馬鈴薯薯?xiàng)l加工品質(zhì)影響因素概述

楊 妍，白建明，姚春光，李先平

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，昆明 650205）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）在市場(chǎng)上可作鮮食，冷凍炸薯?xiàng)l，薯片或罐頭等，其中薯?xiàng)l作為受歡迎的咸味小吃已有150年之久，其在美國幾乎占馬鈴薯市場(chǎng)銷售總額的三分之一。2012～2013年，美國收獲的馬鈴薯中三分之一加工成冷凍薯?xiàng)l，貿(mào)易總額超過16億美元。中國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國，但馬鈴薯加工率很低，每年需從美國進(jìn)口大量的冷凍薯?xiàng)l。傳統(tǒng)上，薯?xiàng)l只在大型酒店作為奢侈品在中國出售，但隨著美國快餐業(yè)在中國開設(shè)餐館，薯?xiàng)l以及其他快餐開始受到歡迎［1～3］。

馬鈴薯薯?xiàng)l的品質(zhì)評(píng)價(jià)包括含油量、含水量、顏色、質(zhì)地和風(fēng)味等指標(biāo)［4］。薯?xiàng)l的品質(zhì)主要是通過炸條的顏色和質(zhì)地來衡量：松脆的外殼和輕粉面的肉質(zhì)是理想的質(zhì)地特性，而淺奶油色到金黃色是最佳的炸條顏色［5，6］。此外，眾所周知人們對(duì)富含碳水化合物的加工食品，特別是油炸馬鈴薯制品中丙烯酰胺含量較為擔(dān)憂，這也間接影響到馬鈴薯薯?xiàng)l的品質(zhì)評(píng)價(jià)［7］。馬鈴薯油炸是造成丙烯酰胺暴露的主要原因之一，研究表明炸薯?xiàng)l即食其丙烯酰胺含量的基準(zhǔn)水平為500μg/kg［8，9］。

影響馬鈴薯薯?xiàng)l加工品質(zhì)的主要有薯形（塊莖長寬比＞1.5）、塊莖大?。?70 g＜?jí)K莖＜300 g）、還原糖含量（＜0.03%）、干物質(zhì)和淀粉含量（1.080＜水比重＜1.095）、風(fēng)味（薯香味）、耐貯性（抗低溫糖化）、抗病蟲害等指標(biāo)。中國農(nóng)業(yè)部制定了薯片和薯?xiàng)l的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《加工用馬鈴薯油炸》（NY/T 1605-2008），對(duì)薯片和薯?xiàng)l的感觀指標(biāo)、理化指標(biāo)、風(fēng)味和衛(wèi)生指標(biāo)等進(jìn)行了規(guī)定［68］。但一個(gè)品種是否適宜薯?xiàng)l加工還是要通過油炸試驗(yàn)對(duì)其品質(zhì)及風(fēng)味進(jìn)行直觀評(píng)價(jià)，最后提供給薯?xiàng)l加工企業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)認(rèn)可。麥當(dāng)勞針對(duì)馬鈴薯薯?xiàng)l的外觀、質(zhì)地及風(fēng)味等三個(gè)方面制定有嚴(yán)格的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，只有達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)的品種才能作為原料品種供應(yīng)。綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)，影響馬鈴薯薯?xiàng)l加工品質(zhì)的主要因素有薯?xiàng)l顏色、質(zhì)地和丙烯酰胺含量等三個(gè)方面。

1 顏色

油炸馬鈴薯產(chǎn)品最重要的質(zhì)量參數(shù)之一是顏色，這與消費(fèi)者的感知密切相關(guān)［10］。消費(fèi)者對(duì)顏色的評(píng)價(jià)較為苛刻，并且顏色經(jīng)常是他們選擇或拒絕薯片的依據(jù)。炸薯?xiàng)l呈淺金褐色，是由于美拉德反應(yīng)（Maillard reaction）在高溫下褐變?cè)斐傻模@還取決于還原糖和蛋白質(zhì)的含量、煎炸溫度和時(shí)間［11，12］。美拉德反應(yīng)不僅改善了果皮的色澤，而且有助于提升油炸的風(fēng)味［13］。馬鈴薯中的非酶褐變是氨基酸和還原糖之間美拉德反應(yīng)的結(jié)果，但過度的褐變會(huì)導(dǎo)致薯?xiàng)l、土豆泥和薯片等產(chǎn)品的顏色和風(fēng)味變差。在馬鈴薯加工過程中，控制褐變是必不可少的，因?yàn)榱淤|(zhì)產(chǎn)品必須丟棄或作為較低檔次的商品出售［14］。因此應(yīng)對(duì)美拉德反應(yīng)加以限制，在加工或熱燙之前，通過對(duì)土豆進(jìn)行處理，以降低馬鈴薯的含糖量［15］。

Talburt和Smith［16］討論了影響還原糖含量的因素，其中最重要的是貯藏過程：馬鈴薯低溫貯藏時(shí)，還原糖含量增加，加工時(shí)人們使用熱水熱燙浸出還原糖和氨基酸來控制油炸產(chǎn)品的褐變。貯藏期的馬鈴薯塊莖的生化和生理變化對(duì)薯?xiàng)l的色澤也有不同的影響。淀粉不可逆地轉(zhuǎn)化為糖導(dǎo)致還原糖增加是變化之一，從而嚴(yán)重影響了薯?xiàng)l的顏色。馬鈴薯塊莖在10℃保存8個(gè)月，會(huì)產(chǎn)生大量的天冬氨酸和谷氨酰胺，而這些氨基酸是美拉德反應(yīng)的底物，結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致薯?xiàng)l變色［17～19］。馬鈴薯塊莖長期貯藏的另一個(gè)結(jié)果是細(xì)胞膜被破壞，導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)解體和可溶性成分的浸出。這將使可溶物在熱燙過程中更容易通過細(xì)胞溶質(zhì)，從而改變了加工馬鈴薯制品的顏色質(zhì)量［20，21］。因此，加工用馬鈴薯的貯藏時(shí)間和貯藏溫度也應(yīng)嚴(yán)格控制。

2 質(zhì)地

質(zhì)地是除了顏色外影響薯?xiàng)l品質(zhì)的最重要因素之一。薯?xiàng)l具有不均勻的質(zhì)地，內(nèi)部和外部的質(zhì)地應(yīng)結(jié)合在一起考慮［22］。優(yōu)質(zhì)炸薯?xiàng)l的質(zhì)地由兩部分組成：脆的外皮；約1～2 mm（取決于煎炸時(shí)間和溫度）和潮濕柔軟的內(nèi)部，如煮熟的馬鈴薯。在結(jié)構(gòu)意義上，外殼可以被描述為有點(diǎn)堅(jiān)硬的海綿，部分被油填滿。外殼大部分是由空隙構(gòu)成的，它是由水分含量很低的皺縮細(xì)胞制成的，隨煎炸時(shí)間和溫度的變化而變化［23～25］。共聚焦掃描激光顯微照片顯示，外殼中的油就像一個(gè)“雞蛋盒”，包圍著完整的脫水馬鈴薯細(xì)胞。內(nèi)部，或者說內(nèi)芯，可以用堅(jiān)實(shí)、細(xì)膩和柔軟來描述。硬度是馬鈴薯塊莖在加工過程中發(fā)生的化學(xué)、物理和結(jié)構(gòu)三大變化所造成的結(jié)果［26～29］。首先，淀粉變得糊化；其次，細(xì)胞壁被削弱，伴隨著細(xì)胞通透性的增加；最后，相鄰細(xì)胞間的細(xì)胞間粘附減少。這些變化的強(qiáng)度取決于溫度，如加工過程中的溫度和處理時(shí)間。“細(xì)膩度”是用來表達(dá)舌頭上一種顆粒狀的口腔感覺的術(shù)語［30～32］。煮熟的土豆質(zhì)地碎裂，易于分解，但保持其形狀。人們通常不喜歡在舌頭上有濕和糊狀感覺的炸薯?xiàng)l（即濕潤的質(zhì)地）［27］。

影響炸薯?xiàng)l脆度的主要結(jié)構(gòu)特征是含水量、吸油率、淀粉含量及其在組織中的分布。影響脆化度的其他主要因素與生產(chǎn)過程有關(guān)：預(yù)干燥和標(biāo)準(zhǔn)煎炸條件［33，34］。非淀粉多糖（non-starch polysaccharides，NSP）和木質(zhì)素是除淀粉外影響馬鈴薯質(zhì)地結(jié)構(gòu)的主要成分，占馬鈴薯非淀粉干物質(zhì)含量的一半以上。研究熟馬鈴薯的細(xì)胞結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)，質(zhì)地的變化是由受損的中間層和細(xì)胞壁以及淀粉糊化引起的。這些化合物不僅會(huì)影響產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值，而且還會(huì)影響產(chǎn)品的感官特性，尤其是質(zhì)地。薯?xiàng)l加工中的一些技術(shù)參數(shù)對(duì)NSP和木質(zhì)素的含量和組成也有影響［35～38］。Go?ubowska［39］研究表明，漂白和煎炸是影響馬鈴薯NSP和木質(zhì)素含量變化的主要過程。果膠和纖維素是對(duì)炸薯?xiàng)l質(zhì)地影響最大的物質(zhì)。

在油炸過程中，當(dāng)表面溫度達(dá)到100℃時(shí)，表層水開始蒸發(fā)。隨著表面干涸，蒸發(fā)水的范圍向薯?xiàng)l中心轉(zhuǎn)移，形成多孔的外殼。水蒸氣從核心遷移，使外殼多孔，當(dāng)多孔和低水分外殼發(fā)生變形時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量裂縫［40，41］。據(jù)報(bào)道，外殼80%的體積是空隙組成的，這決定了薯?xiàng)l的脆性［42］。此外，糊化淀粉和細(xì)胞間薄層的破裂會(huì)在核心產(chǎn)生軟而熟的馬鈴薯質(zhì)地，這就形成了理想的薯?xiàng)l質(zhì)地［43］。

3 丙烯酰胺

瑞典國家食品管理局（Swedish National Food Administration，SNFA）和斯德哥爾摩大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，丙烯酰胺存在于富含碳水化合物的食物中，如炸薯?xiàng)l和薯片［44］。這一發(fā)現(xiàn)引起了人們對(duì)這一領(lǐng)域的極大興趣并開展了一些研究。有研究表明，丙烯酰胺是一種副產(chǎn)品，當(dāng)富含碳水化合物的食物在120℃以上的高溫下油炸、烘焙或烘烤時(shí)，就會(huì)形成丙烯酰胺［45］。據(jù)報(bào)道，在不同的食品中，炸薯?xiàng)l、薯片和其他涉及油炸或烤箱烹飪的馬鈴薯制品中，丙烯酰胺含量最高［46］。

美拉德反應(yīng)是淀粉類食品中丙烯酰胺生成的主要原因。目前有研究表明，丙烯酰胺的生成與美拉德反應(yīng)有密切的關(guān)系。美拉德反應(yīng)導(dǎo)致加工食品中的褐變和丙烯酰胺的形成，丙烯酰胺的生成起始于大約120℃，在160到180℃之間急劇增加。當(dāng)加熱時(shí)，除美拉德反應(yīng)外，脫羧天冬酰胺（3-氨基丙酰胺）在不含還原糖的情況下，也能產(chǎn)生丙烯酰胺［47～50］。馬鈴薯中含有大量的天冬酰胺和還原糖，通常通過煎炸或烘烤來食用，所有這些因素都導(dǎo)致在馬鈴薯制品中形成丙烯酰胺，這也解釋了油炸/加熱馬鈴薯制品中丙烯酰胺含量偏高的原因［48］。據(jù)報(bào)道，在一定的時(shí)間里，馬鈴薯中的糖含量受品種和存儲(chǔ)條件的影響比其他任何因素更多［51］。馬鈴薯品種對(duì)丙烯酰胺的形成有顯著影響，因此，品種選擇和品種改良對(duì)于降低加工馬鈴薯制品中丙烯酰胺含量具有重要意義［52］。貯藏條件對(duì)馬鈴薯塊莖中糖和游離氨基酸含量的影響主要是貯藏溫度和貯藏時(shí)間。大多數(shù)研究認(rèn)為，在8～12℃貯藏是保持馬鈴薯中還原糖含量較低或?yàn)榭山邮艿淖罴奄A藏溫度［53，54］。儲(chǔ)存期為6個(gè)月的馬鈴薯中的丙烯酰胺含量有少量的增加，而儲(chǔ)存6個(gè)月后丙烯酰胺含量則大幅度的增加［55］。因此，Elmore等［52］建議馬鈴薯應(yīng)在2～6個(gè)月的最佳貯藏時(shí)間內(nèi)加工。薯?xiàng)l加工型馬鈴薯新品種選育的一個(gè)重要指標(biāo)就是把塊莖分別儲(chǔ)藏1～6個(gè)月后再進(jìn)行炸條試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其低溫抗糖化能力。

4 小結(jié)

馬鈴薯新品種的開發(fā)和商業(yè)化是一個(gè)漫長的過程，但卻是提高薯?xiàng)l品質(zhì)最有效的方法，最終會(huì)為減少丙烯酰胺含量提供有效的解決方案。品種的選擇對(duì)薯?xiàng)l品質(zhì)起著決定性作用，優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯品種是生產(chǎn)馬鈴薯薯?xiàng)l的基礎(chǔ)［56］。近年來，通過從國外引進(jìn)和我國馬鈴薯育種單位的選育，在生產(chǎn)和加工上推廣了一些適宜炸條的品種，這些品種的應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)了薯?xiàng)l加工業(yè)的發(fā)展［59］。薯?xiàng)l加工對(duì)馬鈴薯的要求較高，除了對(duì)塊莖感官指標(biāo)有要求外，對(duì)理化指標(biāo)也有嚴(yán)格的要求。馬鈴薯塊莖中的還原糖含量直接影響薯?xiàng)l的品質(zhì)和顏色，適合炸薯?xiàng)l的品種要求薯形長橢圓、淀粉和干物質(zhì)含量高、還原糖含量低。目前國際上滿足美國麥當(dāng)勞油炸薯?xiàng)l“黃金標(biāo)準(zhǔn)”的主要品種有夏波蒂（Shepody）、褐色布爾班克（Russet Burbank）等老品種和美國近年選育的Ranger Russet，Umatilla Russet，Clearwater Russet，Blazer Russet和Ivory Russet等薯?xiàng)l加工專用型新品種，這些品種還原糖含量較低而淀粉含量高，適宜制作馬鈴薯薯?xiàng)l制品［60～62］。此外，還有一些國內(nèi)馬鈴薯育種單位選育的品種也是馬鈴薯炸條的優(yōu)質(zhì)品種，如鄂馬鈴薯3號(hào)還原糖含量為0.11%，適宜薯?xiàng)l加工［63，64］；云薯401干物質(zhì)含量高，還原糖含量低，是適宜馬鈴薯薯?xiàng)l加工的優(yōu)良品種［65］。田春雨［66］對(duì)薯?xiàng)l加工型馬鈴薯品種進(jìn)行了篩選，其中除上述已經(jīng)提到的品種外還有中薯16號(hào)、冀張薯4號(hào)適宜馬鈴薯薯?xiàng)l加工。因此，完善品質(zhì)育種的理論和技術(shù)體系，對(duì)于馬鈴薯品質(zhì)的遺傳改良，培育馬鈴薯優(yōu)質(zhì)新品種，提高馬鈴薯加工產(chǎn)品質(zhì)量，滿足人們?nèi)找嬖鲞M(jìn)的營養(yǎng)和健康需求具有重要意義［57］。

馬鈴薯品種的遺傳特性決定了其丙烯酰胺含量的高低。此外油炸工藝對(duì)丙烯酰胺的含量以及美拉德反應(yīng)引起的褐變、質(zhì)地和風(fēng)味的變化都有很大的影響［58］。因?yàn)榻咏览路磻?yīng)結(jié)束時(shí)較低的溫度可能會(huì)減少丙烯酰胺的生成［59］，因此應(yīng)控制油炸時(shí)間和油溫，以降低丙烯酰胺含量，油炸溫度不應(yīng)超過170℃。油炸的目的是進(jìn)一步去除薯?xiàng)l水分，使薯?xiàng)l淀粉糊化，改變其外部質(zhì)地并產(chǎn)生特殊的風(fēng)味，油炸溫度和時(shí)間的增加會(huì)顯著提高薯?xiàng)l的酥脆性，降低薯?xiàng)l的水分含量［67］。油炸方式、油型、油溫及油炸時(shí)間的選取應(yīng)綜合考慮薯?xiàng)l的品質(zhì)及食品的安全等因素［56］。