田宸，廖盧艷，吳衛(wèi)國

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410125）

魔芋在食品應(yīng)用中占有重要的地位，如凝膠食品、仿生類食品等[1-3]。冷凍是一種方便有效的長期儲存食物的方法，是調(diào)節(jié)魔芋凝膠特性的重要方式之一[4]。冷凍處理后魔芋凝膠的凝膠強(qiáng)度增大，韌性提高，形成獨特的疏松多孔的結(jié)構(gòu)，例如以雪魔芋為代表的凝膠產(chǎn)品，但現(xiàn)有的實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)純魔芋凝膠存在彈性不足、凍融過程中嚴(yán)重脫水、凝膠顏色過深等缺點[5]。提升魔芋凝膠品質(zhì)特性可利用化學(xué)改性、物理改性等方法[6-9]。物理改性是最直接且簡便的方式，常見的有多糖共混、蛋白共混以及超聲輔助等方式，可改善魔芋凝膠的部分特性[10-13]。通過淀粉復(fù)合魔芋粉提升凝膠品質(zhì)的方法是目前開發(fā)魔芋凝膠制品中常用的方法[14-17]。有研究表明添加淀粉能改善魔芋凝膠的黏彈性和硬度[18]。同時有研究發(fā)現(xiàn)通過添加淀粉代替部分魔芋粉可明顯改善凝膠的持水性，調(diào)節(jié)色澤使其均一[19-21]。不同種類的淀粉其直鏈淀粉和支鏈淀粉含量及淀粉結(jié)構(gòu)存在差異，目前已有研究對比不同淀粉對淀粉/魔芋復(fù)合凝膠特性的影響[22-24]，結(jié)果表明淀粉以及不同種類變性淀粉代替魔芋粉形成復(fù)合凝膠存在差異[25]。但關(guān)于冷凍條件下綜合比較不同種類的淀粉對魔芋凝膠的品質(zhì)影響及機(jī)理的研究鮮見。

因此，為滿足對冷凍魔芋凝膠食品的需求，針對目前冷凍魔芋凝膠存在的持水能力和質(zhì)構(gòu)特性差的問題[26]，本研究探討冷凍條件下不同淀粉對魔芋凝膠品質(zhì)特性的影響，測定6 種復(fù)合凝膠的持水性、質(zhì)構(gòu)特性，通過感官評價及相關(guān)性分析探究原料淀粉對復(fù)合凝膠的主要影響特征。利用主成分分析法篩選復(fù)合凝膠評價的關(guān)鍵指標(biāo)并進(jìn)行綜合排序，得到復(fù)合凝膠最優(yōu)的淀粉種類和添加質(zhì)量比，以期為采用淀粉改善魔芋凝膠提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠豆淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、豌豆淀粉：河南恩苗食品有限公司；小麥淀粉：鹽城廚鶴粉業(yè)有限公司；木薯淀粉：廣西農(nóng)墾明陽淀粉發(fā)展有限公司；魔芋粉：云南楚雄嘉順魔芋種植有限公司；氫氧化鈣（食品級，純度>95%）：江蘇滬申鈦白科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

質(zhì)構(gòu)儀（TA-XT2i Plus）：英國Stable Micro Systems公司；智能磁力攪拌器（ZNCL-B140 × 140）：鞏義市中天儀器科技有限公司；快速黏度分析儀（RVA-TECMASTER）：瑞典PERTEN 公司；旋轉(zhuǎn)流變儀（Kinexus pro+）：英國Malvern 公司；超速離心機(jī)（OptinagXPN-100）：美國Beckman 公司；電熱恒溫水浴鍋（DK-98-Ⅱ）：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 淀粉原料成分測定

總淀粉含量參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》中酸水解法測定；直鏈淀粉含量參照GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》測定；水分含量參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》測定。

1.3.2 淀粉凝膠動態(tài)流變學(xué)特性測定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的淀粉乳，經(jīng)95 ℃水浴加熱30 min 后，放置于4 ℃環(huán)境中24 h。采用40 mm 平板進(jìn)行動態(tài)流變學(xué)測試，頻率掃描測試條件為溫度25 ℃，掃描應(yīng)變1%，間隙1 mm，頻率掃描范圍0.1～100 Hz（在線性黏彈范圍內(nèi)）。

1.3.3 淀粉原料糊化特性的測定

參照蘇鍵等[27]的方法，采用快速黏度分析儀測定。

1.3.4 凍融復(fù)合凝膠的制備

參考徐聰?shù)萚22]的方法并稍加修改，在40 g 去離子水中加入2 g 不同復(fù)配質(zhì)量比（1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5）的魔芋粉和淀粉，在8 g 去離子水中加入0.2 g 氫氧化鈣。充分?jǐn)嚢枋箻悠吠耆芙夂?，加入氫氧化鈣固體，在磁力攪拌器上以500 r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌5 min 后倒入模具中封口溶脹1.5 h。將溶膠于90 ℃水浴鍋中水浴加熱30 min 形成凝膠。待凝膠冷卻至室溫后，放置于-18 ℃冰箱中冷凍18 h，隨后于室溫下解凍2 h，即制得經(jīng)凍融處理的復(fù)合凝膠。

1.3.5 凍融復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

參考韓揚(yáng)等[26]的方法將經(jīng)凍融處理后的凝膠切成10 mm 高的圓柱體（底面直徑為25 mm），在質(zhì)構(gòu)儀中進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析。測試程序設(shè)定為采用P/25 探頭，壓縮形變量50%，觸發(fā)力5 g，測前速度2 mm/s，測中及測后速度1 mm/s，間隔時間5 s，測定凍融凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.6 凍融復(fù)合凝膠持水率的測定

持水率參照Wang 等[28]的方法并稍作修改，記錄經(jīng)凍融處理后的凝膠質(zhì)量為a（g），將凝膠置于超速離心機(jī)25 ℃環(huán)境下5 000 r/min 離心15 min。擦去離心后凝膠表面水分，記錄質(zhì)量為b（g）。持水率（K，%）的計算公式如下。

1.3.7 凍融復(fù)合凝膠的感官評價

參考NY/T 2981—2016《綠色食品魔芋及其制品》中評價標(biāo)準(zhǔn)并適當(dāng)修改，復(fù)合凝膠的感官品質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。由20 名食品專業(yè)相關(guān)的人員組成評價小組，根據(jù)感官評價標(biāo)準(zhǔn)對冷凍后的復(fù)合凝膠進(jìn)行感官評分。每個樣品重復(fù)3 次，計算平均值。

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示；用IBM SPSS Statistics 26 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析、相關(guān)性分析和主成分分析。試驗圖用Origin 2021 軟件進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同來源淀粉理化特性及凝膠特性分析

圖1 為不同淀粉凝膠的流變學(xué)特性結(jié)果。

圖1 不同來源淀粉凝膠流變特性Fig.1 Rheological properties of starch gel of different sources

由圖1 可知，在頻率掃描過程中豌豆淀粉凝膠在頻率小于80 Hz 時呈現(xiàn)的彈性模量最高，損耗角變化趨勢比較平緩，可知豌豆淀粉所形成的凝膠相較于其他淀粉凝膠彈性更好。綠豆淀粉凝膠彈性模量隨頻率升高而升高且在100 Hz 時損耗角最低，可見綠豆淀粉形成凝膠具有良好的穩(wěn)定性。玉米淀粉凝膠黏性模量較大，并當(dāng)頻率達(dá)到80 Hz 后損耗角值最大，可知玉米淀粉形成凝膠穩(wěn)定性較差。

表2 為不同來源淀粉基本理化性質(zhì)結(jié)果。

表2 不同來源淀粉基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physicochemical properties of starch of different sources

淀粉凝膠主要是由于直鏈分子在降溫冷卻過程中呈雙螺旋纏繞，被破壞的氫鍵重新排列組合形成，而在冷藏儲存過程中，由于直鏈淀粉的回生老化決定淀粉凝膠的硬度和彈性[29]。由表2 可知，6 種不同來源淀粉中，豆類淀粉（綠豆淀粉和豌豆淀粉）的直鏈淀粉含量較高，玉米淀粉、馬鈴薯淀粉的直鏈淀粉含量相對偏低。將不同淀粉糊化并經(jīng)過凍融處理后，凝膠的持水率均在90%以上，相比之下豌豆淀粉的持水率偏低。

表3 為不同來源淀粉糊化特性結(jié)果，表4 為不同淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的結(jié)果。

表3 不同來源淀粉糊化特性Table 3 Gelatinization characteristics of starch of different sources

表4 不同來源淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性Table 4 Texture characteristics of starch gel of different sources

由表3 可知，小麥淀粉、玉米淀粉、綠豆淀粉的峰值黏度偏低，與其他淀粉存在顯著性差異，其中馬鈴薯淀粉的峰值黏度達(dá)到8 000.00 Pa·s。玉米淀粉、豌豆淀粉、木薯淀粉的回生值低，綠豆淀粉的回生值最高，馬鈴薯淀粉次之。在6 種淀粉中小麥淀粉糊化溫度最高，達(dá)到糊化的時間長。由表4 可知，馬鈴薯淀粉凝膠呈現(xiàn)出良好的黏性，這與其糊化特性相符，但形成凝膠質(zhì)地過硬。豌豆淀粉凝膠彈性最好，對比糊化過程中其回生值較低，可能在糊化過程中豌豆淀粉凝膠更不易老化回生，形成的凝膠具有良好的彈性。這與蘇鍵等[27]的研究結(jié)果一致。

2.2 冷凍條件下復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性、持水率和感官評價分析

表5 為不同復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果。

表5 不同復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性Table 5 Texture characteristics of different composite gels

由表5 可知，復(fù)合凝膠的硬度相較于純魔芋凝膠會有所下降，隨著淀粉添加量的變化，其硬度變化存在差異，可能是因為魔芋凝膠形成過程中的堿液對淀粉性質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響[29]。相較于純魔芋凝膠，復(fù)合凝膠的彈性有一定程度的提高，當(dāng)復(fù)配比例為5∶5時，整體上呈現(xiàn)出良好的彈性效果，隨著淀粉添加量的減少，彈性相對下降，綠豆淀粉∶魔芋質(zhì)量比5∶5、4∶6形成的凝膠彈性較好，小麥淀粉與魔芋質(zhì)量比1∶9 時形成的凝膠彈性優(yōu)于其他淀粉形成的復(fù)合凝膠。馬鈴薯淀粉與魔芋質(zhì)量比在1∶9 條件下形成凝膠具有良好的咀嚼性優(yōu)于純魔芋凝膠。在2∶8 和3∶7 的質(zhì)量比下，復(fù)合凝膠展現(xiàn)出優(yōu)于純魔芋凝膠的內(nèi)聚性，說明通過添加淀粉可能對魔芋在堿性條件下形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定填充，使凝膠結(jié)構(gòu)更致密[30]。

圖2 為不同復(fù)合凝膠持水性結(jié)果。

圖2 不同復(fù)合凝膠的持水性Fig.2 Water holding capacity of different composite gels

由圖2 可知，當(dāng)?shù)矸叟c魔芋質(zhì)量比為5∶5 時，所形成的凝膠持水率較低，其中添加木薯淀粉所形成的凝膠其持水率在5∶5 的比例下最差。通過由淀粉代替部分魔芋粉形成復(fù)合凝膠的持水性存在一定程度的提升，這可能是淀粉具有良好的潤脹力，有效吸收了凝膠凍融過程中析出的水分[5]。

圖3 為不同復(fù)合凝膠感官評價結(jié)果。

圖3 不同復(fù)合凝膠的感官評價Fig.3 Sensory evaluation of different composite gels

由圖3 可知，通過對凝膠進(jìn)行感官評價，綠豆/魔芋凝膠組織結(jié)構(gòu)緊密，未出現(xiàn)凝膠松散渾湯現(xiàn)象，質(zhì)地較硬，色澤均勻，氣味和諧，可能是因為綠豆淀粉回生值較高，凝膠硬度較強(qiáng)。豌豆淀粉/魔芋凝膠、木薯淀粉/魔芋凝膠質(zhì)地較軟，且木薯淀粉/魔芋凝膠在質(zhì)量比5∶5 時出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、析水情況明顯的問題。通過評分結(jié)果顯示，小麥淀粉/魔芋凝膠品質(zhì)較好，在同一比例下相較于其他淀粉凝膠感官評分高。

6 種不同來源淀粉形成的復(fù)合凝膠在質(zhì)構(gòu)特性、持水性、感官品質(zhì)中存在差異性，可以說明不同來源淀粉由于本身性質(zhì)存在差異對魔芋凝膠品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響。

2.3 淀粉的基本品質(zhì)特征與復(fù)合凝膠凝膠特性相關(guān)性分析

圖4 為淀粉的基本品質(zhì)特征與復(fù)合凝膠凝膠特性相關(guān)性分析結(jié)果。

圖4 不同來源淀粉基本理化特性與復(fù)配凝膠特性相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis between basic physicochemical properties of starch of different sources and properties of composite gel

由圖4 可知，復(fù)配凝膠的品質(zhì)（硬度、膠著性、咀嚼性）與淀粉的直鏈淀粉含量、回生值呈顯著正相關(guān)（p<0.05），因此可以通過調(diào)控其添加淀粉原料的直鏈淀粉含量提升復(fù)配凝膠的品質(zhì)[16]。原料淀粉凝膠的持水性與復(fù)配凝膠的內(nèi)聚性呈顯著正相關(guān)（p<0.05），可見淀粉原料的持水性特征對復(fù)配凝膠的品質(zhì)存在積極影響[28]。淀粉原料的糊化特性中糊化溫度、糊化時間與復(fù)合凝膠的持水性呈顯著正相關(guān)，可見在復(fù)合凝膠形成過程中凝膠的加熱溫度對凝膠品質(zhì)存在一定影響，調(diào)控凝膠形成溫度對提升復(fù)合凝膠品質(zhì)有重要的作用。淀粉凝膠品質(zhì)中黏度、內(nèi)聚性與復(fù)合凝膠的黏度及回復(fù)性呈顯著正相關(guān)（p<0.05），與復(fù)合凝膠持水性呈顯著負(fù)相關(guān)（p<0.05）。這是因為淀粉與魔芋相互作用形成凝膠時分子結(jié)構(gòu)的相互作用會改變復(fù)合凝膠品質(zhì)特性[20]。

2.4 淀粉/魔芋復(fù)合凝膠品質(zhì)主要影響因素主成分分析

表6 為復(fù)合凝膠品質(zhì)的相關(guān)性分析。

表6 復(fù)合凝膠品質(zhì)的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of the quality of composite gel

由表6 可知，回復(fù)性與其他指標(biāo)相關(guān)性最好，受6 個指標(biāo)影響，其中與彈性呈極顯著正相關(guān)（p<0.01）；硬度、彈性、膠著性、咀嚼性及持水性與其他指標(biāo)相關(guān)性較好，受到5 個指標(biāo)的影響；黏度受到1 個指標(biāo)的影響?？芍?，各指標(biāo)之間均存在不同程度的相關(guān)性，從而導(dǎo)致各指標(biāo)所提供的信息發(fā)生相互重疊，因此有必要選取具有代表性的評價指標(biāo)。

表7 為復(fù)合凝膠品質(zhì)主成分分析特征值、貢獻(xiàn)率及指標(biāo)權(quán)重結(jié)果。圖5 為主成分分析碎石圖。表8 為復(fù)配凝膠主成分得分、綜合得分及綜合得分排名結(jié)果。

圖5 主成分分析碎石圖Fig.5 Gravel plot of principal component analysis

表7 主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及指標(biāo)權(quán)重Table 7 Eigenvalues，contribution rates，and indicator weights of principal components

表8 復(fù)配凝膠主成分得分、綜合得分及綜合得分排名Table 8 Principal component score，comprehensive score and comprehensive score ranking of composite gel

對6 種不同來源淀粉的不同質(zhì)量比復(fù)配魔芋凝膠的凝膠品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。結(jié)合表7 和圖5，根據(jù)碎石圖中較陡峭的折點數(shù)且特征值大于1 的條件，可提取出3 個主成分，第一主成分、第二主成分、第三主成分的特征值分別為4.473、1.367、1.171，其累積方差貢獻(xiàn)率分別為55.913、73.001、87.641（表7）。說明前3 個主成分能夠綜合復(fù)配凝膠品質(zhì)指標(biāo)的絕大部分信息，因此可以使用這3 個主成分代替上述8 個品質(zhì)指標(biāo)對淀粉/魔芋凝膠品質(zhì)進(jìn)行評價。通過分析可知，表8 中為各個樣品對應(yīng)的3 個主成分的得分（F1、F2、F3），根據(jù)綜合得分對6 種不同復(fù)配比例凝膠品質(zhì)進(jìn)行綜合排序（表8），得出凝膠綜合品質(zhì)優(yōu)劣順序為C5（小麥1∶9）>E5（馬鈴薯1∶9）>G（純魔芋凝膠）>D5（玉米1∶9）>C4（小麥2∶8）>F4（木薯2∶8）>C3（小麥3∶7）>F5（木薯1∶9）>D4（玉米2∶8）>A3（綠豆3∶7）。

雖然純魔芋凝膠綜合評分較高，但是通過感官評價可知純魔芋凝膠色澤偏重，凝膠保持彈性的同時其硬度較高，凝膠質(zhì)地較硬基本不具有彈性。但在淀粉/魔芋復(fù)合凝膠中，在降低其硬度的基礎(chǔ)上，使其彈性有所提升，經(jīng)冷凍處理后其內(nèi)聚性也有相應(yīng)程度的提高。結(jié)合主成分分析與感官評價的結(jié)果，表明小麥淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉代替部分魔芋粉形成凝膠在比例為1∶9 復(fù)合質(zhì)量比下呈現(xiàn)良好的凝膠狀態(tài)，其軟硬程度、彈性和色澤均有明顯的改善，其凝膠的持水能力相較于純魔芋凝膠也有一定的提升。

3 結(jié)論

本文研究不同來源淀粉/魔芋凝膠在凍融條件下凝膠品質(zhì)特性，并通過主成分分析以及相關(guān)性分析，篩選出對魔芋凝膠凝膠特性有積極影響的淀粉種類及適宜的添加比例，分析探究其淀粉的品質(zhì)特性對復(fù)配凝膠品質(zhì)的影響因素。結(jié)果表明，小麥淀粉代替部分魔芋粉形成的復(fù)合凝膠具有更好的凝膠品質(zhì)和持水性能，小麥淀粉/魔芋凝膠在添加質(zhì)量比為1∶9、2∶8 和3∶7 所形成的凝膠品質(zhì)綜合評分均較好，馬鈴薯、玉米淀粉的復(fù)合凝膠次之。說明不同來源淀粉對復(fù)合凝膠凝膠特性影響不同。同時，試驗結(jié)果證明通過添加淀粉能提高復(fù)合凝膠的黏彈性，在硬度降低的同時提高了彈性品質(zhì)，其內(nèi)聚性也有相應(yīng)的提高。因此添加淀粉制備復(fù)合凝膠在一定程度上能夠解決魔芋凝膠現(xiàn)存問題并對魔芋凝膠產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用提供理論依據(jù)。在后續(xù)的研究中可以進(jìn)一步探究淀粉對魔芋凝膠形成品質(zhì)的影響機(jī)制。