不同工藝制備的馬鈴薯全粉理化性質(zhì)比較

楊 娟 ，程 力 *，2，3，洪 雁 ，2，3，李才明 ，2，3，李兆豐 ，2，3，顧正彪 ，2，3

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122；3.食品安全與質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心，江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122）

我國馬鈴薯資源豐富，馬鈴薯種植面積居世界首位。馬鈴薯營養(yǎng)豐富，含有21種氨基酸，其中8種為必需氨基酸，與動物蛋白質(zhì)相似，擁有“地下蘋果”、“第二面包”等稱號[1]。馬鈴薯鮮薯中干物質(zhì)含量較低，僅為15.79%～22.72%[2]，水分含量較高，較難貯存。2015年，為保障國家糧食安全、滿足人民對消費(fèi)結(jié)構(gòu)日益增長的新需求，農(nóng)業(yè)部啟動馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，讓馬鈴薯逐漸成為我國的第四大主糧。將馬鈴薯脫水干燥可降低鮮薯的貯運(yùn)成本，推動馬鈴薯主食化進(jìn)程。馬鈴薯全粉基本保留了薯皮以外的全部干物質(zhì)，營養(yǎng)豐富、水分含量較低、便于運(yùn)輸和貯存，可以作為生產(chǎn)加工用原輔料[3-4]。目前我國市面上主要的馬鈴薯全粉包括雪花粉、顆粒粉，這兩種熟全粉應(yīng)用最為廣泛。雪花粉為新鮮馬鈴薯去皮、切片、蒸煮、制泥等工序后，采用滾筒干燥制備而成的薄片狀產(chǎn)品[5]。顆粒全粉，國外常采用回填造粒的生產(chǎn)工藝，制得馬鈴薯細(xì)胞以單體或多個細(xì)胞的聚合體的形態(tài)存在[5]。但目前我國市面上的顆粒粉大多將雪花粉粉碎后制備得到。傳統(tǒng)的馬鈴薯全粉包括雪花粉和顆粒粉，其中淀粉的糊化度高、后續(xù)加工性能較差，生全粉應(yīng)用而生。生全粉的制備工藝為去皮、切丁、護(hù)色、干燥，研磨制得，因糊化度較低[6]而得名。

目前，馬鈴薯全粉品質(zhì)分析相關(guān)文獻(xiàn)大多以馬鈴薯熟全粉為原料展開，生全粉理化性質(zhì)鮮為報(bào)道。關(guān)于生全粉與熟全粉品質(zhì)分析比較的文獻(xiàn)中兩種全粉的馬鈴薯品種不一致，導(dǎo)致分析結(jié)果缺乏合理性。本文的新鮮馬鈴薯原料取自張家口燕北薯業(yè)，一部分鮮薯用作工廠代加工馬鈴薯雪花粉及顆粒粉，另一部分鮮薯用作實(shí)驗(yàn)室制備馬鈴薯生全粉。從源頭上避免了現(xiàn)存問題，在結(jié)果分析中更具合理性及說服力。馬鈴薯主食化工作的開展離不開馬鈴薯全粉制備工藝的改良和理化性質(zhì)研究。本文對不同工藝制得的馬鈴薯全粉理化性質(zhì)研究可以為開發(fā)馬鈴薯主食產(chǎn)品提供理論依據(jù)，推動馬鈴薯主食化進(jìn)程。

1 材料與方法

1.1 原料

馬鈴薯（品種為麥肯）由燕北薯業(yè)有限公司提供，馬鈴薯雪花粉（品種為麥肯）由燕北薯業(yè)有限公司代加工制備，顆粒粉由雪花粉粉碎并通過80目篩獲得；生全粉由實(shí)驗(yàn)室利用鮮薯（麥肯）制備，3種馬鈴薯全粉為同一品種。中筋小麥粉（下文中簡稱小麥粉）為市售五得利中筋小麥粉。

實(shí)驗(yàn)儀器：Quanta-200電子掃描顯微鏡 （荷蘭FEI公司）；RVA快速黏度分析儀 （澳大利亞Newport Scientific公司）；高精度分光測色儀（UltraScan Pro1166）GZX-9140MBE 電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司）；RJ-LD-50G低速大容量離心機(jī)（無錫市瑞江有限公司）；AB-104N電子天平 （上海梅特勒-托利多儀器有限公司）；D2 PHASER型X-衍射分析儀 （德國布魯克AXS有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯生全粉的制備 選取未腐爛的、外觀良好的新鮮馬鈴薯，將馬鈴薯清洗干凈、去皮，切分成8 mm馬鈴薯薄片，將薄片轉(zhuǎn)移至質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的檸檬酸護(hù)色液中，浸泡30 min，將護(hù)色好的馬鈴薯片瀝干，置于50℃的鼓風(fēng)干燥箱干燥，干燥時(shí)間為5 h，干燥完成后粉碎并逐漸通過80目篩，直到全部樣品通過。

1.2.2 基本組分的測定 水分含量測定參照GB/T 5009.3—2010；灰分含量測定參照GB/T 5009.4—2010；粗脂肪含量測定參照GB/T 5009.6—2003；粗蛋白質(zhì)含量測定參照GB/T 5009.5—2010中凱氏定氮法；淀粉含量測定參照GB/T 5009.9—2008中的酸水解法；膳食纖維含量參照GB/T 5009.88—2014。

1.2.3 色度測定 馬鈴薯全粉及小麥粉色澤測定采用高精度色度儀，使用L*a*b*空間法表示，每個樣品測定10次，取平均值。其中L*、a*和b*分別表示亮度值、紅綠色度和黃藍(lán)色度。

1.2.4 糊化度測定 準(zhǔn)確稱取0.25 g樣品2份，置于150 mL三角瓶中，其中1份供制備全糊化樣品，另一份為測定樣品。在三角瓶中加入50 mL蒸餾水，混合后，于沸水浴中煮沸30 min，每10 min搖動一次，即為全糊化樣品。將全糊化樣品冷卻后，向所有樣品加入5 mL 3%的Taka淀粉酶，于37℃振蕩水浴反應(yīng)2 h，立即加入2 mL 1 mol/L的鹽酸結(jié)束反應(yīng)，隨后加入2 mL 1mol/L的NaOH中和鹽酸。靜置1 min后，過濾，取1 mL濾液用DNS顯色，計(jì)算糊化度。

1.2.5 碘藍(lán)值測定 參照冷明新等[6-7]的方法，計(jì)算公式為：X=E×54.2+5，其中X為碘藍(lán)值；E為樣品吸光度。

1.2.6 微觀結(jié)構(gòu)觀察 取少量小麥粉及不同的馬鈴薯全粉分別進(jìn)行離子濺射噴金處理，將處理后的樣品置于掃描電子顯微鏡下觀察淀粉顆粒的微觀結(jié)構(gòu)，加速電壓為5.0 kV，放大倍數(shù)分別為300倍，600倍。

1.2.7 糊化特性測定 稱取一定質(zhì)量的小麥粉及3種馬鈴薯全粉、水（共25 g），調(diào)成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的乳，采用RVA標(biāo)準(zhǔn)程序2，程序參照洪雁等[8]的方法。

1.2.8 X-射線衍射測定 馬鈴薯全粉和小麥粉的晶體結(jié)構(gòu)使用X-射線衍射儀觀察，測試條件為：采用衍射角（2θ）進(jìn)行掃描，范圍：5～30°，掃描速率為30°/min。X-射線衍射圖譜結(jié)果通過MDI Jade 5.0軟件進(jìn)行分析處理[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本組分分析

馬鈴薯全粉及小麥粉的基本組成成分如表1所示。由表1可以看出不同制備工藝的馬鈴薯全粉基本組分差異較小（均折算為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，干基，db），這是因?yàn)橹苽淙鄣男迈r馬鈴薯來源一致。3種馬鈴薯全粉的膳食纖維含量均高于小麥粉，而小麥粉的脂肪、蛋白以及淀粉含量均高于馬鈴薯全粉。在馬鈴薯全粉中，生全粉的水分含量最高，脂肪含量最低，而雪花粉及顆粒粉的水分含量較低，這可能與加工工藝有關(guān)?；窘M分中蛋白質(zhì)和淀粉含量對饅頭的品質(zhì)有較大的影響。若應(yīng)用于主食產(chǎn)品饅頭中，蛋白質(zhì)通過加水形成面筋網(wǎng)絡(luò)骨架，淀粉作為面筋中的填充物對面團(tuán)食品的性質(zhì)有重要作用[10]。

表1 小麥粉和馬鈴薯全粉的基本組分Table 1 Basic components of potato powder and wheat flour

2.2 色度分析

馬鈴薯全粉和小麥粉的色度值如表2所示。表中L*值表示亮度值，a*和b*分別表示紅綠度和黃藍(lán)度，正a*表示紅色，a*越大，表明樣品越紅，正b*表示黃色，b*值越大，其顏色越黃。馬鈴薯顆粒粉是由雪花粉粉碎后通過80目篩制得，顆粒較小，生全粉是由馬鈴薯片粉碎后全部通過80目篩制得，因此雪花粉的顆粒最大，生全粉和顆粒粉的顆粒大小差異小。由表2中數(shù)據(jù)可知，小麥粉的亮度值高于馬鈴薯全粉。馬鈴薯雪花粉的亮度值比顆粒粉和生全粉低，而顆粒粉和生全粉的亮度值差異較小，可能是因?yàn)檠┗ǚ垲w粒大小比顆粒粉和生全粉大，比表面積變小，反射的光較少[11]。生全粉的正a*值最大，而雪花粉與顆粒粉a*值為負(fù),可能的原因是生全粉制備過程中經(jīng)檸檬酸護(hù)色，馬鈴薯中的多酚氧化酶只是暫時(shí)被抑制，而非失活，因此在烘干過程中存在輕微褐變，而雪花粉及顆粒粉經(jīng)高溫處理，多酚氧化酶失活程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)增大，因此，在干燥過程中基本不會發(fā)生褐變反應(yīng)。馬鈴薯全粉的b*值均高于小麥粉，說明馬鈴薯全粉比小麥粉黃，這可能與原料有關(guān)。這與馬夢萍等[12]的報(bào)道結(jié)果相一致。張芳芳等[13]研究發(fā)現(xiàn)小麥粉的L*值與饅頭感官評價(jià)色度值呈正相關(guān)。消費(fèi)者一般喜歡色澤較白亮的制品。小麥粉和馬鈴薯全粉的L*值越高，制品越能使消費(fèi)者滿意。由于原料自身顏色的影響，小麥粉的L*值高于馬鈴薯全粉，但顆粒粉的亮度值最大，因此將顆粒粉應(yīng)用到主食化產(chǎn)品更易受到消費(fèi)者的歡迎。

表2 小麥粉和馬鈴薯全粉色度值Table 2 Color values of potato powder and wheat flour

2.3 糊化度及碘藍(lán)值分析

圖1是馬鈴薯全粉和小麥粉的糊化度。糊化度是指馬鈴薯全粉中的淀粉在加工制備過程中的糊化程度。糊化度是影響全粉加工性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。雪花粉和顆粒粉的糊化度較高，達(dá)到95%左右，是因?yàn)樵谥苽溥^程中經(jīng)過預(yù)煮及蒸煮工序，這兩階段溫度較高，淀粉糊化。生全粉是馬鈴薯全粉中糊化度最低的產(chǎn)品，為11%左右，與沈存寬等[6]的研究結(jié)果相近。小麥粉在制備過程中未經(jīng)熱處理過程的，因此糊化度也較低。

圖1 小麥粉和馬鈴薯全粉的糊化度Fig.1 Degree of gelatinization of potato powder and wheat flour

馬鈴薯全粉的游離淀粉含量是反映其品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，碘藍(lán)值可用來表示馬鈴薯全粉細(xì)胞壁被破壞后釋放出游離淀粉的程度[14]。碘藍(lán)值越高表明其中游離淀粉含量越高，代表馬鈴薯細(xì)胞壁破壞程度越大[15]。雪花粉的碘藍(lán)值最低，說明游離淀粉含量最少，在制備過程中極大地保護(hù)了細(xì)胞壁的完整性。顆粒粉是雪花粉粉碎后的產(chǎn)品，碘藍(lán)值大于雪花粉但小于生全粉和小麥粉，說明粉碎使顆粒粉的碘藍(lán)值增大。小麥粉和生全粉的碘藍(lán)值較高，是因?yàn)樵谥苽溥^程中細(xì)胞壁未得到強(qiáng)化，后續(xù)粉碎工序使得淀粉游離量增大。游離淀粉含量高，細(xì)胞壁破壞越嚴(yán)重，營養(yǎng)和風(fēng)味物質(zhì)保留率越低[16]，游離淀粉含量也會影響溶解度及膨脹勢，繼而對后續(xù)加工及制品品質(zhì)產(chǎn)生影響（圖2）。

圖2 小麥粉和馬鈴薯全粉的碘藍(lán)值Fig.2 Iodine blue value of potato powder and wheat flour

2.4 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖3為小麥粉、馬鈴薯雪花粉、顆粒粉及生全粉的微觀結(jié)構(gòu)圖。小麥粉中含有A、B兩種淀粉，淀粉顆粒大小差異較大，且淀粉顆粒并不光滑，這是由于小麥粉中的蛋白質(zhì)將淀粉顆粒包裹所致。馬鈴薯淀粉形小分布不均勻，大顆粒為橢圓狀，小顆粒為圓狀，表明光滑平坦[17]。雪花粉及顆粒粉的微觀結(jié)構(gòu)圖里不能清晰看到馬鈴薯淀粉顆粒，而是被包裹的狀態(tài)。這可能是因?yàn)樵谥苽溲┗ǚ奂邦w粒粉時(shí)的預(yù)煮工序?qū)е碌模斯ば蛞环矫婵墒勾嬖谟隈R鈴薯中的果膠甲酯酶強(qiáng)化細(xì)胞壁，減少細(xì)胞破損[18]；另一方面也會導(dǎo)致淀粉部分糊化。經(jīng)過蒸煮工序，淀粉糊化程度會進(jìn)一步加深。生全粉未經(jīng)過預(yù)煮及蒸煮工序，未強(qiáng)化細(xì)胞壁，淀粉糊化程度低，淀粉顆粒清晰可見。但是淀粉顆粒表面不光滑，可能是因?yàn)轳R鈴薯中的蛋白質(zhì)、以及細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的一些組織碎片粘附在淀粉顆粒表面所致。

圖3 小麥粉和馬鈴薯全粉的電鏡圖Fig.3 Electron micrograph of potato powder and wheat flour

2.5 糊化特性分析

圖4為小麥粉及馬鈴薯全粉的糊化特性曲線圖。雪花粉和顆粒粉糊化度較高，因此，當(dāng)加入水分時(shí)黏度瞬時(shí)增加。峰值黏度可以反映全粉中淀粉在糊化過程中淀粉顆粒的膨脹程度[19]，顆粒粉的峰值黏度約是雪花粉的2倍，這是因?yàn)檠┗ǚ奂?xì)胞壁相對完整，淀粉被束縛在細(xì)胞壁中，溶脹有限，使得剪切作用大于顆粒溶脹所引起的黏度增加，黏度增加有限即開始下降，并達(dá)到平衡。而顆粒粉因細(xì)胞壁被部分破壞，淀粉在攪拌過程中不斷滲漏，吸水溶脹充分，因而溶脹所引起的黏度遠(yuǎn)大于剪切引起的黏度下降，且隨著溫度的增加溶脹程度增加，至95℃左右溶脹達(dá)到平衡，體系黏度開始下降。馬鈴薯生全粉的糊化度低，黏度變化與馬鈴薯淀粉較為相似[20]，馬鈴薯生全粉的糊化溫度低于小麥粉的糊化溫度，小麥粉在65～78℃時(shí)出現(xiàn)小峰，是因?yàn)樾←湻墼诩庸み^程中少量的破損淀粉吸水導(dǎo)致。

95℃保溫結(jié)束后，溫度開始降低，進(jìn)入老化階段，體系黏度開始變大。小麥粉和生全粉中的淀粉經(jīng)充分吸水膨脹后分子重排，但生全粉的老化程度低于小麥粉，這與淀粉本身有關(guān)，與張正茂等[21]報(bào)道的馬鈴薯淀粉老化低于小麥淀粉的老化程度相一致。顆粒粉的老化程度大于雪花粉，是因?yàn)轭w粒粉中淀粉吸水充分，更易老化，而雪花粉中淀粉溶脹有限，老化受限，且其中已糊化的淀粉被細(xì)胞壁包裹，分子重排變得困難，回生程度低。

圖4 小麥粉和馬鈴薯全粉的RVA曲線Fig.4 Pasting curves of potato powder and wheat flour

2.6 X-射線衍射分析

圖5為馬鈴薯全粉和小麥粉的X-射線衍射圖。小麥粉是典型的A型峰，出峰位置與張華等[22]的研究結(jié)果一致。淀粉顆粒內(nèi)部結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)決定了淀粉的構(gòu)型[23]。馬鈴薯淀粉是B型晶體結(jié)構(gòu)[24]。馬鈴薯生全粉的X-衍射圖呈現(xiàn)出與馬鈴薯淀粉相似的特征峰，可能的原因是生全粉淀粉糊化度低，淀粉的結(jié)晶區(qū)決定其衍射峰。此外，馬鈴薯生全粉在5.5°處特征峰不明顯，可能是因?yàn)榧庸み^程中部分淀粉糊化。然而雪花粉及顆粒粉的衍射峰為無定形結(jié)構(gòu)衍射曲線，形狀呈饅頭峰狀[25]，是因?yàn)檠┗ǚ酆皖w粒粉在加工過程中經(jīng)高溫處理，淀粉糊化程度大，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)已遭到破壞。

圖5 小麥粉和馬鈴薯全粉的X射線衍射圖Fig.5 X-ray diffraction patterns of potato powder and wheat flour

3 結(jié) 語

通過對同一品種、不同工藝制備的馬鈴薯全粉理化性質(zhì)比較，再將馬鈴薯全粉與小麥粉比較，發(fā)現(xiàn)其理化性質(zhì)差異較大。馬鈴薯全粉的膳食纖維含量高于小麥粉，但淀粉和蛋白質(zhì)含量均低于小麥粉。馬鈴薯全粉的亮度值低于小麥粉，全粉中顆粒粉和生全粉的亮度值較大，雪花粉的亮度值最小。雪花粉的碘藍(lán)值最小，糊化度最高，結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞；生全粉的碘藍(lán)值最大，糊化度最低，結(jié)晶衍射峰尖銳。本文通過基本理化性質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)馬鈴薯雪花粉、顆粒粉及生全粉之間理化性質(zhì)差異較大，對于應(yīng)用加工性能會有較大影響，可為研究和開發(fā)馬鈴薯主食化產(chǎn)品提供理論依據(jù)。