高品质紫薯生全粉面条配方的工艺优化

熊添，何建军，蔡芳，王少华，施建斌，蔡沙，隋勇，陈学玲，范传会，家志文，梅新

（湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心，湖北武汉430064）

紫薯[Ipomoea batatas(L.)Lam]是甘薯的一个特殊品种类型，兼有粮食物、经济作物和药用作物的特点，富含淀粉、果胶、纤维素、氨基酸、维生素、蛋白质及多种人体所需的天然矿物质元素，除了具有普通甘薯的营养物质和功能成分外，紫薯中还富含大量具有药用价值的花青素，有助于人体清除自由基，预防和辅助治疗癌症和心血管疾病[1]。紫薯生全粉是紫薯原料清洗处理后，经切分护色干燥粉碎后得到的产品，其糊化度低，细胞完整性好，加工特性优于紫薯熟全粉，基本保留了紫薯原有的营养、色泽、风味和保健功能，便于贮藏、运输和加工[2-4]。将紫薯生全粉和小麦粉混合制作而成的紫薯生全粉面条因其诱人的色泽和丰富的营养价值而深受消费者青睐，但由于紫薯生全粉不含面筋蛋白，加入后稀释了面粉中面筋蛋白的比例，弱化面团形成面筋的网络结构，影响其拉伸性和延展性，同时花色苷在加工过程中易发生降解，因此制作紫薯生全粉面条时易出现成型困难、断条率高，面条易糊汤、适口性不佳、颜色黯淡等问题[5,6]。

目前已有学者在面条的护色和质构改良方面进行了大量研究，Gasparre等[7]发现亲水胶体能改善面条的结构，延缓淀粉的糊化，降低面条的蒸煮损失。胡玲等[8]通过添加柠檬酸和D-异抗坏血酸钠为护色剂、辅以食盐和海藻酸钠为品质改良剂，解决了紫甘蓝挂面在煮制过程中的褪色问题，制备出口感风味俱佳、颜色悦目、营养价值高的紫甘蓝挂面。于沛沛等[9]则发现添加海藻酸丙二醇酯和黄原胶这两种增稠剂可对紫薯面条的最大拉伸力和烹煮损失有不同程度的改善。本研究拟以改善色泽和质构品质为目标对紫薯生全粉面条的配方工艺进行系统性优化，对比多种不同类型的护色剂以及面粉改良剂在不同添加量下对面条色度、质构以及感官评分的影响，同时借助Mixolab2混合实验仪等仪器设备对比分析不同紫薯生全粉添加量下混合粉的粉质特性和糊化特性，探究紫薯生全粉添加量和水添加量对面条品质的影响。以期筛选出用于高品质紫薯生全粉面条的基础配方，为后续紫薯生全粉面条的工业化生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯生全粉由湖北根聚地农业发展股份有限公司提供；高筋五得利小麦粉由河北五得利面粉集团有限公司提供；柠檬酸、植酸钠、曲酸、茶多酚（白色）、β-糊精、卡拉胶、魔芋葡甘露聚糖（Konjac glucomannan，KGM），购自河南万邦实业有限公司；谷朊粉由河南聚荣食品配料有限公司公司提供。所用化学试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

ASM-DA1000和面机，北美电器有限公司；BS-210分析天平，德国赛多利斯公司；FC1-220型单相双值电容电动压面切条机，台州浪腾机电有限公司；C22-F2电磁炉，杭州九阳生活电器有限公司；Mixolab2混合试验仪，法国肖邦技术公司；HE53水分活性检测仪，瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司；TAXT plus型质构仪，英国Stable Micro Systems公司；SC-80C全自动色差计，北京康光仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯生全粉面条的制作工艺

得到成品挂面水分含量在15%以下。

1.3.2 混粉特性的测定

实验前预热仪器并打开冷凝水龙头，选择Chopin+测试协议进行预实验，设定面团重量75 g，水箱温度30 ℃，和面转速80 r/min，选择湿基b14%基准。

混合实验仪参数的设定：第一阶段30 ℃保持8 min；第二阶段梯度温度为4 ℃/min，15 min升温至90 ℃并保持7 min，第三阶段梯度温度为4 ℃/min，10 min降温至50 ℃并保持5 min。

输入预先测定的样品含水量信息，软件自动计算加入样品质量。根据软件提示依次加入样品、放好喷嘴，仪器自动加水实验，面团和好后会出现最大峰值，此时停止实验，记录C1扭矩值。然后清洗和面钵进行正式测试。首先根据软件提示输入预实验相关数据，按照软件提示，重新称取样品进行实验，如果和面初始阶段的峰值能够达到1.1±0.05 N·m，说明实验成功，让实验一直运行至结束，如果仍未达到1.1±0.05 N·m，此时需要将该结果作为第二次预实验的数据，重新开展实验，直到满足条件。混合实验仪各参数所表示的含义如表1所示，由此可对面团的粉质特性及糊化特性进行分析。

1.3.3 色度的测定

护色剂的选择：将柠檬酸、植酸、植酸钠、曲酸、茶多酚白色、β-糊精五种护色剂按照0.5%比例与100 g混粉（紫薯生全粉添加量为8%）混合，加入80 g水搅拌均匀，用保鲜膜包裹压成2.00 mm厚椭圆形面片，采用全自动色差仪于室温下测定面片正反面的明度（L*）、红绿度（a*）、蓝黄度（b*）。注意测量时保鲜膜透光性能好，面片表面平整，色差仪进光口对准处无气泡。

护色剂添加量的确定：护色剂按照0、0.2、0.4、0.6、0.8 g/100 g小麦粉的比例加入制作面条，磨粉后装入色差仪测试盒测定色度。

1.3.4 质构的测定

参照施建斌等[10]的方法，采用质构仪测定煮熟后面条的剪切力、拉伸力、全质构等特性指标

剪切力测定：使用A/LKB-F-轻型切刀，测试模式：Compression模式，目标模式：Strain，测试前速度10.0 mm/s，测试时速度0.17 mm/s，压缩力80%，触发力Auto-3 g。

拉伸力测定：使用A/SPR-滚轮拉伸测定装置，测试模式：Tension，目标模式：Distance模式，测试前速度1.0 mm/s、测试速度3.0 mm/s、测试后速度10.0 mm/s，测试距离80.0 mm，触发力Auto-5.0 g。

全质构测定：使用P/36R-圆柱形平底探头，测试模式：Compression，目标模式：Strain，测试前速度1.0 mm/s，测试及测试后速度5.0 mm/s，压缩力75%，触发力Auto-5 g，两次压缩间隔5 s。

1.3.5 感官评价方法

感官评定小组由10名经过感官评定培训的专业人员组成，根据外观、气味和适口性等指标对面条进行综合评分，总分为100分，评判标准如表2，所有测定实验重复三次取平均分为最终感官得分。

表2 紫薯生全粉面条感官评价表Table 2 Sensory evaluation of noodles made by raw purple sweet potato flour

1.3.6 正交实验

在单因素实验结果的基础上，以紫薯粉添加量、水添加量、柠檬酸添加量、KGM添加量为自变量，紫薯挂面感官评分为因变量，设计四因素三水平的正交实验，见表3。

表3 响应面试验设计因素和水平Table 3 Factors and their levels used in response surface analysis (g/100 g wheat flour)

1.3.7 数据分析方法

试验数据经Microsoft Excel处理后，Origin作图。

2 结果与讨论

2.1 确定紫薯面条中生全粉添加量

2.1.1 不同紫薯生全粉添加量下的混粉特性

紫薯生全粉几乎保留了除水分以外紫薯全部的营养物质，功能特性与紫薯相似，膳食纤维含量高，具有较强的吸水性和膨胀能力[11,12]。如表4所示，紫薯生全粉的含水量要明显低于小麦粉，吸水率则高于小麦粉。随着混合粉中紫薯生全粉比例的提升，含水量逐渐下降，而吸水率稳步提升。面团的形成时间和稳定时间是评价面粉品质的关键指标，面粉筋力越强，形成时间越长；耐揉性越好，维持稳定的时间越久。高筋小麦粉的筋力和耐揉性要明显好于紫薯生全粉，其形成时间和稳定时间分别是后者的5.76和3.73倍。随着紫薯生全粉添加比例的增大，混合粉面团的形成时间和稳定时间逐渐缩短，筋度和耐揉性也越来越差，当紫薯生全粉添加量为10%时，面团的形成时间和稳定时间分别缩短了3.29%和6.06%，而当紫薯生全粉添加量为20%～40%时，面团的形成时间和稳定时间分别缩短了76.99%～80.52%和26.95%～31.54%。由此可见，紫薯生全粉添量在0～10%时对混粉面团的筋度及耐揉性影响较小。C2为稠度的最小值，用于表征蛋白质的弱化程度，值越小代表弱化程度越大。紫薯生全粉本身由于不含面筋蛋白且吸水率强所以无法单独形成面团结构，因此检测不到C1-C5、幅度和斜率。添加紫薯生全粉后，混合粉中面筋蛋白的占比相对减少，其蛋白质弱化程度逐渐增大，C2值随混粉中紫薯生全粉添加量的增大而减小。

表4 不同比例紫薯生全粉-小麦粉混合粉的混合仪实验结果Table 4 Experimental results of different proportions mixed-flour of raw purple sweet potato flour and wheat flour by mixolab

扭矩C3、C4和C5分别代表混合粉面团的峰值、保持和回生终点粘度，可以用于表征淀粉糊化特性、热胶稳定性以及回生特性。C3-C2表示淀粉糊化特性，数值越大，糊化特性越强；C3-C4为粘度崩解值，表示淀粉糊化热稳定性，数值越小，热稳定性越强；C5-C4为回生值，表示淀粉回生特性，数值越小，回生特性越弱。随着紫薯生全粉添加量的增大，混合粉面团C3、C4、C5、C3-C2、C5-C4逐渐减小，而C3-C4逐渐增加。这说明添加紫薯生全粉可减弱面团的糊化、回生特性，增强混合粉面团的热稳定性。

随着紫薯生全粉添加量的增大，混合粉面团的斜率α、β、γ呈下降趋势，斜率α为30 ℃恒温结束与C2之间的曲线斜率，可以用于表征加热作用下蛋白网络弱化的速度。斜率β为C2和C3之间的曲线斜率，可以用于表征淀粉糊化速度。斜率γ为C3和C4之间的曲线斜率，可以用于表征淀粉酶水解淀粉的速度。这说明添加紫薯生全粉可影响蛋白网络弱化、淀粉糊化以及淀粉酶水解淀粉的速度。

混合试验仪可以针对不同用途的粉生成指数剖面图，对面粉的吸水率、揉混能力、面筋筋力、最大粘度、淀粉酶活性和回生特性这6个维度进行指数评价分析，分值为0～9，数字越大代表该项性能越好。如图1所示，阴影部分为Mixolab2混合试验仪所提供的面条目标指数剖面图，被测试样品的指数结果落在剖面图内数量越多，代表越符合该用途粉的性能要求[13]。试验用高筋小麦粉的面筋强度、淀粉酶和回生这3个指数均落在目标剖面范围内，而吸水率指数相对偏低，混合及粘度指数相对偏高。紫薯生全粉加工性能较差，只有吸水率指数较高符合目标剖面图要求，其余五项指数极低。尽管紫薯生全粉并不符合生产目标面条的性能需求，但能与高筋小麦粉的部分目标指数起到平衡互补的作用。随紫薯生全粉添加量的逐渐增大，混合粉的吸水率指数有所上升，而其余5项指数则出现了不同程度下降趋势。当紫薯生全粉添加量为10%时，除吸水率和粘度外的其余4项指数的结果均在目标剖面图内，且目标范围外的指数结果与目标值相差甚微。当紫薯生全粉添加量为20%、30%、40%时，指数结果落在剖面图内的数量分别为1、3、2，且部分指数结果与目标值相距甚远。综上所述，为了保持混合粉的耐揉性和面筋强度，维持混合粉面条加工的特性需求，紫薯生全粉的添加量不宜超过10%。

2.1.2 紫薯生全粉添加量对面条质构和感官评分的影响

由表5可知，紫薯生全粉添加量在4%～10%时对面条的回复性、内聚力、弹性指标无显著影响（p＞0.05），而对硬度、胶着性、咀嚼性等其它指标影响显著（p＜0.05）。紫薯生全粉添加量为8%时，面条的筋度有所提升，其硬度、胶着性和咀嚼性指标值要高于其他组，而添加量为10%时，面条的筋度有所下降，其硬度、胶着性和咀嚼性远低于其他组。图2中，紫薯面条的感官评分随紫薯生全粉添加量呈先上升后下降趋势，适度添加紫薯生全粉可以改善面条的色泽和气味，过度添加紫薯生全粉则会对面条的质构产生不利影响，即面条吸湿难成形，筋度下降。紫薯生全粉添加量为8%时感官评分达到峰值，为67.30分，较未添加紫薯全粉面条感官评分提升了20.39%。单珊等[14]发现颜色深的紫薯面条更受欢迎，但一旦添加量超过20%面条的咀嚼性差、蒸煮与质构品质急速下降，建议紫薯面条中紫薯粉的添加量以5%～15%为宜。结合表4、图2结果来看，紫薯生全粉添加量为8%时，能较好的保持面条的质构和感官品质。

表5 不同紫薯生全粉添加量下面条质构的变化Table 5 Changes in noodles texture under different raw purple sweet potato flour additions

2.2 确定紫薯面条护色剂种类及添加量

2.2.1 护色剂对紫薯生全粉面条色度的影响

干燥果蔬及其加工过程中，常因酶促褐变而影响产品的色泽和品质。传统的护色是采用亚硫酸盐类溶液浸泡处理，利用亚硫酸盐产生微量二氧化硫的方法来预防食物变色，虽然亚硫酸盐虽然毒性较低，但其毒性作用是多方面的，人体长期过量摄人二氧化硫及亚硫酸盐等会破坏维生素B1，影响生长发育，易患多发性神经炎[15]。研究选用柠檬酸、植酸盐等无硫护色技术，在提高干制果蔬食品品质的同时保证产品的食用安全性。

L*、a*、b*分别代表亮度、红绿度和黄蓝度，L*值越大，色彩越明亮；a*值越大，色彩越偏红；b*值越大，色彩越偏蓝。优质的紫薯面条色泽为色彩饱和度较高的紫色，紫薯面条的L*、a*值偏大所而b*值较小。由图3色差仪数据表及肉眼观测结果来看，添加护色剂后紫薯面团的亮度显著（p＜0.05）提升，而柠檬酸和植酸钠这两种护色剂对紫薯面团的护色效果优于其他组，添加柠檬酸的面团呈现鲜亮粉红色，添加植酸钠的面团样品呈现鲜亮紫色，在此基础上选择柠檬酸和植酸钠继续开展紫薯面条护色工艺优化实验。

由图4可知，随着柠檬酸和植酸钠添加量的增加，面条的亮度有所提升，当两者的添加量在0.6%～0.8%时面条的色度变化趋于平缓，差异较小。相同浓度下，使用柠檬酸护色的面条要比植酸钠护色的面条a*值高，颜色更加偏红紫色；相而使用植酸钠护色的面条要比柠檬酸护色的面条b*值高，颜色更加偏蓝紫色。柠檬酸一方面通过降低面条组织体系的pH，使其偏离褐变关键酶多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）的最适pH，另一方面与PPO活性中心的金属离子鳌合来延缓和抑制酶促褐变[16]。植酸钠则是通过与金属离子鳌合及自身的抗氧化作用来进行护色[17]。

2.2.2 护色剂对紫薯生全粉面条感官评分的影响

适量护色剂的使用会使产品的色泽更加鲜艳动人，而过量护色剂的使用往往会影响产品的口感和风味。从图5感官评分变化趋势可以看出，使用柠檬酸和植酸钠护色的紫薯生全粉面条感官评分随添加量的增加呈先上升后下降趋势，护色剂添加量为0.6%时面条感官评分均出现峰值，此时使用柠檬酸和植酸钠护色的紫薯生全粉面条感官评分分别为76.20分和73.0分，较空白参照组分别提升了13.56%和8.79%。当柠檬酸添加量在0.8%时，面条的感官评分大幅降低，此时柠檬酸的过量添加增加了面条酸度，影响食味。综合评估护色效果和感官评分的结果，0.6%柠檬酸更适宜用于紫薯生全粉面条的护色。

2.3 确定紫薯面条改良剂种类及添加量

2.3.1 改良剂对紫薯生全粉面条质构的影响

由表6可知，添加改良剂后紫薯生全粉面条的剪切力、硬度、内聚力、弹性、回复性胶着性、咀嚼性等指标数值显著提升，粘力显著下降。卡拉胶在添加量为0.6%时剪切力达到最大值，较对照组增加了33.81%；谷朊粉在添加量为8%时剪切力达到最大值，较对照组增加了118.07%；KGM在添加量为0.4%时剪切力达到最大值，较对照组增加了52.81%。

表6 添加改良剂后紫薯生全粉面条质构的变化Table 6 Changes in texture of noodles made by raw purple sweet potato flour under different modifiers additions

三种改良剂中，6%～8%谷朊粉及0.4%～0.6%KGM对面条剪切力的影响更为显著。卡拉胶和对面条的拉伸力无显著改良效果，而在谷朊粉添加量为4%～8%及KGM添加量0.6%时，面条拉伸力、硬度、弹性、胶着性以及咀嚼性显著增强（p＜0.05），粘力显著降低（p＜0.05）。

在面条的制作过程中，添加改良剂能对面团的黏度、硬度及弹性进行改善，使制成的面条更耐烹煮，且煮后的面条具有表面光亮、富有弹性、口感滑爽、有嚼劲[18]，常用于面条品质改良剂主要包括乳化剂、胶体、酶制剂、淀粉类等。研究选用的卡拉胶和KGM属亲水胶体，对面团的流变特性具有改善作用，具有增筋、增稠、增黏及增进面制品的韧性、光滑度等作用[19]。

Pongpichaiudom等[20]利用瓜尔豆胶、黄原胶和羧甲基纤维素等亲水胶体改善了方便面的蒸煮损失和质构特性，面条的微观结构表面光滑。谷朊粉是从小麦（面粉）中提取出来的天然蛋白质，具有粘性、弹性、延伸性、成膜性和吸脂性，梅新等[21,22]研究报道谷朊粉可增强面筋筋力、提高面条的硬度以及咀嚼性，本文研究结果与其一致。

2.3.2 改良剂对紫薯生全粉面条感官评分的影响

添加改良剂后的紫薯生全粉面条感官评分均呈现出先上升后下降的趋势，KGM、谷朊粉、卡拉胶感官评分分别在添加量为0.6%、4%、0.6%时出现峰值，其最佳感官评分分别为75.10、74.90、70.50，较空白参照组分别提升了11.92%、11.62%和5.06%。其中卡拉胶对面条的适口与质构优化效果不明显，因此评分较低。谷朊粉在添加量超过4%后，紫薯面条明显膨胀变粗，严重影响了紫薯面条的外观评分。6% KGM适口性和外观表现更佳，综合感官评分的结果选择6%KGM为改良剂最优添加量。

2.4 确定紫薯面条水添加量

2.4.1 水添加量对紫薯生全粉面条质构的影响

从表7可看出，紫薯生全粉面条的切割力、拉伸力、硬度以及咀嚼性等指标着水添加量的增加而下降，特别是在水添加量达到34%后，下降幅度均超过15%。而粘力、回复性、内聚力等指标随着水添加量的增加呈不规律的变化趋势。这说明水添加量过多会从切割力、拉伸力、硬度以及咀嚼性等方面影响到面条的适口性。综合来看，水添加量在30%～34%之间时，面条更加筋道有嚼劲。

表7 不同水添加量下紫薯生全粉面条质构的变化Table 7 Changes in texture of noodles made by raw purple sweet potato flour under different water additions

2.4.2 水添加量对紫薯生全粉面条感官评分的影响

水添加量对面条的色泽影响不大，但对其表观形态、黏弹性、适口性、光滑性、食味等指标影响显著。一旦加水量过多，将增加面条制作过程中擀制、切条的难度，和成的面团结构疏松、流动性及黏性过大、弹性不好、面片表面不光滑；当加水量过少，和成的面团颗粒细碎，不易成团，揉着过程中面筋不能充分形成，压出的面片表面结构不均匀、粗糙，口感过硬，耗能增加，面条弹性差[23]。如图7所示，水添加量在32%时，紫薯生全粉面条感官评分出现峰值，68.40分。水添加量低于32%时，面条硬度大，延压出来的面条易出现裂纹，水添加量高于32%后，面条的粘度及湿度增加、质构较变软，适口性下降。综合感官评分的结果来看，紫薯生全粉面条的适宜水添加量为32%。苑建伟等[24]研究紫薯挂面加工工艺时发现水添加量在28%～34%时挂面外观、光滑度较好，与本文研究结果一致。

2.5 正交实验结果

制作半干马铃薯热干面L9（34）正交实验结果如表8所示，从极差值R来看，所考察三个因素中，对紫薯生全粉面条感官评价影响大小顺序为C＞A＞B＞D，说明对半干马铃薯热干面感官评分影响最大因素是柠檬酸的添加量，其次是水添加量和紫薯生全粉添加量，KGM添加量对其影响较小。分析得各因素水平得到最优组合为A2B2C2D2。由于极差分析得到的最优工艺组合并未在所实施的正交实验中，为考虑优化条件的再现性，对所得优化工艺进行三次重复实验验证，得到的综合评分结果为85.48，分数高于正交表中各组合感官评价。因此，制作紫薯生全粉面条最佳工艺为：紫薯生全粉添加量8%，水添加量32%，柠檬酸添加量0.6%，KGM添加量0.6%。

表8 正交实验因素水平表Table 8 Orthogonal experiment factor level table

3 结论

3.1 紫薯生全粉不含面筋蛋白且吸水率强，无法单独形成面团结构，添加紫薯生全粉后，混合粉中面筋蛋白的占比相对减少，蛋白质弱化程度逐渐增大，面团的糊化、回生特性减弱。适度添加紫薯生全粉可以改善面条的色泽和气味，而过度添加紫薯生全粉则会对面条的质构产生不利影响，即面条吸湿难成形、筋度、咀嚼性、蒸煮品质急速下降。综合来看，紫薯生全粉添加量为8%时能较好的保持面条的质构和感官品质。

3.2 对比柠檬酸、植酸、植酸钠、曲酸、茶多酚白色、β-糊精这五种绿色无硫护色剂，相同剂量下柠檬酸和植酸钠对紫薯面团的护色效果优于其他组，颜色更加鲜亮。添加柠檬酸制作的面条颜色偏红紫色，添加植酸钠制作的面条颜色偏蓝紫色。柠檬酸通过降低面条组织体系的pH及与金属离子鳌合来延缓和抑制酶促褐变，植酸钠则是通过与金属离子鳌合及自身的抗氧化作用进行护色。综合评估护色效果和感官评分的结果，0.6%柠檬酸更适宜用于紫薯生全粉面条的护色。

3.3 添加卡拉胶、谷朊粉、KGM等改良剂后紫薯生全粉面条的剪切力、硬度、内聚力、弹性、回复性胶着性、咀嚼性等指标数值显著提升，粘力显著下降。卡拉胶对面条的拉伸力无显著改良效果，谷朊粉在添加量超过4%后，紫薯面条明显膨胀变粗，感官评分降低。由于0.6% KGM适口性和外观表现更佳，感官评分高，更适宜用作紫薯生全粉面条的品质改良。

3.4 影响紫薯生全粉面条品质的因素顺序为柠檬酸添加量＞水添加量＞紫薯生全粉添加量＞KGM添加量，优化得到紫薯生全粉面条最佳配方工艺为：紫薯生全粉添加量8%，水添加量32%，柠檬酸添加量0.6%，KGM添加量0.6%。在此条件下制作的紫薯生全粉面条不断条、不糊汤、适口性好且颜色鲜亮，感官评分达最高值85.48。后续可在此基础上对紫薯生全粉面条配方进一步调整和优化和应用，以期实现高品质紫薯生全粉面条的工业化生产的目标。