蠶豆和高直鏈玉米淀粉對馬鈴薯粉條品質的影響

何丹,李粵,鄔應龍

(四川農業大學 食品學院,四川 雅安 625014)

馬鈴薯淀粉直鏈淀粉含量較低,由馬鈴薯淀粉制得的馬鈴薯粉條存在易糊湯、易斷條和筋力不足等缺陷[1-2]。因而傳統馬鈴薯粉條在生產過程中會加入銨/鉀明礬作凝膠劑,以改善馬鈴薯粉條的品質,但人體攝入后,大部分會在體內蓄積,對人體尤其是青少年的身體健康有害[3]。隨著人們對健康飲食理念的重視,尋找明礬替代物改良粉條具有一定現實意義。由于淀粉特性對粉條的品質起著決定性的作用,所以如何改良淀粉特性成為改良粉條的熱點問題。目前大量的研究集中在物理、化學和酶解等方法上,但是與化學改性或物理改性淀粉相比,食品企業越來越傾向于尋找天然的方式去改變淀粉的特性。為了提高粉條品質以及滿足營養需要,我們首選的途徑是將不同種類的淀粉混合來賦予粉條新的特性以滿足生產的需求,這種方法不僅成本低,還免去了更多的物理、化學方法帶來的傷害,最重要的是能夠不破壞淀粉本來的結構。由于豆類淀粉比薯類淀粉的直鏈淀粉含量高[4],因此,本實驗選取了蠶豆淀粉和高直鏈玉米淀粉兩種淀粉作為原料,目的在于改變馬鈴薯淀粉的性質,同時滿足消費者對食品綠色安全的需求,為蠶豆/高直鏈玉米/馬鈴薯淀粉混合體系在淀粉食品加工中的應用提供了理論基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

蠶豆淀粉(faba bean starch,FBS):蘇州億貝嘉食品添加劑有限公司;高直鏈玉米淀粉(high amylose corn starch,HACS):北京祥玉生物科技有限公司;馬鈴薯淀粉(potato starch,PS):赤峰市誠信淀粉有限責任公司。

1.2 試劑

明礬(KAl(SO4)2·12H2O):食品級,浙江一諾生物科技有限公司。

1.3 儀器設備

BT124S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;MS5C多功能磁力攪拌器 群安實驗儀器有限公司;CLB3231D型電磁爐 格蘭仕微波生活電器制造有限公司;TA-XT Plus型質構儀 英國Stable Micro System公司;UV-2802PC型紫外可見分光光度計 北京北科恒信科學器材有限公司;5415D型高速離心機 德國Eppendorf公司;FD-1C-50型真空冷凍干燥機 北京博醫康實驗儀器有限公司;SC-10型色差儀 上海儀電物理光學儀器有限公司。

1.4 實驗方法

1.4.1 淀粉原料基本成分測定

水分根據GB 5009.3—2016測定;粗蛋白根據GB 5009.5—2016測定;粗脂肪根據GB 5009.6—2016測定;灰分根據GB 5009.4—2016測定;直鏈淀粉根據GB/T 15683—2008測定。

1.4.2 淀粉樣品制備

分別將蠶豆淀粉(FBS)、高直鏈玉米淀粉(HACS)、蠶豆/高直鏈玉米淀粉1∶1混合淀粉(MS)以不同比例(添加粉量/馬鈴薯淀粉為10%/90%、20%/80%、30%/70%)與馬鈴薯淀粉混合,分別記為PS90/FBS10、PS80/FBS20、PS70/FBS30;PS90/HACS10、PS80/HACS20、PS70/HACS30;PS90/MS10、PS80/MS20、PS70/MS30。

1.4.3 淀粉溶脹性質的測定

參照Zou等[5]的方法并略作修改,稱取1 g(W0)淀粉于離心管中,加入蒸餾水100 mL。隨后將離心管置于沸水浴中糊化20 min并不斷攪拌形成淀粉糊。將糊化樣品冷卻至25 ℃,將其在6 000 r/min下離心10 min,對離心管中的沉淀物稱重。將上層清液傾倒到培養皿中,然后將培養皿置于105 ℃下烘至恒重,記下培養皿的質量。W1、W2、W3和W4分別代表空培養皿、帶有干燥殘留物的培養皿、空離心管和帶有沉淀物的離心管的質量。干燥殘渣的重量為W2-W1,沉淀物的重量為W4-W3。溶解度和膨脹度計算公式如下:

溶解度(%)=(W2-W1)/W0×100%。

膨脹度(%)=(W4-W3)/[W0×(100-溶解度)]×100%。

1.4.4 淀粉凝膠質構(TPA)的測定

參考Jiang等[6]的方法并略作修改,將樣品制備成6%(質量比)的水懸浮液,并在沸水浴中處理30 min,以使淀粉顆粒完全糊化。立即將等分試樣的熱糊狀物(100 mL)倒入平截頭錐體狀的塑料杯中。冷卻至室溫后,將杯蓋上封口膜并轉移至冰箱(4 ℃)中,保持24 h以形成凝膠。選擇P/36R探頭分析凝膠質構。測試前速度為2 mm/s,測試速度為1 mm/s,測試后速度為2 mm/s,觸發力為5 g,壓縮距離為20 mm,應變為30%。分析儀以壓縮模式運行。實驗前先將樣品從冰箱中取出,在室溫下放置60 min。

1.4.5 淀粉凝膠色澤的測定

取淀粉凝膠樣品,采用色差儀測定色度,用L*、a*、b*3個參數表示色澤結果[7]。

1.4.6 淀粉凝膠強度、破斷強度、破斷距離的測定

凝膠制備方法同上,選擇探頭 P/0.5,測前速度2 mm/s,測試速度 1 mm/s,測后速度2 mm/s,觸發力為5.0 g,壓縮比為 40%,測定凝膠強度、破斷強度和破斷距離3個指標。

1.4.7 馬鈴薯粉條的制備

按淀粉總量為100.0 g計算,取少量淀粉在沸水中糊化以制芡糊,在糊化過程中應不斷攪拌,以防淀粉糊化不充分。將糊化的淀粉與剩余的馬鈴薯淀粉充分混合揉成面團,然后進行擠壓熟化,擠壓熟化時應在水沸騰時漏粉,并在粉條浮起后撈出過冷水。在冷水中浸泡30 min后,將粉條撈出,瀝干水分,干燥后收集備用,用于粉條品質分析。以純馬鈴薯淀粉和明礬粉條為對照組。

1.4.8 粉條斷條率的測定

參照陳素芹[8]的方法,取質地均勻和15 cm長的粉條20根,在1 000 mL蒸餾水中煮30 min,將粉條夾出,用吸水紙吸干多余的水分,觀察粉條煮后完整數,記錄煮后粉條斷條數,斷條率按下式計算。

斷條率(%)=斷條數/20×100%。

1.4.9 粉條膨潤度和蒸煮損失率的測定

參照Li等[9]的方法,稱取長3 cm左右的粉條3.0 g,質量記為M1。將粉條放入裝有200 mL沸水的燒杯中烹煮10 min,并輕微攪動。期間不斷加入水,補充已蒸發的水分。烹煮完成后,用筷子將粉條取出,用濾紙吸干粉條表面水分后立刻稱重,質量記為M2。在105 ℃烘箱中,將烹煮后的粉條干燥至恒重稱重,質量記錄為M3。

膨潤度(%)=M2/M3×100%。

蒸煮損失率(%)=(M1-M3)/M1×100%。

1.4.10 粉條質構特性的測定

取10根粉條在沸水中煮制15 min,用濾紙吸干粉條表面水分,再用保鮮膜蓋上防止水分揮發,測定參數如下:

粉條的TPA模式:參照Cham等[10]的方法并加以改進,探頭P/36R,測試速度2,1,2 mm/s,循環2次,感應力5 g,壓縮比70%。

粉條的剪切模式:參照譚洪卓等[11]的方法并加以改進,用游標卡尺量取粉條直徑,取平均值,記為d,計算橫截面積。探頭A/LKB-F,測試速度2,1,2 mm/s,感應力20 g,測試形變100%;剪切強度是最大剪切力與每根粉條橫切面積的比值。每次測量1根,每個樣品平行測定6次。

粉條的拉伸模式:參照譚洪卓等[11]的方法并加以改進,用游標卡尺量取粉條直徑,探頭A/SPR,感應力5 g,初始距離50 mm,測試速度2,1,10 mm/s。拉伸強度是最大拉力與每根粉條橫切面積的比值。每次測量1根,每個樣品平行測定6次。

1.4.11 感官評價

感官評價實驗在實驗室進行。挑選10名感官評價成員組成感官評價小組。針對感官評價的對象、目的和標準對成員進行講解。隨機對樣品編號,感官評價成員依次對樣品進行獨立評分。評價兩個樣品之間用清水漱口,同時間隔一段時間,保證每一次的評價不受之前評價的影響,減少實驗結果的誤差,且在烹調結束15 min內完成。感官評價小組需對粉條的品質進行評價,粉條的評價指標分別是色澤、彈韌性、黏性、咀嚼度以及可接受性5項指標,評分等級分為5個等級,具體的評價標準見表1[12]。

表1 馬鈴薯粉條的感官評價標準

1.4.12 統計學分析

實驗數據重復3次,采用Origin 2021軟件作圖,采用SPSS 27.0軟件進行數據統計分析。采用單因素方差分析(ANOVA)處理,結果用平均值±標準差(SD)表示。P>0.05表示無顯著統計學意義。

2 結果與分析

2.1 原料淀粉的基本成分

原料淀粉的基本成分見表2。

表2 原料淀粉的基本成分

由表 2可知,馬鈴薯淀粉、蠶豆淀粉和高直鏈玉米淀粉的直鏈淀粉含量分別為26.08%、35.01%、48.28%;PS水分最大,FBS灰分最大,脂肪和蛋白質無顯著差異(P>0.05)。

2.2 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉滲出直鏈淀粉含量的影響

FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉滲出直鏈淀粉含量的影響結果見圖1。

圖1 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉滲出直鏈淀粉含量的影響

由圖1可知,與對照組相比,PS+FBS、PS+HACS和PS+MS組淀粉體系的直鏈淀粉含量均顯著增大(P<0.05),并隨FBS、HACS和MS添加量的增加而增大。PS70/FBS30、PS70/HACS30和PS70/MS30的直鏈淀粉含量分別為32.95%、36.16%和36.78%。淀粉在糊化過程中會吸水溶脹,隨著水分子進入淀粉顆粒,淀粉顆粒逐漸破裂,在這個過程中會有一部分淀粉溶出。淀粉的糊化程度越大,淀粉的滲出量越多[13]。雖然HACS的直鏈淀粉含量最高,但其糊化溫度高,一般需要在130 ℃才能完成糊化[14],所以直鏈淀粉含量溶出較少。

2.3 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉溶脹特性的影響

淀粉的溶解度和膨脹度反映了淀粉與水之間的結合能力,溶解度主要與直鏈淀粉含量有關,而膨脹度受支鏈淀粉含量影響[15]。不同溫度下FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉溶解度和膨脹度的影響結果見圖2。

圖2 在85 ℃(A)和95 ℃(B)下FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉溶解度和膨脹度的影響

由圖2可知,與對照組相比,在85 ℃和95 ℃下,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組均使混合體系的膨脹度和溶解度顯著下降(P<0.05),并且隨著添加量的增加而進一步下降。在糊化過程中,添加的FBS、HACS和MS以更有序的結構吸附或包裹在馬鈴薯淀粉顆粒表面,在一定程度上限制了馬鈴薯淀粉的溶脹[16],導致混合體系淀粉的膨脹度和溶解度降低。而馬鈴薯淀粉因支鏈淀粉含量高、淀粉顆粒較大和內部帶負電荷的磷酸酯基團,使馬鈴薯淀粉分子鏈間相互排斥,更有利于水分子進入馬鈴薯顆粒內部[17],所以馬鈴薯淀粉的膨脹度最高。

2.4 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉質構特性的影響

為了進一步研究FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉性質的影響,對所有淀粉凝膠進行全質構分析,主要對其硬度、膠著性、咀嚼度、回復性和內聚性進行分析。FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉質構特性的影響結果見圖3。

圖3 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉質構的影響

由圖3可知,與對照相比,PS+FBS、PS+HACS和PS+MS組顯著提高了硬度、咀嚼度和膠著性,而內聚性和回復性與淀粉和添加量有關,其中,PS90/HACS10的內聚性和回復性最大。FBS的糊化溫度比HACS低,可以完全糊化,因而在糊化過程中會釋放出大量的直鏈淀粉[18],所以FBS的凝膠硬度最大。內聚性反映分子之間的相互結合能力,內聚性越大表明分子之間結合程度越高[19],說明加入HACS可以促進淀粉分子間的相互作用。

FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉凝膠強度、破斷強度和破斷距離的影響結果見圖4。

圖4 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉凝膠強度、破斷強度、破斷距離的影響

由圖4可知,與對照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組凝膠強度、破斷強度均隨添加量增大而增大。在同一水平下,可以發現PS+FBS組的凝膠強度最大,其次是PS+MS組,PS+HACS組最小。由此說明,與單獨添加HACS相比,將FBS和HACS混合可以增加凝膠強度。淀粉在形成凝膠過程中,直鏈淀粉分子的分子鏈段發生平行取向,通過氫鍵等作用力形成三維網絡結構,膨脹的淀粉顆粒包裹其中,隨著直鏈淀粉分子數量的增加,分子間的氫鍵作用增加,分子鏈段間的纏結點增加,致使其形成的淀粉凝膠強度也顯著增加,可以認為淀粉凝膠強度與直鏈含量和糊化程度顯著相關[20]。HACS糊化溫度高,不易糊化,雖然其直鏈淀粉含量高,但并沒有完全糊化,只有部分淀粉顆粒穿插在糊化的馬鈴薯淀粉糊中,對馬鈴薯淀粉凝膠的三維網絡結構起到了一定的支撐作用,因而其凝膠強度比PS+FBS組和PS+MS組低。

2.5 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉色澤的影響

色澤可以用來評價淀粉的品質,色澤的好壞也會直接影響淀粉凝膠的品質。L*代表亮度值,a*和b*分別代表紅度值和黃度值[7]。FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉色澤的影響結果見表3。

表3 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯淀粉色澤的影響

由表3可知,與對照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組亮度顯著增加,紅度增加,黃度減小。對各淀粉原料色度測定及實物圖比較,發現HACS>FBS>PS。其中,PS+FBS組淀粉的L*值隨著FBS添加量的增加而減小(P<0.05),PS+HACS組淀粉的L*值隨著HACS添加量的增加而增大(P<0.05),而PS+MS組淀粉的亮度值無顯著變化(P>0.05),這可能是PS+MS組加入FBS導致亮度減小。

2.6 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條蒸煮特性的影響

FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條蒸煮特性的影響結果見表4。

表4 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條蒸煮特性的影響

與對照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組的粉條斷條率、膨潤度、蒸煮損失顯著下降(P<0.05)。斷條率是評價粉條品質優良的關鍵指標,在一定程度上體現了淀粉凝膠空間網絡結構的緊密程度[21]。PS+HACS組和PS+MS組在添加量為30%時,斷條率顯著增加。膨潤度可以反映粉條與水分相互作用的大小,膨潤度越高,說明粉條自身結構越弱,水分越容易滲透進粉條內部結構中,煮出來的粉條質地較軟,缺乏嚼勁[13]。由于馬鈴薯淀粉中直鏈淀粉含量低,還含有具有較高膨脹度和黏度的磷酸酯基團[22],所以馬鈴薯粉條的膨潤度高,明礬粉條因明礬會電離出Al3+來爭奪水分生成水合物和締合物,能夠鞏固淀粉凝膠網絡結構,所以粉條的韌性好,不容易斷裂[21]。PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組膨潤度均顯著降低,說明添加FBS、HACS和MS后形成的粉條結構比純馬鈴薯粉條更強。其次,加入FBS、HACS和MS提高了粉條中的直鏈淀粉含量,抑制了水分進入淀粉顆粒內部,膨脹度減小[23]。蒸煮損失是指粉條在煮制過程中固形物的損失,一般情況下越小越好。與對照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組的蒸煮損失顯著降低(P<0.05)。

2.7 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條質構特性的影響

粉條的質構特性與粉條的感官品質密切相關[24]。FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條質構特性的影響結果見表5。

由表5可知,與對照相比,明礬粉條、PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組的硬度、內聚性及回復性顯著增加(P<0.05)。與明礬粉條相比,PS+MS組的硬度和咀嚼度顯著提高。與對照相比,添加FBS后,粉條的硬度、咀嚼度、內聚性及回復性均顯著增加(P<0.05),且隨著FBS添加量的增加,粉條的硬度、咀嚼度、內聚性和回復性顯著上升(P<0.05),但是粉條的彈性與添加量無顯著變化(P>0.05)。隨著HACS添加量的增加,粉條的硬度顯著上升(P<0.05),粉條的內聚性和回復性略微下降后不變。隨著MS添加量的增加,粉條的硬度顯著增加(P<0.05),內聚性和回復性顯著下降(P<0.05),彈性無顯著變化(P>0.05)。淀粉形成凝膠過程中,淀粉分子鏈通過氫鍵聚集,直鏈淀粉含量越高,氫鍵越多,從而粉條的硬度、彈性、內聚性和回復性增大[25]。

剪切強度可以評價粉條的咀嚼性,剪切強度越大說明咀嚼性越好。FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條剪切強度和拉伸強度的影響結果見表6。

表6 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條剪切強度和拉伸強度的影響

由表6可知,與對照純馬鈴薯粉條相比,明礬粉條和PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組粉條的最大剪切力、剪切強度均顯著增加(P<0.05),說明PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組的咀嚼度提高。拉伸強度可以反映粉條內部結構的穩定性,拉伸強度越高,說明內部結構越細膩,粉條越不容易斷條。與對照純馬鈴薯粉條相比,明礬粉條和PS+FBS、PS+HACS、PS+MS組粉條的拉伸強度均顯著增加(P<0.05)。

2.8 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條感官評價的影響

感官評分直接反映了消費者對粉條的喜愛和接受程度[26],包括粉條的色澤、風味、黏性、口感等指標。由表7可知,添加FBS、HACS和MS后,粉條的色澤、彈性、黏性、咀嚼度及可接受性均有不同程度的提升。與對照純馬鈴薯粉條和明礬粉條相比,PS+FBS組粉條的色澤較差,PS+HACS、PS+MS組粉條的色澤良好。PS+HACS組粉條的可接受度較差,與粉條硬度較高和彈性較差有關。相比之下,PS+FBS和PS+MS組粉條的可接受度較高。

表7 FBS、HACS和MS添加量對馬鈴薯粉條感官評價的影響

3 結論

本研究分別將蠶豆淀粉、高直鏈玉米淀粉以及兩者的混合粉與馬鈴薯淀粉進行不同比例混合,結果表明,加入蠶豆和高直鏈玉米淀粉及混合粉均可以降低混合體系的膨脹度、溶解度,提高色澤、硬度、凝膠強度、最大破斷力;加入蠶豆和高直鏈玉米淀粉及混合粉顯著降低了粉條的斷條率、膨潤度及蒸煮損失,增強了粉條的硬度、內聚性、回復性、剪切強度和拉伸強度;在所有指標中,添加蠶豆和高直鏈玉米淀粉混合粉的變化最明顯,在添加量為20%時感官評分最高。