食品凝膠添加劑替代明礬對蕎酥質構與風味特性的影響

周羅娜， 黃 珊， 劉 輝*， 李 俊， 賀圣凌， 盧 揚， 劉思睿， 曾 勇， 陳昌恒

(1.貴州省生物技術研究所， 貴州 貴陽 550006； 2.貴州省農業生物技術重點實驗室， 貴州 貴陽 550006； 3.威寧縣蔣鳳明苦蕎系列食品廠， 貴州 威寧 553100； 4.貴州綾綺源生物科技開發有限責任公司， 貴州 赫章 553200)

0 引言

【研究意義】苦蕎學名為韃靼蕎麥(Fagopyrumtataricum)，屬一年生或多年生宿根植物，起源于我國西南部，現遍布于亞洲、歐洲和北美洲[1]。苦蕎主要成分為淀粉、蛋白質、膳食纖維等，同時含有豐富的微量元素、礦物質[2]以及蒽醌類、酚酸、黃酮類[3]等功能成分，營養均衡，對心血管及生殖、消化、內分泌、神經、肝臟系統具有廣泛的調節作用，是藥食同源植物[4-7]，常用于加工饅頭、饃干、餅干及面包等食品[8-11]。蕎酥主要原料為苦蕎粉，是貴州省威寧彝族苗族自治縣的特色糕點，具有酥脆可口、味道鮮甜、口感清爽等特點，深受消費者青睞。目前，蕎酥生產中常添加適量明礬以保持其形狀，雖然明礬用作食品添加劑歷史悠久，但現代研究發現明礬對人體存在一定程度的危害[12]。因此，開展蕎酥中明礬替代物篩選研究對蕎酥品質的提升及食品安全具有重要的現實意義。【前人研究進展】因苦蕎粉缺少面筋蛋白，不易形成面團，缺乏粘彈性，導致在蕎酥制作過程中易松散，所以在傳統制作過程中需添加明礬保持蕎酥形狀[13-14]。有研究表明，明礬含有的鋁離子在人體內積累會損害大腦及神經細胞，引起癡呆、記憶力衰退、腦萎縮等癥狀[12]，為此，國家標準規定面制品中鋁含量≤100 mg/kg[15]，以限制食品中含鋁添加劑的使用，保證食品安全性。【研究切入點】目前，關于面制食品中明礬替代物的研究鮮有報道，貴州省生物技術研究所在前期研究中發現，在蕎酥生產過程中通過添加黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠及谷朊粉等凝膠添加劑可改善蕎酥的感官品質，4種添加劑對蕎酥的塑型作用與明礬相似。因此，開展4種添加劑替代明礬生產蕎酥的試驗研究具有重要意義。【擬解決的關鍵問題】首先通過單因素試驗研究4種添加劑對苦蕎粉流變學性質、糊化特性以及凝膠質構性質的影響，再通過正交試驗對4種添加劑進行復配代替明礬，對比分析復配添加劑與添加明礬蕎酥的微觀結構、感官評價和質構特性，旨在篩選出明礬替代添加劑配方，為蕎酥品質提升及食品安全提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 蕎酥原料及添加劑 蕎酥主要原料苦蕎粉由貴州省威寧縣東方神谷有限責任公司提供，蕎酥輔料白砂糖、紅糖、雞蛋及菜籽油購自京東自營超市。添加劑黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉和明礬均購自河南萬邦實業有限公司，均為食品級。

1.1.2 儀器設備 TA20多功能質構儀(上海保圣實業發展有限公司)，MCR 102型動態流變儀(奧地利Anton Paar有限公司)，BSA224S-CW電子天平〔賽多利斯科學儀器(北京)有限公司〕，LD-DL5212廚師機(廣東龍的集團有限公司)，MG38CB-AA多功能電烤箱(美的集團有限公司)，SCIENTZ-10YG/A冷凍干燥機(寧波新芝凍干設備有限公司)，SU8020掃描電鏡(日本日立公司)。

1.2 方法

1.2.1 單因素試驗 以苦蕎粉流變性質、糊化特性、凝膠質構特性為評價指標，以黃原膠(A)、魔芋膠(B)、瓜爾豆膠(C)和谷朊粉(D)作添加劑試驗因子，以未加入添加劑的處理作為空白對照(CK1)，以蕎酥制作過程中傳統添加劑明礬(添加量為0.6%)處理作添加劑對照(CK2)，進行單因素試驗，各因子添加量見表1，添加量表示各添加劑占主料苦蕎粉的質量百分比。

表1 單因素試驗不同水平各添加劑的添加量

1.2.2 添加劑復配正交試驗 在單因素試驗基礎上，以黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉添加量為因素，根據4因素3水平正交試驗方法進行添加劑復配組合試驗，以苦蕎粉流變性質、糊化特性、凝膠質構特性為指標，明確最佳明礬代替物的添加劑復配組合。正交試驗因素水平見表2，9個復配添加劑組合水平見表3。

表2 正交試驗不同水平各添加劑的添加量

1.2.3 指標測定

1) 流變性質。用燒杯稱取40 g苦蕎粉，加入50 mL蒸餾水充分攪拌溶解，各添加劑按比例添加，取完全溶解的樣品5 mL均勻放入流變儀測試平臺，選擇黏度測試模式，測試溫度25℃，測試時間200 s，測試間隔時間1 s，剪切速率200 1/s；取測試時間191～200 s內10個相對穩定點，考察苦蕎粉應力、黏度與法向應力，每組測試3次重復。

表3 正交試驗各復配處理添加劑的添加量

2) 糊化特性。用燒杯稱取40 g苦蕎粉，加入50 mL蒸餾水充分攪拌溶解，各添加劑按比例添加，取完全溶解的樣品5 mL均勻放入流變儀測試平臺，間隙設置為1 000 μm，形變為2%，角頻率為5 rad/s。采用動態振蕩程序，溫度從20℃升溫到100℃，考察苦蕎粉不同溫度條件的損耗模量(G")。

3) 凝膠質構特性。用燒杯稱取15 g苦蕎粉，加入50 mL蒸餾水充分攪拌溶解，各添加劑按比例添加，充分混勻后沸水浴糊化10 min后裝入50 mL燒杯中，4℃冰箱放置24 h。測試時將整個凝膠從燒杯中倒出，在質構儀上進行質構測定。參數設定：質構儀P25探頭，探頭量程：25 N；測定模式：壓縮模式，運行速度：40 mm/min，壓縮形變量：50%；觸發感應力0.038 N。考察苦蕎粉的硬度、粘附性、內聚性、彈性、膠粘性和咀嚼性。每組測試重復3次。

4) 蕎酥品質測定。蕎酥制作：將質量比為1∶1的白砂糖和紅糖放入鍋中加熱煮化后加入油120℃熬制8 min，將添加劑、蛋液與熬制好的糖和油充分混合后加入苦蕎粉，均勻和面，面團放入發酵桶中，25℃發酵7 h。發酵完成的面團充分攪拌均勻后壓成直徑約5.5 cm、厚度約0.5 cm的餅，放入烤箱，底火、面火230℃烘烤10 min。

以苦蕎面粉質量為基準，制作蕎酥的基礎配方為苦蕎粉100%、糖(白砂糖︰紅糖=1︰1)15%、油15%、蛋9%、水10%。根據試驗設計，分別制作不添加添加劑的蕎酥(空白對照CK1)、添加明礬的蕎酥(明礬對照CK2)和添加最優復配添加劑的蕎酥，對比分析3種蕎酥的品質差異。

蕎酥微觀結構評價。將制作完成的蕎酥樣品放入冷凍干燥機中進行冷凍干燥，取其表面、截面樣品離子濺射噴金后，在掃描電鏡下觀察微觀結構。

蕎酥感官評分。通過查閱相關文獻，制定蕎酥評分標準。選取10位食品專業人員，從外觀形態、色澤、風味、組織形態5個方面對蕎酥品質進行感官評定，采用百分制評分，每個指標最高分為20分，5個指標滿分100分。蕎酥感官評分標準見表4。

表4 蕎酥感官評分標準

2 結果與分析

2.1 不同添加劑處理苦蕎粉的加工性質

2.1.1 苦蕎粉流變性質 應力和黏度是反映流變性質的重要指標，應力代表在受外力而產生形變時，物體內各部分之間產生單位面積上的內力；法向應力反映同截面的垂直內力；黏度反映分子間相互吸引力的大小。由表5可知，樣品應力、黏度、法向應力CK1分別為84.32 Pa、0.30 Pa·s、-47.39 Pa， CK2分別為139.93 Pa、0.71 Pa·s、38.46 Pa，CK1低于CK2以及其他4種添加劑處理，CK2低于其他4種添加劑處理。表明，黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉添加劑能改善苦蕎粉流變性質。

表5 不同添加劑處理苦蕎粉的流變性質

苦蕎粉應力、黏度、法向應力隨黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉添加量的增加而增高，表明苦蕎粉應力、黏度、法向應力與黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉的添加量呈正相關。

2.1.2 苦蕎粉糊化特性 損耗模量(G")又稱黏性模量，表示物料受到力的作用時阻礙其流動的特性，G"越大表明物料受到力的作用時越不易流動，形成的網絡結構越致密。從圖1看出，加入添加劑的處理(CK2、黃原膠、魔芋膠、谷朊粉)G"較不加入添加劑的處理(CK1)大，隨添加量增加，G"呈先增后減趨勢。其中，黃原膠處理(圖1a)添加量為0.6%時G"最大，魔芋膠(圖1b)、瓜爾豆膠(圖1c)、谷朊粉(圖1d)處理添加量為0.4%時G"最大；4個添加劑處理的G"最高值均高于CK2。表明，黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉添加劑能改善苦蕎粉糊化特性，增加苦蕎粉內部網絡結構的效果優于明礬。

從20℃加熱到100℃過程中，所有樣品的G"在最開始加熱的一段時間內基本無明顯變化，CK1、CK2、魔芋膠、瓜爾豆膠和谷朊粉處理的樣品在溫度75℃左右達最大值，黃原膠處理在溫度為80℃左右達最大值。說明，不同添加劑苦蕎粉適宜的糊化溫度存在一定差異。隨溫度繼續升高，G"快速下降，這是由于高溫使得形成三維結構的直鏈淀粉遷移能力增強，凝膠網格中的部分氫鍵斷裂，穩定的結構瓦解，導致G"下降[16]。隨添加量增加，G"值先增大后減小，可能是由于添加劑量太大使淀粉分子鏈間的氫鍵堆積結晶，從而影響其糊化性質。

2.1.3 苦蕎粉質構性質 從表6看出，4種添加劑對苦蕎粉的硬度、粘附性、彈性、膠粘性、咀嚼性上均有明顯影響，且均隨添加量增加呈先升后降趨勢，與苦蕎粉糊化特性一致。其中，黃原膠和魔芋膠均在添加量為0.4%時，硬度、粘附性、彈性、膠粘性、咀嚼性達最大值，黃原膠處理分別為1.13 N、1.44 mJ、1.74 mm、0.68 N、1.18 mJ，魔芋膠處理分別為1.23 N、1.47 mJ、1.8 mm、0.67 N、1.2 mJ；瓜爾豆膠和谷朊粉分別在添加量為0.8%和0.6%時硬度、粘附性、彈性、膠粘性、咀嚼性達最大值，瓜爾豆膠處理分別為1.12 N、1.47 mJ、1.8 mm、0.66 N、1.9 mJ，谷朊粉處理分別為1.97 N、1.26 mJ、1.73 mm、1.37 N、1.99 mJ。4種添加劑處理苦蕎粉質構性質指標的最高值均大于CK2。

表6 不同添加劑處理苦蕎粉的質構性質

2.2 不同添加劑復配組合處理苦蕎粉的加工性質

結合4種凝膠添加劑單因子添加對苦蕎粉流變學性質、糊化性質、凝膠性質的影響結果，并與CK2相應性質進行對比，最終選擇黃原膠添加量0.2%、0.3%、0.4%，魔芋膠添加量0.2%、0.3%、0.4%，瓜爾豆膠添加量0.4%、0.5%、0.6%，谷朊粉添加量0.1%、0.2%、0.3%，作為正交試驗的因子水平，進行不同因子不同水平的復配組合試驗，考察各復配組合對苦蕎粉加工性質的影響。

2.2.1 不同復配添加劑處理苦蕎粉的流變性質 由圖2可知，不同復配添加劑對苦蕎粉流變學性質的影響存在明顯差異，處理7(A1B2C2D2)苦蕎粉的應力、黏度、法向應力分別為137.29 Pa、0.72 Pa·s、36.87 Pa，與CK2(139.93 Pa、0.71 Pa·s、38.46 Pa)最為接近。

2.2.2 不同復配添加劑處理苦蕎粉的糊化性質 由圖3可知，添加復配添加劑的苦蕎粉在升溫過程中的損耗模量(G")明顯升高，在從20℃加熱到100℃的過程中，所有樣品在最開始加熱的一段時間內基本無明顯變化，在75℃左右達最大值。處理7(A1B2C2D2)樣品的G"曲線與CK2的吻合度最好。

2.2.3 不同添加劑復配組合處理苦蕎粉的質構特性 從表7看出，9個添加劑復配組合處理中，處理3(A3B3C2D1)、處理7(A1B2C2D2)苦蕎粉的質構特性表現較好，硬度分別為1.75 N、1.19 N，顯著高于其他處理；粘附性分別為1.33 mJ、0.90 mJ，與其他處理差異顯著；內聚性分別為0.51 Ratio、0.49 Ratio，與多數處理差異顯著；彈性分別為1.66 mm、1.28 mm；膠粘性分別為0.64 N、0.56 N，顯著高于其他處理；咀嚼性分別為1.15 mJ、1.03 mJ，顯著高于其他處理。總體看，正交試驗中處理3、處理7復配添加劑的苦蕎粉凝膠性質提升效果較好。

2.2.4 最優復配組合 綜合正交試驗中苦蕎粉的流變性質、糊化性質、凝膠質構特性，處理7(A1B2C2D2)即復配添加劑為黃原膠0.2%+魔芋膠0.3%+瓜爾豆膠0.5%+谷朊粉0.2%的樣品各項性質與CK2最為接近，且添加劑的添加量均符合國家標準，是篩選出的最優復配組合，可作為蕎酥制作中明礬替代物加以應用。

表7 不同添加劑復配處理苦蕎粉的凝膠質構特性

2.3 最優復配添加劑替代明礬制作蕎酥的品質

2.3.1 蕎酥的微觀結構 從圖4看出，CK1蕎酥內部網狀結構不明顯(圖4a、d)，導致結構不連續；CK2(圖4b、e)和最優復配添加劑(黃原膠0.2%+魔芋膠0.3%+瓜爾豆膠0.5%+谷朊粉0.2%)(圖4c、f)蕎酥的微觀結構較CK1得到有效改善，其內部網狀結構緊密。表明，最優復配添加劑能夠代替明礬，其制作的蕎酥不易松散，形狀保持效果與明礬相當。

2.3.2 蕎酥的感官評分 從表8看出， CK2和最優復配添加劑的蕎酥在外觀形態、組織形態、口感及總分均顯著高于CK1。在口感上，最優復配添加劑的蕎酥為15.80分，顯著低于CK2，這是由于研究復配添加劑替代明礬時，著重考慮解決蕎酥不易松散的問題，未考慮如何增加蕎酥的酥脆度。蕎酥總分CK2最高，為84.80分，最優復配添加劑為82.90分，二者無顯著差異。色澤CK2為17.50分，顯著高于CK1和最優復配添加劑處理，這是因為明礬在食品加工過程中常作護色劑使用，對蕎酥產品有一定的護色作用。風味CK1、CK2和最優復配添加劑處理3種蕎酥的得分分別為15.60分、16.20分、16.70分，CK2與CK1和最優復配添加劑的差異均不顯著，而最優復配添加劑顯著優于CK1，表明添加劑的合理添加，不僅未對蕎酥的風味產生影響，甚至更加突出其風味。

2.3.3 蕎酥的質構特性 從表9看出，CK2蕎酥的硬度、粘附性、內聚性、彈性、膠粘性、咀嚼性分別為57.88 N、0.33 mJ、0.20 Ratio、3.72 mm、20.53 N、53.22 mJ，最優復配添加劑分別為54.00 N、0.32 mJ、0.18 Ratio、2.54 mm、19.97 N、50.56 mJ，在粘附性和內聚性、膠粘性上二者無顯著差異，表明，最優復配添加劑可代替傳統蕎酥中的明礬；硬度、彈性和咀嚼性二者差異顯著，說明最優復配添加劑代替明礬制作的蕎酥在酥脆性上還存在一定差異，與感官評分中口感評分結果吻合。

表8 蕎酥的感官評分

表9 蕎酥的質構特性

3 討論

通過研究添加劑對苦蕎粉流變性質的影響發現，黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠以及谷朊粉4種添加劑能夠作為增稠劑，在添加量為0.2%～1.0%(添加劑占主料苦蕎粉的質量百分比)范圍內，苦蕎粉的應力、黏度、法向應力與其添加量呈正相關，有利于保持苦蕎粉的固體特性。李娟[17]研究發現，淀粉-膠體凝膠復合物比單獨的淀粉凝膠表現出更強的固體特征。黃原膠堅硬、有序的分子構象結構有利于加強淀粉凝膠的三維網絡結構[18]。岳莉娜等[19]研究發現，添加魔芋膠可以使大米抵抗應變的能力增強、凝膠強度提高、體系的類固體行為增強。陳前等[20]報道，添加瓜爾豆膠可增強馬鈴薯-小麥混合粉面團的聚合度，使面團內部強度增大。王杰瓊等[21]研究谷朊粉對高含量蕎麥面團的影響發現，添加谷朊粉可一定程度上彌補蕎麥面團面筋蛋白含量的不足，使面筋網絡能夠較好形成。

黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠以及谷朊粉均能促進苦蕎粉形成穩定的三維結構，提高樣品的儲能模量(G")。其中，黃原膠添加量為0.6%時其G"最大，魔芋膠、瓜爾豆膠、谷朊粉添加量為0.4%時G"最大。有研究表明，在加熱過程中，淀粉顆粒迅速吸水膨脹，并伴隨直鏈淀粉浸出和溶解[22]，游離出的直鏈淀粉內部與外部支鏈淀粉之間相互鏈接，形成穩定的三維結構，導致體系的G"增加[23]。HSU等[24]研究表明，G"越大凝膠強度越大，形成的網絡結構越致密。因此，加入黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠及谷朊粉可提高苦蕎粉的凝膠強度。

苦蕎粉凝膠質構特性指標值隨黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠以及谷朊粉添加量增加，呈先升后降趨勢。其中，黃原膠和魔芋膠均在添加量0.4%時苦蕎粉的硬度、內聚性、彈性最高；瓜爾豆膠和谷朊粉分別在添加量在0.8%和0.6%時苦蕎粉的硬度、內聚性、彈性最高。石彬等[25]研究4種多糖對紅薯粉凝膠性質的影響發現，添加0.2%、0.3%、0.4%黃原膠時，樣品的硬度、粘附性、彈性、膠粘性、咀嚼性達最大值。岳曉霞等[26]研究證實，在粉絲中添加黃原膠、魔芋膠均可代替明礬提高粉絲的剪切力和彈力；周玉杰等[27]研究發現，向錐栗淀粉中添加瓜爾豆膠后，樣品黏彈性更優。張冬梅等[28]研究發現，將谷朊粉添加到紫薯土司面包中，可以增加其彈性、黏聚性和持水性，提高面包的質構。

結合4種添加劑的單因素及正交試驗，獲得最優添加劑復配組合，即黃原膠0.2%+魔芋膠0.3%+瓜爾豆膠0.5%+谷朊粉0.2%，該處理下苦蕎粉的流變學性質為應力137.29 Pa、黏度0.72 Pa·s、法向應力36.87 Pa；質構性質為硬度1.19 N、粘附性0.90 mJ、內聚性0.49 Ratio、彈性1.28 mm、膠粘性0.56 N、咀嚼性1.03 mJ，流變學性質和質構性質指標與添加明礬對照組最為接近；糊化特性G"曲線與明礬對照組吻合度好。最優添加劑復配組合制作的蕎酥品質為內部緊密，感官評價82.90分；質構特性為硬度54.00 N、粘附性0.32 mJ、內聚性0.18 Ratio、彈性2.54 mm、膠粘性19.97 N、咀嚼性50.56 mJ，與明礬制作的蕎酥相比，除酥脆度有一定差異外，其他指標無明顯差異。

4 結論

黃原膠、魔芋膠、瓜爾豆膠以及谷朊粉4種添加劑添加量在0.2%～1.0%時，均可明顯提升苦蕎粉流變學性質、糊化特性以及質構性質。4種添加劑用量復配試驗得出最優組合為黃原膠0.2%+魔芋膠0.3%+瓜爾豆膠0.5%+谷朊粉0.2%，該條件下苦蕎粉流變學性質為應力137.29 Pa、黏度0.72 Pa·s、法向應力36.87 Pa；苦蕎粉凝膠質構特性為硬度1.19 N、粘附性0.90 mJ、內聚性0.49 Ratio、彈性1.28 mm、膠粘性0.56 N、咀嚼性1.03 mJ，與添加明礬最接近；糊化特性G"曲線與添加明礬吻合度好。

最優復配添加劑制作的蕎酥微觀結構表現緊密，感官評價為82.90分，蕎酥質構特性為表現硬度54.00 N、粘附性0.32 mJ、內聚性0.18 Ratio、彈性2.54 mm、膠粘性19.97 N、咀嚼性50.56 mJ，與傳統添加劑明礬制作的蕎酥無顯著差異。因此，在蕎酥制作過程中，最優復配添加劑(黃原膠0.2%+魔芋膠0.3%+瓜爾豆膠0.5%+谷朊粉0.2%)可作為明礬替代品加以應用，減少明礬中鋁離子對人體的傷害，對貴州特色食品蕎酥的綠色優質安全生產具有重要意義。