紅薯粉無鋁工藝優(yōu)化

石 彬 李詠富 - 龍明秀 - 何揚(yáng)波 - 田竹希 - 梁 倩ANG

(貴州省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究所，貴州 貴陽 550009)

粉條是中國(guó)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，相對(duì)其他淀粉類谷物而言，其熱量低，對(duì)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(chǎn)過程中，往往存在成品韌性差，不耐煮等問題[7-8]，生產(chǎn)者往往選擇在配方中加入明礬[9-10]。長(zhǎng)期攝入含有明礬的食物會(huì)損害人的神經(jīng)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(xiàn)了無鋁紅薯粉絲，但仍普遍存在斷條率高、易糊湯等質(zhì)量問題，一定程度上制約了產(chǎn)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(gè)熱點(diǎn)[15]。試驗(yàn)擬以異淀粉酶對(duì)紅薯淀粉進(jìn)行改性，同時(shí)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(duì)紅薯粉生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化，以期通過安全綠色的方法實(shí)現(xiàn)紅薯粉制作過程的無鋁化，同時(shí)提高無明礬紅薯粉的質(zhì)量與生產(chǎn)效益，為紅薯粉科學(xué)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

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(hào)紅薯淀粉，貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院；

碘、直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品、異淀粉酶(產(chǎn)氣桿菌發(fā)酵提煉產(chǎn)物)：上海經(jīng)科化學(xué)科技有限公司；

卡拉膠、瓜爾豆膠、槐豆膠：食品級(jí)，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

多功能質(zhì)構(gòu)儀：TA20型，上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；

均質(zhì)儀：AYL400型，南通奧亞精密機(jī)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(xué)儀器廠；

紫外—可見分光光度計(jì)：Alpha1860S型，上海譜元儀器有限公司；

全自動(dòng)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(fēng)干)→成品

工藝要點(diǎn)：

(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(shí)不停地?cái)嚢?，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(fēng)條件下自然冷卻干燥。

1.2.2 紅薯淀粉改性 準(zhǔn)確稱取50 g紅薯淀粉(以干基計(jì)算)，加入純凈水?dāng)嚢枋怪浞秩芙猓?0 ℃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?jǐn)嚢瑁靹颉?0 ℃下靜置反應(yīng)30 min，按GB/T 15683—2008的方法測(cè)定淀粉溶液中直鏈淀粉含量。

1.2.3 淀粉糊化特征值的測(cè)定 利用快速黏度儀進(jìn)行測(cè)定。將紅薯淀粉樣品放入干燥器中干燥24 h，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)算出樣品實(shí)際水的添加量，并配置成相應(yīng)的淀粉溶液進(jìn)行RVA測(cè)試。根據(jù)文獻(xiàn)[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(gè)過程13 min。測(cè)定參數(shù)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(fù)測(cè)試3次，取平均值。

1.2.4 凝膠性質(zhì)測(cè)試 選擇長(zhǎng)度相同，粗細(xì)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(zhǎng)度一致、大小均勻的粉絲并排放于測(cè)試臺(tái)上，每根粉絲之間留出一定間隙，選擇質(zhì)構(gòu)儀P50探頭進(jìn)行TPA測(cè)試。每組樣品重復(fù)3次，取平均值。參數(shù)設(shè)定：探頭量程1 000 N；測(cè)定模式為壓縮模式，運(yùn)行速度40 mm/min；壓縮形變量50%；觸發(fā)感應(yīng)力0.038 N。每組樣品重復(fù)3次，取平均值。

1.2.5 剪切力測(cè)試 選擇A/LKB-F探頭進(jìn)行剪切力測(cè)試。感應(yīng)力 20 g；測(cè)試形變 90%；測(cè)前速度2.0 mm/s；測(cè)試速度 1.7 mm/s；測(cè)后速度2.0 mm/s，得到樣品最大剪切力，每組測(cè)試重復(fù)5次，取平均值。

1.2.6 拉伸試驗(yàn) 將粉絲兩端分別用夾具固定進(jìn)行拉伸測(cè)試。選擇質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定模式為拉伸測(cè)試；探頭為A/SR夾具；拉升距離40 mm；感應(yīng)力0.038 N；測(cè)前速度3 mm/s；測(cè)試速度1 mm/s；測(cè)后速度3 mm/s；每組測(cè)試重復(fù)5次，取平均值。

1.2.7 斷條率的測(cè)定 選擇長(zhǎng)短、大小均一的紅薯粉絲成品，于蒸餾水中煮沸20 min，計(jì)算煮后粉絲斷條數(shù)。每組樣品重復(fù)測(cè)試3次，取平均值，按式(1)計(jì)算斷條率。

(1)

式中：

c——斷條率，%；

n——斷條數(shù)；

n0——原樣品條數(shù)。

1.2.8 單因素試驗(yàn)

(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(shí)間10 h，考察異淀粉酶添加量(0，40，80，120，160，200，240 U/g)對(duì)紅薯粉直鏈淀粉含量和凝膠性質(zhì)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(shí)間10 h，考察加水量(60%，70%，80%，90%，100%)對(duì)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(shí)間10 h，考察加熱溫度(60，70，80，90，100 ℃)對(duì)紅薯粉凝膠性質(zhì)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(shí)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(duì)紅薯粉品質(zhì)的影響。

(5) 老化時(shí)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(shí)間(2，4，6，8，10，12，14 h)對(duì)紅薯粉品質(zhì)的影響。

1.2.9 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇加水量、加熱溫度、瓜爾豆膠添加量、老化時(shí)間為因素，以剪切力、彈性、斷條率、拉伸力為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)。并根據(jù)文獻(xiàn)[1]的方法對(duì)紅薯粉品質(zhì)評(píng)價(jià)采用綜合加權(quán)評(píng)分法，剪切力、彈性、斷條率、拉伸力4項(xiàng)指標(biāo)各占25分，總分100分。

1.2.10 數(shù)據(jù)處理 采用Orgin 9.0軟件進(jìn)行作圖；采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析處理，使用Duncan顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 異淀粉酶添加量對(duì)紅薯粉品質(zhì)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(dāng)酶添加量<80 U/g時(shí)，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(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物直鏈淀粉含量變化不大。當(dāng)酶添加量>80 U/g時(shí)，直鏈淀粉含量上升速度加快；當(dāng)酶添加量為160 U/g時(shí)，直鏈淀粉含量趨于穩(wěn)定，表明此時(shí)異淀粉酶含量達(dá)到了閾值，在底物一定的情況下，繼續(xù)增加酶含量對(duì)反應(yīng)影響不大。

圖1 異淀粉酶添加量對(duì)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(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性增大。當(dāng)酶添加量為80 U/g時(shí)，各凝膠性質(zhì)均顯著高于空白樣品(P<0.05)；當(dāng)酶添加量為160，200，240 U/g時(shí)，各凝膠性質(zhì)均達(dá)最大值，除硬度外，3組樣品的內(nèi)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(shí)達(dá)到了閾值，對(duì)淀粉凝膠性質(zhì)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(duì)淀粉凝膠性質(zhì)的影響?

2.2 加水量對(duì)紅薯淀粉品質(zhì)的影響

由表2可知，加水量對(duì)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(yīng)力存在顯著差異(P<0.05)。當(dāng)加水量為60%時(shí)，淀粉糊流動(dòng)性差，有淀粉結(jié)塊現(xiàn)象，不能充分溶解，黏度和應(yīng)力偏小。當(dāng)加水量>70%時(shí)，淀粉糊的黏度和應(yīng)力隨加水量的增加而減小，淀粉糊流動(dòng)狀態(tài)良好。當(dāng)加水量為70%～80%時(shí)，淀粉糊的黏度和應(yīng)力最大，黏稠度適中，流動(dòng)狀態(tài)較好。當(dāng)加水量增大至90%時(shí)，淀粉的黏度和應(yīng)力迅速下降，黏稠度較低，影響成糊。表明合適的加水量對(duì)淀粉成糊有著十分重要的作用，加水量過低會(huì)導(dǎo)致結(jié)塊，而加水量過高則會(huì)導(dǎo)致淀粉糊過稀，不利于糊化。

表2 加水量對(duì)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(jié)合水的能力[16]，當(dāng)加水量為70%和80%時(shí)，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(jié)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(dāng)加水量為80%時(shí)，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(shí)淀粉形成凝膠能力最強(qiáng)?；厣?、衰減值、淀粉的回生能力與熱穩(wěn)定性相關(guān)，隨著加水量的增加，回生值總體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)加水量為60%，70%，80%時(shí)回生性能最好；當(dāng)加水量為80%，90%，100%時(shí)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(shí)淀粉的熱穩(wěn)定性也隨之增強(qiáng)。綜上，隨著加水量的增加，紅薯淀粉整體的結(jié)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(qiáng)，當(dāng)加水量為70%～90%時(shí)，淀粉的糊黏狀態(tài)良好，各項(xiàng)糊化特征值處于較高水平。

表3 加水量對(duì)淀粉糊化特征值的影響?

2.3 加熱溫度對(duì)淀粉凝膠特性的影響

由表4可知，隨著淀粉糊化時(shí)加熱溫度的改變，紅薯淀粉的硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性等凝膠性質(zhì)均有較大變化。當(dāng)溫度較低時(shí)，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(jié)構(gòu)，使之成為非結(jié)晶性的淀粉，導(dǎo)致糊化不完全，隨著溫度的升高，淀粉粒之間的晶體結(jié)構(gòu)被完全破壞，能夠充分糊化。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，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(jí)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部疏水基團(tuán)外露，樣品糊化受到影響，從而影響凝膠性質(zhì)。當(dāng)糊化溫度從60 ℃升高至70 ℃時(shí)，樣品的硬度與內(nèi)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(dāng)溫度為80 ℃時(shí)，樣品的硬度、內(nèi)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(shí)的淀粉中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較多，能充分形成凝膠結(jié)構(gòu)；而當(dāng)糊化時(shí)溫度為90 ℃時(shí)，樣品的各項(xiàng)凝膠特性迅速降低，表明溫度為80～90 ℃時(shí)，高溫對(duì)淀粉分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)造成了一定的影響。綜上，當(dāng)加熱溫度為70～90 ℃ 時(shí)，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(duì)紅薯淀粉凝膠特性的影響?

2.4 多糖種類及添加量對(duì)紅薯粉品質(zhì)的影響

由表5可知，明礬對(duì)紅薯粉的斷條率和拉伸力影響較大，當(dāng)添加量為0.3%時(shí)，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(dāng)添加劑量繼續(xù)增大時(shí)，各指標(biāo)下降較快，表明0.2%～0.3% 為合適的明礬添加劑量?？ɡz作為添加劑時(shí)，除干物質(zhì)含量外，對(duì)其他性質(zhì)均有一定的提升，但整體效果不如明礬，當(dāng)添加量為0.2%時(shí)，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(shí)達(dá)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(shí)，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(dāng)添加量為0.2%時(shí)，樣品的剪切力達(dá)最大，為7.59 N，蒸煮損失率、斷條率均達(dá)最低，分別為3.72%，17.66%，而當(dāng)添加量為0.3%時(shí)，拉伸力達(dá)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(dāng)添加量為0.2%時(shí)，斷條率為19.50%，顯著低于其他添加量(P<0.05)，當(dāng)添加量為0.3%時(shí)，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(duì)紅薯粉品質(zhì)有一定提升，可能是由于天然多糖作為添加劑時(shí)，能增加淀粉的黏度，增強(qiáng)淀粉與水的結(jié)合能力，使直鏈淀粉糊化時(shí)形成的凝膠基質(zhì)增多，促進(jìn)了凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，從而增強(qiáng)樣品的彈性、韌性等品質(zhì)。其中瓜爾豆膠對(duì)紅薯粉的品質(zhì)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(duì)紅薯粉性質(zhì)的影響?

2.5 老化時(shí)間對(duì)紅薯粉品質(zhì)的影響

由圖2可知，老化時(shí)間對(duì)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(shí)間的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，斷條率則隨老化時(shí)間的增加先減小后增大。當(dāng)老化時(shí)間為8 h時(shí)，樣品的彈性達(dá)最大值，為1.44 mm，繼續(xù)增加老化時(shí)間，樣品彈性開始緩慢下降。當(dāng)老化時(shí)間為10 h時(shí)，剪切力與拉伸力達(dá)到峰值，分別為6.50，0.54 N，繼續(xù)增加老化時(shí)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(shí)間為10 h時(shí)達(dá)最低，為26.82%，當(dāng)老化時(shí)間>10 h時(shí)，斷條率隨之上升，可能是由于老化開始階段，隨著老化時(shí)間的增加，淀粉內(nèi)部微晶束逐漸增多，粉條表面的凝膠網(wǎng)絡(luò)由疏變密，粉條各項(xiàng)指標(biāo)隨之增強(qiáng)。但當(dāng)老化超過一定時(shí)間后，粉條內(nèi)部的微晶束逐漸增多，內(nèi)部凝膠網(wǎng)絡(luò)由弱到強(qiáng)，粉條表面的強(qiáng)度不能抵抗拉伸過程中粉條內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，導(dǎo)致質(zhì)構(gòu)測(cè)定的各指標(biāo)下降。當(dāng)老化時(shí)間為8～12 h時(shí)，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(shí)間。

圖2 老化時(shí)間對(duì)樣品性質(zhì)的影響

2.6 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素優(yōu)化結(jié)果，選擇加水量、糊化溫度、瓜爾豆膠添加量以及老化時(shí)間為因素，以紅薯粉剪切力、彈性、斷條率與拉伸力為測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素水平見表6，試驗(yàn)結(jié)果及分析見表7。

表6 因素水平表

表7 正交試驗(yàn)樣品品質(zhì)分析?

由表7可知，6號(hào)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(hào)樣品的彈性最大，為1.78 N；7號(hào)樣品斷條率最高，為27.04%；8號(hào)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(jù)極差分析結(jié)果可知，各因素對(duì)指標(biāo)影響大小的順序?yàn)榧铀?加熱溫度>老化時(shí)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(shí)間10 h。

極差分析所得的最優(yōu)組合A2B3C2D2不在正交試驗(yàn)列表中，需對(duì)其結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(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(quán)評(píng)分為88.79，優(yōu)于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的任意組合，可以認(rèn)定A2B3C2D2為最佳組合工藝。

3 結(jié)論

通過異淀粉酶對(duì)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(jié)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(shí)間10 h，此時(shí)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(quán)評(píng)分為88.79。后續(xù)可進(jìn)一步對(duì)多種天然多糖添加劑進(jìn)行篩選和復(fù)配，以實(shí)現(xiàn)紅薯粉的無鋁化生產(chǎn)。