亲水胶体对马铃薯-小麦面团粉质和发酵特性的影响

梁强,姚英政,熊伟,曾诗琴,2,宣朴*

1(四川省农业科学院农产品加工研究所,四川 成都,610066) 2(成都大学 药学与生物工程学院,四川 成都,610106)

马铃薯全粉是马铃薯的脱水加工制品,最大限度地保留了马铃薯的营养价值和天然感官特性,以主料或辅料的形式广泛应用于薯泥、薯片、米制品和面制品等食品的制作中[1-3]。与传统面制食品相比,马铃薯面制食品的营养素更加均衡。研究表明在小麦面粉中添加马铃薯全粉的质量比例达到20%时,由于面筋比例降低、糊化淀粉含量增加,马铃薯全粉-小麦面粉(简称马铃薯-小麦)面团的加工特性和品质特性大幅降低,马铃薯面制食品的接受度受到影响[4-5]。所以,对20%马铃薯面制食品进行改良极为重要。

目前常用改良剂主要有亲水胶体、酶制剂、乳化剂、氧化剂等[6-7]。亲水胶体主要有蛋白质和天然多糖及其衍生物,因其分子结构中含有亲水基团,能加强面筋与淀粉颗粒及淀粉颗粒之间的相互作用,形成有序的三维空间网络状结构,进而改善面团特性和面制食品的质地、口感及贮藏性[8-9]。以往研究主要从亲水胶体对马铃薯-小麦面团(或无筋面粉)的拉伸性、热机械特性、流变特性以及其制品的质构、蒸煮和感官特性进行分析[10-13],而亲水胶体对20%马铃薯-小麦面团粉质和发酵特性的影响未见报道。

本文以马铃薯-小麦混合粉(2∶8,质量比)为研究对象,分析亲水胶体对马铃薯-小麦面粉的粉质特性和发酵特性的影响,为以马铃薯-小麦混合粉为原料的主食产品配方筛选及工艺优化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯全粉(大西洋,熟颗粒全粉),内蒙古凌志马铃薯科技股份有限公司；小麦面粉(粗蛋白质质量分数为13.25 g/100 g),新疆天山面粉(集团)有限责任公司；谷朊粉(粗蛋白质质量分数为75%),安徽安特食品股份有限公司；瓜尔豆胶(食品级),郑州德瑞生物科技有限公司；黄原胶(食品级),山东淄博中轩生化公司；海藻酸钠(食品级),青岛明月海藻集团有限公司；羧甲基纤维素钠(食品级),上海申光食用化学品有限公司；高活性干酵母(耐高糖型),安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Farinograph-E型粉质仪,德国布拉班德公司；F4流变发酵仪、Alveo PC吹泡仪的恒温和面机、MR2L混样仪,法国肖邦公司；GM2200面筋测定仪,瑞典波通仪器公司。

1.3 实验方法

1.3.1 实验设计

以纯小麦面粉为空白对照,将马铃薯全粉与小麦面粉按照2∶8的质量比例复配成马铃薯-小麦混合粉(A0),在A0中添加不同比例的谷朊粉(0%～10%,质量分数,下同),筛选出对A0面团特性改良最佳的谷朊粉比例,再将A0混合粉与最佳比例的谷朊粉复配制成谷朊粉-马铃薯-小麦混合粉(C0)；在C0中分别添加不同比例(0%～0.5%)的瓜尔豆胶、黄原胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠,分别测定它们对C0面团特性的改良效果。所有混合粉样品用MR2L混样仪混匀30 min后备用。

1.3.2 粉质特性的测定

测定参考AACC 2000标准中54-21方法[14],用300 g揉面钵Faringograph-E型粉质仪程序化测定20 min,测定结果由系统软件自动分析,得到混合粉的吸水率(%)、形成时间(min)、稳定时间(min)、崩解时间(min)、弱化度(FE)、公差指数(FE)、质量指数(mm)等指标。

1.3.3 发酵特性的测定[15-16]

面团制备：采用吹泡仪的恒温和面机制备,根据混合粉的吸水率(粉质仪稠度达到500 BU)确定加水量,并配制糖盐水(将25 g白糖和5 g食盐溶解在去离子水中)待用。将250 g混合粉和3 g干酵母放在揉面钵中搅拌混匀1 min后,缓慢加入糖盐水搅拌6 min,面团搅拌结束后立即称取315 g面团放入发酵筐中进行测定。

测定条件：面团315 g,负重砝码2 000 g,温度28.5 ℃,时间180 min。

参数定义：Hm,面团发酵最大高度,mm；H’m,气体释放的最大高度,mm；Tx,面团开始漏气时间,min；VT,产气总体积,mL；VR,气体保留总体积,mL；RC(VR/VT),气体保留率,%。

1.4 统计分析

每个样品测试重复3次,结果表示为平均值±标准偏差。SPSS软件(Version 18.0)用于不同值之间的方差分析和Tukey值之检验,显著性差异值为P<0.05。Origin Pro软件(Version 2018)进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 谷朊粉对马铃薯-小麦混合粉粉质和发酵特性的影响

从表1可知,在A0中添加谷朊粉,其吸水率、形成时间、稳定时间、崩解时间、质量指数均显著增加,而弱化度和公差指数显著下降,表明A0粉质特性得到明显改善,与刘颖等[17]研究结论一致。添加8%谷朊粉,A0与纯小麦粉面团的形成时间相当；当添加10%谷朊粉时,稳定时间、崩解时间、质量指数为最高,但依然低于纯小麦面粉；谷朊粉对A0弱化度和公差指数有显著改善,然而添加10%时,弱化度和公差指数改良幅度仅有17.60%和27.51%,表明谷朊粉对A0面团强度和加工性能的改善作用有限,因为马铃薯全粉带入大量的糊化淀粉。

表1 谷朊粉对马铃薯-小麦混合粉粉质特性的影响Table 1 Effect of gluten on farinograph properties of potato-wheat mixed flour

从表2可知,谷朊粉可显著提高A0面团各发酵指标。添加2%时,面团产气总体积最大,与纯小麦面团最接近；添加4%时,A0与纯小麦粉的面团发酵最大高度相当；添加6%时,A0面团的开始漏气时间与气体保留率无显著性增加,且比纯小麦粉面团分别高28%与7%；添加10%时,A0与纯小麦粉的面团气体释放的最大高度和气体保留总体积相当。这是由于谷朊粉可增加面筋蛋白数量,利于面团形成稳定的面筋网络结构[18]。

当前马铃薯面制食品主要采用熟马铃薯全粉(以糊化淀粉为主),除了降低面筋比例外,混合粉中淀粉成分组成也发生显著改变,致使马铃薯-小麦面团存在黏度高、易流变、成型难、持气性差等问题[4-5]。同时,谷朊粉占比超过一定比例后,小面筋数量会逐渐增多,此时不仅不能增加面团结构的作用,还会阻碍面团中原有面筋形成稳定的三维空间网络结构[19]。因此,综合考虑马铃薯-小麦混合粉中添加6%谷朊粉最适宜。

2.2 多糖亲水胶体对谷朊粉-马铃薯-小麦混合粉粉质和发酵特性的影响

2.2.1 粉质特性分析

从图1可知,在谷朊粉-马铃薯-小麦(0.6∶2∶8，质量比)混合粉(C0)中添加多糖亲水胶体后C0粉质指标均发生显著变化,与多糖亲水胶体对纯小麦面团的影响一致[6-7,20-22]。

a-吸水率；b-形成时间；c-稳定时间；d-崩解时间；e-弱化度；f-公差指数；g-质量指数图1 多糖亲水胶体对谷朊粉-马铃薯-小麦混合粉粉质特性的影响Fig.1 Effect of polysaccharide hydrocolloids on farinograph properties of gluten-potato-wheat mixed flour注：图中每组亲水胶体小写字母不同表示该亲水胶体不同浓度之间差异显著(P<0.05)(下同)

多糖亲水胶体可显著增加C0吸水率,海藻酸钠和羧甲基纤维素钠的吸水效果明显优于黄原胶和瓜儿豆胶,可能因为它们含有钠离子,吸水性更强。C0面团形成时间随亲水胶体添加量增加而逐渐上升,因为亲水胶体减缓了面筋水化速度[6-7]；其中海藻酸钠延长C0形成时间效果最优,可从3.45 min延长至6.79 min,增幅高达96.81%,这可能因为海藻酸钠是连锁状高分子聚合物且结合钠离子[23],使面团形成三维网络的时间延长。

亲水胶体可显著提高C0稳定时间、崩解时间、质量指数,显著降低弱化度和公差指数。其中,瓜尔豆胶和黄原胶延长稳定时间效果明显优于海藻酸钠和羧甲基纤维素钠,分别达到5.50和5.47 min；羧甲基纤维素钠对崩解时间与质量指数的提升效果显著弱于其他3种亲水胶体,添加0.5%瓜尔豆胶与黄原胶时,其崩解时间(8.45 min)与质量指数(86.00 mm)达到最大；瓜尔豆胶对降低面团的弱化度和公差指数的效果最明显,添加0.5%时弱化度降幅30.12%、公差指数降幅41.31%。4种多糖亲水胶体对C0粉质特性改良效果不尽相同,其中以瓜尔豆胶和黄原胶的效果为最优,可能因为经过充分水化后,瓜尔豆胶通过主链之间氢键等非共价键的作用形成连续性的三维网络结构[13],而黄原胶通过氢键维系形成棒状双螺旋结构[24],与面筋蛋白相互作用,从而形成更加稳定的面筋网络结构[6,9]。

2.2.2 发酵特性分析

从图2可知,在C0中分别添加0%～0.5%的4种多糖亲水胶体,C0发酵指标均发生了显著性变化。

a-Hm；b-H’m；c-TX；d-VT；e-VR；f-Rc图2 多糖胶体对谷朊粉-马铃薯-小麦混合粉发酵特性的影响Fig.2 Effect of polysaccharide hydrocolloids on fermentation properties of gluten-potato-wheat mixed flour

多糖亲水胶体显著降低C0面团Hm值,与对纯小麦面粉的结论相同[25]。添加0.5%海藻酸钠的C0面团的Hm值最低(51.27 mm),降幅25.12%。除0.1%黄原胶对C0面团的H’m值有显著提高效果外,其他3种亲水胶体均对C0面团的H’m值有抑制作用。亲水胶体虽然可以强化面筋结构,但也弱化面筋弹性,抑制了面团的自由膨胀[25]。

随着多糖亲水胶体添加量的增加,C0混合粉的TX值呈不同的变化趋势。黄原胶呈先降低后升高再降低的趋势,海藻酸钠呈先升高后降低的趋势,羧甲基纤维素钠呈先升高后降低再升高的趋势,瓜尔豆胶添加量超过0.1%后上升趋势保持平缓；添加0.1%海藻酸钠的C0混合粉的TX值最大(146.67 min),表明选择恰当的多糖亲水胶体添加量可以延迟C0混合粉面团的漏气时间。与之不同的是,瓜尔豆胶、海藻酸钠、黄原胶会使纯小麦面团的漏气时间提前[9,22]。

瓜尔豆胶、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠会显著降低C0面团VT和VR值,而黄原胶对C0面团VT值呈先升高后降低再升高的影响趋势,且黄原胶添加量为0.1%或0.5%时C0面团VT和VR值达到最大。但是C0面团RC值呈相反的趋势,除黄原胶外,瓜尔豆胶、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠可显著提高C0面团RC值,其中0.2%瓜尔豆胶对增强C0面团的气体保留率效果最好,可以达到98.17%,与瓜尔豆胶对纯小麦面团保气性有积极效果的结论一致,而海藻酸钠、黄原胶的效果相反[9,25],这可能与C0面团中含有大量糊化淀粉相关。

3 结论

以纯小麦面粉为对照,谷朊粉对A0稳定时间、崩解时间、质量指数有较好的改善效果,但对其弱化度和公差指数改善效果较弱；多糖亲水胶体均可显著提高C0粉质特性,而对发酵特性影响各不相同。结合弱化度、公差指数、开始漏气时间、气体保留率及工业化加工成本等角度考虑,在20%马铃薯面制食品中添加谷朊粉量为6%时最适宜,多糖亲水胶体优选依次为瓜尔豆胶、黄原胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠,可以在一定程度上改良马铃薯面制食品的加工特性和品质特性。