潘牧，劉輝，石義權(quán)，李俊*

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 生物技術(shù)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550006；2.貴州省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550006；3.貴州神康原生態(tài)食品有限公司，貴州 黔南 550600）

紅薯粉絲作為一種傳統(tǒng)食品，因其口感軟糯絲滑深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。隨著人們生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)紅薯粉絲更加青睞，同時(shí)對(duì)紅薯粉絲的品質(zhì)要求越來(lái)越高。粉絲以淀粉為原料加工而成，因此，粉絲的品質(zhì)與紅薯淀粉的性質(zhì)密切相關(guān)[1]。淀粉由支鏈淀粉和直鏈淀粉組成[2]。通常認(rèn)為直鏈淀粉含量越高，粉絲的品質(zhì)越好[3]，因?yàn)橹ф湹矸劬哂卸喾种ЫY(jié)構(gòu)，而直鏈淀粉通常呈線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，其空間位阻更小[4]，因此，直鏈淀粉更容易發(fā)生老化從而提高粉絲的品質(zhì)。李敏等[5]發(fā)現(xiàn)相比于紅薯粉絲，綠豆粉絲口感更加爽滑，蒸煮損失率更低，這是因?yàn)榫G豆淀粉直鏈淀粉含量更高。由于紅薯淀粉直鏈淀粉含量較低，在蒸煮過(guò)程中，紅薯粉絲容易斷條糊湯。為了改善紅薯粉絲的品質(zhì)，通常利用明礬增加其韌性和耐煮性，但明礬對(duì)人體有害，過(guò)度食用明礬會(huì)導(dǎo)致記憶力衰退、智力下降等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)一種綠色無(wú)害、提高紅薯粉絲品質(zhì)的工藝具有重要意義。直鏈淀粉含量是調(diào)控紅薯粉絲品質(zhì)變化的重要參數(shù)，提高紅薯淀粉直鏈淀粉含量是改善紅薯粉絲品質(zhì)的重要思路。

普魯蘭酶是一種常用的脫支酶，其能夠?qū)Ｒ恍运獾矸壑械摩?1，6 糖苷鍵[6-7]，使支鏈淀粉的分支鏈脫離主干，從而形成具有線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的短直鏈淀粉，進(jìn)而提高淀粉體系中直鏈淀粉含量。同時(shí)，根據(jù)世界衛(wèi)生組織及我國(guó)GB 1886.174—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑食品工業(yè)用酶制劑》的相關(guān)要求，普魯蘭酶可在食品加工中使用。高能球磨法是一種通過(guò)機(jī)械力引發(fā)物質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)變化的改性方法，該方法改性過(guò)程中不引入化學(xué)試劑，具有環(huán)保、安全的特點(diǎn)[8-9]。郎雙靜等[10]發(fā)現(xiàn)球磨處理能夠增加直鏈淀粉含量，降低淀粉凝膠的黏性。通過(guò)普魯蘭酶和球磨單一處理提高紅薯粉絲品質(zhì)的研究已有相關(guān)報(bào)道，但兩者協(xié)同處理對(duì)紅薯粉絲品質(zhì)的影響鮮有報(bào)道。本研究基于球磨和普魯蘭酶協(xié)同提高直鏈淀粉含量原理，開(kāi)發(fā)一種改善紅薯粉絲品質(zhì)的新方法，對(duì)紅薯粉絲的工業(yè)化及高值化生產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

紅薯淀粉：天津頂峰開(kāi)發(fā)有限公司；普魯蘭酶（60 U/mL）：北京諾維信公司；K-AMYL 直鏈淀粉試劑盒：Megazyme（愛(ài)爾蘭）公司；無(wú)水磷酸氫二鈉、無(wú)水檸檬酸（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

IS10 型衰減全發(fā)射傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier-transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）：美國(guó)Thermo-Nicolet 科學(xué)儀器有限公司；GZX-9146MBE 電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠(chǎng)；OMNIC 8.2 光譜處理軟件、DXRZxi 拉曼光譜儀：賽默飛科技有限公司；RVA-4500 型快速黏度分析儀（rapid visco analyser，RVA）：澳大利亞Perten 公司；TA XT plus 型物性分析儀：英國(guó)Stable Micro Systems 公司；MINI ZETA 03E高能濕法球磨儀：德國(guó)Netzsch 公司。

1.3 方法

1.3.1 改性紅薯淀粉的制備

1.3.1.1 球磨預(yù)處理淀粉（sweet potato starch-ball milling，SPS-B）

取未處理的紅薯淀粉（sweet potato starch，SPS）配制濃度為8%的懸浮液，通過(guò)料斗加入高能濕法球磨儀中處理20 min。球磨過(guò)程中采用低溫循環(huán)水裝置對(duì)球磨外壁進(jìn)行降溫。球磨處理結(jié)束后，淀粉漿置于燒杯中備用。

1.3.1.2 普魯蘭酶處理淀粉（sweet potato starch-enzyme，SPS-E）

向濃度為8%的淀粉乳中加入普魯蘭酶（120 U/g），攪拌均勻，55 ℃下反應(yīng)30 min，酶解后的淀粉凍干，研磨并過(guò)100 目網(wǎng)篩，用于指標(biāo)測(cè)定。

1.3.1.3 球磨協(xié)同普魯蘭酶處理淀粉（sweet potato starch-ball milling and enzyme，SPS-BE）

向球磨處理后的淀粉乳中加入普魯蘭酶（120 U/g），攪拌均勻，55 ℃下反應(yīng)30 min，酶解后的淀粉凍干，研磨并過(guò)100 目網(wǎng)篩，用于指標(biāo)測(cè)定。

1.3.2 直鏈淀粉含量測(cè)定

原淀粉和改性淀粉直鏈淀粉含量采用K-AMYL直鏈淀粉試劑盒測(cè)定[11]。

1.3.3 淀粉短程有序性測(cè)定

將適量淀粉樣品放置于FTIR 的衰減全反射附件（attenuated total reflection，ATR）晶體表面，測(cè)試參數(shù)：掃描范圍為4 000～400 cm-1，掃描次數(shù)為32 次，分辨率為4 cm-1。

1.3.4 淀粉糊化特性測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取3.0 g 淀粉樣品于鋁盒內(nèi)，加入一定質(zhì)量的去離子水，混合均勻，將鋁盒放入RVA 快速黏度分析儀中按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行測(cè)定。

1.3.5 紅薯粉絲的制備

配制一定濃度的淀粉乳，沸水浴中加熱20 min，使其完全糊化。糊化的淀粉經(jīng)過(guò)壓面成型后，浸入冷水中冷卻，然后自然風(fēng)干。

1.3.6 淀粉凝膠性質(zhì)測(cè)定

配制10 g/100 mL 濃度的淀粉乳，于沸水中加熱20 min，使其完全糊化，將糊化的淀粉置于特制的模具中，4 ℃放置24 h 后，取出直徑為3 cm 的圓柱形凝膠測(cè)定其凝膠性質(zhì)。具體測(cè)定條件：探頭類(lèi)型P36，感應(yīng)力0.196 N，壓縮形變50%，測(cè)試速度1.00 mm/s。

1.3.7 粉絲拉伸強(qiáng)度測(cè)定

取一定長(zhǎng)度的粉絲，沸水浴加熱20 min，冷卻備用。利用A/SPR 探頭進(jìn)行測(cè)定，拉伸速度為3.0 mm/s。

1.3.8 粉絲斷條率測(cè)定

選擇20 根成品粉絲于燒杯中，煮沸20 min，通過(guò)公式（1）計(jì)算粉絲的斷條率。

式中：R 為斷條率，%；Ci和Cf分別為煮前和煮后保持完整的粉絲條數(shù)。

1.3.9 粉絲蒸煮損失率測(cè)定

將5 g 粉絲在65 ℃烘箱中干燥至恒重，稱(chēng)取一定質(zhì)量的粉絲（m1，g）置于盛有沸水的燒杯中，煮沸20 min，加熱過(guò)程中保持水量恒定。粉絲冷卻后，用濾紙吸干表面水分，并記錄其質(zhì)量。將濕粉絲置于烘箱中干燥至恒重，并記錄質(zhì)量（m2，g）。蒸煮損失率（Rz，%）通過(guò)公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

1.3.10 感官評(píng)價(jià)

將形貌相似的紅薯粉絲在沸水中加熱20 min，取出冷卻后用于感官評(píng)價(jià)。選擇15 位具有感官評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的人員對(duì)粉絲的不同屬性做出評(píng)價(jià)，將每個(gè)屬性的平均值作為最終評(píng)分。粉絲感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 粉絲感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria of sweet potato vermicelli

1.4 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)SPSS 22.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，每組試驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用Origin－Pro 2021 進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 直鏈淀粉含量變化

不同樣品的直鏈淀粉含量如圖1 所示。

圖1 紅薯淀粉直鏈淀粉含量Fig.1 Amylose content of sweet potato starch

由圖1 可知，SPS 的直鏈淀粉含量為24.16%，經(jīng)球磨和酶解單一處理后，直鏈淀粉含量分別增加12.83%和27.52%。α-1，6 糖苷鍵主要位于淀粉的無(wú)定型區(qū)，球磨處理能夠破壞支鏈淀粉的α-1，6 糖苷鍵，產(chǎn)生線(xiàn)性支鏈段，從而導(dǎo)致直鏈淀粉含量增加[12]。Liu 等[13]研究發(fā)現(xiàn)球磨處理后木薯淀粉直鏈淀粉含量增加，支鏈淀粉分子量更大，且具有多分支結(jié)構(gòu)，在剪切力作用下更容易被破壞，形成線(xiàn)性短鏈。普魯蘭酶能夠?qū)Ｒ恍运庵ф湹矸壑械摩?1，6 糖苷鍵，從而產(chǎn)生短直鏈淀粉[14]，相比于球磨處理，酶解能夠更有效增加淀粉的直鏈淀粉含量，這表明酶催化效率更高，反應(yīng)速率更快。SPS-BE 直鏈淀粉含量顯著高于SPS-B 和SPS-E的直鏈淀粉含量，表明球磨協(xié)同酶處理能夠進(jìn)一步提高紅薯淀粉的直鏈淀粉含量。一方面，球磨處理能夠破壞支鏈淀粉的α-1，6 糖苷鍵，殘余的支鏈淀粉能夠被酶進(jìn)一步水解。另一方面，球磨與淀粉顆粒之間以及淀粉顆粒與淀粉顆粒之間的摩擦力和剪切力導(dǎo)致淀粉顆粒受損，粒徑下降，有利于酶的水解。因此，球磨協(xié)同普魯蘭酶處理能夠提高紅薯淀粉直鏈淀粉含量，且其效果優(yōu)于球磨和普魯蘭酶單一處理。

2.2 短程有序性測(cè)定

采用傅里葉紅外光譜對(duì)紅薯淀粉進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖2 和圖3 所示。

圖2 紅薯淀粉的傅里葉變換紅外光譜Fig.2 Fourier transform infrared spectra of sweet potato starch samples

圖3 紅薯淀粉去卷積光譜Fig.3 Deconvolution spectra of sweet potato starch samples

從圖2 中可以看出，3 400 cm-1處代表O—H 振動(dòng)，與淀粉的氫鍵相互作用有關(guān)。FTIR 光譜能夠反映淀粉的短程有序性，1 047 cm-1和1 022 cm-1處的吸光度分別與結(jié)晶區(qū)和無(wú)定型區(qū)相關(guān)，因此，1 047 cm-1和1 022 cm-1的比值（R1047/1022）能夠評(píng)估淀粉短程有序性的數(shù)量[15-16]。R1047/1022的數(shù)值可通過(guò)傅里葉去卷積獲得，樣品R1047/1022的結(jié)果如圖4 所示。

圖4 紅薯淀粉R1 047/1 022 值Fig.4 R1 047/1 022 values of sweet potato starch samples

由圖3、圖4 可知，SPS 的R1047/1022數(shù)值顯著高于SPS-B、SPS-E 和SPS-BE。經(jīng)球磨和酶解處理后R1047/1022的數(shù)值顯著低于原淀粉的紅外比值，表明樣品的短程有序性下降，結(jié)果與文獻(xiàn)[17-18]類(lèi)似。短程有序性與螺旋結(jié)構(gòu)的局部有序排列密切相關(guān)，且淀粉的結(jié)晶區(qū)主要由支鏈淀粉構(gòu)成，而直鏈淀粉形成無(wú)定型區(qū)[19]。球磨和酶解處理過(guò)程中，α-1，6 糖苷鍵斷裂，導(dǎo)致支鏈淀粉結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)晶區(qū)減少，從而導(dǎo)致R1047/1022的數(shù)值降低。同時(shí)，短直鏈淀粉的形成導(dǎo)致螺旋結(jié)構(gòu)的局部排列更加無(wú)序。SPS-BE 的R1047/1022數(shù)值分別比SPS-B和SPS-E 降低0.060 和0.034。相比于球磨和酶解單一處理，球磨協(xié)同酶解處理后，支鏈淀粉結(jié)構(gòu)破壞程度更高，產(chǎn)生的短直鏈淀粉更多，因此其短程有序性更低。

2.3 糊化特性

淀粉糊的性質(zhì)與粉絲的品質(zhì)密切相關(guān)，采用RVA測(cè)定淀粉的糊化性質(zhì)，相關(guān)參數(shù)如表2 所示。

表2 紅薯淀粉的糊化特性Table 2 Gelatinization properties of sweet potato starch samples cp

峰值黏度與淀粉顆粒的溶脹有關(guān)，加熱過(guò)程中，淀粉顆粒膨脹相互擠壓導(dǎo)致淀粉糊黏度上升。攪拌過(guò)程中，在剪切力作用，顆粒崩解，淀粉糊黏度下降[20]。由表2 可知，SPS 的峰值黏度顯著高于其他3 種樣品，這可能是因?yàn)樵谇蚰ズ兔附馓幚磉^(guò)程中，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞，更容易溶脹破裂。隨溫度下降，淀粉發(fā)生回生，在氫鍵、范德華力等非共價(jià)鍵作用下，淀粉鏈發(fā)生有序重排，形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致淀粉糊的黏度提高?；厣凳亲罱K黏度和谷值黏度的差值，回生值越大則證明淀粉回生越快，冷淀粉糊的穩(wěn)定性越高[21-22]。淀粉的回生特性在一定程度上決定了粉絲的品質(zhì)。球磨和酶解處理后淀粉樣品的回生值顯著高于原紅薯淀粉，表明淀粉的回生速率和穩(wěn)定性提高。相比于原淀粉，球磨和酶解處理后，直鏈淀粉含量升高，而直鏈淀粉回生速度顯著高于支鏈淀粉且直鏈淀粉具有線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，有利于形成良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)[23]。因此，球磨協(xié)同酶解處理能夠提高紅薯淀粉糊的回生速率和穩(wěn)定性。SPS-B、SPS-E 和SPS-BE 的回生值分別為1 215、1 258、1 313 cp，這表明球磨和酶解協(xié)同處理的淀粉樣品，回生速率最快。衰減值是指峰值黏度與谷值黏度的差值，衰減值與淀粉糊的穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)[24]。經(jīng)球磨和酶解處理后，淀粉糊的衰減值顯著降低，表明淀粉糊抵抗外力的能力增強(qiáng)，這可能與良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。

2.4 凝膠特性

糊化的淀粉在冷卻過(guò)程中會(huì)發(fā)生回生現(xiàn)象，無(wú)序的淀粉鏈在氫鍵作用下相互纏繞形成具有彈性和強(qiáng)度的凝膠，淀粉凝膠的性質(zhì)一定程度上反映了粉絲的品質(zhì)。紅薯淀粉的凝膠特性見(jiàn)表3。

表3 紅薯淀粉凝膠特性Table 3 Gel properties of sweet potato starch samples

由表3 可知，SPS 的硬度顯著低于SPS-B、SPS-E和SPS-BE。球磨和酶處理均能夠顯著增加淀粉的直鏈淀粉含量[25-27]，直鏈淀粉具有線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，空間位阻小，更容易發(fā)生有序重排形成晶體結(jié)構(gòu)，形成更多的交聯(lián)位點(diǎn)。同時(shí)，直鏈淀粉能夠作為晶種加速支鏈淀粉回生[28]，而凝膠的硬度主要依賴(lài)于支鏈淀粉[29]。SPS的直鏈淀粉含量低于SPS-B、SPS-E 和SPS-BE，因此其具有更低的硬度。同時(shí)，經(jīng)球磨和酶處理后，淀粉凝膠的彈性、黏性、回復(fù)性和咀嚼性均提高，這可能與淀粉凝膠性能的提高有關(guān)，直鏈淀粉含量增加，淀粉形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)更加完善。

2.5 拉伸強(qiáng)度

拉伸強(qiáng)度在一定程度上反映了粉絲的韌性，SPS、SPS-B、SPS-E 和SPS-BE 的拉伸強(qiáng)度結(jié)果如圖5 所示。

圖5 紅薯粉絲的拉伸強(qiáng)度Fig.5 Tensile strength of sweet potato vermicelli

由圖5 可知，SPS 的拉伸強(qiáng)度顯著低于SPS-B、SPS-E 和SPS-BE，表明球磨和酶解處理均能夠增強(qiáng)粉絲的拉伸強(qiáng)度。同時(shí)，SPS-BE 具有最高的拉伸強(qiáng)度，這表明球磨協(xié)同酶解處理能夠更好地增強(qiáng)粉絲的韌性。粉絲拉伸強(qiáng)度的提高與淀粉的凝膠網(wǎng)絡(luò)有關(guān)，球磨和酶解處理使淀粉中直鏈淀粉含量增加，提高了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)的韌性和強(qiáng)度，從而使粉絲具有更大的拉伸強(qiáng)度。球磨協(xié)同酶解處理后，SPS-BE 的拉伸強(qiáng)度為SPS 的1.35 倍。

2.6 蒸煮特性

紅薯粉絲經(jīng)過(guò)蒸煮后才能食用，因此，蒸煮特性對(duì)于評(píng)估粉絲的品質(zhì)至關(guān)重要。斷條率是評(píng)估粉絲品質(zhì)好壞最直觀(guān)的指標(biāo)，斷條率高則證明粉絲品質(zhì)差。粉絲烹煮性越好，則斷條率越低。紅薯粉絲的蒸煮特性見(jiàn)表4。

表4 紅薯粉絲的蒸煮特性Table 4 Cooking properties of sweet potato vermicelli

由表4 可知，經(jīng)球磨和酶解協(xié)同處理后，紅薯粉絲的斷條率降低了12.56%，表明粉絲的耐煮性提高。粉絲耐煮性的提高與淀粉凝膠性能有關(guān)。由于直鏈淀粉含量的提高，在制備粉絲的過(guò)程中淀粉回生能夠形成更加完善的凝膠網(wǎng)絡(luò)，在加熱復(fù)水過(guò)程中，粉絲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)韌，從而使粉絲具有更強(qiáng)的耐煮性。而SPS 直鏈淀粉含量低，在加熱復(fù)水過(guò)程中，粉絲的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容易被破壞，導(dǎo)致粉絲發(fā)生斷裂。相比于球磨和酶解單一處理，兩者協(xié)同作用能夠更顯著地增加直鏈淀粉含量，因此SPS-BE 的斷條率低于SPS-B 和SPS-E。石彬等[30]同樣發(fā)現(xiàn)，提高淀粉的直鏈淀粉含量能夠降低粉絲的斷條率。蒸煮損失率也是反映粉絲性質(zhì)的重要指標(biāo)。蒸煮損失率越高，則證明粉絲的質(zhì)量損失率越高。淀粉糊化后，直鏈淀粉分子在氫鍵作用下發(fā)生有序重排[31]，形成致密的結(jié)構(gòu)，抑制了淀粉的溶解和溶脹。因?yàn)镾PS-BE 直鏈淀粉含量最高，因此，其蒸煮損失率最低。綜上，球磨協(xié)同酶解處理能夠顯著降低粉絲的斷條率和蒸煮損失率。

2.7 感官評(píng)價(jià)

紅薯粉絲的感官評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)于評(píng)估粉絲品質(zhì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)榉劢z生產(chǎn)提供更準(zhǔn)確的要求。按照表1 的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紅薯粉絲進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 紅薯粉絲的感官評(píng)價(jià)Fig.6 Sensory evaluation of sweet potato vermicelli

粉絲的口感是人們?cè)谙M(fèi)時(shí)的首先關(guān)注點(diǎn)。由圖6 可知，SPS 口感偏軟且存在黏膩感，而經(jīng)球磨或酶解處理后，粉絲口感明顯改善。粉絲的硬度和彈性增強(qiáng)，且黏膩感降低。這可能是因?yàn)榍蚰セ蛘呙附馓幚砭岣吡思t薯淀粉的直鏈淀粉含量，SPS-B、SPS-E 和SPS-BE 能夠形成更好的凝膠網(wǎng)絡(luò)，且在直鏈淀粉晶種促進(jìn)下回生速率更快，凝膠性能更好，因此其口感更好。在組織形態(tài)方面，紅薯粉絲經(jīng)酶解或球磨處理后也發(fā)生顯著改善，斷條數(shù)量明顯減少，且粉絲整體結(jié)構(gòu)更為均一，這與斷條率的結(jié)果一致。粉絲除了組織形態(tài)和口感得到改善以外，其色澤也變得更為透明。而球磨和酶解處理不會(huì)對(duì)粉絲的氣味產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)球磨和普魯蘭酶協(xié)同處理紅薯淀粉，并以改性后的紅薯淀粉為原料制備了紅薯粉絲。經(jīng)球磨和普魯蘭酶協(xié)同處理后，紅薯淀粉直鏈淀粉含量顯著提高。紅薯淀粉的凝膠特性和回生特性增強(qiáng)。相比于球磨和普魯蘭酶單一處理，球磨協(xié)同普魯蘭酶處理能夠更顯著地改善紅薯粉絲的口感、彈性和韌性，并有效減少了紅薯粉絲的斷條率。球磨協(xié)同普魯蘭酶處理具有效率高、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，本研究對(duì)高品質(zhì)紅薯粉絲的生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。