苦荞皮粉-小麦粉面条配方优化

吴 韬,伍小宇,袁 旭,张 萍,刘玉淑,车振明,周文化,李伟丽,*

(1.西华大学食品与生物工程学院粮油工程与食品安全重点实验室,四川成都 610039; 2.四川环太生物科技有限责任公司,四川成都 610039; 3.中南林业科技大学，特医食品加工湖南省重点实验室,湖南长沙 410004)

流行病学研究表明,经常食用富含膳食纤维的全谷物膳食可以减少肥胖,降低糖尿病、心血管等多种慢性疾病的发病率。因此,食品科学家及营养学家建议人们日常饮食要摄入足够的全谷物食品,以便预防这些慢性疾病[1-3]。随着小麦等主食原料的加工精度越来越高,B族维生素、膳食纤维等营养成分在磨粉过程中损失极大。如果能开发集保健、食疗于一体的多功能绿色主食,则其具有广阔的市场发展前景。

苦荞麦(FugopyrumtuturicuL.)属蓼科双子叶药食两用作物,主要分布在我国云南、四川、贵州、陕西、山西、重庆等省市。据《本草纲目》记载:苦荞味苦,性平寒,能实肠胃,益气力,续精神,利耳目,炼五脏渣秽。现代药理学证明其具有降血糖、降血脂、增强人体免疫等作用[6-8]。面条作为中国传统主食,因其制作简单、口感独特及食用方便,深受全球消费者青睐。加工苦荞麦挂面可以把苦荞麦的保健特点和挂面的方便性有机结合起来,满足消费者对绿色健康食品的需求[4]。目前,市场上已有苦荞挂面上市,但基本是采用苦荞心粉加工,而大量的苦荞皮粉资源尚未被充分利用。另一方面,苦荞皮粉中含有丰富的膳食纤维、芦丁等功能成分。在面条加工的揉面过程中,苦荞皮粉中的纤维颗粒会破坏面筋蛋白网络结构,所以生产出来的苦荞皮粉面条韧性不足,容易混汤和烹调损失率较高[5-6]。在面条加工中,羟甲基纤维素(CMC)为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒,几乎无臭、无味,具吸湿性和热稳定性,适量添加可增强面条的韧性耐煮性能,使得其成型性好,面条表面光洁不易断裂[11]。

本研究以苦荞皮粉和小麦粉为主要原料,采用响应面试验研究CMC添加量、加水量、食盐添加量对面条烹调损失率的影响,本文利用响应面试验方法,将感官评价值和烹调损失值作为响应值,研究了不同比例的苦荞麦皮粉对苦荞麦面条蒸煮品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苦荞皮粉 四川环太生物科技有限公司;小麦粉(特制一级) 潍坊风筝小麦粉有限责任公司;食盐 市售;甲醇、乙醇、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠 成都市科龙化工试剂厂;芦丁标准品 合肥博美生物科技有限责任公司、CMC 河南中泰食品添加剂有限公司。

TW-MTZ168/14试验面条机 上海沃迪智能装备股份有限公司;TD-5M型离心机 四川蜀科仪器有限公司;万能高速粉碎机 深圳尼嘉商贸有限公司;DHG-9075A型恒温恒湿箱 上海齐欣科学仪器有限公司;UNIC7200紫外分光光度计 龙尼柯(上海)仪器有限公司;KH3200E超声波清洗器 昆山禾创超声仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 苦荞面条制作工艺 苦荞皮粉、小麦粉、食盐、CMC-Na、水,配料→和面→熟化→压面片→切条(1 cm宽)→干燥→成品。具体工艺要点如下:和面:称取500 g 小麦粉,按比例添加苦荞皮粉(80目)、食盐、CMC混合均匀,加入一定比例30 ℃温水,和面3～5 min。熟化:面团于20 ℃条件下静置60 min,以促进面筋网络的形成,提高面条口感,改善面条色泽。切条:室温20～22 ℃,相对湿度50%,试验面条机压片切条。干燥:面条样品置于30 ℃,相对湿度65%的恒温恒湿箱中10 h,自然晾干3 h。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 苦荞皮粉添加量对苦荞皮粉-小麦粉面条品质的影响 采用的苦荞添加量占混合粉的质量比添加,分别为0,2%,5%,10%,30%,再加入50%的水,1%的食盐,0.3% CMC混合均匀置于和面机中,按上述配方加工面条。

1.2.2.2 水添加量对苦荞皮粉-小麦粉面条品质的影响 在苦荞皮粉添加比例为2%,食盐添加量为1%,CMC为0.3%的混合粉中,分别加入40%,45%,50%,55%,60%的水,按上述配方加工面条。

1.2.2.3 食盐添加量对苦荞皮粉-小麦粉面条品质的影响 在苦荞皮粉添加比例为2%,水的添加量为50%,CMC为0.3%的混合粉中,分别加入1%,1.5%,2%,2.5%和3%的食盐,按上述配方加工面条。

1.2.2.4 CMC添加量对苦荞皮粉-小麦粉面条品质的影响 在苦荞皮粉添加比例为2%,水的添加量为50%,食盐添加量为1%的混合粉中,分别加入0,0.15%,0.3%,0.45%,0.5%的CMC,按上述配方加工面条。

1.2.3 响应面法优化试验 确定皮粉/小麦粉、加水量、食盐、CMC的参数范围,用响应面法将4个单因素进行不同组合设计,设计四因素三水平响应面实验,以烹调损失率作为响应值,确定苦荞皮粉面条的最优配方工艺。

表1 响应面试验因素与水平Table 1 Response surface factor table

1.2.4 面条烹调品质检测方法

1.2.4.1 煮制时间 干面条成品30根放进沸水中煮制并开始计时,煮制过程中使水始终保持微沸的状态,面条颜色开始变得透光时,取出一根面条,切断面条看黄芯有没有消失,若没有,则每隔15 s取出1根面条,重复上述步骤,直至黄芯恰好消失则为其的最佳煮制时间。重复测定3次。

1.2.4.2 熟断条率 取30根制成的干面条成品,放入面条质量45倍的水中,待水温度到达100 ℃后保持98～100 ℃的状态,下面条,开始计时,到达最佳煮制时间后,轻缓地将面条挑出,计算得到熟断条率:

式中:Ns为面条断条数。

1.2.4.3 烹调损失 取30根制成的干面条成品,放入为其质量45倍的水中,水温度到达100 ℃保持98～100 ℃的状态,下面条并开始计时,到达最佳煮制时间后,轻缓地将面条挑出,等面汤温度降至室温后,将其倒入500 mL容量瓶中,并用面汤定容。用移液管吸取50 mL面汤到已经烘干冷却的烧杯中加热,当面汤少于10 mL时,再吸取50 mL面汤加进烧杯中,再次加热,直到面汤大约为25 mL时,在105 ℃的烘箱中将其烘干于恒重,重复两次。计算得到烹调损失率。

式中:G为样品质量(g),M为100 mL面汤中干物质的重量(g);W为面条水分(%)。

1.3 数据分析

运用Excel 2013软件绘制图表,DPS7.55数据处理系统进行多重比较分析及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 苦荞皮粉添加量对面条色泽与烹调损失率的影响 烹调损失率是消费者和生产者评价面条类食品蒸煮品质的重要指标之一,它能反映挂面在煮制过程中的完整性[5-6]。损失率越低,面条越筋道,更加耐煮,并且口感嚼劲足。不同苦荞皮粉-小麦粉的比例对面条损失率的影响结果如图1所示,随着皮粉添加量增加,面条的烹调损失也显著增加。当苦荞皮粉添加量为30%时,其烹调损失为13.6%,约为对照组(添加量0)的5.8倍。烹调损失率主要受挂面在煮制过程中其表面凝胶淀粉溶解或脱落到面汤中的量的影响,取决于蛋白凝胶基质的强度和淀粉凝胶的脱落速度[9-10]。结果表明,苦荞皮粉添加量是造成面条烹调损失的一个重要因素。其可能原因在于,苦荞皮粉中含有较多的淀粉、纤维和蛋白质,这些成分能够显著降低面筋蛋白的三维网络结构强度,加速淀粉凝胶的脱落,进而造成烹调损失[10]。另外,面条损失率较高,说明面筋网络结构破坏程度高,当蛋白质含量一定时,面条的粘合性和硬度随着麦谷蛋白的含量提高而增强。麦谷蛋白中的亚基集团彼此通过氢键和疏水作用聚集成麦谷蛋白聚合物,形成弹性网络结构。如果蛋白质含量过低,面筋形成不充分,会增加断条等损失。蛋白含量过高,面团强度越大,面条煮制时间延长,则会影响面条表面光泽亮度[16]。从面条营养和煮制品质综合考量,选择5%为苦荞皮粉添加量。

图1 苦荞皮粉比例对面条烹调损失的影响Fig.1 Effects of Tartary buckwheat hide powder ratio on cooking loss of noodles注:不同字母表示具有显著差异(p<0.05),图2～图4同。

2.1.2 CMC添加量对烹调损失率的影响 为了减少烹调损失,在混合粉中添加一定比例的CMC进行品质改良,采用单因素实验设计考察CMC添加比例对烹调损失率的影响。结果见图2,随着CMC添加量从0.15%～0.45%的提高,面条烹调损失明显降低。当CMC添加量为0.3%时,烹调损失率与对照组(CMC添加量为0)相比,降低了14.6%;当CMC添加量为0.45%时,烹调损失率与0.3%的相比,无显著统计学差异。因此,CMC添加量确定为0.3%。CMC在GB2760中允许作为增稠剂使用,适量添加可增强面条的韧性耐煮性能,能够使得面条成型性好,表面光洁不易断裂。结合面条改良品质和节约成本,CMC的添加量选择0.3%。

图2 CMC对苦荞面条烹调损失率的影响Fig.2 Effect of CMC on cooking loss of noodles

2.1.3 水的添加量对烹调损失率的影响 水分是参与面筋形成、淀粉糊化等的重要溶剂,水分在面团中所占比例直接影响苦荞面条蒸煮品质[12-13]。单因素结果显示,水的添加量为40%,苦荞面条的烹调损失最大,达到9.51%,水的添加量增加到50%,烹调损失为7.2%,当水添加量继续增加到60%,烹调损失则提高到9.24%。确定水的添加量55%为宜。

图3 水的添加量对苦荞面条烹调损失率的影响Fig.3 Effect of water addition on the cooking loss of noodles

2.1.4 食盐添加量对烹调损失率的影响 食盐与水一起加入混合粉中可提高面粉吸水速度,促使水分散均匀。分布在溶液中的钠、氯离子附着在面筋蛋白质表面,有利于面筋蛋白质吸水并能起到固定水分的作用,使得面筋的弹性和延伸性增强[14]。食盐在改善面筋蛋白交联中起到盐桥作用[14-15],当食盐添加量为1%时,烹调损失为7.51%,随着食盐添加量增大,烹调损失率逐渐降低;当添加2.5%的食盐时,烹调损失降低到6.24%,继续添加食盐,烹调损失率则升高。因此,选择食盐量添加量为2.5%。

图4 食盐添加量对苦荞面条烹调损失率的影响Fig.4 Effect of salt on the cooking loss of noodles

2.2 响应面实验结果分析

为了考察苦荞皮粉比例(A)、加水量(B)、加盐量(C)及CMC添加量(D)4种不同因素对苦荞面条的烹调损失率的交互影响,对所得数据进行响应面分析,得到四个因素与苦荞面与烹调损失率之间的模拟回归方程:烹调损失率=0.036+4.333E-004A-1.250E-003B+3.125E-003C-0.010D+5.025E-003AB+0.019AC-3.325E-003AD-4.850E-003BC-0.013BD+2.375E-003CD+0.039A2+0.031B2+0.029C2+0.016D2。对该回归模型进行差异显著性检验及方差分析,其结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果Table 2 Response surface test plan and results

由表3中方差分析结果可知,在对烹调损失值进行响应面分析时,各因素的显著程度依次为D CMC添加量(p=0.0615)>C食盐添加量(p=0.5359)>B加水量(p=0.8033)>A苦荞皮粉和小麦粉的混合比含量(p=0.9311)。模型p=0.0032(p<0.05),表明回归模型达到显著水平,即各因素自身交互作用影响显著。但是误差项不显著,其决定系数R2=0.8253,说明该模型与实际情况接近,即试验误差小,能充分反映出各因素与响应值之间的关系。由于各种因素之间存在着一定的交互作用AC,A2,B2,C2,D2呈显著影响(p<0.05);而AB、BC、CD、AD、BD均呈不显著交互作用。从模型中回归方程系数显著性检验可知:二次项A2(p<0.0001),B2(p=0.0004),C2(p=0.0008)。即A2、B2、C2为极显著影响(p<0.01);D2(p=0.0360),p值小于0.05,达到显著水平。

表3 响应面试验烹调损失率方差分析Table 3 Response surface mean square deviation analysis on cooking loss

2.3 苦荞面条烹调损失率响应面图分析

如图5所示:以苦荞皮粉添加比例和加水量交互作用为例进行降维分析,固定其他因素。苦荞皮粉的添加量变化呈坡面显著变化,而加水量的变化,坡面变化较缓,说明响应值受到苦荞粉添加量影响较大,二者添加量未呈明显的椭圆状,说明二者的交互作用不明显。苦荞皮粉和CMC的交互作用表现为苦荞皮粉对响应值影响较大,CMC的添加量引起坡面变化较小,两者交互作用不显著。CMC和加水量的交互作用表现为CMC引起坡面变化较显著,加水量的影响较小,可以观察到两者的交互呈现出的形状明显的椭圆形状,说明两者的交互作用显著性较高。

图5 各因素交互作用的等高线图和烹调损失响应面图Fig.5 Response surface and cooking loss contour plot with various factors

2.4 验证结果

在考虑降低烹调损失率的基础上,使用Design-Expert软件分析优化得到最佳模拟加工工艺为苦荞皮粉添加比例为5%、加水量为55.00%、食盐添加量为2.50%、CMC添加量为0.32%,按照实际操作,可以将CMC用量定为0.35%。在此基础上进行验证实验,测得苦荞面的烹调损失率为3.57%。在该工艺条件下,进行了3次平行实验,烹调损失率为3.73%,与理论值误差为0.15%,说明响应面法优化模型能较好的预测苦荞面的烹调损失率,所得配方条件较为可靠。

3 结论

通过响应面设计优化试验,对苦荞面的加工配方进行了优化,最大限度提高了其烹煮品质,结果表明,皮粉与小麦粉比例为5%、加水量为55%、食盐添加量为2.5%、CMC添加量为0.32%,能得到蒸煮品质较好的面条。通过试验检测得其烹调损失率为3.73%,其煮后面汤不同于纯小麦面条汤的淡白色,呈为微黄色,有苦荞特有的清香。