利用乙酸協(xié)同氯化鈣提升馬鈴薯片熱加工質(zhì)構(gòu)特性

鄒妍，李佳容，李飛，於曉燕，喻仕瑞，雷尊國(guó)，董楠*

（1.貴州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕工化工系，貴州貴陽 550025）（2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所，貴州貴陽 550006）（3.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州貴陽 550025）（4.茅臺(tái)學(xué)院食品科學(xué)與工程系，貴州仁懷 564507）（5.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品加工研究所，貴州貴陽 550006）

馬鈴薯作為我國(guó)四大主食之一，年產(chǎn)量占世界第一?！笆濉逼陂g，隨著國(guó)家推行實(shí)施馬鈴薯主食化戰(zhàn)略，馬鈴薯主食化的產(chǎn)品總消費(fèi)量的占比顯著提高[1-6]。隨著該戰(zhàn)略的推行，新鮮馬鈴薯切片，全粉制品和馬鈴薯薯泥被作為馬鈴薯產(chǎn)品開發(fā)的主要焦點(diǎn)和方向，并得到了廣大消費(fèi)者和科研工作者的高度關(guān)注[7-12]。

在馬鈴薯相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)中，最大的阻力來自于馬鈴薯經(jīng)加熱處理后會(huì)迅速變軟和塌陷[13]，失去良好的品相。這是因?yàn)樵谑軣岷?，馬鈴薯細(xì)胞中的果膠物質(zhì)經(jīng)過了一系列的變化，包括果膠物質(zhì)的嚴(yán)重降解，出現(xiàn)嚴(yán)重的胞間分離，淀粉也因此糊化溶出[14-19]，失去爽脆的口感，質(zhì)地軟化。

其實(shí)，有一個(gè)生活常識(shí)就和這個(gè)現(xiàn)象息息相關(guān)，在炒制土豆絲時(shí)，廚師通常都會(huì)加醋來保持土豆絲爽脆的口感。無獨(dú)有偶，在酸湯火鍋里面的土豆片也能在長(zhǎng)時(shí)間的煮制后仍然保持較硬的質(zhì)構(gòu)特性。關(guān)于其中的科學(xué)依據(jù)，前人的研究或許能給出一些答案。Favaro等[20]比較了三種耐煮性不同的木薯中化學(xué)成分的差異，發(fā)現(xiàn)二價(jià)陽離子、植酸、糖醛酸含量以及細(xì)胞壁的單糖組成均存在差異。同時(shí)，它們?cè)谡糁蠛蟮奈?、可溶性和不溶性固體物質(zhì)的溶出率都出現(xiàn)了顯著性差異。Zhao等[21]發(fā)現(xiàn)乙酸處理后，馬鈴薯質(zhì)構(gòu)得到顯著提升，細(xì)胞壁中單糖組成發(fā)生改變。電鏡觀察乙酸處理后的馬鈴薯細(xì)胞壁更為完整。Ng等[22]對(duì)馬鈴薯經(jīng)氯化鈣浸泡處理后，其蒸制后的硬度提高約30%。前期的研究中發(fā)現(xiàn)，利用乳酸和鈣協(xié)同處理鮮切馬鈴薯片可以防止果膠的降解，從而防止熱加工過程中硬度的下降[23]。針對(duì)以上結(jié)論，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)，以不同的預(yù)處理工藝（不同的預(yù)處理溶液，處理時(shí)間）來探究該工藝對(duì)馬鈴薯片熱處理后硬度的影響，結(jié)果與鮮切馬鈴薯片做對(duì)比。最后根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，得到了乙酸和氯化鈣協(xié)同預(yù)處理馬鈴薯來改善馬鈴薯熱處理后質(zhì)構(gòu)的最佳工藝配方，此研究為后期即食類馬鈴薯風(fēng)味產(chǎn)品的加工及貯藏保鮮提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)品馬鈴薯均產(chǎn)自威寧，試驗(yàn)過程中所用馬鈴薯均為同一時(shí)間采收的同一批次，一次性采購后儲(chǔ)藏備用。挑選新鮮優(yōu)質(zhì)馬鈴薯，表面無腐敗破損，色澤鮮亮。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

冰乙酸和氯化鈣，均為食品級(jí)：山東優(yōu)索化工科技有限公司。

1.3 儀器與設(shè)備

TMS-PRO物性測(cè)試儀，美國(guó)FTC公司；超聲波清洗機(jī)，昆山市超聲儀器有限公司；BSA223S電子分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；KEO-19AS35TE電磁爐，深圳康佳智能電器科技有限公司；JSM-7800-F掃描電子顯微鏡，日本JEOL公司；X-MaxN X-射線能譜儀，OXFORD公司；SCIENTZ-10ND真空冷凍干燥機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 工藝流程

1.4.2 操作要點(diǎn)

1.4.2.1 乙酸溶液的制備

用干凈量筒量取冰乙酸溶于蒸餾水中，配制成不同濃度的乙酸溶液，濃度分別為2、4、6、8、10 mL/L，現(xiàn)制現(xiàn)用。

1.4.2.2 氯化鈣溶液的制備稱取氯化鈣使之完全溶解于蒸餾水，制得不同濃度的氯化鈣溶液，濃度分別為2、4、6、8、10 mg/L，現(xiàn)制現(xiàn)用。

1.4.2.3 原料的預(yù)處理

選取新鮮馬鈴薯（長(zhǎng)7～8 cm，寬3～4 cm），清洗，去皮，切分成圓片狀（厚度為3 mm），選取直徑為3～4 cm的馬鈴薯切片，隨機(jī)每3片為一組。其中，切片以冰乙酸和氯化鈣溶液混合后，浸泡處理（具體見單因素設(shè)置）。同時(shí)，對(duì)照（CK）則使用蒸餾水浸泡的切片。浸泡處理結(jié)束后，取出切片后以蒸餾水淋洗3次，再用濾紙吸附表面的溶劑，抽真空包裝后于25 ℃恒溫箱中貯藏備用。指標(biāo)測(cè)定前，將真空包裝的樣品放置在沸騰的蒸鍋中蒸制5 min，冷卻后立即測(cè)定樣品硬度。

我不知道你注意到?jīng)]有，在此次收購普洛斯的股權(quán)結(jié)構(gòu)中：萬科占比21.4%，厚樸、高瓴資本、S MG，分別持股21.3%、21.3%、21.2%，萬科雖然為第一大股東，但股份僅比第二大和第三個(gè)股東高出0.1%，其象征意味大于實(shí)際意義。萬科雖然控股，但從治理結(jié)構(gòu)看，普洛斯管理層實(shí)際說了算。這對(duì)萬科來講，可能也并非是壞事。

1.4.2.4 硬度測(cè)定[24,25]

由TMS-PRO物性測(cè)試儀，配探頭（50 mm直徑），TPA測(cè)定模式（二次咀嚼實(shí)驗(yàn)）。測(cè)定參數(shù)設(shè)置為：Test space：15 mm；Speed before test：1.0 mm/s；Speed after test：1.0 mm/s；The pause time between test：5 s；Deformation percentage：50%。

1.4.3 單因素試驗(yàn)

馬鈴薯片按照1.4.2.3制備，以乙酸的濃度、氯化鈣的濃度以及溶液處理時(shí)間為因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，各因素的水平分別為：乙酸的濃度（氯化鈣的濃度設(shè)置為6 mg/L，溶液處理時(shí)間為9 h）：2、4、6、8、10 mL/L；氯化鈣的濃度（乙酸的濃度設(shè)置為6 mL/L，溶液處理時(shí)間為9 h）：2、4、6、8、10 mg/L；溶液處理時(shí)間為（乙酸的濃度設(shè)置為6 mL/L，氯化鈣的濃度設(shè)置為6 mg/L）：3、6、9、12、15 h，各樣品組按照1.4.2.4中方法進(jìn)行硬度測(cè)定，選取最大硬度為最佳浸泡濃度及浸泡時(shí)間。

1.4.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

在乙酸濃度、氯化鈣濃度和溶液預(yù)浸泡時(shí)間3個(gè)單因素試驗(yàn)結(jié)果上，選擇相應(yīng)的3個(gè)水平設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，見表1。以蒸煮10 min后馬鈴薯片的硬度值為目標(biāo)響應(yīng)值，得出馬鈴薯片維持最佳硬度的浸泡工藝。氯化鈣與乙酸混合液的配置：按照固定濃度配比加入相應(yīng)體積的乙酸及相應(yīng)質(zhì)量的氯化鈣，充分混合后備用。

表1 因素水平表Table 1 3 Factor and 3 level of response surface design for the pretreatment of sliced potato

1.4.5 馬鈴薯細(xì)胞的顯微結(jié)構(gòu)觀察及X-射線微區(qū)分析

1.5 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)樣本進(jìn)行三次平行測(cè)試，并記錄為平均值±偏差。數(shù)據(jù)顯著性分析及響應(yīng)面響應(yīng)面設(shè)計(jì)分別使用SPSS 20.0軟件及Design Expert 8.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙酸濃度對(duì)馬鈴薯蒸煮后硬度的影響

如圖1所示，通過乙酸浸泡后的馬鈴薯片硬度大于對(duì)照組，這與Zhao等人[21]的研究一致，認(rèn)為乙酸可以有效保持馬鈴薯完整細(xì)胞壁，防止熱加工后馬鈴薯內(nèi)部細(xì)胞間隙的變大，從而防止硬度的降低。Liu等人[23]通過對(duì)比電鏡圖發(fā)現(xiàn)酸處理能夠使馬鈴薯細(xì)胞中的果膠發(fā)生膠凝化，繼而在加熱后使細(xì)胞結(jié)構(gòu)保持完整。隨著乙酸濃度的增加，馬鈴薯片硬度呈先增加后降低的趨勢(shì)，在6 mL/L時(shí)硬度達(dá)到最大，隨后硬度降低，但硬度值均大于未浸泡處理的馬鈴薯片。

2.2 氯化鈣濃度對(duì)馬鈴薯蒸煮后硬度的影響

如圖2所示，在鹽濃度低于4 mg/L時(shí)，切片的蒸煮后硬度跟鹽的濃度成正比且在4 mg/L達(dá)到最大值，繼續(xù)增加鹽濃度，硬度提升效果先是降低而后趨于平穩(wěn)。這主要是因?yàn)樵陬A(yù)處理過程中，鈣離子進(jìn)入到馬鈴薯細(xì)胞間隙當(dāng)中，并與果膠質(zhì)通過螯合，形成穩(wěn)定的果膠酸鈣結(jié)構(gòu)。由此，避免了細(xì)胞之間的分離，從而提升了熱加工后馬鈴薯的硬度。而鈣的結(jié)合位點(diǎn)有限，所以馬鈴薯的硬度呈現(xiàn)先升高后平穩(wěn)的趨勢(shì)[26,27]。

2.3 浸泡時(shí)間對(duì)馬鈴薯蒸煮后硬度的影響

如圖3所示，當(dāng)乙酸溶液和氯化鈣溶液濃度分別為6 mL/L和6 mg/L時(shí)，隨著浸泡時(shí)間的增加，馬鈴薯切片蒸煮后的硬度呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)浸泡時(shí)間為12 h時(shí)硬度值最大。由此可知，浸泡時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)硬度影響很大，浸泡12 h最為合適。

由結(jié)果可以看出，預(yù)處理時(shí)的乙酸溶液濃度，氯化鈣溶液濃度和溶液的浸泡時(shí)間都會(huì)對(duì)最后的硬度有直接的影響。所以，通過響應(yīng)面優(yōu)化來得到最優(yōu)預(yù)處理工藝很有必要。

2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.4.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

以4 mg/L的氯化鈣及6 mL/L的乙酸，為馬鈴薯切片的預(yù)處理的中心值。分別將乙酸濃度、氯化鈣濃度、浸泡時(shí)間設(shè)置為A、B、C三個(gè)響應(yīng)變量，將蒸煮后馬鈴薯片的硬度值設(shè)為響應(yīng)值。以Design-Expert 8.0.5軟件設(shè)計(jì)3因素3水平的試驗(yàn)。并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行方差分析，見表2及表3。

通過二次多項(xiàng)式回歸方程對(duì)對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。以條件參數(shù)：（A）乙酸濃度、（B）氯化鈣濃度及（C）處理時(shí)間對(duì)馬鈴薯片蒸煮后的硬度值（Y），運(yùn)用方程進(jìn)行擬合，并得到如下公式：

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)的實(shí)施方案及對(duì)應(yīng)結(jié)果Table 2 Response surface test design scheme and results for the pretreatment of sliced potato

由方差分析（如表3）可知：模型的p小于0.001，由于失擬項(xiàng)p=0.1768＞0.05，所以該方程所得數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。模型試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)也滿足建模要求且擬合情況良好（R2=0.9835，RAdj=0.9623）。由此，證明本試驗(yàn)中所取得的模型具有較高的可信度和準(zhǔn)確性。經(jīng)表3結(jié)果可以證實(shí)，在前處理過程當(dāng)中，溶液中乙酸濃度（A）和前處理時(shí)間（C）顯著影響著馬鈴薯片蒸煮后的硬度（p＜0.01）；在前處理過程當(dāng)中，溶液中氯化鈣濃度（B）卻不影響馬鈴薯片蒸煮后硬度（p＞0.05）；A2、B2、C2顯著影響馬鈴薯片蒸煮后的硬度（p＜0.01）；溶液中乙酸濃度（A）和前處理時(shí)間（C）的交互作用顯著影響馬鈴薯片蒸煮后的硬度影（p＜0.01）；而其它交互作用不影響馬鈴薯片蒸煮后的硬度無（p＞0.05）。通過模型的F值判斷，條件參數(shù)對(duì)馬鈴薯片蒸煮后的硬度的影響大小順序?yàn)椋阂宜釢舛龋咎幚頃r(shí)間＞氯化鈣濃度。

表3 回歸方程的方差分析Table 3 Analysis of variance of regression equation for the pretreatment of sliced potato

求解該回歸方程，可以得到馬鈴薯片預(yù)處理工藝的最佳參數(shù)分別為乙酸濃度為5.26 mL/L、氯化鈣濃度為5.82 mg/L及處理時(shí)間為11.1 h。而最終馬鈴薯片的硬度值為4781.26 g。為了驗(yàn)證最終的結(jié)果，以調(diào)整后的工藝參數(shù)，對(duì)其硬度進(jìn)行3次測(cè)定。最終，馬鈴薯切片的硬度值為4655.23g，與預(yù)測(cè)值4781.26 g之間無顯著差異。因此，該模型可以應(yīng)用于馬鈴薯切片的預(yù)處理工藝。

2.5 馬鈴薯細(xì)胞的顯微觀察結(jié)果

圖4為樣品分別放大500倍的掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果圖。觀察結(jié)果圖可以看到，沒有經(jīng)過預(yù)處理的馬鈴薯在加熱過后結(jié)構(gòu)發(fā)生很大的改變，淀粉粒在高溫和水分的作用下糊化溶出。隨著加熱時(shí)間的增加，細(xì)胞間連接不再緊密，細(xì)胞壁被熱作用嚴(yán)重破壞失去原來的形態(tài)。對(duì)比之下經(jīng)過酸溶液和鹽溶液浸泡之后的馬鈴薯細(xì)胞彼此連接緊密，看不到很具體的細(xì)胞輪廓。且經(jīng)過乙酸浸泡和氯化鈣浸泡協(xié)同作用的馬鈴薯比只用乙酸溶液浸泡和只用氯化鈣溶液浸泡的馬鈴薯表現(xiàn)出更緊密的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。預(yù)處理過的馬鈴薯在長(zhǎng)時(shí)間的蒸煮后仍能保持良好的硬度，可能就是因?yàn)槠浼?xì)胞的結(jié)構(gòu)得以保持。

圖5是不同預(yù)處理?xiàng)l件下的X-射線掃描圖和元素圖譜。圖a和圖b分別是最優(yōu)參數(shù)下只用氯化鈣溶液浸泡或只用乙酸浸泡馬鈴薯，浸泡相同的時(shí)間后在相同的蒸制時(shí)間處理后的樣品的X-射線掃描圖和元素圖譜。可以看到，氯化鈣浸泡后在細(xì)胞內(nèi)部有氯化鈣存在（a圖黃色部分），乙酸浸泡后在馬鈴薯細(xì)胞內(nèi)部有乙酸鈣存在（b圖橙色部分）。通過元素圖譜可以看出 ，馬鈴薯內(nèi)部乙酸鈣的量大于氯化鈣，這說明鈣離子對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)也有一定的影響。同時(shí)，有很多前人的研究也說明了這一點(diǎn)，鈣離子會(huì)參與穩(wěn)定生物膜的穩(wěn)定性，從而提高植物組織的質(zhì)構(gòu)特性[28,29]。

3 結(jié)論

馬鈴薯在煮制之后會(huì)發(fā)生不理想的質(zhì)構(gòu)降低的現(xiàn)象，這不僅影響口感和風(fēng)味，還限制了馬鈴薯的加工前景。本實(shí)驗(yàn)選擇乙酸和氯化鈣作為預(yù)處理溶液，通過加工前浸泡的方法提高其煮制后硬度。先進(jìn)行單因素試驗(yàn)探究各變量的最佳范圍，在此基礎(chǔ)上以三個(gè)因素為響應(yīng)變量，熱加工后馬鈴薯的硬度為響應(yīng)值。得出提升馬鈴薯加熱后硬度的最佳工藝參數(shù)為：乙酸濃度為5.26 mL/L、氯化鈣濃度為5.28 mg/L、浸泡時(shí)間為11.1 h。此外，通過對(duì)試驗(yàn)品的電鏡掃描結(jié)果和X-射線掃描圖和元素圖譜分析，馬鈴薯之所以經(jīng)過預(yù)處理就能在加熱后保持良好的脆性，和其細(xì)胞間的相互連接是否緊密有關(guān)。而鈣離子又能通過形成穩(wěn)定的果膠鈣結(jié)構(gòu)，參與提高細(xì)胞的胞間鏈接性。該工藝處理后的馬鈴薯能具有最好的硬度保持效果，可為以后的馬鈴薯相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。