蚕豆和高直链玉米淀粉对马铃薯粉条品质的影响

何丹,李粤,邬应龙

(四川农业大学 食品学院,四川 雅安 625014)

马铃薯淀粉直链淀粉含量较低,由马铃薯淀粉制得的马铃薯粉条存在易糊汤、易断条和筋力不足等缺陷[1-2]。因而传统马铃薯粉条在生产过程中会加入铵/钾明矾作凝胶剂,以改善马铃薯粉条的品质,但人体摄入后,大部分会在体内蓄积,对人体尤其是青少年的身体健康有害[3]。随着人们对健康饮食理念的重视,寻找明矾替代物改良粉条具有一定现实意义。由于淀粉特性对粉条的品质起着决定性的作用,所以如何改良淀粉特性成为改良粉条的热点问题。目前大量的研究集中在物理、化学和酶解等方法上,但是与化学改性或物理改性淀粉相比,食品企业越来越倾向于寻找天然的方式去改变淀粉的特性。为了提高粉条品质以及满足营养需要,我们首选的途径是将不同种类的淀粉混合来赋予粉条新的特性以满足生产的需求,这种方法不仅成本低,还免去了更多的物理、化学方法带来的伤害,最重要的是能够不破坏淀粉本来的结构。由于豆类淀粉比薯类淀粉的直链淀粉含量高[4],因此,本实验选取了蚕豆淀粉和高直链玉米淀粉两种淀粉作为原料,目的在于改变马铃薯淀粉的性质,同时满足消费者对食品绿色安全的需求,为蚕豆/高直链玉米/马铃薯淀粉混合体系在淀粉食品加工中的应用提供了理论基础。

1 材料和方法

1.1 材料

蚕豆淀粉(faba bean starch,FBS):苏州亿贝嘉食品添加剂有限公司;高直链玉米淀粉(high amylose corn starch,HACS):北京祥玉生物科技有限公司;马铃薯淀粉(potato starch,PS):赤峰市诚信淀粉有限责任公司。

1.2 试剂

明矾(KAl(SO4)2·12H2O):食品级,浙江一诺生物科技有限公司。

1.3 仪器设备

BT124S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;MS5C多功能磁力搅拌器 群安实验仪器有限公司;CLB3231D型电磁炉 格兰仕微波生活电器制造有限公司;TA-XT Plus型质构仪 英国Stable Micro System公司;UV-2802PC型紫外可见分光光度计 北京北科恒信科学器材有限公司;5415D型高速离心机 德国Eppendorf公司;FD-1C-50型真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司;SC-10型色差仪 上海仪电物理光学仪器有限公司。

1.4 实验方法

1.4.1 淀粉原料基本成分测定

水分根据GB 5009.3—2016测定;粗蛋白根据GB 5009.5—2016测定;粗脂肪根据GB 5009.6—2016测定;灰分根据GB 5009.4—2016测定;直链淀粉根据GB/T 15683—2008测定。

1.4.2 淀粉样品制备

分别将蚕豆淀粉(FBS)、高直链玉米淀粉(HACS)、蚕豆/高直链玉米淀粉1∶1混合淀粉(MS)以不同比例(添加粉量/马铃薯淀粉为10%/90%、20%/80%、30%/70%)与马铃薯淀粉混合,分别记为PS90/FBS10、PS80/FBS20、PS70/FBS30;PS90/HACS10、PS80/HACS20、PS70/HACS30;PS90/MS10、PS80/MS20、PS70/MS30。

1.4.3 淀粉溶胀性质的测定

参照Zou等[5]的方法并略作修改,称取1 g(W0)淀粉于离心管中,加入蒸馏水100 mL。随后将离心管置于沸水浴中糊化20 min并不断搅拌形成淀粉糊。将糊化样品冷却至25 ℃,将其在6 000 r/min下离心10 min,对离心管中的沉淀物称重。将上层清液倾倒到培养皿中,然后将培养皿置于105 ℃下烘至恒重,记下培养皿的质量。W1、W2、W3和W4分别代表空培养皿、带有干燥残留物的培养皿、空离心管和带有沉淀物的离心管的质量。干燥残渣的重量为W2-W1,沉淀物的重量为W4-W3。溶解度和膨胀度计算公式如下:

溶解度(%)=(W2-W1)/W0×100%。

膨胀度(%)=(W4-W3)/[W0×(100-溶解度)]×100%。

1.4.4 淀粉凝胶质构(TPA)的测定

参考Jiang等[6]的方法并略作修改,将样品制备成6%(质量比)的水悬浮液,并在沸水浴中处理30 min,以使淀粉颗粒完全糊化。立即将等分试样的热糊状物(100 mL)倒入平截头锥体状的塑料杯中。冷却至室温后,将杯盖上封口膜并转移至冰箱(4 ℃)中,保持24 h以形成凝胶。选择P/36R探头分析凝胶质构。测试前速度为2 mm/s,测试速度为1 mm/s,测试后速度为2 mm/s,触发力为5 g,压缩距离为20 mm,应变为30%。分析仪以压缩模式运行。实验前先将样品从冰箱中取出,在室温下放置60 min。

1.4.5 淀粉凝胶色泽的测定

取淀粉凝胶样品,采用色差仪测定色度,用L*、a*、b*3个参数表示色泽结果[7]。

1.4.6 淀粉凝胶强度、破断强度、破断距离的测定

凝胶制备方法同上,选择探头 P/0.5,测前速度2 mm/s,测试速度 1 mm/s,测后速度2 mm/s,触发力为5.0 g,压缩比为 40%,测定凝胶强度、破断强度和破断距离3个指标。

1.4.7 马铃薯粉条的制备

按淀粉总量为100.0 g计算,取少量淀粉在沸水中糊化以制芡糊,在糊化过程中应不断搅拌,以防淀粉糊化不充分。将糊化的淀粉与剩余的马铃薯淀粉充分混合揉成面团,然后进行挤压熟化,挤压熟化时应在水沸腾时漏粉,并在粉条浮起后捞出过冷水。在冷水中浸泡30 min后,将粉条捞出,沥干水分,干燥后收集备用,用于粉条品质分析。以纯马铃薯淀粉和明矾粉条为对照组。

1.4.8 粉条断条率的测定

参照陈素芹[8]的方法,取质地均匀和15 cm长的粉条20根,在1 000 mL蒸馏水中煮30 min,将粉条夹出,用吸水纸吸干多余的水分,观察粉条煮后完整数,记录煮后粉条断条数,断条率按下式计算。

断条率(%)=断条数/20×100%。

1.4.9 粉条膨润度和蒸煮损失率的测定

参照Li等[9]的方法,称取长3 cm左右的粉条3.0 g,质量记为M1。将粉条放入装有200 mL沸水的烧杯中烹煮10 min,并轻微搅动。期间不断加入水,补充已蒸发的水分。烹煮完成后,用筷子将粉条取出,用滤纸吸干粉条表面水分后立刻称重,质量记为M2。在105 ℃烘箱中,将烹煮后的粉条干燥至恒重称重,质量记录为M3。

膨润度(%)=M2/M3×100%。

蒸煮损失率(%)=(M1-M3)/M1×100%。

1.4.10 粉条质构特性的测定

取10根粉条在沸水中煮制15 min,用滤纸吸干粉条表面水分,再用保鲜膜盖上防止水分挥发,测定参数如下:

粉条的TPA模式:参照Cham等[10]的方法并加以改进,探头P/36R,测试速度2,1,2 mm/s,循环2次,感应力5 g,压缩比70%。

粉条的剪切模式:参照谭洪卓等[11]的方法并加以改进,用游标卡尺量取粉条直径,取平均值,记为d,计算横截面积。探头A/LKB-F,测试速度2,1,2 mm/s,感应力20 g,测试形变100%;剪切强度是最大剪切力与每根粉条横切面积的比值。每次测量1根,每个样品平行测定6次。

粉条的拉伸模式:参照谭洪卓等[11]的方法并加以改进,用游标卡尺量取粉条直径,探头A/SPR,感应力5 g,初始距离50 mm,测试速度2,1,10 mm/s。拉伸强度是最大拉力与每根粉条横切面积的比值。每次测量1根,每个样品平行测定6次。

1.4.11 感官评价

感官评价实验在实验室进行。挑选10名感官评价成员组成感官评价小组。针对感官评价的对象、目的和标准对成员进行讲解。随机对样品编号,感官评价成员依次对样品进行独立评分。评价两个样品之间用清水漱口,同时间隔一段时间,保证每一次的评价不受之前评价的影响,减少实验结果的误差,且在烹调结束15 min内完成。感官评价小组需对粉条的品质进行评价,粉条的评价指标分别是色泽、弹韧性、黏性、咀嚼度以及可接受性5项指标,评分等级分为5个等级,具体的评价标准见表1[12]。

表1 马铃薯粉条的感官评价标准

1.4.12 统计学分析

实验数据重复3次,采用Origin 2021软件作图,采用SPSS 27.0软件进行数据统计分析。采用单因素方差分析(ANOVA)处理,结果用平均值±标准差(SD)表示。P>0.05表示无显著统计学意义。

2 结果与分析

2.1 原料淀粉的基本成分

原料淀粉的基本成分见表2。

表2 原料淀粉的基本成分

由表 2可知,马铃薯淀粉、蚕豆淀粉和高直链玉米淀粉的直链淀粉含量分别为26.08%、35.01%、48.28%;PS水分最大,FBS灰分最大,脂肪和蛋白质无显著差异(P>0.05)。

2.2 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉渗出直链淀粉含量的影响

FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉渗出直链淀粉含量的影响结果见图1。

图1 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉渗出直链淀粉含量的影响

由图1可知,与对照组相比,PS+FBS、PS+HACS和PS+MS组淀粉体系的直链淀粉含量均显著增大(P<0.05),并随FBS、HACS和MS添加量的增加而增大。PS70/FBS30、PS70/HACS30和PS70/MS30的直链淀粉含量分别为32.95%、36.16%和36.78%。淀粉在糊化过程中会吸水溶胀,随着水分子进入淀粉颗粒,淀粉颗粒逐渐破裂,在这个过程中会有一部分淀粉溶出。淀粉的糊化程度越大,淀粉的渗出量越多[13]。虽然HACS的直链淀粉含量最高,但其糊化温度高,一般需要在130 ℃才能完成糊化[14],所以直链淀粉含量溶出较少。

2.3 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉溶胀特性的影响

淀粉的溶解度和膨胀度反映了淀粉与水之间的结合能力,溶解度主要与直链淀粉含量有关,而膨胀度受支链淀粉含量影响[15]。不同温度下FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉溶解度和膨胀度的影响结果见图2。

图2 在85 ℃(A)和95 ℃(B)下FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉溶解度和膨胀度的影响

由图2可知,与对照组相比,在85 ℃和95 ℃下,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组均使混合体系的膨胀度和溶解度显著下降(P<0.05),并且随着添加量的增加而进一步下降。在糊化过程中,添加的FBS、HACS和MS以更有序的结构吸附或包裹在马铃薯淀粉颗粒表面,在一定程度上限制了马铃薯淀粉的溶胀[16],导致混合体系淀粉的膨胀度和溶解度降低。而马铃薯淀粉因支链淀粉含量高、淀粉颗粒较大和内部带负电荷的磷酸酯基团,使马铃薯淀粉分子链间相互排斥,更有利于水分子进入马铃薯颗粒内部[17],所以马铃薯淀粉的膨胀度最高。

2.4 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉质构特性的影响

为了进一步研究FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉性质的影响,对所有淀粉凝胶进行全质构分析,主要对其硬度、胶着性、咀嚼度、回复性和内聚性进行分析。FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉质构特性的影响结果见图3。

图3 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉质构的影响

由图3可知,与对照相比,PS+FBS、PS+HACS和PS+MS组显著提高了硬度、咀嚼度和胶着性,而内聚性和回复性与淀粉和添加量有关,其中,PS90/HACS10的内聚性和回复性最大。FBS的糊化温度比HACS低,可以完全糊化,因而在糊化过程中会释放出大量的直链淀粉[18],所以FBS的凝胶硬度最大。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[19],说明加入HACS可以促进淀粉分子间的相互作用。

FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉凝胶强度、破断强度和破断距离的影响结果见图4。

图4 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉凝胶强度、破断强度、破断距离的影响

由图4可知,与对照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组凝胶强度、破断强度均随添加量增大而增大。在同一水平下,可以发现PS+FBS组的凝胶强度最大,其次是PS+MS组,PS+HACS组最小。由此说明,与单独添加HACS相比,将FBS和HACS混合可以增加凝胶强度。淀粉在形成凝胶过程中,直链淀粉分子的分子链段发生平行取向,通过氢键等作用力形成三维网络结构,膨胀的淀粉颗粒包裹其中,随着直链淀粉分子数量的增加,分子间的氢键作用增加,分子链段间的缠结点增加,致使其形成的淀粉凝胶强度也显著增加,可以认为淀粉凝胶强度与直链含量和糊化程度显著相关[20]。HACS糊化温度高,不易糊化,虽然其直链淀粉含量高,但并没有完全糊化,只有部分淀粉颗粒穿插在糊化的马铃薯淀粉糊中,对马铃薯淀粉凝胶的三维网络结构起到了一定的支撑作用,因而其凝胶强度比PS+FBS组和PS+MS组低。

2.5 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉色泽的影响

色泽可以用来评价淀粉的品质,色泽的好坏也会直接影响淀粉凝胶的品质。L*代表亮度值,a*和b*分别代表红度值和黄度值[7]。FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉色泽的影响结果见表3。

表3 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯淀粉色泽的影响

由表3可知,与对照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组亮度显著增加,红度增加,黄度减小。对各淀粉原料色度测定及实物图比较,发现HACS>FBS>PS。其中,PS+FBS组淀粉的L*值随着FBS添加量的增加而减小(P<0.05),PS+HACS组淀粉的L*值随着HACS添加量的增加而增大(P<0.05),而PS+MS组淀粉的亮度值无显著变化(P>0.05),这可能是PS+MS组加入FBS导致亮度减小。

2.6 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条蒸煮特性的影响

FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条蒸煮特性的影响结果见表4。

表4 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条蒸煮特性的影响

与对照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组的粉条断条率、膨润度、蒸煮损失显著下降(P<0.05)。断条率是评价粉条品质优良的关键指标,在一定程度上体现了淀粉凝胶空间网络结构的紧密程度[21]。PS+HACS组和PS+MS组在添加量为30%时,断条率显著增加。膨润度可以反映粉条与水分相互作用的大小,膨润度越高,说明粉条自身结构越弱,水分越容易渗透进粉条内部结构中,煮出来的粉条质地较软,缺乏嚼劲[13]。由于马铃薯淀粉中直链淀粉含量低,还含有具有较高膨胀度和黏度的磷酸酯基团[22],所以马铃薯粉条的膨润度高,明矾粉条因明矾会电离出Al3+来争夺水分生成水合物和缔合物,能够巩固淀粉凝胶网络结构,所以粉条的韧性好,不容易断裂[21]。PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组膨润度均显著降低,说明添加FBS、HACS和MS后形成的粉条结构比纯马铃薯粉条更强。其次,加入FBS、HACS和MS提高了粉条中的直链淀粉含量,抑制了水分进入淀粉颗粒内部,膨胀度减小[23]。蒸煮损失是指粉条在煮制过程中固形物的损失,一般情况下越小越好。与对照相比,PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组的蒸煮损失显著降低(P<0.05)。

2.7 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条质构特性的影响

粉条的质构特性与粉条的感官品质密切相关[24]。FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条质构特性的影响结果见表5。

由表5可知,与对照相比,明矾粉条、PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组的硬度、内聚性及回复性显著增加(P<0.05)。与明矾粉条相比,PS+MS组的硬度和咀嚼度显著提高。与对照相比,添加FBS后,粉条的硬度、咀嚼度、内聚性及回复性均显著增加(P<0.05),且随着FBS添加量的增加,粉条的硬度、咀嚼度、内聚性和回复性显著上升(P<0.05),但是粉条的弹性与添加量无显著变化(P>0.05)。随着HACS添加量的增加,粉条的硬度显著上升(P<0.05),粉条的内聚性和回复性略微下降后不变。随着MS添加量的增加,粉条的硬度显著增加(P<0.05),内聚性和回复性显著下降(P<0.05),弹性无显著变化(P>0.05)。淀粉形成凝胶过程中,淀粉分子链通过氢键聚集,直链淀粉含量越高,氢键越多,从而粉条的硬度、弹性、内聚性和回复性增大[25]。

剪切强度可以评价粉条的咀嚼性,剪切强度越大说明咀嚼性越好。FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条剪切强度和拉伸强度的影响结果见表6。

表6 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条剪切强度和拉伸强度的影响

由表6可知,与对照纯马铃薯粉条相比,明矾粉条和PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组粉条的最大剪切力、剪切强度均显著增加(P<0.05),说明PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组的咀嚼度提高。拉伸强度可以反映粉条内部结构的稳定性,拉伸强度越高,说明内部结构越细腻,粉条越不容易断条。与对照纯马铃薯粉条相比,明矾粉条和PS+FBS、PS+HACS、PS+MS组粉条的拉伸强度均显著增加(P<0.05)。

2.8 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条感官评价的影响

感官评分直接反映了消费者对粉条的喜爱和接受程度[26],包括粉条的色泽、风味、黏性、口感等指标。由表7可知,添加FBS、HACS和MS后,粉条的色泽、弹性、黏性、咀嚼度及可接受性均有不同程度的提升。与对照纯马铃薯粉条和明矾粉条相比,PS+FBS组粉条的色泽较差,PS+HACS、PS+MS组粉条的色泽良好。PS+HACS组粉条的可接受度较差,与粉条硬度较高和弹性较差有关。相比之下,PS+FBS和PS+MS组粉条的可接受度较高。

表7 FBS、HACS和MS添加量对马铃薯粉条感官评价的影响

3 结论

本研究分别将蚕豆淀粉、高直链玉米淀粉以及两者的混合粉与马铃薯淀粉进行不同比例混合,结果表明,加入蚕豆和高直链玉米淀粉及混合粉均可以降低混合体系的膨胀度、溶解度,提高色泽、硬度、凝胶强度、最大破断力;加入蚕豆和高直链玉米淀粉及混合粉显著降低了粉条的断条率、膨润度及蒸煮损失,增强了粉条的硬度、内聚性、回复性、剪切强度和拉伸强度;在所有指标中,添加蚕豆和高直链玉米淀粉混合粉的变化最明显,在添加量为20%时感官评分最高。