不同方式熟化馬鈴薯食用品質(zhì)與加熱均勻性分析

郭鑫，申慧珊，鄭建梅，宋燕，鄭倩娜，張國權(quán)*

西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（楊凌 712100）

馬鈴薯富含淀粉、蛋白、維生素、礦物質(zhì)、多酚等各類營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分，其主食產(chǎn)品擁有廣闊的市場空間。國內(nèi)外對馬鈴薯主食產(chǎn)品的研究主要集中在薯條、薯片及全粉制品上，對馬鈴薯整薯烘焙的研究較少。Pravisani等[1]以質(zhì)構(gòu)特性和中心溫度為指標(biāo)研究油炸薯條的最短油炸時間。Taniwaki等[2]利用仿牙探針對薯片的脆度進(jìn)行試驗，并對斷裂點附近的力學(xué)和聲學(xué)特性的相關(guān)性進(jìn)行分析。王璽等[3]使用物性測定儀和電子鼻等研究馬鈴薯粉粒度對面包感官、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味的影響。

馬鈴薯整薯烹飪的方法主要有紅外烘焙、微波烘焙、汽蒸熟化、水煮熟化等。賴燈妮等[4]綜述汽蒸、水煮、油炸、烘焙等烹飪方式對馬鈴薯的營養(yǎng)成分及生物活性物質(zhì)的影響。Jansk[5]和王榛等[6]利用GC-MS對不同方式烹飪的普通馬鈴薯和紫色馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行分析。茍敏[7]和Zhang等[8]分別對射頻加熱的紫薯片和蘋果片的食用品質(zhì)、酶活性、抗氧化活性和加熱均勻性進(jìn)行分析。試驗探討紅外烘焙、微波烘焙、汽蒸熟化和水煮熟化對馬鈴薯感官品質(zhì)及風(fēng)味物質(zhì)的影響，比較不同烹飪方式對馬鈴薯加熱速率、水分損失、加熱均勻性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，為馬鈴薯主食產(chǎn)品深加工的熟化方式選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

“馬爾科”馬鈴薯，乒乓球大小，單個質(zhì)量50±5 g，產(chǎn)自湖北省恩施市，使用新鮮、無機械損傷、未發(fā)芽、形狀規(guī)則的不去皮整薯。

1.2 儀器與設(shè)備

KWS1530X-H7R型紅外烤箱（中國廣東格蘭仕有限公司）；X3-233A型微波爐（廣東美的廚房電器制造有限公司）；GCMS-QP2010 Ultra型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）；Ti 90型紅外成像儀（美國Fluke公司）；Nano SEM-450型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（美國FEI公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 熟化方式

對照：生馬鈴薯。紅外烘焙：180 ℃，烤箱烘烤40 min。微波熟化：1 000 W，微波熟化5 min。汽蒸熟化：常壓汽蒸30 min。水煮熟化：常壓水煮30 min。

1.3.2 感官評價

10位食品專業(yè)學(xué)生采用觀、聞、嘗的方式對樣品進(jìn)行感官評定，按表1標(biāo)準(zhǔn)打分，取平均分。

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 風(fēng)味物質(zhì)[7,9]

使用SPME-GC-MS進(jìn)行測定，準(zhǔn)確稱取4 g馬鈴薯，分別置于20 mL頂空瓶中，45 ℃條件下平衡30 min，頂空吸附30 min，解吸5 min。

GC條件：DB-1MS毛細(xì)管柱。載氣（He），流速1.0 mL/min，不分流進(jìn)樣。升溫程序：40 ℃保持3 min，以4 ℃/min升至120 ℃，保持4 min，以6 ℃/min升至240 ℃，保持4 min。MS條件：電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；掃描范圍m/z35～500。采用NIST譜庫檢索，以保留指數(shù)為指標(biāo)，進(jìn)行化合物的定性，采用峰面積歸一化法計算相對含量。

1.3.4 升溫速率[7]

使用紅外測溫儀測定表面溫度，使用熱電偶測量內(nèi)部溫度。微波處理每0.5 min記錄1次；紅外、汽蒸、水煮處理每5 min記錄1次。

1.3.5 水分損失

參考GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》中的直接干燥法。

1.3.6 加熱均勻性[8]

加熱均勻性由等溫線圖和加熱均勻性指數(shù)λ進(jìn)行評價。樣品切成直徑3 cm，厚度1 cm的圓片，用紅外熱成像儀快速測定樣品的溫度分布，攝像頭與樣品之間的距離保持約50 cm，數(shù)據(jù)導(dǎo)出后利用Origin 2018繪制等溫線圖。加熱均勻性指數(shù)λ通過式（1）計算。

式中：σ和σ0分別是樣品的最終溫度和初始溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差；μ和μ0分別是樣品的最終和初始溫度。

1.3.7 微觀結(jié)構(gòu)[10]

將冷凍干燥樣品用雙面膠固定，離子濺射鍍金處理，使用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀察，放大倍數(shù)800倍，操作電壓5 kV。

2 結(jié)果與分析

2.1 食用品質(zhì)評價

2.1.1 感官評分

由圖1可知：不同方式熟化后馬鈴薯的感官綜合評分差異顯著（p＜0.05），綜合評分排序為紅外＞汽蒸＞水煮＞微波，與楊軍林等[11]趨勢基本一致。紅外烘焙馬鈴薯外觀相對完整，色澤金黃，口感松軟均勻，組織細(xì)密，薯香濃郁。微波烘焙馬鈴薯外觀皺縮變形，口感偏硬，風(fēng)味較淡，這可能與微波加熱使水分迅速揮發(fā)有關(guān)。汽蒸熟化與水煮熟化馬鈴薯具有最高水分，因此它們的外觀形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)較好，風(fēng)味較淡，口感略粘牙，能更好地保留生樣的色澤。

圖1 不同方式熟化后馬鈴薯感官評分

2.1.2 風(fēng)味分析

由表2可知：不同方式熟化后馬鈴薯揮發(fā)性成分主要可以分為10類，分別是醛類、醇類、烴類、酯類、酮類、酸類、硫類、胺類、吡啶類、芳香類化合物，與Jansky[5]的結(jié)果相似。這些化合物對風(fēng)味的貢獻(xiàn)主要由其相對含量與本身閾值的比值決定[12]。

表2 熟化方式對馬鈴薯風(fēng)味物質(zhì)相對含量的影響 單位：%

生馬鈴薯可以檢測出17種揮發(fā)性成分，醛類10種（75.96%）、醇類3種（21.23%）、烴類2種（1.32%）、酯類1種（0.76%）、酮類1種（0.74%），特征風(fēng)味物質(zhì)為甲硫基丙醛，呈濃郁馬鈴薯味和果蔬香[5,13]。紅外、微波、汽蒸、水煮熟化后分別能檢測到24，11，19和21種風(fēng)味物質(zhì)，共同趨勢為醛類、醇類物質(zhì)含量下降，其他揮發(fā)性成分含量上升，這可能是因為加熱處理使脂質(zhì)、糖類、蛋白質(zhì)降解，促進(jìn)美拉德反應(yīng)發(fā)生[6,13-14]。紅外烘焙溫度最高，反應(yīng)更徹底，因此風(fēng)味最豐富且濃郁，3, 6-二甲基吡啶-2-甲酸使馬鈴薯擁有特殊的烘烤香[5]；微波熟化后風(fēng)味物質(zhì)種類最少且閾值高的烴類物質(zhì)占總揮發(fā)性成分的61.63%，因此風(fēng)味最淡[5,12]；汽蒸、水煮熟化后風(fēng)味物質(zhì)種類及含量相似，對醛類物質(zhì)的保留率相對較高，因此有著相似的果蔬香味[15]。綜合感官評分和揮發(fā)性物質(zhì)的風(fēng)味排序為紅外＞汽蒸≈水煮＞微波。該結(jié)果與王榛等[6]研究結(jié)果相似。

2.2 加熱特性分析

2.2.1 升溫速率

經(jīng)不同方式熟化后馬鈴薯內(nèi)外最終溫度均高于馬鈴薯淀粉糊化溫度75 ℃，升溫速度排序為微波＞水煮≈汽蒸＞紅外，平均加熱速率分別為16.81，3.18，3.16和2.46 ℃/min，該趨勢與茍敏[7]研究結(jié)果一致。紅外、汽蒸、水煮熟化過程中馬鈴薯平均表面溫度大于內(nèi)部溫度，加熱速率較低，這主要是因為它們都是通過熱傳導(dǎo)的方式從外而內(nèi)加熱，傳熱阻力較大。微波熟化屬于介電加熱，直接使水分子振動升溫[16]，熱量從內(nèi)向外傳導(dǎo)，因此平均內(nèi)部溫度大于表面溫度，加熱速率高。

2.2.2 水分損失

不同方式熟化的馬鈴薯水分變化差異顯著，生馬鈴薯水分在79.35%左右，汽蒸和水煮熟化后，最終水分略有升高，分別達(dá)到80.06%和81.59%；紅外烘焙是從外而內(nèi)逐層加熱，表面水分揮發(fā)后質(zhì)地發(fā)生硬化，增加傳質(zhì)阻力，阻礙水分蒸發(fā)[7,17]，因此熟化完成后仍保留74.48%的水分；微波頻率較高，穿透性強，水分子從內(nèi)向外揮發(fā)迅速[17-18]，5 min后僅剩63.22%的水分。

2.2.3 加熱均勻性

紅外、微波、汽蒸、水煮熟化后馬鈴薯的加熱均勻性指數(shù)λ分別為0.052，0.126，0.086和0.090，λ指數(shù)越小說明加熱均勻性越好[8,19]，因此加熱均勻性排序為紅外＞汽蒸≈水煮＞微波。微波加熱均勻性較差可能與馬鈴薯內(nèi)部水分分布不均勻、微波爐內(nèi)電場分布不均勻有關(guān)。

圖2為不同方式熟化過程中馬鈴薯的等溫線圖。由圖2（A，D，G和J）可知：紅外、汽蒸、水煮3種熟化方式表面溫度大于中心溫度，說明它們是從外向內(nèi)逐層加熱；微波熟化中心溫度大于表面溫度，屬于內(nèi)源加熱，熱量從內(nèi)向外傳導(dǎo)。由圖2（B，E，H和K）可知：微波、汽蒸熟化過程中等溫曲線呈均勻的同心環(huán)，溫度分布均勻，這可能是因為微波的強穿透性和水蒸氣的高滲透性[17]；與此相反，紅外線穿透性和液態(tài)水的滲透性都相對較弱，因此紅外、水煮熟化過程中溫度分布不均勻。由圖2（C，F(xiàn)，I和L）可知：汽蒸、水煮熟化完成后溫度分布均勻；紅外烘焙表面溫度仍顯著更高；微波熟化完成后溫度分布均勻性變差，這可能與水分大量蒸發(fā)有關(guān)。

圖2 不同方式熟化過程中馬鈴薯的等溫線圖

2.2.4 微觀結(jié)構(gòu)

從圖3可以看出：馬鈴薯薯肉的微觀結(jié)構(gòu)均呈多孔狀。生馬鈴薯的多孔結(jié)構(gòu)表面均勻分布著大量圓形淀粉顆粒[11]，熟化后的馬鈴薯只能看到蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這是因為淀粉顆粒經(jīng)熟化處理后被糊化解體[20]。紅外處理后馬鈴薯的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)相對規(guī)則完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，說明紅外加熱有較好的加熱均勻性和較少的水分損失。微波處理后馬鈴薯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)大量分子孔穴，可能是因為微波頻率較高，使水分子劇烈震蕩加熱，損失大量水分的同時對網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)造成巨大破壞[21]，均勻性較差。汽蒸熟化和水煮熟化后馬鈴薯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被糊狀物覆蓋，可能是因為淀粉顆粒充分與水接觸、糊化完全、溶脹粘結(jié)在一起[10]。

圖3 不同方式熟化后馬鈴薯的微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖（800×）

3 結(jié)論與展望

紅外烘焙馬鈴薯感官品質(zhì)最好，風(fēng)味濃郁，升溫速率較低，加熱均勻性好；汽蒸、水煮熟化馬鈴薯感官品質(zhì)較好，風(fēng)味較淡，能有效保留馬鈴薯的水分，加熱速率和均勻性適中；微波烘焙樣品感官評分最低，風(fēng)味最差，升溫最快，加熱均勻性最差。綜合考慮馬鈴薯的食用品質(zhì)和加熱特性，紅外烘焙優(yōu)于水煮和汽蒸，顯著優(yōu)于微波。后續(xù)可以考慮將熟化后的馬鈴薯進(jìn)行包裝與貯藏，研究殺菌方法、貯藏方式對熟化后馬鈴薯食用品質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)、安全品質(zhì)、老化品質(zhì)的影響，進(jìn)一步延長熟化馬鈴薯的貨架期，為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。