張 燦 曾雪丹 蔣光陽 王章英 申光輝 黎杉珊 羅擎英 張志清
(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院1,雅安 625014) (廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物研究所2,廣州 510000)
鮮濕馬鈴薯粉條是以淀粉含量豐富的馬鈴薯為原料,加工制成的絲狀或條狀的新鮮食品,與傳統(tǒng)干粉條相比,口感爽滑、易于消化、方便食用,尤其在川渝地區(qū)常常作為火鍋中的主要食材,深受消費者的喜愛。在鮮濕馬鈴薯粉條加工中,由于馬鈴薯直鏈淀粉含量較少,因此制成的粉條難于成型、口感較綠豆、豌豆等其他粉條差[1-2],并且鮮濕粉條具有較高水分和豐富的碳水化合物,微生物易繁殖,粉條極易變質(zhì),會進(jìn)一步降低粉條的食用品質(zhì),所以粉條加工中,為提高品質(zhì),使得表觀光滑致密、提高口感勁道,都加入一定量的明礬(主要為鉀明礬),即KAl(SO4)2·12H2O,攝入明礬中的Al3+會在體內(nèi)蓄積不易排出而引起中樞神經(jīng)功能紊亂、骨病理改變、紅細(xì)胞低色素性貧血以及具有胚胎毒性和致畸性等[3]。世界衛(wèi)生組織已于1989年正式把鋁確定為食品污染物并要求加以控制。我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2760—2014)規(guī)定粉條中鋁殘量不得超過 200 mg/kg干樣品[4],折算成明礬用量不得超過0.351%。 為了減少或取代明礬等含鋁添加劑在粉條中的應(yīng)用,趙萌等[5]通過添加綠豆淀粉顯著提升了紅薯粉條的品質(zhì)特性。劉品華等[6]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉對粉絲質(zhì)量有很大改善。楊書珍等[7]通過復(fù)合磷酸鹽與黃原膠的復(fù)配所制的粉絲品質(zhì)接近添加明礬的粉絲。已有研究主要針對以紅薯淀粉作為原料的干制粉條(絲)的配方優(yōu)化,且已有一些大型粉絲(條)加工企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)用。然而,針對鮮濕型馬鈴薯粉條的改良卻鮮有研究,需尋求科學(xué)有效的數(shù)據(jù)來選擇合適的添加劑。
本研究擬通過測定不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠特性、凝沉性及膨脹度的影響,篩選出合適的添加劑,并通過單因素與正交實驗優(yōu)化添加劑配比,以期為無明礬鮮濕馬鈴薯粉條的生產(chǎn)提供新參考,為馬鈴薯主食化戰(zhàn)略提供新的思路。
馬鈴薯淀粉。
魔芋葡甘露聚糖(KGM)、明礬(KAl(SO4)2·12H2O)、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)、卡拉膠、瓊脂、阿拉伯膠、黃原膠、海藻酸鈉、聚丙烯酸鈉。
YL90L1-4漏粉機;DB1006和面機;TA.XTP1us質(zhì)構(gòu)儀;UV-3100PC紫外分光光度計;DK-8D三孔電熱恒溫水槽;Thermo BR4i離心機;101-2EBS電熱鼓風(fēng)干燥箱。
1.3.1 鮮濕馬鈴薯粉條的制備
取75 g馬鈴薯淀粉,加入75 g 45~50 ℃的溫水調(diào)漿,再加入155 g沸水進(jìn)行打芡,另在425 g馬鈴薯淀粉中加入添加劑充分混勻后將制好的芡糊倒入,加入50 g 45~50 ℃的溫水后置于和面機中進(jìn)行和面,和好的面團(tuán)置于漏粉機中,擠壓成寬約0.65 cm,厚約0.3 cm條狀,漏入沸水中30 s撈起浸泡于冷水中50 min,濾去水分后密封裝袋,置于25 ℃環(huán)境中,24 h后進(jìn)行指標(biāo)測定。
1.3.2 不同添加劑對馬鈴薯淀粉面團(tuán)及凝膠性質(zhì)的影響
選取KGM、CMC-Na、卡拉膠、聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、瓊脂、黃原膠、阿拉伯膠8種添加劑(均為GB 2760—2014中允許添加于粉條的添加劑),添加量為淀粉干重的1. 0%,加水調(diào)制成淀粉糊,以未加入添加劑的淀粉糊為空白對照,并與0.351%添加量(淀粉干重計)的明礬作比較,以馬鈴薯淀粉凝膠的硬度、彈性、黏性、咀嚼性為測試指標(biāo),研究不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性、以及淀粉凝沉性、膨脹度的的影響。
1.3.3 明礬添加量對鮮濕馬鈴薯粉條品質(zhì)的影響
明礬分別采用0%、0.176%、0.351%、0.527%、0.702%(對應(yīng)含有0、100、200、300、400、500 mg/kg Al3+)5個添加量水平加工馬鈴薯鮮濕粉條,以粉條的斷條率、渾湯透光率為評價指標(biāo),考察明礬添加量對粉條品質(zhì)的影響,并將其產(chǎn)品作為無明礬鮮濕粉條優(yōu)化的對照,其中,0.351%的添加量為GB 2760—2014中粉條規(guī)定的明礬使用最高限量(按干樣品Al3+含量折算計)。
1.3.4 添加劑的復(fù)配優(yōu)化試驗
1.3.4.1 單因素實驗設(shè)計
通過添加劑對馬鈴薯淀粉性質(zhì)的影響分析,選擇瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉三種添加劑,以粉條的斷條率和渾湯透光率為評價指標(biāo)對粉條進(jìn)行品質(zhì)改良,在預(yù)實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行單因素試驗。
在卡拉膠添加量為0.4%、海藻酸鈉添加量為0.6%時,瓊脂分別采用0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5個添加量水平,考察瓊脂添加量對粉條品質(zhì)的影響。
在海藻酸鈉添加量為0.6%、瓊脂添加量為0.6%時,卡拉膠分別采用0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5個添加量水平,考察卡拉膠添加量對粉條品質(zhì)的影響。
在卡拉膠添加量為0.4%、瓊脂添加量為0.6%時,海藻酸鈉分別采用0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5個添加量水平,考察海藻酸鈉添加量對粉條品質(zhì)的影響。
1.3.4.2 正交實驗設(shè)計
在單因素實驗基礎(chǔ)上,以瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉添加量為因素,以粉條的斷條率和渾湯透光率為指標(biāo),選用L9(34)正交實驗設(shè)計,確定馬鈴薯鮮濕粉條的最佳明礬替代物的配比。正交實驗因素水平見表1。
表1 因素水平表
1.3.5 指標(biāo)測定
1.3.5.1 淀粉面團(tuán)凝膠質(zhì)構(gòu)特性
參考廖盧艷等[8]的方法,并稍作修改。加蒸餾水配制6%淀粉懸浮液(按淀粉干重計),各添加劑按比例添加,充分混勻后沸水浴糊化20 min裝入 50 mL燒杯中,在4 ℃冰箱中放置24 h,測試時將整個凝膠從燒杯中倒出,在質(zhì)構(gòu)儀上進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測定。
測試條件:探頭P/36R,感應(yīng)力5 g,測試形變40%,測試前速度2 mm/s,測試速度1 mm/s,測后速度5 mm/s。
1.3.5.2 淀粉凝沉性
參考趙小梅等[9]的方法,稍作修改。加入蒸餾水配制成1%的淀粉懸浮液(按淀粉干重計),各添加劑按比例添加,充分混勻后置于沸水浴中糊化30 min,糊化過程中,需用玻璃棒不停攪拌,同時加入沸騰的蒸餾水保持淀粉糊原有的體積。然后將淀粉懸液轉(zhuǎn)入20 mL帶塞刻度試管中,置于25 ℃環(huán)境中,24 h內(nèi)每間隔2 h觀察淀粉糊上清液與沉淀的分層情況,按公式計算淀粉凝沉性:
1.3.5.3 淀粉膨脹度
參考李照茜等[10]方法,略作修改。加入蒸餾水配制成50 mL 2%的淀粉懸浮液(按淀粉干重計),各添加劑按比例添加,置于85 ℃水中攪拌30 min后,以4 000 r/min離心20 min;將上清液傾入已烘干至恒重的表面皿中,置于干燥箱中,在105 ℃條件下烘干至恒重,得到被溶解淀粉質(zhì)量A(g),M為樣品質(zhì)量(g,干基),離心管中沉淀淀粉質(zhì)量為P,按公式計算膨脹度:
溶解度(S)=A/M×100%
膨脹度(B)=P/[M×(100-S)]×100%
1.3.5.4 粉條斷條率
截取20根長度為10 cm相同的無機械損傷的粉條,在1 000 mL燒杯中加水900 mL,水煮沸后放入粉條并加蓋表面皿,微沸15 min煮熟后,濾去水分,用玻璃棒數(shù)其總條數(shù),按公式計算斷條率R[11]:
式中:X為粉條煮后的總條數(shù)。重復(fù)4次取平均值。
1.3.5.5 粉條渾湯透光率
準(zhǔn)確稱取5 g粉條置于250 mL的燒杯中,加入95 mL蒸餾水,加熱沸騰20 min,在波長650 nm的條件下在1 cm的比色皿中采用分光光度計測定其溶液的透光率。重復(fù)5次,取平均值[12]。
1.3.5.6 感官評定
邀請從事食品專業(yè)相關(guān)人員,男女各5人,年齡在20~40歲之間,組成評定小組,根據(jù)表2的感官評定標(biāo)準(zhǔn)對粉條進(jìn)行感官評定。
表2 鮮濕馬鈴薯粉條感官評分表
采用SPSS23.0、Excel 2010、origin9.0分析數(shù)據(jù)并作圖,ANOVA 法進(jìn)行方差分析,Duncan多重比較法檢驗進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。若無特殊說明,所有數(shù)據(jù)都是三次測試所取的平均值。
2 結(jié)果與分析
2.1.1 不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響
由表3可知,添加KGM、卡拉膠、海藻酸鈉、瓊脂以及阿拉伯膠與0.351%明礬均能顯著提升馬鈴薯淀粉凝膠的硬度、黏性、咀嚼性(P<0.05),其中瓊脂對淀粉凝膠硬度的影響最為顯著(P<0.01),由于瓊脂本身能形成雙螺旋結(jié)構(gòu)與三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),與淀粉糊化冷卻后的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步穩(wěn)固了凝膠體系[13,14]。海藻酸鈉對淀粉凝膠的黏性影響最為顯著(P<0.01),研究表明,海藻酸鈉分子鏈中存在大量親水性基團(tuán)(—COOH 和—OH)而具有很好的生物相容性,溶于水后可形成具有一定黏度的溶液體系引起淀粉凝膠體系黏度增大[15];也有研究指出海藻酸鈉結(jié)構(gòu)中的G鏈段能形成致密的“蛋盒”狀凝膠結(jié)構(gòu)能夠調(diào)控水分子的運動情況,而淀粉凝膠的黏度跟其含水率存在密不可分的聯(lián)系[16]。廖盧艷等[8]研究表明淀粉凝膠的硬度、彈性、黏性、咀嚼性與粉條的品質(zhì)存在顯著關(guān)系,但本研究中所有添加劑對凝膠彈性的影響均不顯著(P>0.05),可能是由于這些添加劑導(dǎo)致了分散相中結(jié)晶體密度的增加而使凝膠彈性增加的因素被抵消[17]。
另外,CMC-Na對淀粉凝膠的黏性與咀嚼性有降低作用,但并不顯著(P>0.05)。聚丙烯酸鈉對淀粉凝膠的硬度、黏性和咀嚼性均有顯著降低作用(P<0.05)、黃原膠能顯著降低淀粉凝膠的硬度(P<0.05),這與王娜等[18]、唐敏敏等[19]的研究相符。
表3 添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠特性的影響
注:同列不同字母表示差異性顯著,P<0.05。
2.1.2 不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝沉性的影響
添加黃原膠、聚丙烯酸鈉24 h之內(nèi)都沒有觀察到沉淀現(xiàn)象。由圖1可知,各添加劑均顯著提升了淀粉的凝沉性(P<0.05),且隨著時間延長,凝沉性越強,其中添加卡拉膠、鉀明礬、CMC-Na的凝沉速度在同一時間顯著高于KGM、海藻酸鈉、瓊脂和阿拉伯膠(P<0.05)。淀粉糊的沉降體積反映了淀粉分子之間重聚能力的大小,即淀粉糊形成凝膠的能力,分子以氫鍵結(jié)合的能力越大,分子之間則越易聚集,淀粉凝沉能力主要取決于淀粉分子的大小,直鏈淀粉含量,添加物及不同處理條件等[20]。本研究顯示明礬顯著(P<0.05)提高了馬鈴薯淀粉的凝沉性,這與王穎等[21]關(guān)于糜子淀粉糊性質(zhì)的研究結(jié)果存在差異,由于馬鈴薯淀粉顆粒的粒徑較大[22],而明礬具有吸附作用從而使淀粉糊產(chǎn)生了明顯的凝沉現(xiàn)象??ɡz具有黏性和強凝固性,且?guī)в胸?fù)電荷與一些物質(zhì)形成絡(luò)合物的物理化學(xué)特性,加速了淀粉顆粒凝聚沉淀[23]。另外,KGM、阿拉伯膠、海藻酸鈉、瓊脂對馬鈴薯淀粉凝沉性也有影響,但在0~12 h之內(nèi)并不顯著(P>0.05),這些添加劑促進(jìn)了淀粉葡萄糖單位上的羥基形成氫鍵,重新聚集成致密不溶性的淀粉分子微晶束經(jīng)過一段時間后會逐漸變渾濁分層沉淀[24]。
圖1 不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝沉性的影響
2.1.3 不同添加劑對馬鈴薯淀粉膨脹度的影響
由圖2可知,明礬、卡拉膠、海藻酸鈉和瓊脂粉對馬鈴薯淀粉膨脹度影響不顯著(P>0.05);而KGM、CMC-Na、聚丙烯酸鈉、黃原膠和阿拉伯膠,都顯著提高了馬鈴薯淀粉的膨脹度(P<0.05),其中聚丙烯酸鈉對淀粉膨脹度的影響明顯高于其他添加劑,這可能是由于聚丙烯酸鈉是一類聚陰離子和具備親水基團(tuán)的高分子化合物,增強了單一淀粉分子的穩(wěn)定性,使其不易糊化,糊化溫度升高,崩解值變小[25,26],引起淀粉膨脹度顯著升高。淀粉膨脹是因為淀粉在糊化過程中分子間的直鏈淀粉溶出,使得淀粉顆粒吸水膨脹,在一定程度上反映了淀粉顆粒內(nèi)部分子之間鍵的結(jié)合程度,也反映淀粉與水之間相互作用的大小[27]。張垚[16]研究認(rèn)為明礬可抑制淀粉中直鏈淀粉的滲漏,并在水中生成了吸附能力很強的氫氧化鋁膠體,阻礙了淀粉顆粒與水分子的作用,本研究顯示明礬同樣降低了馬鈴薯淀粉膨脹度,但并不顯著(P>0.05),這有可能是由于原料淀粉的直鏈淀粉含量不高,導(dǎo)致明礬對直鏈淀粉滲漏的抑制效果不明顯。
圖2 不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠膨脹度的影響
通過各添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠特性、凝沉性以及膨脹度的影響對比,綜合考慮選擇瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉作為復(fù)配添加劑,對粉條品質(zhì)進(jìn)行改良。
圖3 明礬添加量對鮮濕粉條品質(zhì)的影響
由圖3可知,隨著明礬添加量增加,粉條的斷條率呈顯著下降趨勢(P<0.05),添加量為0.527%時,達(dá)到最低。斷條率是決定粉條品質(zhì)優(yōu)良的關(guān)鍵因素,在一定程度上體現(xiàn)了淀粉凝膠空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密程度[28]。淀粉糊化過程中,明礬電離出的A13+易水解,參與競爭,結(jié)合體系中更多的水分,而且電離后能形成水合物和締合物,使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密,增強了粉條的韌性[16]。但本研究發(fā)現(xiàn)明礬添加量大于0.527%時,粉條的斷條率反而出現(xiàn)了上升趨勢。這可能是由于過量的明礬降低了淀粉的回生值[21],延緩了淀粉老化速度導(dǎo)致粉條斷條率上升。而粉條透光率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,在明礬添加量為0.527%時,達(dá)到最高,這是由于粉條在蒸煮過程中會由于斷條導(dǎo)致可溶性物質(zhì)及粉團(tuán)碎片溶出,引起湯液出現(xiàn)混濁現(xiàn)象,進(jìn)而引起透光率變化,此外,也與添加物本身性質(zhì)有關(guān)。
圖4 添加劑對粉條品質(zhì)的影響
圖4為添加劑對粉條品質(zhì)的影響。由圖可看出,隨著瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉添加量的增加,粉條的斷條率逐漸降低,其中,瓊脂與卡拉膠添加量由0.0%增加至0.4%時,斷條率顯著降低(P<0.05),在0.4%至1.0%添加量之間斷條率變化不顯著(P>0.05);海藻酸鈉添加量在0.0%增加至0.6%時,粉條的斷條率雖呈下降趨勢,但相鄰的梯度之間并不顯著(P>0.05),在0.6%時斷條率達(dá)到最低,之后斷條率反而出現(xiàn)顯著上升現(xiàn)象(P<0.05)。瓊脂與卡拉膠能促進(jìn)淀粉分子形成三維網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu),以此增強粉條的韌度;但隨著其濃度增加,單位體積內(nèi)的分子數(shù)過多,會增大其分子鏈側(cè)基間空間位阻,使得淀粉與其混合體系凝膠強度增加變緩,導(dǎo)致后期對粉條斷條率的影響不顯著[23,29,30];海藻酸鈉促進(jìn)了淀粉分子鏈的凝沉,使粉條的韌性和強度提高,但過量的海藻酸鈉,雖能抑制可溶性淀粉的析出,但不利于粉條內(nèi)部淀粉的糊化,影響了淀粉回生,導(dǎo)致粉條凝膠韌度降低[25]。而透光率均呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉分別在添加量為0.6%、0.4%、0.6%時達(dá)到最大值,隨后各自呈下降趨勢。張艷[31]研究表明瓊脂在一定濃度范圍內(nèi)具有良好的澄清作用,但透光率反而會下降,這可能是由于瓊脂是一類以半乳糖為主要成分的一種高分子多糖,過量的瓊脂溶于湯液中,引起透光率降低[32]。海藻酸鈉添加量在0.6%以后,則可能是因為此時粉條的斷條率上升導(dǎo)致粉條斷面淀粉暴露而引起透光率下降。
2.4.1 正交實驗結(jié)果
由表4可知,以斷條率為評價指標(biāo),各因素對粉條斷條率影響主次順序為:B>A>C,即卡拉膠添加量是影響粉條斷條率的最主要因素,其次是瓊脂,海藻酸鈉影響最小。由極差分析得最佳配方一為A3B2C3,即瓊脂添加量0.8%,卡拉膠添加量0.4%,海藻酸鈉添加量0.8%;最佳配方二為A3B3C3,即瓊脂添加量0.8%,卡拉膠添加量0.6%,海藻酸鈉添加量0.8%。以透光率為評價指標(biāo),各因素對粉條斷條率影響主次順序為:B>A>C,即卡拉膠添加量是影響粉條透光率的最主要因素,其次是瓊脂,海藻酸鈉影響最小。由極差分析得最佳配方為A2B2C3,即瓊脂添加量0.6%,卡拉膠添加量0.4%,海藻酸鈉添加量0.8%。
表4 正交實驗結(jié)果
表5 斷條率方差分析
注:**表示P<0.01,相關(guān)性極顯著;*表示P<0.05,相關(guān)性顯著,表6同。
表6 透光率方差分析
2.4.2 驗證實驗
由于組合A3B2C3、A3B3C3未被包含在正交表的9個實驗中,對組合A3B2C3、A3B3C3進(jìn)行驗證實驗,并與組合A2B2C3進(jìn)行比較。
表7 最優(yōu)組合驗證實驗結(jié)果
由表7可知,三個最優(yōu)組合制作的粉條,斷條率均為為0%;而透光率依次為為91.25%、89.84%、93.2%;感官評分依次為79.25、78.5、83.75分。因此選取A2B2C3作為粉條生產(chǎn)中明礬替代物的最佳配方,即瓊脂添加量0.6%,卡拉膠添加量0.4%,海藻酸鈉添加量0.8%。
2.4.3 對比實驗
將最優(yōu)配方的明礬替代物加人制作粉條,與無添加劑的粉條、添加0.351%明礬和0.527%明礬的粉條進(jìn)行對比,其對比結(jié)果如表8所示。
表8 不同粉條質(zhì)量對比
注:同行不同字母表示差異性顯著,P<0.05。
從表8中可以看出,添加明礬能顯著改善粉條的各項指標(biāo),但根據(jù)國標(biāo)(GB/T 23587—2009)要求,添加0.351%明礬的粉條,無法達(dá)到粉條標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求(如斷條率13.33%>10%),且其他指標(biāo)也不理想,而添加0.527%明礬的粉條極大限度提高了粉條品質(zhì)。添加本研究最優(yōu)明礬替代物制成的粉條(復(fù)配添加劑),均在國標(biāo)允許范圍內(nèi),與無添加劑的粉條相比其各項指標(biāo)均顯著改善,且明顯優(yōu)于添加0.351%明礬粉條,接近添加0.527%明礬的粉條。
通過測定不同添加劑對馬鈴薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)、凝沉性以及膨脹度的影響來篩選適合粉條生產(chǎn)的鉀明礬替代物,研究表明,卡拉膠、瓊脂、海藻酸鈉三種添加劑和其他添加劑相比,與添加0.351%明礬類似,對馬鈴薯淀粉膨脹度影響不顯著(P>0.05),且同時兼?zhèn)滹@著提高馬鈴薯淀粉凝膠的硬度、黏性與咀嚼性(P<0.05)和淀粉凝沉性(其中卡拉膠較為顯著(P<0.05)的性質(zhì),在此基礎(chǔ)上,通過單因素及正交實驗得出,采用瓊脂添加量0.6%,卡拉膠添加量0.4%,海藻酸鈉添加量0.8%作為明礬替代物進(jìn)行馬鈴薯鮮濕粉條生產(chǎn),得到的粉條斷條率為0%,透光率為93.20%,感官評分為83.75,彈性為0.93,黏性為332.0,咀嚼性為1179.30,拉伸性變?yōu)?7.56 mm,剪切強度為52.51,粉條品質(zhì)基本接近0.527%明礬粉條。