酸處理對(duì)烤馬鈴薯?xiàng)l品質(zhì)的影響

胡冰冰, 劉 淼, 曹 賡, 陳學(xué)亭, 溫成榮

(大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院;國(guó)家海洋食品工程技術(shù)中心;海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心1,大連 116034)

(浙江寶寶饞了食品科技有限公司2,杭州 310020)

馬鈴薯是典型的塊莖類植物,是繼小麥、稻谷、玉米之后的全球第四大糧食作物[1]。馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)豐富,包括全蛋白、多酚、花青素、維生素C等,有著養(yǎng)脾胃、抗衰老等作用[2,3]。2015年中國(guó)正式啟動(dòng)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略,使其受到了諸多關(guān)注和研究[4]。馬鈴薯有著較強(qiáng)的加工轉(zhuǎn)化能力,國(guó)外特別是發(fā)達(dá)國(guó)家的馬鈴薯加工水平較高[5],而我國(guó)更多是以鮮食為主,在加工技術(shù)方面還有待提升[6]?？局谱鳛橹匾募庸し绞?與炸制相比,烤馬鈴薯?xiàng)l的脂肪含量低[7];與煮制相比,揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)更為豐富[8],烤馬鈴薯?xiàng)l更能滿足于現(xiàn)代人對(duì)健康產(chǎn)品的需求。但目前焙烤馬鈴薯產(chǎn)品較少,關(guān)鍵問題在于其色澤較深,質(zhì)地較軟,不符合現(xiàn)代人的喜好。

酸浸泡處理是果蔬加工的重要前處理方式,對(duì)馬鈴薯的色澤、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)有明顯影響。在生活中,醋溜土豆絲比清炒土豆絲的口感更加爽脆。吳洪成等[9]利用檸檬酸和氯化鈣保護(hù)馬鈴薯?xiàng)l的色澤,護(hù)色液可有效抑制多酚氧化酶的活性,減少褐變產(chǎn)物的生成。鄒妍等[10]認(rèn)為乙酸和氯化鈣浸泡后防止了果膠的降解,熱加工后馬鈴薯片的硬度有所提高。Zhao等[11]認(rèn)為醋酸處理提高煮熟馬鈴薯的硬度與細(xì)胞壁多糖結(jié)構(gòu)的溶解有關(guān)?？梢?酸預(yù)處理是改善烤馬鈴薯?xiàng)l品質(zhì)的潛在方法。

本研究采用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檸檬酸、蘋果酸和醋酸溶液對(duì)馬鈴薯?xiàng)l進(jìn)行浸泡處理,通過分析烤馬鈴薯?xiàng)l的質(zhì)構(gòu)、色度、失重率、微觀結(jié)構(gòu)、水分分布和風(fēng)味物質(zhì)的變化,結(jié)合浸泡液pH變化,闡明了不同酸處理對(duì)烤馬鈴薯?xiàng)l品質(zhì)的作用,旨在為馬鈴薯加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯,品種:大西洋,9月采收后儲(chǔ)藏于4 ℃冷庫(kù)中,11月取樣;檸檬酸、蘋果酸、醋酸,食品級(jí);所用有機(jī)溶劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

TA. XT. Plus質(zhì)構(gòu)儀,UltraScan Pro測(cè)色儀,NMI20-030H-Ⅰ核磁成像分析儀,S210 pH計(jì),JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡,CF16RX Ⅱ高速冷凍離心機(jī),ACS型防水計(jì)重秤,SCC-WE101型萬能蒸烤箱,7 mm馬鈴薯切條機(jī)。

1.3 馬鈴薯?xiàng)l烤制

將馬鈴薯(直徑4～5 cm,質(zhì)量60～80 g)用清水洗凈,去皮,用切條機(jī)切成0.7 cm×0.7 cm×4 cm的長(zhǎng)條。用清水洗去表面淀粉后,分別經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1%和2%的檸檬酸、蘋果酸和醋酸溶液在4 ℃浸泡1、3、5 h,以蒸餾水浸泡為對(duì)照,然后在200 ℃條件下烤15 min。室溫(25 ℃)冷卻約20 min后,分別用保鮮膜密封好,裝入真空密封袋中,封口,置于4 ℃冷庫(kù)中保存,用后期分析。

1.4 馬鈴薯?xiàng)l浸泡液pH的測(cè)定

使用pH計(jì)測(cè)定浸泡液浸泡馬鈴薯?xiàng)l0、1、2、3、4、5 h后,pH的變化。

1.5 烤馬鈴薯?xiàng)l失重率的測(cè)定

采用質(zhì)量法測(cè)定烤馬鈴薯?xiàng)l失重率。

式中:m0為馬鈴薯?xiàng)l烤前的質(zhì)量/g;m1為馬鈴薯?xiàng)l烤后的質(zhì)量/g。

1.6 烤馬鈴薯?xiàng)l水分分布的測(cè)定

參考李培燕等[12]測(cè)定方法,將待測(cè)樣品轉(zhuǎn)入核磁共振專用樣品管進(jìn)行檢測(cè),采用T2加權(quán)成像,成像面為垂直于馬鈴薯?xiàng)l樣品的中間位置。測(cè)定參數(shù)為:探頭線圈直徑為60 mm,視野為100 mm×100 mm,掃描次數(shù)為2次,T2加權(quán)成像TR為1 500 ms,回波時(shí)間為50 ms,采樣次數(shù)NS為4,經(jīng)傅里葉重建后統(tǒng)一映射,將圖像轉(zhuǎn)換成偽彩圖進(jìn)行比對(duì)分析。

1.7 烤馬鈴薯?xiàng)l質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定。硬度參考劉淼等[13]方法,測(cè)定參數(shù)為,探頭:P/6,測(cè)前速率:1.00 mm/s,測(cè)時(shí)速率:1.00 mm/s,測(cè)后速度:1.00 mm/s,測(cè)試距離:30.00 mm,壓縮率:60%,觸發(fā)力:5.0 g,間隔時(shí)間:3 s,觸發(fā)力類型:自動(dòng)。剪切力測(cè)定參數(shù)為,探頭:HDP/BS,測(cè)前速率:1.00 mm/s,測(cè)試速率為0.5 mm/s,測(cè)后速率:1.00 mm/s,剪切距離為15 mm,觸發(fā)力:5.0 g。

1.8 烤馬鈴薯?xiàng)l色度的測(cè)定

采用 CIE-L*a*b*色空間表示方法,以新鮮馬鈴薯?xiàng)l為對(duì)照,得到L*、a*和b*3個(gè)參數(shù)。其中L*代表亮度,L*越小亮度越低;正負(fù)a*分別代表紅和綠;正負(fù)b*分別代表黃和藍(lán)?？偵瞀計(jì)算公式為。

式中:L0、a0、b0為鮮薯?xiàng)l(對(duì)照組)測(cè)得的值;L*、a*、b*為酸處理后烤馬薯?xiàng)l測(cè)得的值。

1.9 烤馬鈴薯?xiàng)l微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

將烤馬鈴薯?xiàng)l切成約7 mm×7mm×7 mm的立方體顆粒,用戊二醛溶液固定,經(jīng)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)乙醇溶液洗脫后,冷凍干燥,將干燥后的樣品用導(dǎo)電膠帶粘在掃描電鏡樣品臺(tái)上,置于離子濺射儀的樣品艙中,在15 mA的電流下噴金90 s,裝入掃描電鏡觀察室,電壓10 kV。

1.10 烤馬鈴薯?xiàng)l風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定

參考劉雨曦等[14]的方法,采用固相微萃取和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定烤馬鈴薯的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。色譜柱為Agilent HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為氦氣。升溫程序:初始溫度為40 ℃并保持1 min,以6 ℃/min的速度升至160 ℃,然后以10 ℃/min的速度升至250 ℃,進(jìn)樣口溫度為200 ℃。質(zhì)譜掃描范圍為40～400m/z,電子能量70 eV。風(fēng)味物質(zhì)種類通過對(duì)比NIST譜圖庫(kù)確定,含量表示為相對(duì)峰面積。

1.11 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用 Excel和SPSS 20.0 中Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及差異性分析,采用Origin 8.0軟件作圖,每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯?xiàng)l浸泡液的pH變化

圖1a～圖1c分別為0.5%、1%、2%酸浸泡液pH。隨著浸泡時(shí)間的增加,對(duì)照組浸泡液的pH從7緩慢下降至6.7。而不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酸處理后的浸泡液均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。醋酸浸泡液初始的pH較高,在5～7之間,在浸泡3 h時(shí)達(dá)到最大值。檸檬酸與蘋果酸浸泡液初始的pH較低,二者變化曲線基本重合;0.5%浸泡液的pH在4 h時(shí)達(dá)到最高值,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)pH在3 h達(dá)到最高值,2%時(shí)pH變化較小。細(xì)胞有機(jī)酸的溶出與H+的浸入導(dǎo)致酸處理浸泡液pH變化,在酸處理過程中,酸溶液的H+先進(jìn)入到馬鈴薯?xiàng)l細(xì)胞內(nèi)使浸泡液pH升高,后續(xù)細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)酸溶出使浸泡液pH降低[15]。

圖1 不同酸浸泡液pH的變化

2.2 烤馬鈴薯?xiàng)l失重率變化

如表1所示,所有馬鈴薯?xiàng)l樣品烤后均失重,馬鈴薯細(xì)胞在烤制期間被破壞后水分流失,從而導(dǎo)致馬鈴薯?xiàng)l的質(zhì)量損失。對(duì)照組的失重率均低于30%,酸處理樣品失重率顯著大于對(duì)照組(P<0.05),且隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著增大(P<0.05)。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),浸泡質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,失重率越大,其中2%醋酸處理5 h的馬鈴薯?xiàng)l失重率達(dá)到最高,為(57.83±1.49)%。相同條件下,不同組樣品失重率大小為:對(duì)照組<檸檬酸組<蘋果酸組<醋酸組,說明酸處理在一定程度上會(huì)加速馬鈴薯?xiàng)l水分流失。這種變化與酸溶液中的H+的濃度有關(guān),酸浸泡改變了細(xì)胞結(jié)構(gòu),酸根離子進(jìn)入馬鈴薯?xiàng)l細(xì)胞內(nèi)部,造成內(nèi)外濃度差,從而導(dǎo)致更多的水分流失[16]。

表1 烤馬鈴薯?xiàng)l的失重率/%

2.3 烤馬鈴薯?xiàng)l的水分分布

不同酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和浸泡時(shí)間下,3種酸處理后的烤馬鈴薯?xiàng)l的T2加權(quán)成像偽彩圖如圖2所示,藍(lán)色到紅色表示水分的含量由低到高,通過顏色分布可以直觀描述馬鈴薯?xiàng)l中水分含量和分布情況[17]。對(duì)照組紅色區(qū)域面積最大,并隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)減小。與對(duì)照組相比,所有酸處理后的馬鈴薯?xiàng)l的邊緣區(qū)域均由紅色變?yōu)辄S色或綠色。質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,邊緣區(qū)域的藍(lán)色或綠色也隨之消失,圖像逐漸縮小。隨時(shí)間延長(zhǎng),酸處理組圖像中紅色區(qū)域逐漸縮小,甚至在浸泡5 h時(shí)無紅色區(qū)域,此時(shí)信號(hào)強(qiáng)度由馬鈴薯?xiàng)l的表面向內(nèi)部逐漸減小,馬鈴薯?xiàng)l的水分不斷流失。其中2%酸處理5 h后的樣品圖像面積更小,水分含量最低。烤馬鈴薯?xiàng)l水分分布的結(jié)果與失重率的結(jié)果相符,說明酸處理加快了烤馬鈴薯?xiàng)l的水分流失,水分流失由外至內(nèi),進(jìn)而改變了烤馬鈴薯?xiàng)l的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[18]。

圖2 烤馬鈴薯?xiàng)l的水分分布

注:同一列中不同字母表示數(shù)據(jù)間存在顯著性差異(P<0.05),橫坐標(biāo)數(shù)值為酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。圖3 烤馬鈴薯?xiàng)l的硬度和剪切力

2.4 烤馬鈴薯?xiàng)l的質(zhì)構(gòu)

如圖3所示,在相同條件下,所有酸處理樣品的硬度和剪切力均顯著大于對(duì)照組(P<0.05)。隨著浸泡時(shí)間延長(zhǎng),對(duì)照組的硬度和剪切力先升高后降低,但沒有顯著性差異(P>0.05);而酸處理組的硬度和剪切力逐漸升高,根據(jù)酸的種類和時(shí)間不同,存在顯著性差異(P<0.05)。這可能是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的酸浸泡使馬鈴薯?xiàng)l失水過多,干物質(zhì)含量大于對(duì)照組,導(dǎo)致薯?xiàng)l質(zhì)地更硬。酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,烤馬鈴薯?xiàng)l硬度和剪切力也就越大,這可能與細(xì)胞壁多糖結(jié)構(gòu)和完整性的變化有關(guān),酸抑制聚半乳糖醛酸酶活性,與果膠接觸后又促進(jìn)果膠凝膠化,細(xì)胞結(jié)構(gòu)得到維持,隨著酸濃度的增大這些作用效果增強(qiáng)[19]。2%醋酸處理5 h時(shí)樣品硬度和剪切力最大,用高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酸長(zhǎng)時(shí)間浸泡可提高烤馬鈴薯?xiàng)l的硬度和剪切力。

2.5 烤馬鈴薯?xiàng)l的色度

如表2所示,烤馬鈴薯?xiàng)l的L*和b*低于鮮馬鈴薯?xiàng)l,高溫烤制后馬鈴薯?xiàng)l發(fā)生美拉德反應(yīng),亮度和黃度降低。與對(duì)照組相比,酸處理后的樣品L*增大,b*值增大(0.5%蘋果酸組除外),亮度和黃度有一定程度地提高。a*在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的醋酸浸泡5 h時(shí)最大,b*在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的醋酸浸泡3 h時(shí)最大。檸檬酸、蘋果酸組在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,浸泡5 h時(shí)L*最大;醋酸組在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,浸泡3 h時(shí)L*最大,此時(shí)ΔE最小,為3.83±1.62,更接近鮮薯亮黃的色澤。烤馬鈴薯?xiàng)l的顏色變化與多種因素有關(guān),在酸溶液浸泡期間,多酚氧化酶活性下降,抑制了酶促褐變[20];在焙烤期間,酸浸泡后的馬鈴薯?xiàng)l內(nèi)部pH、水分含量發(fā)生變化,美拉德反應(yīng)程度不同,影響了非酶褐變,且水分的存在影響了光的反射,對(duì)亮度值產(chǎn)生影響。

表2 烤馬鈴薯?xiàng)l的色度參數(shù)

2.6 烤馬鈴薯?xiàng)l的微觀結(jié)構(gòu)

由色度結(jié)果可知,使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%醋酸溶液浸泡3 h時(shí)烤馬鈴薯顏色較好,此時(shí)質(zhì)構(gòu)和水分狀態(tài)也有明顯改變,因此對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%酸溶液時(shí)的烤馬鈴薯?xiàng)l的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定。如圖4所示,馬鈴薯?xiàng)l熱加工后細(xì)胞壁被破壞,完整性降低,細(xì)胞間會(huì)呈現(xiàn)出類似于蜂窩網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)[21]。質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%檸檬酸浸泡1 h時(shí)的烤馬鈴薯?xiàng)l(B1)的多孔結(jié)構(gòu)最為明顯,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)孔隙變小,但與對(duì)照組樣品的微觀結(jié)構(gòu)差異不大。質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%蘋果酸處理的樣品(C1～C3)隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)由多孔結(jié)構(gòu)變成片狀結(jié)構(gòu),最后變成相對(duì)平滑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在相同條件下,與其他組相比,質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%醋酸浸泡1 h時(shí)樣品(D1)有著更小的孔隙,并隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加平滑致密,其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%醋酸浸泡5 h時(shí)(D3)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最完整,Gong等[22]研究結(jié)果表明醋酸處理減少了馬鈴薯蒸煮損失,限制糊化淀粉從細(xì)胞內(nèi)泄漏,延緩細(xì)胞膜氧化產(chǎn)物的增加,其中1%醋酸處理在保護(hù)細(xì)胞膜完整性和延緩衰老方面有積極影響,這可能是醋酸處理優(yōu)于其他種類酸的原因。

注:A、B、C、D分別代表對(duì)照、檸檬酸處理、蘋果酸處理、醋酸處理;1、2、3分別代表浸泡時(shí)間為1 h、3 h、5 h。圖4 烤馬鈴薯?xiàng)l的微觀結(jié)構(gòu)

多數(shù)研究認(rèn)為熱加工后馬鈴薯質(zhì)地變化主要是由細(xì)胞壁中多糖的變化引起的,特別是果膠的降解。果膠在細(xì)胞間粘附和細(xì)胞壁強(qiáng)度中起著重要作用,果膠解聚會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯質(zhì)地變軟。酸性條件可抑制果膠酶的活性[23],減少果膠酶對(duì)果膠的降解,同時(shí)酸處理促進(jìn)了果膠的凝膠化[24],增加了果膠的黏合作用,細(xì)胞間的孔隙減少,微觀結(jié)構(gòu)變得致密平滑。

2.7 烤馬鈴薯?xiàng)l的風(fēng)味物質(zhì)

表3為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%酸溶液浸泡3 h后烤馬鈴薯?xiàng)l的風(fēng)味物質(zhì)成分,對(duì)照組、檸檬酸、蘋果酸和醋酸處理后分別檢測(cè)到15、16、24、13種揮發(fā)性風(fēng)味化合物。其中由美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的吡嗪是對(duì)烤馬鈴薯?xiàng)l的風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的成分之一,表現(xiàn)出焙烤香味[25],對(duì)照組中吡嗪的種類最多和含量最高,分別為13種和質(zhì)量分?jǐn)?shù)78.12%,不同處理組吡嗪質(zhì)量分?jǐn)?shù)大小為:對(duì)照組>醋酸組>蘋果酸組>檸檬酸組。與對(duì)照組相比,酸處理組產(chǎn)生一定量的醇類和醛類風(fēng)味物質(zhì),尤其是蘋果酸處理后,烤馬鈴薯?xiàng)l產(chǎn)生了乙二醇、1-辛烯-3-醇、4,4-二甲基-2-戊醇、5-甲基糠醛、苯乙醛、甲硫基丙醛、壬醛和2-辛酮等風(fēng)味物質(zhì),檸檬酸處理未產(chǎn)生甲硫基丙醛,其中1-辛烯-3-醇具有蘑菇香,是一種亞油酸氫過氧化物的降解產(chǎn)物[26];苯乙醛是苯丙氨酸的酶解產(chǎn)物,有助于烤馬鈴薯?xiàng)l產(chǎn)生花香味[27]。此外,蘋果酸處理還產(chǎn)生了硫酚、棕櫚酸等風(fēng)味物質(zhì)。總體而言,醋酸處理后風(fēng)味物質(zhì)總含量降低,適當(dāng)?shù)乃嵝詶l件可使蛋白質(zhì)與風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合更緊密,部分風(fēng)味物質(zhì)得以保留[28]。酸處理減少了由美拉德反應(yīng)帶來的焙烤香味,額外賦予了烤馬鈴薯?xiàng)l新的風(fēng)味。

表3 烤馬鈴薯?xiàng)l的風(fēng)味物質(zhì)

3 結(jié)論

酸處理在提高烤馬鈴薯?xiàng)l硬度,保護(hù)色澤,風(fēng)味多樣化等方面有積極影響,高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酸溶液預(yù)浸泡會(huì)導(dǎo)致烤馬鈴薯?xiàng)l的水分更易流失,硬度和剪切力更高;長(zhǎng)時(shí)間的酸溶液預(yù)浸泡會(huì)導(dǎo)致失重率更高,微觀結(jié)構(gòu)變得更加致密平滑。檸檬酸和蘋果酸浸泡雖然可以賦予烤馬鈴薯?xiàng)l新的風(fēng)味,但pH更高的醋酸浸泡液作用溫和,且浸泡后得到的烤馬鈴薯?xiàng)l色澤較好,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的醋酸溶液浸泡3 h適合作為酥脆烤馬鈴薯?xiàng)l預(yù)處理?xiàng)l件。本文中酸處理對(duì)烤馬鈴薯?xiàng)l的風(fēng)味物質(zhì)含量變化原因及影響機(jī)理還有待研究,后續(xù)研究中也可側(cè)重于混合酸或是鹽溶液對(duì)烤馬鈴薯?xiàng)l等其他馬鈴薯食品的品質(zhì)影響。