红薯全粉与玉米淀粉共混体系的凝胶特性及其粉丝品质研究

余振宇, 韩嵊峻, 胡 尧, 郝宗围, 王 宇, 李 超, 谷宗艳, 张 强,肖亚庆, 刘英男, 刘 抗, 郑明明, 周裔彬

(安徽农业大学食品加工研究院;安徽省农产品加工工程实验室,农业农村部江淮农产品精深加工与资源利用重点实验室;安徽农业大学茶与食品科技学院,合肥 230036)

粉丝,一种亚洲常见的淀粉类食品,是以淀粉为原料经糊化与老化加工制作而成的丝状或条状制品[1],其爽滑筋道的口感深受大众喜爱。一直以来,品质的提高是粉丝的研究重点,将不同品种淀粉进行复配用于改善单一淀粉的性质被广泛研究。但以淀粉为传统的加工原料制作的粉丝,其营养成分无法满足人们对食品较高营养价值的需求,所以粉丝需向营养型的方向发展。

红薯全粉,是利用整颗新鲜红薯加工而成的粉末状食品,包含了新鲜红薯中的全部干物质,并且在复水后仍具有新鲜红薯的营养和风味。红薯全粉可以作为优良的食品配方材料,用于加工健康、营养的红薯食品[2]。研究发现,红薯全粉部分替代小麦粉制作饼干和面包时,在使食物具有良好可接受性与感官品质的同时,提高了食物的营养价值[3, 4]。红薯全粉中含有大量纤维等非淀粉成分,不利于淀粉的糊化与老化,导致粉丝成型和耐煮性差,所以需与淀粉进行复配才可制作粉丝。玉米淀粉产量高、价格低廉,是一种可以加工多种食品的原材料,应用较为广泛。玉米淀粉中直链淀粉含量较高,具有良好的成糊和凝胶特性[5],与全粉复配时可以起到改善凝胶品质的作用。因此实验选择玉米淀粉与红薯全粉进行复配,降低生产成本的同时,希望扩展玉米淀粉在粉丝加工中的应用。Li等[8]利用抹茶粉与米粉制作的粉丝的抗性淀粉含量和多酚保留率显著增加。Fu等[9]研究表明粉丝中荞麦粉的存在有利于提高粉丝的膳食纤维含量和黄酮保留率,说明一定量植物全粉的添加有利于改善粉丝的营养品质,添加富含多种营养成分的植物全粉与淀粉进行复配是一种有效、可行的方法。但含有植物全粉的粉丝的研究主要集中在粉丝烹煮、质构和营养性质等方面,而关于原料粉凝胶特性的研究较少,对于粉丝产品开发具有的理论指导意义较浅。

实验利用玉米淀粉和红薯全粉为原料,研究不同比例玉米淀粉-红薯全粉共混体系的凝胶特性及所制作粉丝的品质,并对所制红薯全粉粉丝与市售红薯淀粉粉丝的基本成分进行测定,为生产富含膳食纤维的红薯全粉粉丝提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

红薯(商薯19),玉米淀粉,红薯淀粉粉丝。

1.2 仪器与设备

SZ-60型米粉机,2500A型粉碎机, KDN-04A全自动凯氏定氮仪,SZF-06A脂肪测定仪,DHR旋转流变仪,TA-XT plus 型质构仪,PQ001LF- NMR核磁共振分析仪,S-4800 扫描电子显微镜,PERTEN- RVA4500快速黏度分析仪。

1.3 红薯全粉的制备

新鲜红薯保留红薯皮切成厚度2 mm左右的红薯片,于45 ℃鼓风干燥箱中干燥12 h,置于转速为35 000 r/min下的粉碎机中研磨1.5 min,粉末过80目网筛即制得红薯全粉。

1.4 混合粉的制备

在保证粉丝挤出成型并减少混合粉中玉米淀粉含量的前提下,在预实验的基础上选择玉米淀粉占混合粉总质量分数为0%、40%、45%、50%、55%、60%和100%的比例进行实验。将红薯全粉与玉米淀粉均匀混合后置于干燥罐中储藏备用。

1.5 粉丝的制备

米粉机预热至80 ℃,将混合粉粉团从进料口倒入,启动粉丝机转动螺杆3 s后停止转动,保持温度为80 ℃,使粉丝机静置5 min。开启风扇,启动机器,螺杆转速为600 r/min,调节阀门使糊化后的粉团通过出料口挤出成型,挤出的粉丝风冷后,剪切成合适长度平铺于盘中,置于-18 ℃环境中冷冻8 h后取出化冻,通过搓粉使粉丝分散后于60 ℃烘箱中干燥1.5 h,即制得红薯全粉粉丝。

1.6基本成分测定

分别参照GB 5009.3—2016、GB 5009.4—2016、GB 5009.5—2016、GB 5009.6—2016、GB 5009.9—2016、GB 5009.88—2014、GB/T 15683—2008测定红薯全粉、玉米淀粉及粉丝中的水分、蛋白质、脂肪、总淀粉、直链淀粉、膳食纤维和灰分的含量。

1.7 玉米淀粉/红薯全粉共混体系成糊特性的测定

参照Ding等[10]的方法。取3 g混合粉于铝筒中,加入25 mL蒸馏水,搅拌至均匀,放入PERTEN- RVA4500快速黏度分析仪中,设定程序为50 ℃恒温1 min,以12 ℃/min的速率加热至 95 ℃,保持 95 ℃恒温2.5 min,以12 ℃/min 降温至50 ℃,保持1 min。测定过程中搅拌器的速率保持160 r/min。用峰值黏度(PV),最终黏度(FV),谷值黏度(TV),回生值(SB)和崩解值(BD)表征样品糊化性能。

1.8 玉米淀粉/红薯全粉共混体系动态流变学特性的测定

参照Yang等[11]的方法。取3 g混合粉与50 mL蒸馏水混匀制成质量浓度为6%的淀粉悬浮液,于95 ℃的磁力搅拌水浴锅中加热30 min,取出自然冷却至室温。选择直径 40 mm 夹具和振荡模式,将样品置于流变仪感应板上。确定线性黏弹区后,选择测试程序为:温度25 ℃,频率0.1～10.0 Hz,应变2%。记录储能模量(G′)和损耗模量(G″)。

1.9 玉米淀粉/红薯全粉共混体系水分分布的测定

准确称取2 g混合粉糊化样品移至到15 mm核磁管中,冷却至室温,于4 ℃放置3 d后进行核磁共振实验。利用多脉冲回波序列(CPMG)进行横向弛豫时间(T2)的测定,测定前选用 Q-FID 程序进行校零,每个样品重复采集 3 次信号,结果取平均值。检测参数:主频SF1=18 MHz,偏移频率 O1=278 658.92 Hz,90°脉冲时间P90=15.00 μs,180°脉冲时P180=29.00 μs,采样点数 TD=720 170,累加次数 NS=8,回波时间TE=0.200 ms。对指数衰减曲线进行反演后即可得到T2 (横向) 弛豫时间图谱。

1.10 玉米淀粉/红薯全粉共混体系质构特性的测定

参照Liu等[12]的方法并略作修改。准确称取5 g混合粉并加入50 mL蒸馏水搅拌均匀,制成浓度为10%的淀粉悬浮液,置于95 ℃的水浴锅中加热30 min后,自然冷却至室温,倒入铝盒(内径30 mm,高50 mm),4 ℃环境中放置24 h形成稳定的凝胶。质构仪测定:选用TPA 模式;探头:P 0.5;测定参数:测试前速度1 mm/s,测试中速度1 mm/s,测试后速度1 mm/s;触发力,5 g;压缩距离:10 mm,重复6次取平均值。

1.11 玉米淀粉/红薯全粉共混体系微观结构的测定

样品糊化方法同1.8。糊化后的混合粉自然冷却至室温,倒入玻璃培养皿中,-18 ℃冷冻24 h后冷冻干燥48 h。用刀片将干燥的样品切成5 mm×3 mm长方形薄片。通过导电胶将样品粘于圆盘表面,喷金后,进行观察。

1.12 粉丝烹煮品质的测定

1.12.1 断条率的测定

选取20根质地均一且长度约为10 cm无机械损伤的粉丝,在1 000 mL烧杯中放入900 mL水,水沸后放入粉丝烹煮20 min,捞出粉丝,观察粉丝的完整条数,3次平行实验,取平均值[13]计算断条率:

断条率 =(煮后粉丝断条数/煮前粉丝总条数)×100%

1.12.2 糊汤透光率的测定

参照杨书珍等[14]的方法并略做修改,取 5 g粉丝放于 100 mL 沸水中,煮沸20 min,捞出粉丝,汤汁冷却至室温,汤汁在波长 650 nm 下用 1 cm 比色皿测定其吸光值,进行3次平行实验,取平均值。

1.12.3 膨胀系数和烹煮损失率的测定

参照Chen等[15]的方法。将待测粉条置于105 ℃的烘箱中约4 h进行干燥,称取3 g约6 cm长的粉丝(干基)。于 150 mL烧杯中,加入100 mL蒸馏水,煮至沸腾放入粉丝,固定功率下煮沸15 min,期间不断加入沸水补充已蒸发的水分。捞出粉丝,静置5 min,吸水纸吸收粉丝表面水分,测定含水粉丝的质量(m1);将粉丝置于105 ℃烘箱中烘干至恒重,测定其质量(m2)。膨胀系数及烹饪损失分别按公式进行计算:

膨胀系数=(m1-m2)/m2×100%

烹饪损失=(3-m2)/3×100%

1.13 粉丝质构特性的测定

参照邹金浩等[16]的方法进行参考并略做修改。随机选取约15 cm 长无机械损伤的粉条 20根在800 mL煮沸的蒸馏水中煮制10 min,捞出过冷水,用吸水纸吸干表面水分进行测试。质构测定参数:选取P/36R型探头,TPA模式,测试前速率 2.0 mm/s,测试中速率 1.0 mm/s,测试后速率 1.0 mm/s,压缩程度50%,触发力5 g。重复6次实验,取平均值。

1.14 粉丝剖面结构的测定

将随机挑选的粉丝置于柔软的纱布上,使用刀片将粉丝切成约3 mm长的小段。粉丝通过导电胶以竖立状态粘于圆盘凸起侧壁上,喷金后,对粉丝剖面进行观察,重复3次实验。

1.15 数据处理与分析

所有实验均至少重复3次,结果以平均值±标准差表示。采用Microsoft Excel 2019整理归纳数据、Origin 2019b软件绘图,利用SPSS 22软件并用Duncan法进行数据间的差异性分析,P<0.05时有显著性差异。

2 结论与分析

2.1 玉米淀粉与红薯全粉的基本成分

玉米淀粉和红薯全粉基本成分含量如表1所示。玉米淀粉中总淀粉和直链淀粉含量显著高于红薯全粉,且存在有少量的蛋白质、脂肪和膳食纤维。红薯全粉的营养价值高于玉米淀粉,但在粉丝的加工过程中,因红薯全粉包含大量膳食纤维、脂肪和蛋白质等非淀粉成分,从而抑制淀粉的糊化与老化,导致难以形成致密的凝胶网结构,粉丝挤出时难以成型[17],这也是利用纯红薯全粉难以制作粉丝的主要原因。利用玉米淀粉与红薯全粉复配,玉米淀粉中较高的总淀粉和直链淀粉含量可以改善红薯全粉的凝胶特性,从而可以形成较强的凝胶网络结构[18],达到可以制作粉丝的目的。

2.2 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的成糊特性

混合粉成糊特性如图1和表2所示。玉米淀粉的存在对混合粉成糊特性具有显著影响。随着玉米淀粉质量分数的递增,混合粉峰值黏度不断增加,可能是由于共混体系中淀粉含量升高导致,这与Xu等[19]研究发现的淀粉含量低时不利于悬浮液黏度升高的结果一致。谷值黏度与峰值黏度变化趋势一致,有研究表明淀粉较高的谷值黏度有利于降低粉丝在烹煮过程中的损失[20]。崩解值为峰值黏度和谷值黏度之差,反映了混合粉的热糊稳定性,有研究表明纤维成分可以提高淀粉糊的热稳定性[19, 21],而玉米淀粉的添加导致混合粉崩解值的提高,这可能与混合粉中纤维含量的降低有关。回生值反映了糊化过的淀粉分子在降温过程中重新聚集形成致密微晶束的能力,当玉米淀粉质量分数为50%时,混合粉具有最高的回生值,说明此时淀粉分子之间的缠绕聚集加剧,促进了氢键的形成从而利于淀粉老化,这对粉丝的品质是有利的。玉米淀粉质量分数增至60%时,混合粉的回生速率出现下降的情况,这可能由于玉米淀粉与红薯全粉相互作用从而阻碍了淀粉分子链的重排有关。

图1 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的糊化特性曲线

表2 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的RVA参数

2.3 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的动态流变学特性

如图2所示,所有样品的G′和G″均随频率增加呈现出上升的趋势,样品的G′大于G″,表现出典型的弱凝胶特征[22]。玉米淀粉质量分数40%至50%时,混合粉的G′随玉米淀粉质量分数的增加而逐渐提高,损耗角正切值tanδ为G″和G′的比值,可以直观准确地反映淀粉凝胶的黏弹性,当tanδ<1时,表示淀粉凝胶弹性行为占优,固体性质增强[23],此时混合粉的tanδ值<1,并逐渐减小,说明混合粉凝胶的黏弹性不断提高,三维网络结构逐渐变得紧密,凝胶结构增强。玉米淀粉质量分数增至60%时,混合粉凝胶的G′降低,tanδ值升高,混合粉凝胶强度减弱,但与玉米淀粉质量分数为40%和45%时的混合粉凝胶相比仍具有较高的黏弹性,可能与玉米淀粉含量过高时会抑制红薯淀粉中直链淀粉的浸出有关,这与汪薇[24]研究发现玉米淀粉在质量分数不超过25%时对马铃薯淀粉凝胶的G′值具有显著提升的效果,而玉米淀粉含量过高时造成马铃薯淀粉凝胶的G′值下降的情况相似。

图2 25 ℃下玉米淀粉/红薯全粉共混体系的动态剪切性能

2.4 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的水分分布

如表3所示,混合粉凝胶中结合水含量显著高于红薯全粉凝胶,因为红薯全粉中的纤维可与直链淀粉相互作用,淀粉分子间的交联受到阻碍,形成了疏松的凝胶网络结构,从而使水分子具有较高的迁移速率[25],而水分迁移速率过高会引起结合水与淀粉分子的结合减少,使其更容易转变成自由水扩散[26],而玉米淀粉的存在有利于混合粉形成致密的凝胶网络结构从而抑制了水分的迁移。当玉米淀粉质量分数为40%～50%时,混合粉凝胶的结合水含量升高,弱结合水含量随着玉米淀粉含量的提高而不断减小,自由水含量逐渐升高。这可能是由于淀粉凝胶在4 ℃环境中储藏,淀粉极易老化,淀粉分子相互聚集导致与水结合的氢键断裂,凝胶网络结构中的水分被释放,从而引起结合水和自由流动水含量的增加[27,28]。随着玉米淀粉质量分数继续增加,混合粉凝胶的结合水含量无显著变化,弱结合水含量逐渐升高,自由水含量下降,说明此时混合粉凝胶中淀粉的回生速率逐渐降低。

表3 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的水分分布

2.5 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的质构特性

质构特性是反映淀粉凝胶品质的重要指标,Sandhu等[29]通过研究发现淀粉凝胶的质构特性可以达到预测粉丝品质的目的。硬度反映了凝胶承受施加外力的能力,淀粉回生速率越高,凝胶的硬度越高。由表4可以看出,玉米淀粉质量分数为40%至50%时,混合粉凝胶硬度逐渐上升,说明玉米淀粉的存在导致直链淀粉含量的升高从而在形成凝胶的过程中易于老化,淀粉凝胶硬度增加[30]。玉米淀粉质量分数升高至60%时,混合粉凝胶的硬度逐渐下降,可能由于玉米淀粉与红薯全粉之间的相互作用抑制了淀粉分子老化有关。混合粉凝胶的胶黏性变化趋势与硬度一致。内聚性反映分子之间的相互结合能力,内聚性越大表明分子之间结合程度越高[31],这与直链淀粉的浸出有关。与红薯全粉凝胶相比,玉米淀粉的存在提高了凝胶的内聚性,但当玉米淀粉含量超过50%时,混合粉凝胶内聚性降低,说明混合粉中直链淀粉的浸出程度降低从而削弱了淀粉回生过程中分子之间的交联,导致形成的凝胶强度较弱。混合粉凝胶弹性与内聚性变化趋势一致。因此,玉米淀粉质量分数为50%时,混合粉凝胶质构特性最佳。

表4 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的质构特性

表5 粉丝的烹煮损失率和膨胀系数

2.6 玉米淀粉/红薯全粉共混体系的微观结构

如图3所示,玉米淀粉凝胶呈现出连续、不均匀的网孔状结构,而红薯全粉凝胶则是一种散乱的无规则的堆积状态。玉米淀粉质量分数为40%～50%时,混合粉凝胶也呈现出连续、不均匀的网孔状结构并逐渐变得紧密。玉米淀粉质量分数为50%～60%时,混合粉凝胶虽然具有连续的网孔状结构,但混合粉凝胶网络结构中的孔径逐渐变大且结构逐渐变得疏松。通过实验可以得出,玉米淀粉质量分数为50%时可以形成致密性最好的混合粉凝胶网络结构,适合制作品质优良的粉丝。

注:图中数字为玉米淀粉质量分数a:0%;b:40%;c:45%;d:50%;e:55%;f:60%;g:100%。

2.7 粉丝的烹煮特性

断条率是直观反映粉丝烹煮品质优劣的重要指标,粉丝断条率低,其固形物损失就越小,粉丝耐煮性越高且不易糊汤。由图4可知,当玉米淀粉质量分数为40%～50%时,粉丝的断条率降低,糊汤透光率上升,烹煮损失率降低,粉丝耐煮性提高。与Menon等[32]加工的营养强化红薯淀粉粉丝相比,本研究所制红薯全粉粉丝的烹煮损失率较高,但与Renjusha等[33]所制的红薯粉面条的烹煮损失率较为接近,因为与纯淀粉凝胶相比,红薯全粉中大量膳食纤维的存在造成形成的凝胶网络结构较为疏松,导致粉丝耐煮性差,这与Nisha等[34]研究结果一致。同时红薯全粉中含有的一些可溶性成分都会增加粉丝的烹煮损失。当玉米淀粉质量分数为50%～60%时,粉丝的断条率和烹煮损失率增加,糊汤透光率降低,说明此时混合粉形成的淀粉凝胶强度减弱,这可能与淀粉分子的回生能力被抑制有关。结果显示,随着玉米淀粉质量分数的升高,粉丝的膨胀系数无显著变化。

图4 粉丝的断条率和糊汤透光率

2.8 粉丝的质构特性

煮熟粉丝的质构特性是反映粉丝品质的重要指标之一。品质优良的粉丝具有硬度、弹性适中和耐咀嚼的特点。表6可见,玉米淀粉质量分数为40%～50%,粉丝的硬度呈现逐渐上升趋势。硬度是反映粉丝质构特性优劣的重要指标之一,硬度越高的粉丝耐煮性越好,这与直链淀粉含量的增加有关[35]。咀嚼性是指将粉丝咀嚼到能够吞咽时所做的功,反映了粉丝耐咀嚼的程度[36]。随着玉米淀粉质量分数升高,减少了纤维对直链淀粉的吸附,形成了更强的凝胶网络结构,红薯纤维被均匀包裹,粉丝的硬度和咀嚼性均增加。玉米淀粉质量分数为50%～60%时,粉丝的硬度和咀嚼性下降,可能与淀粉的老化被抑制导致形成的凝胶强度较弱有关。粉丝的弹性和内聚性随玉米淀粉质量分数的增加略有提高但无显著性差异。

表6 粉丝的质构特性

2.9 粉丝的剖面结构

食品内部的组织结构决定了食品的质地。食品自身结构的多孔性可以显著影响食品的品质[37]。粉丝是一种由淀粉经糊化和老化形成的淀粉凝胶类食品,凝胶的结构决定了粉丝品质的优劣。如图5所示,所有粉丝样品剖面都具有明显的裂纹和孔洞。当玉米淀粉质量分数为40%～50%时,粉丝的孔洞数量逐渐减少,孔径变小,可能是由于混合粉体系中直链淀粉含量的升高,形成了紧密的凝胶网络结构,并促进了淀粉分子之间的重排有关。但玉米淀粉质量分数为50%～60%时,粉丝的孔洞数量增加,孔径变大。当粉丝的内部存在数量较多和孔径较大的孔洞时,烹煮时水分子会更容易进入粉丝内部,粉丝耐煮性下降,烹煮后的粉丝质地较软,不耐咀嚼。而孔洞数量低或孔径小的粉丝,烹煮时水分难以进入粉丝内部,粉丝耐煮性好,煮熟的粉丝口感较佳。粉丝的剖面结构直观地反映了粉丝地品质,这与前面测定的粉丝烹煮和质构特性实验结果一致。因此,玉米淀粉与红薯全粉以1∶1质量比混合时所制粉丝品质最佳,与混合粉凝胶特性研究结果一致。

注:图中数字为玉米淀粉质量分数a:40%;b:45%;c:50%;d:55%;e:60%。

2.10 红薯全粉粉丝与红薯淀粉粉丝基本成分的分析

图6是实验得到的最佳玉米淀粉与红薯全粉混合质量比例(1∶1)制作的红薯全粉粉丝和红薯淀粉粉丝的基本成分含量。红薯全粉粉丝蛋白质、膳食纤维和脂肪含量分别是红薯淀粉粉丝的4.28、47.93和2.65倍。与红薯淀粉粉丝相比,食用红薯全粉粉丝可以提高人们日常蛋白质、膳食纤维和脂肪的摄入量,并且红薯全粉粉丝中富含的膳食纤维具有调控机体糖脂代谢的作用,还可以促进肠胃蠕动,改善便秘及预防结肠癌。总的来说,红薯全粉的存在对粉丝的营养价值具有较好的改善作用。

图6 红薯全粉粉丝和红薯淀粉粉丝的基本成分比较

3 结论

与红薯全粉相比,玉米淀粉与红薯全粉以不同比例复配可以形成连续性、完整性强的淀粉凝胶网络结构。当玉米淀粉质量分数为40%～50%时,粉丝的烹煮品质与质构特性逐渐提高,玉米淀粉占比为50%时所制粉丝耐煮性与咀嚼性最佳。但玉米淀粉质量分数为50%～60%时,对混合粉凝胶特性及粉丝品质提升的效果降低。此外红薯全粉粉丝的膳食纤维含量显著高于市售红薯淀粉粉丝,说明红薯全粉的存在可以提高粉丝的营养品质。因此,红薯全粉是一种可以作为开发新品种粉丝的适宜原料,且混合粉的凝胶特性与粉丝的品质具有相关性。