鲜湿马铃薯粉条中明矾替代物的筛选

张 灿 曾雪丹 蒋光阳 王章英 申光辉 黎杉珊 罗擎英 张志清

(四川农业大学食品学院1，雅安 625014) (广东省农业科学研究院作物研究所2，广州 510000)

鲜湿马铃薯粉条是以淀粉含量丰富的马铃薯为原料，加工制成的丝状或条状的新鲜食品，与传统干粉条相比，口感爽滑、易于消化、方便食用，尤其在川渝地区常常作为火锅中的主要食材，深受消费者的喜爱。在鲜湿马铃薯粉条加工中，由于马铃薯直链淀粉含量较少，因此制成的粉条难于成型、口感较绿豆、豌豆等其他粉条差[1-2]，并且鲜湿粉条具有较高水分和丰富的碳水化合物，微生物易繁殖，粉条极易变质，会进一步降低粉条的食用品质，所以粉条加工中，为提高品质，使得表观光滑致密、提高口感劲道，都加入一定量的明矾(主要为钾明矾)，即KAl(SO4)2·12H2O，摄入明矾中的Al3+会在体内蓄积不易排出而引起中枢神经功能紊乱、骨病理改变、红细胞低色素性贫血以及具有胚胎毒性和致畸性等[3]。世界卫生组织已于1989年正式把铝确定为食品污染物并要求加以控制。我国国家标准(GB 2760—2014)规定粉条中铝残量不得超过 200 mg/kg干样品[4]，折算成明矾用量不得超过0.351%。 为了减少或取代明矾等含铝添加剂在粉条中的应用，赵萌等[5]通过添加绿豆淀粉显著提升了红薯粉条的品质特性。刘品华等[6]经研究发现海藻酸钠对粉丝质量有很大改善。杨书珍等[7]通过复合磷酸盐与黄原胶的复配所制的粉丝品质接近添加明矾的粉丝。已有研究主要针对以红薯淀粉作为原料的干制粉条(丝)的配方优化，且已有一些大型粉丝(条)加工企业在生产中应用。然而，针对鲜湿型马铃薯粉条的改良却鲜有研究，需寻求科学有效的数据来选择合适的添加剂。

本研究拟通过测定不同添加剂对马铃薯淀粉凝胶特性、凝沉性及膨胀度的影响，筛选出合适的添加剂，并通过单因素与正交实验优化添加剂配比，以期为无明矾鲜湿马铃薯粉条的生产提供新参考，为马铃薯主食化战略提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯淀粉。

魔芋葡甘露聚糖(KGM)、明矾(KAl(SO4)2·12H2O)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、卡拉胶、琼脂、阿拉伯胶、黄原胶、海藻酸钠、聚丙烯酸钠。

1.2 仪器与设备

YL90L1-4漏粉机；DB1006和面机；TA.XTP1us质构仪；UV-3100PC紫外分光光度计；DK-8D三孔电热恒温水槽；Thermo BR4i离心机；101-2EBS电热鼓风干燥箱。

1.3 研究方法

1.3.1 鲜湿马铃薯粉条的制备

取75 g马铃薯淀粉，加入75 g 45～50 ℃的温水调浆，再加入155 g沸水进行打芡，另在425 g马铃薯淀粉中加入添加剂充分混匀后将制好的芡糊倒入，加入50 g 45～50 ℃的温水后置于和面机中进行和面，和好的面团置于漏粉机中，挤压成宽约0.65 cm，厚约0.3 cm条状，漏入沸水中30 s捞起浸泡于冷水中50 min，滤去水分后密封装袋，置于25 ℃环境中，24 h后进行指标测定。

1.3.2 不同添加剂对马铃薯淀粉面团及凝胶性质的影响

选取KGM、CMC-Na、卡拉胶、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、琼脂、黄原胶、阿拉伯胶8种添加剂(均为GB 2760—2014中允许添加于粉条的添加剂)，添加量为淀粉干重的1. 0%，加水调制成淀粉糊，以未加入添加剂的淀粉糊为空白对照，并与0.351%添加量(淀粉干重计)的明矾作比较，以马铃薯淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性、咀嚼性为测试指标，研究不同添加剂对马铃薯淀粉凝胶质构特性、以及淀粉凝沉性、膨胀度的的影响。

1.3.3 明矾添加量对鲜湿马铃薯粉条品质的影响

明矾分别采用0%、0.176%、0.351%、0.527%、0.702%(对应含有0、100、200、300、400、500 mg/kg Al3+)5个添加量水平加工马铃薯鲜湿粉条，以粉条的断条率、浑汤透光率为评价指标，考察明矾添加量对粉条品质的影响，并将其产品作为无明矾鲜湿粉条优化的对照，其中，0.351%的添加量为GB 2760—2014中粉条规定的明矾使用最高限量(按干样品Al3+含量折算计)。

1.3.4 添加剂的复配优化试验

1.3.4.1 单因素实验设计

通过添加剂对马铃薯淀粉性质的影响分析，选择琼脂、卡拉胶、海藻酸钠三种添加剂，以粉条的断条率和浑汤透光率为评价指标对粉条进行品质改良，在预实验的基础上进行单因素试验。

在卡拉胶添加量为0.4%、海藻酸钠添加量为0.6%时，琼脂分别采用0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5个添加量水平，考察琼脂添加量对粉条品质的影响。

在海藻酸钠添加量为0.6%、琼脂添加量为0.6%时，卡拉胶分别采用0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5个添加量水平，考察卡拉胶添加量对粉条品质的影响。

在卡拉胶添加量为0.4%、琼脂添加量为0.6%时，海藻酸钠分别采用0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5个添加量水平，考察海藻酸钠添加量对粉条品质的影响。

1.3.4.2 正交实验设计

在单因素实验基础上，以琼脂、卡拉胶、海藻酸钠添加量为因素，以粉条的断条率和浑汤透光率为指标，选用L9(34)正交实验设计，确定马铃薯鲜湿粉条的最佳明矾替代物的配比。正交实验因素水平见表1。

表1 因素水平表

1.3.5 指标测定

1.3.5.1 淀粉面团凝胶质构特性

参考廖卢艳等[8]的方法，并稍作修改。加蒸馏水配制6%淀粉悬浮液(按淀粉干重计)，各添加剂按比例添加，充分混匀后沸水浴糊化20 min装入 50 mL烧杯中，在4 ℃冰箱中放置24 h，测试时将整个凝胶从烧杯中倒出，在质构仪上进行质构测定。

测试条件：探头P/36R，感应力5 g，测试形变40%，测试前速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度5 mm/s。

1.3.5.2 淀粉凝沉性

参考赵小梅等[9]的方法，稍作修改。加入蒸馏水配制成1%的淀粉悬浮液(按淀粉干重计)，各添加剂按比例添加，充分混匀后置于沸水浴中糊化30 min，糊化过程中，需用玻璃棒不停搅拌，同时加入沸腾的蒸馏水保持淀粉糊原有的体积。然后将淀粉悬液转入20 mL带塞刻度试管中，置于25 ℃环境中，24 h内每间隔2 h观察淀粉糊上清液与沉淀的分层情况，按公式计算淀粉凝沉性：

1.3.5.3 淀粉膨胀度

参考李照茜等[10]方法，略作修改。加入蒸馏水配制成50 mL 2%的淀粉悬浮液(按淀粉干重计)，各添加剂按比例添加，置于85 ℃水中搅拌30 min后，以4 000 r/min离心20 min；将上清液倾入已烘干至恒重的表面皿中，置于干燥箱中，在105 ℃条件下烘干至恒重，得到被溶解淀粉质量A(g)，M为样品质量(g，干基)，离心管中沉淀淀粉质量为P，按公式计算膨胀度：

溶解度(S)=A/M×100%

膨胀度(B)=P/[M×(100-S)]×100%

1.3.5.4 粉条断条率

截取20根长度为10 cm相同的无机械损伤的粉条，在1 000 mL烧杯中加水900 mL，水煮沸后放入粉条并加盖表面皿，微沸15 min煮熟后，滤去水分，用玻璃棒数其总条数，按公式计算断条率R[11]：

式中：X为粉条煮后的总条数。重复4次取平均值。

1.3.5.5 粉条浑汤透光率

准确称取5 g粉条置于250 mL的烧杯中，加入95 mL蒸馏水，加热沸腾20 min，在波长650 nm的条件下在1 cm的比色皿中采用分光光度计测定其溶液的透光率。重复5次，取平均值[12]。

1.3.5.6 感官评定

邀请从事食品专业相关人员，男女各5人，年龄在20～40岁之间，组成评定小组，根据表2的感官评定标准对粉条进行感官评定。

表2 鲜湿马铃薯粉条感官评分表

1.4 数据处理

采用SPSS23.0、Excel 2010、origin9.0分析数据并作图，ANOVA 法进行方差分析，Duncan多重比较法检验进行显著性分析(P<0.05)。若无特殊说明，所有数据都是三次测试所取的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同添加剂对马铃薯淀粉面团凝胶性质的影响

2.1.1 不同添加剂对马铃薯淀粉凝胶质构特性的影响

由表3可知，添加KGM、卡拉胶、海藻酸钠、琼脂以及阿拉伯胶与0.351%明矾均能显著提升马铃薯淀粉凝胶的硬度、黏性、咀嚼性(P<0.05)，其中琼脂对淀粉凝胶硬度的影响最为显著(P<0.01)，由于琼脂本身能形成双螺旋结构与三维网状结构，与淀粉糊化冷却后的网状结构进一步稳固了凝胶体系[13，14]。海藻酸钠对淀粉凝胶的黏性影响最为显著(P<0.01)，研究表明，海藻酸钠分子链中存在大量亲水性基团(—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体系引起淀粉凝胶体系黏度增大[15]；也有研究指出海藻酸钠结构中的G链段能形成致密的“蛋盒”状凝胶结构能够调控水分子的运动情况，而淀粉凝胶的黏度跟其含水率存在密不可分的联系[16]。廖卢艳等[8]研究表明淀粉凝胶的硬度、弹性、黏性、咀嚼性与粉条的品质存在显著关系，但本研究中所有添加剂对凝胶弹性的影响均不显著(P>0.05)，可能是由于这些添加剂导致了分散相中结晶体密度的增加而使凝胶弹性增加的因素被抵消[17]。

另外，CMC-Na对淀粉凝胶的黏性与咀嚼性有降低作用，但并不显著(P>0.05)。聚丙烯酸钠对淀粉凝胶的硬度、黏性和咀嚼性均有显著降低作用(P<0.05)、黄原胶能显著降低淀粉凝胶的硬度(P<0.05)，这与王娜等[18]、唐敏敏等[19]的研究相符。

表3 添加剂对马铃薯淀粉凝胶特性的影响

注：同列不同字母表示差异性显著，P<0.05。

2.1.2 不同添加剂对马铃薯淀粉凝沉性的影响

添加黄原胶、聚丙烯酸钠24 h之内都没有观察到沉淀现象。由图1可知，各添加剂均显著提升了淀粉的凝沉性(P<0.05)，且随着时间延长，凝沉性越强，其中添加卡拉胶、钾明矾、CMC-Na的凝沉速度在同一时间显著高于KGM、海藻酸钠、琼脂和阿拉伯胶(P<0.05)。淀粉糊的沉降体积反映了淀粉分子之间重聚能力的大小，即淀粉糊形成凝胶的能力，分子以氢键结合的能力越大,分子之间则越易聚集，淀粉凝沉能力主要取决于淀粉分子的大小，直链淀粉含量，添加物及不同处理条件等[20]。本研究显示明矾显著(P<0.05)提高了马铃薯淀粉的凝沉性，这与王颖等[21]关于糜子淀粉糊性质的研究结果存在差异，由于马铃薯淀粉颗粒的粒径较大[22]，而明矾具有吸附作用从而使淀粉糊产生了明显的凝沉现象。卡拉胶具有黏性和强凝固性，且带有负电荷与一些物质形成络合物的物理化学特性，加速了淀粉颗粒凝聚沉淀[23]。另外，KGM、阿拉伯胶、海藻酸钠、琼脂对马铃薯淀粉凝沉性也有影响，但在0～12 h之内并不显著(P>0.05)，这些添加剂促进了淀粉葡萄糖单位上的羟基形成氢键，重新聚集成致密不溶性的淀粉分子微晶束经过一段时间后会逐渐变浑浊分层沉淀[24]。

图1 不同添加剂对马铃薯淀粉凝沉性的影响

2.1.3 不同添加剂对马铃薯淀粉膨胀度的影响

由图2可知，明矾、卡拉胶、海藻酸钠和琼脂粉对马铃薯淀粉膨胀度影响不显著(P>0.05)；而KGM、CMC-Na、聚丙烯酸钠、黄原胶和阿拉伯胶，都显著提高了马铃薯淀粉的膨胀度(P<0.05)，其中聚丙烯酸钠对淀粉膨胀度的影响明显高于其他添加剂，这可能是由于聚丙烯酸钠是一类聚阴离子和具备亲水基团的高分子化合物，增强了单一淀粉分子的稳定性，使其不易糊化，糊化温度升高，崩解值变小[25，26]，引起淀粉膨胀度显著升高。淀粉膨胀是因为淀粉在糊化过程中分子间的直链淀粉溶出，使得淀粉颗粒吸水膨胀，在一定程度上反映了淀粉颗粒内部分子之间键的结合程度，也反映淀粉与水之间相互作用的大小[27]。张垚[16]研究认为明矾可抑制淀粉中直链淀粉的渗漏，并在水中生成了吸附能力很强的氢氧化铝胶体，阻碍了淀粉颗粒与水分子的作用，本研究显示明矾同样降低了马铃薯淀粉膨胀度，但并不显著(P>0.05)，这有可能是由于原料淀粉的直链淀粉含量不高，导致明矾对直链淀粉渗漏的抑制效果不明显。

图2 不同添加剂对马铃薯淀粉凝胶膨胀度的影响

通过各添加剂对马铃薯淀粉凝胶特性、凝沉性以及膨胀度的影响对比，综合考虑选择琼脂、卡拉胶、海藻酸钠作为复配添加剂，对粉条品质进行改良。

2.2 明矾对鲜湿粉条品质的影响

图3 明矾添加量对鲜湿粉条品质的影响

由图3可知，随着明矾添加量增加，粉条的断条率呈显著下降趋势(P<0.05)，添加量为0.527%时，达到最低。断条率是决定粉条品质优良的关键因素，在一定程度上体现了淀粉凝胶空间网络结构的紧密程度[28]。淀粉糊化过程中，明矾电离出的A13+易水解，参与竞争，结合体系中更多的水分，而且电离后能形成水合物和缔合物，使凝胶网络结构更加致密，增强了粉条的韧性[16]。但本研究发现明矾添加量大于0.527%时，粉条的断条率反而出现了上升趋势。这可能是由于过量的明矾降低了淀粉的回生值[21]，延缓了淀粉老化速度导致粉条断条率上升。而粉条透光率呈现先升高后降低的趋势，在明矾添加量为0.527%时，达到最高，这是由于粉条在蒸煮过程中会由于断条导致可溶性物质及粉团碎片溶出，引起汤液出现混浊现象，进而引起透光率变化，此外，也与添加物本身性质有关。

2.3 添加剂替代明矾制备鲜湿粉条的单因素优化

图4 添加剂对粉条品质的影响

图4为添加剂对粉条品质的影响。由图可看出，随着琼脂、卡拉胶、海藻酸钠添加量的增加，粉条的断条率逐渐降低，其中，琼脂与卡拉胶添加量由0.0%增加至0.4%时，断条率显著降低(P<0.05)，在0.4%至1.0%添加量之间断条率变化不显著(P>0.05)；海藻酸钠添加量在0.0%增加至0.6%时，粉条的断条率虽呈下降趋势，但相邻的梯度之间并不显著(P>0.05)，在0.6%时断条率达到最低，之后断条率反而出现显著上升现象(P<0.05)。琼脂与卡拉胶能促进淀粉分子形成三维网状的凝胶结构，以此增强粉条的韧度；但随着其浓度增加，单位体积内的分子数过多，会增大其分子链侧基间空间位阻，使得淀粉与其混合体系凝胶强度增加变缓，导致后期对粉条断条率的影响不显著[23,29,30]；海藻酸钠促进了淀粉分子链的凝沉，使粉条的韧性和强度提高，但过量的海藻酸钠，虽能抑制可溶性淀粉的析出，但不利于粉条内部淀粉的糊化，影响了淀粉回生，导致粉条凝胶韧度降低[25]。而透光率均呈现先上升后下降趋势，琼脂、卡拉胶、海藻酸钠分别在添加量为0.6%、0.4%、0.6%时达到最大值，随后各自呈下降趋势。张艳[31]研究表明琼脂在一定浓度范围内具有良好的澄清作用，但透光率反而会下降，这可能是由于琼脂是一类以半乳糖为主要成分的一种高分子多糖，过量的琼脂溶于汤液中，引起透光率降低[32]。海藻酸钠添加量在0.6%以后，则可能是因为此时粉条的断条率上升导致粉条断面淀粉暴露而引起透光率下降。

2.4 替代明矾添加剂复配制备粉条正交优化

2.4.1 正交实验结果

由表4可知，以断条率为评价指标，各因素对粉条断条率影响主次顺序为:B>A>C,即卡拉胶添加量是影响粉条断条率的最主要因素，其次是琼脂，海藻酸钠影响最小。由极差分析得最佳配方一为A3B2C3，即琼脂添加量0.8%，卡拉胶添加量0.4%，海藻酸钠添加量0.8%；最佳配方二为A3B3C3，即琼脂添加量0.8%，卡拉胶添加量0.6%，海藻酸钠添加量0.8%。以透光率为评价指标，各因素对粉条断条率影响主次顺序为:B>A>C,即卡拉胶添加量是影响粉条透光率的最主要因素，其次是琼脂，海藻酸钠影响最小。由极差分析得最佳配方为A2B2C3，即琼脂添加量0.6%，卡拉胶添加量0.4%，海藻酸钠添加量0.8%。

表4 正交实验结果

表5 断条率方差分析

注：**表示P<0.01，相关性极显著；*表示P<0.05，相关性显著，表6同。

表6 透光率方差分析

2.4.2 验证实验

由于组合A3B2C3、A3B3C3未被包含在正交表的9个实验中，对组合A3B2C3、A3B3C3进行验证实验，并与组合A2B2C3进行比较。

表7 最优组合验证实验结果

由表7可知，三个最优组合制作的粉条，断条率均为为0%；而透光率依次为为91.25%、89.84%、93.2%；感官评分依次为79.25、78.5、83.75分。因此选取A2B2C3作为粉条生产中明矾替代物的最佳配方，即琼脂添加量0.6%，卡拉胶添加量0.4%，海藻酸钠添加量0.8%。

2.4.3 对比实验

将最优配方的明矾替代物加人制作粉条，与无添加剂的粉条、添加0.351%明矾和0.527%明矾的粉条进行对比，其对比结果如表8所示。

表8 不同粉条质量对比

注：同行不同字母表示差异性显著，P<0.05。

从表8中可以看出，添加明矾能显著改善粉条的各项指标，但根据国标(GB/T 23587—2009)要求，添加0.351%明矾的粉条，无法达到粉条标准指标要求(如断条率13.33%>10%)，且其他指标也不理想，而添加0.527%明矾的粉条极大限度提高了粉条品质。添加本研究最优明矾替代物制成的粉条(复配添加剂)，均在国标允许范围内，与无添加剂的粉条相比其各项指标均显著改善，且明显优于添加0.351%明矾粉条，接近添加0.527%明矾的粉条。

3 结论

通过测定不同添加剂对马铃薯淀粉凝胶质构、凝沉性以及膨胀度的影响来筛选适合粉条生产的钾明矾替代物，研究表明，卡拉胶、琼脂、海藻酸钠三种添加剂和其他添加剂相比，与添加0.351%明矾类似，对马铃薯淀粉膨胀度影响不显著(P>0.05)，且同时兼备显著提高马铃薯淀粉凝胶的硬度、黏性与咀嚼性(P<0.05)和淀粉凝沉性(其中卡拉胶较为显著(P<0.05)的性质，在此基础上，通过单因素及正交实验得出，采用琼脂添加量0.6%，卡拉胶添加量0.4%，海藻酸钠添加量0.8%作为明矾替代物进行马铃薯鲜湿粉条生产，得到的粉条断条率为0%，透光率为93.20%，感官评分为83.75，弹性为0.93，黏性为332.0，咀嚼性为1179.30，拉伸性变为47.56 mm，剪切强度为52.51，粉条品质基本接近0.527%明矾粉条。