蒸汽爆破甘薯渣粉對小麥粉粉質及餅干品質特性的影響

梁新紅，馮龍斐，王田林，孫俊良*，冉軍艦，劉本國，莫海珍

（河南科技學院食品學院，河南 新鄉 453003）

甘薯渣是新鮮甘薯提取淀粉后的副產品，我國每年大約有1 000萬 t的甘薯渣產生，甘薯渣中含有極為豐富的膳食纖維資源[1]。膳食纖維中可溶性膳食纖維含量是評價膳食纖維生理功能的一個重要指標，其可以促進腸道內益生菌的生長，對糖尿病、肥胖病、冠心病、動脈硬化、高血脂等具有有益的功效[2-4]。近年來，由于人們的飲食結構發生了很大變化，膳食纖維的攝入量日趨減少，隨著消費者健康意識的增強，富含可溶性膳食纖維的功能性食品的需求量正不斷增加[5]。

蒸汽爆破技術是Mason于1928年首次提出，隨后被應用于生物質的轉化，其工作原理是將原料置于高溫、高壓環境中，原料被過熱液體潤脹，蒸汽充滿孔隙，當瞬間解除高壓時（0.008 75 s以內），原料孔隙中的過熱液體迅速汽化，體積瞬間膨脹導致細胞“爆破”[6]。蒸汽壓的瞬間釋放可以破壞纖維束之間的相互連接，從分子水平上破壞纖維大分子結晶結構，進而降解部分半纖維素、木質素，促進果膠、可溶性半纖維素等可溶性膳食纖維溶出，并使纖維素、不溶性半纖維素等難溶大分子聚合物的糖苷鍵斷裂，發生改性，從而轉化為可溶性膳食纖維[7-8]。本課題組前期研究表明，應用蒸汽爆破技術處理后的甘薯渣的可溶性膳食纖維含量增加了3.49 倍[9]。

小麥粉是主食原料之一，被用來生產各種面制品及休閑食品，因此開發富含膳食纖維的功能性面制食品越來越受到人們的關注。錢海峰等[10]介紹了添加膳食纖維對面制品的粉質、拉伸等流變特性的影響及其作用機理；Aravind等[11]把不同量的菊粉添加到意大利面中，研究了其感官品質的變化；Sabanis等[12]經研究得出按一定比例添加玉米和燕麥膳食纖維到無谷蛋白面包中，面包體積顯著增大、面包心柔軟度提升，產品風味得到改善。隨著研究的深入，更多具有功能性的初級產品經過處理加入到面包、餅干、蛋糕等日常焙烤產品或其他面制品中以增加其營養價值，如小米粉[13]、無花果粉[14]、玉米漿和玉米秸稈芯[15-16]、燕麥[17]和葡萄籽[18]；因此，將蒸汽爆破后高可溶性膳食纖維甘薯渣粉以一定比例與小麥粉混合生產餅干，對甘薯渣副產物利用及提高餅干營養價值具有重要的意義。

餅干烘焙過程中，混合粉的粉質特性將對產品品質產生較大的影響，本研究將蒸汽爆破后的甘薯渣粉（sweet potato residue treated by steam explosion，SE-SPR）以一定的比例分別添加到高筋小麥面粉（high-gluten flour，HGF）和低筋小麥粉（low-gluten flour，LGF）中，研究其混合粉的粉質特性、糊化特性，以及添加蒸汽爆破甘薯渣粉對餅干的質構和感官品質的影響，為應用蒸汽爆破甘薯渣粉開發食品新產品提供理論及實踐依據。

1 材料與方法

1.1 材料

商薯19甘薯渣粉 鄭州市福源生物科技有限公司；HGF、LGF 五得利面粉集團有限公司；細白砂糖、黃油、雞蛋、奶粉等均購于新鄉當地超市。

1.2 儀器與設備

QBS-80型蒸汽爆破工藝實驗臺 河南鶴壁正道重型機械廠；RVA-Super3快速黏度分析儀 澳大利亞Newport Scientific儀器公司；Farinograph-E電子粉質儀德國Brabender公司；TA.XT Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司；CRTF42W烤箱 佛山市偉仕達電器實業有限公司。

1.3 方法

1.3.1 蒸汽爆破甘薯渣粉的制備

蒸汽爆破甘薯渣粉的制備參照文獻[9]。稱取300 g粒徑為59.1 目的甘薯渣放入蒸汽爆破實驗臺的汽爆缸中，擰上活塞，設置蒸汽爆破壓強0.35 MPa，高溫高壓的氣體從進氣閥進入到氣缸中，維壓時間121.27 s，進氣閥門關閉，瞬間解壓（0.008 75 s），完成物料的爆破，收集爆破后的甘薯渣，并在-20 ℃保存，備用。

1.3.2 配粉

分別將HGF、LGF和蒸汽爆破甘薯渣粉按比例混合，其中甘薯渣粉替代質量分數分別為0、2%、4%、6%、8%、10%，制備成混合粉后，用聚乙烯自封袋封裝，于4 ℃冰箱保存備用。

1.3.3 混合粉餅干的制作

餅干的制作配方為：黃油30 g/100 g、蛋清5 g/100 g、細白砂糖17 g/100 g、奶粉8 g/100 g、LGF+蒸汽爆破甘薯渣粉（質量分數0～10%）40 g/100 g。油用打蛋機打發，加入蛋清、奶粉和細白糖繼續攪拌2 min，加入混合粉用和面機混合，直到面團成型，用搟面杖把面團搟平，用模具將壓好的面片沖印成型，放入烤箱，180 ℃保持20 min至餅干呈金黃色，四周顏色偏深即可。

1.3.4 餅干的感官評定

選擇男、女各10 名感官評定人員，對產品的形態、色澤、滋味與口感、組織4 個方面進行評定，滿分100 分，評定方法及評分標準依據文獻[19-20]，具體評定標準見表1。

表1 餅干感官評定標準Table1 Criteria for sensory evaluation of cookies

1.3.5 分析測定方法

1.3.5.1 甘薯渣主要成分測定

水分質量分數測定：GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》；脂肪質量分數測定：GB 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；蛋白質質量分數測定：GB 5009.5—2010《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》；灰分質量分數測定：GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》；膳食纖維質量分數測定：GB 22224—2008《食品中膳食纖維的測定 酶重量法和酶重量法-液相色譜法》。

1.3.5.2 混合粉的沉淀指數測定

按照GB/T 15685—2011《糧油檢驗 小麥沉淀指數測定 SDS法》測定。

1.3.5.3 混合粉的糊化特性測定

按照GB/T 14490—2008《糧油檢驗 谷物及淀粉糊化特性測定 粘度儀法》測定。

1.3.5.4 混合粉的粉質特性測定

按照GB/T 14614—2006《小麥粉 面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法》測定。

1.3.5.5 餅干的質構性質測定

餅干的質構性質的測定參照文獻[21]。采用質構儀對混合粉制成的餅干進行質構特性測定分析，包括硬度、咀嚼性、回復性、彈性、內聚性。測定條件：探頭采用P50，測定開始速率：2 mm/s；測定時速率：1 mm/s；測定結束速率：1 mm/s；2 次壓縮間停留的時間為10 s；壓縮百分比50%。每塊餅干測試3 個點取平均值，每個樣品重復3 次。

1.4 數據處理與分析

用SPSS 12.0統計軟件進行方差分析，用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗，以P＜0.05為顯著性檢驗標準。

2 結果與分析

2.1 蒸汽爆破前后甘薯渣主要成分分析

依據1.3.5.1節方法，對蒸汽爆破前后甘薯渣主要成分進行測定，結果見表2。

表2 甘薯渣的主要成分Table2 Major components of sweet potato residue

由表2可知，與未處理甘薯渣相比，蒸汽爆破技術處理后的甘薯渣的脂肪、蛋白、灰分和總膳食纖維質量分數未發生顯著性變化（P＞0.05），不溶性膳食纖維質量分數由（36.26±0.65）%降至（20.23±0.87）%，可溶性膳食纖維質量分數由（6.47±0.61）%增加到了（22.79±0.35）%，提高了2.52 倍。Wang Tianlin等[9]研究表明，與未處理甘薯渣相比，蒸汽爆破后甘薯渣纖維孔隙增大、結構疏松，其可溶性膳食纖維的持水力、持油力和吸水膨脹力分別提高了40.64%、89.40%和37.79%。因此，將蒸汽爆破甘薯渣粉與小麥粉混合，研究混合粉粉質及餅干品質特性將是有益的嘗試。

2.2 添加蒸汽爆破甘薯渣粉對小麥粉沉淀指數的影響

圖1 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉質量分數對小麥面粉沉淀指數的影響Fig.1 Effect of SE-SPR addition on sedimentation index of wheat flour

沉淀指數是反映小麥蛋白質及面筋品質和數量的綜合性指標，其決定了面粉的烘烤品質[14]。由圖1可知，蒸汽爆破甘薯渣粉的質量分數在0～6%時，HGF混合粉和LGF混合粉的沉淀指數分別由（43.5±1.9）mL和（30.1±1.3）mL緩慢下降至（38.8±1.2）mL和（26.7±1.3）mL，當質量分數高于6%時，混合粉的沉淀指數顯著下降（P＜0.05）。這表明蒸汽爆破甘薯渣粉加入小麥粉中稀釋了面筋蛋白的數量，蒸汽爆破甘薯渣粉因可溶性膳食纖維含量較高且結構疏松，沉淀指數下降不明顯，當質量分數達到8%時，混合粉中剩余的面筋蛋白不足以維持面團的穩定性，所以混合粉的沉淀指數降低[22]。

2.3 添加蒸汽爆破甘薯渣粉對小麥粉糊化特性的影響

表3 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉質量分數對小麥粉糊化特性的影響Table3 Effect of SE-SPR addition on starch gelatinization properties of wheat flour

面粉的糊化特性是反映淀粉品質的重要指標，LGF混合粉和HGF混合粉的糊化指標如表3所示。隨著蒸汽爆破甘薯渣粉的添加，兩種混合粉的峰值黏度、低谷黏度和最終黏度均降低（P＜0.05），蒸汽爆破甘薯渣粉的質量分數在0～6%黏度下降比較緩慢，當質量分數高于8%時，黏度顯著下降。淀粉經升溫后的黏附性能使得面筋相互黏合形成組織細膩的面團，而蒸汽爆破甘薯渣粉的加入，使混合粉中淀粉的質量和數量都在一定程度上縮減，導致淀粉黏度下降[23]。稀懈值可以表示物質淀粉凝膠的穩定性，其值越大，加熱過程中的穩定性越差，所以蒸汽爆破甘薯渣粉的加入可以改善制品在加工過程中凝膠的穩定性。反彈值隨著蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數的增加而下降，表明蒸汽爆破甘薯渣粉的添加使面粉制品的抗老化性能增加。這主要是因為蒸汽爆破甘薯渣粉中含有的大量可溶性膳食纖維具有很強的吸水性，限制了面粉可利用的水分，阻礙了小麥淀粉的膨脹，占體系比例大的面粉糊化不充分，導致最終黏度、反彈值等的降低[24-25]。Li Man[26]和Ktenioudaki[27]等分別研究了在面粉中添加超微綠茶粉和啤酒渣后，混合粉的峰值黏度、低谷黏度、最終黏度及反彈值的變化情況，結果表明各值均有所降低。

總之，研究結果表明添加蒸汽爆破甘薯渣粉會對面團的穩定性和抗老化能力有小幅提升，但由于淀粉的稀釋造成了糊化黏度降低，整體上會對面粉的糊化特性造成一定程度上的不利影響。

2.4 添加蒸汽爆破甘薯渣粉對小麥粉粉質特性的影響

表4 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉質量分數對小麥粉粉質特性的影響Table4 Effect of SE-SPR addition on farinographical properties of wheat flour

兩種混合粉的粉質特性如表4所示，隨著蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數的增加，混合粉的粉質特性改變較大。添加蒸汽爆破甘薯渣粉后，由于蒸汽爆破甘薯渣粉中含有大量的可溶性膳食纖維，而其分子結構中的羥基等親水基團，使混合粉制成的面團具有較強的持水力[28-29]，所以吸水率升高。LGF混合粉面團的形成時間和穩定時間在蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數為0～6%時逐漸縮短，而質量分數高于8%又略微延長，這是因為蒸汽爆破甘薯渣粉在最初加入小麥粉后，稀釋了小麥粉中的面筋蛋白，破壞了面團的連續性，結果造成了面團形成時間和穩定時間的縮短。而之后隨著蒸汽爆破甘薯渣粉比例增大，面團的吸水性增大，蒸汽爆破甘薯渣粉中的可溶性膳食纖維具有一定的凝膠特性，形成一定的網絡結構，使面團的形成時間和穩定時間又略微延長[30]。弱化度表現了面團對機械攪拌產生的剪切力的耐受程度，弱化度越大，表明面筋品質越差[31-32]，面團的弱化度隨著蒸汽爆破甘薯渣粉的增加呈現急劇上升的趨勢，而粉質質量指數卻大幅下降，這兩個指標測定結果表明，蒸汽爆破甘薯渣粉加入小麥粉后稀釋面筋蛋白，對面團的粉質特性有不利影響。

2.5 蒸汽爆破甘薯渣粉對餅干質構特性的影響

由于面包、饅頭等需要高筋粉來維持形狀和結構，而餅干等糕點只需要低筋粉就能成型，當高筋粉中加入蒸汽爆破甘薯渣粉時，對餅干的形成影響較大，現用蒸汽爆破甘薯渣粉加入到低筋小麥粉中制餅干為例，考察蒸汽爆破甘薯渣粉的加入對餅干質構特性的影響。

圖2 不同蒸汽爆破后甘薯渣粉質量分數對餅干質構特性的影響Fig.2 Effect of SE-SPR addition on texture properties of cookies

將蒸汽爆破甘薯渣粉以不同的質量分數添加到小麥粉中，焙烤出的餅干的質構特性如圖2所示。隨著蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數的增加，餅干的硬度逐漸降低，這是由于蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數的增加，膳食纖維和面筋蛋白之間形成致密的網絡結構，使得餅干對水分的截留量增加，進而降低餅干的硬度[33]。而隨著蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數的增加，餅干的內聚性、回復性和彈性則明顯提升，這可能是因為蒸汽爆破甘薯渣粉中可溶性膳食纖維本身的空隙結構與面筋蛋白之間形成的致密結構，會進一步提高餅干的內聚性、回復性和彈性[34]。當蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數從0增加到6%時，由于餅干硬度的降低，餅干表現出較好的咀嚼性，而當蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數大于8%時，由于面團中的面筋蛋白稀釋過多，面團的黏附性降低，餅干咀嚼性明顯下降。

2.6 蒸汽爆破甘薯渣粉餅干感官評定

表5 餅干的感官評分Fig.5 Sensory evaluation of cookies

表5是添加不同質量分數的蒸汽爆破甘薯渣粉對餅干感官品質的影響。結果表明，當蒸汽爆破甘薯渣粉的質量分數由0增加至6%時，餅干的形態、色澤、滋味與口感、組織等評分逐漸增加，當蒸汽爆破甘薯渣粉的質量分數為6%時，感官評定總分最高為（91.3±1.0）分，當蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數為8%～10%時，餅干的整體感官評定總分迅速下降。根據方差分析，蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數為6%時與其他質量分數組有顯著性差異（P＜0.05），因此，小麥粉中添加質量分數6%蒸汽爆破甘薯渣粉不僅提高餅干中可溶性膳食纖維質量分數，還可增強小麥粉的加工性能，提高了餅干形態、口感和組織狀態等感官品質。

3 結 論

蒸汽爆破甘薯渣粉添加到小麥粉中，混合粉沉淀指數下降，在蒸汽爆破甘薯渣粉質量分數為0～6%時沉淀指數下降較緩慢，當質量分數高于8%時，混合粉的沉淀指數下降明顯；混合粉面團的穩定性和抗老化能力提升，但糊化黏度降低；混合粉的粉質特性、持水力由于可溶性膳食纖維的增加而增加，面團的形成時間和穩定時間縮短，弱化度升高，粉質質量指數降低。混合粉餅干的質構特性發生變化，在質量分數為2%～6%時，餅干的綜合評分較未添加時下降較少，當質量分數高于8%時，餅干的綜合評分迅速下降。綜上所述，在低筋面粉中添加6%蒸汽爆破甘薯渣粉不會顯著地降低混合粉餅干的感官可接受性，且可以補充人體對可溶性膳食纖維的攝入量，從而改善機體健康。