马铃薯淀粉对面团流变学特性及酥性饼干品质的影响

陈金凤，汪月，马云翔，蒲东艳，崔彦利，夏玉秀，张盛贵

(甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州，730070)

淀粉是面粉的重要组成物质，其含量与品质对面团及面制品的品质有着重要影响。马铃薯淀粉来源广泛、价格低廉，很多理化指标优于其他淀粉，如黏结性、糊化特性、流变特性、质构特性及透明度等，由于口味温和，添加到食品中不会产生不良风味，因此被广泛应用于食品工业领域[1]。将马铃薯淀粉添加到面制品中可以改善面团流变学特性。陆启玉等[2]研究发现马铃薯淀粉会使得中筋粉粉质质量变差，面团的最大抗延伸阻力降低，综合考虑添加量不宜超过9%。卢丹妮等[3]利用不同来源淀粉与谷朊粉模拟馒头面团时，发现马铃薯淀粉面团与小麦淀粉面团性质最接近，且在马铃薯添加量为10%时对提高馒头硬度和弹性、改善馒头的咀嚼性和回复性有利。SANDHU等[4]研究表明添加马铃薯淀粉可以改善面条质构品质。

饼干是一种以小麦粉为原料，加入油脂、糖等其他辅料经焙烤而形成的食品。酥性饼干是以小麦粉、糖、油脂为主要原料，加入膨松剂和其他辅料，经冷粉工艺调粉、辊压或不辊压、成型、烘烤制成的表面花纹多为凸花，断面结构呈多孔状组织，口感酥松或松脆的饼干。因口感酥脆被广大消费者所喜爱。在饼干中添加淀粉可以减少面团面筋蛋白含量，弱化面筋网络结构，提高饼干酥性。罗勤贵等[5]发现添加马铃薯淀粉可以使饼干硬度降低，脆性提高，品质变好。郝欣等[6]在研究香蕉抗性淀粉对酥性饼干品质影响时，发现青香蕉粉添加量为28%时饼干品质最佳。杨利玲等[7]发现玉米淀粉与低筋粉比例为75∶25时，小馒头饼干品质最佳。

前人的研究集中于马铃薯淀粉对面条、馒头面团的流变特性及质构特性、淀粉对饼干质构特性及品质的影响，但缺乏马铃薯淀粉添加量对饼干面团特性及饼干品质影响的系统研究。因此，本试验以低筋蛋糕粉为原料，通过改变马铃薯淀粉在低筋粉中的添加比例，研究混合粉吸油性、面团热机械学特性、动态流变学特性及饼干品质，确定马铃薯淀粉在生产酥性饼干时的最佳添加量，为后期马铃薯淀粉在饼干类焙烤产品中的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯淀粉，山东乐畅调味品有限公司；魔堡低筋蛋糕粉(每100 g小麦粉中蛋白质含量为9.3 g)，新乡良润全谷物食品有限公司；白砂糖、脱脂奶粉、植物黄油、大豆油、精制湖盐、泡打粉、小苏打、鸡蛋等均为市售；所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Mixolab2 混合实验仪，法国肖邦公司；DHR-1流变仪，美国TA公司；TA.XT Plus型物性测试仪，英国Stable Micro System公司；H-1850R冷冻离心机，湖南湘仪离心机仪器有限公司；SH220N石墨消解仪、K9840自动凯氏定氮仪、SOX406脂肪测定仪，海能仪器；UKOEO家宝德电烤箱，珠海家宝德科技有限公司；万能高速粉碎机，浙江红景天工贸有限公司；DHP-9080B智能型电热恒温培养箱，上海琅玕实验设备有限公司；MT-5家用压面机，龙口市复兴机械有限公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 混合粉的制备

以100 g低筋蛋糕粉为基准，分别添加质量分数0%、5%、10%、15%、20%马铃薯淀粉代替低筋蛋糕粉制备成混合粉，混合均匀备用，吸水性与吸油性测定时增设100%马铃薯淀粉组。

1.3.2 混合粉吸油性测定

准确称取0.300 g混合粉样品于10 mL离心管中，加5 mL大豆油混匀。在室温下，静置30 min后，于4×103r/min的转速下离心10 min。测量上清液的体积，扣除上清液的体积即为样品的吸油量，吸油性为每克样品吸收大豆油的毫升数。

(1)

式中：V1，游离大豆油的体积，mL。

1.3.3 面团热机械学特性测定[8]

参考GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》测定5种混合粉和100%马铃薯淀粉的水分含量。预先设定每次测试中混合粉与水的总量为75 g，水分基数设定为湿基14%，输入预估吸水率55%和水分含量，测试开始后，仪器会根据目标扭矩C1(最佳稠度1.10 N·m)自动判断加入混合粉和水的量，当试验实测C1值不在(1.10±0.05) N·m时，调整加入的混合粉和水的量直至符合目标扭矩要求。测试程序为：初始温度30 ℃保温8 min，以4 ℃/min的速度升温至90 ℃保温7 min，之后以4 ℃/min的速度降温至50 ℃保温5 min，面团的搅拌速度始终保持为80 r/min。

1.3.4 面团动态流变学特性测定

参考赵天天等[9]方法并略作修改，称取在Mixolab 2混合试验仪滚揉5 min、扭矩在(1.10±0.05) N·m的面团5 g迅速搓圆并置于TA流变仪平板上，选用40 mm直径的平板，设置间距2 mm，切除多余面团，在边缘涂抹硅油进行密封。开始测试前平衡5 min消除应力。首先通过应变扫描确定面团的线性黏弹区，测试参数为：温度25 ℃，角频率10 rad/s，应变扫描范围0.01%～10%。随后采用频率扫描确定面团的动态流变学特性，测试参数为：温度25 ℃，应力0.05%，频率扫描范围0.1～20 Hz。

1.3.5 酥性饼干的加工工艺[10-11]

基本配方：以100 g混合粉为基准，黄油30%，白砂糖15%，全蛋液10%，脱脂奶粉4%，食盐0.5%，泡打粉1.0%，小苏打0.5%。

工艺流程：

原料预处理→辅料混合→面团调制→辊压→成型→烘烤→冷却→包装

操作要点：将软化的黄油与全蛋液混合后搅拌均匀，再逐步加入混合粉、脱脂奶粉、泡打粉、小苏打、白砂糖和食盐，缓慢滚揉6～7 min，形成表面光滑的面团，将面团于22～28 ℃静置18～20 min，用压面机压成4 mm厚的面片，利用模具制成长宽均为40 mm的面坯，整个操作过程保证面坯无裂纹。最后烘烤冷却得到酥性饼干。烘烤参数为：面火温度175 ℃，底火温度165 ℃，烘烤18 min。

1.3.6 酥性饼干质构特性测定

参考吴泽河等[12]的方法并略作修改，利用TA.XT Plus 物性测试仪进行穿刺试验，选取P/2探头。测试参数为：测前速度5 mm/s，测试和测后速度均为2 mm/s，应变位移3 mm，触发力5 g。

1.3.7 酥性饼干感官评价[13]

参考表1感官评定标准，由经过专门培训的10名专业人员组成评价小组，对酥性饼干进行感官评定。

表1 感官评定标准

1.3.8 酥性饼干理化指标的测定

蛋白质含量测定，参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》；脂肪含量测定，参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》；水分含量测定，参照GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》；碱度测定，参照GB/T 20980—2007《饼干》。

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 混合粉吸油性分析

由表2可以看出，与不添加马铃薯淀粉相比，添加马铃薯淀粉后混合粉吸油性呈下降趋势。吸油能力的大小与蛋白质来源、加工条件、共存物成分、粉质颗粒大小和温度等因素有关[14]。面筋蛋白质含约30%非极性氨基酸，能够促进面筋蛋白与脂类相互作用，提高混合粉的吸油性。根据表2数据分析，吸油性与马铃薯淀粉添加量之间存在较好的线性相关性，相关系数r=-0.97(y=-1.46x+130，r2=0.949 6)这是由于马铃薯淀粉不含蛋白质，随着马铃薯淀粉含量增加，混合粉中蛋白质含量相对降低，因此混合粉吸油性降低。

2.2 面团的热机械学特性分析

Mixolab 2混合试验仪能测定面粉加水后恒温揉混及面团升温后蛋白质弱化和淀粉糊化特性。

表2 马铃薯淀粉添加量对混合粉吸油性的影响

注：同一列不同小写字母表示具有显著性差异(P<0.05)(下同)

由表3可以看出，马铃薯淀粉含水量高于低筋蛋糕粉，因此随着马铃薯淀粉添加量的增大，混合粉含水量显著增大。这是由于马铃薯淀粉分子中能够与水分子通过氢键结合的游离羟基数目相对较多，且马铃薯淀粉颗粒大，结构松散，水分子容易进入淀粉颗粒内部，其支链磷酸根与水结合能力大而牢固。与对照组相比，添加马铃薯淀粉后混合粉吸水率显著下降，这是由于随着马铃薯淀粉添加量的增大，混合粉自身含水量增大，使得吸水率下降。此外，吸水率与淀粉和蛋白质结合水的能力有关，蛋白质中含有较多的亲水基团，比淀粉的持水性更好，吸水又多又快[15-16]，而马铃薯淀粉的添加使得混合粉面筋蛋白被稀释，吸水率下降。

表3 马铃薯淀粉添加量对面团中蛋白质热机械学特性的影响

面团形成时间是指从面团开始加水到最大稠度所需要的时间，反映了面团的弹性，与面筋质量和数量呈正相关。由表3可知，添加马铃薯淀粉对面团的形成时间没有显著影响。面团的稳定时间反映的是面筋蛋白的耐搅拌程度，面团的稳定时间长，耐搅拌程度高[17]。由表3可知，随着马铃薯淀粉添加量的增大，面团稳定时间逐渐减小，当添加量为20%时，稳定时间显著低于添加量0%～5%组，这是由于马铃薯淀粉大量加入破坏了面团中面筋网络的连续性，使得网络结构稳定性降低，面团筋力及耐搅拌程度变差。结合LS/T 3206—1993《酥性饼干用小麦粉》及李蓓蓓等[18]的研究结果，优质酥性饼干专用粉的稳定时间应≤2.0 min。因此，马铃薯淀粉添加量超过10%后，预测可以加工出口感酥松的酥性饼干。

C1-C2表示蛋白网络在机械力和热作用下的弱化程度，α为30 ℃恒温结束与C2间的曲线斜率，表示蛋白质网络在热作用下的弱化速度。由表3可以看出，与不添加马铃薯淀粉组相比，添加马铃薯淀粉后混合粉蛋白质网络的弱化程度与弱化速度没有发生显著性变化。

表4表示淀粉在热作用下的性质变化。其中C3和C3-C2分别表示淀粉糊化特性及最大黏度指数。由表4可知，添加马铃薯淀粉后，面团的峰值扭矩C3与C3-C2均呈现显著增大趋势，但当添加量超过15%后差异不显著。这与张艳等[19]研究混合实验仪与快速糊化仪参数相关性时，得出C3与糊化峰值黏度呈极显著正相关的结论一致。这是由于随着马铃薯淀粉添加量增大，混合粉中淀粉体系所占比例增大，使得裸露在面筋网络体系之外的淀粉量增大，导致糊化黏度增大，表明马铃薯淀粉对面团的黏度有贡献。这与罗勤贵等[5]在研究马铃薯的淀粉添加量由5%增大至20%过程中，面团峰值黏度逐渐增大的结果也一致。β表示淀粉糊化速度，由表4可以看出，当马铃薯淀粉添加量超过5%后，随着马铃薯淀粉添加量的增大，淀粉的糊化速度显著增大，这是由于马铃薯淀粉中含有带负电的磷酸基团，能够弱化结晶区分子间的氢键作用，促进淀粉颗粒对水分子的吸收[20]，使得糊化速度增大。

C3-C4反映淀粉糊化的热胶稳定性，其值越小表示面团的糊化稳定性越好[21]。由表4可以看出，随着马铃薯淀粉添加量的增大，面团的C3-C4显著增大，其中添加量为10%～15%时面团糊化热胶稳定性没有显著差异。说明马铃薯淀粉的添加使得面团中糊化淀粉的耐热性变差。γ表示淀粉酶水解淀粉的速度，由表4可以看出，马铃薯淀粉添加量为10%时水解速率显著高于0%～5%组，超过10%后没有显著性差异。

表4 马铃薯淀粉添加量对面团中淀粉热机械学特性的影响

C5-C4表示冷却阶段糊化淀粉的回生值，通常反映糊化后无序的淀粉分子再聚集形成有序微晶的性质[22]，由表4可以看出，添加马铃薯淀粉后，淀粉老化速度增大，当添加量超过10%后，回生值显著增大，这可能会使饼干品质在贮存期大幅下降。这与赵俊晔等[23]研究得出回生值与面筋含量呈显著负相关的结论一致。

综合表3和表4，马铃薯淀粉添加量超过10%后，面团吸水率小，形成时间和稳定时间较短，符合酥性饼干焙烤品质的需求。此外，酶水解速率相对较高，回生值相对较低。

2.3 面团动态流变学特性分析

面团流变学特性可以影响面制品的焙烤品质。在流变学参数中，储能模量G′表示材料的弹性，损耗模量G″表示材料的黏性，损耗角正切值tanδ表示材料黏弹性的比例，tanδ值越小，材料越表现出固体性质，tanδ值越大，材料越表现出流体性质[24]。

由图1可知，所有面团的G′与G″值均呈现随频率增大而增大的趋势，说明面团具有较高的流动性，但G″的增大幅度高于G′的增大幅度，使得添加马铃薯淀粉后面团的tanδ值小于对照组面团。在给定频率下，添加马铃薯淀粉后面团的G′与G″值均低于对照组面团，且随着马铃薯淀粉添加量的增大，面团的G′与G″值均逐渐减小，表明面团的黏弹性均受到马铃薯淀粉的抑制。这是由于面团的弹性和黏性与面团中面筋蛋白含量相关[25]。当添加马铃薯淀粉后，面团的面筋蛋白含量减少，水合不充分，使得面团的面筋网络结构减弱[26]，可塑性增强，饼干口感酥松。从图1-C可以看出，所有面团的tanδ始终<1，表明所有面团均呈现出弹性流体性质。面团的tanδ随着频率增大呈现出增大趋势，说明在高频率下面团的稳定性较差，相对更易被破坏。此外，马铃薯淀粉的添加量与面团的tanδ值之间呈负相关关系，说明随着马铃薯淀粉添加量增大，面团结构弱化，黏性增大，流动性增强，在添加量为20%时面团的黏性比例最大，机械强度最差，这与2.2结果一致。

结合图1可知，添加马铃薯淀粉对面团的黏弹性有显著性影响，导致面团变软，延展性增大，更符合酥性饼干用粉的一般要求。

A-储能模量;B-损耗模量;C-损耗角正切

2.4 酥性饼干质构分析

硬度和脆性是评价酥性饼干品质的重要指标。由表5可知，随着马铃薯淀粉添加量的增大，饼干的硬度逐渐减小，脆性逐渐增大。在硬度最小时脆性最大，这是由于面筋是影响饼干硬度的重要指标，面筋含量越高，饼干空间结构强度越大，硬度越大。这与罗勤贵等[5]研究结论一致。有研究表明脆性食品内部有大量的空间网格结构，网格结构之间是由壁支撑形成形状，当施加外力时壁会保持产品内部结构，但外力超过壁的弹性限度后产品会破碎[27]。随着马铃薯淀粉添加量增大，面筋网络结构被弱化，壁的弹性和强度降低，使得面团韧性降低、结构疏松[28]、脆性增加。但添加量超过15%后，饼干易破碎。

表5 马铃薯淀粉添加量对酥性饼干质构特性的影响

由表5可知，对照组饼干弹性显著高于添加量15%～20%组，添加量15%组饼干弹性最小。黏聚性表示饼干内部的黏合力，咀嚼性反映饼干对牙齿咀嚼的抵抗性，咀嚼性越小，表示饼干越易被嚼碎，酥松性好[29]。由表5可知，饼干的黏聚性和咀嚼性均随马铃薯淀粉添加量的增大而减小，在马铃薯淀粉添加量超过10%后，显著低于对照组，说明添加马铃薯淀粉能够改善饼干的质构特性。这与POURMOHAMMADI等[28]研究结论一致。综合来看，马铃薯淀粉添加量为10%～15%时饼干质构特性较好。

2.5 酥性饼干感官品质分析

由表6可以看出，随着马铃薯淀粉添加量的增加，感官评分呈现先增大后减小的趋势，在添加量为15%时，饼干感官评分显著高于对照组，在该添加量下，饼干外形完整，薄厚均匀，色泽均匀，口感酥松，不黏牙，断面呈多孔状且细密，无大孔洞。添加量5%～10%组与对照组之间没有显著性差异，说明马铃薯淀粉添加量较少时，对饼干感官评分影响不大。添加量20%组感官评分与添加量15%组之间不存在显著性差异，感官评分回落是由于马铃薯淀粉添加量超过15%后，饼干面团倾向于出现裂纹，饼干表面趋于不平整且易碎，这与饼干质构特性结果相符。

表6 马铃薯淀粉添加量对酥性饼干感官品质的影响

2.6 饼干理化指标分析

由表7可以看出，随着马铃薯淀粉添加量的增加，饼干中脂肪含量显著降低。与对照组相比，添加马铃薯淀粉后饼干的蛋白质含量显著降低，但不同马铃薯淀粉添加量之间饼干蛋白质没有显著性差异。这是由于马铃薯淀粉自身不含脂肪和蛋白质，随着添加量增大，混合粉中的脂肪和蛋白质含量逐渐下降所引起的。此外，由于饼干面坯在焙烤前需要刷油，焙烤过程中面坯会吸收油脂，随着马铃薯淀粉添加量增大，混合粉吸油性降低引起饼干脂肪含量减小。

表7 马铃薯淀粉添加量对酥性饼干理化指标的影响

GB/T 20980—2007《饼干》中规定，酥性饼干水分≤4.0%，碱度(以Na2CO3计)≤0.4%。由表7可知，所有饼干碱度均符合要求，饼干水分含量随着马铃薯淀粉添加量的增大而减小，在马铃薯淀粉添加量≥10%后，水分符合酥性饼干水分要求，这与面团热机械学特性及动态流变学特性结果相符。

3 结论

面团热机械学特性结果表明，添加马铃薯淀粉后，混合粉的吸水率、面团的稳定时间显著降低，面筋蛋白被稀释，面筋网络结构弱化，在添加量超过10%后面团稳定时间≤2.0 min，符合酥性饼干要求。面团的峰值扭矩和最大黏度指数随着马铃薯淀粉添加量的增大而增大，说明添加马铃薯淀粉可以对面团的黏度作出贡献，在添加量超过10%后，饼干老化速度显著增大，货架期相对缩短。面团动态流变学特性结果表明，添加马铃薯淀粉后，面筋蛋白含量减少，面筋网络结构减弱，弹性降低，可塑性增强，高频率下混合体系的稳定性变差。

饼干的质构特性及感官评价结果表明，随着马铃薯淀粉添加量增大，面团结构疏松，饼干脆性增加，但添加量过高饼干容易破碎。感官评价结果表明添加量15%时，饼干外形完整，薄厚均匀，口感酥松，不黏牙，断面呈多孔状且无大孔洞。综合考虑马铃薯淀粉添加量为15%时，饼干口感酥松，品质良好。