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(1.青海大学农林科学院,青海西宁 810016;2.青海省青藏高原农产品加工重点实验室,青海省农林科学院,青海西宁 810016;3.青海华实科技投资管理有限公司,青海西宁 810016)

马铃薯营养丰富,粮菜兼用,是世界上仅次于水稻、小麦、玉米的第四大粮食作物[1]。我国马铃薯资源丰富,在全国25个省份均有种植,播种面积达到551.82 万公顷,其中四川、贵州、甘肃、青海和宁夏是马铃薯的主要种植地区[2]。马铃薯具有多种营养和功能成分,有助于降低高血压、心脏病、癌症、神经变性等疾病的发病率[3-6]。2015年我国提出马铃薯主粮化战略[7-8],为马铃薯加工产业的发展迎来了新的机遇和挑战。

目前,马铃薯主食产品使用的原料大多是以马铃薯熟粉为主,但是马铃薯熟粉生产加工过程中的蒸煮、高温(170 ℃)滚筒干燥等环节能耗较高、营养损失较大;同时,在整个熟粉的加工过程中淀粉已完全糊化,再以马铃薯熟粉为原料加工制备的马铃薯主食产品其粘度大、成型整型难,严重阻碍了马铃薯主食化的进程。马铃薯原粉是直接将马铃薯低温干燥、破碎,通常不经过蒸煮及制泥处理。以马铃薯原粉为原料,能够有效降低马铃薯主粮产品的成本,同时提高马铃薯加工利用率。但当前,关于制备马铃薯原粉及研究产品性质的文献报道相对较少。赵奕昕等[9]研究了不同工艺参数对马铃薯原粉感官指标和理化指标的影响,但其并未对马铃薯原粉的功能特性及复水特性等方面进行评价。田君丽等[10]仅对马铃薯全粉的前处理及干燥方式进行研究综述,得到马铃薯全粉的加工工艺是影响马铃薯全粉品质重要因素。韩亚芬[11]分别采用真空冷冻和低温热风干燥方式制备马铃薯原粉,研究表明不同干燥方式对马铃薯原粉品质特性存在显著差异,但对于不同加工方式下马铃薯原粉的基本特性及综合利用尚不明确。

为了解决当前马铃薯的利用率低、薯粉产品成本高等问题,明确不同加工方式下马铃薯原粉的基本性质,同时为迎合不同马铃薯粉产品的加工品质需求及特点,本研究以新鲜马铃薯为原料,采用蒸煮、烫漂处理、未烫漂处理3种前处理方式,同时应用真空冷冻干燥法和热风干燥法制备不同类别的马铃薯原粉,探究不同前处理工艺及干燥工艺对马铃薯粉特性的影响,通过比较不同加工方式制备得到的马铃薯粉的感官品质、理化特性、功能特性和复水特性,旨在为马铃薯不同产品特点选择合适的加工方式,并为马铃薯原粉的研制及代替熟粉的可行性奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜马铃薯(青薯9号) 由青海省农林科学院生物所提供;花生油 山东鲁花集团有限公司;总淀粉测定试剂盒 爱尔兰Megazyme公司;氢氧化钾、硫酸、石油醚、柠檬酸 均为分析纯，天津市百世化工有限公司。

DL-5M低速离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;101A-25T型电热鼓风干燥箱 上海实验仪器有限公司;HH-6数显恒温水浴锅 国华电器有限公司;FJ-201高速分散均质机 金坛市晶玻实验仪器厂;AL204 万分之一分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;高速中药粉碎机 天津华鑫仪器厂;TGL-20M 高速台式冷冻离心机 上海沪粤明科学仪器有限公司;SX2-4-10箱式电阻炉 沈阳市节能电炉厂;Fibretherm FT12粗纤维测定仪 Gerhardt德国格哈特仪器公司;SOX412Macro全自动脂肪提取仪 Gerhardt德国格哈特仪器公司;WSC-S色度仪 上海精密科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯粉的制备 参考韩亚芬[11]等的方法,并根据本研究预实验中马铃薯褐变程度及复水比结果选择合适的烫漂时间、干燥温度及干燥时间。

1.2.1.1 马铃薯熟粉的制备 将新鲜马铃薯清洗、去皮、切片,常压蒸煮10 min后于真空冷冻干燥机中-50 ℃下干燥24 h,干燥后粉碎过80目筛制得样品。

1.2.1.2 冷冻干燥马铃薯原粉的制备 将新鲜马铃薯清洗、去皮、切片,用0.35%的柠檬酸溶液护色10 min,然后用清水漂洗后于真空冷冻干燥机中-50 ℃下干燥24 h,干燥后粉碎过80目筛制得样品。

1.2.1.3 未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的制备 将新鲜马铃薯清洗、去皮、切片后,不经烫漂直接置于0.35%的柠檬酸溶液中护色10 min,用清水漂洗后于50 ℃下热风干燥直到马铃薯片完全干燥为止(6 h),粉碎后过80目筛,制备得到样品。

1.2.1.4 经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的制备 将新鲜马铃薯清洗、去皮、切片后,沸水中烫漂60 s,冷却后置于0.35%的柠檬酸溶液中护色10 min,用清水漂洗后于50 ℃下热风干燥6 h,粉碎后过80目筛,制备得到马铃薯原粉样品。

1.2.2 色度测定 室温下采用WSC-S色度仪检测样品的色差。以标准白板作为标准,采用LAB表色系统,L*表示亮度指数,a*表示红绿色,b*表示黄蓝色[12]。

1.2.3 理化特性测定 水分的测定参照GB 5009. 3-2016;灰分测定参照GB5009. 4-2016;粗纤维含量测定参照GB/T 5009.88-2003;粗脂肪含量测定参照GB 5009. 6-2016;总淀粉含量采用TOTAL STARCH试剂盒。

1.2.4 功能特性测定

1.2.4.1 吸水指数测定 称取2.5 g 的马铃薯原粉样品于50 mL 离心管中,并加入30 mL 蒸馏水充分混合,然后在30 ℃水浴中保温30 min,再将其在4000 r/min的转速下离心20 min。最后将上清液转移到事先干燥并称重好的铝盒中,放入105 ℃的烘箱中烘干,干燥后称取离心管中的沉淀质量[13]。吸水系数(WAI)计算公式为:

表1 不同加工方式下马铃薯原粉的色泽Table 1 Color of raw potato flour under different processing methods

注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

1.2.4.2 吸油指数测定 准确称取2 g 的马铃薯原粉样品,在50 mL 离心管中加入40 mL 花生油使其混合均匀,然后在4000 r/min 的条件下离心20 min,弃去上清液,并将离心管倒置5 min后称重[14]。吸油指数OAI按下式计算:

1.2.4.3 乳化性及乳化稳定性 参照Elkhalifa等人的方法[15]测定。向1 g马铃薯原粉中加入50 mL 4 ℃蒸馏水与50 mL花生油的混合液,摇匀后采用均质机将其分散混匀。然后将所得液体平分于两个离心管中,其中一个离心管在4000 r/min条件下离心10 min,另一个离心管于80 ℃下水浴30 min后在相同的条件下离心,分别测量离心之后溶液的总高度和乳化层高度。马铃薯的乳化性和乳化稳定性的计算如下式:

1.2.4.4 溶解度 参照Bano的方法[16]。准确称取1 g马铃薯原粉样品于刻度试管中,向其加入蒸馏水使总体积达到10 mL,室温下放置1 h(每隔10 min 混匀1次),再将其静置15 min后,取2 mL的上清液于已恒重的铝盒中,放入干燥箱105 ℃下烘至恒重后称量。样品溶解度按下式计算:

溶解度(%)=(上清液总体积/2)×[(加上清液干燥后铝盒质量-铝盒质量)/样品质量]×100

1.2.5 复水特性测定

1.2.5.1 复水性 称取20 g马铃薯原粉置于250 mL 烧杯中,加入180 g热水(80 ℃)搅拌均匀后静置3 min,将其过滤,同时称量过滤液质量,并将过滤液于105 ℃干燥恒重后称量残留可溶性固形物质量[17]。复水比计算如下:

复水比=[180-(滤液质量-滤液中残留可溶性固形物质量)]/样品质量

1.2.5.2 复水稳定性 称取20 g马铃薯原粉置于250 mL 量筒中,加入180 g热水(80 ℃)搅拌均匀后静置3 min,分别测量上清液高度和冲调液高度[17]。复水稳定性如下:

复水稳定性(%)=[1-(静置后上清液高度/静置后冲调液高度)]×100

1.3 数据处理

用Excel 2010进行数据初步整理,显著性分析使用DPS 9.05软件LSD多重比较进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同加工方式下马铃薯原粉的色泽

从表1可以看出,不同加工方式下马铃薯原粉的色泽相差较大,经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的L*值为80.78,a*值为-2.66(<0,偏绿),b*值为15.37,其L*、b*值均显著高于(P<0.05)其他加工方式下的马铃薯原粉,说明该加工方式下的马铃薯原粉其亮度较高,黄色较深,光泽度较好[18],与马铃薯熟粉接近,其次为冷冻干燥的马铃薯原粉。而未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉L*值(67.62)显著低于(P<0.05)其他方式,表现出颜色较暗,亮度低,色泽差,可能是由于未烫漂的马铃薯鲜片中引起酶促褐变的酶较为活跃所致。此结果与韩亚芬[11]等的报道不同,韩亚芬报道了冷冻干燥制作的马铃薯原粉色泽比热风干燥的薯粉要好,本研究发现经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的色泽要好于冷冻干燥方式。这主要是由于一方面所选择的马铃薯品种不同,其本身鲜薯的色泽会有差异,另一方面韩亚芬的研究中未对鲜切的马铃薯进行护色,且热风干燥的温度及时间与本实验均不同所致。因此,针对不同的马铃薯品种,选择合适的干燥方式对其色泽影响较大。

2.2 不同加工方式下马铃薯原粉理化特性

从表2可以看出,不同加工方式下马铃薯原粉其理化特性不近相同。总淀粉含量差异显著(P<0.05),其中经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的总淀粉含量最高为81.03%,其他加工方式下的马铃薯原粉的总淀粉含量大小依次为:马铃薯熟粉(75.48%)>冷冻干燥马铃薯原粉(70.04%)>未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(66.42%)。

样品水分含量存在显著差异(P<0.05),本研究不同加工方式下的马铃薯原粉样品其水分含量较高的为马铃薯熟粉(12.05%)和经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(12.00%),而冷冻干燥马铃薯原粉(10.30%)和未经烫漂的马铃薯原粉(9.90%)的水分含量相对较低,这可能是与其干燥工艺有关,经烫漂的热风干燥的马铃薯原粉和马铃薯熟粉经热水处理后持水能力增强,水分蒸发慢,从而原粉的水分含量高。

表2 不同加工方式下马铃薯原粉的理化特性(%)Table 2 The physicochemical property of raw potato flour under different processing methods(%)

注:表中同一列的不同字母表示0.05水平差异显著(P<0.05)。

粗脂肪含量之间也存在显著差异(P<0.05),其中冷冻干燥的热风干燥马铃薯原粉(4.20%)与未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(4.30%)的脂肪含量最高,且差异不显著(P>0.05),而经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的脂肪含量最低(3.22%)。

粗纤维是指不溶于酸碱的纤维成分,主要包括纤维素、木质素、半纤维素等,食用粗纤维可以促进胃肠的蠕动,起到助消化的作用[19-20]。不同加工处理的马铃薯原粉样品粗纤维含量存在显著差异(P<0.05),由高到低的顺序依次为:马铃薯熟粉(2.72%)>经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(2.38%)>冷冻干燥马铃薯原粉(1.31%)>未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(1.14%)。

灰分含量的测定主要是反映样品中的矿物元素等无机物含量,样品灰分含量高,可能与样品矿物元素含量高有关。本试验中4种不同加工方式下马铃薯原粉的灰分含量之间存在显著差异(P<0.05),其中，马铃薯熟粉(0.86%)>冷冻干燥马铃薯原粉(0.64%)>经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(0.31%)>未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(0.17%)。

综合考虑,马铃薯熟粉具有高淀粉、高纤维、高灰分及低脂肪的特点,经烫漂的热风干燥马铃薯原粉具有高淀粉、中等纤维含量及低脂肪的特点,这两种方式制作的马铃薯原粉比本试验的其他方式更有利于用作减肥及降血脂健康食品的原料。相较于小麦粉,不同方式处理的马铃薯原粉样品的脂肪、淀粉含量均较低,因此利用马铃薯原粉制备主食产品,其能量相对较低,加工的产品更有利于现代健康营养的需求。

2.3 不同加工方式下马铃薯全粉功能特性

2.3.1 持水能力 不同加工方式下制备得到的马铃薯原粉其持水能力如图1所示。由图1可知,马铃薯熟粉的吸水指数最高,显著(P<0.05)高于其他加工方式制备得到的马铃薯原粉,其吸水指数达到(3.03±0.01) g/g,其次是热风干燥处理的两种马铃薯原粉(经烫漂的马铃薯原粉为(2.5±0.05) g/g;未经烫漂的马铃薯原粉为(2.73±0.12) g/g,而冷冻干燥马铃薯原粉其吸水指数最低,仅为(2.33±0.02) g/g。样品持水力的大小差异主要是由于样品中淀粉分子的羟基与分子链或水形成了氢键和共价结合所致,当羟基与淀粉分子结合的作用大于与水分子的结合,则表现出持水能力较低,反之持水能力高[21]。通常糊化后的马铃薯原粉中的淀粉相较于马铃薯生淀粉更易与水分子结合,从而其吸水指数较高,而冷冻干燥的马铃薯原粉中的淀粉未经过高温蒸煮及热风干燥处理,其内部保持了生淀粉的原有形态,吸水指数显著低于其他加工方式下的马铃薯原粉[22]。马铃薯原粉的吸水指数的大小在其作为食品配料中的加工应用具有重要的参考价值,吸水指数越高,则在配料中需添加更多的水分,且所制备得到的产品含水量较高。

图1 不同加工方式下马铃薯原粉的吸水指数Fig.1 Water absorption index of raw potato flour under different processing methods注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。熟粉:马铃薯熟粉;冷干:冷冻干燥马铃薯原粉;热风(未烫漂):未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉;热风(烫漂):经烫漂的热风干燥马铃薯原粉;图2～图5同。

2.3.2 持油能力 持油能力主要反映马铃薯原粉样品与油脂之间相互作用的强弱[23]。不同加工方式下制备得到的马铃薯原粉其持油能力如图2所示。由图2可知,不同加工方式制备得到的马铃薯原粉其吸油指数存在显著差异(P<0.05),其中冻干马铃薯原粉其吸油指数最高,达到(3.42±0.08) g/g,其次为马铃薯熟粉((1.61±0.07) g/g),经烫漂的热风干燥马铃薯原粉((1.34±0.07) g/g)和未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉((0.78±0.07) g/g)较低。这主要是由于真空冷冻干燥得到的马铃薯原粉颗粒较疏松,组织结构相对比较完整,更利于油脂的渗入和保持,在实际生产应用中,冷冻干燥的马铃薯原粉的加工中需要添加更多的油脂,对于一些酥性产品的加工更有利。持油能力主要是与马铃薯的蛋白质特性有关,而经过加热处理的马铃薯原粉,由于加热会引起马铃薯粉中蛋白质的部分变性,从而使得热加工方式制备的马铃薯原粉的持油能力下降[21]。

图2 不同加工方式下马铃薯原粉的吸油指数Fig.2 Oil absorption index of raw potato flour under different processing methods

2.3.3 乳化性及乳化稳定性 乳化性及乳化稳定性在食品加工过程中具有重要作用,在食品口感方面,只有具有良好乳化性的食品才会拥有良好的口感[24]。不同加工方式下马铃薯原粉的乳化性和乳化稳定性如图3、图4所示。由图3可知,不同加工方式下马铃薯原粉的乳化性存在显著差异(P<0.05),其中马铃薯熟粉的乳化性较高,达到21.58%±1.37%,其产品口感佳,而冷冻干燥的马铃薯原粉其乳化性(7.15%±0.31%)相较于其他品种的乳化性(经烫漂的热风干燥马铃薯原粉为12.95%±0.64%;未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉10.88%±0.49%)较低,说明热处理在一定程度上能够增加马铃薯原粉的乳化特性,能够提高马铃薯产品口感;由图4可知,不同品种马铃薯间乳化稳定性也存在显著差异(P<0.05),其中马铃薯熟粉(15.98%±0.73%)和经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(16.67%±0.76%)的乳化稳定性较高,而冷冻干燥马铃薯原粉(5.24%±0.04%)与未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(4.95%±0.11%)的乳化稳定性相对较低。这可能是经过热处理的马铃薯原粉在干燥过程中其蛋白质发生一定的变性,增加了乳化性及乳化稳定性。综合比较,马铃薯熟粉与经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的乳化性及乳化稳定性相近且相较于其他原粉其乳化性能均较好,其加工制备出的产品乳化性能高,产品口感好。

图3 不同加工方式下马铃薯原粉的乳化性Fig.3 The emulsibility of raw potato flour under different processing methods

图4 不同加工方式下马铃薯原粉的乳化稳定性Fig.4 The emulsion stability of raw potato flour under different processing methods

2.3.4 溶解度 溶解度是指在一定温度下,样品分子的溶解质量百分数[25],马铃薯原粉的溶解度可以反映出样品中可溶性固形物的含量。不同加工方式下马铃薯原粉的溶解度如图5所示。由图5可知,不同加工方式下得到的马铃薯粉溶解度大不相同,其中真空冷冻干燥的马铃薯原粉其溶解度显著(P<0.05)高于其他加工方式下得到的马铃薯原粉,其溶解度大小为冻干马铃薯原粉(16.49%±1.07%)>马铃薯熟粉(13.78%±0.17%)>未经烫漂的热风干燥马铃薯原粉(12.38%±0.05%)>经烫漂处理的热风干燥马铃薯原粉(10.73%±0.17%),这是由于冻干马铃薯原粉在加工过程中更好的保持其营养成分和物质结构,因此其内部可溶性固形物含量高,其溶解度也相对较高,而经烫漂处理的热风干燥马铃薯原粉,其可溶性固形物含量易溶出,因此降低了其溶解度。

图5 不同加工方式下马铃薯原粉的溶解度Fig.5 The solubility of raw potato flour under different processing methods

2.4 复水特性

不同加工方式下制得马铃薯粉的复水性如表3所示。由表3可知,经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的复水特性最高,其复水比为6.43,复水稳定性为95.76%±0.85%;其次是马铃薯熟粉,其他2种马铃薯原粉较低,并且在复水实验中存在明显的粘连结块现象。这可能是由于经蒸煮或烫漂过程中马铃薯中的蛋白质发生变性,同时由于加热作用使得其内部酶失活,使其复水特性较高[11]。在实际应用中,若将马铃薯原粉直接用于一些薯片、薯饼及其他休闲食品的加工时,其复水特性越高,其产品的品质就越好,该结果可为马铃薯原粉的选择上提供理论依据。

表3 不同加工方式下马铃薯原粉的复水特性Table 3 Reconstitution properties of raw potato flour under different processing methods

注:表中同一列的不同字母表示0.05水平差异显著(P<0.05)。

通过对四种马铃薯原粉的功能特性的综合分析,研究发现马铃薯熟粉与经烫漂的热风干燥马铃薯原粉其品质较为接近,可代替马铃薯熟粉使用,相对于马铃薯熟粉的生产,本试验提出的经烫漂的热风干燥马铃薯原粉的加工方式可以节约成本、提高马铃薯的加工利用率和降低能耗;另外,结合不同加工方式处理的马铃薯原粉的功能特性与其应用价值。研究发现马铃薯熟粉具有较高的持水能力、乳化性及乳化稳定性,适宜加工含水量及乳化性能要求高的产品;冷冻干燥马铃薯原粉具有较高的持油能力和溶解性,适宜加工一些油脂含量高的酥性产品;经烫漂的热风干燥马铃薯原粉具有较高的乳化稳定性、复水性和复水稳定性,适宜加工一些薯片、薯饼及其他休闲食品等对复水性能要求高的产品。

3 结论

不同加工方式得到的马铃薯原粉色泽、营养理化指标均存在差异。其中经烫漂的热风干燥马铃薯原粉和马铃薯熟粉的色泽最佳,为淡黄色粉末,具有高淀粉、高纤维及低脂肪的特点,有利于用作减肥及降血脂健康食品的原料;不同加工方式制备的马铃薯原粉的功能特性也存在差异。马铃薯熟粉具有较高的持水能力、乳化性及乳化稳定性,冷冻干燥马铃薯原粉具有较高的持油能力和溶解性,经烫漂的热风干燥马铃薯原粉具有较高的乳化稳定性、复水性和复水稳定性。综合考虑不同加工处理制备的马铃薯原粉的理化功能特性及加工效率与能耗,本研究发现经烫漂的热风干燥马铃薯原粉具有较高的加工品质,可以替代马铃薯熟粉进行加工,且能提高加工效率和降低能耗。