前處理和干燥對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

田君麗,張玉榮

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心,糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州 450001)

馬鈴薯是世界上僅次于水稻、小麥、玉米的第四大糧食作物。我國(guó)是馬鈴薯生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),2015年我國(guó)農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略,馬鈴薯在我國(guó)25個(gè)省份種植,播種面積達(dá)到551.82萬公頃,四川、貴州、甘肅、青海和寧夏是馬鈴薯的主要種植地區(qū)[1]。馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富,可提供人體所需的基本營(yíng)養(yǎng),有助于降低高血壓、心臟病、癌癥、神經(jīng)變性等疾病的發(fā)病率[2-3]。目前我國(guó)馬鈴薯大多以鮮食食用,加工轉(zhuǎn)化率低遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家[4]。新鮮馬鈴薯的水分含量高,不耐儲(chǔ),而生產(chǎn)1 t馬鈴薯全粉可以加工轉(zhuǎn)化6～7 t新鮮馬鈴薯,因此生產(chǎn)馬鈴薯全粉被認(rèn)為是大規(guī)模加工、轉(zhuǎn)化、保存馬鈴薯且增值的有效手段[5],馬鈴薯全粉包含了新鮮馬鈴薯除薯皮以外的全部干物質(zhì),營(yíng)養(yǎng)豐富且耐儲(chǔ),有研究表明,馬鈴薯全粉儲(chǔ)藏半年之后,除了水分上升和維生素C含量下降以外,儲(chǔ)藏對(duì)其主要營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響不顯著,細(xì)菌總數(shù)隨儲(chǔ)藏時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì),但增幅小于小麥面粉,大腸菌群在馬鈴薯全粉中未被檢出[6-7]。馬鈴薯全粉的用途主要有以下兩方面:一是馬鈴薯全粉直接加熱水沖調(diào)馬鈴薯泥或經(jīng)擠壓膨化制得復(fù)合馬鈴薯片等;二是作為添加成分使用,如加入小麥粉中制作主食類面條、饅頭、面包、蛋糕等[8]。馬鈴薯的主糧化勢(shì)必需要研發(fā)營(yíng)養(yǎng)、健康、感官可以被消費(fèi)者接受的主糧產(chǎn)品,而馬鈴薯全粉品質(zhì)是確保研發(fā)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié),本文將綜述前處理(漂燙、護(hù)色)和干燥對(duì)馬鈴薯全粉色澤、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及加工等品質(zhì)的影響。

1 前處理對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響

馬鈴薯在去皮后容易發(fā)生褐變,為了降低加工過程中褐變對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響,通常會(huì)對(duì)馬鈴薯切片(薯丁或絲)進(jìn)行漂洗、漂燙、護(hù)色等前處理,這些前處理也影響著馬鈴薯全粉的感官品質(zhì)如色澤等，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)。

1.1 前處理對(duì)馬鈴薯全粉色澤的影響

馬鈴薯全粉在加工過程中容易發(fā)生褐變,多酚氧化酶(PPO)是酶促褐變的關(guān)鍵酶,馬鈴薯片的酶促褐變和PPO的活性呈正相關(guān)關(guān)系[9],馬鈴薯塊莖中的還原糖含量則主要影響著非酶促褐變。影響酶促褐變的主要因素包括溫度、pH、氧及抑制劑。在去皮、切片后對(duì)薯片進(jìn)行處理,如漂洗、熱燙、輻射處理等物理方法,護(hù)色劑浸泡的化學(xué)方法可有效防止褐變現(xiàn)象。

1.1.1 熱處理 熱處理(如漂燙)主要發(fā)揮鈍酶、防褐變及維生素氧化、加速干燥速度及殺菌等作用,是防止馬鈴薯褐變最有效的方法之一[10]。高溫漂燙在滅酶的同時(shí)能漂去可溶性糖,能在一定程度上降低馬鈴薯全粉加工過程中還原糖參與的非酶促褐變的影響,一般漂燙溫度控制在75～95 ℃[11]。60 ℃熱水處理1 min能較好地維持鮮切馬鈴薯的白度,抑制PPO和POD的活性,延緩鮮切馬鈴薯的褐變[12]。馬海樂[13]發(fā)現(xiàn)對(duì)馬鈴薯片采取高溫短時(shí)紅外處理,當(dāng)輻射距離為9.5 cm,處理厚度為1 mm,處理時(shí)間為180 s時(shí),可得到PPO相對(duì)殘留活性為2.44%的產(chǎn)品。同時(shí)研究[14]表明:PPO酶在75 ℃熱水中,漂燙45 s情況下能大部分失活。切前經(jīng)熱空氣處理的馬鈴薯塊在儲(chǔ)藏期間的L*值和總體感官分值較為穩(wěn)定[15]。雖然熱處理會(huì)在一定程度上影響鮮切馬鈴薯片的質(zhì)構(gòu),影響其硬度,但熱處理能鈍化PPO的活性,漂去可溶性糖,提高鮮切馬鈴薯片和馬鈴薯全粉的亮度值,降低褐變的發(fā)生。

1.1.2 護(hù)色處理 控制護(hù)色液體系的pH(低于或者高于多酚氧化酶的最適pH)可達(dá)到抑制褐變的效果。通過使用酸化劑如葡萄糖酸、檸檬酸[16]、蘋果酸、酒石酸、抗壞血酸、檸檬酸等可有效地抑制酶促褐變;但單一護(hù)色劑(檸檬酸和抗壞血酸)在劑量較大時(shí)才會(huì)有較好的護(hù)色效果[17],兩者結(jié)合使用時(shí)具有一定的抑制效果[16,18]。研究表明，低濃度(0.05%)的亞硫酸氫鈉能有效抑制褐變[14],相比于加酸化劑,亞硫酸鹽對(duì)馬鈴薯的褐變抑制效果較好[19-20],但二氧化硫的殘留問題使其應(yīng)用存在一定的局限性。

將護(hù)色劑進(jìn)行復(fù)配可以在控制護(hù)色劑的使用量的情況下同時(shí)保證其護(hù)色效果,常見的可抑制PPO活性的有:酸(有機(jī)酸、無機(jī)酸),如檸檬酸、蘋果酸等;還原劑或抗氧化劑(二氧化硫及亞硫酸鹽);抗壞血酸及其衍生物;銅離子螯合劑(乙二胺四乙酸即EDTA及其鈉鹽、檸檬酸、植酸等)[21]。孫平[16]采用0.10% VC、0.30%植酸、0.40%檸檬酸、0.35% L-半胱氨酸作為復(fù)合護(hù)色劑對(duì)馬鈴薯切片進(jìn)行20 min的護(hù)色,同時(shí)結(jié)合70 ℃下熱燙2 min的熱燙處理,有效地抑制馬鈴薯全粉加工過程中的褐變。沈存寬[20]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比分別為亞硫酸0.018%,檸檬酸0.4%,抗壞血酸0.05%,浸泡時(shí)間為20 min,制得的馬鈴薯全粉的亮度值L*為92.59,PPO抑制率達(dá)95.51%。許彬[22]以鮮切馬鈴薯為護(hù)色對(duì)象,發(fā)現(xiàn)檸檬酸與氯化鈉、抗壞血酸和L-半胱氨酸之間有極顯著的交互作用。周清貞[23]實(shí)驗(yàn)得出馬鈴薯全粉最佳護(hù)色組合為VC0.10%,植酸0.30%,檸檬酸0.40%,L-Cys 0.35%。陳海光[24]發(fā)現(xiàn)馬鈴薯切片最理想的護(hù)色液組合為1.5%檸檬酸+1.0%抗壞血酸+0.15%氯化鈣。李韻濤[25]選擇亞硫酸氫鈉500 ppm和檸檬酸1000 ppm的組合作為速凍馬鈴薯薯?xiàng)l加工過程中最佳護(hù)色工藝。當(dāng)用0.20%L-半胱氨酸(L-Cys)+0.10%植酸(PA)+2.00%檸檬酸(CA)+0.10%山梨酸鉀(PS)處理馬鈴薯切片時(shí),褐變度和PPO活性僅為同期對(duì)照的40.0%和33.0%[26]。

熱燙、紅外滅酶等熱處理以及化學(xué)護(hù)色劑的護(hù)色處理,都在一定程度上降低了馬鈴薯切片的褐變程度,使制得的馬鈴薯全粉外觀色澤良好,有的亮度值L*可達(dá)92.59,PPO抑制率達(dá)95.51%[20]。

1.2 前處理對(duì)馬鈴薯全粉主要營(yíng)養(yǎng)成分的影響

馬鈴薯全粉各營(yíng)養(yǎng)成分在經(jīng)過藥品浸泡和漂燙的護(hù)色處理后受到不同程度的影響,前處理對(duì)淀粉和蛋白質(zhì)影響較大,對(duì)脂肪和總糖含量的影響無明顯變化趨勢(shì)[27]。研究表明漂燙溫度、漂燙時(shí)間和切片厚度等對(duì)馬鈴薯生粉的物化、功能和感官指標(biāo)(如還原糖含量和PPO)的影響較為顯著[28]。與傳統(tǒng)的熱燙相比,對(duì)馬鈴薯切片進(jìn)行高溫短時(shí)的紅外滅酶處理,VC含量減少量較少[29]。漂燙會(huì)顯著地減少甘薯切片中抗壞血酸的含量,而對(duì)總糖和還原糖的含量影響不顯著[30]。低溫漂燙可顯著提高甘薯全粉的組織的硬度和細(xì)胞強(qiáng)度,減少游離淀粉的含量,降低全粉的粘度[31]。

前處理主要對(duì)馬鈴薯全粉的淀粉、蛋白質(zhì)、還原糖含量、維生素C含量、游離淀粉含量有較大影響。

2 干燥條件對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響

在馬鈴薯全粉的加工過程中,干燥條件如干燥方式、干燥溫度、干燥時(shí)間會(huì)影響馬鈴薯全粉的感官品質(zhì)、功能特性以及基本的化學(xué)成分。

2.1 干燥方式對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響

馬鈴薯全粉加工制備過程中,常用的干燥方式有熱風(fēng)干燥[32]、滾筒干燥[33]、微波干燥[34]、冷凍干燥、氣流干燥[35]等。不同干燥方式對(duì)全粉基本化學(xué)成分(水分含量、VC含量)、感官品質(zhì)(白度、色差等)、碘藍(lán)值、加工品質(zhì)[36](吸水和吸油能力、水合特性、凍融穩(wěn)定性、黏度)、抗氧化能力等品質(zhì)指標(biāo)均有影響。

低溫干燥如冷凍干燥能最大限度的保存馬鈴薯全粉中的各種生理活性營(yíng)養(yǎng)成分,如蛋白質(zhì)的活性,降低全粉的糊化度[37];微波干燥干燥效率高,可大大縮短干燥時(shí)間,主要微波真空干燥[38-39],微波真空冷凍干燥[40]等。

研究表明，兩種或者兩種干燥方式結(jié)合使用比單獨(dú)使用一種干燥方式制得的全粉品質(zhì)要好,鄧資靖[41]發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥對(duì)于紫薯全粉的品質(zhì)的綜合影響最小,真空干燥緊隨其后,鼓風(fēng)干燥最差,說明真空冷凍干燥的結(jié)合使用優(yōu)于真空干燥和鼓風(fēng)干燥的單一使用。文玉[42]發(fā)現(xiàn)冷凍干燥制備紫薯全粉的持水性和復(fù)水性均高于熱風(fēng)干燥、微波干燥和噴霧干燥,但溶水力最差,噴霧干燥制備紫薯粉的DPPH自由基清除力及還原力最強(qiáng),而冷凍干燥紫薯粉的脂質(zhì)過氧化抑制力最強(qiáng)。Leeratanarak N[43]比較了低壓過熱蒸汽干燥(LPSSD)和熱風(fēng)干燥過程中熱燙和干燥溫度對(duì)馬鈴薯切片品質(zhì)特性的影響,發(fā)現(xiàn)除褐變指數(shù)外,干燥方式對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量無明顯影響。沈存寬[44]采用一種新的閃蒸干燥工藝生產(chǎn)馬鈴薯生全粉,并與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的雪花全粉和顆粒全粉進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)采用閃蒸干燥工藝制備的生全粉,蛋白含量和灰分含量相比較低,還原糖含量高于傳統(tǒng)全粉;淀粉顆粒結(jié)構(gòu)更加完整;糊化度比傳統(tǒng)全粉下降超過80%,凍融穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)全粉,碘藍(lán)值比雪花全粉下降了45%;此外,根據(jù)RVA和DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果,采用閃蒸干燥工藝對(duì)馬鈴薯全粉中淀粉的破壞程度小,說明其再加工性能好。

微波干燥的產(chǎn)品品質(zhì)明顯優(yōu)于熱風(fēng)干燥,全粉的VC含量和白度高于熱風(fēng)干燥,SO2殘留量含量低于熱風(fēng)干燥[45]。S Mishra[46]比較了在540 w微波干燥制備馬鈴薯粉和從市場(chǎng)上購(gòu)買的標(biāo)準(zhǔn)粉的理化特性和功能特性,兩種全粉的理化性質(zhì)幾乎相同,但它們的功能性質(zhì)不同,微波干燥馬鈴薯全粉的持水能力和峰值粘度略低一些,其L*值略低于標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)樣品。韓亞芬[47]分別采用真空冷凍和低溫?zé)犸L(fēng)(60 ℃)2種干燥方式制備馬鈴薯原粉,發(fā)現(xiàn)凍干原粉和經(jīng)燙漂的熱風(fēng)干燥原粉外觀與熟粉接近,而原粉胞間粘結(jié)嚴(yán)重并含有大量生淀粉顆粒;熱風(fēng)干燥原粉的藍(lán)值與熟粉藍(lán)值相近;原粉在持水性和透光性方面均不及熟粉。

綜上可知,低溫干燥如真空冷凍干燥、冷凍干燥要優(yōu)于傳統(tǒng)的熱風(fēng)、鼓風(fēng)、噴霧干燥,這可能與低溫干燥能較大程度上減少熱敏性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失,同時(shí)還能降低馬鈴薯全粉的糊化程度,復(fù)水性和持水性較高;產(chǎn)品脫水率極高,但該技術(shù)干燥時(shí)間長(zhǎng)、能耗和設(shè)備投資高昂等。熱風(fēng)干燥具有成本低廉,操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),但干燥過程中的高溫會(huì)使產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,復(fù)水性差,營(yíng)養(yǎng)損失大,口感、色澤、風(fēng)味均不理想。因此,有學(xué)者研究低溫?zé)犸L(fēng)干燥工藝,來降低熱風(fēng)干燥過程帶來的負(fù)面影響。微波干燥的加熱速度快，加熱過程高效節(jié)能。然而,在微波干燥過程中物料加熱不均勻,直接影響干燥產(chǎn)品的品質(zhì)。復(fù)合式干燥技術(shù)將多種單一干燥技術(shù)相結(jié)合,具有多種干燥技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),單一干燥過程中的某些不足得以改善,可大幅提高干燥效率,縮短干燥時(shí)間;但各種干燥技術(shù)的結(jié)合方式種類繁多,每種方式的干燥效果、干燥過程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失程度還需進(jìn)一步研究;從干燥產(chǎn)品質(zhì)量來看,真空冷凍干燥效果較佳,微波干燥效果次之,熱風(fēng)干燥效果最差;從生產(chǎn)成本來看,熱風(fēng)干燥成本最低,真空冷凍干燥成本較高[48]。

2.2 干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響

干燥溫度和干燥時(shí)間會(huì)影響產(chǎn)品的得率、水分含量、維生素C含量、色澤、糊化特性、黏度等。低溫干燥可獲得感官品質(zhì)如色澤較好,糊化程度較低[44]、維生素C含量、蛋白質(zhì)保持較好的馬鈴薯全粉,有研究表明工藝溫度越低,全粉質(zhì)量越好[10]。Leeratanarak N[43]發(fā)現(xiàn)當(dāng)干燥溫度高于80 ℃時(shí),低壓過熱蒸汽干燥比熱風(fēng)干燥到特定的水分含量所需的時(shí)間更短,較低的干燥溫度能更好地保證制品的色澤,更低的褐變指數(shù)。王常青[45]發(fā)現(xiàn),微波干燥溫度與產(chǎn)品水分、VC含量均呈二元函數(shù)關(guān)系,干燥溫度越高,產(chǎn)品中VC破壞率越高,白度越低。程小航[49]研究表明在干燥溫度為70 ℃,風(fēng)速為1.0 m/s,顆粒大小在10 mm×10 mm×10 mm的馬鈴薯的加工品質(zhì)最為合適,此時(shí)全淀粉、自由淀粉、還原糖的含量分別為80.43%、18.93%、0.1288%,薄層干燥可較好地保存馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。尹慧敏[50]發(fā)現(xiàn)干燥溫度為60、70 ℃時(shí),脫水制品的顏色最明亮,干燥溫度為40、50 ℃時(shí),部分馬鈴薯丁表面變黑;而溫度高于70 ℃時(shí),隨著溫度的升高黃色加重。吳笛[51]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)馬鈴薯切片厚度為8 mm,蒸煮10 min,風(fēng)干燥溫度90 ℃,干燥時(shí)間7 h時(shí),得到的馬鈴薯粉理化指標(biāo)均達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),粉中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)VC含量高、色澤好,有馬鈴薯香味。祁巖龍[52]發(fā)現(xiàn)不同溫度條件下VC含量變化率及還原糖含量變化率的差異極顯著(p<0.01)。魏奇[53]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)過熱蒸汽干燥溫度105 ℃,轉(zhuǎn)換時(shí)間30 min,真空干燥溫度80 ℃,根據(jù)此工藝參數(shù)組合制作出來的土豆全粉色澤和復(fù)水性好。徐英英[54]得到熱風(fēng)冷凍聯(lián)合干燥土豆切片最佳的工藝參數(shù)為熱風(fēng)溫度63 ℃,切片厚度3 mm,中間含水率36%,真空絕對(duì)壓力40 Pa。該條件下干燥時(shí)間為12.2 h,制品復(fù)水比為4.7。

通常干燥時(shí)間跟馬鈴薯全粉干燥過程中的溫度、切片厚度呈反比，干燥溫度為60 ℃條件下，干燥時(shí)間會(huì)影響紫馬鈴薯全粉的顏色和香味，全粉的顏色會(huì)隨著干燥時(shí)間的增加而加深，香味也更濃郁，在干燥時(shí)間為10 h時(shí)，紫馬鈴薯干片的綜合感官評(píng)分最高為90分，之后隨著烘干時(shí)間的增加，紫馬鈴薯片開始從局部發(fā)暗到整體發(fā)暗變化，出現(xiàn)褐變現(xiàn)象并產(chǎn)生焦味[55]。干燥溫度越高,在馬鈴薯切片的熱風(fēng)干燥過程中，時(shí)間越長(zhǎng),馬鈴薯邊緣易褐變,且褐變面積變大。隨著熱風(fēng)烘干時(shí)間的增加，馬鈴薯全粉的游離淀粉率、還原糖含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，VC含量總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)[51]。隨著干燥時(shí)間的增加，馬鈴薯切片的水分散失率、VC變化率、可溶性蛋白變化率和還原糖含量變化率都呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[52]。長(zhǎng)時(shí)間和高溫處理會(huì)影響食物的定性特性，如營(yíng)養(yǎng)素，顏色和質(zhì)地等[56]。

綜上可知,干燥溫度較高時(shí),可縮短馬鈴薯全粉的干燥時(shí)間,但是低溫干燥能減少VC的損失,降低褐變,提高全粉的色澤,降低全粉的糊化度。

3 討論及展望

馬鈴薯品種和馬鈴薯全粉的加工工藝是影響馬鈴薯全粉品質(zhì)的兩個(gè)主要的因素。前處理(漂燙和護(hù)色處理)和干燥等加工工藝可影響馬鈴薯全粉的感官品質(zhì)、加工品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等。漂燙和護(hù)色都能減輕褐變程度,但是漂燙溫度過高,在滅酶的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致一些熱敏性的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失,溫度過低,達(dá)不到滅酶的效果;護(hù)色處理中護(hù)色劑的劑量大小的控制也較為重要,劑量過小,難以達(dá)到護(hù)色的效果,劑量過大，可能影響產(chǎn)品的口味或者安全性;同樣,干燥溫度高,干燥速率快,但是全粉的營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味損失及其加工特性都會(huì)發(fā)生改變,合適的干燥溫度對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的保持較為重要。由于單一的干燥方式在干燥過程中存在的不足,復(fù)合的干燥方式及工藝可能是未來馬鈴薯全粉干燥的趨勢(shì)。

目前,研究漂燙和護(hù)色處理對(duì)馬鈴薯片的品質(zhì)影響的較多,而且多集中在對(duì)其色澤、還原糖含量、PPO活性抑制及質(zhì)構(gòu)的影響,較少地研究漂燙和護(hù)色處理對(duì)馬鈴薯全粉的影響,尤其是營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和口感風(fēng)味的研究較少。市場(chǎng)上能購(gòu)買到的大都是經(jīng)過熟化的馬鈴薯全粉,有學(xué)者認(rèn)為馬鈴薯雪花全粉和顆粒全粉中的淀粉經(jīng)過熟化后,其加工特性被嚴(yán)重地破壞和改變,當(dāng)馬鈴薯全粉添加量較大時(shí)會(huì)給主食類的開發(fā)造成較大的影響,如黏度增大、難以成型、感官品質(zhì)較差等。不少學(xué)者開始研究低糊化度的馬鈴薯生全粉的制備,而究竟哪些因素影響馬鈴薯生全粉的品質(zhì)都仍待研究。

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