汽爆甘薯渣对小麦粉中淀粉理化特性及面包品质的影响

黄滢洁 冯龙斐 梁新红 孙俊良 冉军舰 焦凌霞 刘本国

（河南科技学院食品学院 河南新乡453003）

甘薯为我国粮食作物，目前我国甘薯种植面积和产量居世界首位。甘薯渣是提取甘薯淀粉后的副产物，含有丰富的膳食纤维[1]。膳食纤维包括不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维，其中可溶性膳食纤维含量是评价膳食纤维功能活性的重要指标[2-4]。研究表明，可溶性膳食纤维具有清理肠道垃圾，降低血液中胆固醇含量等作用，可促进肠道内益生菌生长，对高血脂、高血糖和肥胖病等疾病有功效[5]。提高食品中可溶性膳食纤维含量，既能满足人们对健康饮食的需求，又能提高甘薯附加值。

蒸汽爆破技术广泛应用于生物质转化。该技术通过瞬间降低放置在高温、高压环境下的原料的温度和压强，使物料内水分迅速蒸发，达到破坏细胞结构的目的[6-8]。爆破处理不仅可以破坏纤维束之间的相互连接，从分子水平上破坏纤维大分子结构，使半纤维素和木质素部分降解，进而达到促进可溶性膳食纤维溶出的目的，而且还能使包括不溶性纤维素在内的许多难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性反应，转化为可溶性膳食纤维[9-10]。有研究表明，采用汽爆技术处理过的甘薯渣与未经处理的甘薯渣相比，可溶性膳食纤维含量从3.81%增至22.59%，增加了18.78%[11]。

小麦粉为面包制品的主要原料，通过添加膳食纤维提高面包营养价值及功能特性的方法越来越受到食品行业的关注。姜绪邦等[12]的研究表明，小粒径颗粒微晶纤维素可以在较大添加量的情况下保持面包良好的品质并且添加3种微晶纤维素的面包感官最佳。张苗等[13]研究表明，采用添加了甘薯膳食纤维的小麦粉制作的馒头的回弹性、硬度和咀嚼性等质构特性均有提高，并且储存过程中淀粉老化得到延缓，风味得到改善。Sudha等[14]研究了不同谷物膳食纤维对小麦粉流变特性及饼干品质的影响，结果表明：随着谷物膳食纤维添加量的增加，面团的延伸性和拉伸性降低，添加30%燕麦膳食纤维或20%大麦膳食纤维的饼干品质特性最佳。Hallén等[15]研究了添加豇豆粉对小麦粉粉质和拉伸特性以及对烘焙面包的影响，添加豇豆粉后混合粉的粉质特性、拉伸特性发生变化并对面包发酵产生抑制作用，采用添加20%豇豆粉的混合粉制作的面包与小麦粉面包感官及风味等特性相近。将膳食纤维添加到小麦粉中，采用混合粉生产面包、饼干和馒头等不仅增加成品营养价值，而且能够改善成品感官特性。汽爆甘薯渣粉含有较高的可溶性膳食纤维，按一定比例添加到小麦粉中生产面包，对增加面包的营养价值、功能特性以及提高甘薯渣的附加值具有重要意义。

本试验将汽爆甘薯渣粉添加到高筋小麦粉中，研究汽爆甘薯渣对小麦粉中淀粉的破损度、溶解度、膨润力、相对黏度、凝沉性等理化特性及混合粉面包质构特性和感官品质的影响，为汽爆甘薯渣在面包制品中的应用及其功能性开发提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

商薯19 甘薯渣粉，郑州市福源生物科技有限公司；高筋小麦粉，五得利面粉集团有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；鸡蛋、奶粉、黄油、食盐、白砂糖等均购于超市。

1.2 仪器与设备

QBS-80 型蒸汽爆破工艺试验台，河南鹤壁正道重型机械厂；RVA-Super 3 快速黏度分析仪，澳大利亚Newport Scientific 仪器公司；Alpha 1-2 LD plus 真空冷冻干燥仪，河南一诺佳盛仪器设备有限公司；Quanta-200 型扫描电子显微镜，荷兰FEI 公司；TA-XT Plus 型质构仪，英国Stable Micro Systems；SD matic 型损伤淀粉测定仪，河南一诺佳盛仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

制备的汽爆甘薯渣主要成分：水分6.81%，脂肪0.69%，蛋白质4.23%，灰分1.23%，淀粉19.83%，膳食纤维62.62%，可溶性膳食纤维3.81%，不溶性膳食纤维57.85%。未经汽爆处理的甘薯渣中膳食纤维、不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维含量分别为58.07%，38.57%，22.59%。经过蒸汽爆破处理后，甘薯渣中可溶性膳食纤维含量提高了4.93倍。

1.3.2 配粉 称取一定量高筋小麦粉与汽爆甘薯渣按比例混合制得混合粉，汽爆甘薯渣含量分别为0%，2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，16%，混合均匀后放于自封袋中，并保存在4 ℃冰箱中备用。

1.3.3 混合粉面包的制作 面包配方为：混合粉（高筋小麦粉+汽爆甘薯渣）150 g，糖12 g，盐1.5 g，黄油15 g，酵母1.5 g，奶粉6 g，鸡蛋15 g，水85 g。

将面粉、糖、盐、奶粉、酵母按一定比例倒入容器中搅拌均匀，然后加入蛋液、水搅拌形成面团后加入黄油，揉面30 min 左右，直至面团能揉成薄膜状。置于室温下发酵1 h 左右，将发酵后的面团放入模具中成型后置于烤箱中发酵至体积膨大为原来的2 倍。将蛋液均匀涂抹于面团表面，然后设定烤箱上管温度为175 ℃，下管温度为170 ℃，时间为30 min，烘烤至颜色金黄即可。

1.3.4 面包的感官评定 选择男女各15 名，共30 名感官评定人员，对面包的结构、口感和风味3个大方面进行评分，总分100 分，试验方法及评分标准参考文献[16-17]，评分标准见表1。

（续表1）

1.3.5 分析测定方法

1.3.5.1 混合粉中淀粉破损度的测定 采用淀粉破损测定仪测定，操作方法参考文献[18]。

研究方法主要采取问卷调查方式进行开展，主要研究592名学生价值观与自我价值感之间的关系，具体可以从自我观、群体观、法治观等方面进行衡量，阐明社会人际、社会心理以及个人道德之间的关系，并在此基础上，结合社会取向、自我价值感以及个人取向之间的既定关系，在各个维度之间进行合理分析，确定青少年价值观、道德判断与攻击行为之间的关系，说明三者之间的关联性，并表明具体的研究结果。

1.3.5.2 混合粉中淀粉蓝值的测定 淀粉蓝值测定参考文献[19]。

1.3.5.3 混合粉中淀粉颗粒微观形态观察 分别将小麦粉与添加10%汽爆甘薯渣的混合粉于真空冷冻干燥仪中冷冻干燥24 h，样品喷炭镀金处理，用扫描电子显微镜对其观察拍摄，得到混合粉中淀粉颗粒形貌图。

1.3.5.4 混合粉中淀粉溶解度与膨润力的测定[19]取一定量混合粉干基M（g），将混合粉制备成质量分数为2.0%的乳浊液。取25 mL 乳浊液于室温下搅拌30 min，在转速为3 000 r/min 的离心机中离心20 min，上层清液与沉淀物分离，沉淀物重量为P（g）；将上层清液倒入烘干至恒重的培养皿中，然后放在90 ℃水浴锅上蒸干，移入105 ℃的干燥箱中干燥至恒重，称得可溶性物质的质量，即溶解的淀粉质量为A（g）。溶解度（S）与膨润力（T）分别根据式（1）和式（2）计算：

1.3.5.5 混合粉中淀粉相对黏度的测定[20]制备质量分数为8.0%的混合粉乳浊液，沸水浴中加热糊化20 min，将糊化后的乳液冷却至室温后转移至铝盒内，测定其相对黏度。

1.3.5.6 混合粉中淀粉凝沉性的测定[21]取质量分数为4.0%的混合粉乳浊液25 mL 于沸水浴中搅拌加热20 min，待混合乳冷却至室温后，调节加热后乳浊液质量与加热前等重后，用保鲜膜覆盖。将样品置于2 ℃左右的冰箱中静置24 h 后取出，在转速为3 000 r/min，温度为18 ℃的离心机中离心15 min。离心后的上清液质量与混合乳浊液的总质量之比即为凝沉值。

1.3.5.7 混合粉面包质构的测定[22]烘焙好的面包放置24 h，切成大小一致25 mm 厚的薄片，放置在质构仪上，进行质构特性检测。测定条件：探头P/36R；测前速度2 mm/s；测试速度2 mm/s；测后速度4 mm/s；触发值5 g；压缩程度50%；数据采集速度200 pps。每个组分采集3 个样品，测试结果取平均值。

1.4 数据处理

采用SPSS 22.0 统计软件对数据方差分析，用Duncan 新复极差法进行显著性检验，平行重复3 次。

2 结果与分析

2.1 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉破损度和蓝值的影响

破损度和蓝值表示了淀粉颗粒的破坏程度，添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉破损程度的影响见表2。

表2 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉破损度及蓝值的影响Table 2 Effects of steam explosion sweet potato residue on the damage and blue value of starch in mixed powder

由表2可知，汽爆甘薯渣添加量增至6%时对淀粉破损度有显著影响（P＜0.05）；添加量为8%的混合粉中淀粉破损度与未添加汽爆甘薯渣小麦粉中淀粉相比淀粉破损度增加了3.9%；添加量分别为8%和10%时，淀粉破损度无显著性差异（P≥0.05）；添加量由10%增至16%时，破损度增至由（26.3±1.32）%迅速增至（33.4±1.67）%。这可能是添加汽爆甘薯渣后因物理作用使淀粉颗粒相对平滑的表面变得粗糙，甚至出现开裂和破碎等现象，这一过程使小麦粉颗粒表面出现晶格畸变，促使淀粉颗粒由晶态向非晶形态转化，导致淀粉破损度增加。研究表明，淀粉破损会影响面团流变学特性，使面团弹性降低、强度下降[23]。

蓝值是表示淀粉与碘结合性能的一项指标。由表2可知，添加2%～4%汽爆甘薯渣的混合粉中淀粉的蓝值与未添加汽爆甘薯渣的小麦粉中淀粉的蓝值没有显著性差异（P≥0.05）；添加量超过10%时，蓝值由（0.60±0.03）%迅速升高至（0.98±0.05）%。这可能是因为淀粉颗粒内部支链淀粉含有较多的长侧链，而这些长侧链的支链淀粉更容易与碘发生络合反应。添加汽爆甘薯渣后淀粉破损度增加，这些长侧链支链淀粉更易从内部游离出，使淀粉蓝值增加[20]。

综上所述，汽爆甘薯渣添加量小于10%时，对混合粉中淀粉的破损度和蓝值影响较小，高于10%后对混合粉中淀粉的破损度和蓝值影响较大。

2.2 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉颗粒微观结构的影响

按照1.3.5.6 节所示方法，观察小麦粉及添加10%汽爆甘薯渣的混合粉中淀粉的微观结构，结果如图1a、图1b所示。

图1 小麦粉及混合粉中淀粉的电镜扫描图Fig.1 Electron microscopy scan of starch in mixed powder and wheat flour

由图1a可知，小麦粉中的淀粉颗粒圆润饱满，表面光滑；添加汽爆甘薯渣后（图1b），淀粉颗粒出现破裂和表面皱缩的现象。表明汽爆甘薯渣的添加使混合粉中淀粉颗粒发生不同程度地裂解，这与添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉破损度及蓝值的影响结果一致。

2.3 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉溶解度的影响

由图2可知，汽爆甘薯渣的添加量在0～10%时，混合粉中淀粉的溶解度随汽爆甘薯渣添加量的增加而逐渐上升，其值由（6.07±0.15）%增至（7.69±0.04）%，溶解度增加了1.62%。添加量大于10%时溶解度逐渐下降。经显著性方差分析，添加量由10%增大至12%时，混合粉中淀粉的溶解度有显著性差异（P＜0.05）。出现这一现象的原因可能是添加汽爆甘薯渣后，混合粉中可溶性膳食纤维含量增加，促进水分子与淀粉分子的接触，使得混合粉中淀粉的溶解量增加；其次，因为汽爆甘薯渣加入小麦粉中，淀粉的破损度增加，也使其溶解度升高。但随着汽爆甘薯渣粉添加量持续增加，混合粉中淀粉被过度稀释，使其溶解度迅速下降。

2.4 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉膨润力的影响

由图3可知，汽爆甘薯渣的添加量在0～10%范围内，混合粉中淀粉的膨润力随汽爆甘薯渣添加量的增加而逐渐上升，其值由（2.43±0.11）%增至（3.53±0.08）%，膨润力增加了1.10%。添加量大于10%后，膨润力逐渐下降，经显著性方差分析，添加量由10%增至12%时混合粉中淀粉的膨润力有显著性差异（P＜0.05）。这可能是因为添加汽爆甘薯渣后，汽爆甘薯渣中可溶性膳食纤维本身具有较大的持水力及溶胀性，使得混合粉中淀粉的膨润力升高，但由于添加量过大时，淀粉的破损度增加，使得膨润力又逐渐降低。

图2 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉溶解度的影响Fig.2 Effects of adding steam explosion sweet potato residue on the solubility of starch in mixed powder

图3 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉膨润力的影响Fig.3 Effects of adding steam explosion sweet potato residue on the swelling force of starch in mixed powder

2.5 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉相对黏度的影响

由图4可知，汽爆甘薯渣添加量由0 增至10%时，相对黏度由（884.7±4.51）mPa·s 降至（772.7±4.50）mPa·s，降低了12.7%。当汽爆甘薯渣添加量由10%增至16%时，相对黏度降至（608.3±4.04）mPa·s，降低了21.3%。因此，当汽爆甘薯渣添加量大于10%时，相对黏度降低显著（P＜0.05）。产生这一现象的主要原因可能是加入汽爆甘薯渣后，混合粉中的支链淀粉被稀释，相对含量下降，使得淀粉在糊化过程中，支链淀粉间难以形成氢键，淀粉分子间相互作用力减弱，造成相对黏度下降。此外，汽爆甘薯渣中的膳食纤维吸水膨胀对糊化体系中可利用水的转运有明显影响，造成了最终黏度下降；随着汽爆甘薯渣添加量的不断增加，其对混合粉中淀粉相对黏度的影响就越显著。

2.6 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉凝沉性的影响

淀粉凝沉是指糊化后的淀粉分子重排凝结沉降的过程，反映了糊化后混合粉中淀粉颗粒的稳定性与混合粉中淀粉的抗老化性。

由图5可知，添加汽爆甘薯渣后，淀粉的凝沉值由（69.54±0.5）%（未添加汽爆甘薯渣粉）增至（80.8±0.5）%（添加量为14%），增加了11.26%；添加量为14%和16%时，混合粉凝淀粉沉性无显著差异（P≥0.05）。凝沉值升高可能是因为汽爆甘薯渣会破坏淀粉中的支链淀粉，导致支链淀粉数量下降，而直链淀粉数量增加，淀粉的相对分子质量变小；同时汽爆甘薯渣中含有一定量的不溶性膳食纤维，离心后也会沉降，这两者共同作用使得凝沉值略有增加。添加汽爆甘薯渣是否会使混合粉中淀粉抗老化性下降，还需要结合其它指标分析。

图4 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉相对黏度的影响Fig.4 Effects of adding steam explosion sweet potato residue on the relative viscosity of starch in mixed powder

图5 添加汽爆甘薯渣对混合粉中淀粉凝沉性的影响Fig.5 Effects of adding steam explosion sweet potato residue on the coagulability of starch in mixed powder

2.7 汽爆甘薯渣粉对面包质构特性的影响

汽爆甘薯渣以不同比例添加到小麦粉中，按1.3.3 节方法制作面包，结果如图6所示。

由图6可知，当汽爆甘薯渣的添加量小于8%时，面包的弹性、回复性和内聚性等都明显升高，这可能使面包在风味口感上有明显改善；当汽爆甘薯渣的添加量超过8%时，面包的弹性、咀嚼性、回复性和内聚性等指标又迅速下降。面包的弹性、咀嚼性、回复性和内聚性的提升可能是因为汽爆甘薯渣中的可溶性膳食纤维与面包中的面筋蛋白之间形成了致密的网络结构。面包的硬度随着汽爆甘薯渣添加量的增加而逐渐降低，这可能是因为汽爆甘薯渣中的膳食纤维在面团中形成了大量的空隙，有利于空气进入，从而使面包中空气含量增加，导致其硬度明显下降。

2.8 汽爆甘薯渣面包的感官评定

由表3可知，当汽爆甘薯渣的添加量在0～8%范围内，面包在外观、切面结构、颜色、弹性、黏度、气味和味道等方面的评分逐渐增加，感官评分最高为（94.9±2.60）分；汽爆甘薯渣的添加量在10%～16%范围内时，各项指标的评分均逐渐下降，可能是因为随着汽爆甘薯渣的添加，面包的颗粒感增强，对面包口感造成了不利的影响。根据显著性方差分析，汽爆甘薯渣粉添加量为8%时弹性、黏度、气味和味道指标相较于其它添加量均有显著差异（P＜0.05）。因此，汽爆甘薯渣在小麦粉中的添加量为8%时不仅提高了面包中可溶性膳食纤维含量，而且改善了小麦粉的理化特性，提高了面包的感官品质。

3 结论

汽爆甘薯渣添加到小麦粉中，混合粉中淀粉的理化特性有显著变化。汽爆甘薯渣添加量小于10%对混合粉中淀粉的破损度和蓝值影响较小，高于10%后对混合粉中淀粉的破损度和蓝值影响较大。汽爆甘薯渣添加量小于10%时，混合粉中淀粉的溶解度、膨润力和相对黏度等理化性质均上升，混合粉品质得到提高。随汽爆甘薯渣添加量增加，混合粉中淀粉的凝沉性升高，结合面包质构分析结果中面包硬度下降，表明混合粉凝沉值升高可能是因为甘薯中的不溶性膳食纤维沉降所致。感官评定结果表明，汽爆甘薯渣添加量为8%时，面包的感官品质最佳。研究表明，添加汽爆甘薯渣不仅可以为面包提供丰富的可溶性膳食纤维，满足人们对健康的需求，而且能改善面包的感官品质，使其口味更佳。本研究为甘薯渣的应用提供了新的方向，提高了甘薯的经济价值。