增稠剂对挂面力学特性的影响

姚丹丹，施小燕，姜 松

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013)

挂面是深受我国人民喜爱的食品，消费量大，生产企业众多，在国民经济中有重要地位。近些年，有关添加剂对面条影响的研究也越来越多。食品添加剂对面条的品质改良有好的效果，添加剂可以提高面条的加工性、嗜好性、营养性、保存性和其它品质［1］。增稠剂是一种常用的添加剂，其分子结构中含有许多亲水基团，能够增强并使蛋白质的网络结构处于最佳水合状态，改变面团的流变特性，增强面条的筋力、弹性和韧性，提高面条的综合品质。增稠剂对湿面条流变学特性、面条品质的改善机理、及干物质损失等物理性质和蒸煮品质的影响方面的研究较多，对挂面力学特性的影响主要集中在研究蒸煮后面条的粘性、硬度、弹性、耐咀嚼性等［2-5］。力学特性是面条品质评价的主要质地参数之一，弯曲折断率是挂面的重要理化检测指标之一，弹性模量是表征固体食品材料弹性变形难易程度的指标，弹性模量和抗弯能力指标能够反映挂面的弯曲折断能力，反映挂面的质地特性［6］。目前国内外鲜少报导关于增稠剂对挂面力学性质影响的研究，对挂面的力学特性(弹性模量和抗弯能力等)研究的较少。

因此，为了探究增稠剂对挂面力学特性的影响，对添加不同增稠剂的挂面进行力学特性测定，探讨不同添加剂对挂面力学特性和蒸煮品质的影响，同时探讨不同添加剂下干挂面的力学特性与其蒸煮品质间的相关性，可为挂面行业根据产品要求选择增稠剂的种类和剂量以及品质评价提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验用原料和添加剂 为市售，均在保质期内;皇后牌特一粉 青岛星华粮油食品有限公司;海藻酸钠 江苏中大生物科技有限公司;羧甲基纤维素 上海申光食用化学品有限公司;黄原胶 山东阜丰发酵有限公司;卡拉胶 海星食品工业有限公司。

TA-XT2i物性仪 英国Stable Micro Systems公司;B5高速搅拌机 江苏如东县盛恒食品机械厂;MT12．5压面机 广东恒联食品机械有限公司;DMT-5电动面条机 龙口市复兴机械有限公司;315-15型数显测厚仪(分辨力0．01mm)桂林广陆数字测控股份有限公司;不锈钢直尺(最小刻度1mm)市售;电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司;电子分析天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;PSX智能型恒温恒湿箱 宁波莱福科技有限公司;HB43-S快速水分测定仪 瑞士Mettler-Toledo;美的电磁炉 市售。

1.2 实验方法

1．2．1 制面方法 称取5份200g面粉，加入33%的水(20℃ 左右)，再分别加入 0、0．1%、0．2%、0．3%、0．4%的增稠剂:海藻酸钠、羧甲基纤维素、黄原胶和卡拉胶。用B5搅拌机以自转130r/min，公转66r/min的速度和面10min，取出料坯放入湿度为85%、30℃的恒温恒湿箱中进行第一次熟化，熟化时间为10min，然后再用MT12．5压面机从压辊间距4mm处进行初压片，共压片3次使料坯形成相对较完整的面带，继续将面带放入湿度为85%、30℃的恒温恒湿箱中进行第2次熟化，然后取出面带依次减小压辊间距各进行压片，将面片逐渐压薄至1mm，最后在1mm处直接压片2道并切成1．5mm宽的细长面条束，共压片10道，切出的面条挂在圆钢架上，在28℃左右下干燥5h，置于密封袋中贮藏。

1．2．2 干挂面力学特性的测定

1．2．2．1 压缩加载卸载实验 选取粗细均匀、平直的挂面，截成150mm的长度，采用双面胶，将两端分别粘附于探头上进行测试，探头向下移动，使其产生后屈曲失稳。物性仪基本参数设置:探头:P100;测试模式:Measure Force in Compression;运行方式:Return to Start;测试距离:4．53mm;测前、测后、测试速度都采用 0．1mm/s;触发类型:Auto;触发值:0．005N;记录方式:Final;数据采集速率:10pps;传感器:5kg;计算其弹性度(计算方法参考文献［7］)，每次测试1根，重复5次，结果取平均值。

1．2．2．2 压杆后屈曲实验 从已制好的挂面样品中，选取粗细均匀，较平直的挂面，截为150mm的长度，用双面胶将挂面的两端分别粘附在探头上进行测试。探头向下移动，使其发生后屈曲直至断裂。物性仪基本参数设置:探头:P100;测试模式:Measure Force in Compression;运行程序:Return to Start;触发类型:Auto;触发值:0．005N;曲线记录方式:Target;数据采集速率:100pps;传感器:5kg。选择测前速度0．1mm/s、测试速度 0．1mm/s 和测后速度 1．0mm/s 进行实验。每次测试1根，每工况重复10次，计算弹性模量和抗弯能力(最大断裂应力和最大断裂位移)，结果取平均值［8］(计算方法参考文献［7］)。

1．2．3 TPA实验 量取800mL的自来水于小锅中，放于可调式电磁炉上煮沸，取5～10根干面条样品放入锅内，保持水的微沸状态，从2min开始取样，然后每隔30s取一次，观察挂面内部白硬心，白硬心消失时即可将样品取出，用冷水冲洗10s，沥干备用。将样品分别截取长度20mm作为实验样品，然后将其分别横放于载物平台上进行测试。物性仪基本参数设置:探头:P50;运行程序:TPA;触发值:0．05N;曲线记录方式:Final;测前速率:0．2mm/s，测试速率:0．2mm/s，测后速率:0．2mm/s;压缩率:70%;数据采集速率:200pps;两次压缩间隔时间为15s。每次测试1根，实验每工况重复5次，TPA指标的计算方法详见参考文献［7］，结果取其平均值，统计分析使用SPSS13．0软件。

2 结果与分析

2.1 干挂面力学特性的分析

2．1．1 海藻酸钠 如图1所示，添加海藻酸钠时干挂面的断裂应力基本保持不变，弹性模量稍有减小。当海藻酸钠的添加量在0．1%之前时干挂面的断裂位移急剧减小，添加量大于0．1%之后断裂位移基本保持恒定值。

图1 海藻酸钠对挂面力学特性的影响Fig．1 Effect of sodium alginate on mechanical properties of dry noodles

当海藻酸钠在0～0．2%之间时，挂面的弹性度随着海藻酸钠的增加而缓慢增加，而在0．2%～0．4%之间时，挂面的弹性度随着海藻酸钠的增加而降低，总体变化不大。海藻酸钠可以与面粉中蛋白质形成可溶性的络合物，提高面条的粘性和拉力，改善面条内部组织持水作用，使面条的吸水性能增强［3］。

2．1．2 羧甲基纤维素 如图2所示，当羧甲基纤维素(CMC)在0～0．2%之间时，弹性模量随着CMC的增加而增大，当继续添加CMC，弹性模量随着减小;当CMC在0～0．2%之间时，断裂应力随着CMC的增加而增大，当继续添加CMC，断裂应力随着CMC的增加而略有减小;当CMC在0～0．1%之间时，断裂位移随着CMC的增加而减小，当 CMC在0．1%～0．2%之间时，断裂位移随着CMC的增加而增大，当CMC在0．2%～0．3%之间时，断裂位移随着CMC的增加而显著减小，继续添加羧甲基纤维素，断裂位移随着CMC的变化不大，其值基本保持恒定。

图2 羧甲基纤维素对挂面力学特性的影响Fig．2 Effect of CMC on mechanical properties of dry noodles

当羧甲基纤维素在0～0．4%之间时，挂面的弹性度随着羧甲基纤维素量的增加而逐渐减小，变化不大。综合可得羧甲基纤维素的最佳添加量在0．2%，这与林家莲［9］(羧甲基纤维素最佳添加量为0．2%)的结论一致。CMC中含有大量的亲水集团，它们在和面过程中吸水膨胀后填充在面筋网络中，可以增加面筋的持气性，使面条口感细腻［10］，当加水量不增，CMC的量过大时会使面筋蛋白的吸水性下降，导致面筋生成量减少，面团持气性下降，影响面条的力学性能［11］。

2．1．3 黄原胶 如图3所示，当黄原胶在0～0．3%之间时，弹性模量随着黄原胶的增加而缓慢的增大，在0．3%～0．4%之间时，弹性模量随着黄原胶的增加而快速减小。当黄原胶在0～0．1%之间时，断裂应力随着黄原胶的增加而缓慢的增大，当黄原胶在0．1%～0．2%之间时，断裂应力随着黄原胶的增加而急剧的增大，当黄原胶在0．2%～0．3%之间时，断裂应力随着黄原胶的增加仍缓慢的增加，增大速率放缓，当继续添加黄原胶，断裂应力随着黄原胶的增加而急剧的下降。

图3 黄原胶对挂面力学特性的影响Fig．3 Effect of Xanthan gum on mechanical properties of dry noodles

当黄原胶在0～0．1%之间时，断裂位移随着黄原胶的增加而缓慢的增大，黄原胶在0．1%～0．3%之间时，断裂位移随着黄原胶的增加而急剧的增大，当黄原胶在0．3%～0．4%之间时，断裂位移随着黄原胶的增加而急剧的减小。

当黄原胶在0～0．4%之间时，弹性度随着黄原胶的增加而减小，变化不大。综合可得黄原胶的最佳添加量在0．3%，这与张剑［5］(黄原胶最佳添加量为0．3%～0．4%)的结论一致。加入面粉中的黄原胶可以与淀粉结合形成牢固的结构，从而改变面条的爽口性，提高面条的品质，是过量的黄原胶也会弱化面筋的形成，影响面条的力学特性［12］。

表1 增稠剂对挂面TPA测试各参数的方差分析Table 1 ANOVA of thickener on TPA test

表2 干挂面力学特性与蒸煮挂面TPA各指标之间的相关性分析Table 2 Correlation coefficient between TPA of cooked s and mechanical properties of dry noodles which added thickener

2．1．4 卡拉胶 如图4所示，当卡拉胶在0～0．1%之间时，弹性模量随着卡拉胶的增加而缓慢的增大，当卡拉胶在0．1%～0．2%之间时，弹性模量随着卡拉胶的增加而缓慢的减小，当卡拉胶在0．2%～0．3%之间时，弹性模量随着卡拉胶的增加变化不显著，当卡拉胶在0．3%～0．4%之间时，弹性模量随着卡拉胶的增加急剧的减小。

当卡拉胶添加量在0～0．3%之间时，断裂应力随着卡拉胶的增加基本保持恒定，当卡拉胶在0．3%～0．4%之间时，断裂应力随着卡拉胶的增加急剧的减小。

当卡拉胶在0～0．1%之间时，断裂位移随着卡拉胶的增加而缓慢的减小，当卡拉胶在0．1%～0．2%之间时，断裂位移随着卡拉胶的增加而缓慢的上升，当卡拉胶在0．2%～0．3%之间时，断裂位移随着卡拉胶的增加变化急剧的上升，当卡拉胶在0．3%～0．4%之间时，断裂位移随着卡拉胶的增加急剧的减小。

添加卡拉胶对干挂面的弹性度影响不大，其值基本保持恒定。在面条生产加工中加入卡拉胶能增加面条保水能力，从而延缓变硬，保持面条的新鲜和防老化。

综上所述，从提高弹性模量增幅来看，羧甲基纤维素添加量为0．2%时弹性模量增幅达到最大;从提高抗弯能力(最大断裂应力、最大断裂位移)增幅来看，黄原胶添加量为 0．3%时抗弯能力增幅达到最大。

2.2 增稠剂对挂面TPA测试各参数的方差分析

为了进一步明确不同增稠剂对TPA各实验参数的影响，对数据进行了方差分析，分析结果如表1所示。

从表1可以看到，海藻酸钠对蒸煮后挂面的内聚性、弹性和回复性影响极显著，对硬度和粘性影响显著;羧甲基纤维素对蒸煮后挂面的硬度、弹性、耐咀性和回复性影响极显著;黄原胶对蒸煮后挂面的硬度、内聚性、耐咀性和回复性影响极显著;卡拉胶对蒸煮后挂面的内聚性、弹性、耐咀性和回复性影响极显著，对粘性影响显著。

2.3 增稠剂对挂面TPA测试各参数的相关性分析

由表2可见，添加四种增稠剂的干挂面所测得的弹性模量和断裂位移都与其蒸煮品质有好的相关性。而干挂面的弹性模量和断裂位移的测定值与其蒸煮品质之间具体的关系是不确定的，即同样的弹性模量和断裂位移的测定值，其蒸煮品质的值不一定完全相同，反之蒸煮品质相同的试样，其干挂面的弹性模量和断裂位移的测定值不一定完全相同。为了进一步确定添加不同增稠剂干挂面力学特性与其蒸煮品质之间的关系，分别以干挂面的弹性模量和断裂位移为因变量，以与干挂面力学性质相关性较高的指标为自变量，进行了多元回归分析。

2.4 添加增稠剂的干挂面的力学特性与其蒸煮品质间的相关性分析

从表3可以看出，添加不同增稠剂，干挂面弹性模量和断裂位移基于蒸煮品质的回归模型决定系数均高达0．92以上。表明干挂面的弹性模量和断裂位移可以综合的反映蒸煮挂面的硬度、弹性、内聚性、回复性和耐咀性指标。

3 结论

3.1 羧甲基纤维素添加量为0．2%时弹性模量达到最大，黄原胶添加量为0．3%时抗弯能力达到最大。羧甲基纤维素和黄原胶对蒸煮后挂面的硬度有极显著影响，海藻酸钠对蒸煮后挂面的硬度有显著影响;海藻酸钠、羧甲基纤维素和卡拉胶对蒸煮后挂面的弹性有极显著影响;羧甲基纤维素、黄原胶和卡拉胶对蒸煮后挂面的耐咀性有极显著的影响;四种添加剂对蒸煮后挂面的回复性均有极显著影响;海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶对蒸煮后挂面内聚性有极显著影响;海藻酸钠和卡拉胶对蒸煮后挂面粘性有显著影响。

表3 以干挂面力学特性为因变量的回归模型Table 3 Significant regression equation with mechanical property of dry noodles as the single independent

图4 卡拉胶对挂面力学特性的影响Fig．4 Effect of Carrageenan on mechanical properties of dry noodles

3.2 添加四种增稠剂，干挂面的弹性模量和断裂位移与其蒸煮品质的回归模型决定系数都在0．92以上。干挂面的弹性模量和断裂位移可以综合的反映蒸煮挂面的硬度、弹性、内聚性、回复性和耐咀性指标，可以通过直接测定干挂面的力学特性来预测挂面的蒸煮品质。

［1］李里特，江正强．添加剂在面条加工中的应用和开发［J］．郑州粮食学院学报，1999，20(4):25-27．

［2］Collar C，Andreu P，Martinez J C，et al．Optimization of Hydrocolloid Addition to Improve Wheat Bread Dough Functionality:A Response Surface Methodology Study［J］．Food Hydrocolloids，1999，13(6):467-475．

［3］钟丽玉．面条添加剂的机理研究［J］．中国粮油学报，1994，9(3):22-26．

［4］赵振玲，于功明，刘洪武，等．海藻酸钠对面条质构影响的研究［J］．粮食加工，2008，33(1):78-81．

［5］张剑，李梦琴，范亚萍，等．增稠剂对鲜湿面条改良效果的研究［J］．食品工业科技，2007，28(6):185-186．

［6］姜松，贾瑜，程红霞，等．基于压杆大挠度理论的挂面弹性模量测定方法［J］．中国粮油学报，2010，25(7):106-109．

［7］程红霞．添加淀粉和蛋白对挂面力学特性影响的研究［D］．镇江:江苏大学食品与生物工程学院，2010．

［8］姜松，刘瑞霞，陈章耀，等．基于压杆屈曲大挠度理论的挂面弯曲折断分析与验证［J］．中国粮油学报，2010，25(8):117-122．

［9］林家莲，谭云，杨荣华．潮面的品质改良剂及保存期的研究［J］．中国粮油学报，2002，17(3):55-58．

［10］王悦秀 ．CMC 在面食类和冷饮、饮料中的应用［J］．山西食品工业，1999(2):36-37．

［11］林向阳．羧甲基纤维素对面包品质的影响［J］．邵阳高等专科学校学报，2000，13(3):213-215．

［12］陈海峰，杨其林，姚科，等．黄原胶对面条品质的影响［J］．粮食加工，2008，33(1):70-74．