马铃薯全粉是将马铃薯鲜薯经切片、蒸煮、混合、制泥、干燥和过筛等多道手艺加工制成，分为马铃薯雪花全粉、马铃薯颗粒全粉两种类型[1]，经过加工制作，马铃薯全粉可以很好地保持马铃薯细胞的完整性，同时绝大部分的营养物质（氨基酸、微量元素等）也得以保存[2]。马铃薯全粉中缺少面筋蛋白（麸质蛋白），而面筋蛋白是赋予面食品加工过程中延展性、成型性等良好加工性能的重要成分。因此马铃薯全粉制作主食类产品时，普遍存在产品难以成型、硬度大、持水力差等阻碍食品加工的问题[3]。目前马铃薯主食加工的主要方法是与小麦粉混合使用或添加谷朊粉以补充马铃薯全粉中面筋蛋白的不足，也有研究将天然淀粉经改性处理后与马铃薯全粉混合使用[4]。
螺杆挤压工艺是一种在高温高压作用下，通过强大的机械力强制物料通过螺杆并通过模具成型的一种物理改性的方法[5-6]。马铃薯全粉本身为同时含有蛋白质和淀粉的混合体系，在螺杆挤压过程中，蛋白质会发生结构裂解与展开，淀粉中的支链淀粉快速裂解、降低结晶度并增大直链淀粉的比例，进而改变蛋白与淀粉原有的结合状态而改良加工性能和食品品质。马铃薯全粉中面筋蛋白的缺乏虽然阻碍了马铃薯全粉主食加工产业的发展，但也使马铃薯全粉具备了作为无麸质食品开发的独特性。目前，鲜有研究利用双螺杆挤压剪切的作用实现马铃薯全粉无麸质食品的加工。本文在不添加小麦粉的条件下，以大众化的主食面条为落脚点，通过优化双螺杆挤压工艺而研发无麸质马铃薯面条，以期提高马铃薯资源利用率和产品附加值，促进马铃薯主食化战略的实践推广。
1 材料与方法
1.1 试验材料
马铃薯全粉：内蒙古自治区呼和浩特市种植的马铃薯鲜薯（夏波蒂品种）由黑龙江北大荒马铃薯全粉有限公司加工制粉（蛋白质含量12%，能量18%，脂肪0%，碳水化合物26%，钠0%）；食用木薯淀粉：新乡良润全谷物食品有限公司；食用玉米淀粉、食用马铃薯淀粉：涿州杨林食品有限公司；食盐：中盐榆林盐化有限公司；速溶分离乳清蛋白粉：上海嘉萌生物科技有限公司；大米水解蛋白：武汉永国蛋白粉有限公司；大豆分离蛋白：浙江一诺生物科技有限公司。以上试剂均为食品级。
1.2 仪器与设备
DSE32-实验型双螺杆挤压膨化机：济南大彤机械设备有限公司；BCD-321WDBA 电冰箱：青岛海尔股份有限公司；DGX-9143BC 电热鼓风干燥箱：上海福玛实验设备有限公司；SQP 电子天平：赛多利斯（上海）贸易有限公司；DZ-300N 真空包装机：上海青葩包装机械有限公司；SCIENTZ-10N/A 冷冻干燥机：宁波新芝生物科技股份有限公司；CR-20 色差仪：日本柯尼卡美能达控股株式会社；TA.XT.Plus 质构仪：英国Stable Micro System 公司。
1.3 试验方法
1.3.1 样品制备
以100 g 马铃薯全粉为基准，添加10%木薯淀粉+6%大米水解蛋白+1%食盐，混合后称为复配粉，添加复配粉总质量50%的纯净水，充分混匀后置于螺杆挤压膨化机，以感官评分为指标，调整螺杆工艺参数，通过响应面试验选出双螺杆挤压最佳工艺参数，以最佳工艺参数挤出的面条为试验组，称为复配粉面条。市售小麦粉面条、无添加马铃薯全粉面条分别作为对照组1 和对照组2。
1.3.2 感官评价
感官评价的设计参照Xue 等[7]的方法，并稍作修改，选择8 名感官评价员进行评价。将挤出的面条直接煮熟后对其表现状态、色泽、咀嚼度、韧性、黏性、光滑度和气味7 个维度进行评价。感官评分标准见表1。
表1 面条感官评分标准
Table 1 Sensory evaluation criteria for noodles
项目色泽满分10光滑度15咀嚼度5韧性25黏性10表观状态15气味20评分标准复配粉面条的颜色应为黄色或浅黄色，亮度好为8.5～10亮度一般为6～＜8.5颜色发暗或发灰、亮度差为1～＜6口感光滑为12～15较光滑为8～＜12不光滑为1～＜8咬力适中为4～5稍硬或稍软为2～＜4过硬或过软为1～＜2有咬劲且富有弹性为21～25一般为15～＜21咬劲差、弹性不足为1～＜15爽口、不黏牙为8～10较爽口、稍黏牙为5～＜8不爽口、样品发黏为1～＜5表面结构细密且光滑为12～15中间程度为9～＜12表面粗糙、膨胀变形为1～＜9具有马铃薯味为15～20基本无异味为8～＜15有异味为1～＜8
1.3.3 单因素试验
固定喂料速度30 Hz 与螺杆转速30 Hz，分别评定Ⅱ区温度在25、50、75、100、125 ℃时面条的感官评分。
固定Ⅱ区温度75 ℃与螺杆转速30 Hz，分别评定双螺杆挤压机喂料速度在10、20、30、40、50 Hz 时面条的感官评分。
固定喂料速度30 Hz 与Ⅱ区温度75 ℃，分别评定螺杆转速在10、20、30、40、50 Hz 时面条的感官评分。
1.3.4 响应面优化试验
根据单因素试验结果，选取喂料速度（A）、螺杆转速（B）和Ⅱ区温度（C）3 个因素，以感官评分（Y）为响应值，采用响应面试验设计优化双螺杆挤压无麸质马铃薯全粉面条的工艺条件。试验变量的因素与水平值如表2 所示。经最优工艺条件下挤出的面条称为复配粉面条。
表2 响应面因素与水平
Table 2 Factors and levels of the response surface factor
水平-1因素0 1 A 喂料速度/Hz 10 20 30 B 螺杆转速/Hz 10 20 30 C Ⅱ区温度/℃50 75 100
1.3.5 冻融处理
将响应面试验优化工艺条件下制得的新鲜面条样品放入-18 ℃的冰箱中，冻藏24 h 后取出，彻底解冻记录为冻融1 次，依次累计并记录次数。以市售小麦粉面条为对照组1、无添加马铃薯全粉面条为对照2。
1.3.6 色泽测定
将挤出型复配粉面条采用色差仪测定其L*值、a*值及b*值[8]，分析色泽变化，以市售小麦粉面条为对照1、无添加马铃薯全粉面条为对照2。
1.3.7 拉伸特性测定
取1.3.4 响应面优化条件下制得的新鲜生面条，截取10 cm 长，缠绕固定于2 根探测棒上，采用质构仪进行测定，使用A/SPR 探头，测前速度1.00 mm/s，测中速度3.00 mm/s，测后速度10.00 mm/s，触发力5.0 g。共进行6 次平行试验，去掉最大值和最小值，求平均值[9]。
1.3.8 质构特性测定
按照1.3.4 响应面优化条件下制得的新鲜挤压型面条经冻融处理后，于沸水中煮至无白芯为熟制，捞出，沥干水分后进行质构特性分析（textural properties analysis，TPA）。测定程序：采用探头为P100 型，校准距离15 mm，测试前速度2 mm/s、测中速度1 mm/s、测后速度为2 mm/s，形变量50%，触发力5 g，时间间隔为1 s。每次试验将3 根面条水平放置于载物平台上，每根面条间需有0.5 cm 的间隔，面条平整放置于探头的正下方[10]。
1.3.9 蒸煮特性测定
1）面条吸水率：参照Rombouts 等[11]的方法并修改，将按1.3.4 中最优工艺条件挤出的面条经冻融处理后，直接置于沸水中煮150 s，用滤网捞出并用冷水浸泡30 s，然后用滤纸吸干表面水分，称质量。根据公式（1）计算面条的吸水率（X，%）。
式中：W0 为煮前面条的质量，g；W1 为煮后面条的质量，g。
2）面条断条率：取20 根面条置于沸水中煮至白芯消失后捞出，置于冷水中30 s 后逐根挑出，记录断条数，根据公式（2）计算面条的断条率（D，%）。
式中：W0 为面条总条数；W1 为断条数。
1.4 数据处理
采用Excel 2021、Origin 2021 和SPSS 26.0 软件进行试验数据分析，P＜0.05 为差异显著。所有数据均平行测定3 次，结果以平均值±标准差表示。
2 结果与分析
2.1 螺杆挤压参数对面条感官评分的影响
螺杆挤压参数对面条感官评分的影响如表3 所示。
表3 单因素试验结果
Table 3 Results of single-factor experiment
A 喂料速度/Hz 10 20 30 40 50感官评分56±2 69±3 61±2 59±1 60±2 B 螺杆转速/Hz 10 20 30 40 50感官评分61±1 73±2 58±2 64±1 57±1 C Ⅱ区温度/℃25 50 75 100 125感官评分59±2 64±1 74±3 68±2 69±1
由表3 可知，随着喂料速度的增大，感官评分整体先升高后降低，在喂料速度为20 Hz 时，感官评分最高（69）。感官评分差异不明显时，为减小功耗以及避免物料进入双螺杆挤压时因过大的喂料速度而导致的物料升温，选择喂料速度为10、20、30 Hz 进行响应面优化试验。同理，选择螺杆转速10、20、30 Hz 进行响应面优化试验。Ⅱ区温度为25～125 ℃时，感官评分整体先升高后降低，在Ⅱ区温度为75 ℃时，感官评分最高（74），因此，选择Ⅱ区温度50、75、100 ℃进行后续响应面试验。
2.2 双螺杆挤压工艺的优化
双螺杆挤压工艺的优化结果见表4。
表4 响应面试验设计及结果
Table 4 Design and results of response surface test
序号B 螺杆转速1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 喂料速度0-1-1 C Ⅱ区温度-1 1-1 0 0 1-1 0-1 0 1-1 0 0 1 0 0-11 12 13 14 15 16 17 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0-1 1 0 0 0 0 1 0--1-1 0 0 1 1 0 0 0感官评分62 63 65 64 85 64 64 85 62 71 64 80 64 63 61 81 85
将表4 试验结果经SPSS 26.0 软件回归拟合后，得到多元二阶回归模型Y=83.20-1.50A+0.87B-0.12C-1.50AB+0.50AC+0.75BC-8.98A2-9.73B2-10.23C2，方差分析结果见表5。
表5 方差分析结果
Table 5 Analysis of variance results
注：**表示影响极显著（P＜0.01）。
来源模型自由度A B C AB平方和1 352.07 18 6.13 0.13均值150.23 18 6.13 0.13 AC BC 9 1 9 1 A2 B2 C2 F 值19.46 2.33 0.79 0.016 1.17 0.13 0.29 43.92 51.57 57.01 P 值0.000 4**0.170 6 0.402 7 0.902 3 0.316 1 0.729 6 0.606 1 0.000 3**0.000 2**0.000 1**残差失拟项纯误差总和2.25 339.16 398.21 440.21 54.05 29.25 24.8 1 406.12 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 16 2.25 339.16 398.21 440.21 7.72 9.75 6.2 1.57 0.327 9
由表5 可知，该模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著。由F 值的大小可知不同因素影响顺序为喂料速度（A）＞螺杆转速（B）＞Ⅱ区温度（C）；交互性显著性大小顺序为AB＞BC＞AC。其中A2、B2、C2 为极显著项；模型确定系数R2=0.961 6，R2Adj=0.912 1，变异系数3.99%，表明回归方程的拟合程度和可行度较高，预测值与试验结果具有高度相关性。不同因素交互作用对感官评分的影响见图1。
图1 两因素交互作用响应面图
Fig.1 Response surface diagram of interaction between two factors
由图1 可知，两因素之间的交互作用均不显著（P＞0.05）。喂料速度（A）和螺杆转速（B）交互作用的相应曲面相对陡峭，喂料速度（A）和Ⅱ区温度（C）以及螺杆速度（B）和Ⅱ区温度（C）之间的交互作用影响较小，与方差分析结果一致。
2.3 验证试验
响应面试验结果经过Design-Expert 8.0.6 软件的组合分析，优化得到马铃薯面条最佳螺杆工艺参数为喂料速度19.12 Hz、螺杆转速20.52 Hz、Ⅱ区温度74.85 ℃。此条件下挤出型马铃薯面条的感官评分为83.28。将上述工艺参数根据实际情况调整为喂料速度19.12 Hz、螺杆转速20.52 Hz、Ⅱ区温度75 ℃，验证此条件下挤出型马铃薯面条的感官评分为82±1，与理论值基本一致，表明该模型拟合效果良好，适用于挤出型马铃薯面条的制备。
2.4 面条色泽的比较
面条的色泽是判断面条品质的指标之一，测定结果如表6 所示。
表6 面条色泽的测定结果
Table 6 Determination results of noodle color
注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
b*值17.8±0.2a 14.1±0.3b 17.7±0.2a样品小麦粉面条马铃薯全粉面条复配粉面条L*值81.5±0.2a 59.4±1.1c 71.7±0.6b a*值2.7±0.1c 5.9±0.3a 4.2±0.2b
由表6 可知，复配粉面条的亮度值相较于原料马铃薯全粉面条的亮度值更接近小麦粉面条，红绿值低于马铃薯全粉面条而高于小麦粉面条，黄蓝值高于马铃薯全粉面条，与小麦粉面条基本相同。原因可能是在挤压过程中复配粉的添加降低了淀粉褐变的程度，使挤出的面条的亮度增大，红绿值降低。相比于马铃薯全粉面条，复配粉面条的亮度提升了20.7%，达到了小麦粉面条亮度的88.0%。复配粉面条的红绿值相对于马铃薯全粉面条下降了28.8%。复配粉面条的黄蓝值相比于马铃薯全粉面条增大了25.5%。
2.5 面条的拉伸特性
断裂距离可以反映面条的延展性和可塑性，而拉伸做功则可以反映面条的强度和韧性[12-13]。拉伸特性的测定结果如表7 所示。
表7 拉伸特性的测定结果
Table 7 Determination results of tensile characteristics
注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
样品小麦粉面条马铃薯全粉面条复配粉面条断裂距离/mm 47.28±2.33a 27.26±3.62c拉伸做功/（g·mm）4 062.40±332.08c 6 573.12±300.23a最大拉伸力/g 79.68±6.50c 835.53±30.16a 654.78±22.94b 35.53±3.54b 5 700.38±353.23b
由表7 可知，复配粉面条的断裂距离大于马铃薯全粉面条，可能是因为复配粉中添加了外源淀粉与外源蛋白使面条内部产生了一定的交联结构，面条的延展性变好，断裂距离增大。马铃薯全粉面条与复配粉面条的拉伸做功均大于小麦粉面条，表明通过挤压处理可以增大面条的强度和韧性。复配粉面条的最大拉伸力小于马铃薯全粉面条，可能是与添加了外源淀粉、蛋白降低了面条的硬度有关。
2.6 冻融对面条品质的影响
2.6.1 质构特性
冻融次数对不同种类面条TPA 的影响如表8 所示。
表8 冻融次数对不同种类面条TPA 的影响
Table 8 Effect of freeze-thaw times on TPA of different types of noodles
注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
冻融次数1 2 3面条种类复配粉马铃薯全粉小麦粉复配粉马铃薯全粉小麦粉复配粉马铃薯全粉小麦粉硬度/g 1 324.92±47.07b 1 532.22±64.78a 1 130.87±53.31c 1 156.79±45.67b 1 402.83±38.52a 1 003.19±14.21c 963.27±28.74a 1 015.81±45.80a 873.08±31.60b内聚性0.88±0.01a 0.69±0.01c 0.82±0.02b 0.84±0.01a 0.73±0.03b 0.82±0.02a 0.86±0.01a 0.71±0.02c 0.82±0.01b弹性0.92±0.02a 0.83±0.02b 0.90±0.01a 0.89±0.02a 0.78±0.01b 0.88±0.02a 0.82±0.02a 0.64±0.02b 0.78±0.02a咀嚼度/g 779.09±4.81a 651.17±4.11b 532.36±5.13c 657.90±4.07a 492.08±3.80b 430.82±2.77c 538.15±4.80a 312.06±3.59c 358.68±8.94b胶着度741.17±2.25a 647.22±3.61b 630.68±3.21c 636.82±9.60a 497.57±3.70c 574.06±3.57b 506.15±5.18a 374.59±4.36c 465.72±4.22b回复性0.42±0.01a 0.42±0.01a 0.43±0.02a 0.44±0.01a 0.42±0.01a 0.45±0.01a 0.40±0.02b 0.47±0.02a 0.41±0.02b
由表8 可见，经过多次冻融后，复配粉面条和对照组1（小麦粉面条）、对照组2（马铃薯全粉面条）的硬度和弹性均呈下降的趋势，但是内聚性的变化规律不明显。同时，复配粉、马铃薯全粉和小麦粉面条的胶着度和咀嚼度也随着冻融次数的增加而下降，冻融未对回复性造成显著影响，可能是由于冻融循环过程中一些聚合物的交联作用被严重破坏，同时淀粉与蛋白质间的作用力也有一定的下降[14-15]。
2.6.2 蒸煮特性
冻融次数对不同种类面条蒸煮特性的影响见图2。
图2 冻融次数对不同种类面条蒸煮特性的影响
Fig.2 Effect of freeze-thaw times on cooking characteristics of different types of noodles
不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
由图2 可知，在冻融次数为0 时，复配粉面条的吸水率达到小麦粉面条的75%，是马铃薯全粉面条吸水率的1.44 倍。复配粉面条的断条率比马铃薯全粉面条降低了50%。冻融次数在0～2 次时对面条的吸水率和断条率影响较大，随着冻融次数的增加，复配粉面条和两个对照组面条的吸水率均减小，断条率均增大，随冻融次数的增加，复配粉面条的断条率与小麦粉面条的断条率相似。
2.7 贮藏时间对面条质构特性的影响
贮藏时间对不同种类面条TPA 的影响如表9 所示。
表9 贮藏时间对不同种类面条TPA 的影响
Table 9 Effect of storage days on TPA of different types of noodles
注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
贮藏时间/d 0 1 2 3 4面条种类复配粉马铃薯全粉小麦粉复配粉马铃薯全粉小麦粉复配粉马铃薯全粉小麦粉复配粉马铃薯全粉小麦粉复配粉马铃薯全粉小麦粉硬度/g 1 334.00±40.90b 1 614.64±44.81a 1 134.99±36.39c 1 127.14±32.82b 1 240.40±37.29a 1 063.99±25.08b 835.93±38.79b 1 128.52±22.57a 731.96±31.62c 1 049.90±30.56c 1 471.61±38.38a 1 165.14±37.59b 1 143.95±32.93b 1 240.74±45.17a 665.99±34.93c弹性0.91±0.01a 0.81±0.02b 0.91±0.01a 0.87±0.02a 0.75±0.02b 0.90±0.02a 0.81±0.01b 0.61±0.02c 0.84±0.01a 0.85±0.02a 0.72±0.01b 0.72±0.03b 0.89±0.02a 0.76±0.02b 0.68±0.02c咀嚼度/g 874.41±22.20a 736.37±18.13b 629.37±26.26c 753.09±34.10a 552.76±23.42b 527.15±24.85b 651.60±31.53a 473.55±21.85b 480.55±20.17b 734.14±31.55a 551.26±23.16b 239.44±32.00c 845.29±39.47a 570.34±22.92b 517.52±24.32b
由表9 可知，在贮藏时间为0 d 时，复配粉、马铃薯全粉和小麦粉面条的硬度差异显著，小麦粉面条硬度最低，其次是复配粉面条，马铃薯全粉面条硬度最大。随贮藏时间延长，复配粉面条的硬度呈现出先降低后上升的趋势。面条的硬度、弹性和咀嚼性受到水分含量、面条结构稳定性等因素的直接影响。贮藏过程中面条的含水量逐渐降低，挤压处理也会改变面条的蛋白质含量和淀粉变性程度，面筋网络结构受到一定程度的破坏，同时淀粉颗粒可能会脱离蛋白质，导致硬度的提高[16]。此外，冷藏过程中的淀粉回生现象也可能导致面条硬度的变化[17]。
随贮藏时间的延长，小麦粉面条的弹性衰减明显而复配粉面条相对稳定，可能是因为双螺杆挤压对外源蛋白质和淀粉的改性效应使混合体系更加致密，这与水分迁移速率减缓有关。食品的硬度和咀嚼度密切相关，随硬度的变化，咀嚼度也会发生相应的变化[18]。贮藏期间，复配粉面条的弹性和硬度接近于小麦粉面条。贮藏时间的延长使食品中的面筋网络结构连接性变差[19]，导致咀嚼度发生明显的变化。复配粉面条的咀嚼度最高，一方面可能是通过额外添加淀粉与蛋白质进行挤压，使面条结构紧密，另一方面则是经双螺杆挤压后改变了直链淀粉与支链淀粉含量及比例所致。
3 结论
采用10% 木薯淀粉+6% 大米水解蛋白+1% 食盐与马铃薯全粉相混合，经双螺杆挤压制作复配粉面条。响应面优化试验获得的双螺杆挤压最佳工艺条件为喂料速度19.12 Hz、螺杆转速20.52 Hz、Ⅱ区温度75 ℃，此条件下马铃薯面条的感官评分最高，为82±1，制得的复配粉面条的色泽良好，接近市售小麦面条。结果表明，冻融处理对面条品质影响较大，随冻融次数增加，复配粉面条的硬度、弹性、胶着度、咀嚼度整体上均呈现下降的趋势，在蒸煮特性方面表现为吸水率减小而断条率增大，且与小麦粉面条相接近。冻融次数对面条品质的影响较大，建议冻融次数不应超过2 次。贮藏期间，复配粉面条的弹性和硬度接近于小麦粉面条，咀嚼度大于小麦粉面条。
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