马铃薯淀粉对低筋粉面团特性的影响

马铃薯是世界第四大主粮，也是我国的主要经济作物之一[1]。马铃薯全粉是为了解决鲜薯含水量高等缺陷经干燥制粉得到的产品，能够保留淀粉、蛋白质、脂肪和灰分等主要营养物质，其中淀粉含量可高达70%左右。相比于其他淀粉，马铃薯淀粉颗粒大、水分和支链淀粉含量高，表现出良好的糊化、流变及质构特性等[2-3]，且由于添加到食品中不会产生不良风味，使得马铃薯淀粉被广泛应用于食品工业。

面团是面粉加水搅拌形成的具有独特三维网络结构和黏弹性的复合材料[3]。面团的调制是面制品加工的关键环节，其性质对面制品的品质起着决定性作用。淀粉是面粉中重要的组成物质，其含量与品质对面团的性质有着重要影响[4-6]。蔡沙等[7]研究发现马铃薯淀粉添加量在70%左右时，干制马铃薯热干面的吸水率较高、复水时间较短，黏度和拉伸力较高，且在此添加量下热干面更易消化。SARKER等[8]发现随着马铃薯淀粉添加量的增大，混合粉吸水率显著下降，面团的耐搅拌程度下降。在对面团及面制品质构品质的影响方面，日本常用马铃薯淀粉改善方便面的质构品质[9]。赵保堂等[10]研究发现在藜麦-小麦面团中添加5%的马铃薯淀粉，面团的质构特性达到最佳。在马铃薯淀粉与谷朊粉模拟面团的相关报道中，卢丹妮等[11]将不同淀粉与谷朊粉按照89∶11(质量比)模拟面团，发现马铃薯淀粉面团的糊化温度最低，淀粉与水分结合紧密，模拟面团的流变学特性最接近小麦淀粉模拟面团及普通面团，在10%添加量下能够改善馒头质构特性。但ZHANG等[12]将不同淀粉与谷朊粉按照85∶15(质量比)模拟面团时得出相反的结论，发现与小麦淀粉的影响相反，马铃薯淀粉面团的线性黏弹性区域最小，面团的频率依赖性最大，恢复能力最差，表明马铃薯淀粉模拟面团的结构稳定性和恢复能力减弱，但是面团的强度和抗变形能力增强。在淀粉对低筋粉及面团性能和面制品品质影响方面，实验室前期研究发现在低筋粉中添加马铃薯淀粉会显著降低混合粉的吸水率和面团的稳定时间，弱化面筋网络结构，符合酥性饼干面粉要求[13]。杨利玲等[14]发现低筋粉中玉米淀粉添加量为75%时，研制出的玉米淀粉小馒头饼干感官品质最好。王强毅等[15]研究甘薯淀粉对蛋糕品质影响时，发现在低筋粉中添加20%甘薯淀粉，蛋糕的比容最大，感官评分最高。

基于前人的研究，我们对马铃薯淀粉对面条、饼干面团及模拟面团的流变学特性等影响有了一定的了解，但仍缺乏马铃薯淀粉添加量对低筋粉面团特性影响的系统研究。因此，本试验以低筋面粉为原料，通过改变马铃薯淀粉在低筋粉中的添加比例，研究混合粉的糊化特性、面团的动态流变学特性及质构特性，为后期马铃薯淀粉在低筋粉中的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯淀粉，山东乐畅调味品有限公司；魔堡低筋蛋糕粉(蛋白质、碳水化合物、脂肪和水分的含量分别为9.3%、75.1%、0.8%和9.54%；经GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉面筋含量第2部分：仪器法测定湿面筋》测定，湿面筋含量、干面筋含量和面筋持水率分别为18.25%、6.43%和184%)，新乡良润全谷物食品有限公司。

1.2 仪器与设备

Mixolab2混合实验仪，法国肖邦公司；JSM-6701F冷场发射型扫描电镜，日本电子光学公司；FA2004电子天平，上海越平科学仪器有限公司；DHR-1流变仪，美国TA公司；TA.XT Plus型物性测试仪，英国Stable Micro System公司；LyoQuest-85冻干机，西班牙泰事达公司；MJ-II型面筋数量和质量测定仪，杭州大成光电仪器有限公司；MT-5家用压面机，龙口市复兴机械有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 混合粉的制备

以100 g低筋粉为基准，分别利用0%、5%、10%、15%、20%(质量分数)马铃薯淀粉代替低筋粉制备混合粉。

1.3.2 混合粉热力学特性测定

参考XUE等[16]的方法测定混合粉热力学特性。准确称取2.5 mg混合粉于不锈钢坩埚中，按照混合粉与水质量比1∶1.3加水，密封平衡1 h后，以5 ℃/min由20 ℃升温至140 ℃，得到糊化起始温度(To)，峰值温度(Tp)、糊化终止温度(Tc)和热焓值(ΔH)。以密封的空坩埚作为对照。

1.3.3 面团动态流变学特性测定

参考赵天天等[17]的方法并略作修改，称取Mixolab2混合试验仪滚揉5 min、扭矩在(1.10±0.05) N·m的面团5 g迅速搓圆并置于TA流变仪平板上，选用40 mm 直径的平板，设置间距2 mm，切除多余面团，在边缘涂抹硅油进行密封。开始测试前平衡2 min消除应力。首先通过应变扫描确定面团的线性黏弹区，测试参数为：温度25 ℃，角频率10 rad/s，应变扫描范围0.01%～10%。随后采用温度扫描确定面团的动态流变学特性，测试参数为：首先以2 ℃/min升温至85 ℃，平衡2 min，随后以2 ℃/min降温至25 ℃，频率设为1 Hz，应力0.05%。

1.3.4 面团质构特性测定

参考王哲等[18]的方法，称取50 g混合粉，将混合粉与水按照2∶1比例加水制成面团，取20 g面团制成直径3 cm、厚2 cm的圆柱体，利用TA.XT Plus物性测试仪测定面团的质构特性。测定参数：选取P100探头，测前、测后速率均为3 mm/s，测试速率为1 mm/s，压缩距离为1 cm，触发方式选择自动，触发力为0.05 N。

1.3.5 面团面筋蛋白二级结构测定[19]

首先，准确称取10 g样品加水制作成面团，加入4.8 mL 20 g/L的氯化钠溶液，洗涤5 min，更换干净的氯化钠溶液，继续洗涤4～5遍，用碘化钾溶液检查淀粉是否完全洗出，洗涤结束后将湿面筋置于培养皿中，置于-80 ℃冰箱预冷6 h后放入冷肼冷冻30 h，随后切换至抽真空模式续冻12 h。将冻干后的面筋粉碎并过100目筛。称量适量面筋粉与溴化钾按照质量比1∶50混合研磨压片后扫描，波数范围为 400～4 000 cm-1，利用Origin 8.0对面筋蛋白酰胺I带(1 600～1 700 cm-1)进行峰分离处理，分别计算各分离峰的面积以确定各二级结构的含量。

1.3.6 面团微观结构测定

参考汪磊[19]的方法对面团样品进行前处理。首先，利用磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L，pH=7.2)配制体积分数为3.0%的戊二醛溶液，将混合粉与水按照质量比2∶1比例加水制成面团，分割成5 mm的小立方体后浸入戊二醛溶液，在4 ℃条件下浸泡24 h。浸泡结束后用磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L，pH=7.2)清洗3次，每次约5 min；接着依次用30%、50%、70%、90%和100%(体积分数)的丙酮脱水，每次约20 min；最后利用真空冷冻干燥机干燥。扫描电子显微镜测试条件：冻干样品待喷金处理后置于扫描电子显微镜中观察并拍照。工作电压为20 kV，工作距离为20 mm。

1.4 数据分析

运用Origin 8.0作图，运用SPSS 19.0中Duncan检验进行方差分析，P<0.05表示差异显著。所有测定重复3次，数据以

表示。

2 结果与分析

2.1 混合粉热力学特性分析

混合粉的热力学特性主要反映在混合粉中淀粉的糊化过程。淀粉的糊化是淀粉颗粒在水中受热吸水膨胀，分子间及分子内部的氢键断裂，淀粉水合分子扩散的过程，此过程伴随的能量变化在差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，DSC)分析图谱上表现为吸热峰[20]。To能够反映样品糊化的难易程度，起始糊化温度越低，表明水分子越容易进入淀粉分子中[21]。

由表1可以看出，对比马铃薯淀粉添加量为0%和100%的2组混合粉，添加量为0%组混合粉的To、Tp均显著高于添加量为100%组，Tc没有显著性差异，即低筋粉较马铃薯淀粉难糊化，随着马铃薯淀粉添加量的增大，淀粉的起始糊化温度与峰值糊化温度均呈现显著下降的趋势，分别由69.96 ℃和74.36 ℃下降至54.12 ℃和61.44 ℃，下降了15.84 ℃和12.92 ℃。这与XU等[22]的研究马铃薯淀粉对小麦粉热力学特性影响时得到的结果类似。这是由于小麦粉中除了淀粉组分外，还含有蛋白质、脂肪等，蛋白质会与淀粉竞争吸水干扰淀粉吸水膨胀，进而影响淀粉的糊化[23]；游离脂肪酸会与淀粉分子结合，使得水分进入淀粉颗粒内部困难，因此，随着马铃薯淀粉添加量的增大，混合粉中蛋白质和脂肪含量逐渐降低，有利于淀粉分子糊化，表现为糊化温度降低。

ΔH反映的是糊化淀粉颗粒所需要的能量，淀粉含量越高，打开淀粉螺旋结构所需要的能量越高。由表1可知，随着马铃薯淀粉添加量的增大，ΔH显著增大，马铃薯淀粉添加量100%组ΔH达到最大值，添加量10%组ΔH显著高于0%～5%组且显著低于15%～20% 组，在马铃薯淀粉添加量低于或高于10% 时，组间热焓值无显著性差异，这是由于ΔH反映的是糊化淀粉颗粒所需要的能量，淀粉含量越高，打开淀粉螺旋结构所需要的能量越高[16]。因此，随着马铃薯淀粉添加量的增大，混合粉体系中淀粉含量增大，糊化所需ΔH增大。

2.2 面团动态流变学特性分析

在流变学参数中，储能模量(G′)和损耗模量(G″)分别代表材料弹性和黏性，tanδ(损耗角正切值)代表材料黏弹性的比例，其值越小说明材料表现出固体性质，其值越大说明材料表现出流体性质[24]。面团的动态温度扫描结果可以反映面团中淀粉的糊化过程。由图1-A～图1-C可知，所有面团的G′>G″(tanδ<1)，表明面团以弹性为主，处于不可流动状态，但在其线性范围内的变形是可压缩和恢复的。

在升温过程中，由图1-C可知，当温度低于50 ℃时，所有面团的tanδ变化很小，说明在此温度下面团的G′和G″的变化趋势一致，这与王玉颜等[25]在研究不同淀粉与谷朊粉形成的重组面团的动态温度扫描结果一致。当温度高于50 ℃后，所有面团的tanδ呈现先缓慢增大后迅速减小的趋势，结合图1-A和图1-B，发现所有面团的G′和G″呈现出迅速增大的趋势，这是由于在升温过程中，面团的流变学特性主要受到淀粉糊化的影响。淀粉受热糊化逐渐形成具有一定特性的凝胶体，使得面团体系中弹性比例迅速增大，面团表现出类固体性质。此后随着温度的继续升高，各面团的G′和G″相继出现最大值，且该最大值对应的温度可以表示面团的糊化温度，由图1-A和图1-B可知，面团的糊化温度随着马铃薯淀粉添加量的增大而减小，这是由于马铃薯淀粉的添加使得混合体系中蛋白质和脂肪含量降低，蛋白质和脂肪对淀粉糊化的阻碍作用减小，表现为面团的糊化温度下降，这与混合粉的热力学特性测定结果相对应。在糊化温度后，随着温度的继续升高，面团的面筋网络结构逐渐被破坏，淀粉颗粒溶胀后继续吸水膨胀直至破裂，颗粒内的淀粉分子迅速扩散，使得面团的黏弹性骤然下降[25]。此外，在50～80 ℃，所有面团样品的G′均随着马铃薯淀粉添加量的增大而增大，这是由于淀粉凝胶的弹性与淀粉分子形成的网状结构的交联点有关，交联点越多，弹性越大[26]。面团中马铃薯淀粉添加量越大，所形成的网状结构交联点越多，表现为面团弹性越大。

在降温过程中，所有面团的黏弹性均呈现下降的趋势，这是由于降温过程中淀粉分子之间氢键的形成导致面团发生回生现象，由图1-D～图1-F可以看出，马铃薯淀粉的添加使得面团回生现象更加明显，对比不同的添加量发现，马铃薯淀粉添加量为10% 时面团更加接近于对照组。

2.3 面团质构特性分析

面筋作为面团的骨架，可与水结合，表现出面团的特性。硬度与咀嚼性是衡量面制食品品质的2个重要指标，硬度是面团最直观的特征并与面制品的品质有密切的关系。咀嚼性是指面团样品在咀嚼成吞咽时的稳定状态所需要的能量。在一定范围内，硬度和咀嚼性越小，面团越柔软。

由表2可知，随着马铃薯淀粉添加量的增大，面团的硬度、咀嚼性、弹性、回复性和黏聚性均呈显著下降的趋势，表明面团质地逐渐变软，易于调制，但弹性变差。这是由于随着马铃薯淀粉添加量的增大，混合体系中蛋白质含量降低，导致面筋形成量减少，面筋网络结构弱化、膨胀能力变差，使得面团变软，面团延伸性变差，流散性降低，面团体系松散，不易成型。在马铃薯淀粉添加量为10%时，面团的硬度与添加量15%组无显著性差异，显著低于添加量0%～5%组且显著高于20%组，面团的咀嚼性和弹性显著低于添加量0%～5%组，且显著高于添加量15%～20%组；在该添加量下，面团的硬度适宜，弹性较好，面团流散性较好，易于成型。

2.4 面团微观结构分析

由图2-A可知，在不添加马铃薯淀粉时，小麦粉面团的面筋网络结构完整，面筋连续性好，暴露在网络结构之外的淀粉颗粒很少，这是由于小麦淀粉颗粒相对较小，大部分被包裹在面筋网络结构内部，有利于构建连续的面筋网络[12]，包裹作用阻碍了淀粉吸水糊化，表现为糊化温度升高，该结果与DSC试验结果吻合。

由图2-B～图2-E可知，添加马铃薯淀粉后，面团面筋网络结构逐渐被破坏，暴露在外的淀粉颗粒逐渐增加，面筋局部出现空洞。这是由于马铃薯淀粉颗粒相对较大，自身包裹在面筋网络结构中的能力较差，导致面筋网络连续性差。由图2-B和图2-C可知，当马铃薯淀粉添加量低于15%时，面筋网络结构有空洞，但空洞相对较小，说明马铃薯淀粉对面团的破坏相对较小；由图2-D和图2-E可知，当马铃薯淀粉添加量达到15%时，面团内部出现较大空洞，当添加量达到20%时，面筋网络结构几乎全部被破坏，使得暴露在面筋网络结构外部的淀粉颗粒量急剧上升，大颗粒以马铃薯淀粉为主。此时由于面筋结构被破坏使得面团黏弹性急剧下降，为本研究之前的面团动态频率扫描结果[13]提供了更加直观的证据。

2.5 面团面筋蛋白二级结构分析

面团中面筋蛋白的二级结构是小麦蛋白分子间相互作用的重要生化基础，它对面团黏弹性有着重要影响。面筋蛋白的二级结构包括α-螺旋，β-折叠，β-转角和无规则卷曲4种。其中，α-螺旋和β-折叠被认为是面筋蛋白的有序二级结构，且β-折叠被认为是最稳定的二级结构，而β-转角和无规则卷曲被认为是面筋蛋白的无序二级结构。由表3可知，与对照组相比，所有马铃薯淀粉面团面筋蛋白的α-螺旋和无规则卷曲结构的含量均没有发生显著性变化；但是随着马铃薯淀粉添加量的增大，β-折叠结构含量呈现逐渐减小的趋势，添加量15%组β-折叠结构含量显著小于添加量0%～5%组，添加量0%～10%组间和添加量15%～20%组间均无显著性差异。同时，β-转角结构含量呈现逐渐增大的趋势，添加量15%～20%组β-转角结构含量显著高于添加量0%～10%组，且添加量低于15%组间和高于15%组间均无显著性差异，说明马铃薯淀粉的添加使得面团形成过程中面筋的有序结构含量减小无序结构含量增大，面筋网络结构趋于不稳定。综合考虑，面团中马铃薯淀粉添加量不宜超过15%。

3 结论

混合粉热力学特性表明，马铃薯淀粉的添加使得混合粉糊化起始温度和峰值温度显著减小，糊化焓值显著增大。在添加量10%时混合粉糊化温度适宜，糊化所需能量较小。面团动态流变结果表明，在温度低于50 ℃时，所有面团的G′和G″的变化趋势一致。当温度高于50 ℃后，面团开始发生糊化，面团弹性模量迅速增大至峰值，面团表现出类固体性质。在50～80 ℃，马铃薯淀粉的添加量越大，面团糊化时淀粉分子形成的网状交联点越多，淀粉凝胶弹性模量越大，表现为面团更倾向于固体材料。面团质构特性表明，随着马铃薯淀粉添加量的增大，面团的硬度、咀嚼性、弹性均呈显著下降的趋势，表明面团质地逐渐变软，易于调制，但弹性变差。在马铃薯淀粉添加量为10%时，面团的硬度适宜，弹性较好，面团流散性较好，易于成型。面团的微观结构及面筋蛋白的二级结构结果表明当马铃薯淀粉添加量15%～20% 时，面筋网络被严重破坏，面筋二级结构趋于无序，面团黏弹性急剧下降，当马铃薯淀粉添加量低于15%时，面筋网络的破坏相对较小，结构相对稳定。因此，综合考虑，马铃薯淀粉添加量为10% 时，面团的糊化、流变及质构特性均较好。

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