,降低了320 cp,说明绵紫薯9号粉面团的热稳定性相对最好。

回生值显示最终黏度和谷值黏度的差值,是淀粉冷却后的重新排列反映出淀粉的老化程度,反映了淀粉糊的老化程度及淀粉的成胶能力和回生程度[21]。由表3可知,添加紫薯粉的小麦粉面团回生值均呈下降趋势,降低范围在231～397 cp。其中,绵紫薯9号粉面团的回生值下降最为显著,降低了397 cp。回生值越小说明淀粉崩解值降低,面团越不容易老化,从而延长了其制品的保质期。由于紫薯粉中含有较高蛋白质和纤维素,从而抑制了淀粉氢键的重新排列和淀粉的老化,有利于紫薯粉在小麦粉加工中的应用。

2.4 紫薯粉面团动态流变学特性

面团的粘弹性主要取决于面筋基质,频率扫描提供了面团在不同振荡频率下粘弹性特性变化的信息[22]。由于紫薯粉在面筋网络中充当填充物,其相体积的增大会影响面筋网络结构的完整性和分子交联聚合的程度[23],从而最终影响到面团流变特性的弹性和稠度。

图2 不同品种紫薯面团动态黏弹性变化Fig.2 Dynamic viscoelastic changes of different varieties of purple sweet potato dough注:A:储能模量(G′);B:损耗模量(G″); C:耗损角正切(tan δ)。

动态流变学参数储存模量(G′)和损耗模量(G″)能有效反映测试体系的弹性和黏性。图2为不同品种紫薯粉面团的动态流变曲线,紫薯粉面团的储能模量和耗损模量均随角频率的增大而增大,除市售紫薯粉面团和宁紫薯8号面团的G′和G″大于纯小麦粉面团(空白组),其余品种紫薯粉面团的G′和G″均小于小麦粉面团(空白组)。较大的紫薯粉颗粒或较小的紫薯粉颗粒与面团流变学特性存在相关性[24],主要因为紫薯粉颗粒在蛋白质-淀粉基质中起到填充颗粒的作用,其中形状不规则的细小颗粒可以提高填充度,从而改善了面团形成过程中淀粉与蛋白质之间的相互作用[25]。Singh 等[26]研究发现蛋白质交联引起GMP含量的变化是导致G′和G″变化的主要原因。Struck等[27]研究表明面团的动态流变学特性与面团的粉质特性和蛋白质组分有关,表明具有高分子量的聚合蛋白有助于面团强度,Zhang等[28]研究表明不完全水化的生面团会导致模量值的增加,与面筋争夺水分子。

从图2分析可知,损耗角正切tan δ=G″/G′,表示是紫薯粉面团的粘性和弹性的比值,若tan δ越小,表明体系的弹性比例越大,流动性越差,则体系组分中高聚物数量越多或聚合度越大[28]。所有小麦粉-紫薯粉混合粉面团的耗损正切,即tan δ=G″/G′均小于1,表明小麦粉-紫薯粉混合粉面团的弹性占主导地位,具有类似固体的性质[29]。随着角频率的升高,所有小麦粉-紫薯粉混合粉面团的tan δ均先降低而后略微升高,由于紫薯粉的加入使得小麦粉面团面筋蛋白质中高聚物含量增多,面筋蛋白聚合程度增大,从而使得小麦粉-紫薯粉混合粉面团弹性增加,说明紫薯粉能改变面团的流变学特性,能提高面团的稳定性[30]。

2.5 紫薯粉面团水分分布状况

水是面团加工中必不可少的成分,水分分布和面团成分之间的相互作用会影响面制品生产过程中的物理和化学反应、食品加工及其质量[31]。面团中的水主要为弱结合水(SBW),深沉结合水(TBW)和游离水(FW)的形式横向弛豫时间谱中的不同峰(图3)显示了面团内的水分分布状态的差异,因为不同紫薯粉与小麦粉之间水的作用力不同。

图3 不同品种紫薯粉面团三种 状态水分低场核磁共振谱图Fig.3 LF-NMR spectra of three kinds of state water of different purple sweet potato flour dough

表4 紫薯粉面团相关性分析Table 4 The correlation coefficient of purple sweet potato flour dough

2.6 不同品种紫薯粉面团相关性及聚类分析

紫薯粉平均粒径与其面团品质特性相关性分析结果见表4,平均粒径与吸水率呈现极显著正相关(r=0.487,P<0.01),说明紫薯粉的平均粒径越小，面团的稳定时间越长，韧性越好，面筋强度越大，紫薯粉颗粒粒径大小对其小麦粉粉质特性影响显著。

图4 不同品种紫薯粉结构 及其面团品质的聚类分析结果Fig.4 Cluster analysis of starch structure and dough quality of different varieties of purple sweet potato flour dough注:1～5:宁紫薯8号;6～10:湘紫薯174;11～15:宁紫薯1号;16～20:川紫薯4号;21～25:徐紫薯8号;26～30:阜紫薯1号;31～35:渝紫薯7号;35～40:绵紫薯9号;41～45:鄂紫薯12号。

选用紫薯粉面团品质特性进行系统聚类分析,在方法上采用平方欧式距离测量,使用组间联接测量区间,得出谱系图(图4),当类间距离=5时,可将9个品种紫薯粉结构特性及其面团品质分为三大类。第I类包括7个品种,为鄂紫薯12号、宁紫薯1号、阜紫薯1号、湘紫薯174、渝紫薯7号、宁紫薯8号、川紫薯4号,说明这7种紫薯粉面团的各品质特性相似;第II类包括1个品种,为徐紫薯8号,其谷值黏度相较于其它紫薯粉面团为最大;第III类包括1个品种,为绵紫薯9号,其弱化度相较于其它品种紫薯粉面团为最大。

3 结论

面团品质特性直接影响到产品质量,因而也是评价小麦粉类加工产品的主要指标,如小麦粉的粉质、糊化、流变等特性是粉质特征指标[34]。紫薯粉的各种组分与小麦粉组分的相互作用,特别是面筋的相互作用影响面筋蛋白的网络结构,即紫薯粉对小麦粉面筋蛋白等组分的取代和稀释,而影响到紫薯粉面团的形成,进而影响到紫薯粉面团品质特性[35]。

与纯小麦粉面团相比,9种紫薯粉面团的吸水率、稳定时间、弱化度、公差指数、糊化温度均有所增加,分别是69.00%～69.97%、3.30～3.46 min、135.00～139.98 FU、139.90～150.14 FU、86.45～88.10 ℃;与此同时,9种紫薯粉面团的带宽、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、衰减值、回生值均有所降低,分别是60～66.92 FU、1460～1843、886～1198、1708～2026、574～768、822～988 cp;储能模量、耗能模量和深层结合水基本呈现增加趋势,损耗角正切基本呈现下降趋势,宁紫薯8号面团的储能模量、耗损模量增加幅度最大。不同紫薯粉平均粒径存在极显著性差异(P<0.01),将紫薯粉平均粒径与其面团的粉质及糊化特性进行相关性分析和聚类分析,发现紫薯粉平均粒径与吸水率呈极显著正相关(P<0.01),与稳定时间呈极显著负相关(P<0.01),添加颗粒粒径越大的紫薯粉,使得面筋网络隔断和断裂,弱化了面团网络强度;第I类包括7个品种,为鄂紫薯12号、宁紫薯1号、阜紫薯1号、湘紫薯174、渝紫薯7号、宁紫薯8号、川紫薯4号,这7种紫薯粉面团的各品质特性相似;第II类包括1个品种,为徐紫薯8号,其谷值黏度值相较于其他紫薯粉面团为最大;第III类包括1个品种,为绵紫薯9号,其弱化度相较于其他品种紫薯粉面团为最大。

综上所述,紫薯粉使得小麦粉吸水量增大,混合粉面团体积也会随之增加,紫薯粉-小麦粉混合粉相对纯小麦粉较难以糊化;紫薯粉的添加使得面团衰减值、回生值降低,其中绵紫薯9号面团衰减值、回生值降低的最为显著,说明它的热稳定性相对最好,越不容易老化,从而延长了其制品的保质期;测定面团的流变学特性,发现紫薯粉能提高小麦粉面团的稳定性;测定面团的水分分布状态发现紫薯粉对小麦粉面团具有一定的保湿作用。