花青素对红薯粉条品质的影响.pdf

122023年第9期中国食品添加剂China Food Additives着色剂专栏收稿日期：2022-08-20 *通信作者基金项目：河南省重大科技专项（201300110300）；河南省高等学校重点科研项目（22B550017）；河南省高等学校骨干教师项目（2019GGJS216）。作者简介：郭卫芸（1981-），男，博士，副教授，研究方向：食品加工及食品检测。E-mail：。花青素对红薯粉条品质的影响郭卫芸1，李佳霖1，高雪丽1，*，李光辉1，王永辉1，何胜华1，黄继红1，2（1.许昌学院 食品与药学院，许昌 461000；2.河南大学 农学院，郑州 450000）摘 要：考察了花青素对红薯粉条断条率、糊汤率、感官品质、质构特性、表面羟基数、淀粉与碘结合能力、微观结构及结晶性的影响，结果发现：粉条的断条率、糊汤率、表面羟基数、咀嚼性和硬度随花青素添加量的增加呈上升趋势，弹性、淀粉与碘结合能力等呈下降趋势；通过感官评定发现花青素在红薯粉条中最适添加量为 0.15 g/100 g；扫描电子显微镜观察可以看出，花青素的添加明显增加了粉条截面上孔隙结构；X 射线衍射实验发现，花青素粉条结晶度为 1.97，较对照组有明显下降；体外消化实验得出，经过 180 min 体外消化后产品消化率为 7.10，明显低于对照组。研究表明，添加一定量的花青素提升了红薯粉条的感官和功能品质，并有效降低了淀粉消化率。关键词：花青素红薯粉条；综合品质；微观结构；体外消化中图分类号：TS202.3/TS215 文献标志码：A 文章编号：1006-2513（2023）09-0012-06doi：10.19804/j.issn1006-2513.2023.09.002Effect of anthocyanins on the quality of sweet potato noodlesGUO Weiyun1，LI Jialin1，GAO Xueli1，*，LI Guanghui1，WANG Yonghui1，HE Shenghua1，HUANG Jihong1，2（1.Food and Pharmacy College，Xuchang University，Xuchang 461000；2.College of Agricultrue，Henan University，Zhengzhou 450000）Abstract：The effects of anthocyanin amount on the breaking rate，starch gelatinization rate，sensory quality，texture characteristics，surface hydroxyl number，starch iodine binding capacity，microstructure and crystallinity of sweet potato noodles（ASPSN）were investigated.The results showed that，with the increase of anthocyanin amount，the breaking rate，firmness，surface hydroxyl number，chewiness and hardness of sweet potato noodles all increased and the starch iodine binding capacity decreased.Through sensory evaluation，it was found that the optimal amount of anthocyanin in ASPSN was 0.15 g/100g.SEM observation showed that anthocyanins significantly increased the pore structure on the cross section of ASPSN.X-ray diffraction showed that crystallinity of anthocyanin powder was 1.97%，which was significantly lower than that of the control group.The results of in vitro digestion showed that the digestibility of ASPSN after 180 min digestion was 7.10%，lower than that of the control group.The conclusion was that anthocyanins could improve the sensory and functional quality of sweet potato noodles and effectively reduce starch digestibility.Key words：anthocyanin sweet potato starch noodles；comprehensive quality；microstructure；in vitro digestion132023年第9期中国食品添加剂China Food Additives着色剂专栏红薯是我国的一种重要经济农作物，种植面积和产量均居世界首位1。食用红薯可消除含有致癌因素的氧自由基，阻止致癌物与细胞核中的蛋白质结合，从而有效提高机体免疫力2-3。红薯粉条是一种淀粉凝胶类食品，广泛被中国、韩国等多数亚洲国家消费者所喜爱，对其进行营养和功能的强化研究可有效提升其综合品质。例如，有研究通过向粉条类产品中添加魔芋粉、蛋白粉、抹茶粉等，有效提高产品中的蛋白质保留率和天然抗氧化活性成分的含量水平4-6；有研究通过在粉条中强化抗性淀粉，显著降低产品的淀粉消化率和 GI 值7。花青素是一种黄酮类化合物，多个动物实验和系统研究证明，花青素能有效抑制红细胞膜过氧化、预防心脑血管等疾病，还具有抗衰老、抗癌、抑菌、调控糖脂代谢及肠道菌群以及保护肝肾等多重功效8-9，对其进行提取纯化、稳定性保持等应用研究也是近年来的热点问题10-11。目前已有将此类抗氧化物质（如茶多酚）应用在红薯粉条中的研究报道12。本文主要通过考察花青素对红薯粉条蒸煮品质、感官品质、质构特性、表面基团特性、体外消化率等特性的影响规律，探索其在传统食品中应用的潜在价值，以显著提升传统食品的综合品质和市场竞争力。1 材料与方法1.1 材料与试剂红薯淀粉（二级）：山东省圣琪生物有限公司；花青素（食品级）：山东金胜生物科技有限公司；无水乙醇（分析纯）：天津市津南区咸水沽工业园区 11 号；氯化钠（分析纯）：天津市化工三厂有限公司；碘化钾（分析纯）：天津市北辰方正试剂厂；碘（分析纯）：天津市津北精细化工有限公司；糖化酶（260 U/mL）和猪-胰酶：Sigma-Aldrich 公司；葡萄糖检测试剂盒（BL863A）：Biosharp；结晶乙酸钠（分析纯）：天津市致远化学试剂有限公司；氢氧化钠（分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；盐酸（分析纯）：洛阳昊华化学试剂有限公司。1.2 仪器与设备C21-RK2102 电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；DK-8D 电热恒温水浴锅：常州普天仪器制造有限公司；LT3002E 电子天平：常熟市天量仪器有限公司；UV-7504 分光光度计：上海欣茂仪器有限公司；101 型电热鼓风干燥箱：北京科伟永兴仪器有限公司；FA2104B 电子分析天平：上海越平科学仪器有限公司；TMS-Pro物料分析仪：北京盈盛恒泰科技有限责任公司；D8-Adrance X 射线能谱仪：德国 Bruker 公司；NOVA NANOSEM 电子扫描显微镜：美国 FEI 公司；饸饹机等。1.3 试验方法1.3.1 工艺流程参考黄强等方法并作适当修改13：准确称取 180 g 纯净水于 200 mL 烧杯内，加入花青素（添加量分别为 0.025、0.050、0.075、0.100、0.125 g），摇匀后迅速倒入盛放有 150 g 红薯淀粉的烧杯中，置于 95 水浴锅中搅拌加热 5 min，得淀粉芡；将淀粉芡倒入不锈钢盆内，加入 50 g红薯淀粉揉制成团；将淀粉面团置于饸饹机内，挤压并将粉条迅速入沸水进行高温定型，捞出后立即置于凉水中，最后将冷却好的粉条捞出后挂在横杆上自然干燥。1.3.2 检测指标1.3.2.1 蒸煮品质评价 断条率测定参照国家标准粉条（GB/T23587-2009）并做适当修改：取 20 根晾晒好的 10 cm 红薯粉条，置于盛装有约200 mL 沸腾蒸馏水的烧杯中，持续加热使水保持沸腾 30 min，将粉条捞出后，查总条数，按式（1）计算断条率。1002020%/SN断条率 （1）式中：NS为煮后红薯粉条总根数糊汤率的测定参照文献14，并按式（2）计算。100%/121mmm糊汤率100%/mGX消化率mCVNA310表面羟基数 （2）式中：m1为蒸煮前干粉条的质量；m2为蒸煮后干粉条的质量。1.3.2.2 质构检测 将粉条放进开水里煮制 10 min，捞出后过凉水，用吸水纸吸收粉条表面水142023年第9期中国食品添加剂China Food Additives着色剂专栏分后进行质构测定。质构测定选 P50 探头，测前速度 30.0 mm/min，测定速度 30.0 mm/min，起始力为 0.2 N，探头距离样品表面高度为 10.0 mm，形变量 60%；测定指标为硬度、弹性、内聚性、咀嚼性，每次测试放 3 根。1.3.2.3 感官评定 参考国家标准粉条（GB/T 23587-2009），按表 1 进行评定。表 1 粉条品质评分标准Table 1 Quality evaluation criteria项目评分标准分值煮熟前（50 分）组织状态（25 分）粗细均匀，弹性良好，无并条2125粗细较均匀，弹性较好，个别并条1120粗细不均，弹性差，有并条010色泽（25 分）色泽纯净，鲜亮2125色泽良好，色泽较纯净，颜色较暗1120色泽差，表面粗糙，颜色暗淡010煮熟后（50 分）气味滋味（25 分）具有粉条滋味，气味正常，且无明显特殊味道2125具有粉条滋味，味道平淡，有些许粗涩感1120有其他气味，口感差，存在明显异味010杂质（25 分）无肉眼可见杂质2125有少许天然活性物质颗粒1120有大量其他杂质0101.3.2.4 表面羟基数的测定 羟基数越大，反应粉条内部结构越不紧密15。称取粉条样品 0.4 g放入 100 mL 烧杯内，加入 5 mL 无水乙醇，和12 mL 质量分数 20%的 NaCl 溶液，摇匀后用 0.1 mol/L 盐酸调 pH 值为 4，再用 0.1 mol/L 氢氧化钠调 pH 值为 9，且稳定保持 20 s，按公式（3）计算粉条表面羟基数。mCVNA310表面羟基数 （3）式中：C 为氢氧化钠溶液浓度，mol/L；V 为pH 值从 4 升到 9 所消耗的氢氧化钠毫升数，mL；NA为阿伏伽德罗常数；m 为粉条的质量，g。1.3.2.5 淀粉与碘结合能力的测定 将红薯粉条粉碎后过 100 目筛，称取 1 g 粉条粉末，加入 9 mL 纯净水，参考文献测定淀粉与碘结合能力16。1.3.2.6 X-RD 分析 取少许粉条粉末，均匀涂抹在样品托盘上，拿小玻璃片将样品轻轻压紧后放在测试架上。测试参数：Cu 靶，石墨单色器，管压 40 kV，电流 30 mA。扫描范围衍射角 2 为10 90。步宽 0.02，扫描速率 4/min17。1.3.2.7 扫描电镜测试 先把粉条截成短条，使其垂直固定于直径为 1 cm 的样品台上，喷金镀膜，设置电子显微镜扫描电压 10.00 kV，放大500 倍18。1.3.2.8 体外消化特性 参考常然然方法配置混和酶及测定葡糖糖含量19，并按公式（4）计算淀粉消化率。100%/mGX消化率mCVNA310表面羟基数 （4）式中：G 为葡萄糖含量，mg/mL，x 分别表示不同的消化时间，min；m 为样品质量，g。1.3.3 数据统计与分析所有定量分析实验均重复 3 次，并采用SPSS16.8 对 TPA 质构数据进行显著性分析（P0.05），采用 origin2019b 软件制图。2 结果与分析2.1 花青素对红薯粉条综合品质的影响结果2.1.1 断条率及糊汤率有研究表明，在面条中添加花青素能够引起断条率的显著上升19。由图 1（A）可以看出，糊化时加入花青素，在添加量低于 0.05 g/100 g，断条率无明显变化，在添加量大于 0.10 g/100 g 时，断条率呈现持续上升趋势。可能原因为花青素中含有少量杂质，没有完全溶解于淀粉中，使粉条内部的聚合力不足，导致粉条断条率增大。糊汤率越大，说明粉条的耐煮性越差，由图 1（B）可知，随着花青素添加量的增大，粉条的糊汤率呈现持续增加的趋势，可能的原因为花青素能够影响淀粉老化时胶体结构的致密性，而这种影响与花青素的添加水平呈现正相关，这种趋势在与茶多酚红薯粉条的研究结果相似12，说明在红薯粉条制作过程中花青素的添加量需要准确控制。2.1.2 质构分析通过物料分析仪对粉条硬度、弹性、内聚性和咀嚼性进行分析，由表 2 可以看出，花青素添加水平的增加能够引起粉条硬度和弹性指标的升高和下降，但从其组间差异的显著性（P0.05）152023年第9期中国食品添加剂China Food Additives着色剂专栏可以看出，这种影响的变化幅度差异较小；花青素添加对粉条内聚性指标的影响没有统计学差异，说明粉条中淀粉之间的交联程度受花青素加入的影响较小。随着花青素添加水平的提高，红薯粉条咀嚼性呈现显著上升趋势，但从组间显著性结果分析可知，0.05 g/100 g 的添加量变化幅度不会引起咀嚼性指标的显著性变化，说明花青素对粉条质构品质影响较小。表 2 花青素对粉条质构特性的影响Table 2 The effect of anthocyanin on noddle texture添加量/（g/100 g）硬度/N弹性/mm内聚性咀嚼性022.372.76a1.220.07c0.630.07a17.522.03a0.0527.230.98b1.190.04bc0.610.05a19.500.85b0.1030.171.18bc1.140.02b0.610.02a21.000.56bc0.1530.070.51bc1.080.01a0.620.01a22.370.59cd0.2032.032.54c1.050.02a0.630.07a23.390.43de0.2532.330.64c1.040.01a0.620.01a25.020.90e注：同一参数的均值后标注不同的字母存在显著性差异（P0.05）。2.1.3 感官评定由图 2 可知，随着花青素添加水平的提高，红薯粉条感官品质呈现先上升后下降的趋势，在添加量为 0.15 g/100 g 时感官评分达到最高，在此添加水平下所制得的花青素粉条组织结构更加细致、均匀，胶体性和口感适中，而当花青素添加量继续增加时，粉条的感官评分会呈现急剧下降趋势，主要的原因为淀粉胶体结构下降使得粉条的咀嚼品质受到不良影响，而且产品的色泽变暗。由此可知，花青素添加量以 0.15 g/100 g 为宜。0.000.050.100.150.200.25828486889092感官评分/（分）花青素添加量/（g/100 g）图 2 花青素添加量对粉条感官品质的影响Figure 2 The effect of anthocyanin on noodle sensory evaluation2.1.4 表面羟基数表面羟基数反应粉条结构的致密性，表面羟基数越大，粉条的致密性越差。由图 3 可以看出，随着花青素添加量逐渐增大，粉条表面的羟基数呈增长趋势，在花青素添加量大于 0.15 g/100 g 时，这种增长趋势开始变得缓慢。结合感官评分结果可以得出，粉条淀粉凝胶的致密结构并不能单纯以低或高作为品质判断的标准，而是花青素添加量/(g/100 g)断条率/%糊汤率/%0.0000.40.60.81.01.21.41.624681012141618202224AB0.05 0.10 0.15 0.20 0.25花青素添加量/(g/100 g)0.00 0.050.100.150.200.25图 1 花青素添加量对粉条断条率（A）及糊汤率（B）的影响Figure 1 The effect of anthocyanin on noodle broken rate（A）and starch gelatinization rate（B）0.000.050.100.150.200.251.82.02.22.42.6表面羟基数/（1020个）花青素添加量/（g/100 g）图 3 花青素添加量对粉条表面羟基数的影响Table 3 The effect of anthocyanin on hydroxyl number on the surface of noodle162023年第9期中国食品添加剂China Food Additives着色剂专栏需要控制在一定水平；同时，在本研究所选取的添加区间内，花青素具备调控粉条凝胶致密结构的功能。而且，结合本文 2.1.1 研究结果及前人研究成果15，发现其在一定程度上影响了粉条的断条率和糊汤率。2.1.5 淀粉与碘结合能力吸光度下降趋势越大，表示花青素对淀粉与碘结合能力的影响越明显20。由图 4 可知，花青素的加入能够引起粉条中淀粉与碘结合能力的显著变化，这是因为花青素与红薯淀粉中的羟基之间可能会发生氢键相互作用、疏水相互作用等，从而占据淀粉链上的羟基位点，导致淀粉链无法形成螺旋结构，使碘分子不能和羟基顺利结合，碘-淀粉复合物形成受阻16。研究发现，当花青素添加量低于 0.15 g/100 g 时，花青素加入所引起淀粉与碘结合能力的下降趋势较为缓慢，但当花青素添加量高于 0.15 g/100 g 时，这种下降趋势开始增大，说明花青素能与淀粉中的羟基进行充分结合，从而有效占据淀粉与碘的结合位点。0.000.050.100.150.200.250.40.60.81.01.21.4吸光度花青素添加量/（g/100 g）图 4 花青素添加量对淀粉与碘结合能力的影响Figure 4 The effect of anthocyanin on starch iodine binding capacity2.1.6 X-RD 分析有研究表明，在淀粉类食品中加入花青素可使淀粉的结晶度明显降低20。由图 5 可知，对照组粉条颗粒和花青素粉条颗粒在衍射角 10 90区间的衍射峰虽然并无明显差异。经软件计算可知，对照组粉条颗粒整体结晶度为 4.33，而花青素粉条颗粒整体结晶度为 1.97。由此可以看出，含有花青素的红薯粉条结晶度明显小于对照组粉条结晶度，可能的原因是花青素会与淀粉上的氢键结合，从而干扰了淀粉分子的排列，从而对淀粉的老化产生一定的抑制作用。花青素粉条衍射角2峰强度对照组粉条00100020003000400020406080100图 5 花青素粉条 XRD 曲线Figure 5 XRD curve of anthocyanin noodle2.1.7 粉条扫描电镜测试表面孔隙的多少对淀粉类食品的质构品质具有明显影响21。由图 6 可知，空白对照组样品孔洞较少，表现出紧密致密的微观结构，而花青素粉条孔洞数量明显增多，可能的原因为在淀粉老化过程中，花青素与淀粉链会发生相互作用，从而打乱了淀粉链的重新排序，抑制了淀粉的老化进程，另外，花青素的加入可能会引起粉条中淀粉持水性的增加，水分在干燥时向外溢出，从而形成较多孔洞。图 6 红薯粉条扫描电子显微镜图（A：对照组样品；B：花青素粉条（0.15 g/100 g）Figure 6 Scanning electron microscope image of sweet potato noodle172023年第9期中国食品添加剂China Food Additives着色剂专栏2.1.8 体外消化特性消化率越低表示淀粉的抗消化性越强，有研究表明，花青素能够降低大米淀粉消化过程中所生成的葡萄糖水平22。由图 7 可知，随着消化时间的增加，花青素粉条的消化率和对照组的消化率都呈上升趋势，但对照组整体的消化率（8.60%）明显高于花青素粉条样品（7.10%），可能是因为花青素一定程度上抑制了淀粉酶的活性，从而导致生成的葡萄糖含量降低所致。另一个原因可能为花青素能和红薯淀粉链结合，这两种原因同时影响淀粉消化的进行。020406080 100 120 140 160 180 200123456789消化率/消化时间/min花青素粉条对照组图 7 花青素粉条消化率变化趋势Figure 7 The digest curve of anthocyanin noodle3 结论研究发现，花青素的添加能够引起粉条断条率和糊汤率的显著上升，但对其硬度、弹性、内聚性等质构品质的影响较小；在粉条中添加花青素，能够引起淀粉与碘结合能力、结晶度及淀粉体外消化率的显著下降，促使表面羟基数和表面孔隙率的升高。研究证明，通过适当控制粉条中花青素的添加水平，不但能够提升粉条的综合感官品质，而且强化了其抗氧化活性和生理功能，从而显著提升了产品的综合品质。参考文献：1李飞，陈梦雪，胡雅婕，等.低聚糖对红薯淀粉性质的影响 J.农业科技与装备，2015（6）：55-59.2邵颖，李飞，魏宗烽，等.板栗全粉添加对红薯粉物性及粉条品质的影响 J.食品研究与开发，2021，42（10）：118-122.3吴春艳.红薯及红薯叶复配营养米的研制及其品质特性分析 D.淄博：山东理工大学，2019.4廖彪，王浩东.天然富硒无矾魔芋红薯粉条生产工艺的优化 J.贵州农业科学，2018，46（1）：94-96.5Menon R，Padmaja G，Jyothi A N，et al.Gluten-free starch noodles from sweet potato with reduced starch digestibility and enhanced protein content J.Journal of Food Science and Technology，2016，53（9）：3532-3542.6Li Y，Xiao J H，Tu J，et al.Matcha-fortified rice noodles：Characteristics of in vitro starch digestibility，antioxidant and eating quality J.LWT，2021，149：111852.7Menon R，Padmaja G，Sajeev M S.Cooking behavior and starch digestibility of NUTRIOSE（resistant starch）enriched noodles from sweet potato flour and starch J.Food Chemistry，2015，182：217-223.8高洁，赵妍.黑苦荞麦壳高聚原花青素降解及其抗氧化活性分析 J.食品研究与开发，2022，43（12）：147-154.9李煦，白雪晴，刘长霞，等.天然花青素的抗氧化机制及功能活性研究进展 J.食品安全质量检测学报，2021，12（20）：8163-8171.10Yao L，Xu J，Zhang L W，et al.Physicochemical stability-increasing effects of anthocyanin via a co-assembly approach with an amphiphilic peptide J.Food Chemistry，2021，362：130101.11Nunes Mattos G，Pessanha de Arajo Santiago M C，Sampaio Doria Chaves A C，et al.Anthocyanin extraction from jaboticaba skin（Myrciaria cauliflora berg.）using conventional and non-conventional methods J.Foods，2022，11（6）：885.12郭卫芸，陈振毫，高雪丽，等.茶多酚红薯粉条的研制及其抗氧化活性评价 J.食品工业科技，2022，43（13）：156-161.13黄强，陶健.响应曲面法优化南瓜红薯粉条的加工工艺 J.广东农业科学，2012，39（16）：102-104，112.14曾洁，姜继凯，高海燕，等.无添加马铃薯粉条老化工艺及贮藏品质 J.食品科学，2019，40（12）：283-289.15倪小宇.影响粉条品质的关键因素研究 D.沈阳：沈阳工业大学，2017.16谢亚敏，许飞，陈洁，等.多酚与淀粉相互作用对板栗淀粉特性的影响 J.河南工业大学学报：自然科学版，2021，42（5）：30-38.17邓福明.酸浆法与旋流分离法制备甘薯淀粉的物化特性及粉条品质比较研究 D.北京：中国农业科学院，2012.18赵俊，黄永春，张昆明，等.壳聚糖对米粉条质构特性的影响 J.中国调味品，2022，47（2）：46-49，54.19常然然.重结晶型抗性淀粉制备、消化过程及酵解规律研究 D.无锡：江南大学，2021.20苗兰鸽，许燕，赵思明，等.花青素对不同直链淀粉含量的淀粉理化特性的影响 J.食品工业科技，2020，41（14）：22-28.21李奎，魏代巍，李姝琪，等.欧李原花青素对马铃薯淀粉消化的影响 J.食品与发酵工业，2023，49（2）：212-217.22张成浩.原花青素对不同淀粉理化性质的影响 D.南昌：南昌大学，2020.