外源蛋白对挤压型无麸质马铃薯面条品质的影响

郑莹，朝鲁，郝素颖，李铭媛，杨晓清

内蒙古农业大学食品科学与工程学院（呼和浩特 010018）

马铃薯富含营养物质，尤其富含赖氨酸，其所含的蛋白质为全价蛋白质，包括2种限制性氨基酸和8种人体必需氨基酸[1]。马铃薯是全球第四大栽培作物，仅次于玉米、小麦和水稻，在全球范围内被广泛种植和生产[2]。马铃薯鲜薯含水量大，不适合长时间保存或者远距离运输，这大为限制了马铃薯的加工与利用。将新鲜马铃薯加工成粉，既能极大程度保留原始的风味和性质，又利于进行产品的再加工[3-4]。通过将马铃薯鲜薯经切片、蒸煮、混合、制泥、干燥和过筛等多道工艺制作成粉，可分为马铃薯雪花全粉、马铃薯颗粒全粉2种类型[5]，经过加工制作，马铃薯全粉可以很好地保持马铃薯细胞的完整性，同时绝大部分的营养物质，如氨基酸、微量元素等营养成分也得以保存。此外，全粉加工出的食品在保持马铃薯的原汁原味的同时，还具有优质的食品加工性能，在薯片、焙烤食品、膨化食品、马铃薯泥等产品中有大量应用[6-7]。马铃薯全粉中不含麸质蛋白，具备开发无麸质食品的原料优势，然而却存在面食品制作时延展性差、难以成型、产品持水力差等加工性能不足的弊端[8]。许多学者开展将麦类面粉、谷朊粉、亲水胶体和特定蛋白质等作为改良剂与马铃薯全粉相混合的方法以实现马铃薯全粉的产品性能改良的研究[9-11]，也有学者报道通过超声波、湿热处理和生物法对马铃薯全粉进行改性处理进而提升其加工性能的研究[12-13]。

双螺杆挤压工艺是通过对喂料速度与螺杆转速的控制，强制物料通过螺杆并由模具挤出成型，在此过程中，物料在强大的挤压和剪切力作用下发生结构及形态的改变，其中蛋白质会发生结构裂解与展开，淀粉中的支链淀粉快速裂解、降低结晶度并增大直链淀粉的比例，进而改变蛋白与淀粉原有的结合状态而改良加工性能。利用双螺杆挤压剪切的改性效应提升马铃薯全粉加工性能的研究尚未见报道，利用螺杆挤压的物理改性作用，以大众化的主食面条为落脚点，通过外加蛋白质的方法并结合双螺杆挤压工艺，研发无麸质马铃薯面条扩大马铃薯主食品类，提高马铃薯资源利用率，有助于马铃薯主食化战略的实践推广。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯全粉：马铃薯鲜薯（夏波蒂品种），购自呼和浩特市武川县马铃薯种植基地，由黑龙江北大荒马铃薯全粉（内蒙古）有限公司加工制粉（蛋白质含量12%、能量18%、脂肪0、碳水化合物26%、钠0）；食用木薯淀粉（食品级，河南新乡良润全谷物食品有限公司）；速溶分离乳清蛋白粉（食品级，上海嘉萌生物科技有限公司）；大米水解蛋白（食品级，武汉永国蛋白粉有限公司）；大豆分离蛋白（食品级，浙江一诺生物科技有限公司）。

1.2 仪器与设备

DSE32-实验型双螺杆挤压膨化机（济南大彤机械设备有限公司）；SCIENTZ-10N/A冷冻干燥机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；TM4000Plus扫描电镜（日本Hitachi公司）；IR Tracer 100傅里叶变换红外光谱（日本岛津公司）；TA.XT.Plus质构仪（英国Stable Micro System公司）。

1.3 方法

1.3.1 挤压型无麸质面条的制作

以100 g马铃薯全粉为基准，经前期预试验分析，在固定加入10%木薯淀粉的基础上，分别添加不同添加量（3%，6%和9%）的3种蛋白（大米水解蛋白，分离乳清蛋白和大豆分离蛋白），用蒸馏水调节样品的含水量，使用双螺杆挤压机，并以在螺杆转速20 Hz/min、喂料速度10 Hz/min的条件下制作的挤压型无麸质面条为试验组；因未经过螺杆挤压处理的样品无法形成完整的面条，故使用未添加蛋白质但经挤压的马铃薯全粉面条为空白组。将试验组和空白组面条均置于冰箱4 ℃冷藏待测。

1.3.2 试验方法

1.3.21 面条的表面微观形貌测定

参照潘志琴等[12]的方法略作修改。将面条冻干24 h，取面条自然横断面。将横断面喷金后置于导电胶带上，使用洗耳球清除未粘牢的样品。采用扫描电镜并设置加速电压15 kV，放大200×观察面条的表面微观形貌。

1.3.22 面条的傅里叶红外光谱分析

参照岳苗[13]的方法进行少量修改。取冻干后的面条样品研磨成粉，过0.150 mm（100目）筛。取2 mg过筛后的样品与200 mg溴化钾充分研磨。压片后进行样品红外光谱的测定。设置扫描范围4～4 000 cm-1、扫描次数32次、分辨率4 cm-1。

1.3.23 面条的蒸煮特性

参照Int等[14]的方法测定面条的蒸煮特性。将面条置于沸水中煮150 s，用滤网捞出并用冷水浸泡30 s，使用滤纸吸干表面水分，称重。面条吸水率根据式（1）计算。

式中：W0为煮前面条质量，g；W1为煮后面条质量，g。

取20根面条置于沸水中煮至白芯消失后捞出，置于冷水中30 s后逐根挑出，记录断条数，面条断条率根据式（2）计算。

式中：n0为面条总条数，根；n1为断条数，根。

1.3.24 面条的质构特性

参照Yang等[15]的方法对面条的全质构特性进行测定。取1.3.4中煮熟的面条，将3根面条等距排列，置于P100型探头正下方。设置测前速度2 mm/s，测中速度1 mm/s，测后速度2 mm/s，形变量50%，触发力5 g，2次下压间隔1 s。记录样品的硬度、弹性、内聚性及黏附性。

1.3.3 数据处理

所有试验均做至少3次重复。使用Origin 2021进行图表的制作。使用SPSS 26对数据进行统计及差异性分析，显著性界值为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 无麸质面条的微观结构

如图1所示，不同蛋白质的加入使得面条横截面微观形貌发生明显变化。图1（a）表明大豆分离蛋白加入后，面条截面孔洞增加，面条横截面最为粗糙，且结构不致密，这可能是蛋白加入后的不均匀性导致。大豆分离蛋白添加量从3%增至9%时，面条孔洞减少，但有裂缝产生，说明大豆分离蛋白添加过多对面条的微观结构有负面作用。张莹莹[16]研究也表明，大豆蛋白的加入会阻碍面团网络结构的形成，使面团的加工性能及面制品的品质下降。图1（b）显示，大米蛋白的加入使面条的结构致密，孔洞减少。面条截面相对光滑，随着添加量的增加，面条截面变光滑，但添加量达到9%，截面开始变粗糙。对比之下，图1（c）中的添加乳清蛋白试验组的面条表面孔洞最多，但大小更加均匀。乳清蛋白的加入同样导致裂缝的产生，对比空白组（图1 d）其截面更致密、平整。随着添加量的增加，其表面结构未见明显变化。陈舒涵等[17]研究表明，乳清浓缩蛋白的加入在一定程度上会减弱面筋的网络结构，从而导致面条品质降低。

2.2 无麸质面条的红外光谱分析

图2为不同样品的红外光谱。对比空白组，试验组的红外光谱吸收峰的位置及形状未见明显改变，无新的吸收峰出现，即螺杆挤压及外源蛋白质的加入，并未使马铃薯全粉产生新的基团。3 200～3 700 cm-1之间出现的吸收峰是O—H伸缩振动导致[18]，与空白组相比，复配粉在3 200～3 700 cm-1之间峰强度发生增大，证明蛋白质的加入及螺杆的作用，增加O—H的伸缩振动，这可能增强了复配粉各组分之间氢键的缔合作用。王相甜等[19]研究表明，淀粉通过氢键发生交联，形成网络结构进而提升其硬度及弹性等品质指标。

2.3 无麸质面条的蒸煮特性

2.3.1 面条吸水率

使用吸水率表征面条熟化过程中可吸收水的能力。蛋白质的加入不同程度提高面条的吸水率。其中，添加大米水解蛋白的面条吸水率最大，其次为乳清蛋白，大豆分离蛋白最小。螺杆挤压产生的剪切力，可以提高淀粉的破损程度，暴露出更多的亲水基团，使吸水率增加。此外，蒸煮属于热过程，淀粉在热的作用下发生部分糊化，糊化的淀粉失去其原有的晶型及结构力，整体变松散，致使吸水率增加[20]。蛋白质种类不同导致吸水率不同的主要原因在于不同蛋白的加入对面条结构产生不同影响。面条孔洞及裂缝的产生，使得部分水分被束缚，进而产生不同。此外，不同种类蛋白的吸水能力存在差异，螺杆挤压对不同蛋白的作用效果也存在差异。随着添加量的增加，3种蛋白复配粉的面条吸水率均呈现先上升后下降趋势。证明过量蛋白质的加入会降低面条的品质，这可能是由于蛋白的过量加入，导致蛋白质产生聚集，减少蛋白质亲水基团的暴露。不同种类蛋白质及添加量对复配粉面条吸水率的影响如图3所示。

图3 不同种类蛋白质及添加量对复配粉面条吸水率的影响

2.3.2 面条断条率

熟面条的断条率是面条品质评价的标准之一[21]。图4显示，添加大米水解蛋白的面条断条率最小，而乳清蛋白、大豆分离蛋白添加的情况明显逊色于大米水解蛋白。3种蛋白的加入均使面条断条率显著降低，面条品质得到提升。不同蛋白质添加量时断条率不同的主要原因可能是在蒸煮过程中，蛋白质围绕在淀粉颗粒周围，抑制其膨胀，提高其高温糊化耐受性，不同蛋白质与马铃薯全粉中淀粉的交联状态不同，因而显示出不同断条率。蛋白质添加量对面条断条率的影响并不显著，在不同蛋白质添加下，面条断条率随着添加量的增加呈现不同变化趋势。大米水解蛋白添加量6%时，断条率最低。

图4 不同种类蛋白质及添加量对复配粉面条断条率的影响

2.4 无麸质面条的质构特性

熟化后面条的质构特性见表1。不同种类及添加量蛋白质的加入使面条的硬度、弹性、内聚性、黏附性产生显著变化。硬度表示面条的软硬程度，对比空白组，蛋白质加入后的面条硬度显著降低。蛋白添加量3%时，乳清蛋白组的面条硬度达到最低，大豆分离蛋白次之；添加量6%和9%时，大豆分离蛋白组的硬度达到最低；随着添加量不断变化，大米水解蛋白组的面条硬度始终呈现最高。内聚性可以反映食品主体内部化学键的强度，内聚性越高，食品结构越紧密。对比空白组，各试验组的内聚性均得到显著提升，证明蛋白质的加入可以增强面条内部结构的紧密程度。螺杆挤压产生的剪切力破坏淀粉结构，增加淀粉的溶出。溶出的淀粉在热的作用下产生糊化，形成具有内聚性的凝胶网络。此外，巨大的剪切力破坏蛋白质的原有交联，促进新的网络结构的产生，进而增加面条的内聚性。大米水解蛋白添加量6%时，面条内聚性最佳。弹性是指恢复形变的能力，蛋白质的加入显著提升面条弹性，并在大米水解蛋白添加量6%时达到最优。黏附性可表示食物变形后的表面黏性。黏附性越大，面条越容易粘连，造成品质的下降。乳清蛋白组随着添加量的增加，黏附性持续增加，添加量9%时，黏附性达到空白组的1.4倍。大豆分离蛋白及大米水解蛋白的加入降低面条的黏附性，但在过量添加时会导致蛋白质聚集，增大面条质地的不均匀性，造成黏附性的增加，进而影响面条品质。不同种类蛋白质的加入对各指标产生不同影响的原因可能与淀粉竞争水分的能力不同[17]，导致相同蒸煮时间内淀粉糊化程度不同有关。

表1 蛋白添加对马铃薯面条TPA的影响

3 结论

通过对复配粉面条微观结构、红外光谱、蒸煮特性及质构特性的测定，探究不同种类及添加量的蛋白质对挤压型无麸质面条的影响。蛋白的加入使面条结构更加致密，但过量加入会导致面条劣化。蛋白质及螺杆挤压的共同作用未使复配粉产生新的基团。不同种类蛋白质对面条的品质产生不同程度影响，不论何种蛋白质，过量的加入均会引起品质劣化。其中，添加6%大米水解蛋白的面条在吸水率、断条率及硬度等指标均表现最优。