汽爆甘薯渣對小麥粉中淀粉理化特性及面包品質的影響

黃瀅潔 馮龍斐 梁新紅 孫俊良 冉軍艦 焦凌霞 劉本國

（河南科技學院食品學院 河南新鄉453003）

甘薯為我國糧食作物，目前我國甘薯種植面積和產量居世界首位。甘薯渣是提取甘薯淀粉后的副產物，含有豐富的膳食纖維[1]。膳食纖維包括不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維，其中可溶性膳食纖維含量是評價膳食纖維功能活性的重要指標[2-4]。研究表明，可溶性膳食纖維具有清理腸道垃圾，降低血液中膽固醇含量等作用，可促進腸道內益生菌生長，對高血脂、高血糖和肥胖病等疾病有功效[5]。提高食品中可溶性膳食纖維含量，既能滿足人們對健康飲食的需求，又能提高甘薯附加值。

蒸汽爆破技術廣泛應用于生物質轉化。該技術通過瞬間降低放置在高溫、高壓環境下的原料的溫度和壓強，使物料內水分迅速蒸發，達到破壞細胞結構的目的[6-8]。爆破處理不僅可以破壞纖維束之間的相互連接，從分子水平上破壞纖維大分子結構，使半纖維素和木質素部分降解，進而達到促進可溶性膳食纖維溶出的目的，而且還能使包括不溶性纖維素在內的許多難溶大分子聚合物的糖苷鍵斷裂，發生改性反應，轉化為可溶性膳食纖維[9-10]。有研究表明，采用汽爆技術處理過的甘薯渣與未經處理的甘薯渣相比，可溶性膳食纖維含量從3.81%增至22.59%，增加了18.78%[11]。

小麥粉為面包制品的主要原料，通過添加膳食纖維提高面包營養價值及功能特性的方法越來越受到食品行業的關注。姜緒邦等[12]的研究表明，小粒徑顆粒微晶纖維素可以在較大添加量的情況下保持面包良好的品質并且添加3種微晶纖維素的面包感官最佳。張苗等[13]研究表明，采用添加了甘薯膳食纖維的小麥粉制作的饅頭的回彈性、硬度和咀嚼性等質構特性均有提高，并且儲存過程中淀粉老化得到延緩，風味得到改善。Sudha等[14]研究了不同谷物膳食纖維對小麥粉流變特性及餅干品質的影響，結果表明：隨著谷物膳食纖維添加量的增加，面團的延伸性和拉伸性降低，添加30%燕麥膳食纖維或20%大麥膳食纖維的餅干品質特性最佳。Hallén等[15]研究了添加豇豆粉對小麥粉粉質和拉伸特性以及對烘焙面包的影響，添加豇豆粉后混合粉的粉質特性、拉伸特性發生變化并對面包發酵產生抑制作用，采用添加20%豇豆粉的混合粉制作的面包與小麥粉面包感官及風味等特性相近。將膳食纖維添加到小麥粉中，采用混合粉生產面包、餅干和饅頭等不僅增加成品營養價值，而且能夠改善成品感官特性。汽爆甘薯渣粉含有較高的可溶性膳食纖維，按一定比例添加到小麥粉中生產面包，對增加面包的營養價值、功能特性以及提高甘薯渣的附加值具有重要意義。

本試驗將汽爆甘薯渣粉添加到高筋小麥粉中，研究汽爆甘薯渣對小麥粉中淀粉的破損度、溶解度、膨潤力、相對黏度、凝沉性等理化特性及混合粉面包質構特性和感官品質的影響，為汽爆甘薯渣在面包制品中的應用及其功能性開發提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

商薯19 甘薯渣粉，鄭州市福源生物科技有限公司；高筋小麥粉，五得利面粉集團有限公司；高活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；雞蛋、奶粉、黃油、食鹽、白砂糖等均購于超市。

1.2 儀器與設備

QBS-80 型蒸汽爆破工藝試驗臺，河南鶴壁正道重型機械廠；RVA-Super 3 快速黏度分析儀，澳大利亞Newport Scientific 儀器公司；Alpha 1-2 LD plus 真空冷凍干燥儀，河南一諾佳盛儀器設備有限公司；Quanta-200 型掃描電子顯微鏡，荷蘭FEI 公司；TA-XT Plus 型質構儀，英國Stable Micro Systems；SD matic 型損傷淀粉測定儀，河南一諾佳盛儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

制備的汽爆甘薯渣主要成分：水分6.81%，脂肪0.69%，蛋白質4.23%，灰分1.23%，淀粉19.83%，膳食纖維62.62%，可溶性膳食纖維3.81%，不溶性膳食纖維57.85%。未經汽爆處理的甘薯渣中膳食纖維、不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維含量分別為58.07%，38.57%，22.59%。經過蒸汽爆破處理后，甘薯渣中可溶性膳食纖維含量提高了4.93倍。

1.3.2 配粉 稱取一定量高筋小麥粉與汽爆甘薯渣按比例混合制得混合粉，汽爆甘薯渣含量分別為0%，2%，4%，6%，8%，10%，12%，14%，16%，混合均勻后放于自封袋中，并保存在4 ℃冰箱中備用。

1.3.3 混合粉面包的制作 面包配方為：混合粉（高筋小麥粉+汽爆甘薯渣）150 g，糖12 g，鹽1.5 g，黃油15 g，酵母1.5 g，奶粉6 g，雞蛋15 g，水85 g。

將面粉、糖、鹽、奶粉、酵母按一定比例倒入容器中攪拌均勻，然后加入蛋液、水攪拌形成面團后加入黃油，揉面30 min 左右，直至面團能揉成薄膜狀。置于室溫下發酵1 h 左右，將發酵后的面團放入模具中成型后置于烤箱中發酵至體積膨大為原來的2 倍。將蛋液均勻涂抹于面團表面，然后設定烤箱上管溫度為175 ℃，下管溫度為170 ℃，時間為30 min，烘烤至顏色金黃即可。

1.3.4 面包的感官評定 選擇男女各15 名，共30 名感官評定人員，對面包的結構、口感和風味3個大方面進行評分，總分100 分，試驗方法及評分標準參考文獻[16-17]，評分標準見表1。

（續表1）

1.3.5 分析測定方法

1.3.5.1 混合粉中淀粉破損度的測定 采用淀粉破損測定儀測定，操作方法參考文獻[18]。

研究方法主要采取問卷調查方式進行開展，主要研究592名學生價值觀與自我價值感之間的關系，具體可以從自我觀、群體觀、法治觀等方面進行衡量，闡明社會人際、社會心理以及個人道德之間的關系，并在此基礎上，結合社會取向、自我價值感以及個人取向之間的既定關系，在各個維度之間進行合理分析，確定青少年價值觀、道德判斷與攻擊行為之間的關系，說明三者之間的關聯性，并表明具體的研究結果。

1.3.5.2 混合粉中淀粉藍值的測定 淀粉藍值測定參考文獻[19]。

1.3.5.3 混合粉中淀粉顆粒微觀形態觀察 分別將小麥粉與添加10%汽爆甘薯渣的混合粉于真空冷凍干燥儀中冷凍干燥24 h，樣品噴炭鍍金處理，用掃描電子顯微鏡對其觀察拍攝，得到混合粉中淀粉顆粒形貌圖。

1.3.5.4 混合粉中淀粉溶解度與膨潤力的測定[19]取一定量混合粉干基M（g），將混合粉制備成質量分數為2.0%的乳濁液。取25 mL 乳濁液于室溫下攪拌30 min，在轉速為3 000 r/min 的離心機中離心20 min，上層清液與沉淀物分離，沉淀物重量為P（g）；將上層清液倒入烘干至恒重的培養皿中，然后放在90 ℃水浴鍋上蒸干，移入105 ℃的干燥箱中干燥至恒重，稱得可溶性物質的質量，即溶解的淀粉質量為A（g）。溶解度（S）與膨潤力（T）分別根據式（1）和式（2）計算：

1.3.5.5 混合粉中淀粉相對黏度的測定[20]制備質量分數為8.0%的混合粉乳濁液，沸水浴中加熱糊化20 min，將糊化后的乳液冷卻至室溫后轉移至鋁盒內，測定其相對黏度。

1.3.5.6 混合粉中淀粉凝沉性的測定[21]取質量分數為4.0%的混合粉乳濁液25 mL 于沸水浴中攪拌加熱20 min，待混合乳冷卻至室溫后，調節加熱后乳濁液質量與加熱前等重后，用保鮮膜覆蓋。將樣品置于2 ℃左右的冰箱中靜置24 h 后取出，在轉速為3 000 r/min，溫度為18 ℃的離心機中離心15 min。離心后的上清液質量與混合乳濁液的總質量之比即為凝沉值。

1.3.5.7 混合粉面包質構的測定[22]烘焙好的面包放置24 h，切成大小一致25 mm 厚的薄片，放置在質構儀上，進行質構特性檢測。測定條件：探頭P/36R；測前速度2 mm/s；測試速度2 mm/s；測后速度4 mm/s；觸發值5 g；壓縮程度50%；數據采集速度200 pps。每個組分采集3 個樣品，測試結果取平均值。

1.4 數據處理

采用SPSS 22.0 統計軟件對數據方差分析，用Duncan 新復極差法進行顯著性檢驗，平行重復3 次。

2 結果與分析

2.1 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉破損度和藍值的影響

破損度和藍值表示了淀粉顆粒的破壞程度，添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉破損程度的影響見表2。

表2 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉破損度及藍值的影響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%時對淀粉破損度有顯著影響（P＜0.05）；添加量為8%的混合粉中淀粉破損度與未添加汽爆甘薯渣小麥粉中淀粉相比淀粉破損度增加了3.9%；添加量分別為8%和10%時，淀粉破損度無顯著性差異（P≥0.05）；添加量由10%增至16%時，破損度增至由（26.3±1.32）%迅速增至（33.4±1.67）%。這可能是添加汽爆甘薯渣后因物理作用使淀粉顆粒相對平滑的表面變得粗糙，甚至出現開裂和破碎等現象，這一過程使小麥粉顆粒表面出現晶格畸變，促使淀粉顆粒由晶態向非晶形態轉化，導致淀粉破損度增加。研究表明，淀粉破損會影響面團流變學特性，使面團彈性降低、強度下降[23]。

藍值是表示淀粉與碘結合性能的一項指標。由表2可知，添加2%～4%汽爆甘薯渣的混合粉中淀粉的藍值與未添加汽爆甘薯渣的小麥粉中淀粉的藍值沒有顯著性差異（P≥0.05）；添加量超過10%時，藍值由（0.60±0.03）%迅速升高至（0.98±0.05）%。這可能是因為淀粉顆粒內部支鏈淀粉含有較多的長側鏈，而這些長側鏈的支鏈淀粉更容易與碘發生絡合反應。添加汽爆甘薯渣后淀粉破損度增加，這些長側鏈支鏈淀粉更易從內部游離出，使淀粉藍值增加[20]。

綜上所述，汽爆甘薯渣添加量小于10%時，對混合粉中淀粉的破損度和藍值影響較小，高于10%后對混合粉中淀粉的破損度和藍值影響較大。

2.2 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉顆粒微觀結構的影響

按照1.3.5.6 節所示方法，觀察小麥粉及添加10%汽爆甘薯渣的混合粉中淀粉的微觀結構，結果如圖1a、圖1b所示。

圖1 小麥粉及混合粉中淀粉的電鏡掃描圖Fig.1 Electron microscopy scan of starch in mixed powder and wheat flour

由圖1a可知，小麥粉中的淀粉顆粒圓潤飽滿，表面光滑；添加汽爆甘薯渣后（圖1b），淀粉顆粒出現破裂和表面皺縮的現象。表明汽爆甘薯渣的添加使混合粉中淀粉顆粒發生不同程度地裂解，這與添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉破損度及藍值的影響結果一致。

2.3 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉溶解度的影響

由圖2可知，汽爆甘薯渣的添加量在0～10%時，混合粉中淀粉的溶解度隨汽爆甘薯渣添加量的增加而逐漸上升，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%時溶解度逐漸下降。經顯著性方差分析，添加量由10%增大至12%時，混合粉中淀粉的溶解度有顯著性差異（P＜0.05）。出現這一現象的原因可能是添加汽爆甘薯渣后，混合粉中可溶性膳食纖維含量增加，促進水分子與淀粉分子的接觸，使得混合粉中淀粉的溶解量增加；其次，因為汽爆甘薯渣加入小麥粉中，淀粉的破損度增加，也使其溶解度升高。但隨著汽爆甘薯渣粉添加量持續增加，混合粉中淀粉被過度稀釋，使其溶解度迅速下降。

2.4 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉膨潤力的影響

由圖3可知，汽爆甘薯渣的添加量在0～10%范圍內，混合粉中淀粉的膨潤力隨汽爆甘薯渣添加量的增加而逐漸上升，其值由（2.43±0.11）%增至（3.53±0.08）%，膨潤力增加了1.10%。添加量大于10%后，膨潤力逐漸下降，經顯著性方差分析，添加量由10%增至12%時混合粉中淀粉的膨潤力有顯著性差異（P＜0.05）。這可能是因為添加汽爆甘薯渣后，汽爆甘薯渣中可溶性膳食纖維本身具有較大的持水力及溶脹性，使得混合粉中淀粉的膨潤力升高，但由于添加量過大時，淀粉的破損度增加，使得膨潤力又逐漸降低。

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

圖3 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉膨潤力的影響Fig.3 Effects of adding steam explosion sweet potato residue on the swelling force of starch in mixed powder

2.5 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉相對黏度的影響

由圖4可知，汽爆甘薯渣添加量由0 增至10%時，相對黏度由（884.7±4.51）mPa·s 降至（772.7±4.50）mPa·s，降低了12.7%。當汽爆甘薯渣添加量由10%增至16%時，相對黏度降至（608.3±4.04）mPa·s，降低了21.3%。因此，當汽爆甘薯渣添加量大于10%時，相對黏度降低顯著（P＜0.05）。產生這一現象的主要原因可能是加入汽爆甘薯渣后，混合粉中的支鏈淀粉被稀釋，相對含量下降，使得淀粉在糊化過程中，支鏈淀粉間難以形成氫鍵，淀粉分子間相互作用力減弱，造成相對黏度下降。此外，汽爆甘薯渣中的膳食纖維吸水膨脹對糊化體系中可利用水的轉運有明顯影響，造成了最終黏度下降；隨著汽爆甘薯渣添加量的不斷增加，其對混合粉中淀粉相對黏度的影響就越顯著。

2.6 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉凝沉性的影響

淀粉凝沉是指糊化后的淀粉分子重排凝結沉降的過程，反映了糊化后混合粉中淀粉顆粒的穩定性與混合粉中淀粉的抗老化性。

由圖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）%（添加量為14%），增加了11.26%；添加量為14%和16%時，混合粉凝淀粉沉性無顯著差異（P≥0.05）。凝沉值升高可能是因為汽爆甘薯渣會破壞淀粉中的支鏈淀粉，導致支鏈淀粉數量下降，而直鏈淀粉數量增加，淀粉的相對分子質量變??；同時汽爆甘薯渣中含有一定量的不溶性膳食纖維，離心后也會沉降，這兩者共同作用使得凝沉值略有增加。添加汽爆甘薯渣是否會使混合粉中淀粉抗老化性下降，還需要結合其它指標分析。

圖4 添加汽爆甘薯渣對混合粉中淀粉相對黏度的影響Fig.4 Effects of adding steam explosion sweet potato residue on the relative viscosity of starch in mixed powder

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

2.7 汽爆甘薯渣粉對面包質構特性的影響

汽爆甘薯渣以不同比例添加到小麥粉中，按1.3.3 節方法制作面包，結果如圖6所示。

由圖6可知，當汽爆甘薯渣的添加量小于8%時，面包的彈性、回復性和內聚性等都明顯升高，這可能使面包在風味口感上有明顯改善；當汽爆甘薯渣的添加量超過8%時，面包的彈性、咀嚼性、回復性和內聚性等指標又迅速下降。面包的彈性、咀嚼性、回復性和內聚性的提升可能是因為汽爆甘薯渣中的可溶性膳食纖維與面包中的面筋蛋白之間形成了致密的網絡結構。面包的硬度隨著汽爆甘薯渣添加量的增加而逐漸降低，這可能是因為汽爆甘薯渣中的膳食纖維在面團中形成了大量的空隙，有利于空氣進入，從而使面包中空氣含量增加，導致其硬度明顯下降。

2.8 汽爆甘薯渣面包的感官評定

由表3可知，當汽爆甘薯渣的添加量在0～8%范圍內，面包在外觀、切面結構、顏色、彈性、黏度、氣味和味道等方面的評分逐漸增加，感官評分最高為（94.9±2.60）分；汽爆甘薯渣的添加量在10%～16%范圍內時，各項指標的評分均逐漸下降，可能是因為隨著汽爆甘薯渣的添加，面包的顆粒感增強，對面包口感造成了不利的影響。根據顯著性方差分析，汽爆甘薯渣粉添加量為8%時彈性、黏度、氣味和味道指標相較于其它添加量均有顯著差異（P＜0.05）。因此，汽爆甘薯渣在小麥粉中的添加量為8%時不僅提高了面包中可溶性膳食纖維含量，而且改善了小麥粉的理化特性，提高了面包的感官品質。

3 結論

汽爆甘薯渣添加到小麥粉中，混合粉中淀粉的理化特性有顯著變化。汽爆甘薯渣添加量小于10%對混合粉中淀粉的破損度和藍值影響較小，高于10%后對混合粉中淀粉的破損度和藍值影響較大。汽爆甘薯渣添加量小于10%時，混合粉中淀粉的溶解度、膨潤力和相對黏度等理化性質均上升，混合粉品質得到提高。隨汽爆甘薯渣添加量增加，混合粉中淀粉的凝沉性升高，結合面包質構分析結果中面包硬度下降，表明混合粉凝沉值升高可能是因為甘薯中的不溶性膳食纖維沉降所致。感官評定結果表明，汽爆甘薯渣添加量為8%時，面包的感官品質最佳。研究表明，添加汽爆甘薯渣不僅可以為面包提供豐富的可溶性膳食纖維，滿足人們對健康的需求，而且能改善面包的感官品質，使其口味更佳。本研究為甘薯渣的應用提供了新的方向，提高了甘薯的經濟價值。