面条作为传统主食,在日常饮食中占有重要地位。随着生活水平的提高和对健康膳食的需求,食物营养均衡成为未来食品发展的必然趋势。然而,目前市场上大部分面条主要是以小麦粉为主要原料制作的,营养成分较为单一。鉴于此,食品行业开始更加关注具有独特营养特征的面条的开发[1]。目前大多数关于面条加工的研究都更加注重加工技术的先进性和营养的均衡。

紫薯富含花青素,具有较强的抗氧化功能,可清除体内自由基,延缓衰老,还具有抗肿瘤、抗癌、降血糖等功能。紫薯全粉在保证紫薯内部营养成分不流失的条件下,可实现长时间的运输和储存,为食品加工提供更多便利。开发薯类主食产品,会改变消费结构单一和营养不足的现状。司艺蕾等[2]研究了紫薯全粉质量占比(下同)90%以上的紫薯全粉面条的生产工艺;范会平等[3]通过添加甘薯淀粉并运用粉丝的制芡工艺对紫薯全粉面生产进行优化。将紫薯全粉应用在面条加工中不仅可以满足人们对新型营养杂粮面条的需求,还可以为扩大紫薯的应用提供新途径。

然而目前的紫薯面条加工中,由于紫薯不含面筋,普遍存在易断条、蒸煮损失率高、口感欠佳等[4]问题,因此本实验通过研究芯层面片制备工艺及压延工艺对紫薯面条加工品质的影响,对三层复合压延紫薯面条生产工艺进行优化,为进一步开发营养健康的紫薯全粉主食制品,提升紫薯精深加工水平提供理论依据和实践基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

金苑高筋粉,河南金苑粮油有限公司;紫薯全粉,山东圣地甘薯产业股份有限公司;谷朊粉,封丘县华丰粉业有限公司;食盐,雪天盐业集团股份有限公司;木薯淀粉,新乡良润全谷物食品有限公司

1.2 实验仪器

FKM150-2电动压面机,浙江俊媳妇厨具有限公司;ACA多功能面包机,北美电器有限公司;TA-XA PLUS 质构仪,英国Stable Micro Systems公司;DHG-9243BS-Ⅲ电热鼓风干燥箱,上海新苗医疗器械制造有限公司。

1.3 实验方法

工艺流程:

三层复合压延→切条→鲜湿紫薯面条

1.3.1 面条的制作

外层面片:称取100 g面粉,再按比例称取食盐和水,加入和面机中,和面时间10 min,醒发20 min,压延成面带。

芯层面片:称取不同比例的紫薯粉和面粉共100 g,再按比例称取谷朊粉、盐和水,加入和面机中,和面时间10 min,醒发时间20 min,压延成面带。

三层复合压延紫薯面条:将上述制好的外层面片和芯层面片,用两层外层面片将芯层面片包裹在中间,进行三层面片的复合压延,压延7道,最后得到厚度为1.2 mm,宽度为4 mm的面条。

1.3.2 芯层面片的工艺优化

芯层面片以100 g混合粉为基准,分别对紫薯粉质量添加比例(0、50%、55%、60%、65%、70%)、谷朊粉(0、3%、6%、9%、12%)、食盐(0、0.5%、1%、1.5%、1%、2.5%)、水(39%、42%、45%、48%、51%)、木薯淀粉添加量(0、7%、10%、13%、16%、19%)等5个因素进行单因素试验,并在此基础上采用正交试验进行芯层面片的工艺优化。

1.3.3 响应面试验

在芯层面片的正交试验结果的基础上,对外层加水量、芯层淀粉添加量、内外层面片厚度比、每道压延次数4个因素进行单因素试验,并通过响应面实验优化紫薯面条加工工艺,对面条的拉伸特性,蒸煮损失及感官评分进行测定,以综合评分为响应值。试验设计见表1。

1.3.4 面片质构特性测试

将压延好的面片,放置在载物台中央。测试探头型号:P50。测试条件:测前、测中、测后速度为0.8 mm/s,压缩比70%,间隔时间5 s,触发力5 g。

1.3.5 面片拉伸特性测试

参考贺丽霞[5]的方法,将制好的面片,切成约10 mm×10 mm的正方形,面片用HDP/TPB探头进行固定,用P0.5 s探头进行测试。测试条件:测前、测中速度2 mm/s,测后速度10 mm/s,穿破距离60 mm,触发力5 g。

1.3.6 面条的质构特性测试

参考PU等[6]的方法并稍作改动,取3根煮后的面条,平行放在载物台中间。测试探头型号:P50。测试条件:测前、测中、测后速度均为0.8 mm/s,压缩比70%,触发力5 g,间隔时间3 s。

1.3.7 面条的剪切特性测试

参考洛桑卓玛等[7]的方法并稍作改动,取3根煮后的面条,平行放在载物台中间。测试探头型号:A/LKB。测试条件:测前速度1 mm/s,测试中速度为0.5 mm/s,测试后速度为10 mm/s,触发力5 g。

1.3.8 面条的拉伸特性测试

参考洛桑卓玛等[7]的方法并稍作改动,取1根沥干水分的面条,缠绕在探头上后。测试探头型号:A/SPR。测试条件:测前速度2 mm/s;测中速度3 mm/s;测后速度10 mm/s;测试拉伸距离70 mm。

1.3.9 面条蒸煮损失和断条率的测定

参考葛珍珍等[8]的方法,称取10 g左右面条,放入煮沸的蒸馏水中,煮至最佳蒸煮时间,挑出面条,面汤冷却至室温后,移至500 mL容量瓶中定容,混匀,量取定容后的面汤50 mL至铝盒中,放入105 ℃烘箱烘至恒重,得到面汤中固形物的含量,记为m1,如公式(1)所示:

蒸煮损失率

(1)

式中:m1,干物质的质量,g;m,样品质量,g;w,面条的水分质量分数,%。

取30根相同长度的面条,放入沸水中煮制,到最佳蒸煮时间后,挑出面条,观察未断面条的根数(N),计算断条率,如公式(2)所示:

断条率

(2)

1.4 数据处理

每组试验均重复3次,结果用平均值±标准差表示。采用 SPSS 16.0进行数据差异性分析,采用origin 2021做图。

2 结果与分析

2.1 原料配比对芯层面片品质的影响

2.1.1 芯层面片质构特性

各原料添加量对芯层面片质构特性的影响见表2。由表2可知,紫薯全粉添加量对芯层面片的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、回复性均有显著性影响,添加了紫薯全粉的芯层面片内聚性显著升高,但硬度和咀嚼性下降,是由于紫薯全粉不含面筋,添加紫薯全粉导致面片面筋网络结构疏松。范会平等[9]研究显示,随着紫薯全粉添加量的增加, 面条的硬度和咀嚼性下降,本文研究结果与之一致。当紫薯全粉添加量大于60%时,芯层面片的质构特性开始变差,加工过程中易粘辊。

随着谷朊粉添加量的升高,芯层面片的硬度和咀嚼性逐渐升高,弹性和回复性呈现先升高后降低的趋势,内聚性无显著变化。谷阮粉的添加使混合粉中面筋蛋白含量增加,面筋网络结构增强,因而导致面片硬度和咀嚼度增加[10]。适当添加谷朊粉还可以增强芯层面片的弹性。崔晚晚等[11]研究表明,添加谷朊粉可增加面条的硬度与咀嚼性,对内聚性无显著影响。

食盐添加量对芯层面片的质构特性有显著性影响。随着食盐添加量的增加,面片硬度和咀嚼性降低。食盐对其黏弹性的影响可能是因为食盐改变了面团中淀粉的热学性质和面筋蛋白中的非共价键作用,进而提高芯层面片的黏弹性[12]。

水添加量对芯层面片的硬度、内聚性、咀嚼性、回复性均有显著性影响。随着加水量的增加,芯层面片的硬度、咀嚼性、回复性呈现先升高后降低的趋势。当加水量为45%时,芯层面片具有较好的质构特性。加水量过低,面筋中的蛋白质不能充分接触到水分,从而不能吸水膨胀,面筋的形成程度低,弹性较差。而加水量过高会导致形成的面团过于黏软,不易压制成面片,硬度降低,弹性也会变差[13]。木薯淀粉添加量对面片质构特性具有一定影响, 添加木薯淀粉后面片的弹性、回复性和内聚性增大。

2.1.2 芯层面片拉伸特性

各原料添加量对芯层面片拉伸特性的影响见表3,面片的最大应力和最大延伸距离反映了面片的韧性与延展性[5]。由表3可知,紫薯全粉添加量对芯层面片的韧性和延展性有显著性影响。和对照组比较,添加了紫薯全粉的芯层面片最大拉断力显著增加但最大延伸距离显著降低,表明添加紫薯全粉后芯层面片的韧性增强而延展性变差。随着紫薯全粉添加量的增加,芯层面片韧性逐渐增大,延展性提高。

添加谷朊粉的芯层面片的韧性显著高于未添加的,这可能是因为谷朊粉的添加使得芯层面片的面筋网络结构更加致密[14]。栗丽萍等[15]认为在面条中加入谷朊粉可增强面筋筋力, 提高面条的韧性。

食盐添加量对芯层面片的拉伸特性有显著性影响,在食盐添加量为1%时,芯层面片的应力和延伸距离最大。食盐增强了面团中面筋蛋白分子之间的非共价键作用,当食盐添加量过高时,面筋蛋白之间具有强烈的非共价键作用,该作用反而会抑制面筋网络结构的形成,造成芯层面片的拉伸力和拉伸距离下降[16]。

随着加水量的增大,芯层面片破裂时的最大应力显著降低,最大延伸距离没有显著变化。加水量39%时混合粉不能充分吸水,面筋蛋白不能充分水合,此时芯层面片粗糙且硬度较大,瞬间破裂应力较大;随着加水量的增加,混合粉吸水均匀,面筋蛋白充分水合,面团形成良好,芯层面片延展性逐渐增强[13];但当加水量超过48%时,芯层面片韧性降低,抗拉伸能力减弱。木薯淀粉的添加显著增强了面片的韧性,但由于淀粉的加入稀释了面片中的面筋,导致面片的延展性变差。

2.2 芯层面片制备工艺优化

在单因素结果的基础上,采用正交试验设计结合综合加权评分法[17]。由于单纯的芯层面片极易糊汤,故此处固定内外层面片厚度比0.83,外层面片加水量35%,每道压延次数4次,考察不同芯层面片制作工艺下紫薯面条的蒸煮损失,以综合评分为评价指标分析芯层面片制备工艺,综合评分中芯层面片的硬度、弹性、破裂形变和面条的蒸煮损失4个指标的权重均为0.25计算,实验结果如表4所示。

由表4中极差值的大小可知,5个因素对面片综合特性的影响大小依次为D>B>A>E>C,即谷朊粉添加量>加水量>全粉添加比>淀粉添加量>加盐量,较优的方案为A1B2C2D2E2。因此选用芯层面片最佳配比为紫薯全粉添加量为55%,加水量为45%,谷朊粉添加量为6%,食盐添加量为1%,淀粉添加量为13%。进行验证实验,此条件下测得面片硬度为32 972.90 g,弹性0.944,破裂形变为25.84 mm,蒸煮损失为7.26%,综合评分为79.32。

2.3 工艺条件对三层复合压延紫薯面条品质的影响

2.3.1 工艺条件对紫薯面条质构特性的影响

工艺条件对三层复合压延紫薯面条质构特性的影响见表5。由表5可知,内外层面片厚度比对紫薯面条的质构特性有显著性影响,硬度、弹性、内聚性、咀嚼性都随着内外层厚度比的增大呈现出先升高后降低的趋势,当内外层厚度比为1时,紫薯面条具有最佳的质构特性。

芯层淀粉添加量对紫薯面条质构特性有一定的影响,淀粉的添加稀释了面筋结构,导致紫薯面条的硬度降低。当芯层淀粉添加量超过16%时,紫薯面条的硬度增加,这可能与面条中添加的谷朊粉有关,刘紫鹏等[18]的研究表明,同时添加木薯淀粉和谷朊粉可以提高面条的煮后硬度。王金荣[19]的研究表明,糊化程度大的淀粉可以提高空心面的弹性。本研究中所用的木薯淀粉易发生糊化[20],可以显著提高紫薯面条的弹性。芯层淀粉添加使得紫薯面条的内聚性有所升高,但差异不显著。

2.3.2 工艺条件对紫薯面条剪切特性和拉伸特性的影响

由表6可知,内外层面片厚度比过大时,外层面片较薄,压延过程中易破损,导致紫薯面条品质变差,厚度比为1时,面条品质较好。外层面片加水量影响紫薯面条的表观状态和拉伸特性,加水量过低时,紫薯面条组织结构较差,表面易干裂,抗拉伸性较差;而加水量过高,面团黏性较大,制成的紫薯面条易黏连。压延次数过少,三层面片之间未充分结合,面带品质较差;过度压延会对面筋结构造成部分破坏,导致紫薯面条抗拉伸能力减弱。

紫薯面条的拉伸断裂力越大,表明紫薯面条的筋力越强,抗拉伸性能越好。拉断距离代表紫薯面条的延展性,拉伸断裂距离越大表明紫薯面条的延伸性越好[21]。添加木薯淀粉后,紫薯面条的拉伸断裂力和断裂距离均发生不同程度的改变。添加木薯淀粉后,面条的抗拉伸强度增加,可能是由于淀粉的增溶和浸出,浸出的直链淀粉和支链淀粉的分子结合增加,氢键增加,导致网络更强[22]。

2.3.3 工艺条件对紫薯面条蒸煮特性的影响

由图1-a可看出,外层面片加水量对紫薯面条的蒸煮损失及断条率有显著影响。外层面片加水量较低时,面条的断条率高,可能是由于面筋无法充分吸水形成良好的网络结构[23],外层面片较干,制得的紫薯面条表面有裂纹,感官品质差,且煮制后易断条。随着加水量的升高,紫薯面条的断条率逐渐降低,加水量为34%以上时,面条断条率为0。但加水量过高,紫薯面条表面湿软,易发生黏连,因此,外层面片加水量为35%时较为适宜。由图1-b可知,紫薯面条的内外层面片的厚度比过大时,外层面片较薄,压延过程中会发生外层面片破损的情况,导致紫薯面条在煮制过程中易断条,蒸煮损失增大。当内外层厚度比为0.83、1、1.25时,紫薯面条的断条率为0。综合来看,面片的内外厚度比为1时较为适宜,断条率为0,蒸煮损失最小。由图1-c可知,每道压延次数为1次时,面条的断条率较高,可能是此时多层面片之间尚未能较好结合,煮制过程中易出现分层、糊汤和断条的情况。每道压延次数为2次和3次时,面条的断条率为0。压延次数大于3次时,断条率增大,可能是过度压延对紫薯面条的面筋结构造成部分破坏,易发生断条。压延次数增加导致蒸煮损失增大,这可能是由于过多的压延操作破坏了面筋网络结构,使网络结构对淀粉的束缚能力减弱,淀粉易在煮制的过程中脱离,致使压延次数过多时面条蒸煮损失较大[24]。图1-d可看出,芯层面片淀粉的添加降低了面条的断条率,可能是由于面条表面淀粉颗粒糊化后产生黏性并且与面条中的面筋蛋白结合,促使形成更加紧密的凝胶网络结构[20]。

2.4 三层复合压延紫薯面条工艺优化

2.4.1 响应面试验结果

在单因素结果的基础上,采用Box-Behnken试验设计结合综合加权评分法[17],以紫薯面条综合评分为响应值,权重按照感官评分0.6,拉伸距离0.2,蒸煮损失0.2分配,实验结果如表7所示。

由表8可知,模型的P值小于0.000 1,说明模型极显著,失拟项不显著,R2为0.948 2,说明模型拟合良好,能较好地反映响应值与各因素之间的关系,得到的最佳工艺条件是可信的[25]。各因素对规范化综合得分的影响为压延次数>外层加水量>内外层厚度比>芯层淀粉添加量。

2.4.2 交互分析

响应面可反应各因素与响应值之间的关系以及各因素间的交互作用,响应面坡度越陡,等高线越密集且呈椭圆形表明2个因素的交互作用越明显。由图2可知,各因素之间交互作用不显著。

2.4.3 验证实验

通过二次非线性回归方程,预测出三层复合压延紫薯面条最佳配方为:外层加水量35.16%,内外厚度比1.013%,压延次数2.85,芯层面片淀粉添加量13.17%,此模型下紫薯面条规范化综合得分为82.24。考虑实际生产,调整配方为:外层加水量35.2%,内外厚度比1,每道压延次数3,芯层淀粉添加量13.2%。在此工艺条件下,测得紫薯面条的感官评分为74.5,拉伸距离为47.8 mm,蒸煮损失为7.28%,最终综合评分为84.52。芯层面片最优工艺下制得的紫薯面条的感官评分为72.8,拉伸距离为41.55 mm,蒸煮损失为7.26%,综合评分为70.48。二者蒸煮损失无显著差异,但响应曲面优化后的紫薯面条的感官评分和拉伸距离显著优于正交优化芯层面片工艺制得的紫薯面条。

3 结论

本实验研究了三层复合压延紫薯面条的加工工艺,通过正交试验进行了芯层紫薯面片的工艺优化,得到芯层面片最优制作工艺为:紫薯全粉添加量55%,加水量45%,谷朊粉添加量6%,盐添加量1%,淀粉添加量13%。在此基础上,以感官评分,拉伸距离和蒸煮损失为指标,通过响应面试验优化紫薯面条的加工工艺,研究各个因素对紫薯面条品质特性的影响,最终得出三层复合压延紫薯面条的最优工艺为:外层加水量35.2%,内外层面片厚度比为1,每道压延次数3次,芯层淀粉添加量13.2%,此条件下加工出来的面条品质特性最佳。该工艺生产出来的紫薯面条不易断条、口感爽滑,提高了面条的加工特性及食用品质。

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FAN Huiping1,2,3, CHEN Yumeng1, SUO Biao1,2,3, LI Zhen1,2,3, DU Zhaowei1, AI Zhilu1,2,3*

1(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)2(National R&D Center For Frozen Rice &Wheat Produces Processing Technology, Zhengzhou 450002, China)3(Key Laboratory of Staple Grain Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Zhengzhou 450002, China)

ABSTRACT To enhance the processing performance of purple potato noodles, improve their tensile characteristics, and reduce nutritional loss during cooking, the three-layer composite calendering process was adopted to wrap the purple potato dough sheets with wheat flour dough sheets to prepare purple potato noodles and improve the quality of noodles.Firstly, the effects of five factors including purple sweet potato powder addition amount, water addition amount, gluten addition amount, salt addition amount, and starch addition amount on the processing characteristics of the core layer purple potato dough sheets were investigated through single factor experiments and orthogonal experimental design.It was concluded that the optimal ratio of core layer purple sweet potato dough sheets was 55% of purple sweet potato powder, 45% of water, 6% of gluten, 1% of salt, and 13% of starch content. On this basis, a response surface test was conducted to investigate the impact of four variables:the quantity of water added to the outer dough sheets, the amount of starch added to the core layer dough sheets, the thickness ratio between inner and outer layers, and the number of calendering times per track.The objective was to assess their influence on both processing performance and eating quality of purple potato noodles.Consequently, an optimal process for three-layer composite calendering purple potato noodles was determined as follows:35.2% water content on the outer dough sheets, 13.2% starch content in the core layer dough sheets, a thickness ratio of 1 between inner and outer layers, and three calendering passes per track.According to the optimal ratio of raw materials and processing technology, the purple sweet potato noodles exhibit a lavender color with a smooth texture and excellent chewiness. It could provide a certain theoretical reference for industrial production of the product.

Key words three-layer composite calendaring;purple sweet potato noodles;texture characteristics;tensile characteristics;response surface optimization

第一作者：博士,教授(艾志录教授为通信作者,E-mail:zhilafood@sina.com)

基金项目：国家重点研发计划项目(2021YFD2100200,2021YFD2100201)

收稿日期：2023-10-29,改回日期:2023-12-15

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.037791

引用格式：范会平,陈雨蒙,索标,等.三层复合压延工艺对紫薯面条品质特性的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(21):249-258.FAN Huiping, CHEN Yumeng, SUO Biao, et al.The impact of the three-layer composite calendering process on the quality characteristics of purple sweet potato noodles[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(21):249-258.