粒度对马铃薯泥面条品质的影响

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(1.国家粮食局科学研究院,北京 100037; 2.中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)

马铃薯主食化研究是近几年的热点,面条作为我国唯一真正实现工业化生产的主食品,可以与马铃薯结合,作为推动马铃薯主食化的载体,有很多研究结果[1-3]。目前,马铃薯面条的研究大多使用的是马铃薯全粉,不同学者研究了马铃薯全粉制备工艺参数[4]、制备工艺[5],马铃薯面条加工工艺[6]等,但全粉制作的马铃薯面条价格过高,市场竞争力不强。田晓红等[7]研究发现,将马铃薯蒸熟后再碾磨成熟泥,制作的马铃薯面条品质与全粉制作的面条品质相当,价格却比全粉低很多。

原料的粒度大小是影响面条品质的重要因素之一,影响面团的网络结构和吸水性,进而影响面条的黏性、弹性和表面光滑性。Niu等[8]在研究麸皮粒度对全麦面条的影响时发现,随着麸皮的粒度的降低,存放0、24 h鲜湿面条的L*值将增大,面条的硬度、弹性、粘结性均增大,提高了全麦粉面条的品质。Mahsa等[9]研究小麦粉麸皮粒度发现,随着麸皮粒度的降低,可溶性和不可溶性纤维含量降低,麸皮的膨胀力、水溶性、持水量均呈下降趋势,使全麦粉面条的表面光滑度增加,硬度变大。田晓红等[10]和郭婷等[11]通过研究豌豆粉不同粒度发现:粒度较小的豌豆面条具有较高的硬度和断裂距离,豌豆面条的白度越低,感官评分越高。Protonotariou等[12]在研究小麦粉粒度时发现,粒度小的小麦粉有较高的吸水性和膨胀速度,可溶性物质增高。

本研究通过调整磨浆速度和时间得到不同粒度大小的马铃薯泥,探讨粒度大小对马铃薯泥面条品质的影响,为马铃薯泥面条的加工提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

河北坝上小白花马铃薯 河北坝上塞北合作社;古船富强小麦粉 北京美廉美超市;石油醚、浓硫酸、氢氧化钠、95%乙醇等 均为国产分析纯。

8010eg组织捣碎机 美国WARING公司;Mastersizer2000 E型激光粒度仪 英国马尔文公司;JHMZ 200试验和面机、JMTD-168/140试验面条机、JXFD 7醒发箱 北京东孚久恒仪器技术有限公司;AB304-S电子分析天平 瑞士梅特勒托利多公司;DGG-9000型电热恒温鼓风干燥箱 上海森信试验仪器有限公司;TA.XT2i Plus质构仪 英国 Stable Micro System公司;E-1010离子溅射仪 日本Hitachi公司;S-300N型扫描电镜 日本Hitachi公司;LGJ-10D冷冻干燥机 北京四环科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯泥制作 马铃薯块茎→挑拣→清洗→去皮→切片→蒸熟→捣碎→马铃薯泥。

选择完整新鲜的马铃薯进行清洗,除去表面的泥土,去掉外皮,切成1 cm厚的马铃薯片放置在蒸锅中,使用1500 W的电磁炉蒸30 min至完全熟,取150 g用组织捣碎机捣碎,捣碎的强度分别为:慢速60 s、慢速90 s、慢速120 s、混合速度120s(慢速40 s,然后快速40 s,再慢速40 s),通过刀头旋转速度和时间差异,得到四个不同粒度的马铃薯泥,分别用样品A、样品B、样品C、样品D表示。使用其制作的面条分别称为面条A、面条B、面条C、面条D。所用的四个强度均能使马铃薯泥完全粉碎。

1.2.2 粒度大小测定 将适量的马铃薯泥放入激光粒度仪容器内,测定粉体的粒度大小和分布。特征粒度有体积加权平均粒径D[4,3]、表面积加权平均粒径D[3,2]、平均粒径(中位径)d(0.5)(表示样品中小于和大于该粒径的颗粒各占50%,边界粒径d(0.1)和d(0.9)。

1.2.3 微观结构观察 将1.2.1得到的马铃薯泥放到干净的培养皿上,放入冰箱中冷冻1 h,取出后进行冷冻干燥,干燥后放入自封袋中备用。为便于观察马铃薯泥内部结构,用镊子将马铃薯泥表面形成的膜撕去,固定在载物台上,使用离子溅射仪喷金90s,大约喷上10 nm厚的金,在扫描电镜下用15 kV的加速电压进行观察。

1.2.4 面条制作 称取200 g的小麦粉,然后根据水分含量,将小麦粉与马铃薯泥按照马铃薯的干物质占混合粉干物质的8%、混合面团的水分含量在32%进行配粉。配粉后将混合粉立刻放到和面机中进行搅拌 2 min,使其成松散的颗粒团状,装入密闭容器中,放入温度为30 ℃,湿度85%的恒温培养箱醒发 45 min。然后压延,调节面条机的辊间距为 2.6 mm,压延后面片对折,再进行压延,共压延五次,然后在2.2、1.8、1.4、1.0、0.6 mm,各压延 1次,最后压成 0.9～1.0 mm 厚的面带,用切刀切成 2 mm 宽的面条。放入温度为30 ℃,湿度85%的恒温培养箱中,干燥至面条水分含量为12%左右,切成20 cm长度的面条,装入保鲜袋备用,即为干面条。

将小麦粉与一定量的去离子水混合,使得混合面团的水分含量在32%,然后再按照上述方法进行制作,即得小麦粉面条,记为小麦面条。

1.2.5 色度测定 将20根面条平铺在白纸上,使用手持色度计进行色度测量,重复六次。色泽指标为L*、a*和b*。L*值表示黑-白(亮)度,值越大则越白(亮);a*值表示绿-红色,值越大则越红;b*值表示蓝-黄色,值越大则越黄。因此,以L*值越大,则面粉、面条的颜色越好。a*值和b*值约大,面条颜色越差。

1.2.6 面条最佳烹调时间的确定 参照参考文献[13],略作改动。用可调式电磁炉加热盛有500 mL沸水的锅,保持水的微沸状态。随机抽取面条40根,放入沸水中,用秒表开始计时。从2 min开始取样,然后每隔10 s取样一次,每次取一根,用两块盖玻片压扁,观察面条内部白硬心线,白硬心线消失时所记录的时间即为烹调时间。

1.2.7 煮熟增重率测定 参照参考文献[14],取干面条40根,称重m1,放入500 mL沸水中,同时开始计时,保持水处于98～100 ℃微沸状态下煮制。当面条在最佳烹调时间(370 s)时捞出,放入事先恒重过的不锈钢小盘中,控干水分,称重m2。煮熟增重率按下式计算,以上结果均重复三次,取均值。

式中:Z:煮熟增重率,以质量分数计,%;m1:样品重量,g;m2:样品煮熟后重量,g;

1.2.8 烹调损失率测定 将1.2.5中称重后的样品,按照参考文献[15]方法放入130 ℃烘箱内烘3 h以上至恒重,称重为m3,按下式计算烹调损失率,以上结果均重复三次,取均值。

式中:P:烹调损失率,以质量分数计,%;m1:样品重量;m3:烘干后重量;w:样品水分含量,以质量分数计,%。

1.2.9 质构仪测试 用质构仪测定干面条的折断的断裂距离与断裂强度、马铃薯面条煮后的硬度和黏度,测试的参数设定参照文献[16]。

1.2.9.1 断裂距离与断裂强度测定 采用A-SFR探头进行测试。将1.2.4中得到的干面条截取至20 cm长,共12根,将一根20 cm长度的干面条垂直放在两个探头之间,上面的探头按照固定的速度不断向下移动,直到干面条折断,干面条受挤压折断的瞬间所受到的力即为断裂强度,干面条断裂时探头移动的距离即为断裂距离。断裂强度越大,表明干面条在包装、运输过程中所能承受的力越大,越不容易产生断条;断裂距离越大,干面条的弹性越好。测定条件:测前速度为0.5 mm/s;测中速度为2.5 mm/s;测后速度为10.0 mm/s;触发类型为自动;触发力为5.0 g。去掉两个最大值和两个最小值,取其他的平均值。

1.2.9.2 硬度测定 采用A/LKB-F探头进行测试。取25根20 cm长的干面条放入电磁炉上的沸水锅中,煮至最佳蒸煮时间,将面条捞出,以流动的自来水冲洗10.0 s,然后迅速放入到冰水中浸泡20 s,控干水分后,放置到洁净的烧杯中,烧杯放在冰水浴中保持低温。从中取出10根面条在测试台上并排放好,按下列设置进行测定。测前速度:1.00 mm/s;测试速度:0. 17 mm/s;测后速度:10.0 mm/s;目标模式:压力;形变程度:75%;触发类型:自动;触发力:5.0 g。移动载物台重复测定六次,重新取10根面条,重新测试,共两次,取十二次测定结果的平均值。

1.2.9.3 黏度测定 采用HDP/PFS探头进行测试。样品准备同1.2.9.2硬度测试一样。测前速度:1.0 mm/s;测中速度:0.5 mm/s;测后速度:10 mm/s;应力:1000.0 g;返回距离:10.0 mm,接触时间:2.0 s;触发类型:自动;触发力:5 g;重复五次,取五次测定结果的平均值。

1.3 数据处理

用WPS软件整理数据和绘图。使用SPSS 21软件对数据进行方差和相关性分析,方差分析选取Duncan检验,在p<0.05检验水平上对数据进行统计学分析,数值以均值±标准差表示。

2 结果与讨论

2.1 马铃薯泥粒度分布和颗粒大小

马铃薯泥的粒度分布图见图1。从图1中可以看出,马铃薯泥的粒度呈双峰趋势,有大颗粒和小颗粒,小颗粒峰值在20 μm附近,大颗粒峰值在200 μm附近,大颗粒所占的比例大于小颗粒所占比例。Narpinder等[17]研究马铃薯淀粉时发现,马铃薯淀粉具有15～20 μm的小颗粒和20～45 μm的大颗粒,而图1中的颗粒粒度均比Narpinder等的研究结果大,是因为本研究中测定的是糊化后的淀粉颗粒,糊化后的淀粉粒因吸水溶胀,粒度大于干淀粉粒。四个熟泥样品的双峰位置基本相同,所占比例有所差异,这是因为,在碾磨之前,马铃薯薯块中的淀粉和蛋白颗粒吸水膨胀,在碾磨时体系中的水会软化和分散颗粒,导致较窄的粒度分布和较小的淀粉损失[18]。从图1中可以看出，样品A的大颗粒所占的比例最大,其次是样品B、样品D、样品C,也就是说随着碾磨时间的延长,大颗粒的淀粉被粉碎成一定的小颗粒[19]。

图1 马铃薯泥粒度分布Fig.1 Particle size distribution of cooked mashed potato

表1为马铃薯泥的粒度,从表1中可以看出,随着碾磨时间的延长或磨浆速度的增加,马铃薯泥的颗粒体积D[4,3]、表面积D[3,2]、d(0.1)、d(0.5)、d(0.9)呈减小趋势,也就是说,磨浆强度越大,粒度越小。其中对颗粒体积D[4,3]和中位径d(0.5)影响趋势是相同的,样品A、样品C、样品D的颗粒体积D[4,3]和中位径d(0.5)具有显著性差异(p<0.05),样品B和样品C的颗粒体积D[4,3]和中位径d(0.5)不具有显著性影响(p>0.05)。四种样品中,马铃薯泥的中位径d(0.5)分别为151.9、128.6、130.5、123.4 μm,采用混合120 s碾磨得到的样品粒度比较小,与样品C的颗粒表面积没有显著性差异(p>0.05),而与样品A和样品B有显著性差异(p<0.05)。样品A样品粒度最大,除表面积D[3,2]与样品B无显著性差异外(p>0.05),与其他样品均有显著性差异(p<0.05)。

表1 马铃薯泥粒度Table 1 The size of cooked mashed potato

2.2 粒度对马铃薯泥微观结构的影响

图2为放大250倍的马铃薯泥微观结构扫描电镜图。从图2中可以看出,样品A具有片状结构,片与片镶嵌在一起,片状结构较厚(图2A黑框和箭头所指);当磨浆时间增加到慢速90 s,样品B片状结构逐渐变大,壁的厚度逐渐变薄,片状结构上有很多小的鳞片状结构(图2B中黑框中所示);当磨浆时间增加到慢速120 s时,样品C片状结构开始变小,鳞片结构变少;当混合120 s,样品D马铃薯泥片状结构进一步变小。样品B和样品C结构接近,均在大的片状结构上有一些鳞片状结构,该结果与粒度大小结果相同。样品A、B、C、D上均未见明显可视的淀粉颗粒,说明淀粉颗粒均已糊化。天然淀粉在一定含水量和一定温度下加热会产生糊化现象,在马铃薯块茎中,水分含量在80%左右,在加热熟制过程中,使得马铃薯淀粉糊化,糊化后淀粉颗粒膨胀、直链淀粉分子从淀粉颗粒中脱离出来,黏度增加。

图2 马铃薯泥的扫描电镜图(250×)Fig.2 Scanning electron microscopy of cooked mashed potato(250×)注:A、B、C、D分别是样品A、样品B、样品C、样品D。

2.3 粒度对马铃薯面条外观色泽的影响

使用样品A、样品B、样品C、样品D制作的面条分别称为面条A、面条B、面条C、面条D。从表2中可以看出,马铃薯泥面条的色泽与小麦粉面条色泽有显著性差异(p<0.05),面条A的L*、a*、b*值与面条B、C、D的对应L*、a*、b*值具有显著性差异(p<0.05),而面条B、C、D的L*值之间没有显著性差异(p>0.05)。面条B、C、D的L*值小于面条A的L*值,a*值、b*值大于面条A的a*和b*，具有显著性差异(p<0.05,面条A和C的a*除外)。这可能是因为,随着碾磨时间的延长,损伤淀粉含量升高,酚类底物及酚类衍生物更易被多酚氧化酶(PPO)氧化,而导致褐变,使得马铃薯面条的外观颜色变暗,L*值降低,a*值和b*值升高。多酚氧化酶普通存在于高等植物中含铜离子的金属化合物中,它是一类铜结合酶,能催化单酚使其氧化为多酚,并且能够催化多酚使其氧化成为醌,而醌能与胺基、硫基或聚合物反应生成黑色或者褐色的物质,使眼色变暗。张丹[20]在研究小麦制品的色泽与多酚氧化酶之间的关系时发现,多酚氧化酶活性对面粉及面皮的L*值呈现显著的负相关性,多酚氧化酶活性高,面制品的L*值降低。马铃薯泥面条B、C、D的L*值之间没有显著性差异(p>0.05)。可能的原因是PPO活性受温度影响较大,经过高温处理,PPO失去活性[21],使得面条保持原马铃薯淀粉颜色,颜色较白。因此在制作马铃薯泥过程中,经过加热处理后多酚氧化酶活性降低,对L*值的影响减少。

表2 马铃薯泥面条色泽Table 2 Color of potato noodles

2.4 粒度对马铃薯面条煮熟增重率和烹调损失率的影响

不同粒度的马铃薯最佳蒸煮时间均为370 s,没有显著性差异(p>0.05)。图3反映的是粒度对马铃薯面条的蒸煮品质的影响,从图3中可以看出,随着粒度的降低,煮熟增重率和烹调损失率均呈上升趋势。烹调损失率从9.38%增加至10.16%,面条C和面条D的烹调损失率分别为10.11%和10.16%,与面条A和面条B具有显著性差异(p<0.05)。这是因为面条C和面条D中的马铃薯淀粉粒度比较小,小颗粒的马铃薯淀粉在煮面过程中易从面条中溶出到面汤里,造成烹调损失率变大。这与Chen等[22]的研究结果相同,小粒度的淀粉颗粒比大粒径的淀粉颗粒更适合制作面条。马铃薯面条的烹调损失率高于小麦粉面条,与小麦粉面条具有显著性差异(p<0.05)。这是因为添加马铃薯泥,降低了面团中的面筋含量,使得淀粉在煮面当中更容易溶出,烹调损失率增加。煮熟增重率从面条A的157.78%增加至面条D的171.85%,面条A、面条B、面条C之间没有显著性差异(p>0.05),面条D与其他面条具有显著性差异(p<0.05)。

图3 不同粒度的马铃薯面条蒸煮品质Fig.3 Cooking quality of potato noodles with different particle size注:不同小写字母代表数据之间存在显著性差异(p<0.05)；图4～图6同。

2.5 粒度对马铃薯面条质构特性的影响

2.5.1 粒度对干面条的折断性质影响 从图4可以看出,马铃薯面条的断裂距离显著高于小麦粉面条(p<0.05),说明使用马铃薯泥进行和面,可以显著增强干面条的韧性。这是因为马铃薯淀粉糊化后具有很高的黏性,保水性能优异,添加一定量的马铃薯淀粉可以增强干面条的韧性[23-24]。不同粒度的马铃薯面条断裂距离没有显著性差异(p>0.05)。马铃薯淀粉具有糊化温度低、成糊黏度高的特点,通常在面制食品中作为增稠剂使用。马铃薯泥作为糊化了的淀粉糊,能形成类似于面筋结构的致密的网络支架,起到增强面筋结构的作用,使得淀粉颗粒更好的包埋在面筋网络结构当中,有效地增加了干面条的韧性[25]。因此,断裂距离比较长,韧性好,在运输过程中不容易折断。

图4 粒度对马铃薯干面条折断性质的影响Fig.4 Effect of grinding strength on the breaking property of potato dry noodles

不同粒度面条的断裂强度与小麦粉面条没有显著性差异(p>0.05),面条A和面条C的断裂强度具有显著性差异(p<0.05),其他面条之间不具有显著性差异(p>0.05)。断裂强度随马铃薯泥粒度的降低先升高再降低,面条C达到最大断裂强度,高于小麦粉干面条的断裂强度,但粒度对断裂强度影响不大,与Chen等[26]的研究结果相同。

2.5.2 粒度对煮后面条的剪切硬度影响 从图5中可以看出,马铃薯面条的剪切硬度小于小麦粉面条,差异显著(p<0.05)。面条C的剪切硬度大于其他粒度的马铃薯面条,差异显著(p<0.05)。说明添加马铃薯泥后,降低了面条的硬度。在淀粉和蛋白质系统中,面筋蛋白和淀粉分别充当骨架和填充物的作用,水合蛋白和淀粉的粘合作用提供包埋填充物的网络骨架能力。当添加8%的无面筋的马铃薯粉之后的面条,导致面筋蛋白含量有所降低,面条的硬度也相应地有所降低[27-28]。样品C的剪切硬度比较大,其面条品质比较好[29]。

图5 不同粒度的马铃薯煮后面条剪切硬度Fig.5 Shear hardness of potato dry noodles of different particle size

2.5.3 粒度对马铃薯面条黏度的影响 煮后面条的黏度是淀粉特性测量的主要方式[30],从图6中可以看出,随着马铃薯泥粒度的降低,马铃薯面条煮后黏度降低,马铃薯面条的黏度小于小麦粉面条的黏度,黏度比较小的面条C和面条D与小麦粉面条具有显著性差异(p<0.05),黏度较大的面条A和较小的面条D有显著性差异(p<0.05),其他不同粒度面条之间没有显著性差异(p>0.05)。黏度低,口感爽滑的面条产品比较受消费者的喜爱,因此,粒度低的马铃薯面条更容易被消费者所接受。

图6 不同磨浆强度的马铃薯面条煮后Fig.6 Stickiness of potato dry noodles of different grinding strength

3 结论

马铃薯泥颗粒具有显著的双峰颗粒分布,小颗粒峰值在20 μm附近,大颗粒峰值在200 μm附近;随着粒度的降低,马铃薯面条的L*值降低,a*值和b*值升高,与小麦粉面条具有显著性差异(p<0.05);马铃薯面条的断裂距离显著高于小麦粉面条(p<0.05),不同粒度的马铃薯面条断裂距离没有显著性差异(p>0.05);马铃薯面条的剪切硬度小于小麦粉面条,差异显著(p<0.05)。添加马铃薯泥后,面条的黏度降低,且随着粒度的减小而减小;总体来说,粒度中位径d(0.5)在130 μm的马铃薯面条品质最优。