红薯粉无铝工艺优化

石 彬 李咏富 - 龙明秀 - 何扬波 - 田竹希 - 梁 倩ANG

(贵州省现代农业发展研究所，贵州 贵阳 550009)

粉条是中国的一种传统美食，又被称作粉丝、冬粉等[1]。红薯粉是以红薯淀粉为主要原料制作而成的一种特色美食，其外观晶莹剔透，口感软糯香甜，深受人们喜爱[2]。研究[3-6]表明，红薯中除了含有丰富的碳水化合物外，还含有维生素和氨基酸等营养物质，相对其他淀粉类谷物而言，其热量低，对减肥瘦身、延缓衰老也有一定的作用，是一种健康的保健食品。而传统的红薯粉在加工生产过程中，往往存在成品韧性差，不耐煮等问题[7-8]，生产者往往选择在配方中加入明矾[9-10]。长期摄入含有明矾的食物会损害人的神经系统，引发痴呆、智力衰退等一系列问题[11-13]。目前市面上已出现了无铝红薯粉丝，但仍普遍存在断条率高、易糊汤等质量问题，一定程度上制约了产业的发展[14]，因此无明矾的红薯粉制作新工艺成为研究的一个热点[15]。试验拟以异淀粉酶对红薯淀粉进行改性，同时以卡拉胶、瓜尔豆胶、槐豆胶3种天然碳水化合物代替明矾对红薯粉生产过程中的关键因素进行优化，以期通过安全绿色的方法实现红薯粉制作过程的无铝化，同时提高无明矾红薯粉的质量与生产效益，为红薯粉科学生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

红薯淀粉：龙薯10号红薯淀粉，贵州省农业科学院；

碘、直链淀粉标准品、支链淀粉标准品、异淀粉酶(产气杆菌发酵提炼产物)：上海经科化学科技有限公司；

卡拉胶、瓜尔豆胶、槐豆胶：食品级，河南万邦实业有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

多功能质构仪：TA20型，上海保圣实业发展有限公司；

均质仪：AYL400型，南通奥亚精密机械制造有限公司；

恒温水浴锅：HH-601型，常州市金坛区环宇科学仪器厂；

紫外—可见分光光度计：Alpha1860S型，上海谱元仪器有限公司；

全自动黏度仪：AVM-2型，杭州卓祥科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

水、添加剂

↓

淀粉原料→打糊(制芡)→和面→煮粉糊化→压面成型→冷却(低温老化)→干燥(自然风干)→成品

工艺要点：

(1) 打糊：向红薯淀粉中加入适量的纯净水，搅拌使之充分溶解成均匀的淀粉糊。

(2) 煮粉糊化：将充分溶解后的红薯淀粉于水浴锅中加热，同时不停地搅拌，直至淀粉变为黏稠透明状。

(3) 冷却干燥：将压面成型的红薯粉条浸入冷水中冷却，约10 s后迅速取出，于阴凉通风条件下自然冷却干燥。

1.2.2 红薯淀粉改性 准确称取50 g红薯淀粉(以干基计算)，加入纯净水搅拌使之充分溶解，40 ℃水浴中孵育5 min，向淀粉糊中加入不同剂量的异淀粉酶，充分搅拌，混匀。40 ℃下静置反应30 min，按GB/T 15683—2008的方法测定淀粉溶液中直链淀粉含量。

1.2.3 淀粉糊化特征值的测定 利用快速黏度仪进行测定。将红薯淀粉样品放入干燥器中干燥24 h，根据试验设计计算出样品实际水的添加量，并配置成相应的淀粉溶液进行RVA测试。根据文献[16]的方法并修改：将淀粉悬浮液于50 ℃平衡1 min，以 12 ℃/min的速率加热至95 ℃，保温2.5 min，再以 12 ℃/min的速率冷却至50 ℃，保温2 min，整个过程13 min。测定参数包括峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、回生值、衰减值，每组样品重复测试3次，取平均值。

1.2.4 凝胶性质测试 选择长度相同，粗细均匀的红薯粉丝成品，沸水中煮至中心白色完全消失，放入冷水中冷却，用吸水纸吸干粉条表面水分，每次取6根长度一致、大小均匀的粉丝并排放于测试台上，每根粉丝之间留出一定间隙，选择质构仪P50探头进行TPA测试。每组样品重复3次，取平均值。参数设定：探头量程1 000 N；测定模式为压缩模式，运行速度40 mm/min；压缩形变量50%；触发感应力0.038 N。每组样品重复3次，取平均值。

1.2.5 剪切力测试 选择A/LKB-F探头进行剪切力测试。感应力 20 g；测试形变 90%；测前速度2.0 mm/s；测试速度 1.7 mm/s；测后速度2.0 mm/s，得到样品最大剪切力，每组测试重复5次，取平均值。

1.2.6 拉伸试验 将粉丝两端分别用夹具固定进行拉伸测试。选择质构仪测定模式为拉伸测试；探头为A/SR夹具；拉升距离40 mm；感应力0.038 N；测前速度3 mm/s；测试速度1 mm/s；测后速度3 mm/s；每组测试重复5次，取平均值。

1.2.7 断条率的测定 选择长短、大小均一的红薯粉丝成品，于蒸馏水中煮沸20 min，计算煮后粉丝断条数。每组样品重复测试3次，取平均值，按式(1)计算断条率。

(1)

式中：

c——断条率，%；

n——断条数；

n0——原样品条数。

1.2.8 单因素试验

(1) 异淀粉酶添加量：固定加水量80%，加热温度80 ℃，瓜尔豆胶添加量0.2%，老化时间10 h，考察异淀粉酶添加量(0，40，80，120，160，200，240 U/g)对红薯粉直链淀粉含量和凝胶性质的影响。

(2) 加水量：固定异淀粉酶添加量160 U/g，加热温度80 ℃，瓜尔豆胶添加量0.2%，老化时间10 h，考察加水量(60%，70%，80%，90%，100%)对红薯粉糊化特性的影响。

(3) 加热温度：固定异淀粉酶添加量160 U/g，加水量80%，瓜尔豆胶添加量0.2%，老化时间10 h，考察加热温度(60，70，80，90，100 ℃)对红薯粉凝胶性质的影响。

(4) 多糖种类及添加量：固定异淀粉酶添加量160 U/g，加水量80%，加热温度80 ℃，老化时间10 h，考察明矾、卡拉胶、瓜尔豆胶、槐豆胶4种添加剂在不同剂量下(0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%)对红薯粉品质的影响。

(5) 老化时间：固定异淀粉酶添加量160 U/g，加水量80%，加热温度80 ℃，瓜尔豆胶添加量0.2%，考察老化时间(2，4，6，8，10，12，14 h)对红薯粉品质的影响。

1.2.9 正交试验 根据单因素试验结果，选择加水量、加热温度、瓜尔豆胶添加量、老化时间为因素，以剪切力、弹性、断条率、拉伸力为指标进行正交试验。并根据文献[1]的方法对红薯粉品质评价采用综合加权评分法，剪切力、弹性、断条率、拉伸力4项指标各占25分，总分100分。

1.2.10 数据处理 采用Orgin 9.0软件进行作图；采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析处理，使用Duncan显著性分析。

2 结果与分析

2.1 异淀粉酶添加量对红薯粉品质的影响

由图1可知，红薯淀粉中直链淀粉含量随异淀粉酶添加量的增大而增大。当酶添加量<80 U/g时，直链淀粉含量增加较慢，可能是由于酶含量过低，未能充分与底物中α-1,6糖苷键反应，导致产物直链淀粉含量变化不大。当酶添加量>80 U/g时，直链淀粉含量上升速度加快；当酶添加量为160 U/g时，直链淀粉含量趋于稳定，表明此时异淀粉酶含量达到了阈值，在底物一定的情况下，继续增加酶含量对反应影响不大。

图1 异淀粉酶添加量对直链淀粉含量的影响

由表1可知，随着异淀粉酶添加量的增加，凝胶的硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性增大。当酶添加量为80 U/g时，各凝胶性质均显著高于空白样品(P<0.05)；当酶添加量为160，200，240 U/g时，各凝胶性质均达最大值，除硬度外，3组样品的内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性无显著差异(P>0.05)，表明异淀粉酶含量在160 U/g左右时达到了阈值，对淀粉凝胶性质影响最大。综合考虑，以160 U/g为合适的异淀粉酶添加量。

表1 异淀粉酶添加量对淀粉凝胶性质的影响†

2.2 加水量对红薯淀粉品质的影响

由表2可知，加水量对红薯淀粉糊的状态有较大影响，不同加水量的淀粉糊之间的黏度与应力存在显著差异(P<0.05)。当加水量为60%时，淀粉糊流动性差，有淀粉结块现象，不能充分溶解，黏度和应力偏小。当加水量>70%时，淀粉糊的黏度和应力随加水量的增加而减小，淀粉糊流动状态良好。当加水量为70%～80%时，淀粉糊的黏度和应力最大，黏稠度适中，流动状态较好。当加水量增大至90%时，淀粉的黏度和应力迅速下降，黏稠度较低，影响成糊。表明合适的加水量对淀粉成糊有着十分重要的作用，加水量过低会导致结块，而加水量过高则会导致淀粉糊过稀，不利于糊化。

表2 加水量对淀粉糊状态的影响†

由表3可知，淀粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度以及回生值均随加水量的增加先增大后减小。峰值黏度反映了淀粉在糊化升温过程中的膨胀度与结合水的能力[16]，当加水量为70%和80%时，样品黏度分别为1 085.61，1 120.52 Pa·s，与其他组存在显著差异(P<0.05)，加水量继续升高，峰值黏度迅速下降，表明淀粉的结合水能力下降。谷值黏度与最终黏度反映了淀粉形成凝胶的能力，当加水量为80%时，谷值黏度与最终黏度分别为825.33，1 323.52 Pa·s，显著高于其他组(P<0.05)，表明此时淀粉形成凝胶能力最强。回生值、衰减值、淀粉的回生能力与热稳定性相关，随着加水量的增加，回生值总体呈下降趋势，当加水量为60%，70%，80%时回生性能最好；当加水量为80%，90%，100%时淀粉的衰减值最低，分别为287.10，251.68，294.60 Pa·s，表明加水量较高时淀粉的热稳定性也随之增强。综上，随着加水量的增加，红薯淀粉整体的结合水能力、形成凝胶能力、回生能力先上升后下降，而热稳定性则不断增强，当加水量为70%～90%时，淀粉的糊黏状态良好，各项糊化特征值处于较高水平。

表3 加水量对淀粉糊化特征值的影响†

2.3 加热温度对淀粉凝胶特性的影响

由表4可知，随着淀粉糊化时加热温度的改变，红薯淀粉的硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性等凝胶性质均有较大变化。当温度较低时，淀粉的各凝胶特性随温度的升高迅速增大，可能是由于温度较低，不能彻底破坏淀粉粒晶体结构，使之成为非结晶性的淀粉，导致糊化不完全，随着温度的升高，淀粉粒之间的晶体结构被完全破坏，能够充分糊化。当温度继续升高时，各凝胶特性开始减小，可能是由于高温破坏了淀粉分子的螺旋形二级结构，内部疏水基团外露，样品糊化受到影响，从而影响凝胶性质。当糊化温度从60 ℃升高至70 ℃时，样品的硬度与内聚性明显提升，说明60～70 ℃的红薯淀粉可能存在糊化不充分到充分糊化的过程；当温度为80 ℃时，样品的硬度、内聚性、胶黏性、咀嚼性分别为39.14 N，0.58，22.64 N，36.82 mJ，显著高于其他温度(P<0.05)，表明80 ℃时的淀粉中网状结构较多，能充分形成凝胶结构；而当糊化时温度为90 ℃时，样品的各项凝胶特性迅速降低，表明温度为80～90 ℃时，高温对淀粉分子的二级结构造成了一定的影响。综上，当加热温度为70～90 ℃ 时，红薯淀粉糊化比较充分，各凝胶特性处于较高水平。

表4 温度对红薯淀粉凝胶特性的影响†

2.4 多糖种类及添加量对红薯粉品质的影响

由表5可知，明矾对红薯粉的断条率和拉伸力影响较大，当添加量为0.3%时，样品的断条率、拉伸力分别为15.34%、0.67 N，与其他添加量存在显著差异(P<0.05)，当添加剂量继续增大时，各指标下降较快，表明0.2%～0.3% 为合适的明矾添加剂量。卡拉胶作为添加剂时，除干物质含量外，对其他性质均有一定的提升，但整体效果不如明矾，当添加量为0.2%时，样品的拉伸力与断条率分别为0.59 N和23.75%，显著优于其他添加量(P<0.05)，而剪切力与烹煮损失率则分别在0.3%与0.4%时达最佳，表明合适的卡拉胶添加剂量为0.2%～0.4%。以瓜尔豆胶作为添加剂时，样品的剪切力与拉伸力提升明显，蒸煮损失率与断条率均降到了较低水平，当添加量为0.2%时，样品的剪切力达最大，为7.59 N，蒸煮损失率、断条率均达最低，分别为3.72%，17.66%，而当添加量为0.3%时，拉伸力达最大，为0.62 N，表明0.2%～0.4%为瓜儿豆胶合适的添加量。槐豆胶主要影响样品的剪切力、断条率和拉伸力，当添加量为0.2%时，断条率为19.50%，显著低于其他添加量(P<0.05)，当添加量为0.3%时，剪切力和拉伸力分别为6.58，0.66 N，高于其他添加量，表明0.1%～0.3%为槐豆胶合适的添加量。综上，4种多糖均对红薯粉品质有一定提升，可能是由于天然多糖作为添加剂时，能增加淀粉的黏度，增强淀粉与水的结合能力，使直链淀粉糊化时形成的凝胶基质增多，促进了凝胶网络的形成，从而增强样品的弹性、韧性等品质。其中瓜尔豆胶对红薯粉的品质影响最大，与明矾相比，在最优添加剂量下，整体与明矾效果差异不大，可以作为明矾的有效替代品。

表5 多糖种类及添加量对红薯粉性质的影响†

2.5 老化时间对红薯粉品质的影响

由图2可知，老化时间对红薯粉的剪切力、弹性、断条率与拉伸力都有较大影响，其中剪切力、弹性、拉伸力随老化时间的增加呈先增大后减小的趋势，断条率则随老化时间的增加先减小后增大。当老化时间为8 h时，样品的弹性达最大值，为1.44 mm，继续增加老化时间，样品弹性开始缓慢下降。当老化时间为10 h时，剪切力与拉伸力达到峰值，分别为6.50，0.54 N，继续增加老化时间，样品的剪切力和拉伸力迅速下降。而样品的断条率则在老化时间为10 h时达最低，为26.82%，当老化时间>10 h时，断条率随之上升，可能是由于老化开始阶段，随着老化时间的增加，淀粉内部微晶束逐渐增多，粉条表面的凝胶网络由疏变密，粉条各项指标随之增强。但当老化超过一定时间后，粉条内部的微晶束逐渐增多，内部凝胶网络由弱到强，粉条表面的强度不能抵抗拉伸过程中粉条内部产生的应力，导致质构测定的各指标下降。当老化时间为8～12 h时，样品的剪切力、弹性、拉伸力较大，断条率较低，表明8～12 h为红薯粉比较合适的老化时间。

图2 老化时间对样品性质的影响

2.6 正交试验

根据单因素优化结果，选择加水量、糊化温度、瓜尔豆胶添加量以及老化时间为因素，以红薯粉剪切力、弹性、断条率与拉伸力为测试指标进行正交试验，因素水平见表6，试验结果及分析见表7。

表6 因素水平表

表7 正交试验样品品质分析†

由表7可知，6号样品的剪切力与拉伸力最大，分别为7.63，0.60 N，断条率最低，为15.96%；4号样品的弹性最大，为1.78 N；7号样品断条率最高，为27.04%；8号样品剪切力、弹性与拉伸力最低，分别为5.34 N，1.41 mm，0.37 N。根据极差分析结果可知，各因素对指标影响大小的顺序为加水量>加热温度>老化时间>瓜尔豆胶添加量，最优组合为A2B3C2D2，即加水量80%、加热温度90 ℃、瓜尔豆胶添加量0.3%、老化时间10 h。

极差分析所得的最优组合A2B3C2D2不在正交试验列表中，需对其结果进行验证。验证实验(n=3)所得样品剪切力为7.82 N，弹性为1.74 mm，断条率为14.89%，拉伸力为0.57 N，加权评分为88.79，优于正交试验设计的任意组合，可以认定A2B3C2D2为最佳组合工艺。

3 结论

通过异淀粉酶对红薯淀粉改性和天然多糖作为明矾代替物，研究了无明矾红薯粉的制作工艺。结果表明，最佳无明矾红薯粉制作工艺为加水量80%、加热温度90 ℃、瓜尔豆胶添加量0.3%、老化时间10 h，此时样品的剪切力为7.82 N，弹性为1.74 mm，断条率为14.89%，拉伸力为0.57 N，加权评分为88.79。后续可进一步对多种天然多糖添加剂进行筛选和复配，以实现红薯粉的无铝化生产。