添加細菌纖維素無明礬馬鈴薯淀粉粉條的實驗研究

郝建東，張 力，賀雅欣，劉照洋

(1. 天津科技大學化工與材料學院，天津 300457；2. 天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津 300457)

添加細菌纖維素無明礬馬鈴薯淀粉粉條的實驗研究

郝建東1，張 力2，賀雅欣2，劉照洋2

(1. 天津科技大學化工與材料學院，天津 300457；2. 天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津 300457)

用細菌纖維素替代明礬為食品添加劑，可制得品質較好的馬鈴薯淀粉粉條．通過品質測定確定當細菌纖維素的添加量為0.20%,時粉條品質最佳，糊湯度為0.113優于市售馬鈴薯淀粉粉條的0.335，斷條率與市售粉條相同均為0，咀嚼度為2.092,g與市售粉條的咀嚼度2.437,g接近．

細菌纖維素；粉條；馬鈴薯淀粉；食品添加劑

粉條在中國和韓國銷量很大，以綠豆、蠶豆、豌豆等豆類淀粉制作的粉條質量為佳，但價格較高．薯類、玉米產量大，淀粉價格低，但其不溶性直鏈淀粉含量少，制作的粉條易斷條糊湯，色澤差．添加明礬(KAl(SO4)2·12H2O)的傳統工藝可顯著改善粉條的品質[1]．馬鈴薯在我國年產量非常高，主要作為蔬菜和淀粉原料，價格低廉且無異味，是生產傳統粉條的主要原料[2]．但是，長期攝食含鋁的食物會影響腸道中礦物質元素的吸收，導致骨質疏松癥，同時也會影響神經系統傳導，致使腦神經細胞發育不良而智力低下．世界衛生組織已于1989年正式把鋁確定為食品污染物并要求加以控制．我國GB 2762—2012[3]規定食品中鋁含量不可超過100,mg/kg(干樣品)，折算成明礬的用量不可超過0.1%(干樣品)．

細菌纖維素(bacterial cellulose，BC)是由細菌產生的可被生物降解的天然納米結構高分子材料，并具有優于其他天然纖維素的許多特性，近年來成為國內外生物材料研究的熱點之一[4-5]，在食品工業中可以作為增稠劑、膠體填充劑和食品原料．BC作為天然纖維素同樣具有膳食纖維的減肥特性[6]．目前，已有將BC用于發酵香腸、酸奶及冰激凌的生產研究報道[7]，本文研究了BC替代明礬制作馬鈴薯淀粉粉條的配方和工藝．

1 材料與方法

1.1 原料

馬鈴薯淀粉(生粉)品質符合GB/T 8884—2007[8]，由無錫市天之源食品有限公司生產，規格為200,g×12袋．東北鄉村土豆粉條由齊齊哈爾弘旭淀粉有限公司生產．BC為本實驗室自行培養，實驗菌種為木葡糖醋酸桿菌(Acetobacter xylinum) CGMCC1.1812，由工業發酵微生物教育部重點實驗室保藏．

1.2 儀器

電子天平，上海精密儀器公司；電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；T100型標準疏解機，美國AMC公司；LM-20型壓面器，永康市千團貿易有限公司；YLER型電爐，永康市順翔電器廠；WFJ72型可見分光光度儀，上海光譜儀器有限公司；TA．XT Plus質構儀，英國Stable Micro System公司.

1.3 粉條制作方法

1.3.1 BC前處理

BC溶液的制備：取本實驗室制備的BC膜經堿洗、水洗去堿，加適量水疏解，均質得BC溶液．

BC含水率的測定：取5個稱量瓶用水洗干凈，置于電熱鼓風干燥箱中干燥后移入干燥器內冷卻，標記序號．用分析天平依次測每個瓶子的質量(含瓶蓋)，記為m0；向每個稱量瓶中依次加入5,mL BC溶液，測其質量，記為m1；將5個稱量瓶置于電熱鼓風干燥箱內干燥，烘烤完畢移入干燥器內冷卻至室溫后用分析天平逐一測其質量，記為m2，按式(1)計算含水率．

電熱鼓風干燥箱測定含水率設定條件一：105,℃干燥0.5,h．設定條件二：60,℃干燥2,h．每一條件測5組含水率取算數平均值，可知兩條件下的含水率誤差小于2%,，其平均含水率的均值為98.99%,．

1.3.2 制芡

制芡是制作粉條的主要工序．將少量馬鈴薯淀粉、BC溶液與適量的水混合，在水浴條件下緩慢加熱至馬鈴薯淀粉溶液糊化．期間朝著同一方向不斷攪拌，直至馬鈴薯淀粉溶液呈糊狀，顏色發青，即為熟芡．

1.3.3 和面

將制好的熟芡與適當的馬鈴薯淀粉混合，不斷揉搓，至面團表面光滑不粘手即可．

1.3.4 擠壓成型

將和好的面團放入壓面機內，事先將水燒至沸騰狀態，將粉條擠入水中沸煮2,min，鍋中的粉條要輕輕攪拌，防止因為沒有攪拌發生粘連和攪拌過猛發生斷條的情況．

1.3.5 冷卻、老化

將煮熟的粉條撈入4,℃的涼水中冷卻3,min，然后撈出粉條晾在架子上，0～25,℃條件下老化24,h得到干粉條；也可從涼水中撈出直接冷藏凍干．

1.4 制芡用水量的確定

在添加BC無明礬馬鈴薯淀粉粉條的研制過程中，通過前期多次的預實驗發現：當以10,g制芡馬鈴薯淀粉為基準時，制芡用水(含BC溶液中的水分)少于100,g時制得的熟芡較黏稠，和成的面團質地干硬，無法從擠壓器中擠出較好的粉條；反之，制芡用水(含BC溶液中的水分)大于140,g時制得的熟芡較稀，達不到要求的黏度，擠出的粉條都斷成2～3,cm的小段．于是將制芡用水(含BC溶液中的水分)控制在120,g，制成熟芡；用其與140～160,g馬鈴薯淀粉混合和面，得到了質地和擠壓效果較好的面團．

1.5 BC用量范圍的確定

BC以其溶液的方式添加，但在實驗中添加量均按其含水率折算成其中純BC質量計．通過實驗發現當BC的添加量小于0.14%,時，擠壓出的粉條易發生斷條，入水即斷裂成多根，無法制得符合要求的粉條；同時，當BC的添加量大于0.32%,時，擠壓出的粉條在水中易粘連成塊，并條效果尤其明顯．最終確定BC的添加量在0.14%～0.32%,，并在此區間內取不同點研究BC對粉條品質的影響．

1.6 粉條性能的測試

1.6.1 斷條率的測定

取20根沒有機械損傷的長度為20,cm的粉條，在1,L水中微沸煮30,min后過濾除水，數其中完整的粉條數，重復3次取平均值．斷條率按式(2)計算[7]．

1.6.2 糊湯度的測定

取10,g干粉條于200,mL沸水中，加熱沸騰20,min，期間不斷加沸水使之保持200,mL．取湯汁定容至200,mL，在可見分光光度儀650,nm處用1,cm比色皿測定其溶液的吸光度，每組樣品重復3次，取平均值[9]．

1.6.3 質構參數的測定

硬度：表示產品發生一定程度形變時產生的最大應力，數值為一次壓縮過程中的壓力峰值，單位為g.

黏聚性：指樣品內部黏結程度和抵抗外界破壞的能力，為第2次穿沖的做功面積除以第1次穿沖的做功面積．

彈性：表示物體在外力作用下發生形變，當撤去外力后恢復原來狀態的能力，數值上為除去外力后長度與原長度的比值．

咀嚼度：數值上為硬度、彈性和黏聚性三者的乘積，單位為g．

拉伸距離：表示粉條在外力作用下能夠被拉伸的最大距離，數值為粉條被拉伸到的最大長度減去粉條的原長度．

選取粗細均勻、無彎曲、無損傷的干粉條若干，在沸水中煮沸10,min后撈出進行硬度、黏聚性、彈性、咀嚼度和拉伸距離的測定．

測定硬度、黏聚性、彈性和咀嚼度時，吸去粉條表面水分，在每根粉條上3個不同位置截取長度0.5～1.0,cm，用游標卡尺量取其直徑，并計算平均值，然后用質構儀按照以下條件進行測定．每次測量1根，每組測3根，取平均值[9]．測試條件：探頭P36-R，觸發力5,g，測試前速度2,mm/s，測試速度1,mm/s，測試后速度1,mm/s．

測定拉伸距離時，吸去粉條表面水分，在每根粉條上截取長度5.5,cm，用質構儀進行測定，每次測試1根，每組測3根，計算平均值[8]．測試條件：探頭AKIE，觸發力5,g，測試前速度2,mm/s，測試速度3.3,mm/s，測試后速度10,mm/s，距離75,mm．

2 結果與分析

2.1 BC用量對斷條率的影響

根據BC用量的多少，分析其對粉條斷條率的影響，結果見表1．隨著BC用量的增加斷條率明顯下降；在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，BC用量達到0.17%,以上時，斷條率減小到零．其原因可能是，BC具有超精細網狀結構，當加入足夠量的BC會吸附淀粉膠粒，使其形成穩定的空間結構，增強淀粉粒之間的相互作用，進而實現粉條斷條率的下降．

表1 BC用量對粉條斷條率的影響Tab. 1 Effect of amount of BC on the broken bar rates of noodles

2.2 BC用量對糊湯度的影響

通過測定已制備好的添加BC的干粉條，加入水中煮沸后湯的吸光度，從而判斷其糊湯程度，結果如圖1所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，當BC用量為0.17%,時，此時湯的吸光度最大，即糊湯度最高；當BC用量為0.20%,時，此時湯的吸光度最小，即糊湯度最低．隨BC量的增加出現糊湯先增大后減小的現象，可能是由于BC分子帶有較多的—OH，持水能力較強[10]，自身分子間結合能力也較強，與馬鈴薯淀粉分子間結合能力也較強；在添加量較小的情況下，其分子間距離較遠，持水能力的表現突出，使粉條的結合水含量較高，在干燥后水分蒸發形成分子空位，煮粉條時BC分子復水困難[10]，難以在自身分子間和淀粉分子間形成有效的網狀結構，使淀粉分子較易溶于水中，導致糊湯度提高；當BC添加量逐漸加大后，其自身分子間與淀粉分子間的結合能力凸顯，形成網狀結構使淀粉分子較難溶入水中，導致糊湯度下降．

圖1 BC用量對粉條糊湯度的影響Fig. 1 Effect of amount of BC on the paste soup level of noodles

2.3 質構參數的結果與分析

2.3.1 BC用量對硬度的影響

采用質構儀對不同BC用量粉條的硬度進行測定，結果如圖2所示．

圖2 BC用量對粉條硬度的影響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，隨著BC用量的增加，粉條硬度也不斷增加；其中當BC用量在0.17%～0.25%,時，隨著BC用量的增加，粉條硬度有更快的增加趨勢．其可能原因是BC具有高化學純度和高結晶度[10]，且其含量越多淀粉分子間結合的越牢固，使粉條的硬度隨BC用量增加而增加．當BC量增大到一定量后，由于其持水量較大，BC的加入使粉條結構中的結合水增多，干燥時汽化了一部分結合水，在第二次水煮時由于BC的復水能力較差，汽化的這部分結合水不能重新加入網狀結構形成空位，削弱了其增強淀粉分子結合力的作用，使硬度的增加趨緩．

2.3.2 BC用量對黏聚性的影響

BC用量對粉條黏聚性的影響結果如圖3所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，隨著BC用量的增加，粉條的黏聚性先增加后下降，當BC用量為0.17%,時，粉條的黏聚性最大．其原因可能是由于BC與馬鈴薯淀粉分子的結合力，自身分子間的結合力都較強并且與水分子結合能力也較強，當加入量較少時引入的結合水較少，干燥后留下的分子空位也較少，形成的網狀結構較緊密，BC加強分子間作用力的作用明顯，當BC加入量較多時，引入的結合水較多，干燥后留下的分子空位也較多，削弱了網狀結構，粉條第二次水煮后由于BC復水性較差，空位不能被填補，從而出現黏聚性先增加后減小的現象．

圖3 BC用量對粉條黏聚性的影響Fig. 3 Effect of amount of BC on the cohesiveness of noodles

2.3.3 BC用量對彈性的影響

BC用量對粉條彈性的影響結果如圖4所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，當BC用量在0.17%～0.20%,時，粉條彈性變化較明顯且隨BC用量增加而減小．在前期實驗中曾發現，BC濕膜經擠壓后變形，當外力移除后形變不能恢復，這可能是導致粉條彈性隨BC加入量減小的原因．

2.3.4 BC用量對咀嚼度的影響

BC用量對咀嚼度的影響結果如圖5所示．在150,g和面淀粉和10,g制芡淀粉中，隨著BC用量的增加，粉條咀嚼度先增加后下降，但下降不明顯．其原因可能是BC具有很強的持水能力且能夠相互交織形成發達的超精細網絡結構，隨著BC含量的增加，粉條的結合水量增加且具有更好的空間結構，粉條的咀嚼度得到明顯改善；當BC用量超過一定限度時，由于其持水性較強，粉條含結合水量不斷增加，干燥后留下的空位增多，第二次水煮后不能填補的空位也較多，使得粉條的咀嚼度小幅度下降．

圖4 BC用量對粉條彈性的影響Fig. 4 Effect of amount of BC on the elasticity of noodles

圖5 BC用量對粉條咀嚼度的影響Fig. 5 Effect of amount of BC on the chewiness of noodles

2.3.5 BC用量對拉伸距離的影響

BC用量對粉條拉伸距離的影響如圖6所示．

圖6 BC用量對粉條拉伸距離的影響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，當BC用量為0.20%,時，粉條的拉伸距離最大．其可能原因是BC具有較強剛性，彈性模量大，纖維模數為一般纖維的數倍至10 倍以上，并且抗拉強度高且具有很強的持水能力．隨著BC用量的增加使得粉條的拉伸強度不斷增強；當超過一定限度時粉條含結合水率上升，水分一定程度阻礙了BC間形成緊密的網絡結構，使得粉條拉伸強度下降[10]．

2.4 BC最佳添加量的確定

將添加BC馬鈴薯淀粉粉條的5個添加量的5組性能綜合對比，確定了其中的最佳添加量．由表2可以看出：第3組的BC添加量適中，斷條率為零，說明粉條煮后不易斷，品相較好；吸光度最低，說明粉條煮后粉條中淀粉流失最少；硬度、彈性、黏聚性、咀嚼度均適中，表明粉條的口感相比于其他方案較好；拉伸距離為5組中最大．

表2 不同配方粉條的性能對比Tab. 2 Performance comparison of noodles made with different formulations

2.5 市售傳統馬鈴薯淀粉粉條與添加BC粉條的物性對比

選擇市場上品質優良的東北鄉村馬鈴薯淀粉粉條(由齊齊哈爾弘旭淀粉有限公司生產)，在相同的實驗條件下對其進行物性測試，結果見表3．

表3 市售傳統馬鈴薯淀粉粉條與BC粉條的物性數據對比Tab. 3 Physical property comparison of traditional potato starch noodles and BC noodles

粉條的斷條率和糊湯度為消費者在煮粉條時用視覺即可直接判斷的指標，咀嚼度為食物口感的綜合指標也可直接感知；而硬度、黏聚性、彈性、拉伸距離消費者較難準確判斷，需通過專用設備測定．因此，在粉條諸多物性數據中最重要的指標為斷條率、糊湯度和咀嚼度．由對比結果可以看出：在斷條率方面添加BC馬鈴薯淀粉粉條和市售粉條保持一樣的水平；但在糊湯度方面添加BC馬鈴薯淀粉粉條糊湯度小于市售粉條的糊湯度，這說明在水煮條件下添加BC馬鈴薯淀粉粉條淀粉溶于水中的質量小于市售粉條，咀嚼度和黏聚性與市售粉條接近，這說明添加BC的馬鈴薯淀粉粉條的品質在重要指標上都接近或超過了市售馬鈴薯淀粉粉條．雖然硬度、彈性和拉伸強度與市售粉條各數據有一定差異，但不同消費者對粉條口感的要求各不相同．所以，可以說添加BC的馬鈴薯淀粉粉條已經達到了市售粉條的一般要求，并且在有些方面優于市售粉條．

3 結 語

將BC作為食品添加劑取代明礬應用于制作馬鈴薯淀粉粉條，與市售傳統馬鈴薯粉條相比，添加BC粉條最重要的性質達到或超過了市售粉條的性質，表明了BC用于粉條的生產是可行的．

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責任編輯：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

國家級大學生創新創業資助項目(201410057122)

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