紅薯粉無鋁工藝優化

石 彬 李詠富 - 龍明秀 - 何揚波 - 田竹希 - 梁 倩ANG

(貴州省現代農業發展研究所，貴州 貴陽 550009)

粉條是中國的一種傳統美食，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，引發癡呆、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的發展[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，上海保圣實業發展有限公司；

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，常州市金壇區環宇科學儀器廠；

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，直至淀粉變為黏稠透明狀。

(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。回生值、衰減值、淀粉的回生能力與熱穩定性相關，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，而熱穩定性則不斷增強，當加水量為70%～90%時，淀粉的糊黏狀態良好，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。槐豆膠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。