粉丝是我国传统加工的农产品，具有1 400年的历史[1]。在我国，大约28%的红薯淀粉被加工为红薯粉丝，但由于原淀粉本身存在的胶黏性差、糊凝胶不稳定、易老化等缺点降低了纯红薯粉丝的品质[2]。在传统粉丝加工中，为了提高粉丝的韧性和耐煮性，减少断条造成的损失，常常加入一定量的明矾[3]。此外，有研究表明将魔芋粉加入多种淀粉中制作魔芋粉丝，可克服使用单一淀粉原料制作出的粉丝易断碎、浑汤的特点[4-5]。

目前，国内外对粉丝生产进行了一些研究，主要研究原料淀粉的提取与选择[6-7]、粉丝的加工工艺[8]和通过添加各种多糖[9]或者食品胶[10]来改善粉丝的品质，但是目前还没有找到一种在生产上真正能替代明矾添加到粉丝中并且安全的品质改良剂。已有关于向淀粉中添加多糖胶[11]、大豆分离蛋白[12]、单甘脂肪酸甘油酯[13]和壳聚糖[9]等物质，以期改变淀粉及粉丝性质的研究，结果表明，这些添加物对淀粉体系和粉丝特性均产生了不同程度的影响。但明矾和魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan, KGM)对红薯淀粉和其粉丝品质的影响并没有进行系统的研究。

本文章旨在研究《关于批转β-半乳糖苷酶为食品添加剂新品种等的公告》允许的明矾添加范围内，通过添加不同量的明矾和明矾与KGM，分析红薯淀粉的性质和红薯淀粉粉丝的各项品质指标的变化，并对添加物与红薯淀粉的作用机理进行分析。为淀粉-明矾混合体系应用于食品工业和粉丝的生产加工及品质评价提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红薯淀粉(水分含量13.98%)、明矾(食品级)，重庆好哥们食品科技有限公司；KGM(食品级)，重庆康佳客食品有限公司。

1.2 仪器与设备

YB-750A型多功能粉碎机，浙江永康市速锋工贸有限公司；FA2004A型电子分析天平，上海横平科学仪器有限公司；DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；NDJ-5S 型旋转黏度计，上海越平仪器有限公司；UltraScan PRO全自动色差仪，美国HunterLab公司；C21-SK805电磁炉，杭州九阳生活电器有限公司；5810型台式高速离心机，德国Eppendorf公司；HR-1TA流变仪，美国TA仪器公司；BCD-201J冰箱，浙江星星家电股份有限公司；TA.XT2i物性测定仪，英国stable micro system公司；Spectrum 100红外光谱仪，美国Perkin Elmer公司；DSC-4000差示扫描量热仪，美国Perkin Elmer公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

分别添加质量分数0‰、0.878‰、1.756‰、2.633‰、3.511‰明矾(对应含有0、50、100、150、200 mg/kg Al3+)、3.511‰明矾与3‰ KGM混合体系于红薯淀粉中，得到不同添加量明矾和明矾+KGM混合体系的样品。

1.3.2 红薯淀粉糊化特性的测定

称取一定量样品，加入25 g纯水，配制质量分数为6%的淀粉乳于RVA专用铝盒内。参照唐敏敏[14]等的方法进行测定。

1.3.3 红薯淀粉凝胶质构特性的测定

称取一定量样品于100 mL烧杯中，配制质量分数为6%的淀粉乳，于95 ℃的水浴锅中加热搅拌30 min，并用热纯水调节淀粉乳浓度为原浓度。取出冷却至室温后分装到1盎司的样品杯中，密封，置于4 ℃的冰箱，分别贮存1、3、5、7 d后，用P/0.5探头进行测定[15]。

1.3.4 红薯淀粉流变学性质的测定

参考柴春祥[16]的方法。称取一定量的各样品配制质量分数为6%的淀粉乳。搅拌均匀后放入动态流变仪测定平台，选择直径为40 mm的平板模具，启动流变仪使平板进入设置间隙，刮去平板外多余淀粉糊，加上盖板并加入硅油防止水分蒸发。设置间隙为1.0 mm，应变为2%，角频率为5 rad/s。试验步骤如下：从25 ℃到100 ℃程序升温使淀粉体系糊化，然后降温到25 ℃，测定淀粉冷却过程中的凝胶特性变化，升降温速度均为5 ℃/min。

1.3.5 红薯粉丝工艺流程设计

制作含KGM和不同量明矾的红薯粉丝，在模拟工厂生产线流程的基础之上，工艺流程见图1。

工艺要点如下：称取100 g原料淀粉(干重)分别与质量分数0.878‰、1.756‰、2.633‰、3.511‰明矾及3.511‰明矾+3‰KGM混合均匀，取5 g混合粉加入10 mL去离子水加热糊化做芡，再加入剩余的95 g混合粉和30 mL去离子水，糅合均匀后漏粉，于沸水锅中加热熟化定型，待粉丝漂到水面上时，将其引入到去离子水中冷却。取出沥干后于4 ℃放置4 h，再置于-18 ℃冷冻24 h后，于室温解冻2 h，最后于40 ℃烘箱干燥4 h。

1.3.6 粉丝断条率测定

截取条长度为20 cm无机械损伤的粉丝20条，沸水中蒸煮30 min并滤去水分，用玻璃棒数其总条数，计算断条率R。3次重复，取平均值[17]。

断条率

(1)

式中：X，煮后断条数。

1.3.7 粉丝蒸煮特性测定

将长3 cm左右的粉丝质量计为m0，于105 ℃烘干4 h，测定干物质质量(m1)，沸水锅中加热15 min，并轻轻搅拌。之后将粉丝迅速冷却，用滤纸吸去表面附着水分，测定含水物质质量m2，再于105 ℃烘4 h，测定干物质质量(m3)。3次重复，取平均值[18]。结果表示为：

膨润度

(2)

煮沸损失

(3)

干物质含量

(4)

1.3.8 粉丝质构特性测定

选取无裂纹、粗细均匀一致、无弯曲的红薯粉丝10条，每条长度10 cm，在沸水中煮沸10 min后捞出，放入冷的纯水中2 min后立即测定。测定时用滤纸吸表面水分。选用P/10探头在质构仪上进行测定[19]：感受力5 g、测试形变45.0%、测试速度1.0 mm/s，测定时间间隔5 s。

1.3.9 粉丝色泽测定

将各样品粉丝加工成粉状，过60目筛。采用1976CIE标准色度学系统，使用UltraScan PRO型全自动色差计，以标准黑筒调零，以标准白板调白，得到表示色泽的L*、a*、b*值，L*表示样品的亮度。

1.3.10 粉丝剪切强度的测定

选取无裂纹、粗细均匀、无弯曲的红薯粉丝样品10条，每条长10 cm，在沸水中蒸煮10 min，捞出后放入冷的纯水中2 min后立即测定。测定时先用滤纸吸去表面水分，并用游标卡尺在粉丝的3个不同部位量取直径，取平均值，记录di。在质构仪上用A/LKB-F(刀片)探头进行测量[19]：感应力20 g，形变100%，测试速度0.8 mm/s。粉丝完全切断时获得最大剪切力Fmax(g)。每次测试1条，重复10次取平均值。

剪切强度

(5)

1.3.11 粉丝红外光谱的测定

将各红薯粉丝样品加工成粉状，与KBr在105 ℃分别干燥2 h，按m(粉丝)∶m(KBr)=1∶100混合研磨均匀，压片后置于样品池中(25 ℃)进行傅立叶变换红外光谱扫描，每个样品扫描5次，扫描波数范围：400～4 000 cm-1[20]。

1.3.12 粉丝热力学性质的测定

准确称取3.0 mg各红薯淀粉样品于DSC铝盒中，分别加入9 mg纯水，密封，4 ℃平衡24 h，进行温度扫描(以10 ℃/min速率从20 ℃扫描至100 ℃)[20]；将各红薯粉丝样品加工成粉末，准确称取8.0 mg样品于DSC铝盒内，密封，以10 ℃/min的速率从40 ℃降温到-30 ℃，保持10 min，再以3 ℃/min的速率从-30 ℃升温扫描到200 ℃，测定各样品的玻璃化转变温度。

1.3.13 感官评定

邀请接受过感官评定培训的食品专业人士(其中4名女性，6名男性，年龄22～25岁)组成评定小组，根据表1的感官评定标准对不同品种的粉丝进行感官评定。

2 结果与分析

2.1 明矾和KGM对红薯淀粉糊化性能的影响

由表2可知，明矾使用量从1.756‰增加到3.511‰，混合体系的峰值黏度、崩解值显著上升(P<0.05)。原因是加入明矾体系的黏度增大，淀粉溶胀颗粒受到的剪切力更大，颗粒破坏程度更大[21]，这说明明矾能够显著降低淀粉糊的热稳定性。明矾添加量大于1.753‰时，淀粉糊的终值黏度显著降低(P<0.05)。

注：同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同

首先，明矾可以与水分子相互作用并改变水溶液的离子强度，从而改变淀粉颗粒的“周围环境”。另一方面，淀粉晶体结构可以通过在Al3+和带负电的磷酸基团之间形成离子键从而中断了淀粉结晶结构，导致糊黏度降低。在高温下长时间搅拌会使弱化颗粒受到更大影响，导致较低的终值黏度[22]。淀粉糊化后的几个小时内，直链淀粉分子之间定向迁移而形成三维凝胶网状结构，此过程为短期回生，而此处回生值反应的是淀粉短期回生的程度，即冷却形成凝胶的强弱，回生值越大，凝胶性越强，越易回生[23]。由表2可知，明矾添加量大于1.756‰时能使淀粉的回生值显著下降(P<0.05)，说明明矾可以抑制淀粉的短期回生，这与之前的报道结果相符[24-25]。

KGM能显著提高混合体系的峰值黏度、崩解值和最终黏度(P<0.05)，而对体系的回生值并无显著性影响。主要是因为KGM本身黏度很大，故混合体系黏度显著上升，溶胀颗粒受到剪切力变大，崩解值也随之变大。

2.2 明矾和KGM对红薯淀粉凝胶质构特性影响

从表3可以看出：(1)随着明矾使用量增加，凝胶硬度增大，而KGM的添加降低凝胶的硬度，抑制红薯淀粉的长期老化。(2)弹性数值整体无显著性差异。(3)内聚性与淀粉颗粒结构的紧密程度呈现正相关性。明矾添加量增大，内聚性增大。内聚性表示凝胶内部分子间聚集结合的程度，反映凝胶抵抗外界作用力的能力[26]。已有研究表明，明矾中的盐析离子对红薯淀粉颗粒的结构有一定的保护作用，同时在冷却过程中促进红薯淀粉老化的发生，有利于红薯直链淀粉溶出形成凝胶网络结构，进而导致淀粉凝胶的内聚性增强[27-28]。(4)明矾添加量增加，咀嚼性增大；而添加KGM咀嚼性下降。

故明矾促进淀粉凝胶的老化、凝胶的形成，且增大了凝胶硬度、弹性、内聚性、胶黏性和阻嚼性[23]；KGM抑制凝胶老化，提高体系的黏性。

2.3 明矾和KGM对红薯淀粉糊流变学性质的影响

由图2和图3可知，在升温过程中，所有样品的G′和G″值在开始加热的一段温度内没有明显变化，

当温度达到74 ℃左右，迅速上升并达到最大值。这是因为温度升高，淀粉颗粒迅速吸水膨胀，游离出的直链淀粉内部或与外部支链淀粉之间相互连接，形成稳定的三维网络结构，从而体系的G′和G″增加[29-30]。温度继续升高，部分吸水膨胀的颗粒破裂，且高温使直链淀粉的迁移能力增强，凝胶网络结构中的部分氢键断裂，结构瓦解，最终导致体系G′和G″下降[31]。

明矾添加量从1.756‰增加到3.511‰，由于盐析离子(如促进了直链淀粉的溶出，并与溶出的直链淀粉形成网格结构，导致G′和G″随着添加量的增大而增大[32]；加入KGM后，G′和G″值也增加。G'越大，凝胶强度越大，凝胶网络越致密[34]。故明矾提高了红薯淀粉凝胶强度，这与前面质构的结论一致。降温过程中，6种样品的G′随着温度的降低而增大。且随着明矾添加量的增加，G′逐渐增大。而6种样品的G″随着温度的降低呈现先降低后增大的趋势。从80 ℃开始才逐渐上升，这是因为随着温度的降低，红薯淀粉糊中浸出的直链淀粉凝胶化，淀粉三维网格结构增强，其G″也随着明矾添加量的增加逐渐增大[32]。

2.4 明矾和KGM对粉丝断条率的影响

粉丝蒸煮品质主要包括粉丝的膨润度、断条率和蒸煮损失等。断条率越低，说明粉丝耐煮不糊汤，具有良好的蒸煮品质[34]。如图4所示，纯红薯粉丝断条率在55%左右。粉丝的断条率随着明矾添加量的增大而下降，明矾添加量为3.511‰时，红薯粉丝断条率为5%。这可能是因为明矾促进了凝胶的形成，加速了红薯淀粉的老化(表3)，增大了粉丝硬度、内聚性，使红薯粉丝在蒸煮时不易发生断裂。

2.5 明矾和KGM对粉丝蒸煮特性及感官品质的影响

膨润度反映了粉丝在蒸煮时的膨胀程度[35]。蒸煮损失表示粉丝对长时间蒸煮的抵抗能力大小，可被消费者接受的粉丝蒸煮损失≤10%[10]。如表4所示，明矾添加量大于2.633‰时，红薯粉丝的膨润度和蒸煮损失显著减小，可能是因为明矾使红薯粉丝凝胶的内聚性变大，形成了更为紧密的三维网格结构，减少了水分子进入粉丝内部，减少了长时间蒸煮造成的损失，提高了红薯粉丝的品质。

感官指标反映人们对粉丝的最直观感受。从表4可看出，添加明矾能够显著提高红薯粉丝的感官品质，且随着添加量的增大，感官评分呈先上升后下降的趋势。在明矾添加量为2.633‰时感官评分达到最高，与添加3.511‰相差并不大。而添加KGM的红薯粉丝感官品质有所回升，可能是因为KGM使粉丝色泽变白、弹性增大，耐煮性增强等。在生产实际中可以采用2.633‰的明矾添加量，再加入其他的食品胶，在不影响感官品质的前提下采用最低的明矾添加量，可以减少Al3+在粉丝中的残留量。

2.6 明矾和KGM对粉丝质构特性及亮度的影响

粉丝的质构特性主要包括硬度、弹性、黏性、内聚性和剪切特性等。在一定范围内，硬度、弹性越大，黏性越小的粉丝品质越优[36]。从表5可知，明矾可显著增大红薯粉丝的硬度、咀嚼性、内聚性，降低粉丝的黏性(P<0.05)。与添加3.511‰明矾组对比，添加KGM能显著降低粉丝的硬度(P<0.05)，提高粉丝的弹性、内聚性和黏性(P<0.05)，这是因为KGM是一种高分子多糖，本身可以形成聚糖网格，与淀粉混合能达到增筋的效果，使生产出来的粉丝富有弹性，更加耐煮[37]。

随着明矾添加量的增加，粉丝L*值显著增大(P<0.05)；添加明矾和KGM的粉丝光亮值显著高于其他组别。故明矾和KGM对提高粉丝白度有显著的作用。

2.7 明矾和KGM对粉丝剪切强度的影响

粉丝蒸煮后的剪切强度值能够反映粉丝的耐煮性，其值越高越耐煮。由图5可知，明矾添加量大于1.756‰的粉丝的剪切强度显著大于纯红薯粉丝(P<0.05)，其中添加量为3.511‰的粉丝剪切强度最大，为35.72 g/mm2。说明随着明矾添加量的增大，红薯粉丝的剪切强度也逐渐增大；添加了KGM粉丝的剪切强度有所下降(P>0.05)，该结论与前面的质构结论一致。

2.8 明矾和KGM对粉丝结构的影响

共混物的红外光谱可用于分析它们之间的氢键相互作用，且红外吸收峰的波数(或频率)变化越大，波数越低，说明它们之间的氢键相互作用越强[14]。

从图6可知，含添加剂的红薯粉丝与原红薯粉丝相比，除了O—H峰有位移的区别外，其他吸收峰都非常接近。明矾对红薯淀粉在3 435 cm-1处O—H的伸缩振动吸收峰有明显的影响。明矾添加量为3.511‰时，向高场方向移动至3 445 cm-1，说明氢键作用力减弱[38]。红薯淀粉在糊化过程中，明矾在水中电离，产生的Al3+继续抢夺体系中水分的OH-。生成的Al(OH)3是一种吸附能力非常强的不溶于水的白色胶体状物质，易于凝聚,使胶粒聚集成较大颗粒。带正电荷的Al(OH)3一旦遇到淀粉分子中的OH-，就吸附在一起使得体系中无数粒子聚集在一起，形成坚实的胶体体系，由于在此过程中铝离子与—O H形成较强的离子键，所以形成了一个更加坚实稳定的三维网格结构，从而使—OH键作用减弱[20]。添加KGM和明矾混合后，羟基伸缩振动峰相对原红薯粉丝向高场方向移动，但相较于添加3.511‰明矾向低波数方向稍有位移，为3 441 cm-1，这与氢键作用有关[20]。KGM与红薯淀粉分子间氢键作用表现为KGM的凝胶化能力，导致凝胶强度增大，这与前面测定的凝胶强度结果吻合。

2.9 明矾和KGM对粉丝热力学性质的影响

由表6可知，明矾和KGM对红薯淀粉To、TP、TC均没有显著影响。而明矾显著提高了淀粉的焓值，说明红薯支链淀粉中的长链部分参与了与明矾的螯合，需要较高的能量熔融该部分的螯合体[35]，而加入KGM和明矾焓值相对于3.511‰明矾组显著降低(P<0.05)，但大于纯红薯粉丝组。

从表6可以看出，加入不同浓度的明矾和明矾与KGM混合体系，混合体系均只有一个玻璃化转变温度Tg，且均显著高于原红薯粉丝(160.4 ℃) (P<0.05)。证明明矾、明矾和KGM与红薯淀粉是相容的，可以发生相互作用[39]。明矾浓度为3.511‰时，红薯粉丝的Tg为 174.6 ℃。这是因为明矾与甘薯淀粉是以固相凝聚形式共沉淀而形成凝胶的方式交联在一起的，其粉丝表现出很强的耐煮性能[20]。

注：To-糊化起始温度，℃；Tp-糊化峰值温度，℃；Tc-糊化最终温度，℃；ΔH-糊化焓值，J/g； TC-To糊化温度范围，℃;Tg-玻璃化转变温度,℃。

2.10 粉丝各指标相关性分析

用SPSS软件对感官评定、蒸煮试验和仪器测定的结果进行相关性分析，由表7可知，粉丝剪切力、感官评分、硬度、内聚性和咀嚼性与粉丝的蒸煮损失和断条率呈显著负相关(P<0.05)；感官评分与内聚性呈极显著相关(P<0.05)。因此，基于以上相关性分析，断条率和蒸煮损失与硬度、内聚性、咀嚼性和剪切力显著相关(P<0.05)，通过测定后4个指标即可初步判断红薯粉丝的优劣，以此选择合适的添加剂。

3 结论

(1)随着明矾添加量的增加，淀粉糊的热稳定性、终值黏度降低、短期回生受抑制，凝胶硬度、内聚性、咀嚼性、淀粉糊G′和G″值增加；KGM降低凝胶的硬度和咀嚼性，提高混合体系的峰值黏度、崩解值和最终黏度、黏性。

(2)随着明矾添加量增大，红薯粉丝断条率下降，最低为5%，膨润度和蒸煮损失显著减少(P<0.05)，白度值、硬度、咀嚼性、内聚性增大，黏性显著降低(P<0.05)，剪切强度显著提高(P<0.05)；添加KGM后，粉丝的硬度、咀嚼性、剪切强度降低，弹性和黏性(P<0.05)提高。红外光谱分析表明，添加明矾、明矾和KGM后，复合凝胶分子O—H的伸缩振动吸收峰向高场方向稍有移动；热力学特性分析表明，添加明矾、明矾和KGM红薯淀粉共混体系焓值、玻璃化转变温度增加。

(3)粉丝感官评分、剪切力、硬度、内聚性和咀嚼性与粉丝的蒸煮损失和断条率呈显著负相关(P<0.05)；感官评分与内聚性呈极显著相关(P<0.05)。可通过测定硬度、内聚性、咀嚼性和剪切力4个指标评价红薯粉丝品质的优劣。明矾添加量在2.633‰和3.511‰时，粉丝品质无显著性差异，故在生产实际中可采用2.633‰的明矾添加量。

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Effects of alum and konjac glucomannan on the quality of sweet potato noodles and their interaction mechanisms

TANG Huanhuan1, FAN Ziwei1, DENG Liling1,2, LIU Dan1, ZHONG Geng1,3*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China) 2(Chongqing Institute of Biotechnology Co. Ltd. Chongqing 401121, China) 3(Chongqing Special Food Engineering Technology Research Center, Chongqing 400715, China)

Abstract Effects of different concentrations of alum and konjac glucomannan (KGM) on the quality of sweet potato noodles, and the interaction mechanisms were investigated. The quality of the noodles was evaluated by measuring their mechanical indicators, cooking properties, and sensory scores, followed by measuring their correlations. The mechanisms of the mixed system were studied by FT-IR and differential scanning calorimeter (DSC). The results showed that the hardness, chewiness, and shear strength of the noodles increased, while the breaking rate, swelling degree, and cooking loss decreased with increasing the amount of alum added. There was no significant effect on the quality of the noodles when 3.511‰ and 2.633‰ (mass fraction) alum were added. Moreover, 3‰ (mass fraction) KGM and 3.511‰ alum increased the hardness, chewiness, and elasticity of the noodles but not as much as 3.511‰ alum did. Additionally, KGM and alum together did not show effects on the cooking quality. It was found that the intermolecular hydrogen bonding force of the composite gel with alum, alum and KGM was weakened. Furthermore, alum and KGM were compatible with sweet potato starch and interacted with each other, with the enthalpy and glass transition temperature of the gel increased. The correlation analysis showed that the breaking rate and cooking loss of the noodles were significantly correlated with hardness, cohesion, chewiness, and shearing force. In conclusion, 2.633‰ alum can be used during actual production to improve the quality of the noodles as well as their sensory quality.

Key words sweet potato starch; alum; konjac glucomannan (KGM); starch noodles

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.018335

第一作者：硕士研究生(钟耕教授为通讯作者，E-mail：zhongdg@126.com)。

基金项目：重庆市食药监局资助项目(40814518)

收稿日期：2018-07-20，改回日期：2018-09-04