石 彬 李詠富 - 龍明秀 - 何揚波 - 田竹希 - 梁 倩ANG

(貴州省現代農業(yè)發(fā)展研究所，貴州 貴陽 550009)

粉條是中國的一種傳統(tǒng)美食，又被稱作粉絲、冬粉等[1]。紅薯粉是以紅薯淀粉為主要原料制作而成的一種特色美食，其外觀晶瑩剔透，口感軟糯香甜，深受人們喜愛[2]。研究[3-6]表明，紅薯中除了含有豐富的碳水化合物外，還含有維生素和氨基酸等營養(yǎng)物質，相對其他淀粉類谷物而言，其熱量低，對減肥瘦身、延緩衰老也有一定的作用，是一種健康的保健食品。而傳統(tǒng)的紅薯粉在加工生產過程中，往往存在成品韌性差，不耐煮等問題[7-8]，生產者往往選擇在配方中加入明礬[9-10]。長期攝入含有明礬的食物會損害人的神經系統(tǒng)，引發(fā)癡呆、智力衰退等一系列問題[11-13]。目前市面上已出現了無鋁紅薯粉絲，但仍普遍存在斷條率高、易糊湯等質量問題，一定程度上制約了產業(yè)的發(fā)展[14]，因此無明礬的紅薯粉制作新工藝成為研究的一個熱點[15]。試驗擬以異淀粉酶對紅薯淀粉進行改性，同時以卡拉膠、瓜爾豆膠、槐豆膠3種天然碳水化合物代替明礬對紅薯粉生產過程中的關鍵因素進行優(yōu)化，以期通過安全綠色的方法實現紅薯粉制作過程的無鋁化，同時提高無明礬紅薯粉的質量與生產效益，為紅薯粉科學生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紅薯淀粉：龍薯10號紅薯淀粉，貴州省農業(yè)科學院；

碘、直鏈淀粉標準品、支鏈淀粉標準品、異淀粉酶(產氣桿菌發(fā)酵提煉產物)：上海經科化學科技有限公司；

卡拉膠、瓜爾豆膠、槐豆膠：食品級，河南萬邦實業(yè)有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

多功能質構儀：TA20型，上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司；

均質儀：AYL400型，南通奧亞精密機械制造有限公司；

恒溫水浴鍋：HH-601型，常州市金壇區(qū)環(huán)宇科學儀器廠；

紫外—可見分光光度計：Alpha1860S型，上海譜元儀器有限公司；

全自動黏度儀：AVM-2型，杭州卓祥科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

水、添加劑

↓

淀粉原料→打糊(制芡)→和面→煮粉糊化→壓面成型→冷卻(低溫老化)→干燥(自然風干)→成品

工藝要點：

(1) 打糊：向紅薯淀粉中加入適量的純凈水，攪拌使之充分溶解成均勻的淀粉糊。

(2) 煮粉糊化：將充分溶解后的紅薯淀粉于水浴鍋中加熱，同時不停地攪拌，直至淀粉變?yōu)轲こ硗该鳡睢?/p>

(3) 冷卻干燥：將壓面成型的紅薯粉條浸入冷水中冷卻，約10 s后迅速取出，于陰涼通風條件下自然冷卻干燥。

1.2.2 紅薯淀粉改性 準確稱取50 g紅薯淀粉(以干基計算)，加入純凈水攪拌使之充分溶解，40 ℃水浴中孵育5 min，向淀粉糊中加入不同劑量的異淀粉酶，充分攪拌，混勻。40 ℃下靜置反應30 min，按GB/T 15683—2008的方法測定淀粉溶液中直鏈淀粉含量。

1.2.3 淀粉糊化特征值的測定 利用快速黏度儀進行測定。將紅薯淀粉樣品放入干燥器中干燥24 h，根據試驗設計計算出樣品實際水的添加量，并配置成相應的淀粉溶液進行RVA測試。根據文獻[16]的方法并修改：將淀粉懸浮液于50 ℃平衡1 min，以 12 ℃/min的速率加熱至95 ℃，保溫2.5 min，再以 12 ℃/min的速率冷卻至50 ℃，保溫2 min，整個過程13 min。測定參數包括峰值黏度、谷值黏度、最終黏度、回生值、衰減值，每組樣品重復測試3次，取平均值。

1.2.4 凝膠性質測試 選擇長度相同，粗細均勻的紅薯粉絲成品，沸水中煮至中心白色完全消失，放入冷水中冷卻，用吸水紙吸干粉條表面水分，每次取6根長度一致、大小均勻的粉絲并排放于測試臺上，每根粉絲之間留出一定間隙，選擇質構儀P50探頭進行TPA測試。每組樣品重復3次，取平均值。參數設定：探頭量程1 000 N；測定模式為壓縮模式，運行速度40 mm/min；壓縮形變量50%；觸發(fā)感應力0.038 N。每組樣品重復3次，取平均值。

1.2.5 剪切力測試 選擇A/LKB-F探頭進行剪切力測試。感應力 20 g；測試形變 90%；測前速度2.0 mm/s；測試速度 1.7 mm/s；測后速度2.0 mm/s，得到樣品最大剪切力，每組測試重復5次，取平均值。

1.2.6 拉伸試驗 將粉絲兩端分別用夾具固定進行拉伸測試。選擇質構儀測定模式為拉伸測試；探頭為A/SR夾具；拉升距離40 mm；感應力0.038 N；測前速度3 mm/s；測試速度1 mm/s；測后速度3 mm/s；每組測試重復5次，取平均值。

1.2.7 斷條率的測定 選擇長短、大小均一的紅薯粉絲成品，于蒸餾水中煮沸20 min，計算煮后粉絲斷條數。每組樣品重復測試3次，取平均值，按式(1)計算斷條率。

(1)

式中：

c——斷條率，%；

n——斷條數；

n0——原樣品條數。

1.2.8 單因素試驗

(1) 異淀粉酶添加量：固定加水量80%，加熱溫度80 ℃，瓜爾豆膠添加量0.2%，老化時間10 h，考察異淀粉酶添加量(0，40，80，120，160，200，240 U/g)對紅薯粉直鏈淀粉含量和凝膠性質的影響。

(2) 加水量：固定異淀粉酶添加量160 U/g，加熱溫度80 ℃，瓜爾豆膠添加量0.2%，老化時間10 h，考察加水量(60%，70%，80%，90%，100%)對紅薯粉糊化特性的影響。

(3) 加熱溫度：固定異淀粉酶添加量160 U/g，加水量80%，瓜爾豆膠添加量0.2%，老化時間10 h，考察加熱溫度(60，70，80，90，100 ℃)對紅薯粉凝膠性質的影響。

(4) 多糖種類及添加量：固定異淀粉酶添加量160 U/g，加水量80%，加熱溫度80 ℃，老化時間10 h，考察明礬、卡拉膠、瓜爾豆膠、槐豆膠4種添加劑在不同劑量下(0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%)對紅薯粉品質的影響。

(5) 老化時間：固定異淀粉酶添加量160 U/g，加水量80%，加熱溫度80 ℃，瓜爾豆膠添加量0.2%，考察老化時間(2，4，6，8，10，12，14 h)對紅薯粉品質的影響。

1.2.9 正交試驗 根據單因素試驗結果，選擇加水量、加熱溫度、瓜爾豆膠添加量、老化時間為因素，以剪切力、彈性、斷條率、拉伸力為指標進行正交試驗。并根據文獻[1]的方法對紅薯粉品質評價采用綜合加權評分法，剪切力、彈性、斷條率、拉伸力4項指標各占25分，總分100分。

1.2.10 數據處理 采用Orgin 9.0軟件進行作圖；采用SPSS 19.0軟件進行數據統(tǒng)計分析處理，使用Duncan顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 異淀粉酶添加量對紅薯粉品質的影響

由圖1可知，紅薯淀粉中直鏈淀粉含量隨異淀粉酶添加量的增大而增大。當酶添加量<80 U/g時，直鏈淀粉含量增加較慢，可能是由于酶含量過低，未能充分與底物中α-1,6糖苷鍵反應，導致產物直鏈淀粉含量變化不大。當酶添加量>80 U/g時，直鏈淀粉含量上升速度加快；當酶添加量為160 U/g時，直鏈淀粉含量趨于穩(wěn)定，表明此時異淀粉酶含量達到了閾值，在底物一定的情況下，繼續(xù)增加酶含量對反應影響不大。

圖1 異淀粉酶添加量對直鏈淀粉含量的影響

由表1可知，隨著異淀粉酶添加量的增加，凝膠的硬度、內聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性增大。當酶添加量為80 U/g時，各凝膠性質均顯著高于空白樣品(P<0.05)；當酶添加量為160，200，240 U/g時，各凝膠性質均達最大值，除硬度外，3組樣品的內聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性無顯著差異(P>0.05)，表明異淀粉酶含量在160 U/g左右時達到了閾值，對淀粉凝膠性質影響最大。綜合考慮，以160 U/g為合適的異淀粉酶添加量。

表1 異淀粉酶添加量對淀粉凝膠性質的影響?

2.2 加水量對紅薯淀粉品質的影響

由表2可知，加水量對紅薯淀粉糊的狀態(tài)有較大影響，不同加水量的淀粉糊之間的黏度與應力存在顯著差異(P<0.05)。當加水量為60%時，淀粉糊流動性差，有淀粉結塊現象，不能充分溶解，黏度和應力偏小。當加水量>70%時，淀粉糊的黏度和應力隨加水量的增加而減小，淀粉糊流動狀態(tài)良好。當加水量為70%～80%時，淀粉糊的黏度和應力最大，黏稠度適中，流動狀態(tài)較好。當加水量增大至90%時，淀粉的黏度和應力迅速下降，黏稠度較低，影響成糊。表明合適的加水量對淀粉成糊有著十分重要的作用，加水量過低會導致結塊，而加水量過高則會導致淀粉糊過稀，不利于糊化。

表2 加水量對淀粉糊狀態(tài)的影響?

由表3可知，淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度以及回生值均隨加水量的增加先增大后減小。峰值黏度反映了淀粉在糊化升溫過程中的膨脹度與結合水的能力[16]，當加水量為70%和80%時，樣品黏度分別為1 085.61，1 120.52 Pa·s，與其他組存在顯著差異(P<0.05)，加水量繼續(xù)升高，峰值黏度迅速下降，表明淀粉的結合水能力下降。谷值黏度與最終黏度反映了淀粉形成凝膠的能力，當加水量為80%時，谷值黏度與最終黏度分別為825.33，1 323.52 Pa·s，顯著高于其他組(P<0.05)，表明此時淀粉形成凝膠能力最強?；厣?、衰減值、淀粉的回生能力與熱穩(wěn)定性相關，隨著加水量的增加，回生值總體呈下降趨勢，當加水量為60%，70%，80%時回生性能最好；當加水量為80%，90%，100%時淀粉的衰減值最低，分別為287.10，251.68，294.60 Pa·s，表明加水量較高時淀粉的熱穩(wěn)定性也隨之增強。綜上，隨著加水量的增加，紅薯淀粉整體的結合水能力、形成凝膠能力、回生能力先上升后下降，而熱穩(wěn)定性則不斷增強，當加水量為70%～90%時，淀粉的糊黏狀態(tài)良好，各項糊化特征值處于較高水平。

表3 加水量對淀粉糊化特征值的影響?

2.3 加熱溫度對淀粉凝膠特性的影響

由表4可知，隨著淀粉糊化時加熱溫度的改變，紅薯淀粉的硬度、內聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性等凝膠性質均有較大變化。當溫度較低時，淀粉的各凝膠特性隨溫度的升高迅速增大，可能是由于溫度較低，不能徹底破壞淀粉粒晶體結構，使之成為非結晶性的淀粉，導致糊化不完全，隨著溫度的升高，淀粉粒之間的晶體結構被完全破壞，能夠充分糊化。當溫度繼續(xù)升高時，各凝膠特性開始減小，可能是由于高溫破壞了淀粉分子的螺旋形二級結構，內部疏水基團外露，樣品糊化受到影響，從而影響凝膠性質。當糊化溫度從60 ℃升高至70 ℃時，樣品的硬度與內聚性明顯提升，說明60～70 ℃的紅薯淀粉可能存在糊化不充分到充分糊化的過程；當溫度為80 ℃時，樣品的硬度、內聚性、膠黏性、咀嚼性分別為39.14 N，0.58，22.64 N，36.82 mJ，顯著高于其他溫度(P<0.05)，表明80 ℃時的淀粉中網狀結構較多，能充分形成凝膠結構；而當糊化時溫度為90 ℃時，樣品的各項凝膠特性迅速降低，表明溫度為80～90 ℃時，高溫對淀粉分子的二級結構造成了一定的影響。綜上，當加熱溫度為70～90 ℃ 時，紅薯淀粉糊化比較充分，各凝膠特性處于較高水平。

表4 溫度對紅薯淀粉凝膠特性的影響?

2.4 多糖種類及添加量對紅薯粉品質的影響

由表5可知，明礬對紅薯粉的斷條率和拉伸力影響較大，當添加量為0.3%時，樣品的斷條率、拉伸力分別為15.34%、0.67 N，與其他添加量存在顯著差異(P<0.05)，當添加劑量繼續(xù)增大時，各指標下降較快，表明0.2%～0.3% 為合適的明礬添加劑量。卡拉膠作為添加劑時，除干物質含量外，對其他性質均有一定的提升，但整體效果不如明礬，當添加量為0.2%時，樣品的拉伸力與斷條率分別為0.59 N和23.75%，顯著優(yōu)于其他添加量(P<0.05)，而剪切力與烹煮損失率則分別在0.3%與0.4%時達最佳，表明合適的卡拉膠添加劑量為0.2%～0.4%。以瓜爾豆膠作為添加劑時，樣品的剪切力與拉伸力提升明顯，蒸煮損失率與斷條率均降到了較低水平，當添加量為0.2%時，樣品的剪切力達最大，為7.59 N，蒸煮損失率、斷條率均達最低，分別為3.72%，17.66%，而當添加量為0.3%時，拉伸力達最大，為0.62 N，表明0.2%～0.4%為瓜兒豆膠合適的添加量?；倍鼓z主要影響樣品的剪切力、斷條率和拉伸力，當添加量為0.2%時，斷條率為19.50%，顯著低于其他添加量(P<0.05)，當添加量為0.3%時，剪切力和拉伸力分別為6.58，0.66 N，高于其他添加量，表明0.1%～0.3%為槐豆膠合適的添加量。綜上，4種多糖均對紅薯粉品質有一定提升，可能是由于天然多糖作為添加劑時，能增加淀粉的黏度，增強淀粉與水的結合能力，使直鏈淀粉糊化時形成的凝膠基質增多，促進了凝膠網絡的形成，從而增強樣品的彈性、韌性等品質。其中瓜爾豆膠對紅薯粉的品質影響最大，與明礬相比，在最優(yōu)添加劑量下，整體與明礬效果差異不大，可以作為明礬的有效替代品。

表5 多糖種類及添加量對紅薯粉性質的影響?

2.5 老化時間對紅薯粉品質的影響

由圖2可知，老化時間對紅薯粉的剪切力、彈性、斷條率與拉伸力都有較大影響，其中剪切力、彈性、拉伸力隨老化時間的增加呈先增大后減小的趨勢，斷條率則隨老化時間的增加先減小后增大。當老化時間為8 h時，樣品的彈性達最大值，為1.44 mm，繼續(xù)增加老化時間，樣品彈性開始緩慢下降。當老化時間為10 h時，剪切力與拉伸力達到峰值，分別為6.50，0.54 N，繼續(xù)增加老化時間，樣品的剪切力和拉伸力迅速下降。而樣品的斷條率則在老化時間為10 h時達最低，為26.82%，當老化時間>10 h時，斷條率隨之上升，可能是由于老化開始階段，隨著老化時間的增加，淀粉內部微晶束逐漸增多，粉條表面的凝膠網絡由疏變密，粉條各項指標隨之增強。但當老化超過一定時間后，粉條內部的微晶束逐漸增多，內部凝膠網絡由弱到強，粉條表面的強度不能抵抗拉伸過程中粉條內部產生的應力，導致質構測定的各指標下降。當老化時間為8～12 h時，樣品的剪切力、彈性、拉伸力較大，斷條率較低，表明8～12 h為紅薯粉比較合適的老化時間。

圖2 老化時間對樣品性質的影響

2.6 正交試驗

根據單因素優(yōu)化結果，選擇加水量、糊化溫度、瓜爾豆膠添加量以及老化時間為因素，以紅薯粉剪切力、彈性、斷條率與拉伸力為測試指標進行正交試驗，因素水平見表6，試驗結果及分析見表7。

表6 因素水平表

表7 正交試驗樣品品質分析?

由表7可知，6號樣品的剪切力與拉伸力最大，分別為7.63，0.60 N，斷條率最低，為15.96%；4號樣品的彈性最大，為1.78 N；7號樣品斷條率最高，為27.04%；8號樣品剪切力、彈性與拉伸力最低，分別為5.34 N，1.41 mm，0.37 N。根據極差分析結果可知，各因素對指標影響大小的順序為加水量>加熱溫度>老化時間>瓜爾豆膠添加量，最優(yōu)組合為A2B3C2D2，即加水量80%、加熱溫度90 ℃、瓜爾豆膠添加量0.3%、老化時間10 h。

極差分析所得的最優(yōu)組合A2B3C2D2不在正交試驗列表中，需對其結果進行驗證。驗證實驗(n=3)所得樣品剪切力為7.82 N，彈性為1.74 mm，斷條率為14.89%，拉伸力為0.57 N，加權評分為88.79，優(yōu)于正交試驗設計的任意組合，可以認定A2B3C2D2為最佳組合工藝。

3 結論

通過異淀粉酶對紅薯淀粉改性和天然多糖作為明礬代替物，研究了無明礬紅薯粉的制作工藝。結果表明，最佳無明礬紅薯粉制作工藝為加水量80%、加熱溫度90 ℃、瓜爾豆膠添加量0.3%、老化時間10 h，此時樣品的剪切力為7.82 N，彈性為1.74 mm，斷條率為14.89%，拉伸力為0.57 N，加權評分為88.79。后續(xù)可進一步對多種天然多糖添加劑進行篩選和復配，以實現紅薯粉的無鋁化生產。