马铃薯全粉熟化度对马铃薯-小麦重组面团性质的影响

刘越，谢勇，刘琳，王辉，陈朝军，刘雄*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)2(贵州省生物技术研究所，贵州 贵阳，550006)

马铃薯是全球最大的非谷物粮食作物，是世界上仅次于水稻、小麦和玉米的第四大重要粮食作物[1]。马铃薯在中国种植广泛，现种植面积达566.67 万公顷左右，总产量达9 500多万t，约占亚洲总产量的54%，世界总产量的26%，居世界第一位[2]。除提供能量外，马铃薯含有酚类、黄酮类、叶酸、花色苷和类胡萝卜素等植物营养素[3]。但由于新鲜马铃薯块茎易发芽，贮藏时间延长会降低其商业价值[4]，马铃薯的利用受限，导致大量浪费。因此，对马铃薯进行深加工成为趋势。目前，常见的马铃薯加工产品有马铃薯全粉、薄片、冷冻和新鲜加工产品以及零食等[5]。

作为马铃薯深加工产品之一的马铃薯全粉，是新鲜马铃薯经清洗、去皮、切片、蒸煮、混合、干燥、制粉等一系列工序制得的颗粒状或粉末状产品[6]。现已有研究将马铃薯全粉应用到面制品中，且研究集中在马铃薯的种类[7]、马铃薯全粉的加工工艺[8]、马铃薯全粉的添加量[9]等对面制品品质的影响。大多研究使用的马铃薯全粉为市售的马铃薯熟全粉，其中的淀粉经剧烈热处理完全糊化，造成后续的加工性能较差，不利于需要二次蒸煮的传统中式主食的加工[10]。因此糊化程度低的马铃薯生全粉成为最近研究热点。陈洁等[11]探究了马铃薯生全粉的添加量对小麦粉面团性质的影响，得到马铃薯生全粉的最适添加量为30%，此时混粉面团有较优的面团特性。

研究表明对淀粉的不完全糊化处理能在一定程度上优化淀粉的糊化、流变特性，从而改善产品品质[12]。故本试验通过控制熟化时间制备了不同熟化度的马铃薯全粉，并将其与小麦粉重组制成面团，同时与市售的马铃薯雪花全粉作对比，利用混合实验仪、流变仪、质构仪等探究马铃薯全粉熟化度对重组面团特性的影响，从而为马铃薯的加工与利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青薯9号，云南惠滇特产专卖店；食品级无水柠檬酸、食品级L-半胱氨酸，深圳市振芯嘉贸易有限公司；富强高筋小麦粉(蛋白含量为12.2%)，五得利集团周口面粉有限公司；马铃薯雪花全粉，甘肃正阳现代农业服务有限公司。

1.2 仪器与设备

EG823LA6-NR微波炉，佛山市顺德区美的微波电器制造有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海龙跃仪器设备有限公司；111B型二两装高速中药粉碎机，瑞安市永历制药机械有限公司；100目标准检测筛，浙江上虞市肖金筛具厂；DSC4000型差式扫描量热仪，美国PerkinElmer公司；TCW-3型快速黏度分析仪，澳大利亚Newport Science Corp公司；Mixolab2型混合实验仪，法国Chopin公司；DHR-1型流变仪，美国TA公司；TA-XT plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司。

1.3 实验方法

1.3.1 不同熟化度马铃薯全粉的制备

清洗→去皮→切片(4 mm)→护色浸泡(0.45%柠檬酸、0.3%L-半胱氨酸，0.5 h)→微波处理(500 W,200 g)→热风干燥(55 ℃,10 h)→打粉，过筛(100 目)

1.3.2 马铃薯-小麦重组粉的制备

将不同熟化度的马铃薯全粉和高筋小麦粉按照质量比3∶7混合成混粉作为试验组。同时以实验室自制生全粉熟化度为0%和市售马铃薯雪花全粉熟化度为100%计算，将生全粉和市售雪花全粉分别以质量比 68∶32、36∶64、4∶96混合，以达到和实验室制得的马铃薯全粉相对应的熟化度，再和高筋小麦粉按照质量比3∶7混合成重组粉作为对照组。编号如表1所示。

表1 马铃薯-小麦重组粉的名称与对应编号Table 1 The name and corresponding number of recombinant potato-wheat flour

1.3.3 熟化度计算

马铃薯全粉的熟化度一般是指全粉中的占比80%左右的淀粉的糊化度[10]。参考尹慧敏[13]的方法，采用熟化度来衡量马铃薯全粉的糊化程度，糊化程度可以用糊化焓值来表示。熟化度的计算如公式(1)所示：

(1)

式中:S，熟化度，%；ΔH，经微波熟化后马铃薯全粉的糊化焓值，J/g；ΔH0，马铃薯生全粉的糊化焓值，J/g。

其中糊化焓值的测定参照石磊[14]的方法，取马铃薯全粉样品7.5 mg和3倍质量蒸馏水，混合均匀后加至DSC铝制坩埚内，加盖密封并在室温下过夜后测定。DSC测定条件为：起始温度20 ℃，终止温度100 ℃，升温速度10 ℃/min。用仪器自带的TAuniversal analysis 2000软件进行数据处理，最终结果取3次测试平均值。

1.3.4 重组粉糊化特性的测定

依照GB/T 24853—2010《小麦黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定 快速黏度仪》的方法进行测定。试验前测得各混合粉的水分含量，对加入混合粉的质量和加水量进行校正后，再准确称取混合粉和纯水加入铝盒中，用旋转桨充分搅拌后，置于RVA上测定。RVA内最初10 s以960 r/min搅拌，形成均匀悬浊液后，保持160 r/min转速至试验结束。其初始温度为50 ℃保持1 min，然后以12 ℃/min 升至95 ℃，于95 ℃保持2.5 min，再以12 ℃/min降至50 ℃并保持2 min，整个测定过程耗时13 min。记录混合粉在糊化过程中的糊化温度、峰值黏度、谷值黏度、峰值时间等，最终试验结果以3次测定的平均值计算。

1.3.5 重组面团混合行为特性的测定

采用Chopin+标准测试协议[15]。混合粉与水形成的面团总质量均为75 g，工作程序为:首先面团的目标扭矩达到(1.10±0.05) N·m后，在30 ℃的初始温度下保温8 min；然后以4 ℃/min升至90 ℃并保持7 min；再以4 ℃/min降至50 ℃并保持5 min，整个测定过程耗时45 min。从Mixolab试验结果中可获得面团吸水率、C1-C5 扭矩值、面团形成时间、面团稳定时间、黏度崩解值、回生值等参数，最终试验结果以3次测定的平均值计算。

1.3.6 重组面团流变学特性的测定

参考陈前等[16]的研究并稍作修改，利用Mixolab混合实验仪制得目标扭矩下的面团，取适量面团放入流变仪进行测定，使得面团下压后刚好铺满平板且不溢出，测试平行板直径为40 mm，测试前在其边缘涂上适量二甲基硅油以防止面团水分挥发。在试验前所有样品在下压后于25 ℃条件下平衡 3 min以减小误差，最终试验结果以3次测定的平均值计算。

动态频率扫描测试：根据线性黏弹区确定应变为1.0%。温度25 ℃，频率 0.1～20 Hz。测试得到面团的G′、G″与损耗角正切值(tanθ=G′)随着频率的变化曲线。

瞬态蠕变-回复扫描测试：恒定温度25 ℃，施加恒定压力100 Pa，5 min后，撤掉压力观察5 min内面团的蠕变回复情况。

1.3.7 重组面团拉伸特性的测定

利用Mixolab混合实验仪制得目标扭矩下的面团，测量得到面团的拉断力和拉伸距离人。参考陈洁等[11]研究设定试验参数如下：采用A/KIE 拉伸测定装置，测前速度2 mm/s，测试速度3.30 mm/s，测后速度10 mm/s，引发力5 g，应变位移40.0 mm。最终试验结果以5次测定的平均值计算。

1.3.8 重组面团质构特性的测定

利用Mixolab混合实验仪制得目标扭矩的面团，测量得到面团的硬度、弹性、咀嚼性等指标。参考王伟涛[17]的研究设定试验参数如下：选择TPA(texture profile analysis)测试程序，采用P/36R探头，测前速率1.00 mm/s，测试速率1.00 mm/s，测后速率1.00 mm/s，目标模式为应变，应变量50%，时间5 s，触发力5 g。最终试验结果以5次测定的平均值计算。

1.4 数据统计分析

实验结果采用SPSS 22.0软件进行数据处理和分析，使用Origin 8.5软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 马铃薯全粉熟化度

经前期大量预实验得到经不同时间微波熟化马铃薯全粉的糊化焓值和计算出的熟化度如表2所示。

表2 不同微波处理时间对马铃薯全粉熟化度的影响Table 2 The effects of different microwave treatment time on the cooking degree of WPF

焓值能够反映全粉中淀粉颗粒的结构变化[18]。随微波时间的增加，全粉中淀粉糊化程度也随之增加，淀粉颗粒结构被破坏程度增加，故马铃薯全粉的焓值逐渐减小，熟化度增加。

2.2 马铃薯-小麦重组粉的糊化性质

马铃薯-小麦重组粉糊化特性参数如表3所示。峰值黏度、最低黏度、衰减值、最终黏度、回生值分别反映淀粉在糊化过程中的膨胀程度、耐剪切力、高温下的稳定性、室温下淀粉糊的硬度和抗老化性能[19]。不同熟化度的重组粉中，LRPF-WF的峰值黏度和最终黏度最大，表明其在糊化过程中膨胀程度较大，能形成组织良好的面团。由于马铃薯全粉中淀粉颗粒膨胀破裂程度增加，故重组粉的最低黏度和耐剪切力随熟化度的增加逐渐减小。MRPF-WF的衰减值和回生值最大，说明其在高温下的稳定性和抗老化性能最差。随熟化度的增加，重组粉糊化完成的时间缩短，故峰值时间逐渐减小，而糊化温度与熟化度之间没有显著联系。相同熟化度下，试验组的峰值黏度、最低黏度等参数值均优于对照组。由此可见，LRPF-WF能改善马铃薯-小麦重组粉的糊化特性。

表3 熟化度对马铃薯-小麦重组粉糊化特性的影响Table 3 The effects of cooking degree on the pasting properties of recombinant potato-wheat flour

2.3 重组面团混合行为特性

Mixolab混合实验仪用于研究面团在恒定温度下混合过程中以及在持续加热和冷却期间的流变特性。整个测试可以分为5个不同阶段：面团形成，蛋白质变性，淀粉糊化，淀粉酶活性和淀粉凝沉[20]。其中，前2个阶段的面团行为表征粉质特性，如表4所示。

由表4可看出，随熟化度的增加，重组面团的吸水率随之增加。这是因为马铃薯全粉中淀粉的糊化程度逐渐增强，破坏了淀粉分子间的氢键而释放出羟基，从而增强了亲水性[21]。相同熟化度重组面团中，对照组的吸水率明显高于试验组，可能是因为对照组中的马铃薯雪花全粉粒度较小，全粉颗粒的总面积较大，更利于与水接触[22]。由于马铃薯全粉的添加，降低了重组粉中小麦粉的面筋蛋白相对含量，面筋三维网络结构更快形成[23]，所以面团的形成时间和稳定时间均在添加马铃薯全粉后显著降低。不同熟化度的重组面团中，LRPF-WF制得面团的形成时间和稳定时间最长，说明LRPF-WF形成的淀粉交联结构在机械力和热的作用下稳定性更好[24]。中、高熟化度重组面团的形成时间和稳定时间均低于低熟化度重组面团，这是因为较高熟化度马铃薯全粉的吸水速率较高，从而使重组面团的最大稠度值C1提前出现[23]。

表4 熟化度对马铃薯-小麦重组面团粉质特性的影响Table 4 The effects of cooking degree on the farinaceous properties of recombinant potato-wheat dough

表5表征了面团的热机械学特性。C1-C2表示蛋白网络在机械力和热作用下的弱化程度，α表示蛋白网络在热作用下的弱化速度[25]。随熟化度的增加，α绝对值逐渐减小，且均小于WF，即马铃薯全粉会减弱面筋蛋白网络弱化速率。添加马铃薯全粉后，重组面团的总弱化显著增加，与马铃薯全粉的熟化度呈正相关。相同熟化度的重组面团中，对照组重组面团的总弱化显著大于试验组。说明马铃薯全粉的添加会减弱面团承受机械搅拌的能力。在不同熟化度重组面团中，LRPF-WF的耐机械搅拌能力最佳。C3表示淀粉糊化特性，C3-C2表示最大黏度指数[25]。重组粉的C3和C3-C2均呈减小趋势，且与熟化度呈负相关。这是由于熟化度的增加，马铃薯全粉中的淀粉颗粒发生糊化和破裂程度增大，导致吸水膨胀后相互间摩擦力变小，从而导致糊化黏度下降[26]。C4/C3和C5-C4分别代表淀粉糊化的蒸煮稳定性和老化回生特性[23]。马铃薯全粉的添加对面团的蒸煮稳定性无显著影响，但可以显著降低老化回生值，而不同熟化度之间无显著差异。β和γ分别表示淀粉糊化速度和淀粉酶水解淀粉的速度[25]，由表可得，熟化度对重组面团中淀粉的糊化速度和淀粉酶水解淀粉的速度无显著影响。

综上，马铃薯全粉的添加会对小麦面团的粉质特性和热机械学特性有负面影响：面团的稳定性降低、抗机械搅拌能力减弱,这与梁强等[23]的研究结果一致。熟化度对重组面团的粉质特性和热机械学特性影响中，以LRPF-WF受影响程度最小，即低熟化度的马铃薯全粉更有利于应用到重组面团中。

表5 熟化度对马铃薯-小麦重组面团热机械学特性的影响Table 5 The effects of cooking degree on the thermomechanical properties of recombinant potato-wheat dough

2.4 重组面团流变学特性

2.4.1 重组面团动态频率扫描

储能模量和损耗模量分别表示物体受到力时的形变和流动性。储能模量G′与物体受力形变程度呈反比，损耗模量G″越大，物体流动性越差[27]。由图1可知，RPF-WF、LRPF-WF和SLRPF-WF的面团，其G′和G″值均显著高于WF面团，而中、高熟化度的重组面团其G′和G″值均显著低于WF面团。说明低熟化度有助于增强重组面团的面筋网络结构、增加面团弹性。相同熟化度的重组面团中，在相同频率下，试验组的G′和G″值要高于对照组。说明相同熟化度下，试验组的面筋网络结构、面团弹性优于对照组。损耗角正切tanθ是G″与G′的比值，可反映面团黏弹性间的关系[28]。由图可知，tanθ数值均小于1，即面团的弹性均小于黏性。且随熟化度的增加，重组面团的tanθ值呈先增后减的趋势，即黏弹性先增大后减小，中熟化度重组面团的黏弹性最大,说明较低熟化度能提高重组面团的黏弹性。

a-G′;b-G″;c-tanθ图1 不同熟化度马铃薯-小麦重组面团的动态频率扫描结果Fig.1 The frequency scanning results of different cooking degrees with recombinant potato-wheat dough

2.4.2 重组面团瞬态蠕变-回复扫描

蠕变是在恒定应力下，应变随时间的变化，反映材料内部结构的强度。蠕变回复是撤去施加的应力后，应变随时间的变化，反映材料内部结构的抗变形能力[16]。由图2可知，面团的应变值在蠕变阶段随时间逐渐增加，在蠕变回复阶段随时间逐渐减小并趋于稳定。重组面团的最大应变值和应变量均大于小麦面团，说明马铃薯全粉会使面团内部强度降低、抵御面团变形的能力减弱。随熟化度增加，重组面团的最大应变值和应变量增大，即重组面团更易变形，撤去外力后的恢复力减弱。相同熟化度重组面团中，对照组的最大应变值和应变量均大于试验组，SLRPF-WF和SMRPF-WF的最大应变值和应变量小于RPF-WF。即试验组面团的内部强度和抗变形能力高于对照组，其中低熟化度重组面团的内部强度和抗变形能力优于RPF-WF面团。蠕变-回复扫描结果与面团热机械学特性得到的结果一致，即马铃薯全粉的添加会减弱面团承受机械搅拌的能力，以LRPF-WF的面团抗形变能力最优。

综上，低熟化度的马铃薯全粉能增强面团的黏弹性，随熟化度的增加，重组面团的黏弹性和抗形变能力降低，即熟化度会减弱面团流变学特性。MARCHETTI等[29]研究认为tanθ值较高可能是由于面筋网络的交联度较低。不同熟化度重组面团中，LRPF-WF的tanθ值最低，因此可能其面筋网络交联度最高。CAO等[30]的研究表明，聚合物体系交联度的增加会增加G′。因此在面团形成过程中，可能是低熟化度的马铃薯全粉与面筋和小麦淀粉的交联度和聚合度增加，从而使得面团的弹性和强度增加。

图2 不同熟化度马铃薯-小麦重组面团的瞬态蠕变-回复扫描结果Fig.2 The creep and creep recovery scanning results of different cooking degrees with recombinant potato-wheat dough

2.5 重组面团拉伸特性

拉断力可反映出面团的强度和筋力，拉伸距离可反映出面团的延展特性和可塑性[11]。由表6可知，马铃薯全粉对小麦面团的拉伸特性有显著影响，添加马铃薯全粉后，面团的拉断力和拉伸距离均下降。由于马铃薯全粉不含面筋蛋白，加入到小麦粉后会稀释其中的面筋蛋白，所以在拉伸时易拉断。不同熟化度重组面团中，低熟化度重组面团的拉断力和拉伸距离大于其他熟化度的重组面团。相同熟化度重组面团中，试验组面团的拉断力和拉伸距离大于对照组面团。即熟化度会显著影响重组面团的拉伸特性。不同熟化度的重组面团，以低熟化度重组面团的拉伸特性较优。相同熟化度的重组面团，试验组的拉伸特性优于对照组。

表6 熟化度对马铃薯-小麦重组面团拉伸特性的影响Table 6 The effects of cooking degree on the tensile properties of recombinant potato-wheat dough

2.6 重组面团质构特性分析

面团质构特性参数能够反映其品质特性，质构参数包括：硬度、黏着性、弹性、胶黏性、咀嚼性等。由表7可知，随熟化度的增加，重组面团的硬度、胶黏性、咀嚼性逐渐减小。这可能因为随熟化度的增加，重组面团中已糊化淀粉含量增多，吸水速率加快，与水快速黏结成块，水分进入面团内部难度增加，表面游离水增多，故面团硬度等值下降[24]。试验组的重组面团，其硬度、胶黏性、咀嚼性相比小麦面团显著提高。这可能是不含面筋蛋白的马铃薯全粉稀释了小麦粉的面筋蛋白，导致面筋网络形成受阻，面团的弹性和延展性[31]，从而使得硬度等值增加。对照组面团中，只有SLRPF-WF重组面团其硬度、胶黏性、咀嚼性相比小麦面团有提高。随熟化度的增加，黏着性逐渐增大，即熟化度越高重组面团越粘牙，弹性逐渐降低。相同熟化度的重组面团中，试验组的黏着性低于对照组，弹性大于对照组。

综上，熟化度能影响重组面团的质构特性，且随熟化度的增加，重组面团质构特性受影响程度越大。相同熟化度下，试验组重组面团的质构特性优于对照组。不同熟化度的重组面团中，以LRPF-WF的质构特性较优。

表7 熟化度对马铃薯-小麦重组面团质构特性的影响Table 7 The effects of cooking degree on the texture properties of recombinant potato-wheat dough

3 结论

经分析得出，不同熟化度重组面团中，LRPF-WF制得面团的形成时间和稳定时间最长，稳定性、耐机械搅拌能力最佳，拉伸特性和质构特性较优。且LRPF-WF的峰值黏度等糊化参数以及硬度、咀嚼性等质构参数值高于RPF-WF，即LRPF-WF的耐剪切力、面团的内部强度和抗变形能力等优于RPF-WF。故低熟化度有助于增强重组面团的面筋网络结构、增加其弹性。

但随马铃薯全粉熟化度的继续增加，重组粉的峰值黏度等糊化特性参数减小，重组面团的混合行为特性、流变学特性减弱，拉断力等拉伸特性以及硬度、咀嚼性等质构特性参数降低，即熟化度的增加会对面团性质产生负面影响。相同熟化度的马铃薯全粉中，试验组重组粉的糊化特性、重组面团的内部强度和抗变形能力等高于对照组。因此，低熟化度马铃薯全粉有利于马铃薯-小麦重组面团的加工。