不同处理方式对紫甘薯全粉面品质的改良效果

范会平，吴丹，艾志录，司艺蕾，侯冰洁，张波波

（1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州 450002）（2.农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南郑州 450002）

紫甘薯富含丰富的营养物质，它不仅含有蛋白质、淀粉、膳食纤维、维生素等[1]，还富含硒、磷、铁、钙等人体必需的微量元素，以及花青素、黄酮、多酚、神经节苷脂、粘液蛋白和脱氢表雄酮等功能性成分，是一种药食两用的特有甘薯品种[2]。紫甘薯全粉是由新鲜紫甘薯经过一系列的加工制备成的低含水量的粉末状紫甘薯颗粒，几乎含有紫甘薯全部的营养物质，克服了新鲜紫甘薯在贮藏过程中由于呼吸作用和酶的作用引起的发霉、腐烂等品质劣变而造成的贮藏期过短的问题[3]，而且还具有良好的复水性，在食品、工业等行业有着广泛的应用。

随着生活水平的提高，人们对食品的要求已经从解决温饱转变为对其营养保健价值的关注，如为了充分利用紫甘薯中的活性成分开发的紫薯饼干[4]、紫薯米[5]等。为了贯彻落实国家薯类主食化战略，促进薯类产业的持续健康发展，近年来关于甘薯主食类产品的开发研究也日益受到学者的关注[6,7]。范会平等[8]研究了仅以淀粉和全粉为原料，利用淀粉的糊化和老化特性来改善紫甘薯全粉面的品质，经过制芡、制备面团、老化和冻藏等工序，开发研制出品质良好、营养均衡的不含小麦粉的紫甘薯全粉面，紫甘薯全粉面和甘薯面包[9]等产品的开发对于甘薯主食化推进具有重要意义。但对于紫甘薯全粉面制备过程中各工序参数变化是如何影响紫甘薯面条品质的这一问题，尚未进行深入探讨。

本文通过蒸制时间、老化时间、冷冻时间等在加工过程对紫甘薯全粉面感官评价、蒸煮特性、抗性淀粉、微观结构、糊化特性的影响，以进一步探究加工条件对紫甘薯全粉面品质的影响。

1 材料与方法

1.1 实验材料

紫甘薯全粉、甘薯淀粉：由河南天豫薯业股份有限公司提供；淀粉葡萄糖苷酶、α-胰淀粉酶、葡萄糖购于博美试剂公司。

1.2 主要仪器与设备

HDGDWJ-150高低温交变试验箱，上海恒鼎仪器设备厂；MT2-80粉条机，天津市亦盛达机械厂；TA-XA PLUS质构仪，英国Stable Micro System公司；DW-YL270医用冷冻箱，中科美菱低温科技有限责任公司；ALPHA1冷冻干燥机，德国CHRIST歌瑞斯特公司；DHR-2动态流变仪，美国TA仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫甘薯全粉面制作

淀粉称量→制芡→调粉→蒸制→挤压成型→老化→冷藏→成品

按照质量比2:8的比例分别称取甘薯淀粉与紫甘薯全粉于一定容器中，先取一半淀粉并加入适量的水进行糊化制芡，然后将剩余的甘薯淀粉和紫甘薯全粉充分混合均匀，将芡糊倒入混合粉中进行揉搓直至均匀无明显干的紫甘薯全粉颗粒，以保鲜膜覆盖，醒发15 min后置于蒸锅中蒸制一定时间后，放入挤压机中挤压成型，将成型的面条置于4 ℃条件下进行老化，老化结束再置于-18 ℃条件下冷冻至所需时间，取部分样品用于冷冻干燥，粉碎后进行抗性淀粉、微观结构和基础流变学测定，其余样品自然解冻后放置于鼓风干燥箱中干燥得紫甘薯面条成品。

1.3.2 紫甘薯全粉面品质评价方法

感官评价参照范会平等[8]的方法及评价标准进行评价；蒸煮损失率参照范会平等[8]的方法进行分析；质构分析参考潘治利等[10]的方法进行分析；抗性淀粉参考 AOAC 2002.02中方法测定紫甘薯面条中抗性淀粉的含量，并稍作调整[11,12]。

1.3.3 紫甘薯面条微观结构分析

运用扫描电镜对紫甘薯面条微观结构进行观察，参考Kim H J等[13]的方法并稍作修改，紫甘薯面条样品经冷冻干燥后，用手小心的将其折断，选取横截面比较整齐的紫甘薯面条样品，用黑色双面胶将其固定在载物台上，镀金机喷金后置于扫描电镜的载物腔内，用扫描电子显微镜于400倍下观察其微观结构。

1.3.4 紫甘薯面条冻干粉动态流变学分析

准确称取1 g紫甘薯面条冻干粉，加入5 mL的蒸馏水，涡旋振荡混匀后于动态流变仪测试平台上，采用振荡振幅模式，确定线性黏弹区和应变系数；测量扫描参数：平板直径 40 mm，温度 25 ℃，频率0.1～10 Hz，扫描紫甘薯全粉面粉末的动态流变学特性[14]。

1.3.5 数据处理

实验数据采用Excel 2013数据处理软件、SPSS 16.0软件以及Design-Expert V.8.0.6数据处理软件对数据进行处理并分析。

表1 蒸煮、老化时间和冷冻时间对紫甘薯面条蒸煮品质和质构特性的影响Table 1Effects of steaming treatment, aging treatment andfreezingtreatment on the cooking properties andtexture characteristics

2 结果与分析

2.1 处理条件对紫甘薯面条蒸煮品质和质构特性的影响

表1反映的是不同的处理条件对紫甘薯全粉面的蒸煮品质和质构特性的影响。由表中可以看出，蒸制时间对紫甘薯全粉面的感官、蒸煮损失率、硬度、胶着性、咀嚼性和回复性影响显著，而对弹性、凝聚性等质构特性变化影响不显著。当蒸制时间在3～5 min范围内，紫甘薯全粉面感官评分呈现上升趋势，而蒸煮损失率、硬度和胶着性和咀嚼性呈下降趋势；在5～11 min内，紫甘薯全粉面感官评分呈下降趋势，蒸煮损失率、硬度和胶着性和咀嚼性则呈上升趋势。由于紫甘薯全粉面中不含有面筋蛋白，在紫甘薯全粉面的工艺生产过程中很难形成弹韧性良好的连续网络结构，易造成成品断条率、蒸煮损失过高等现象。而采用蒸制处理工艺可以有效利用淀粉的糊化作用改善紫甘薯全粉面品质的形成，由于紫甘薯全粉加工过程中淀粉并未完全糊化，随着蒸制时间的延长，紫甘薯全粉面中未糊化的淀粉开始发生糊化作用，淀粉经糊化形成凝胶特性结构，并与蛋白质发生交联作用从而形成致密的结构，使面条耐煮能力增强，蒸煮损失降低，从而提高紫甘薯全粉面的品质[15]。但是随着蒸制时间的延长，紫甘薯全粉面中淀粉充分糊化，淀粉颗粒体积进一步膨胀，晶体结构被破坏，完全糊化的淀粉反而在煮制过程中更易从面条表面脱落，导致蒸煮损失增加，进而造成紫甘薯全粉面条品质的下降[16]。李晶等[17]在研究蒸制对冷冻荞麦熟面品质影响时也发现，适度的蒸制预处理可以改善冷冻荞麦面的品质，蒸制时间过长反而使其品质下降。

老化时间对紫甘薯全粉面的感官、蒸煮损失率、硬度、粘合性、胶着性、咀嚼性的影响显著，对弹性、凝聚性和回复性影响不显著。当老化时间在2～4 h范围内，紫甘薯全粉面的感官评分、蒸煮损失率、硬度、粘合性、胶着性、咀嚼性含量呈上升趋势，蒸煮损失率呈下降趋势；在4～10 h范围内，感官评分、蒸煮损失率、硬度、粘合性、胶着性、咀嚼性随着老化时间的增加呈下降趋势，蒸煮损失率则呈上升趋势。在老化初始阶段，由于淀粉的回生作用，已经糊化的淀粉的微晶束结构发生重排，淀粉分子链间由于氢键的相互吸引形成有序排列，淀粉分子重新结晶形成有规则的晶体结构，凝胶弹性不断增大[18]，紫甘薯全粉面蒸煮损失率下降，感官品质上升，紫甘薯全粉面品质得以改善。但随着老化时间的延长，紫甘薯全粉面中支链淀粉老化程度不断加剧，晶体重排的进一步发生反而使紫甘薯全粉面内部结构被破坏，造成紫甘薯全粉面品质的下降。

冷冻时间对紫甘薯全粉面的感官评价、蒸煮损失率、硬度、胶着性和咀嚼性有显著影响，对粘合性、弹性、凝聚性和回复性影响则不显著。当冷冻时间在16～20 h范围内，紫甘薯全粉面的感官评分呈上升趋势，蒸煮损失率、硬度、胶着性和咀嚼性呈下降趋势；随着冷冻时间的进一步延长（20～24 h），感官评分反而下降，蒸煮损失率、硬度、胶着性和咀嚼性则呈上升趋势。这是因为冷冻不仅会促进淀粉老化反应的进一步发生，使面条表面形成的网络结构更加致密，在冷冻初期形成的微小冰晶还有助于紫甘薯面条微孔结构的形成，二者均有利于增加紫甘薯全粉面本身的持水性，提高紫甘薯面条品质；随着冷冻时间的继续延长，不断增大的冰晶会使得面条内部孔洞变大，破坏淀粉的凝胶结构，从而引起紫甘薯全粉面品质的下降[19]。

2.2 处理方式对紫甘薯全粉面中抗性淀粉的影响

抗性淀粉形成是一个淀粉的糊化至老化的过程，相对于支链淀粉含量高的样品，在相同的处理条件下，直链淀粉含量高的淀粉其抗性淀粉的生成率更高[20,21]，因而抗性淀粉含量的高低可以表征晶体结构的强弱。由图1a可知，蒸制时间对紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量的影响显著。随着蒸制时间的延长，抗性淀粉含量呈先上升后下降，当蒸制时间在3～5 min范围内，紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量随蒸煮时间增加呈显著性上升趋势；而在5～11 min范围内，抗性淀粉含量随着蒸制时间增加反而呈下降趋势。这可能是由于蒸制能促进淀粉分子吸水膨胀并糊化，加快了后序老化过程中糊化淀粉分子重新排列组合形成淀粉晶体结构的速率，进而提高了抗性淀粉的含量[22]；但是蒸制时间过长可能会导致淀粉分子发生降解，产生相对分子量较小的短链直链淀粉，从而影响抗性淀粉的生成，使抗性淀粉含量降低[23]。

由图1b可以看出，随着老化时间的延长，紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量逐渐增大，在8～10 h时曲线逐渐趋于平稳。这可能是由于抗性淀粉的生成主要是直链淀粉分子之间的聚集引起的重结晶过程造成的[22]，虽然在低温的条件下淀粉晶核的生成速度加快，但在长时间的低温环境中，紫甘薯全粉面的粘稠度增大会使得晶体的生长速度减慢，因此随着老化时间的进一步延长紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量趋于稳定。肖永霞等[24]在研究老化条件对抗性淀粉形成的影响时也发现了类似的现象。

图1c结果显示，冷冻处理对紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量有显著的影响。当冷冻时间在16～20 h范围内时，紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量随冷冻时间延长呈上升趋势，在20 h达到最高，而冷冻时间在20～24 h期间，抗性淀粉含量随冷冻时间增加反而呈下降趋势。这可能是由于低温冷冻可以促进抗性淀粉中晶核的生成，进而加快抗性淀粉生成速率，因此随着冷冻时间的延长，抗性淀粉含量逐渐上升，但是随着冷冻时间的进一步延长，持续的低温反而会阻碍淀粉分子的移动，从而阻断淀粉的回生。

图1 不同处理条件对紫甘薯全粉面的抗性淀粉含量的影响Fig.1 Effects of different treatment conditions on the content of resistant starch

2.3 处理条件对紫甘薯全粉面中微观结构的影响

图2a～2e为分别对不同蒸制处理时间制备的紫甘薯全粉面的扫描电镜图。从扫描电镜图上可以看出，不同蒸制时间制备的紫甘薯全粉面表面微观结构存在明显差异。在前 3～5 min，紫甘薯全粉面表面结构逐渐由疏松变得致密，在蒸制时间为5 min时候，表面结构最为致密；但是随着蒸制时间的延长，紫甘薯全粉面表面结构逐渐由致密转为疏松，在蒸制时间为11 min时候表面结构明显出现孔洞增多，表面极不平整。这可能是由于在蒸制初始阶段，紫甘薯全粉面表面淀粉部分糊化，使其结构逐渐变得致密；但当紫甘薯全粉面中淀粉充分糊化后，进一步延长蒸煮时间反而使得原本紫甘薯全粉面表面已经完全糊化的淀粉由于过度吸水而结合能力减弱，从而导致能够维持紫甘薯全粉面致密结构的结合力变弱，微观结构发生变化。

图2f～2j是经不同老化时间处理的紫甘薯全粉面扫描电镜图，由图中可以看出，不同老化时间处理后紫甘薯全粉面表面微观结构存在一定差异，老化初始阶段，紫甘薯全粉面表面结构逐渐致密，这可能是由于经蒸制后糊化的淀粉在4 ℃条件下发生分子重排，形成具有一定凝胶结构的晶体，使得内部结构变得光滑致密，在老化时间为4 h的时候可以看到紫甘薯全粉面表面结构光滑紧密；随着老化的继续进行，老化形成的晶体重排作用使得紫甘薯全粉面本身的结构遭到破坏，使其呈现无规则聚集状态，导致其表面结构更加松散，因而在老化时间达到10 h时，紫甘薯全粉面断面结构出现明显劣化。

图2k～2o是经不同冷冻时间处理的紫甘薯全粉面扫描电镜微观结构图，从图像上可以看出，不同冷冻时间处理后的紫甘薯全粉面表面微观结构存在差异。在冷冻时间为16 h到20 h范围内，由于冷冻会促进老化反应的进一步发生，使糊化淀粉形成具有一定凝胶特性的晶体结构，同时由于冷冻过程中紫甘薯面条内部微小冰晶的形成，使得面条表面孔洞减少，结构更加致密光滑，在冷冻时间为20 h时候紫甘薯全粉面表面最为致密，随着冷冻时间的继续延长，不断增大的冰晶会破坏紫甘薯全粉面的淀粉凝胶结构[25]，进而影响了紫甘薯全粉面自身的承压结构，在冷冻时间为24 h时可以明显看出紫甘薯全粉面表面结构遭到破坏，呈现出无规则结构状态。10 h的紫甘薯全粉面的扫描电镜图像；k～o为冷冻时间分别为16、18、20、22、24 h的紫甘薯全粉面的扫描电镜图像。

图2 处理条件对紫甘薯全粉面微观结构影响Fig.2 Effect of treatment conditions on microstructure of purple sweet potato noodle

2.4 处理条件对冻干紫甘薯全粉面条粉动态流变学特性的影响

在食品加工中，动态流变学特性可以从侧面反映出来食品所形成的凝胶强度强弱，与产品最终的品质直接相关[26]。蒸制处理对紫甘薯全粉面的储能模量（G"）和损耗模量（G″）的影响如图3所示。由图中可见，蒸制、老化和冷冻处理均使得冻干紫甘薯全粉面条粉的储能模量和损耗模量均低于未处理，所有样品的储能模量 G"均大于损耗模量 G″，随着处理时间增加，储能模量随着频率的增大呈增加趋势，而损耗模量则呈现先降低后升高的趋势。蒸制过程由于淀粉糊化形成凝胶结构使其持水性增加，粘弹性提高。但是淀粉完全糊化后，过度蒸制造成的紫甘薯全粉面条中淀粉晶体结构破坏，反而使其吸水性降低，粘弹性下降，储能模量和损耗模量也随之下降；而老化反应对紫甘薯全粉面条空间结构的改善，增加了面条的持水性，从而提高面条的粘弹性。但是老化时间导致的面条结构的崩塌反而降低了面条的粘弹性，引起储能模量和损耗模量的下降；冷冻过程则是由于紫甘薯全粉面中微小冰晶的生长，阻碍了其水分迁移，从而增强了面条的持水性，并使其粘弹性提高。但是随着冷冻时间过长造成面条承压结构的破坏反而面条粘弹性降低，储能模量和损耗模量下降。

图3 不同处理条件对紫甘薯全粉面的流变学特性的影响Fig.3 Effects of different treatment conditions on the rheological property of sweet potato noodles

3 结论

蒸制、老化和冷冻处理对紫甘薯面条感官评价和蒸煮损失率、硬度、咀嚼性和抗性淀粉含量等均有显著影响。在老化时间为2～4 h时，紫甘薯全粉面中抗性淀粉含量从3.01%增加至4.02%，老化时间的进一步延长则对抗性淀粉含量无显著影响；在蒸制时间为3～5 min范围内，抗性淀粉含量由3.41%增加至4.82%，而在5 min～11 min范围内则从4.82%降至2.40%。蒸制、老化和冷冻处理使得紫甘薯全粉面的微观结构和流变学特性均发生显著性变化，适当的蒸制、老化和冷冻处理可以有效改善紫甘薯全粉面的组织结构，使其整体品质得到改善。蒸制、老化和冷冻处理均使得紫甘薯全粉面冻干粉的储能模量和损耗模量均呈现先上升后下降的趋势。