不同改良剂对高马铃薯全粉含量面团流变学特性的影响

张凤婕,任妍妍,张天语,曹燕飞,李宏军,2,*

(1.山东理工大学农业工程与食品科学学院,山东淄博 255049;2.乐陵希森马铃薯产业集团有限公司,山东德州 253600)

马铃薯作为世界第四大粮食作物[1],具有粮食和蔬菜的双重特点。研究表明,马铃薯中含有多种营养成分,其中赖氨酸和色氨酸含量较高,而这两者可以补足小麦粉中氨基酸的缺陷,故将马铃薯全粉和小麦粉配合可以使小麦粉中蛋白质的功效提升[2]。目前随着国家马铃薯主食化发展战略的推进,国内外市场对于马铃薯全粉的需求呈逐渐上升趋势[3]。但是,由于马铃薯全粉中淀粉成分主要为支链淀粉,不含面筋蛋白,无法形成具有粘弹性的网络结构[4],降低了面团相应的加工特性,当用高含量马铃薯全粉制作馒头时,存在成型难、口感差等问题[5],这制约着高含量马铃薯全粉馒头的推广。

在马铃薯全粉馒头的制作过程中,可以通过添加改良剂的方法提高面团的粘弹性。任立焕等[6]研究了不同改良剂对马铃薯面条品质的影响,研究表明:谷朊粉和海藻酸钠可明显提高面团稳定时间,增加面条硬度、弹性、胶着度;硬脂酰乳酸钙钠和木薯抗性淀粉均可改善混合粉的粉质特性。Liu等[7]研究了不同凝胶对面团热机械性能的影响,结果表明亲水胶体的添加可明显增加面团的糊化温度和吸水率。国外的研究中马铃薯全粉主要是作为添加剂或辅助原料,用以改善食品的感官品质。Rodriguez-Sandoval等[8]研制了马铃薯-小麦混合全粉面包和藜麦-小麦混合全粉面包,发现马铃薯-小麦混合全粉的吸水性、水溶性和膨胀能力等均好于藜麦-小麦混合全粉;添加10%马铃薯全粉制作出的面包物理性质与全麦面包基本相同。

目前,关于不同改良剂对马铃薯面团影响的研究已有很多,但改良剂对面团流变学特性的研究不多,且马铃薯全粉添加量50%左右的研究报道较少。因此,本文利用质构仪、高级旋转流变仪分析谷朊粉、蛋清粉、海藻酸钠等改良剂对含50%马铃薯全粉面团拉伸特性和流变学特性的影响,旨在为改善高马铃薯全粉面团的品质特性提供应用依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯全粉(水分含量7.18%,淀粉含量69.08%,蛋白质含量16.25%) 内蒙古希森马铃薯全粉有限公司;雪花小麦粉(水分含量11.76%,淀粉含量68.50%,蛋白质含量9.11%) 五得利面粉集团有限公司;谷朊粉 康迪粉业有限公司;蛋清粉 众意蛋业有限公司;海藻酸钠 青岛双城海藻有限公司。

Kinexus高级旋转流变仪 英国马尔文仪器公司;XA.XT.plus型质构仪 英国Stable Micro Systems公司;JZC-TSE-30型电子天平 福州科迪电子技术有限公司;B15型三功能搅拌机 广东力丰机械制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 面团的制备 每100 g混合粉,加入75%的纯净水(以混粉质量计),使其形成干湿均匀的松散颗粒面团,和面5 min,到面团表面光滑,无生粉夹杂,然后用保鲜袋密封,以备测试使用。

1.2.1.1 对照混合粉 将马铃薯全粉与小麦粉混合,配成马铃薯全粉质量分数为50%(固定马铃薯全粉、面粉比例总和为100%)的混配粉,并作为对照组制成面团,测定面团的拉伸特性和流变特性。

1.2.1.2 添加改良剂的混合粉 添加50%马铃薯全粉后面团的加工特性降低,需要添加改良剂改善其加工特性。固定蛋清粉添加量为7%,海藻酸钠添加量为0.6%,混配粉中添加谷朊粉的比例为3%、3.5%、4%、4.5%、5%,研究谷朊粉添加量对面团拉伸特性和流变特性的影响;固定谷朊粉添加量为4.5%,海藻酸钠添加量为0.6%,混配粉中添加蛋清粉的比例为6%、7%、8%、9%、10%,研究蛋清粉添加量对面团拉伸特性和流变特性的影响;固定谷朊粉添加量为4.5%,蛋清粉添加量为7%,混配粉中添加海藻酸钠的比例为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%,研究海藻酸钠添加量对面团拉伸特性和流变特性的影响。

试验中混合粉的总质量不变,改良剂添加比例为所占固定总和的百分比。食品添加剂的用量范围参照GB 2760-2011《食品添加剂使用标准》。

1.2.2 面团的拉伸特性测定 采用质构仪的面团拉伸程序测定面团的拉伸性质,每组样品测定5根面带,由程序求平均值作为最终数据。质构仪测试程序参数设定[9]为:测试模式:拉伸;测前速度:2.00 mm/s;测试速度:3.3 mm/s;测后速度:10.0 mm/s;目标模式:距离;距离:75 mm;触发类型(Trigger Type):自动(力);触发力(Trigger Force):5 g;断裂模式:关闭;停止位置:开始位置;校正模式:自动。探头为:A/KIE。

1.2.3 面团的流变特性测定 参照黄莲燕等[10]的方法稍作修改,采用高级旋转流变仪测定面团的流变特性,面团在直径为40 mm的光滑平板模具上进行流变测定,用刮板刮去多余的面团,盖上保护盖,并加入硅油防止水分蒸发。开始测试前使面团在平行板上进行5 min稳定平衡,以排除面团中残余机械作用力对结果造成影响。分别对样品进行应力测试和频率扫描流变学实验。应力测试参数设定:频率为1 Hz;应力范围为0.01%～10%;频率扫描测试参数为:温度25 ℃,应力0.1%,频率变化范围0.1～10 Hz,研究弹性模量(G′)、粘性模量(G″)和损耗角正切值(tanδ=G″/G′)随频率的变化。

1.3 数据处理

实验结果采用SPSS软件进行数据处理和分析,使用OriginPro 9.1软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 改良剂对面团拉伸特性的影响

由图1a可以看出,和对照组相比,添加谷朊粉后面团的抗拉力明显提高,表明添加一定量的谷朊粉有利于增大面团的拉伸力,改善其拉伸性能。随着谷朊粉添加比例的增加,面团的抗拉力明显升高,当谷朊粉添加量为4.5%时,面团抗拉力达到最大值89.41 g,随后面团的抗拉力下降。这可能是由于谷朊粉的加入增大了面筋蛋白含量,使网络结构更加紧密;而谷朊粉添加量过多使蛋白质含量相应提高,面团筋性降低,从而导致面团的拉伸性能降低[11]。刘颖等[12]将谷朊粉添加到马铃薯小麦混配粉中,面团的拉伸特性同样有所改善。

由图1b可以看出,面团的抗拉力随蛋清粉添加量的增加呈先上升后平缓下降的趋势,和对照组相比,添加蛋清粉后面团的抗拉力明显提升。说明蛋清粉的加入,增加了面团中蛋清蛋白的含量,改善了面团的拉伸性能。当蛋清粉添加量为7% 时,面团的抗拉力达到最大值89.9 g,而蛋清粉添加量超过7%时,面团抗拉力反而下降。可能随着蛋清粉添加量的增大,面团中蛋清蛋白的含量增多,面团品质更好,但当蛋清粉添加量过多时,蛋清蛋白嵌入面筋网络增多,破坏了面筋网络结构,面团的拉伸性能降低[13]。罗云等[14]同样研究得出蛋清粉添加量的增加能明显增大面团的抗拉力。

由图1c可以看出,随海藻酸钠添加量的增加,面团的抗拉力呈先升高后下降的趋势,和对照组相比,添加海藻酸钠后面团的抗拉力明显提升。海藻酸钠添加量为0.6%时,面团的抗拉力达到最大值82.24 g,当海藻酸钠添加量超过0.6%时,面团抗拉力下降。总体而言,加入少量海藻酸钠可以改善面筋蛋白网络结构,使面团粘弹性增加[15]。当海藻酸钠添加量过多(超过0.6%)时,面筋蛋白被过度稀释,从而使面团的拉伸性能降低。有研究表明,海藻酸钠在较低添加比例下,就能对面团的拉伸特性有明显的改善作用[16]。

2.2 改良剂对面团流变特性的影响

2.2.1 谷朊粉对面团流变特性的影响 流变仪可以测定面团的粘弹性质,其测试的主要参数弹性模量G′是指储存在物质中的或经过一个振动周期的正弦形变后所恢复的能量,它所代表的是物质的弹性本质;粘性模量G″是指每个周期的正弦形变所消耗或损失的能量,它代表的是物质的粘性本质。

由图2a、图2b中可以看出,随频率的不断增加,面团的弹性模量和粘性模量不断增大。比较图2a、图2b,面团的弹性模量均大于粘性模量,这表示实验中的面团表现出较大的弹性。由图2a、图2b可知,随谷朊粉添加比例的增大,马铃薯面团的粘弹性发生明显变化。和对照组相比,添加谷朊粉后G′和G″逐渐变大,但当谷朊粉添加量达到5%时,G′和G″反而减小。与对照组相比,谷朊粉添加量为4.5%时,面团的G′和G″达到最大值。这可能是由于谷朊粉的少量加入使得面团中面筋蛋白含量增加,面团的面筋网络结构增强,面团的粘弹性升高。而谷朊粉添加量为5%时,面团的G′和G″均小于对照组,可能是由于谷朊粉添加比例增大导致蛋白质含量过高,面团处于高度水合状态形成小面筋球,阻碍了面团形成面筋网络框架结构[17],使面团的粘弹性降低。

图2 谷朊粉添加量对面团流变特性的影响

损耗角正切值tanδ=G″/G′,表示测定材料中粘性和弹性的比例。由图2c可以看出,实验中的面团tanδ均小于1,说明面团的弹性占主导地位,具有类似固体的性质[18]。面团的tanδ随频率的不断升高呈逐渐增大的趋势,表明在较低频率扫描范围内(<10 Hz)混合面团体系的稳定性[19]。添加谷朊粉后面团的tanδ均大于对照组,说明谷朊粉的加入使得面筋蛋白质的弹性增加,面筋蛋白中高聚物含量增多,聚合程度增大,这表明谷朊粉在面筋蛋白网络中存在复杂的相互作用。

2.2.2 蛋清粉对面团流变特性的影响 由图3a、图3b中可以看出,随频率的不断增加,面团的弹性模量和粘性模量不断增大。比较图3a、图3b,面团的弹性模量均大于粘性模量,这表明实验中的面团弹性增加并逐渐接近凝胶态[20]。由图3a、图3b可知,与对照组相比,添加蛋清粉能明显增加混合面团体系的粘弹性。蛋清粉添加量为7%时,面团的G′和G″最大,而蛋清粉添加量为10%时,面团的G′和G″均小于对照组。根据Singh等[21]的研究,G′和G″与谷蛋白聚合体的含量及组分有关。这可能是由于蛋清粉添加量增多后减弱了蛋清蛋白与面筋蛋白之间蛋白网状结构中的作用力,使G′逐渐减小[22];同时由于蛋清粉中蛋清蛋白质本身的固体性,使面团的流动性降低,故G″降低。由此可知,蛋清粉的适量加入,不但能加强面筋蛋白网络结构,增大面团弹性,而且能降低面团的易流动性。

图3 蛋清粉添加量对面团流变特性的影响

由图3c可以看出,实验中的面团tanδ值均小于1,说明面团属于粘弹性的软固体[21]。添加蛋清粉后面团的tanδ均小于对照组,损耗角正切值tanδ总体上随蛋清添加量的增加逐渐减小,说明蛋清粉的加入使面筋蛋白中高质量蛋白质含量增多,面筋蛋白质的弹性增加。由于蛋清蛋白中所含自由巯基的量是面筋蛋白的7倍,所以蛋清粉的加入使蛋清蛋白与面筋蛋白之间更容易发生交联作用[23]。

2.2.3 海藻酸钠对面团流变特性的影响 由图4a、图4b中可以看出,随频率的不断增加,面团的弹性模量和粘性模量不断增大。比较图4a、图4b,面团的弹性模量均大于粘性模量,这表示实验中的面团均表现出较大的弹性。由图4a、图4b可知,随海藻酸钠添加量的增加,面团的粘弹性发生明显变化。和对照组相比,添加海藻酸钠后G′和G″变大,海藻酸钠添加量为0.6%时,面团的G′和G″最大。原因可能是海藻酸钠有亲水和胶化作用,添加适量海藻酸钠能够提高面团网络结构强度,使马铃薯全粉的筋力增强,加上自身的粘性,使面团的粘弹性增强[24]。由图4c可以看出,实验中的面团tanδ均小于1,说明面团的弹性比例较大。和对照组相比,添加海藻酸钠后面团的tanδ均大于对照组,表明混合面团中分子交联聚合程度是升高的,面筋网络强度增加。

图4 海藻酸钠添加量对面团流变特性的影响

3 结论

研究结果表明,随谷朊粉、蛋清粉、海藻酸钠添加量的增加,面团抗拉力呈先增大后减小的趋势。其中谷朊粉、蛋清粉、海藻酸钠的添加比例分别在4.5%、7%、0.6%时,面团抗拉力最大。流变学测定表明,添加改良剂的面团弹性模量和粘性模量随着频率的不断增加而增大,且弹性模量均大于粘性模量。与对照组相比,添加改良剂能明显增加混合体系的粘弹性,面团的G′和G″有明显提高。添加改良剂后面团的tanδ均小于1,面团的弹性比例较大,实验表明改良剂的添加增强了面团的固体性质,使面团的机械强度增大。