鮮切馬鈴薯加工及貨架期品質(zhì)控制的研究進(jìn)展

王海艷，田國奎，王立春，李鳳云，潘 陽，龐 澤，丁凱鑫，郝智勇

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院克山分院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部馬鈴薯生物學(xué)與遺傳育種重點實驗室 黑龍江齊齊哈爾 161005）

馬鈴薯營養(yǎng)豐富，含有蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、糖類和各種維生素等營養(yǎng)成分，食用后有很強的飽腹感，可以作為日常的主糧食用[1]。鮮切馬鈴薯是一種在冷柜銷售的即用型蔬菜制品，加工過程分為分級、清洗、薯皮去除、薯塊的切分、產(chǎn)品的保鮮、包裝及低溫運輸[2]。鮮切馬鈴薯是一種新興的快速消費食品，它完全保留馬鈴薯塊莖原有的品質(zhì)和風(fēng)味，而且新鮮、衛(wèi)生、食用方便[3]，可以節(jié)省烹飪時間，易于運輸，越來越被廣大的消費者和加工企業(yè)所青睞[4]。馬鈴薯中含有大量的多酚氧化酶，鮮切馬鈴薯在制作過程中經(jīng)過去皮切分極易發(fā)生酶促褐變[5]，這嚴(yán)重影響了它的外觀品質(zhì)和營養(yǎng)價值，因此要把握好鮮切制品的每個環(huán)節(jié)，避免褐變現(xiàn)象的發(fā)生。鮮切馬鈴薯制品的防褐變處理，一般是在薯塊切分之后和包裝環(huán)節(jié)進(jìn)行，以此來延長鮮切馬鈴薯制品的貨架期并保證其品質(zhì)。筆者對鮮切馬鈴薯加工前處理方式、加工中各個環(huán)節(jié)延長貨架期的方法進(jìn)行了總結(jié)，并對控制鮮切馬鈴薯的加工品質(zhì)提出了未來的發(fā)展方向。

1 酶促褐變的過程和機制

植物組織完整的細(xì)胞中含有大量的酚類物質(zhì)，它可以作為呼吸傳遞物質(zhì)，在酚和醌互變的氧化還原反應(yīng)過程中保持動態(tài)平衡，但當(dāng)植物組織受到破壞后，隨著氧氣的大量侵入，會打破這種平衡，使得氧化產(chǎn)物醌進(jìn)行大量的積累和進(jìn)一步的聚合、氧化，形成了黑色物質(zhì)，這一現(xiàn)象稱之為酶促褐變。酶促褐變需要多酚類物質(zhì)、多酚氧化酶、氧氣三者同時存在時才會發(fā)生[6]。多酚類物質(zhì)主要存在于液泡中，多酚氧化酶一般存在于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)植物組織處于異常環(huán)境或者受到機械損傷時，便會發(fā)生酶促褐變，反應(yīng)比較迅速，在短時間內(nèi)就可完成[7]。在馬鈴薯中，褐變的主要底物是酪氨酸[8]。酶促褐變對鮮切產(chǎn)品的感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[9]。

2 馬鈴薯清洗方式

馬鈴薯從出苗到成熟的過程均需要在土壤中完成，收獲后馬鈴薯塊莖包裹著泥土，或者帶有害蟲和病菌，存在食品安全隱患，因此在加工之前必須進(jìn)行有效的清洗才能進(jìn)入下一道工序。清洗在農(nóng)產(chǎn)品加工過程中是一個重要環(huán)節(jié)，清洗效果直接影響加工產(chǎn)品的品質(zhì)。馬鈴薯的清洗方式按照加工的需求可以分為水洗和干洗2 種[10]。

2.1 水洗

水洗是通過水的浸泡，結(jié)合高壓噴淋完成清洗任務(wù)。水洗可以去除馬鈴薯表面的土壤、農(nóng)藥殘留及微生物等，主要用于食用加工和精深加工領(lǐng)域，如加工薯的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。馬鈴薯水洗方式可以分為噴淋刷輥式清洗、滾筒式清洗和鼠籠式清洗[11]。

2.2 干洗

干洗可以通過特定的裝置和機構(gòu)來完成清洗的任務(wù)，不需要水的參與，可以避免水分浸泡使清洗后馬鈴薯腐爛的現(xiàn)象發(fā)生。干洗可以去除收獲時馬鈴薯塊莖表面的浮土和殘留的土豆秧，以及混有的石塊、土塊等雜質(zhì)。一般在初級加工領(lǐng)域，如商品薯的生產(chǎn)環(huán)節(jié)采用此種方式清洗。

3 鮮切馬鈴薯加工前處理方式

馬鈴薯在加工前，去皮是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，目的是除去馬鈴薯塊莖中不適宜食用的部分[12]。鮮切馬鈴薯加工前處理包括去皮和切分（包括切片、切丁或切條）。

3.1 去皮

馬鈴薯去皮方式有3 類，分別是機械式去皮、化學(xué)去皮和蒸汽式去皮[13]。

機械式去皮可以分為連續(xù)式和間歇式，主要是馬鈴薯隨著轉(zhuǎn)盤在滾筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使其表皮與滾筒內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，達(dá)到去皮的目的。這種方式去皮率高，成本低，對環(huán)境無污染，但是效率不高，原料損耗大，要求馬鈴薯塊莖為卵圓形、芽眼不可過深[14]。

化學(xué)去皮是利用堿液對馬鈴薯塊莖的腐蝕作用，加上果蔬脫皮機的刷動從而達(dá)到去皮的目的。這種方式去皮率比較高，去皮后馬鈴薯塊莖表面比較光滑，薯塊的硬度、色澤與營養(yǎng)無變化[15]。這種方式對馬鈴薯塊莖的形狀沒有要求，需要加熱（85～95 ℃）設(shè)備，缺點是原料損耗率高，成本高，影響食品安全，對環(huán)境有污染，薯皮不能再利用，因此這種去皮方式并不常用。

蒸汽式去皮需要一個密閉的容器，馬鈴薯放入容器后施加瞬間的高溫高壓使表皮脫落。這種去皮方式對馬鈴薯的形狀沒有要求，去皮率高，去皮后馬鈴薯表面光滑，無污染，缺點是設(shè)備的成本較高，能耗大，薯皮只能部分利用，需要加熱（150～200 ℃）設(shè)備[16]。蒸汽式去皮原料的損耗率有4%～6%，加工500 個馬鈴薯只需要1 s 即可完成，速度很快[17]。蒸汽式去皮設(shè)備和技術(shù)都比較成熟，目前應(yīng)用比較廣泛。

3.2 切片

馬鈴薯在鮮切過程中，往往要進(jìn)行大量的切片工作，單純靠人工切片效率非常低，這就需要專業(yè)的切片機械進(jìn)行操作。馬鈴薯切片主要是以滾動軸承為支撐，利用刀頭的旋轉(zhuǎn)將馬鈴薯塊莖切成片[18]。我國馬鈴薯切片方式有滑動式、推動式、搖動式、輪轉(zhuǎn)式、冰凍式。

3.3 切丁

傳統(tǒng)的切丁方式以人工為主，工作效率低下，人工難以承受高強度的工作，而且切出來的馬鈴薯丁大小和尺寸難以保證。切丁方式已經(jīng)從不能實現(xiàn)連續(xù)送料和切削的二維機械切割方式，發(fā)展為能夠連續(xù)送料和切削的三維機械切割方式，切出的馬鈴薯丁規(guī)格為20 mm×20 mm×20 mm，形狀比較規(guī)則[19]。

3.4 切條

薯條加工的關(guān)鍵程序之一就是切條，它影響產(chǎn)品最終的形狀和成品率。切出的薯條要滿足3 點要求：一是切制薯條時要沿著薯體最大長度方向，而且要有一定的長度；二是切出的薯條不能有明顯的彎曲；三是切出的薯條截面要呈正方形，切面光滑，切出的薯條尺寸一定且規(guī)則[20]。目前馬鈴薯切條工作主要由機械操作完成。

4 鮮切馬鈴薯貨架期品質(zhì)控制方法

果蔬的貨架期是指在特定的貯存條件下保持其最佳質(zhì)量的可預(yù)期時間。特定時間內(nèi)果蔬食用是安全的，營養(yǎng)成分與標(biāo)注的相符合，而且具有消費者能接受的感官品質(zhì)，同時理化和微生物指標(biāo)都要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。貨架期受果蔬自身的呼吸作用、酶活性及微生物等因素影響，從清洗、加工、包裝到貯藏的各個環(huán)節(jié)都會對貨架期產(chǎn)生影響[21]。

4.1 清洗環(huán)節(jié)處理

馬鈴薯在進(jìn)行鮮切之前要進(jìn)行清洗消毒，清洗效果會對貨架期產(chǎn)生影響。唐偲雨等[22]認(rèn)為，用次氯酸鈉清洗效果最佳，可使鮮切馬鈴薯貨架期延長至8～12 d，可以減少微生物數(shù)量，保持感官品質(zhì)，而且殘留的化學(xué)物質(zhì)（三氯甲烷）濃度符合國家飲用水安全標(biāo)準(zhǔn)，對人體無害。李小衛(wèi)等[23]研究認(rèn)為，用過氧乙酸清洗效果最好，貨架期可達(dá)7 d，同時菌落數(shù)最少。過氧乙酸可以將果蔬表面的致病菌進(jìn)行有效的清洗，防止加工中的交叉污染[24]。還有研究認(rèn)為，次氯酸鈉的水溫為5 ℃、清洗時間為10 min 時，對微生物的生長和繁殖的抑制效果最好，而且對營養(yǎng)品質(zhì)無損害[25]。

4.2 加工環(huán)節(jié)處理

4.2.1 化學(xué)保鮮劑 化學(xué)保鮮劑可以起到防腐的作用，使鮮切馬鈴薯片保持原有的營養(yǎng)、色澤和硬度，同時抑制細(xì)菌和微生物的繁殖，抑制多酚氧化酶的活性。盡管化學(xué)保鮮劑對人體存在潛在的危害，但因為其使用劑量低，價格經(jīng)濟(jì)，而且保鮮時間長，所以得到了廣泛的應(yīng)用。常用的護(hù)色劑有檸檬酸、抗壞血酸、L-半胱氨酸、曲酸[26]。王定仙等[27]認(rèn)為，用0.3%苯甲酸鈉+0.3%檸檬酸+1.5%氯化鈉+1.0%氯化鈣進(jìn)行護(hù)色，可以明顯抑制褐變發(fā)生和淀粉含量的變化，配合真空包裝，在4 ℃的環(huán)境下鮮切馬鈴薯的貨架期可以超過8 d。程立君等[28]研究認(rèn)為，最佳的護(hù)色劑配方是0.28%L-半胱氨酸+0.47%檸檬酸+0.54%氯化鈣+0.05%D-異抗壞血酸鈉，此配方可以抑制95.13%的多酚氧化酶的活性。Tsouvaltzis 等[29]研究認(rèn)為，檸檬酸抑制鮮切馬鈴薯褐變的效果最好，可以使多酚氧化酶和過氧化物酶的活性降低，從而保持鮮切產(chǎn)品的品質(zhì)。

4.2.2 天然保鮮劑 天然保鮮劑因其來源天然，安全性高，因此越來越受到加工企業(yè)的青睞。王麗萍等[30]研制的復(fù)合抗氧化劑以香椿葉、葡萄籽、山楂葉提取物為原料，以海藻酸鈉為助劑，可以有效抑制鮮切馬鈴薯片褐變的底物，降低組織內(nèi)有害物質(zhì)的數(shù)量，能使鮮切馬鈴薯片保持良好的色澤和營養(yǎng)，從而達(dá)到延長鮮切馬鈴薯貨架期的目的。李長濱等[31]研究認(rèn)為，用生姜提取液處理過的鮮切馬鈴薯，5 d 后其淀粉、粗蛋白、粗纖維的含量均在80%以上，可以減緩鮮切馬鈴薯貯藏期養(yǎng)分的損失。孟文博[32]研究認(rèn)為，沙棘提取物有很強的抗氧化能力，用其浸泡鮮切馬鈴薯5 min，褐變可以得到很好的抑制，低溫貯藏3 d 時褐化程度也較輕。天然保鮮劑雖然具有無毒無害的優(yōu)點，但是其提取技術(shù)比較復(fù)雜，提取物有時含有特殊氣味，因此限制了其應(yīng)用。

4.2.3 生物保鮮劑 生物保鮮劑包括動物源、植物源和微生物源保鮮劑，具有天然、安全、高效的特點，可降解，對多種微生物具有抗菌的活性，還能起到護(hù)色和抗氧化的作用。生物保鮮技術(shù)是最具開發(fā)潛力的技術(shù)之一。目前生物保鮮劑主要有溶菌酶、乳酸鏈球菌素、聚賴氨酸、納他霉素、茶多酚、殼聚糖等[33]。雖然生物保鮮是目前研究的熱點，但受溫度、pH 等因素的影響，其保鮮效果不穩(wěn)定，因此，推廣應(yīng)用的范圍并不廣泛。

4.2.4 熱處理 熱處理是一種安全有效的鮮切果蔬保鮮的方式，它可以明顯地抑制多酚氧化酶的活性，但要控制好處理的時間和溫度，否則會對產(chǎn)品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。胡柏耿等[34]將馬鈴薯切成條放入水浴鍋中進(jìn)行熱燙，發(fā)現(xiàn)多酚氧化酶的活性受到抑制，尤其在85 ℃熱燙120 s、在90 和95 ℃熱燙90 s時褐變度較小，熱燙處理后的薯條顏色與鮮切時接近。張迎娟等[35]用60 ℃熱水對鮮切馬鈴薯片處理1 min，用保鮮膜包好后，放置在4 ℃條件下貯藏，貨架期可以維持到6 d，馬鈴薯的褐變受到抑制，薯片的色澤無變化，商品性好。

4.2.5 超聲處理 超聲波技術(shù)應(yīng)用于食品加工中，主要用于生物活性物質(zhì)的提取、食品干燥、殺菌提升品質(zhì)、改善高分子的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)及果蔬保鮮。果蔬保鮮主要是消滅微生物、降解農(nóng)藥的殘留、提升果蔬中防御酶的活性、增強貯藏期的抗病性、抑制對品質(zhì)有影響的酶的活性。王寧馨等[36]研究認(rèn)為，在25 ℃下300 W 超聲處理8 min 鮮切馬鈴薯的貨架期可長達(dá)7 d，此處理可以降低總酚的含量，抑制多酚氧化酶的活性，保持鮮切馬鈴薯的亮度和色度。楊明冠等[37]認(rèn)為，超聲處理是通過抑制褐變相關(guān)酶的活性來達(dá)到抑制褐變的目的，在600 W 超聲處理90 min 時，多酚氧化酶活性僅為原來的54.21%。Zhu 等[38]研究表明，當(dāng)超聲時間為10 min、馬齒莧提取物的濃度為0.02%時，鮮切馬鈴薯中多酚氧化酶和過氧化物酶等與褐變相關(guān)酶的活性是最低的。

4.2.6 超高壓處理 超高壓處理是將鮮切果蔬放置于密封的容器內(nèi)，超高壓（100 MPa 以上）處理一段時間，在常溫或低溫條件下，使產(chǎn)品的營養(yǎng)及風(fēng)味保持不變，抑制酶的活性和褐變。韓文娥[39]將鮮切馬鈴薯超高壓處理后進(jìn)行低溫貯藏，結(jié)果表明，500 MPa 超高壓處理10 min，褐變度最低，多酚氧化酶的活性最低，貨架期最長可達(dá)10 d。

4.3 包裝環(huán)節(jié)處理

包裝處理可以減少鮮切馬鈴薯質(zhì)量損失，保持原有的色澤，避免與外界微生物的接觸，從而達(dá)到延長貨架期的目的[40]。

4.3.1 真空包裝 真空包裝又稱減壓包裝，操作比較簡便，效率也較高，它是將包裝內(nèi)空氣利用真空包裝技術(shù)全部抽出，避免鮮切馬鈴薯與氧氣的接觸，防止其腐爛、失水、變質(zhì)等現(xiàn)象發(fā)生，同時也能減慢微生物的繁殖速度。真空包裝可以保證鮮切馬鈴薯原有的營養(yǎng)和品質(zhì)，從而達(dá)到延長貨架期的目的[41]。王定仙等[27]研究認(rèn)為，真空包裝可以抑制鮮切馬鈴薯片褐變和淀粉水解現(xiàn)象的發(fā)生，感官評價分?jǐn)?shù)較高，貨架期可以達(dá)到8 d，使用濃度為1.0%的鹽水進(jìn)行包裝雖然可以抑制褐變，但馬鈴薯片會變脆、品質(zhì)差，而且出現(xiàn)異味，降低了其食用價值。王輝等[42]研究認(rèn)為，真空包裝結(jié)合冷藏處理，可以使貯藏期內(nèi)馬鈴薯片保持原有的色度和硬度，避免失水過多影響品質(zhì)，而且菌落數(shù)量得到控制，保證了食品的安全。

4.3.2 氣調(diào)包裝 氣調(diào)包裝是將包裝袋內(nèi)O2及CO2控制至適宜的濃度，從而使果蔬的呼吸作用減弱，延長其貨架期。鮮切馬鈴薯采用氣調(diào)包裝可以有效地抑制褐變相關(guān)酶的活性，原有的品質(zhì)、色澤不發(fā)生改變，貨架期延長。趙欣等[43]研究認(rèn)為，鮮切馬鈴薯片經(jīng)過氣調(diào)包裝處理（40% CO2+50% O2+10%N2）后，多酚氧化酶的活性得到抑制，褐變進(jìn)程減緩，維生素C 含量損失量少，且菌落數(shù)量增長緩慢，可保鮮至16 d。馬玉榮[44]采用氣調(diào)包裝處理（12% CO2+3% O2+85% N2）后，鮮切的馬鈴薯在貯藏16 d 時仍然具有較好的商品性。

4.4 貯藏環(huán)節(jié)處理

4.4.1 低溫貯藏 低溫貯藏可以使果蔬的呼吸強度減弱，生物酶活性降低，生理生化反應(yīng)速率降低，還能使病原菌的生長受到抑制，從而達(dá)到延長貨架期的目的，是一種最常用的保鮮技術(shù)。關(guān)正萍[45]研究認(rèn)為，1 ℃是最佳的貯藏溫度，此溫度下酶促褐變反應(yīng)速率下降，微生物的繁殖速率減慢，貯藏10 d馬鈴薯切片依然具有最佳的感官品質(zhì)，質(zhì)地堅硬、口感酥脆。王杰等[46]研究表明，在4 ℃條件下，可以明顯抑制馬鈴薯的褐變和感官評分下降，還能減少表面微生物的數(shù)量，失重率上升和硬度下降的速率明顯下降，能使鮮切馬鈴薯的貨架期延長至12 d。

鮮切制品加工前的貯藏期也會對貨架期產(chǎn)生影響。徐超[47]發(fā)現(xiàn)在4 ℃冷庫貯藏30 d 內(nèi)的鮮切馬鈴薯的貨架期為3 d，味道以苦味、酸味為主，隨著貯藏時間的延長，貨架期縮短，貯藏60 和90 d 的馬鈴薯鮮切產(chǎn)品貨架期為1～2 d，味道以甜味和咸味為主，因此鮮切馬鈴薯加工前貯藏期不宜超過30 d，否則會對貨架期內(nèi)的風(fēng)味品質(zhì)產(chǎn)生影響。

4.4.2 短時回溫 回溫處理是將低溫貯藏后的馬鈴薯放置在20～25 ℃的常溫條件下，利用溫度的變化來達(dá)到提高貨架期鮮切制品品質(zhì)的目的。張兵兵等[48]將低溫貯藏的馬鈴薯塊莖在25 ℃回溫處理20、30 d 后，發(fā)現(xiàn)鮮切的馬鈴薯褐變受到抑制，多酚氧化酶的活性降低，貨架期可保持12 d，感官品質(zhì)良好。徐鑫[49]研究認(rèn)為，25 ℃回溫12 h 后再進(jìn)行切片處理是最好的，鮮切馬鈴薯片貨架期在2～4 ℃下可維持3 d。

4.5 復(fù)合處理

在鮮切馬鈴薯加工過程中，單純靠一種保鮮技術(shù)不能達(dá)到高效、優(yōu)質(zhì)的目的，因此多種保鮮技術(shù)的綜合應(yīng)用，即復(fù)合處理，是目前發(fā)展的新方向。Putnik 等[50]研究認(rèn)為，鮮切產(chǎn)品經(jīng)抗壞血酸和檸檬酸處理，再結(jié)合氣調(diào)包裝（90.5% N2、7% O2、2.5%CO2），可使其貨架期延長至14 d。茶多酚是一種安全、健康、無害的生物保鮮劑，超聲處理屬于非熱物理加工技術(shù)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點。賈玉等[51]將2 種技術(shù)結(jié)合在一起，研究其護(hù)色的效果，結(jié)果表明，茶多酚溶液浸泡的鮮切馬鈴薯片，用300 W超聲處理6 min，可以降低多酚氧化酶和苯丙氨酸酶的活性，抑制丙二醛的產(chǎn)生，減緩褐變進(jìn)程，延長鮮切馬鈴薯的貨架期。胡麗莎等[52]研究表明，在常溫（25 ℃）條件下，真空包裝的鮮切馬鈴薯的貨架期僅為3 d，而在4 ℃條件下為7 d，真空包裝結(jié)合低溫保存不僅抑制了鮮切馬鈴薯褐變，而且可以保持硬度和維生素C 含量。鮮切馬鈴薯經(jīng)過真空包裝，通過隔絕氧氣可以減少微生物的繁殖，抑制有氧代謝，進(jìn)而使馬鈴薯制品保持良好的品質(zhì)。但是鮮切馬鈴薯在貯藏后期會通過無氧呼吸產(chǎn)生酒精，而真空包裝結(jié)合低溫貯藏的方式，可以抑制其無氧呼吸，延后酒精產(chǎn)生的時間，從而達(dá)到延長鮮切馬鈴薯貨架期的目的。

5 展 望

馬鈴薯成為第四大主食后，其加工業(yè)得到了迅速的發(fā)展，加工制品層出不窮。但是加工過程中的酶促褐變現(xiàn)象、貯藏期間產(chǎn)品的品質(zhì)問題、產(chǎn)品上架的時間都會對產(chǎn)品的銷售和收益產(chǎn)生一定的影響。

針對鮮切馬鈴薯加工中存在的問題，今后重點的研究方向包括以下3 個方面：

一是加大抗褐變的馬鈴薯加工品種的培育力度，將傳統(tǒng)的雜交育種和分子生物學(xué)手段相結(jié)合進(jìn)行遺傳改良。有了抗褐變的品種，就可以大大減少加工中各種保鮮劑的使用，在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時，避免對人體造成傷害。

二是將多種保鮮技術(shù)結(jié)合起來，充分利用物理、化學(xué)、生物保鮮方法的優(yōu)點，取長補短，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上開發(fā)出新型的高效、安全的保鮮技術(shù)。新技術(shù)要求操作簡單，經(jīng)濟(jì)適用，而且可以用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)中。

三是馬鈴薯清洗、去皮要能夠?qū)崿F(xiàn)機器一體化，減少人工的投入，切分時要滿足不同的加工需求，在切分過程中盡量避免褐變現(xiàn)象的發(fā)生，以免對品質(zhì)產(chǎn)生影響。