不同來源淀粉模擬面團特性的研究

盧丹妮 - 張 暉

(江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122)

當今時代人們生活水平不斷提高，健康意識也不斷增強，小麥粉饅頭已不能滿足人們對營養的需求，將雜糧引入或替代一部分小麥粉已然成為市場發展趨勢[1]，應運而生出口味獨特，風味不一的雜糧饅頭例如馬鈴薯饅頭、玉米饅頭等。雜糧饅頭更注重營養強化，且多以天然原料為主，雜糧為輔。雜糧有一定的保健作用，加上特別的風味口感，使得雜糧饅頭很受消費者青睞。

以往國內外研究主要集中在糧食和主食上，近來對雜糧的開發利用和相關研究也日益豐富。中國學者的研究主要是針對饅頭的制作工藝及優化，評價方法的建立，品質改良等方面的研究，但對雜糧與小麥混合制成雜糧饅頭、雜糧在普通小麥粉中所起作用等研究較少，而且一般研究中僅僅是一些單一的雜糧，研究內容也僅限于饅頭品質改善及面團特性的分析[2]。

由于添加的雜糧原料不同，淀粉來源各異，淀粉的構成及性質，包括直鏈淀粉、支鏈淀粉的含量、糊化、黏度特性都可能對面團品質產生影響。而目前淀粉對面團特性或饅頭品質的影響研究偏單一，沒有系統地將不同來源的淀粉在面團中的作用進行比較。

本試驗將淀粉與谷朊粉混合模擬面團來研究不同來源的淀粉對普通面團特性，以及對饅頭品質的影響，并進一步分析不同來源淀粉對面團產生影響差異的原因，為面團品質的改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新良中筋面粉：新鄉市新良糧油加工有限責任公司；

谷朊粉：北京瑞邁嘉禾貿易有限公司；

禾煜馬鈴薯淀粉、木薯淀粉：上海裕田農業科技有限公司；

古松紅薯淀粉：北京古松經貿有限公司；

舒克曼玉米淀粉：珠海市金迪潮食品有限公司；

友加豌豆淀粉：四川友嘉食品有限公司；

網尚綠豆淀粉：衡水福橋淀粉有限公司；

高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

經預試驗確定模擬面團中淀粉與谷朊粉的質量比為89∶11較適宜，將混合粉在和面機中混勻按加水量與混合粉1∶2的質量比添加水分，和成面團。

1.2 儀器與設備

快速黏度分析儀：RVA 4500型，澳大利亞波通公司；

和面機：KM510型，美國Kenwood公司；

粉質儀：Farinograph-E型，德國Brabender公司；

拉伸儀：Extensograph-E型，德國Brabender公司；

旋轉流變儀：AR-G2型，美國TA公司；

掃描儀：LIDE 25型，佳能(中國)有限公司；

質構儀：T-XT2i型，英國SMS公司；

掃描電子顯微鏡：SU1510型，日本HITACHI公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 組分測定

(1) 水分：采用快速水分測定儀測定。

(2) 蛋白質：按GB/T 5009.5—2010(凱氏定氮法)執行。

(3) 脂肪：按GB/T 5009.6—2003(索式抽提法)執行。

(4) 總淀粉：1%鹽酸旋光法[3]。

(5) 直鏈和支鏈淀粉含量：雙波長比色法[4]。

1.3.2 糊化特性的測定 參照GB/T 14490—2008利用RVA測定樣品糊化特性。具體程序為：50 ℃下恒溫1 min，4 min內勻速升溫至95 ℃，保持2.5 min，4 min內勻速冷卻至50 ℃，并在該溫度下保持2 min，轉速為160 r/min。

1.3.3 凝膠質構特性的測定 使用快速黏度測定儀(RVA)對樣品進行糊化，之后4 ℃儲存24 h使其形成凝膠，再進行質構指標(T-XT2i型)的測定，測試程序為TPA32，探頭型號為P25，測前、測中和測后速率分別為1.00，0.80，0.80 mm/s，壓縮比50%，兩次壓縮間隔3.00 s，起點感應力5 g。重復測定3次，取平均值。

1.3.4 面團流變特性的測定 參照Inglett等[5]的方法，利用流變儀進行測定(Oscillation sweep tests)。取5 g左右面團樣品置于平臺上，靜置5 min后開始測試。測試條件為：20 mm平板，間隙2 mm，測試溫度25 ℃，應力0.5%，頻率掃描范圍0.1～40.0 Hz。

1.3.5 低場核磁測定混合面團水分分布 取和好的面團5 g左右，用生料帶包裹好，利用低場核磁測定樣品的橫向弛豫時間(T2)。采用CPMG脈沖序列，具體參數：采樣點數(TD)185 606，回波個數(NECH)4 000，重復采樣次數(NS)4，重復采樣等待時間(TR)4 000 ms；回波時間(TE)200 μs[6]。數據輸出后利用T2_FitFrm軟件對其進行分析計算出T2值(包括T21、T22和T23值及其對應的信號幅度A1、A2和A3)，并擬合出各樣品的波譜圖。

1.3.6 模擬面團微觀結構的測定 用導電膠將少量凍干后的樣品粘在樣品臺上，表面鍍金后使用SEM進行拍照，加速電壓為3 kV。

1.3.7 饅頭的制作及品質測定

(1) 饅頭制作：按SB/T 10139—93執行。

(2) 比容：饅頭稱重后并用小米替代法測定饅頭體積，按式(1)計算饅頭的比容。

(1)

(3) 色澤：采用高精度分光測色儀測定。

(4) 質構：采用質構儀測定，程序同1.3.3。

1.3.8 饅頭芯孔隙分布 將切好的饅頭片放于掃描儀中掃描成像，截取饅頭芯中部150～130 cm2的圖像，再使用Matlab 2007b軟件處理分析得到饅頭芯孔隙的相關指標(孔隙數量、平均孔隙面積、孔隙占總面積的比例)[7]。

1.3.9 數據處理 利用Origin 8.0和SPSS 19.0對數據進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 原料的主要組成及性質

由表1可知，7種來源淀粉中脂肪含量幾乎為0，蛋白質含量較低，豆類淀粉中蛋白質含量稍高分別為1.26%(豌豆)，1.19%(綠豆)，可能與淀粉提取過程中豆類淀粉與蛋白結構較為緊密相關。7種淀粉的總淀粉含量均高于95%，純度較高。直鏈淀粉含量由高到低分別為豌豆淀粉>綠豆淀粉>玉米淀粉>面粉>木薯淀粉>紅薯淀粉>馬鈴薯淀粉>小麥淀粉。研究[8]指出淀粉中直鏈淀粉的含量可以影響淀粉的糊化、膨脹特性等，同時也是影響面團品質的主要因素。還有研究[9]指出淀粉充斥在面筋網絡中，對面團的組織結構有重要影響，較高的直鏈淀粉含量對饅頭品質不利，而較高的支鏈淀粉比例則對饅頭有利。豆類淀粉直支比明顯大于普通小麥淀粉，薯類淀粉與玉米淀粉直支比略低于小麥淀粉。馬鈴薯淀粉的糊化峰值黏度明顯高于其他淀粉。

表1 原料的主要組成及性質?Table 1 The main components and properties of raw materials

? 同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

2.2 模擬面團混合粉的糊化特性

淀粉的糊化特性是評價淀粉適用性的重要指標之一，有研究[8]指出，RVA各項指標與直鏈淀粉含量顯著相關，即直鏈淀粉含量低，糊化所需溫度低，淀粉峰值黏度高。表2為模擬面團混合粉的糊化特性，可以看出，模擬面團峰值黏度均大于對照面粉，由于馬鈴薯淀粉直鏈淀粉含量較低，糊化峰值黏度高，馬鈴薯淀粉模擬體系的峰值黏度也最高，回生值最小，與之前討論的結論一致，添加馬鈴薯淀粉可以減緩面制品老化速率，延長其貨架期。小麥淀粉模擬體系各項與面粉對照較為一致，其他6種模擬體系的峰值黏度均大于面粉對照和小麥淀粉模擬面團體系。由于馬鈴薯淀粉本身的峰值黏度高，其模擬體系面團峰值黏度增加較為明顯。除小麥淀粉模擬體系外，其他6種模擬體系糊化溫度均有所下降，且馬鈴薯淀粉模擬體系最低，為67.75 ℃。還可以發現，模擬面團混合粉的糊化特性有別于普通小麥粉的糊化特性，從另一方面表明了面粉中除面筋蛋白和淀粉外的其他成分也會對混合粉的糊化特性產生影響，使面團的加工特性改變。

2.3 模擬面團混合粉的凝膠質構特性

淀粉的冷卻回生形成淀粉凝膠，完全糊化的淀粉在形成凝膠的過程中，亂序的直鏈、支鏈淀粉分子重新排序[10]，淀粉的回生過程也就是體系從高能態轉變為低能態，有序化的過程[11]。表3為模擬面團混合粉的凝膠質構特性結果，紅薯淀粉模擬體系的硬度和咀嚼性均與普通面粉接近，馬鈴薯淀粉、玉米淀粉和綠豆淀粉模擬體系的硬度和咀嚼性較為接近，豌豆淀粉模擬體系凝膠硬度和咀嚼性最大。有研究[12]表明凝膠硬度與峰值黏度顯著相關。除小麥淀粉模擬體系外，其他6種淀粉模擬體系的黏度均小于面粉對照，可能是不同來源的淀粉的性質有差異，且不同來源淀粉與面筋蛋白的相互作用也有差異。這也表明小麥粉中存在的其他成分對其凝膠質構產生較大影響，進而影響面團的品質。

2.4 模擬面團的動態流變學特性

儲能模量也稱彈性模量(G′)，反映了物質力學特性中的彈性本質，而損耗模量又稱黏性模量(G″)，反映了物質力學特性中的黏性強度[13]。圖1是利用流變儀對混合面團進行頻率掃描后得到的G′和G″值測試結果。

表2 模擬面團混合粉的糊化特性?Table 2 The pasting properties of simulation of mixed flour

? 同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

表3 模擬面團混合粉的凝膠質構特性?Table 3 The texture properties of simulation gel of mixed flour

? 同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

圖1 模擬面團的動態流變學特性(頻率掃描)Figure 1 Dynamic rheological characteristics of mixed dough (frequency sweep)

由圖1可知，面團的G′和G″值均隨頻率的增加而增大，且G′>G″，表明混合面團呈現彈性流體的性質。小麥淀粉模擬面團的彈性模量和損耗模量均與普通面團最為接近，其他6種淀粉模擬體系的彈性模量和損耗模量均大于普通面團，但不同淀粉模擬體系彈性模量和損耗模量增加量不一致，說明不同淀粉對面團結構貢獻不同，有研究[14-15]表明較高的G′和G″值與高蛋白含量有關。Addo等[16]的研究結果也表明淀粉與谷朊粉模擬面團體系的G′和G″值遠高于普通面團，可能是因為模擬面團中形成的高聚物成分少于普通面團；且小麥面粉中的其他成分如脂質以及各成分的比例、之間的相互作用等也會影響其流變特性[17]。

2.5 模擬面團的水分分布的測定

一般來說，面粉加水揉混成面團后，面團中主要存在3種狀態的水：不易流動水、結合水、自由水。利用核磁共振儀對不同模擬面團的自旋-自旋弛豫時間T2進行測定，軟件擬合后得到如圖2所示的2個峰，說明面團樣品中無自由水。T2表征了水分的流動性，T2值越小代表此種水分的流動性越弱，其中T21值最小，代表此種水的流動性最弱，一般認為是結合水[18]，結合水指的是與面團中的蛋白、淀粉等大分子物質結合較強的水[19-20]，這種結合十分緊密，流動性很差。T22被認為是間接與大分子結合直接與強結合水以氫鍵結合的弱結合水層，其結合強度比單分子層水略差。T21組分水代表與蛋白質緊密結合的水，是影響面團面筋網絡結構形成的重要組分[21]。由圖2可知，不同淀粉與谷朊粉模擬成面團，其水分分布有差異，可能是因為不同淀粉及蛋白與水的作用力不同[19]。

圖2 不同模擬面團的橫向弛豫時間T2分布Figure 2 T2 distribution of transverse relaxation time of different simulated dough

由圖3可知，紅薯淀粉、玉米淀粉以及綠豆淀粉模擬面團的T21值較為相近，且均大于普通對照面團，馬鈴薯淀粉和木薯淀粉模擬面團的T21值均低于普通對照面團，豌豆淀粉模擬面團T21值與普通面團最為接近。上述差異表明了在這幾種淀粉中，紅薯淀粉、玉米淀粉和綠豆淀粉與蛋白質的結合能力較強，馬鈴薯淀粉和木薯淀粉與蛋白質的結合能力較弱。

圖4為普通面團和模擬面團醒發1 h后的微觀結構圖。由圖4可以看出，在普通面團中，小麥粉因具有A型、B型兩種顆粒，不同程度地均勻填充于面筋網絡中，面筋網絡形成良好，排列均勻，留有氣孔，小麥淀粉模擬面團中也形成了較薄的面筋網絡結構包裹著淀粉，延展性較好，但與普通面團還是有差異，可能是添加的谷朊粉相比于自然形成的面筋蛋白結構已改變。其他模擬面團中大部分顆粒間都未形成連續的面筋網絡結構，延展性較差，面筋網絡容易斷裂。由于馬鈴薯淀粉顆粒較大，且具有較高的持水性和膨脹度，也很好地填充于面筋網絡中，而紅薯淀粉、木薯淀粉以及玉米淀粉顆粒較為接近都比較小，膨脹度小，其淀粉顆粒排列緊密，不能夠很好地填充于面筋網絡中，面團的延展性都較差；豌豆淀粉與綠豆淀粉較上面3種淀粉而言，排列較為疏松，形成的面筋網絡也比較多。模擬面團微觀結構及其面筋網絡形態有很大差異，其原因可能是普通面團中的其他成分如脂質等也對面團微觀結構有很大的貢獻，與之前的流變學特性分析結果一致，也正是因為這些差異，解釋了其他淀粉不能很好地模擬出品質良好的面團，及其最終制品饅頭品質劣變的原因。

圖3 不同模擬面團的橫向弛豫時間T21和T22Figure 3 The transverse relaxation time T21, T22 of different simulated dough

從上到下依次是小麥粉面團、小麥淀粉-谷朊粉面團、馬鈴薯淀粉-谷朊粉面團、紅薯淀粉-谷朊粉面團、木薯淀粉-谷朊粉面團、玉米淀粉-谷朊粉面團、豌豆淀粉-谷朊粉面團和綠豆淀粉-谷朊粉面團

圖4 模擬面團的微觀結構及制成饅頭的饅頭切片掃描圖

Figure 4 Micrographs (1 000×) of simulated dough and scan of bread slice

2.6 模擬面團制成的饅頭品質分析

為了進一步分析不同淀粉模擬面團制成饅頭芯孔隙結構的差異，利用Matlab 2007b軟件等對饅頭芯孔隙分布圖像進行分析，得到饅頭芯的孔隙相關指標，詳見表4，其中孔隙率為孔隙占總面積的比例。較高的饅頭品質如普通面粉對照，應具有較多的孔隙數量，較小的平均孔隙面積和較低的孔隙率。由表4可知，小麥淀粉與馬鈴薯淀粉模擬面團的饅頭孔隙數量與普通饅頭較為接近，持氣性較好，但其平均孔隙面積與孔隙率大于普通面粉。而其他淀粉模擬面團的饅頭孔隙數量比普通面粉小，平均孔隙面積和孔隙率均比普通面粉大，這與面團微觀結構中觀察的結果較為一致。由圖4(b)和表4可以看出，其中木薯淀粉模擬面團的饅頭品質最差，故木薯淀粉不能很好地模擬成面團。

由表4可知，相比普通饅頭，模擬面團制成的饅頭比容均有所下降，除小麥淀粉外，馬鈴薯淀粉模擬面團制成的饅頭在6種淀粉中，比容最大，說明其持氣性較好，而且馬鈴薯淀粉模擬面團制成的饅頭色澤也與普通饅頭較為接近，所以馬鈴薯淀粉模擬面團的饅頭品質較其他6種淀粉模擬面團的好，這一結果與劉愛華[22]得出的較高的支鏈淀粉含量使饅頭的比容下降，食用品質降低結論一致。

饅頭的全質構參數包括硬度、咀嚼性、回復性、彈性和內聚性等，可以用來判斷饅頭的可接受性。有研究[23-24]表明，饅頭的硬度和咀嚼性與直鏈淀粉含量有直接的關系，即直鏈淀粉含量越多，饅頭的硬度和咀嚼度越高；直鏈、支鏈淀粉的比值與饅頭的硬度和咀嚼度呈正相關。由表5可知，模擬體系制作出的饅頭硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性和回復性均大于普通饅頭，其中綠豆淀粉模擬體系的饅頭硬度和咀嚼性最大，玉米淀粉模擬體系饅頭彈性和黏聚性最大，馬鈴薯淀粉模擬體系饅頭的回復性最大。硬度和咀嚼性是評價面制品品質好壞的兩個重要指標，在一定范圍內，越小的硬度和咀嚼性表明制品越柔軟，適口性越好[25]。綜上，除小麥淀粉外，馬鈴薯淀粉模擬饅頭體系更接近普通饅頭，感官品質方面略不及其他模擬體系，而木薯淀粉和豆類淀粉模擬體系饅頭綜合品質較差。

3 結論

模擬面團的糊化溫度均有所下降，馬鈴薯淀粉因顆粒較大，直鏈淀粉含量低，峰值黏度高，起始糊化溫度低，形成的模擬面團也具有相同特征。薯類淀粉和豆類淀粉模擬面團糊黏度低于谷物類，且薯類淀粉的糊化溫度較低；豌豆淀粉因其較高的直鏈淀粉含量，模擬體系糊凝膠硬度和咀嚼性較大，其面團的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)也較大；馬鈴薯淀粉持水性較高，其模擬面團的T21值(結合水)小，其淀粉與水的作用強于其他淀粉。觀察模擬面團體系微觀結構可以看出，小麥淀粉因具有A型、B型兩種顆粒，不同程度地均勻填充于面筋網絡中，面筋網絡形成良好；馬鈴薯淀粉顆粒較大，且具有較高的持水性和膨脹度，很好地填充于面筋網絡中，紅薯、木薯和玉米淀粉因其顆粒較小，膨脹度小，模擬面團結構緊密，延展性較差。模擬面團制成的饅頭比容均小于普通饅頭，但硬度、彈性、咀嚼性均大于普通饅頭，其中馬鈴薯淀粉和豆類淀粉模擬體系的饅頭硬度和咀嚼性較大，與直鏈淀粉含量和顆粒大小呈不顯著正相關。綜上，除小麥淀粉外，馬鈴薯淀粉模擬面團品質較好，而木薯淀粉和豆類淀粉模擬面團和饅頭的品質都較差。

表4 饅頭片孔隙的基本特征及饅頭比容?Table 4 The basic characteristics and specific volume of bread tablets

? 同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

表5 不同來源淀粉模擬面團制成饅頭的質構特性?Table 5 Texture characteristics of steamed bread made from different starch dough

? 同列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

本試驗未對淀粉進行改性處理，來驗證直支鏈淀粉含量、淀粉顆粒大小等對面團特性的影響。未來還可以選擇直鏈淀粉含量高、淀粉顆粒大的淀粉，進行改性后添加到面團中來驗證這些因素是否能影響面團特性。

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