添加细菌纤维素无明矾马铃薯淀粉粉条的实验研究

郝建东，张 力，贺雅欣，刘照洋

(1. 天津科技大学化工与材料学院，天津 300457；2. 天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457)

添加细菌纤维素无明矾马铃薯淀粉粉条的实验研究

郝建东1，张 力2，贺雅欣2，刘照洋2

(1. 天津科技大学化工与材料学院，天津 300457；2. 天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457)

用细菌纤维素替代明矾为食品添加剂，可制得品质较好的马铃薯淀粉粉条．通过品质测定确定当细菌纤维素的添加量为0.20%,时粉条品质最佳，糊汤度为0.113优于市售马铃薯淀粉粉条的0.335，断条率与市售粉条相同均为0，咀嚼度为2.092,g与市售粉条的咀嚼度2.437,g接近．

细菌纤维素；粉条；马铃薯淀粉；食品添加剂

粉条在中国和韩国销量很大，以绿豆、蚕豆、豌豆等豆类淀粉制作的粉条质量为佳，但价格较高．薯类、玉米产量大，淀粉价格低，但其不溶性直链淀粉含量少，制作的粉条易断条糊汤，色泽差．添加明矾(KAl(SO4)2·12H2O)的传统工艺可显著改善粉条的品质[1]．马铃薯在我国年产量非常高，主要作为蔬菜和淀粉原料，价格低廉且无异味，是生产传统粉条的主要原料[2]．但是，长期摄食含铝的食物会影响肠道中矿物质元素的吸收，导致骨质疏松症，同时也会影响神经系统传导，致使脑神经细胞发育不良而智力低下．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GB 2762—2012[3]规定食品中铝含量不可超过100,mg/kg(干样品)，折算成明矾的用量不可超过0.1%(干样品)．

细菌纤维素(bacterial cellulose，BC)是由细菌产生的可被生物降解的天然纳米结构高分子材料，并具有优于其他天然纤维素的许多特性，近年来成为国内外生物材料研究的热点之一[4-5]，在食品工业中可以作为增稠剂、胶体填充剂和食品原料．BC作为天然纤维素同样具有膳食纤维的减肥特性[6]．目前，已有将BC用于发酵香肠、酸奶及冰激凌的生产研究报道[7]，本文研究了BC替代明矾制作马铃薯淀粉粉条的配方和工艺．

1 材料与方法

1.1 原料

马铃薯淀粉(生粉)品质符合GB/T 8884—2007[8]，由无锡市天之源食品有限公司生产，规格为200,g×12袋．东北乡村土豆粉条由齐齐哈尔弘旭淀粉有限公司生产．BC为本实验室自行培养，实验菌种为木葡糖醋酸杆菌(Acetobacter xylinum) CGMCC1.1812，由工业发酵微生物教育部重点实验室保藏．

1.2 仪器

电子天平，上海精密仪器公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；T100型标准疏解机，美国AMC公司；LM-20型压面器，永康市千团贸易有限公司；YLER型电炉，永康市顺翔电器厂；WFJ72型可见分光光度仪，上海光谱仪器有限公司；TA．XT Plus质构仪，英国Stable Micro System公司.

1.3 粉条制作方法

1.3.1 BC前处理

BC溶液的制备：取本实验室制备的BC膜经碱洗、水洗去碱，加适量水疏解，均质得BC溶液．

BC含水率的测定：取5个称量瓶用水洗干净，置于电热鼓风干燥箱中干燥后移入干燥器内冷却，标记序号．用分析天平依次测每个瓶子的质量(含瓶盖)，记为m0；向每个称量瓶中依次加入5,mL BC溶液，测其质量，记为m1；将5个称量瓶置于电热鼓风干燥箱内干燥，烘烤完毕移入干燥器内冷却至室温后用分析天平逐一测其质量，记为m2，按式(1)计算含水率．

电热鼓风干燥箱测定含水率设定条件一：105,℃干燥0.5,h．设定条件二：60,℃干燥2,h．每一条件测5组含水率取算数平均值，可知两条件下的含水率误差小于2%,，其平均含水率的均值为98.99%,．

1.3.2 制芡

制芡是制作粉条的主要工序．将少量马铃薯淀粉、BC溶液与适量的水混合，在水浴条件下缓慢加热至马铃薯淀粉溶液糊化．期间朝着同一方向不断搅拌，直至马铃薯淀粉溶液呈糊状，颜色发青，即为熟芡．

1.3.3 和面

将制好的熟芡与适当的马铃薯淀粉混合，不断揉搓，至面团表面光滑不粘手即可．

1.3.4 挤压成型

将和好的面团放入压面机内，事先将水烧至沸腾状态，将粉条挤入水中沸煮2,min，锅中的粉条要轻轻搅拌，防止因为没有搅拌发生粘连和搅拌过猛发生断条的情况．

1.3.5 冷却、老化

将煮熟的粉条捞入4,℃的凉水中冷却3,min，然后捞出粉条晾在架子上，0～25,℃条件下老化24,h得到干粉条；也可从凉水中捞出直接冷藏冻干．

1.4 制芡用水量的确定

在添加BC无明矾马铃薯淀粉粉条的研制过程中，通过前期多次的预实验发现：当以10,g制芡马铃薯淀粉为基准时，制芡用水(含BC溶液中的水分)少于100,g时制得的熟芡较黏稠，和成的面团质地干硬，无法从挤压器中挤出较好的粉条；反之，制芡用水(含BC溶液中的水分)大于140,g时制得的熟芡较稀，达不到要求的黏度，挤出的粉条都断成2～3,cm的小段．于是将制芡用水(含BC溶液中的水分)控制在120,g，制成熟芡；用其与140～160,g马铃薯淀粉混合和面，得到了质地和挤压效果较好的面团．

1.5 BC用量范围的确定

BC以其溶液的方式添加，但在实验中添加量均按其含水率折算成其中纯BC质量计．通过实验发现当BC的添加量小于0.14%,时，挤压出的粉条易发生断条，入水即断裂成多根，无法制得符合要求的粉条；同时，当BC的添加量大于0.32%,时，挤压出的粉条在水中易粘连成块，并条效果尤其明显．最终确定BC的添加量在0.14%～0.32%,，并在此区间内取不同点研究BC对粉条品质的影响．

1.6 粉条性能的测试

1.6.1 断条率的测定

取20根没有机械损伤的长度为20,cm的粉条，在1,L水中微沸煮30,min后过滤除水，数其中完整的粉条数，重复3次取平均值．断条率按式(2)计算[7]．

1.6.2 糊汤度的测定

取10,g干粉条于200,mL沸水中，加热沸腾20,min，期间不断加沸水使之保持200,mL．取汤汁定容至200,mL，在可见分光光度仪650,nm处用1,cm比色皿测定其溶液的吸光度，每组样品重复3次，取平均值[9]．

1.6.3 质构参数的测定

硬度：表示产品发生一定程度形变时产生的最大应力，数值为一次压缩过程中的压力峰值，单位为g.

黏聚性：指样品内部黏结程度和抵抗外界破坏的能力，为第2次穿冲的做功面积除以第1次穿冲的做功面积．

弹性：表示物体在外力作用下发生形变，当撤去外力后恢复原来状态的能力，数值上为除去外力后长度与原长度的比值．

咀嚼度：数值上为硬度、弹性和黏聚性三者的乘积，单位为g．

拉伸距离：表示粉条在外力作用下能够被拉伸的最大距离，数值为粉条被拉伸到的最大长度减去粉条的原长度．

选取粗细均匀、无弯曲、无损伤的干粉条若干，在沸水中煮沸10,min后捞出进行硬度、黏聚性、弹性、咀嚼度和拉伸距离的测定．

测定硬度、黏聚性、弹性和咀嚼度时，吸去粉条表面水分，在每根粉条上3个不同位置截取长度0.5～1.0,cm，用游标卡尺量取其直径，并计算平均值，然后用质构仪按照以下条件进行测定．每次测量1根，每组测3根，取平均值[9]．测试条件：探头P36-R，触发力5,g，测试前速度2,mm/s，测试速度1,mm/s，测试后速度1,mm/s．

测定拉伸距离时，吸去粉条表面水分，在每根粉条上截取长度5.5,cm，用质构仪进行测定，每次测试1根，每组测3根，计算平均值[8]．测试条件：探头AKIE，触发力5,g，测试前速度2,mm/s，测试速度3.3,mm/s，测试后速度10,mm/s，距离75,mm．

2 结果与分析

2.1 BC用量对断条率的影响

根据BC用量的多少，分析其对粉条断条率的影响，结果见表1．随着BC用量的增加断条率明显下降；在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，BC用量达到0.17%,以上时，断条率减小到零．其原因可能是，BC具有超精细网状结构，当加入足够量的BC会吸附淀粉胶粒，使其形成稳定的空间结构，增强淀粉粒之间的相互作用，进而实现粉条断条率的下降．

表1 BC用量对粉条断条率的影响Tab. 1 Effect of amount of BC on the broken bar rates of noodles

2.2 BC用量对糊汤度的影响

通过测定已制备好的添加BC的干粉条，加入水中煮沸后汤的吸光度，从而判断其糊汤程度，结果如图1所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，当BC用量为0.17%,时，此时汤的吸光度最大，即糊汤度最高；当BC用量为0.20%,时，此时汤的吸光度最小，即糊汤度最低．随BC量的增加出现糊汤先增大后减小的现象，可能是由于BC分子带有较多的—OH，持水能力较强[10]，自身分子间结合能力也较强，与马铃薯淀粉分子间结合能力也较强；在添加量较小的情况下，其分子间距离较远，持水能力的表现突出，使粉条的结合水含量较高，在干燥后水分蒸发形成分子空位，煮粉条时BC分子复水困难[10]，难以在自身分子间和淀粉分子间形成有效的网状结构，使淀粉分子较易溶于水中，导致糊汤度提高；当BC添加量逐渐加大后，其自身分子间与淀粉分子间的结合能力凸显，形成网状结构使淀粉分子较难溶入水中，导致糊汤度下降．

图1 BC用量对粉条糊汤度的影响Fig. 1 Effect of amount of BC on the paste soup level of noodles

2.3 质构参数的结果与分析

2.3.1 BC用量对硬度的影响

采用质构仪对不同BC用量粉条的硬度进行测定，结果如图2所示．

图2 BC用量对粉条硬度的影响Fig. 2 Effect of amount of BC on the hardness of noodles

在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，随着BC用量的增加，粉条硬度也不断增加；其中当BC用量在0.17%～0.25%,时，随着BC用量的增加，粉条硬度有更快的增加趋势．其可能原因是BC具有高化学纯度和高结晶度[10]，且其含量越多淀粉分子间结合的越牢固，使粉条的硬度随BC用量增加而增加．当BC量增大到一定量后，由于其持水量较大，BC的加入使粉条结构中的结合水增多，干燥时汽化了一部分结合水，在第二次水煮时由于BC的复水能力较差，汽化的这部分结合水不能重新加入网状结构形成空位，削弱了其增强淀粉分子结合力的作用，使硬度的增加趋缓．

2.3.2 BC用量对黏聚性的影响

BC用量对粉条黏聚性的影响结果如图3所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，随着BC用量的增加，粉条的黏聚性先增加后下降，当BC用量为0.17%,时，粉条的黏聚性最大．其原因可能是由于BC与马铃薯淀粉分子的结合力，自身分子间的结合力都较强并且与水分子结合能力也较强，当加入量较少时引入的结合水较少，干燥后留下的分子空位也较少，形成的网状结构较紧密，BC加强分子间作用力的作用明显，当BC加入量较多时，引入的结合水较多，干燥后留下的分子空位也较多，削弱了网状结构，粉条第二次水煮后由于BC复水性较差，空位不能被填补，从而出现黏聚性先增加后减小的现象．

图3 BC用量对粉条黏聚性的影响Fig. 3 Effect of amount of BC on the cohesiveness of noodles

2.3.3 BC用量对弹性的影响

BC用量对粉条弹性的影响结果如图4所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，当BC用量在0.17%～0.20%,时，粉条弹性变化较明显且随BC用量增加而减小．在前期实验中曾发现，BC湿膜经挤压后变形，当外力移除后形变不能恢复，这可能是导致粉条弹性随BC加入量减小的原因．

2.3.4 BC用量对咀嚼度的影响

BC用量对咀嚼度的影响结果如图5所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，随着BC用量的增加，粉条咀嚼度先增加后下降，但下降不明显．其原因可能是BC具有很强的持水能力且能够相互交织形成发达的超精细网络结构，随着BC含量的增加，粉条的结合水量增加且具有更好的空间结构，粉条的咀嚼度得到明显改善；当BC用量超过一定限度时，由于其持水性较强，粉条含结合水量不断增加，干燥后留下的空位增多，第二次水煮后不能填补的空位也较多，使得粉条的咀嚼度小幅度下降．

图4 BC用量对粉条弹性的影响Fig. 4 Effect of amount of BC on the elasticity of noodles

图5 BC用量对粉条咀嚼度的影响Fig. 5 Effect of amount of BC on the chewiness of noodles

2.3.5 BC用量对拉伸距离的影响

BC用量对粉条拉伸距离的影响如图6所示．

图6 BC用量对粉条拉伸距离的影响Fig. 6Effect of amount of BC on the stretching distance of noodles

在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，当BC用量为0.20%,时，粉条的拉伸距离最大．其可能原因是BC具有较强刚性，弹性模量大，纤维模数为一般纤维的数倍至10 倍以上，并且抗拉强度高且具有很强的持水能力．随着BC用量的增加使得粉条的拉伸强度不断增强；当超过一定限度时粉条含结合水率上升，水分一定程度阻碍了BC间形成紧密的网络结构，使得粉条拉伸强度下降[10]．

2.4 BC最佳添加量的确定

将添加BC马铃薯淀粉粉条的5个添加量的5组性能综合对比，确定了其中的最佳添加量．由表2可以看出：第3组的BC添加量适中，断条率为零，说明粉条煮后不易断，品相较好；吸光度最低，说明粉条煮后粉条中淀粉流失最少；硬度、弹性、黏聚性、咀嚼度均适中，表明粉条的口感相比于其他方案较好；拉伸距离为5组中最大．

表2 不同配方粉条的性能对比Tab. 2 Performance comparison of noodles made with different formulations

2.5 市售传统马铃薯淀粉粉条与添加BC粉条的物性对比

选择市场上品质优良的东北乡村马铃薯淀粉粉条(由齐齐哈尔弘旭淀粉有限公司生产)，在相同的实验条件下对其进行物性测试，结果见表3．

表3 市售传统马铃薯淀粉粉条与BC粉条的物性数据对比Tab. 3 Physical property comparison of traditional potato starch noodles and BC noodles

粉条的断条率和糊汤度为消费者在煮粉条时用视觉即可直接判断的指标，咀嚼度为食物口感的综合指标也可直接感知；而硬度、黏聚性、弹性、拉伸距离消费者较难准确判断，需通过专用设备测定．因此，在粉条诸多物性数据中最重要的指标为断条率、糊汤度和咀嚼度．由对比结果可以看出：在断条率方面添加BC马铃薯淀粉粉条和市售粉条保持一样的水平；但在糊汤度方面添加BC马铃薯淀粉粉条糊汤度小于市售粉条的糊汤度，这说明在水煮条件下添加BC马铃薯淀粉粉条淀粉溶于水中的质量小于市售粉条，咀嚼度和黏聚性与市售粉条接近，这说明添加BC的马铃薯淀粉粉条的品质在重要指标上都接近或超过了市售马铃薯淀粉粉条．虽然硬度、弹性和拉伸强度与市售粉条各数据有一定差异，但不同消费者对粉条口感的要求各不相同．所以，可以说添加BC的马铃薯淀粉粉条已经达到了市售粉条的一般要求，并且在有些方面优于市售粉条．

3 结 语

将BC作为食品添加剂取代明矾应用于制作马铃薯淀粉粉条，与市售传统马铃薯粉条相比，添加BC粉条最重要的性质达到或超过了市售粉条的性质，表明了BC用于粉条的生产是可行的．

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责任编辑：郎婧

Alum-free Potato Starch Noodles with Bacterial Cellulose as Food Additive

HAO Jiandong1，ZHANG Li2，HE Yaxin2，LIU Zhaoyang2
(1．College of Chemical Engineering and Materials Science，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China；2．College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China)

Bacterial cellulose was used as a food additive to substitute for alum in traditional potato starch noodles，and better quality noodles can be made．When the bacterial cellulose was 0.20%,，the best noodles with the following properties were made：the absorbance value is 0.113，,better than the 0.335,of the market potato starch noodles；the break rate is 0，the same as that of the market potato starch noodles；and the chewiness is 2.095，very close to that of the market noodles，2.437 .

bacterial cellulose；noodles；potato starch；food additive

TS236.5

A

1672-6510(2016)06-0034-05

10.13364/j.issn.1672-6510.20150132

2015-09-24；

2016-05-03

国家级大学生创新创业资助项目(201410057122)

郝建东（1963-），男(满)，天津人，副教授，haojd@tust.edu.cn.