球磨協同普魯蘭酶處理對紅薯粉絲品質的影響

潘牧，劉輝，石義權，李俊*

（1.貴州省農業科學院 生物技術研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州省農業生物技術重點實驗室，貴州 貴陽 550006；3.貴州神康原生態食品有限公司，貴州 黔南 550600）

紅薯粉絲作為一種傳統食品，因其口感軟糯絲滑深受消費者的喜愛。隨著人們生活水平的提高，消費者對紅薯粉絲更加青睞，同時對紅薯粉絲的品質要求越來越高。粉絲以淀粉為原料加工而成，因此，粉絲的品質與紅薯淀粉的性質密切相關[1]。淀粉由支鏈淀粉和直鏈淀粉組成[2]。通常認為直鏈淀粉含量越高，粉絲的品質越好[3]，因為支鏈淀粉具有多分支結構，而直鏈淀粉通常呈線性結構，其空間位阻更小[4]，因此，直鏈淀粉更容易發生老化從而提高粉絲的品質。李敏等[5]發現相比于紅薯粉絲，綠豆粉絲口感更加爽滑，蒸煮損失率更低，這是因為綠豆淀粉直鏈淀粉含量更高。由于紅薯淀粉直鏈淀粉含量較低，在蒸煮過程中，紅薯粉絲容易斷條糊湯。為了改善紅薯粉絲的品質，通常利用明礬增加其韌性和耐煮性，但明礬對人體有害，過度食用明礬會導致記憶力衰退、智力下降等問題。因此，開發一種綠色無害、提高紅薯粉絲品質的工藝具有重要意義。直鏈淀粉含量是調控紅薯粉絲品質變化的重要參數，提高紅薯淀粉直鏈淀粉含量是改善紅薯粉絲品質的重要思路。

普魯蘭酶是一種常用的脫支酶，其能夠專一性水解淀粉中的α-1，6 糖苷鍵[6-7]，使支鏈淀粉的分支鏈脫離主干，從而形成具有線性結構的短直鏈淀粉，進而提高淀粉體系中直鏈淀粉含量。同時，根據世界衛生組織及我國GB 1886.174—2016《食品安全國家標準食品添加劑食品工業用酶制劑》的相關要求，普魯蘭酶可在食品加工中使用。高能球磨法是一種通過機械力引發物質發生物理化學變化的改性方法，該方法改性過程中不引入化學試劑，具有環保、安全的特點[8-9]。郎雙靜等[10]發現球磨處理能夠增加直鏈淀粉含量，降低淀粉凝膠的黏性。通過普魯蘭酶和球磨單一處理提高紅薯粉絲品質的研究已有相關報道，但兩者協同處理對紅薯粉絲品質的影響鮮有報道。本研究基于球磨和普魯蘭酶協同提高直鏈淀粉含量原理，開發一種改善紅薯粉絲品質的新方法，對紅薯粉絲的工業化及高值化生產具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

紅薯淀粉：天津頂峰開發有限公司；普魯蘭酶（60 U/mL）：北京諾維信公司；K-AMYL 直鏈淀粉試劑盒：Megazyme（愛爾蘭）公司；無水磷酸氫二鈉、無水檸檬酸（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

IS10 型衰減全發射傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier-transform infrared spectroscopy，FTIR）：美國Thermo-Nicolet 科學儀器有限公司；GZX-9146MBE 電熱鼓風干燥箱：上海博迅實業有限公司醫療設備廠；OMNIC 8.2 光譜處理軟件、DXRZxi 拉曼光譜儀：賽默飛科技有限公司；RVA-4500 型快速黏度分析儀（rapid visco analyser，RVA）：澳大利亞Perten 公司；TA XT plus 型物性分析儀：英國Stable Micro Systems 公司；MINI ZETA 03E高能濕法球磨儀：德國Netzsch 公司。

1.3 方法

1.3.1 改性紅薯淀粉的制備

1.3.1.1 球磨預處理淀粉（sweet potato starch-ball milling，SPS-B）

取未處理的紅薯淀粉（sweet potato starch，SPS）配制濃度為8%的懸浮液，通過料斗加入高能濕法球磨儀中處理20 min。球磨過程中采用低溫循環水裝置對球磨外壁進行降溫。球磨處理結束后，淀粉漿置于燒杯中備用。

1.3.1.2 普魯蘭酶處理淀粉（sweet potato starch-enzyme，SPS-E）

向濃度為8%的淀粉乳中加入普魯蘭酶（120 U/g），攪拌均勻，55 ℃下反應30 min，酶解后的淀粉凍干，研磨并過100 目網篩，用于指標測定。

1.3.1.3 球磨協同普魯蘭酶處理淀粉（sweet potato starch-ball milling and enzyme，SPS-BE）

向球磨處理后的淀粉乳中加入普魯蘭酶（120 U/g），攪拌均勻，55 ℃下反應30 min，酶解后的淀粉凍干，研磨并過100 目網篩，用于指標測定。

1.3.2 直鏈淀粉含量測定

原淀粉和改性淀粉直鏈淀粉含量采用K-AMYL直鏈淀粉試劑盒測定[11]。

1.3.3 淀粉短程有序性測定

將適量淀粉樣品放置于FTIR 的衰減全反射附件（attenuated total reflection，ATR）晶體表面，測試參數：掃描范圍為4 000～400 cm-1，掃描次數為32 次，分辨率為4 cm-1。

1.3.4 淀粉糊化特性測定

準確稱取3.0 g 淀粉樣品于鋁盒內，加入一定質量的去離子水，混合均勻，將鋁盒放入RVA 快速黏度分析儀中按照標準程序進行測定。

1.3.5 紅薯粉絲的制備

配制一定濃度的淀粉乳，沸水浴中加熱20 min，使其完全糊化。糊化的淀粉經過壓面成型后，浸入冷水中冷卻，然后自然風干。

1.3.6 淀粉凝膠性質測定

配制10 g/100 mL 濃度的淀粉乳，于沸水中加熱20 min，使其完全糊化，將糊化的淀粉置于特制的模具中，4 ℃放置24 h 后，取出直徑為3 cm 的圓柱形凝膠測定其凝膠性質。具體測定條件：探頭類型P36，感應力0.196 N，壓縮形變50%，測試速度1.00 mm/s。

1.3.7 粉絲拉伸強度測定

取一定長度的粉絲，沸水浴加熱20 min，冷卻備用。利用A/SPR 探頭進行測定，拉伸速度為3.0 mm/s。

1.3.8 粉絲斷條率測定

選擇20 根成品粉絲于燒杯中，煮沸20 min，通過公式（1）計算粉絲的斷條率。

式中：R 為斷條率，%；Ci和Cf分別為煮前和煮后保持完整的粉絲條數。

1.3.9 粉絲蒸煮損失率測定

將5 g 粉絲在65 ℃烘箱中干燥至恒重，稱取一定質量的粉絲（m1，g）置于盛有沸水的燒杯中，煮沸20 min，加熱過程中保持水量恒定。粉絲冷卻后，用濾紙吸干表面水分，并記錄其質量。將濕粉絲置于烘箱中干燥至恒重，并記錄質量（m2，g）。蒸煮損失率（Rz，%）通過公式（2）進行計算。

1.3.10 感官評價

將形貌相似的紅薯粉絲在沸水中加熱20 min，取出冷卻后用于感官評價。選擇15 位具有感官評價經驗的人員對粉絲的不同屬性做出評價，將每個屬性的平均值作為最終評分。粉絲感官評分標準見表1。

表1 粉絲感官評分標準Table 1 Sensory evaluation criteria of sweet potato vermicelli

1.4 數據分析

通過SPSS 22.0 軟件對數據進行方差分析，每組試驗重復3 次，結果以平均值±標準差表示，采用Origin－Pro 2021 進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 直鏈淀粉含量變化

不同樣品的直鏈淀粉含量如圖1 所示。

圖1 紅薯淀粉直鏈淀粉含量Fig.1 Amylose content of sweet potato starch

由圖1 可知，SPS 的直鏈淀粉含量為24.16%，經球磨和酶解單一處理后，直鏈淀粉含量分別增加12.83%和27.52%。α-1，6 糖苷鍵主要位于淀粉的無定型區，球磨處理能夠破壞支鏈淀粉的α-1，6 糖苷鍵，產生線性支鏈段，從而導致直鏈淀粉含量增加[12]。Liu 等[13]研究發現球磨處理后木薯淀粉直鏈淀粉含量增加，支鏈淀粉分子量更大，且具有多分支結構，在剪切力作用下更容易被破壞，形成線性短鏈。普魯蘭酶能夠專一性水解支鏈淀粉中的α-1，6 糖苷鍵，從而產生短直鏈淀粉[14]，相比于球磨處理，酶解能夠更有效增加淀粉的直鏈淀粉含量，這表明酶催化效率更高，反應速率更快。SPS-BE 直鏈淀粉含量顯著高于SPS-B 和SPS-E的直鏈淀粉含量，表明球磨協同酶處理能夠進一步提高紅薯淀粉的直鏈淀粉含量。一方面，球磨處理能夠破壞支鏈淀粉的α-1，6 糖苷鍵，殘余的支鏈淀粉能夠被酶進一步水解。另一方面，球磨與淀粉顆粒之間以及淀粉顆粒與淀粉顆粒之間的摩擦力和剪切力導致淀粉顆粒受損，粒徑下降，有利于酶的水解。因此，球磨協同普魯蘭酶處理能夠提高紅薯淀粉直鏈淀粉含量，且其效果優于球磨和普魯蘭酶單一處理。

2.2 短程有序性測定

采用傅里葉紅外光譜對紅薯淀粉進行檢測，結果如圖2 和圖3 所示。

圖2 紅薯淀粉的傅里葉變換紅外光譜Fig.2 Fourier transform infrared spectra of sweet potato starch samples

圖3 紅薯淀粉去卷積光譜Fig.3 Deconvolution spectra of sweet potato starch samples

從圖2 中可以看出，3 400 cm-1處代表O—H 振動，與淀粉的氫鍵相互作用有關。FTIR 光譜能夠反映淀粉的短程有序性，1 047 cm-1和1 022 cm-1處的吸光度分別與結晶區和無定型區相關，因此，1 047 cm-1和1 022 cm-1的比值（R1047/1022）能夠評估淀粉短程有序性的數量[15-16]。R1047/1022的數值可通過傅里葉去卷積獲得，樣品R1047/1022的結果如圖4 所示。

圖4 紅薯淀粉R1 047/1 022 值Fig.4 R1 047/1 022 values of sweet potato starch samples

由圖3、圖4 可知，SPS 的R1047/1022數值顯著高于SPS-B、SPS-E 和SPS-BE。經球磨和酶解處理后R1047/1022的數值顯著低于原淀粉的紅外比值，表明樣品的短程有序性下降，結果與文獻[17-18]類似。短程有序性與螺旋結構的局部有序排列密切相關，且淀粉的結晶區主要由支鏈淀粉構成，而直鏈淀粉形成無定型區[19]。球磨和酶解處理過程中，α-1，6 糖苷鍵斷裂，導致支鏈淀粉結構被破壞，結晶區減少，從而導致R1047/1022的數值降低。同時，短直鏈淀粉的形成導致螺旋結構的局部排列更加無序。SPS-BE 的R1047/1022數值分別比SPS-B和SPS-E 降低0.060 和0.034。相比于球磨和酶解單一處理，球磨協同酶解處理后，支鏈淀粉結構破壞程度更高，產生的短直鏈淀粉更多，因此其短程有序性更低。

2.3 糊化特性

淀粉糊的性質與粉絲的品質密切相關，采用RVA測定淀粉的糊化性質，相關參數如表2 所示。

表2 紅薯淀粉的糊化特性Table 2 Gelatinization properties of sweet potato starch samples cp

峰值黏度與淀粉顆粒的溶脹有關，加熱過程中，淀粉顆粒膨脹相互擠壓導致淀粉糊黏度上升。攪拌過程中，在剪切力作用，顆粒崩解，淀粉糊黏度下降[20]。由表2 可知，SPS 的峰值黏度顯著高于其他3 種樣品，這可能是因為在球磨和酶解處理過程中，淀粉顆粒結構被破壞，更容易溶脹破裂。隨溫度下降，淀粉發生回生，在氫鍵、范德華力等非共價鍵作用下，淀粉鏈發生有序重排，形成凝膠網絡結構，導致淀粉糊的黏度提高。回生值是最終黏度和谷值黏度的差值，回生值越大則證明淀粉回生越快，冷淀粉糊的穩定性越高[21-22]。淀粉的回生特性在一定程度上決定了粉絲的品質。球磨和酶解處理后淀粉樣品的回生值顯著高于原紅薯淀粉，表明淀粉的回生速率和穩定性提高。相比于原淀粉，球磨和酶解處理后，直鏈淀粉含量升高，而直鏈淀粉回生速度顯著高于支鏈淀粉且直鏈淀粉具有線性結構，有利于形成良好的凝膠網絡[23]。因此，球磨協同酶解處理能夠提高紅薯淀粉糊的回生速率和穩定性。SPS-B、SPS-E 和SPS-BE 的回生值分別為1 215、1 258、1 313 cp，這表明球磨和酶解協同處理的淀粉樣品，回生速率最快。衰減值是指峰值黏度與谷值黏度的差值，衰減值與淀粉糊的穩定性呈負相關[24]。經球磨和酶解處理后，淀粉糊的衰減值顯著降低，表明淀粉糊抵抗外力的能力增強，這可能與良好的凝膠網絡有關。

2.4 凝膠特性

糊化的淀粉在冷卻過程中會發生回生現象，無序的淀粉鏈在氫鍵作用下相互纏繞形成具有彈性和強度的凝膠，淀粉凝膠的性質一定程度上反映了粉絲的品質。紅薯淀粉的凝膠特性見表3。

表3 紅薯淀粉凝膠特性Table 3 Gel properties of sweet potato starch samples

由表3 可知，SPS 的硬度顯著低于SPS-B、SPS-E和SPS-BE。球磨和酶處理均能夠顯著增加淀粉的直鏈淀粉含量[25-27]，直鏈淀粉具有線性結構，空間位阻小，更容易發生有序重排形成晶體結構，形成更多的交聯位點。同時，直鏈淀粉能夠作為晶種加速支鏈淀粉回生[28]，而凝膠的硬度主要依賴于支鏈淀粉[29]。SPS的直鏈淀粉含量低于SPS-B、SPS-E 和SPS-BE，因此其具有更低的硬度。同時，經球磨和酶處理后，淀粉凝膠的彈性、黏性、回復性和咀嚼性均提高，這可能與淀粉凝膠性能的提高有關，直鏈淀粉含量增加，淀粉形成的凝膠網絡更加完善。

2.5 拉伸強度

拉伸強度在一定程度上反映了粉絲的韌性，SPS、SPS-B、SPS-E 和SPS-BE 的拉伸強度結果如圖5 所示。

圖5 紅薯粉絲的拉伸強度Fig.5 Tensile strength of sweet potato vermicelli

由圖5 可知，SPS 的拉伸強度顯著低于SPS-B、SPS-E 和SPS-BE，表明球磨和酶解處理均能夠增強粉絲的拉伸強度。同時，SPS-BE 具有最高的拉伸強度，這表明球磨協同酶解處理能夠更好地增強粉絲的韌性。粉絲拉伸強度的提高與淀粉的凝膠網絡有關，球磨和酶解處理使淀粉中直鏈淀粉含量增加，提高了淀粉凝膠網絡的韌性和強度，從而使粉絲具有更大的拉伸強度。球磨協同酶解處理后，SPS-BE 的拉伸強度為SPS 的1.35 倍。

2.6 蒸煮特性

紅薯粉絲經過蒸煮后才能食用，因此，蒸煮特性對于評估粉絲的品質至關重要。斷條率是評估粉絲品質好壞最直觀的指標，斷條率高則證明粉絲品質差。粉絲烹煮性越好，則斷條率越低。紅薯粉絲的蒸煮特性見表4。

表4 紅薯粉絲的蒸煮特性Table 4 Cooking properties of sweet potato vermicelli

由表4 可知，經球磨和酶解協同處理后，紅薯粉絲的斷條率降低了12.56%，表明粉絲的耐煮性提高。粉絲耐煮性的提高與淀粉凝膠性能有關。由于直鏈淀粉含量的提高，在制備粉絲的過程中淀粉回生能夠形成更加完善的凝膠網絡，在加熱復水過程中，粉絲的網絡結構更加堅韌，從而使粉絲具有更強的耐煮性。而SPS 直鏈淀粉含量低，在加熱復水過程中，粉絲的網絡結構容易被破壞，導致粉絲發生斷裂。相比于球磨和酶解單一處理，兩者協同作用能夠更顯著地增加直鏈淀粉含量，因此SPS-BE 的斷條率低于SPS-B 和SPS-E。石彬等[30]同樣發現，提高淀粉的直鏈淀粉含量能夠降低粉絲的斷條率。蒸煮損失率也是反映粉絲性質的重要指標。蒸煮損失率越高，則證明粉絲的質量損失率越高。淀粉糊化后，直鏈淀粉分子在氫鍵作用下發生有序重排[31]，形成致密的結構，抑制了淀粉的溶解和溶脹。因為SPS-BE 直鏈淀粉含量最高，因此，其蒸煮損失率最低。綜上，球磨協同酶解處理能夠顯著降低粉絲的斷條率和蒸煮損失率。

2.7 感官評價

紅薯粉絲的感官評價結果對于評估粉絲品質具有重要的現實意義，能夠為粉絲生產提供更準確的要求。按照表1 的評分標準對紅薯粉絲進行了感官評價，結果見圖6。

圖6 紅薯粉絲的感官評價Fig.6 Sensory evaluation of sweet potato vermicelli

粉絲的口感是人們在消費時的首先關注點。由圖6 可知，SPS 口感偏軟且存在黏膩感，而經球磨或酶解處理后，粉絲口感明顯改善。粉絲的硬度和彈性增強，且黏膩感降低。這可能是因為球磨或者酶解處理均提高了紅薯淀粉的直鏈淀粉含量，SPS-B、SPS-E 和SPS-BE 能夠形成更好的凝膠網絡，且在直鏈淀粉晶種促進下回生速率更快，凝膠性能更好，因此其口感更好。在組織形態方面，紅薯粉絲經酶解或球磨處理后也發生顯著改善，斷條數量明顯減少，且粉絲整體結構更為均一，這與斷條率的結果一致。粉絲除了組織形態和口感得到改善以外，其色澤也變得更為透明。而球磨和酶解處理不會對粉絲的氣味產生影響。

3 結論

本研究通過球磨和普魯蘭酶協同處理紅薯淀粉，并以改性后的紅薯淀粉為原料制備了紅薯粉絲。經球磨和普魯蘭酶協同處理后，紅薯淀粉直鏈淀粉含量顯著提高。紅薯淀粉的凝膠特性和回生特性增強。相比于球磨和普魯蘭酶單一處理，球磨協同普魯蘭酶處理能夠更顯著地改善紅薯粉絲的口感、彈性和韌性，并有效減少了紅薯粉絲的斷條率。球磨協同普魯蘭酶處理具有效率高、綠色環保等特點，本研究對高品質紅薯粉絲的生產具有指導意義。