,*

(1.河北工程大学,河北邯郸 056038; 2.功能主食创制与慢病营养干预北京市重点实验室,北京 100015; 3.中国食品发酵工业研究院有限公司,北京 100015)

马铃薯富含蛋白质、维生素、碳水化合物及微量元素等多种物质,其维生素和矿物质等营养成分在粮食作物中最为全面[1],具有预防动脉粥状硬化,保持呼吸道、消化道的滑润和改善人脑记忆力等多种保健功效[2]。2015年,农业部启动马铃薯主食化战略,意味着马铃薯成为继水稻、小麦、玉米之后的第四大主粮,可加工成多种多样的主食制品如面包、馒头、面条等,实现马铃薯由副食消费向主食消费转变[3-4]。但是目前,仅有10%左右马铃薯用于加工,食用方式仍以鲜食为主,并且加工产品种类较少,马铃薯高产优势的发挥受到极大的制约。马铃薯鲜薯由于含水量高、储运成本高等缺点,在薯类主食加工制作过程中,其添加量会受到产品品类的限制。而马铃薯干燥制粉后,能够保留大部分营养物质,且使用方便、贮藏稳定,还能提供特殊的口感和香气[5-7],能够用于面包糕点、固体餐包、工程米等多种食品中,应用范围更加广泛[8]。马铃薯全粉的制备过程主要包括清洗、去皮、切片、漂洗、预煮、冷却、蒸煮、捣泥等生产工艺,再经脱水干燥制得[9]。其中干燥方式主要有:气流干燥、烘箱干燥、滚筒干燥、对撞流干燥等。马铃薯全粉在整体风味方面优于鲜薯,主要是由于加热干燥处理的过程中,马铃薯中营养成分会发生脂质降解、美拉德反应、糖降解等反应,能够释放较多的风味物质[10]。目前对于马铃薯全粉的研究,主要围绕不同干燥工艺对于其自身品质的影响,如对淀粉含量、微观结构、褐变指数、营养成分的变化等[11-12],而对其加工特性及深加工产品品质的影响方面的研究内容较少。

面包是以小麦粉为主要原料的一种经发酵后加工的焙烤食品,因其可作为主食且食用方便、易于消化而备受消费者青睐[13]。近年来随着马铃薯主食化战略的推动,马铃薯产品的开发引起众多研究者的关注,马铃薯中含有传统主食中缺少的赖氨酸和色氨酸,所以马铃薯和小麦粉复配有利于提高营养价值[14-17]。陈中爱等[18]比较马铃薯粉等不同粗粮粉面包的质构特性和色泽变化,结果表明添加12%的粗粮粉可以改善面包的质地口感以及色泽;但是将马铃薯全粉替代部分小麦粉用于薯粉面包的制备,会稀释小麦面筋蛋白,弱化其面筋网络,降低混合面制品的加工品质,因此马铃薯粉添加量过高会导致面团质量的下降[19-21]。赵晶等[22]通过研究马铃薯全粉面包工艺,结果表明面包品质在马铃薯全粉添加量为15%时最佳,随着马铃薯全粉含量增加,面包的硬度和回复性上升,制得的面包表皮色泽发暗、柔软度不佳、气孔变大且不均匀、纹理结构差,容易烤焦并且伴有苦味。所以制备较高占比的薯粉面包,提高面包营养价值,需要在工艺及配方改良方面做深入研究。而想打造开发形式新颖、口感宜人的马铃薯新产品,需改善现有产品的风味口感,制作更加符合中国消费者喜好的马铃薯主食产品,真正实现马铃薯主食化,进而达到改善国民膳食结构、增强国民体质的目的。

马铃薯全粉的干燥处理方式决定其品质特性,进而影响加工制品品质及其应用范围。本研究对马铃薯全粉理化性质和加工特性进行系统考察,采用漂烫后干燥、蒸后干燥以及冷冻干燥3种方式制备马铃薯全粉,测定其糊化特性,并利用电子鼻测定马铃薯全粉的风味特征。同时在前期薯粉面包品质改良的研究基础上,以马铃薯全粉替代20%小麦粉制备薯粉面包,测定不同干燥方式的马铃薯全粉对面包混合粉粉质特性的影响,测定成品薯粉面包的色泽、比容、质构等品质特性,从多个方面科学考量产品品质,筛选适合用于薯粉面包加工的马铃薯干燥处理方式,为其他马铃薯主食产品的开发提供借鉴意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦高筋粉、鸡蛋、酵母、黄油、马铃薯 均为市售;云薯 麦芽糖醇山东福田药业有限公司;谷朊粉 山东新瑞集团有限公司;复配改良剂 安琪酵母股份有限公司。

DHG-9145A型电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;LGJ-18 型真空冷冻干燥机 北京松源华兴生物技术有限公司;JFZS350型粉质仪 菏泽衡良仪器有限公司;PC202C型电子天平 奥豪斯仪器(上海)有限公司;RVA-TecMaster 型快速黏度分析仪 波通瑞华科学仪器(北京)有限公司;FOX 4000 型电子鼻 法国 Alpha M.O.S公司;DCK202型搅拌机 广东顺德地一日用电器科技有限公司;SEC-P型发酵箱 江苏三麦机械有限公司;SEC-1Y-S 型电烤箱 江苏三麦机械有限公司;CTA-XTPLUS 型质构仪 英国 Stable Micro Systems;MB23 型水分测定仪 奥豪斯仪器(上海)有限公司;SE-6000 型分光色差计 日本电色公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯全粉的制备

1.2.1.1 漂烫后干燥法 马铃薯用清水漂洗后,去皮切片,于沸水中烫漂60 s,冷却后于电热鼓风干燥箱中60 ℃干燥12 h,粉碎后过100目筛,得到漂烫粉,密封放于阴凉处备用。

1.2.1.2 蒸后干燥法 马铃薯用清水漂洗后,去皮切片,于沸水锅上蒸熟(20 min),冷却后于电热鼓风干燥箱中60 ℃干燥12 h,粉碎后过100目筛,得到蒸干粉,密封放于阴凉处备用。

1.2.1.3 真空冷冻干燥法 马铃薯用清水漂洗后,去皮切片,于-80 ℃冷冻12 h,取出后置于真空冷冻机中干燥直至样品温度显示达到室温,粉碎后过100目筛,得到冻干粉,密封放于阴凉处备用。

1.2.2 糊化特性测定 利用快速黏度仪测定3种马铃薯全粉的糊化特性。首先测定样品水分,利用样品权重计算器对水分进行修正,准确称取样品量和水量。搅拌均匀后将测试铝锅放入仪器中央加热装置上方,并将塑料搅拌桨固定,选择测试程序,输入样品信息,开始测试。测试程序[23]:0～10 s在960 r/min条件下从室温加热至50 ℃,然后在160 r/min条件下恒温50 s,在222 s内逐渐升温至95 ℃后恒温378 s,2 min内降温至50 ℃后恒温2 min,测试终止。最终得到峰值黏度、最低黏度、衰减值、最终黏度、回生值、峰值时间、糊化温度。

1.2.3 风味测定 将3种不同干燥方式获得的马铃薯全粉分别过100目筛后,分别取2 g样品放入于20 mL顶空瓶中,采用顶空取样对气味成分进行测定,每组样品重复3次。电子鼻设备参数[24-26]:采集时间120 s,数据采集延迟1080 s,洁净空气流速150 mL/min,取样体积4 mL,注射速度1 mL/s;自动进样器参数设置为:孵化时间120 s;孵化温度60 ℃。采用Alpha Soft 9.1软件进行数据处理。

1.2.4 流变学特性测定 以3种马铃薯全粉替代20%的高筋粉配置面包混合粉,分别测定添加3种马铃薯全粉的面团粉质特性。面团粉质特性的测定参考 GB/T 14614-2006 《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定粉质仪法》,利用粉质仪进行测定,考量混合粉的吸水性以及混合粉面团的耐搅拌性。称取折合水分后300 g面包混合粉,加入适量蒸馏水在和面钵中揉和,当面团的最高稠度达(500±20) FU时,按记录仪记录的粉质曲线得到吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度。

1.2.5 面包制作 马铃薯面包基本制作配方见表1。

表1 马铃薯面包基本配方(g)Table 1 Basic recipe for potato bread(g)

操作步骤:将配方中的干料按照比例称好置于揉面钵,注意盐和酵母分开放,混合均匀。然后加入鸡蛋和水,先1档低速揉混3～5 min,使面粉吸水,部分形成面团后看状态转为2档,形成光滑面团后提速至3档,直至面团形成大概7～8成面筋,具有一定延展性。然后加入提前软化好的黄油,先1档低速使黄油和面团混合均匀,再分别提速至2档和3档各3～5 min,直至3档快速搅打至面团可形成手套膜即可。将面团放入醒发箱醒发60 min,至体积呈原来的2～3倍大(30 ℃,85% 湿度)。取出面团,分割呈每个面团50 g,整形。放入醒发箱内进行二次醒发(31 ℃,87%湿度),时间60 min,醒发至原先面团体积的2～3倍大。取出后放置于预热好的烤箱内进行烘烤,条件:上火180 ℃,下火185 ℃,15 min。烘烤结束后取出晾至室温。

1.2.6 面包品质测定

1.2.6.1 面包色泽测定 采用全自动色差仪测定3种不同马铃薯全粉替代20%高筋粉制作的面包色泽。将焙烤好的面包放至冷却,色差仪预热30 min,白板校正后,将冷却好的面包粉碎后过20目筛,然后将过筛后的面包屑置于透明样品钵测定色泽。色泽指标为L*值、a*值、b*值。L*值表示黑白(亮)度,值越大则越白;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;ΔE表示总色差,值越大,表明色差越大。

1.2.6.2 面包质构特性测定 利用质构仪,采用TPA测定模式,模拟人口腔的咀嚼运动,对3种不同马铃薯全粉替代20%高筋粉制作的面包进行测定,测其硬度、黏度、弹性、咀嚼度等指标,来客观评价产品的质构特性变化。将面包产品放置至室温后,切取3 cm厚度的中间层,放置于质构仪探头面积下的载物台上,进行测定。每个样品进行3次平行测定,计算平均值及标准差。

质构仪测定参数如下:探头为 P/36 柱状探头;运行模式为 TPA 方案;探头感应力为5 g;测前、测中和测后速率均为 5 mm/s;目标模式为应变70%。

1.2.6.3 面包比容测定 面包比容的测定参考 GB/T 20981-2007 《面包》中“6.5 比容”。称量面包,记录数据m(g)。取能容纳面包的容器,使小米作为填充物填满整个容器,刮去多余的小米,将容器内的小米倒出即为容器体积V1(mL)。将面包放于容器内,用小米边摇晃边填满整个容器,刮去多余的小米,记录此时的小米体积V2(mL)。面包体积按下式计算为:

P(mL/g)=(V1-V2)/m

1.2.6.4 面包感官评定 面包评分标准参考GB/T 20981-2007 《面包》中相关要求,结合薯粉面包的特点,制作评分标准(见表2)。选取10名感官评价员根据表2对3种不同马铃薯全粉替代20%高筋粉制作的面包样品进行品评,由加权评分公式计算得分[27-28]。

表2 马铃薯面包品质评价标准Table 2 Evaluation standard of quality of potato flour bread

式中,P表示总得分;ai表示指标的权重,权重为归一化处理后的数值;mi表示为各指标的权重得分;xi表示各评价指标得分;f表示评价指标的满分值。

1.3 数据处理

电子鼻采用Alpha Soft 9.1软件控制仪器并处理数据;其他试验数据采用Origin 8.0软件进行统计分析和作图,选择ANOVA检验,P<0.05为差异显著。所有样品重复测定三次,以测定数据平均值±标准偏差(X±SD)的形式表示。

2 结果与分析

2.1 马铃薯全粉的糊化特性

表3为3种马铃薯全粉的糊化特征黏度值。峰值黏度是淀粉在一段时间变化后达到的最大的黏度;崩解值是峰值黏度和谷值黏度的差值,崩解值越小说明其热稳定性、抗剪切力和耐搅拌力越强[29];回生现象不利于淀粉基质食品的品质[30],回生值越高,越容易老化[29];糊化温度低有利于降低加工能耗和时间[31]。

表3 3种马铃薯全粉的黏度特征值Table 3 Viscosity characteristic values of three potato powders

表4 添加不同马铃薯全粉对面团粉质特性的影响Table 4 Effects of addition of different potato powders on the flour properites of dough

表6 添加不同马铃薯全粉对面包比容和感官的影响Table 6 Effects of addition of different potato powderson bread specific volume and sensory perception

从表3看出,蒸干粉峰值黏度和谷值黏度均最低,其次为漂烫粉、冻干粉,三者之间均差异显著(P<0.05),这可能是因为蒸干粉和漂烫粉在制作过程中分别经过不同程度的热处理,部分淀粉中已发生糊化与老化,而已经糊化后发生老化的淀粉在高温条件下不可能发生二次糊化[32-33],所以蒸干粉和漂烫粉的峰值黏度和谷值黏度均低于冻干粉。蒸干粉的崩解值最低(684.3 mPa·s),其次是漂烫粉(745.1 mPa·s)、冻干粉(1515.2 mPa·s),三者之间差异显著(P<0.05),回生值反映面包老化的程度,回生值越大,老化越快。蒸干粉的回生值最低(284.6 mPa·s),其次是漂烫粉(337.3 mPa·s),冻干粉最高(1037.7 mPa·s),三者之间差异显著(P<0.05),回生值越大,淀粉易老化变硬,故蒸干粉不易老化变硬,而冻干粉最易老化。冻干粉的糊化温度显著性高于蒸干粉和漂烫粉(P<0.05),表明冻干粉难糊化,易老化,因为低温干燥能较大程度上减少热敏性营养物质流失,淀粉晶体没被破坏,使其糊化温度提高[34],蒸干粉和漂烫粉的糊化温度低,不易老化。因此,蒸干粉的崩解值、回生值和糊化温度均最低,表明其最不容易老化,使用蒸干粉制作面包可在贮藏期间维持有弹性的状态[35]。马梦萍等[36]在马铃薯全粉和小麦粉基本特性对比研究中证明马铃薯熟全粉的持水性与胶凝性均优于生全粉。

2.2 不同马铃薯全粉风味

电子鼻由十八根金属氧化物传感器(MOS)按一定的阵列组合而成,可利用气体传感器阵列的响应图来识别气味,两个主成分总贡献率(主成分1+主成分2)达到70%～85%即可区分样品信息[37]。对3种马铃薯全粉进行主成分分析(PCA),并以高筋粉和马铃薯雪花粉为对照物,结果如图1,总贡献率达99.8%,足以代表样品的特征信息。不同样品间的差异可以通过PCA图上的距离表示[38],距离相近则味道相似。由图1可知,3种薯粉分布区别明显,表明干燥方式对马铃薯气味影响较大。作为对照的雪花粉和高筋粉均无特殊风味或味道较淡,冻干粉距离对照较近,味道相似,故冻干马铃薯粉风味较淡;漂烫粉距离对照物较远,蒸干粉距离对照物最远,可见蒸干粉风味最浓,其次为漂烫粉、冻干粉。可能是因为蒸干粉和漂烫粉经过不同程度的热处理,香气化合物更加丰富[39-40]。故此形成3种马铃薯全粉间风味方面的明显差异。

图1 马铃薯全粉和参照物的PCA图Fig.1 PCA plots of potato powder and reference

图2为电子鼻的18根传感器对样品产生的响应值,从里到外随着响应值逐渐增长,风味更加突出。从图2可以看出,电子鼻对3种马铃薯粉有明显响应,并且每一个传感器对马铃薯粉的响应各不相同,样品之间的差异主要表现T、P型传感器上,T、P型传感器主要对有机化合物、氧化能力强的气体以及芳香族化合物敏感。由图可知,3种马铃薯全粉的响应值大小为:蒸干粉>漂烫粉>冻干粉,即蒸干粉风味最浓。

图2 马铃薯全粉和参照物的传感器响应值Fig.2 The sensor response values ofpotato powder and reference

2.3 添加不同马铃薯全粉对面团粉质特性的影响

添加不同马铃薯全粉对面团粉质特性的影响见表4。稳定时间代表面团耐揉混的程度,稳定时间越长,其韧性越强,意味着其对剪切力有较强的抵抗力,可反映面筋强度[41]。弱化度反应面团耐破坏的程度,弱化度越小,加工性越好,不易流变[42-43]。

从表4看出,3种混合粉的吸水率是漂烫混合粉(58.8%)和蒸干混合粉(56.77%)显著性高于冻干粉的吸水率(46.13%)(P<0.05),这是因为糊化后的马铃薯熟粉中的淀粉相对于生粉中的淀粉更容易与水分子结合,从而增强吸水性[44]。添加漂烫粉、蒸干粉的面包混合粉的稳定时间分别为18.50、16.30 min,显著高于冻干混合粉的稳定时间7.77 min(P<0.05),故添加漂烫粉、蒸干粉的混合粉面团耐揉混,韧性较强,加工性好。蒸干混合粉的弱化度最低(65.00 FU),其次为漂烫混合粉(73.33 FU)、冻干混合粉(74.00 FU),三者之间差异显著(P<0.05),故蒸干混合粉的面筋筋力强,耐受机械搅拌破坏的能力大,面团不容易流变,面包成品不易塌陷[45]。因此蒸干混合粉、漂烫混合粉的稳定时间长、弱化度低,其混合粉的面筋筋力强,面团耐揉混,加工性良好。

2.4 薯粉面包品质比较

2.4.1 添加不同马铃薯全粉对薯粉面包芯色泽的影响 用全自动色差仪测定面包的色泽,L*值表示黑白(亮)度,值越大则越白;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;ΔE表示总色差,值越大,表明色差越大。

由图3可知,漂烫粉面包芯的L*值最大,亮度更高,其次是蒸干粉、冻干粉面包芯,三者之间差异显著(P<0.05)。蒸干粉与漂烫粉面包芯的a*值均显著性高于冻干粉面包芯(P<0.05);3种薯粉面包芯的b*值无显著性差异(P>0.05)。冻干粉面包芯L*值最小a*值最大,即颜色较深,可能是因为冻干粉能最大限度的保存马铃薯全粉中的各种生理活性营养成分[34],所以复水后颜色会产生轻微褐变。ΔE是总色差,3种薯粉面包芯的ΔE值没有显著性差异(P>0.05),可能是因为马铃薯全粉在烘焙百分比中占比20%,比例太小,差别被稀释,故无显著性影响。

图3 添加不同马铃薯全粉对面包芯色泽的影响Fig.3 Effects of adding different potato powders on the color of bread core

2.4.2 添加不同马铃薯全粉对薯粉面包质构的影响 由表5可知,冻干粉面包的硬度显著高于漂烫粉、蒸干粉面包(P<0.05),口感较差,而后两者之间无显著性差异(P>0.05),硬度小,口感好。蒸干粉和漂烫粉面包的粘附性绝对值显著低于冻干粉(P<0.05),不粘牙,适口性好,这是因为干燥过程中一定程度的热处理能提高马铃薯粉的细胞完成率和复水性,降低黏度[39],从而形成较好的网状结构。蒸干粉面包的弹性最高,水分含量最高,原因可能是蒸后干燥制得薯粉中淀粉含量高且颗粒大,结合水的能力较高,导致面团的吸水率增加,进而使面包的弹性增大、含水量高,松软适口。漂烫粉、蒸干粉面包的咀嚼性显著性高于冻干粉面包(P<0.05)。因此,蒸干粉面包的硬度小、弹性大、松软适口,品质好。

表5 添加不同马铃薯全粉对面包质构的影响Table 5 Effects of addition of different potato powders on bread texture

2.4.3 添加不同马铃薯全粉对薯粉面包比容、感官评分的影响 蒸干粉面包感官评分最高,其次为漂烫粉面包、冻干粉面包,蒸干粉面包和漂烫粉面包显著性高于冻干粉面包(P<0.05)。蒸干粉面包比容最高,其次为漂烫粉面包、冻干粉面包,三者彼此之间差异显著(P<0.05)。冻干薯粉面包内部结构紧密,比容较小,表明冻干粉虽然能保留较多的生理活性和营养成分,但其并不适合做需要形成网状结构的面包。

3 结论

马铃薯的干燥方式可对马铃薯全粉的糊化特性、气味、混合粉面团的粉质特性以及面包质构特性产生影响。利用黏度仪测定不同马铃薯全粉的糊化特性,其中蒸干粉峰值黏度、最低黏度、衰减值、回生值及糊化温度均最低,表明其最不容易老化,使用蒸干粉制作面包可在贮藏期间维持有弹性的状态;电子鼻可区分3种马铃薯全粉,其中蒸干粉响应值最大,风味最浓;蒸干混合粉面团的稳定时间最长,弱化度最低,表明其面筋筋力强,加工性好;干燥方式对面包芯色泽的影响仅L*和a*值有显著差别,漂烫粉面包芯的L*值最大,亮度更高,其次是蒸干粉、冻干粉面包芯,蒸干粉面包芯的a*值最小,表明其复水后褐变最轻;蒸干粉面包的弹性最高,感官评分最高(77分),比容最大(2.65),故蒸干粉综合质量更高,更加适宜薯类面包产品的制备。面包作为一款深受消费者青睐的主食类产品,其血糖生成指数(GI)却较高,不适宜糖尿病等慢病人群的食用。随着国民经济水平的提高,人们对健康更加关注,在保证薯类面包食用品质的基础上,也更加注重功能性的体现。针对糖尿病人群、肥胖人群等开发低GI的薯类面包成为新的研究方向。