紫薯粉对小麦面团加工特性影响的研究进展

胡 瀚 王娅殊 周文化 张梦潇 谭玉珩 李良怡

(1. 特医食品加工湖南省重点实验室，湖南 长沙 410004；2. 中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

随着市场需求的提升，近年来各种小麦混合粉面制品层出不穷。紫薯营养丰富[1]，色泽亮丽，所含花青素的生物价值和安全性高[2-5]，氨基酸组成全面，尤其是米面制品中相对缺乏的赖氨酸含量较高[6]，是极具价值的食品加工原料。将紫薯粉添加到小麦粉中不仅能提高面制品营养价值、丰富食品种类，且外源蛋白的加入在一定条件下能促进面团面筋网络的形成[7]，提升面制品品质。

但紫薯粉中麦谷蛋白分子量较小、麦醇溶蛋白含量较低[8]，作为添加物改变了面团中各成分含量，改变了面团加工特性，易对生产应用产生不利影响。因此，在生产中依照紫薯—小麦混合粉加工特性的变化规律，科学地控制紫薯粉和小麦粉的配比，是提升紫薯面制品品质和实现紫薯面制品进一步应用的关键和基础。文章拟综述近年来对紫薯—小麦混合粉加工特性的研究，整理总结紫薯粉对小麦面团在粉质、质构、拉伸、动态流变等流变特性影响的变化规律，以及对糊化、老化两个热力学特性影响的变化规律，以期为紫薯—小麦混合粉的加工提供指导。

1 紫薯粉对面团流变学特性的影响

面团是制作面条、面包等面制品的基础原料，其品质决定了面制品的产品质量[9-10]。流变学特性是衡量面团品质的重要指标，面团的粉质特性、质构特性、拉伸特性和动态流变特性是面团流变学特性中的重要特性[11-14]。紫薯粉与小麦粉的成分差异巨大，用其替代部分小麦粉会改变面团的流变学特性，从而影响面团的加工生产。

1.1 粉质特性

紫薯粉或紫薯泥与小麦粉混配会在一定程度上影响紫薯—小麦粉粉质特性，但与其他外源粉相比，紫薯粉对粉质特性的影响更小。不同外源粉质原料对小麦面团粉质特性的影响见表1。由表1可知，不同外源粉对小麦粉质影响具有明显差异，比较紫薯—小麦粉混合面团与马铃薯、红薯、板栗、绿豆粉面团粉质特性差异发现，随添加量的上升，紫薯粉面团吸水率变化趋势及幅度与马铃薯粉面团相近，稳定时间与红薯、板栗粉面团相近，弱化度与绿豆粉面团相近。紫薯粉面团形成时间上升，与其他4种面团变化趋势相反。此外，随着添加量提升到30%，紫薯面团粉质质量指数降低了18，显著低于马铃薯、板栗、绿豆粉面团的下降程度，说明紫薯粉对面团粉质质量的影响低于其他3种粉[15-19]。

表1 不同外源物添加量对小麦面团粉质特性的影响

外源粉基本组分的不同是影响混合粉面团粉质质量存在差异的主要原因。紫薯粉中的纤维素含量很高(2.7～6.5 g/100 g[20])，纤维素含有大量的羟基，可通过氢键结合更多的水，具有很强的吸水能力，且紫薯粉本身的水分含量(4.26 g/100 g[20])明显低于小麦粉(12.99～13.23 g/100 g[20])，因此紫薯粉替代后混合粉面团的吸水量增加。而吸水量与粉质质量指数有着较好的线性相关性，如小麦粉吸水量与紫薯粉添加量的相关系数可达0.999(P<0.01)[20]。因此将紫薯粉添加到小麦粉中，其粉质质量不会过度降低，甚至有助于提高面制品的出品率，改善蛋糕、面包、馒头、面条等面制品因失水而引起的老化、脱水、龟裂、收缩等现象。由表1可知，马铃薯—小麦混合粉面团也表现出了极高的吸水率(30%添加量下为103.0%)，但其直链淀粉/支链淀粉比例仅为0.14～0.31[8]，过低的直链淀粉比例使其淀粉吸水后膨润度过高，表现为面团弱化度高，面团易流变，加工处理性差，因此马铃薯粉对小麦面团粉质质量的趋劣影响也十分明显。

紫薯粉添加量对小麦面团粉质特性表现出明显差异。由表2可知，不同质量分数的紫薯粉添加到小麦粉中至其添加量达到20%(以面粉质量分数计)，面团吸水率随紫薯添加量呈递增趋势[21-22]，其原因在于纤维素和蛋白质在紫薯粉中占比较高，其分子中羟基基团能与水分子发生相互作用，从而使混合粉中水分含量较低，随着替代紫薯粉的增多，混合粉面团的吸水量也不断增大[19]，其体积也会随之增加；而添加紫薯的小麦面团形成时间和稳定时间分别降低1～5，7～10 min，可能是由于外源紫薯粉的添加稀释了小麦面筋蛋白，使面筋网络结构损坏的同时降低了混合粉面团的稳定性，并随着替代紫薯粉的增多而逐渐明显；混合粉面团弱化度不断上升，当紫薯粉添加量高于10%后，弱化度超过100 FU，易造成加工困难；当紫薯粉添加量高于10%后，粉质质量指数低于50，加工适用性变差。Zhang等[15]将紫薯粉添加量提高到50%，发现混合粉面团的吸水率仍呈不断上升的趋势达到103.2%；面团稳定时间下降了2.0 min，最终为1.1 min；面团弱化度呈先上升后下降，最大值为279 FU；粉质质量指数不断下降后，在40%～50%有上升；而面团形成时间由2.4 min不断上升到5.8 min，与低添加量下的下降趋势不同。

表2 紫薯粉添加量对紫薯—小麦混合面团粉质特性的影响

同时紫薯种类也对紫薯—小麦粉面团粉质特性产生影响。张梦潇等[23]研究了宁紫薯1号等9个紫薯—小麦粉混合粉质特性发现，不同种类的紫薯粉对面团的吸水率、形成时间、稳定时间影响差别分别达到0.9%、1.61 min、5 FU，而对面团带宽、公差指数的影响差别较明显，最高可达6.92，10.24 FU。这可能是因为不同种类的紫薯在水分、蛋白质、纤维素和花青素等物质含量存在显著性差异[24]。

1.2 质构分析

紫薯粉的添加混配对紫薯—小麦粉面团质构特性产生一定影响。由表3可知，不同质量分数的紫薯粉添加到小麦粉中至其添加量达到30%，面团凝胶硬度和胶黏性不断下降，凝胶弹性和内聚性先上升后下降(分别在10%、20%处有最大值)。这是由于紫薯全粉中存在的花青素和多糖与淀粉分子发生交联，并通过氢键阻碍直链淀粉的再解离，使面团凝胶的质构特性趋劣变化，随着紫薯粉添加量的上升，这种趋劣变化也逐渐明显[25]。

表3 紫薯粉添加量对小麦面团及其产品质构特性的影响

紫薯粉的添加亦对面制品的质构特性产生影响。Zhang等[15-23]发现，紫薯粉的添加明显提升了馒头硬度，降低了馒头胶黏性，对馒头弹性、内聚性影响不大；紫薯粉的添加对面条硬度、弹性、内聚性影响较小，对面条胶黏性的影响因紫薯种类的不同存在差异。

1.3 拉伸特性

拉伸特性体现面团配方和制作流程上的差异性，紫薯粉的添加对小麦面团拉伸特性产生不利影响。随着紫薯粉添加量的上升，面团拉伸能量、拉伸度、拉伸阻力、最大拉伸阻力、拉伸比例和最大拉伸比例均先增大后减小[27]。面团良好的延展拉伸特性来源于小麦粉面筋蛋白中的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，紫薯粉较小麦粉弹性差、黏度大，且不含麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，部分替代小麦粉共混会弱化面团的面筋网络，影响面团的拉伸特性。

将混合粉面团进一步加工为面条并煮熟，发现随着紫薯粉含量的增加，紫薯面条的剪切应力从(76.99±5.35) g/mm2急剧下降到(29.17±4.82) g/mm2，硬度由(5 161.84±90.22) g降至(3 448.13±83.97) g[25]。在紫薯粉存在的情况下，煮熟面条的硬度和拉伸应力的降低归因于紫薯花青素在糊化过程中引起的pH降低效应。

1.4 动态流变学特征

紫薯粉的添加在一定程度上影响小麦粉混合面团动态流变学特征。在紫薯—小麦混合粉体系中，粒径较小的紫薯粉作为填充物进入面筋网络中，使其相对体积增大，从而对面筋网络结构的完整性及分子交互联接的程度产生影响[28]，最终使面团的弹性和黏性发生变化。将不同种类紫薯—小麦混合粉面团于流变仪中测定动态流变特性，发现其tanδ均小于1[23]，说明紫薯粉的添加赋予了小麦面团类似固体的性质，具有较好的弹性[29]。将角频率ω升高，混合粉面团的损耗因子先迅速降低再略微升高，可能是由于外源紫薯粉的添加提升了面筋蛋白中高聚物的含量，面筋蛋白聚合程度增大，使得紫薯—小麦混合粉面团的弹性增加，面团的稳定性变好[30]。

2 紫薯粉对面粉热力学性质的影响

淀粉是紫薯粉[31]和小麦粉[32]的主要成分，而淀粉的糊化和老化能直接影响以淀粉为原料的食品的加工特性和成品质量[33-34]。其原因是由于已糊化的淀粉混合物随着时间的推移，其内在品质会发生一系列变化，如在温度约65 ℃以下时，直链淀粉与支链淀粉会发生部分分离，老化现象更严重，从而使其营养价值和感官品质大大降低，如慢头干缩、面包变硬等均由淀粉老化作用产生[35]。紫薯粉和小麦粉中的淀粉含量和组成不同，其糊化、老化的起始温度、终止温度、峰值温度及热焓值也不同，因此研究紫薯粉对小麦粉糊化和老化特性的影响十分必要。

2.1 糊化特性

紫薯粉及紫薯泥与小麦粉混配在一定程度上会影响紫薯—小麦粉糊化特性，且其对糊化特性的影响与其他外源粉未见明显差异。近年来相关研究对外源粉原料对小麦面团糊化特性的影响见表4。由表4可知，通过比较紫薯—小麦粉混合面团与板栗、木薯、菊粉、糯小麦粉面团糊化特性差异发现，随添加量的上升，紫薯粉面团在峰值黏度、谷值黏度、崩解值等6个糊化指标的变化趋势均与板栗粉、菊粉面团一致，且除糊化温度外(在10%添加量下，紫薯粉面团升高15.03 ℃，板栗粉、菊粉面团分别为1.12，1.75 ℃)，其余指标变化量均无明显差异。紫薯粉面团与木薯粉、糯小麦粉面团相比，仅在崩解值、最终黏度、回生值3个指标有相同变化趋势[15,18,36-38]。紫薯添加量对小麦面团糊化特性表现明显差异，具体如表5所示。

表4 不同外源物添加量对小麦面团RVA糊化特性的影响

表5 紫薯粉添加量对小麦面团RVA糊化特性的影响

由表5可知，不同质量分数的紫薯粉添加到小麦粉中至其添加量达到20%，面团峰值黏度、谷值黏度、崩解值、最终黏度和回生值均呈递减趋势，糊化温度呈上升趋势。这是因为紫薯粉中直链淀粉含量较低，部分替代小麦粉参与糊化时易吸水膨胀，使其呈黏稠状，因此在一定的温度和浓度下，紫薯—小麦混合淀粉较小麦淀粉拥有更高的糊化黏度、崩解值和回生值，达到峰值黏度所需时间少，更容易膨润。在冷却回生过程中，混合粉回生值更高，是由于其分子粒度较小，直链淀粉中氢键的重新缔合更容易发生[39]。但郭家宝等[27]发现了不同的变化趋势，紫薯粉与藁优2018小麦粉制成混合粉，其峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和峰值时间，随添加量的上升先增大后减小，淀粉崩解值先增大后减小再增大，淀粉回生值逐渐减小。

紫薯粉对小麦面团糊化特性的影响亦可用差示扫描量热仪表征，相关研究[20]发现，随着替代紫薯粉的增多，紫薯—小麦混合粉面团的氧化温度、结晶峰温度和峰值温度逐渐上升，糊化焓不断增大，糊化温度范围则不断缩小。

2.2 老化特性

紫薯粉部分替代小麦粉亦对面团老化特性(也称凝胶化特性)产生一定程度的影响。不同质量分数的紫薯粉添加到小麦粉中至其添加量达到30%，混合粉的凝胶硬度和黏着性均呈下降趋势，凝胶弹性于0～10%范围内升高，随后单调下降[22]。其原因主要是由于紫薯粉部分替代小麦粉组成混合粉面团后，紫薯中花色苷、纤维素等成分与小麦淀粉分子交联，阻碍了直链淀粉以氢键形式重新缔合，无法形成紧密的网络结构，使凝胶硬度下降。

添加紫薯粉后小麦粉老化特性的改变与淀粉微观结构的变化有关。紫薯淀粉、小麦淀粉及其混合淀粉凝胶冻融后的微观结构均呈“蜂窝状结构”[40]，但其蜂窝结构中孔的大小并不相同。纯小麦淀粉凝胶和纯紫薯淀粉凝胶表现出非常不均匀且疏松的网络结构，以大孔为主；紫薯—小麦混合淀粉凝胶中的蜂窝孔尺寸比小麦淀粉凝胶更小且更均匀，尤其是当添加的紫薯淀粉含量为15%时，蜂窝孔尺寸最小，蜂窝状结构最为致密。因此，这些结构特征表明紫薯淀粉起到了填充物质的作用，能较好地分散在小麦淀粉凝胶中。此外，紫薯淀粉与小麦淀粉的相互作用影响了淀粉间的交联，限制了水分子的迁移，增强了混合淀粉凝胶的持水能力，有助于保持微观结构[41]，从而小麦淀粉的凝胶网络结构更加致密。

3 结语与展望

国内外对小麦粉加工特性的研究已有较长历史，近年来对小麦混合粉的研究也已成为研究热点。紫薯以丰富的营养成分、独特的色泽、低廉的价格等优势，已成为特色面制品研发热点之一[42-43]。目前市面上已出现广受消费者欢迎的紫薯特色面制品，如紫薯面条[44]、紫薯面包、紫薯蛋糕、紫薯饼干[45-46]等，但在生产保藏过程中，存在营养物质损失严重、色泽崩解严重、食品添加剂依赖过度等问题。进一步掌握紫薯—小麦混合粉加工特性规律，更深层次解释紫薯—小麦混合粉加工现象，以解决紫薯特色面制品的行业难题，将带来巨大的经济效益。

文章综述的紫薯—小麦混合粉研究，聚焦点在紫薯粉添加量对面团的影响，意在通过归纳不同研究者的加工特性试验数据，总结紫薯粉与小麦粉的最佳比例，为今后的研究与生产作出指导。除此外，原料处理和加工工艺的优化也是面制品品质提升的重点，原料的预糊化[47]、脱脂、灭酶和发酵处理，加工过程中品质改良剂的添加、和面与成型方式的优化等方法[48-52]，已被研究证实能极大提升混合粉面制品品质。但目前紫薯—小麦混合粉在这些方面的研究较为缺乏，需要今后更多的研究投入。

此外，目前对紫薯—小麦混合粉流变特性、热力学特性变化规律的解释，普遍集中在性状和品质的直观表达，如混合粉直链淀粉和支链淀粉比例和含量、蛋白质种类和含量、纤维素含量和生物活性物质含量等变化。添加紫薯粉后，紫薯淀粉对小麦淀粉颗粒产生的交联作用、紫薯蛋白及紫薯中游离氨基酸对小麦面筋蛋白结构的影响等因素，大多研究者只进行了推测，未进行针对性的量化研究。今后对紫薯—小麦混合粉加工特性的研究，需更微观、更深入，以期从机理层面有更多发现。