羟丙基淀粉改善马铃薯挂面蒸煮品质的分析

焦扬，王治军，王炎，李彩霞，李兴艳，王治江，刘玉环 ,2

(1.河西学院农业与生物技术学院，甘肃 张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃 张掖 734000)

挂面作为中国的传统主食，具有悠久的历史.2015年我国提出了马铃薯主粮化战略，将马铃薯大比例的添加入主食中以实现其粮食作物的价值，此举不仅有助于提高居民健康水平，而且可以促进马铃薯产业的持续发展[1-2].目前，马铃薯全粉取代30%以上小麦粉制得的马铃薯挂面，存在蒸煮损失率高、复水性不好、口感不细腻等问题[3-4]，主要是因为马铃薯淀粉颗粒粒径较大[5]，且马铃薯中的蛋白质虽为完全蛋白，但不含对面团的形成具有重要作用的面筋蛋白[6-7].

添加适量的面粉改良剂可起到改善面团的效果，如蛋清粉可有效提高面团的面筋度[8]，谷朊粉可增加面团的形成时间和稳定时间[9]，变性淀粉可促进面团网络结构的形成进而改善面团的品质.目前，关于变性淀粉改善马铃薯全粉面条品质的报道中，探讨较多的是变性淀粉的种类、用量和对面团质构的影响，如羟丙基交联木薯淀粉[10]、木薯醋酸酯淀粉[11]、马铃薯氧化淀粉[12]均可使小麦粉面条的烹煮品质得到一定的改善；马铃薯磷酸酯淀粉和木薯磷酸酯淀粉能明显的降低青稞-小麦面团的吸水率，缩短面团吸水时间[13]，但变性淀粉的用量相对较高，如添加5%马铃薯预糊化交联淀粉、4%氧化交联淀粉和6%酯化交联淀粉的混合变性淀粉可使马铃薯面条的各指标评分达到最高[14].

本研究比较了马铃薯羟丙基淀粉(GAF108)、木薯变性淀粉、谷朊粉和蛋清粉对马铃薯挂面蒸煮品质的影响，利用主成分分析法(PCA)将马铃薯挂面的含水量、烹煮时间、干物质吸水率、熟断条率和烹调损失率5个蒸煮指标值通过权重系数计算综合得分，然后采用响应面法结合电镜扫描，分析了GAF108淀粉改善马铃薯挂面蒸煮品质的原因，以期为马铃薯挂面蒸煮品质的改善提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

特一小麦粉，益海嘉里粮油公司；‘大西洋’马铃薯全粉，山丹芋兴粉业公司；马铃薯羟丙基淀粉(GAF 108)、木薯变性淀粉，甘肃圣大方舟马铃薯变性淀粉公司；谷朊粉，河南华丰粉业公司；蛋清粉，郑州裕和食品添加剂有限公司；JHFD7醒发箱，北京东孚久恒仪器技术公司；FKM-240压面机，龙口复兴机械有限公司；BSA224S电子天平，赛多利斯科学仪器公司；Quanta 450场发射扫描电子显微镜，捷克FEI公司.

1.2 挂面的制作方法

参考挂面制备方法[15]，以‘大西洋’马铃薯全粉取代35%小麦粉制得混合粉，以质量分数1.5%、0.15%和40%～43%比例，分别加入食盐、食用碱和35 ℃温水，和面后覆盖保鲜膜于35 ℃醒发30 min，用压面机以3、2、1 mm双层依次各轧2遍，用3.5 mm切刀切成面条，室温悬挂干燥6 h，切成20 cm长的面条，备用.

1.3 测定方法

1.3.1 挂面含水量的测定 参照GB/T 5009.3-2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法[16].

1.3.2 挂面干物质吸水率的测定 参照文献[17]，称取30.0 g挂面置于盛有500 mL沸水的不锈钢锅中煮至可食状态，将熟面条全部捞出，沥干面条表面的余水并称质量(M)，计算面条(干基)的吸水率：

式中,Q为干挂面含水量.

1.3.3 挂面烹煮时间的测定 参照行业标准[18]，将500 mL水保持微沸状态，随机抽取20根挂面，放入沸水中，用秒表计时，从2 min时开始取样，用2块玻璃板将挂面压扁，观察挂面内部是否存在白硬芯线.每隔30 s取样一次，记录白硬芯线消失的时间，即为最佳蒸煮时间.

1.3.4 挂面熟断条率的测定 参照行业标准[18]，加热500 mL水，保持水的微沸状态，随机抽取20根挂面，放入沸水中，用秒表开始计时，加热至最佳蒸煮时间后，将面条轻轻挑出，数完整的面条根数(G)，计算熟断条率(D)：

1.3.5 挂面蒸煮损失率的测定 参照行业标准[18]，称取10.0 g左右挂面，放入盛有400 mL保持微沸状态蒸馏水的恒质量烧杯中，加热至最佳烹调时间，轻轻挑出挂面，将剩下的面汤蒸至微湿，于105 ℃烘箱中烘干至恒质量，计算挂面的蒸煮损失率(S)：

式中，S为挂面的烹调损失率；M1为称取的挂面质量，g；M2为烧杯的质量，g；M3为烘干至恒质量的烧杯和干物质的质量，g.

1.4 试验内容

1.4.1 GAF108淀粉对马铃薯挂面蒸煮品质的影响 在‘大西洋’马铃薯全粉取代35%小麦粉的混合粉中，单一加入1%、2%、3%的GAF108淀粉，以相同添加量的蛋清粉、谷朊粉和木薯变性淀粉为参照，不加改良剂的为空白，参照1.2方法制得挂面，考察GAF108淀粉对马铃薯挂面蒸煮品质的影响.

2.2 A组中发生8例性幻觉，占观察人数的8%，4例患者表现为妩媚表情，向在场医务人员说情话，2例患者向异性麻醉医师索要拥抱，2例患者请求异性麻醉医师不要离开。B组发生4例性幻觉，占观察人数的4%，2例表现多情行为，1例说性有关的梦话，1例拥抱在场医务人员。C组发生2例性幻觉，占观察人数的2%，1例患者说性有关的梦话，1例患者向场人员呼喊其爱人名字。D组发生2例性幻觉，占观察人数的2%，表现为多情。所有性幻觉行为表现持续0.5-5min后自行消失，对16例出现性幻觉患者术后随访，其中有3例认为在做梦，2例认为医师在治疗过程中存在不检点行为，其他11例无明显记忆。

1.4.2 GAF108淀粉复配改量剂对马铃薯挂面蒸煮品质的影响 利用Design Expert8.0.6软件，采用Box-Behnken方法，对GAF108淀粉辅以谷朊粉和蛋清粉的进行分析，试验设计见表1.

表1 Box-Behnken试验设计因素与水平

1.4.3 主成分分析及得分计算 对马铃薯挂面蒸煮品质各指标进行主成分分析，得到原始数据的特征值、贡献率及累积贡献率，对特征值大于1的因子提取主成分[19-20]，以公式(1)、(2)进行主成分综合得分和规范化综合得分计算.

(1)

(2)

式中，F为综合得分，F1、F2、F3为主成分得分，Y1、Y2、Y3为主成分贡献率；Z为规范化综合得分，Fmax、Fmin分别为综合得分中的最大值与最小值.

1.4.4 马铃薯挂面微观结构的电镜扫描 参照师俊玲等[21]方法，分别取空白组、1.5%蛋清粉组、3%GAF108淀粉组、3%谷朊粉组及GAF108淀粉复配改良剂组的马铃薯挂面，切成2 cm左右小段，各取5段依次用85%、90%、95%乙醇脱水处理15 min，再用无水乙醇脱水两次，每次20 min，干燥，喷金镀膜，进行电镜扫描观察.

1.5 数据处理

采用Design-Expert 8.06软件进行响应面分析，用OriginLab 8.0软件做图，SPSS 24.0软件进行主成分分析，用Duncan法进行显著性检验.

2 结果与分析

2.1 GAF108淀粉对马铃薯挂面蒸煮品质的影响

由图1可见，添加GAF108淀粉后马铃薯挂面的干物质吸水率和烹煮时间较对照组和空白组降低，且与蛋清粉组的差异显著(P<0.05)，但与谷朊粉组和木薯变性淀粉组的差异不显著.添加GAF108淀粉后挂面的干物质吸水率较蛋清粉组和谷朊粉组的均低，可能的原因是变性淀粉虽能增加面团的网络结构，但不能增加面筋蛋白的量，因此与挂面的面筋蛋白含量与蒸煮吸水率呈极显著负相关[21-22]这一结论相反.随着GAF108淀粉添加量的增加，马铃薯挂面的蒸煮损失率有降低趋势，在1%和2%添加比例下，GAF108淀粉组与谷朊粉组的蒸煮损失率差异不显著，但添加比例增加至3%后，两者的差异显著(P<0.05)，且谷朊粉组的蒸煮损失率更低，为14%左右，而GAF108淀粉组的为16.2%.GAF108淀粉组与谷朊粉组的断条率均较低，分别为11.7%和11.2%，且差异不显著，而GAF108淀粉组与木薯变性淀粉组随着添加量增至2%以后，两者的断条率差异显著(P<0.05).就两种变性淀粉对马铃薯挂面蒸煮品质的改善而言，GAF108淀粉的改良效果略好，可能的原因是GAF108为羟丙基变性淀粉.当淀粉分子含有亲水性羟基基团后，削弱了原淀粉分子间的氢键作用，使水化作用增强；另外，酸性基团的引入和强的化学键缔合作用，变性淀粉能使面筋与淀粉、淀粉与淀粉之间更好结合，形成组织细密、粘弹性良好的面团[13].由此可得，单一添加3%的GAF108淀粉后，马铃薯挂面的蒸煮损失率和熟断条率分别为16.2%和11.7%，虽未达到挂面国家标准的≤10%和≤5%，但GAF108淀粉在改善马铃薯挂面蒸煮品质方面要优于蛋清粉和木薯变性淀粉，但较谷朊粉略差.

图1 GAF108淀粉及其他改良剂对马铃薯挂面烹煮特性的影响

2.2 马铃薯挂面表面的电镜扫描

试验条件下马铃薯挂面烹调损失率和熟断条率均未达到LS/T3212-2014 挂面国家标准的规定.为探究降低马铃薯挂面的烹调损失率和熟断条率的原因，对空白组、参照组(3%谷朊粉、1.5%蛋清粉)以及3%GAF108淀粉的马铃薯挂面进行了挂面表面的电镜扫描，结果见图2～5.

由图2～5可见，空白组马铃薯挂面在电镜1 000×条件下可见表面粗糙不平，且较多的马铃薯淀粉颗粒裸露在面条的表面，这与师俊玲等[21]报道的一致.添加3%GAF108淀粉的马铃薯挂面在1 000×条件下可见表面较为平整，在电镜2 500×条件下可见马铃薯淀粉颗粒虽能嵌于周围组分之中，但在马铃薯淀粉颗粒周围有较明显的间隙和裂缝，且这种现象与空白组和添加1.5%蛋清粉的挂面表面有相似之处.而添加3%谷朊粉的马铃薯挂面，虽马铃薯挂面表面仍可见细小的裂纹，但在电镜2 500×条件下可见其表面马铃薯淀粉颗粒能被周围组分较好地包埋与固定.

图2 空白组马铃薯挂面的表面扫描

由此可得，添加3%GAF108淀粉后，马铃薯淀粉颗粒仅能一定程度地嵌于其他组分之间，使马铃薯挂面表面略显平整，但马铃薯淀粉颗粒暴露在面条表面的较多，这可能也是添加3%GAF108淀粉的马铃薯挂面的蒸煮损失率较高的本质原因.

图3 添加1.5%蛋清粉马铃薯挂面的表面扫描

图4 添加3%谷朊粉马铃薯挂面的表面扫描

图5 添加3% GAF108淀粉马铃薯挂面的表面扫描

2.3 GAF108淀粉复配改良剂对马铃薯挂面蒸煮品质的影响

基于蛋清粉和谷朊粉是最常用的面粉改良剂，且添加谷朊粉后马铃薯淀粉颗粒被稳定效果较好，由此以3×3的 BB试验考察了GAF108淀粉、蛋清粉和谷朊粉的交互效果对马铃薯挂面蒸煮品质的影响，结果见表2.采用主成分分析，将BB试验中马铃薯挂面蒸煮品质的5个指标降维成1个规范化综合得分，以综合评价GAF108淀粉复配谷朊粉和蛋清粉后对马铃薯挂面蒸煮品质的影响，结果见表3.

表2 BB试验结果

续表2 Continuedtable2序号No.ABCY1:面条含水量/%WatercontentY2:最佳烹煮时间/sOptimumcookingtimeY3:干物质吸水率/%AbsorptionrateofdrymaterialY4:熟断条率/%CookingbrokenrateY5:蒸煮损失率/%Cookingloserate191109.24250102.2611.412.94201019.17248101.5510.712.37211-119.1824699.631012.93

表3 蒸煮特性主成分的特征值、特征向量及贡献率

由表3可见，根据主成分分析累积贡献率大于85%原则，前3个主成分的累积贡献率达到了87.875%，且各主成分的特征值均大于1，说明提取的3个主成分能够反映马铃薯挂面蒸煮品质的信息[23].通过各指标的特征向量值可以看出，决定第一主成分的指标主要是烹煮损失率和熟断条率；决定第二主成分的指标是最佳蒸煮时间；决定第三主成分的指标是面条含水量.由此说明，GAF108淀粉、蛋清粉和谷朊粉对马铃薯挂面蒸煮特性的交互作用中，影响较大的是烹煮损失率和熟断条率，其次是最佳蒸煮时间.

根据主成分分析，在将原始变量转变为主成分的过程中，形成的反映主成分和指标包含信息量的权数[24-25]，对BB试验结果各指标进行综合得分和规范化综合得分计算，结果见表4.

以蒸煮特性的规范化综合得分为响应值，利用Design Expert8.0.6软件进行回归拟合，得到二阶回归方程为：Z=0.84-0.011×A+0.24×B+0.16×C-0.052×A×B+0.14×AC-0.008 232×B×C-0.23×A2-0.18×B2-0.34×C2.进一步对回归结果进行方差分析，多项式各项对响应值的影响大小用F检验评价，结果见表5.

表4 BB结果的综合得分和规范化综合得分

表5 BB结果规范化综合得分的方差分析

(Prob>F)<0.05 显著(*)；(Prob>F)<0.01 极显著(**).

利用Design Expert8.0.6软件对所建模型预测得到，在蛋清粉、谷朊粉和GAF108淀粉的添加比例分别为1%、2.43%和2.98%时，响应值达到最大值.利用GAF108淀粉复配改良剂(3% GAF108淀粉+2.5%谷朊粉+1%蛋清粉)制得马铃薯挂面，其实际蒸煮损失率和熟断条率分别为10.28%和5.8%，较单一添加3% GAF108淀粉的马铃薯挂面蒸煮损失率和熟断条率降低了36.5%和50.4%.

2.4 GAF108淀粉复配改良剂对马铃薯挂面表面结构的影响

将添加3% GAF108淀粉复配2.5%谷朊粉和1%蛋清粉改良剂的马铃薯挂面，干燥后脱水处理进行电镜扫描，结果如图6所示.

由图6可见，添加GAF108淀粉的复配改良剂后，在电镜扫描1000×条件下可见马铃薯挂面表面整体较平整，在2500×条件下可见马铃薯淀粉颗粒被较好地稳定包埋于周围组分之间，且间隙很小，表面裂纹也很细小，马铃薯淀粉颗粒的这种包埋抑制了可溶性组分的溶出[26].由此可得，GAF108淀粉复配3%谷朊粉和1%蛋清粉得到的改良剂可以使马铃薯挂面的表面较平整，并能够较好地使马铃薯淀粉颗粒包埋于其他组分之中，降低了面条的蒸煮损失率.

图6 添加复配改良剂的马铃薯挂面的表面扫描

3 结论

单一添加3%的马铃薯羟丙基淀粉(GAF108)和谷朊粉后，挂面的蒸煮损失率和熟断条率分别为16.2%、11.7%和14%、11.2%，虽未达到挂面国家标准的≤10%和≤5%，但GAF108淀粉在改善马铃薯挂面蒸煮品质方面要优于蛋清粉和木薯变性淀粉，但较谷朊粉略差.主要的原因是单一添加GAF108淀粉后，挂面中的马铃薯淀粉颗粒较多地暴露于面条的表面，因此挂面的蒸煮损失率和熟断条率仍较高.但当GAF108淀粉复配蛋清粉和谷朊粉后，马铃薯挂面的蒸煮损失率和熟断条率分别降至了10.3%和5.8%.通过响应面分析的方差值来看，GAF108淀粉、谷朊粉和蛋清粉的F值分别为42.39、21.58和0.08，说明复配改良剂中GAF108淀粉对马铃薯挂面蒸煮品质的影响最大，且当GAF108淀粉复配谷朊粉后，马铃薯淀粉颗粒被较深地包埋和稳定于周围组分中，马铃薯挂面的蒸煮品质才得到了明显改善.