候春輝 易建勇 畢金峰 劉常金 彭 健 吳昕燁

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所；農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室1，北京 100193) (天津科技大學食品工程與生物技術學院2，天津 300457)

馬鈴薯是世界上僅次于小麥、水稻、玉米的第四大糧食作物，在我國同時也作為蔬菜消費。我國馬鈴薯主要種植區(qū)域在西北部、東北部及中部地區(qū)，其種植面積與產(chǎn)量均居世界第一[1]。2017年，中央一號文件明確指出，要“深入實施主食加工提升行動，推動馬鈴薯等主食產(chǎn)品開發(fā)”[2]，在此背景下，馬鈴薯饅頭、面條、米粉等主食逐漸興起。同時，馬鈴薯條、片、馬鈴薯烘烤和油炸食品等休閑食品也經(jīng)久不衰，其中薯片占市場產(chǎn)值30%以上[3]，是休閑食品的主體之一。

近年來我國的休閑食品發(fā)展迅速，但是隨著人們對生活質量要求的不斷提高和身體健康的不斷關注，營養(yǎng)健康成為食品行業(yè)的主旋律，休閑食品也從嗜好型、溫飽型的消費格局逐漸向復合型、營養(yǎng)型、健康型、功能型方向轉化[4]。近期發(fā)布的中國居民膳食指南建議，保證每天攝入50～100 g薯類、300～500 g蔬菜和200～350 g新鮮水果[5]，但隨著都市人群生活節(jié)奏的加快和速食產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量人群都達不到這一膳食標準。目前，市場上的馬鈴薯復合脆片大多是以馬鈴薯為主要原料，較少添加果蔬類原料，且大多采用油浴技術脫水制得，含油量一般可達20%～40%[6]，長期食用可能導致油脂攝入過量，所以非油炸加工技術開始受到企業(yè)和消費者的關注，正逐漸興起。

壓差閃蒸干燥技術(Instant Controlled Pressure Drop Drying，DIC)是近年來新興的一種質構重組技術，其原理是指物料在膨化罐內瞬間經(jīng)歷一個由高壓到低壓的過程，使被加工物料內部的水分瞬間升溫汽化，并依靠氣體的膨脹力，帶動組織中高分子物質的結構變性，從而形成具有網(wǎng)狀結構特征、定型的多孔狀物質的過程[7]。然而，DIC干燥需要與其他預干燥技術(熱風、凍干、紅外干燥)聯(lián)合才能實現(xiàn)對物料的完全干制。前期研究表明，利用熱風和壓差閃蒸聯(lián)合干燥的再造型馬鈴薯與胡蘿卜復合脆片會出現(xiàn)卷曲、膨化度低、硬而不脆的現(xiàn)象，這種產(chǎn)品不具有商品性。

再造型馬鈴薯復合脆片出現(xiàn)這些品質問題的原因之一在于復合原料漿液在成型干燥過程中缺乏有黏彈性的大分子支撐多孔結構，從而導致在壓差閃蒸過程中體積難以擴張或者膨化后出現(xiàn)明顯塌陷。大量研究表明，添加適宜的輔料是改善質構、色澤等品質的有效手段。Singh等[8]用蔗糖溶液浸泡胡蘿卜脆條，可顯著改善產(chǎn)品的質構，提高了品質；麥芽糖醇甜味溫和，熱值為蔗糖的十分之一，是一種低熱量的功能性甜味劑[9]，也可以改善產(chǎn)品的質構和綜合品質。此外，大豆分離蛋白的凝膠特性使其具有較高黏度、可塑性和彈性，有利于改善食品的質構特性，常被用于肉制品和面制品中[10]。因此，本研究嘗試將其作為輔料，以期改善再造型馬鈴薯脆片的質構。本研究以馬鈴薯和胡蘿卜為主要原料，研究蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白等輔料對馬鈴薯復合脆片品質的影響，為制備高品質馬鈴薯復合脆片提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

馬鈴薯(品種：大白花)、胡蘿卜(品種：黑田五寸)、蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白：北京上地小營批發(fā)市場。

1.2 儀器設備

DHG-9123A電熱恒溫鼓風箱：上海精宏實驗設備有限公司；QDPH10-1壓差閃蒸干燥設備：天津市勤德新材料科技有限公司；CM-700d手持色差儀：日本柯尼卡美能達有限公司；TA-XT2i/50物性分析儀：英國SMS公司；UV-1800紫外分光光度計：日本島津公司；SU8010掃描電鏡：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 原料預處理

原料預處理工藝：馬鈴薯、胡蘿卜原料→清洗→去皮、切塊(1 cm×1 cm×1 cm小塊)→100 ℃蒸煮30 min→原輔料復配(加水比例為原料總質量的20%)→打漿→攤片→熱風預干燥。其中，蒸煮是使物料中的淀粉充分糊化[11]。原料和輔料的配比是經(jīng)過前期單因素實驗得到的最優(yōu)添加量，具體見表1。

表1 再造型馬鈴薯復合脆片的配方

注：C.胡蘿卜；P.馬鈴薯；S.蔗糖；M.麥芽糖醇；SP.大豆蛋白。

1.3.2 干燥工藝

熱風聯(lián)合壓差閃蒸干燥：熱風溫度70 ℃，將復合脆片預干燥至干基含水量25%，取出，均濕一段時間，然后進行壓差閃蒸干燥，壓差閃蒸溫度90 ℃，停滯時間10 min，抽空溫度65 ℃，抽空時間1 h，取出冷卻，進行包裝。

1.4 實驗指標及測定方法

1.4.1 干基含水量與水分活度的測定

干基含水量按照GB 5009.3—2016方法[12]在105 ℃烘箱中烘干至恒重(變化≤0.002 g)進行測量；將脆片打成粉，鋪平放入水分活度儀中進行測定。

1.4.2 質構的測定

采用TA-XT2i物性分析儀測定脆片的硬度和脆度。參數(shù)設置[13]：探頭為0.25 S，其下降速度、測試速度和復位速度分別為1.0、1.0、10.0 mm/s，觸發(fā)力度100 g，檢測距離5 mm。每組樣品測定8次，去掉最大最小值，求取平均值，圖像的最大峰值即為硬度，峰值越高，硬度越大；原點到達第一個斷裂點的距離為脆度，距離越短，脆度越大。

1.4.3 色澤的測定

采用色差儀測定，結果以L*值(代表明暗，L*值越大，表示亮度越高，反之越暗)、a*值(代表紅綠，a*值越大表示越紅)、b*值(代表黃藍，b*值越大表示越黃)、色差ΔE值來表示[14]。L0、a0、b0值是取自只有胡蘿卜和馬鈴薯1:1復配脆片的數(shù)值。

(1)

1.4.4 微觀結構的測定

電子顯微鏡觀察制作程序[15]：樣品→采樣→固定→噴金→電鏡掃描→電鏡圖譜(在掃描電鏡下采用不同放大倍數(shù)觀察并采集圖譜)。

1.4.5 玻璃化轉換溫度(Glass Transition Temperature,Tg)的測定

用差示量熱掃描儀測定，樣品從室溫(30 ℃)以20 ℃/min速度降到-70 ℃，平衡5 min后，再以20 ℃/min速度升至100 ℃，利用DSC自帶TA分析軟件得到玻璃化轉變初始點，中間點及終點，一般將玻璃化轉變中間點作為Tg[16]。每個過程樣品的玻璃化轉變溫度，測定3次，求取平均值。

1.4.6 總類胡蘿卜素(Total Carotenoids,TC)的測定

取0.20 g胡蘿卜復合脆片的粉末，加入同質量的NaCl或CaCl2，再加入50 mL提取液(50%正己烷、25%丙酮、25%乙醇、0.1% BHT)。混合液在4 ℃下攪拌20 min后，加入15 mL蒸餾水，再放在4 ℃條件下攪拌10 min。使用分液漏斗將包含胡蘿卜素的有機相和水相分離，有機相可經(jīng)過加有無水硫酸鈉的砂芯漏斗過濾，定容至25 mL，并在450 nm波長下測吸光度，正己烷作對照[17]。

(2)

其中：TC為總類胡蘿卜素的含量/μg/g，A為450 nm處的吸光值，V為提取液總體積/mL，m為測定用提樣品的質量/g,E1%(2560)為β-胡蘿卜素在正己烷中的消光系數(shù)。

1.4.7 維生素C(Vc)的測定

根據(jù)GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》中2，6-二氯靛酚滴定法測定[18]。

1.4.8 感官評價

由15名訓練有素的感官評定人員組成評價小組進行感官評定[19]，評定分數(shù)采用5分制，結果取平均值。主要從產(chǎn)品的色、香、味、口感等五個方面來衡量產(chǎn)品的品質，評分標準見表2。

表2 再造型馬鈴薯復合脆片感官評價標準表

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0軟件進行數(shù)據(jù)分析處理，實驗分析圖采用Origin 9.0軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 不同輔料對再造型馬鈴薯復合脆片質構及Tg的影響

由表3可知，添加輔料后馬鈴薯復合脆片的干基含水量較對照樣品降低，但5種輔料的復合脆片之間的干基含水量并沒有顯著性差異(P>0.05)，這可能是由于添加輔料后，樣品干基質量變大，而只有不含輔料的C/P復合脆片的干基質量較小，導致添加輔料后復合脆片干基含水量較低。水分活度呈現(xiàn)出和干基含水量一樣的趨勢，尤其加入麥芽糖醇和大豆蛋白后明顯降低了水分活度，說明其對水的結合力較大[20]。添加不同輔料對Tg的影響也有顯著性差異(P<0.05)，尤其是加入麥芽糖醇的復合脆片Tg較低，而加入大豆蛋白則提高了Tg，這可能與加入組分的分子量大小和化學結構有關，即加入大分子物質可提高體系的Tg，反之亦然[21]。添加蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白或其復合輔料都能改善脆片的脆硬度，使其硬度下降，脆度提高，可能是由于蔗糖、大豆蛋白等大分子物質的加入，使脆片具有更高的黏彈性，在壓差閃蒸的瞬間可以更好的膨脹，同時這些大分子也有利于膨化后脆片多孔結構的硬化[22]，使脆片的內部結構更為疏松，從而得到了硬度較小且比較脆的再造型馬鈴薯復合脆片。其中，分別加入大豆蛋白和蔗糖都能明顯地提高產(chǎn)品的脆度，但產(chǎn)品的硬度仍然較大；但蔗糖、麥芽糖醇和大豆蛋白的復合加入即能較明顯地提高產(chǎn)品脆度，而且也能獲得較低的硬度。至于哪種程度的脆硬度受人們喜愛還需要參考感官評價結果。

表3 蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白對復合脆片脆硬度、

注：同一列數(shù)據(jù)標注的不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，余同。

2.2 不同輔料對再造型馬鈴薯復合脆片微觀結構的影響

由圖1可知，沒有添加任何輔料的C/P復合脆片的孔隙較大，孔隙數(shù)量少，壁厚，物料的膨化效果較差；加入蔗糖的C/P/S復合脆片厚度增加，孔隙明顯增多，膨化效果好；加入麥芽糖醇的C/P/M復合脆片孔隙數(shù)量雖沒有C/P/S復合脆片多，但孔隙較大，通孔較多，膨化效果也較好；而加入大豆蛋白的C/P/SP復合脆片結構塌陷，孔隙大而少，支撐不起復合脆片的骨架，所以會出現(xiàn)嚴重皺縮和卷曲現(xiàn)象，原因可能是大豆蛋白的凝膠特性會受到加熱的影響，經(jīng)過長時間的加熱過程，蛋白分子之間相互結合

圖1 不同配方的復合脆片微觀結構的橫斷面電鏡掃描圖(60倍)

的機會增多，一些比較活潑的基團發(fā)生化學反應，如巰基氧化，形成聚集[23]，從而破壞了大豆蛋白的結構導致塌陷；而C/P/S/SP和C/P/M/SP脆片的孔隙小，數(shù)量多而密集，所以會有比較酥脆口感(基于本研究2.4部分的感官評價結果)。因此，不同配方脆片的微觀結構與產(chǎn)品脆硬度和感官評價質地得分結果一致。

2.3 不同輔料對再造型馬鈴薯復合脆片色澤的影響

由表4可知，添加輔料對脆片的顏色有顯著性影響，添加蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白等輔料提高了再造型馬鈴薯復合脆片的亮度(L*值)，尤其是大豆蛋白的添加不僅提高了L*值，還增加了a*值、b*值和ΔE值，這可能是因為大豆蛋白本身的顏色(偏白色)影響了最終產(chǎn)品的顏色；由于蔗糖是非還原性糖，在加熱過程中不會發(fā)生美拉德反應[24]，而且添加蔗糖后物料中的氧氣被排出[8]，在干燥過程中保護了原料的色澤。C/P/M復合脆片較C/P/S復合脆片亮度值小一些，但這一配方再與大豆蛋白復合也能明顯提高脆片的亮度。綜上所述，添加3種輔料均能提高脆片的亮度，同時還能提高脆片的紅黃值，說明添加蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白等輔料都能有效改善脆片的顏色。

表4 蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白對復合脆片色澤的影響

2.4 再造型馬鈴薯復合脆片的感官評價

再造型馬鈴薯復合脆片的感官評價分為外觀、顏色、氣味、質地、風味五個方面，綜合各自得分并換算為5分制。如圖2所示，在外觀和顏色上，加入蔗糖和麥芽糖醇的復合脆片有最高得分，說明C/P/S和C/P/M脆片形狀完整，無裂紋，具有胡蘿卜鮮亮的顏色；而加入大豆蛋白的復合脆片卷曲嚴重，易碎，顏色與鮮胡蘿卜的顏色差距大，所以得分最低。在質地口感上，加入蔗糖和大豆蛋白、麥芽糖醇和大豆蛋白復合輔料的脆片具有最高的得分，其次是加入蔗糖的復合脆片，而不加任何輔料的C/P脆片得分最低，說明加入蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白等輔料顯著改善了馬鈴薯復合脆片的口感質地(脆硬度)，這與質構儀測出的脆硬度趨勢一致。氣味上，除C/P/S脆片有較高的得分，其余配方的脆片得分沒有顯著性差異(P>0.05)，可能是因為胡蘿卜和馬鈴薯的氣味均較為清淡，人體嗅覺難以分辨不同產(chǎn)品之間的差異。在風味上，C/P/S和C/P/S/SP復合脆片最受感官評價人員喜愛，甜味適中，而且能增強胡蘿卜特有的味道；C/P和C/P/SP復合脆片由于甜味較低，味道清淡而不受評價員喜歡，得分較低。綜合這五個方面的感官得分可知，加入蔗糖的復合脆片有最高的感官綜合評分，其次是加入麥芽糖醇的復合脆片，而僅加入大豆蛋白的復合脆片綜合得分最低。所以加入蔗糖和麥芽糖醇的復合脆片有較大可能會受到市場歡迎，獲得消費者青睞。

圖2 再造型馬鈴薯復合脆片的感官評價得分雷達圖

圖3 再造型馬鈴薯復合脆片的感官評價實物圖

2.5 再造型馬鈴薯復合脆片的類胡蘿卜素與VC含量

雖然人們對于薯片這類的休閑食品的認同是來自感官品質，但是隨著對營養(yǎng)健康的重視也會考慮其營養(yǎng)性。馬鈴薯含有一定量的水溶性維生素C，而胡蘿卜富含油溶性的類胡蘿卜素，因此馬鈴薯與胡蘿卜的再造型復合脆片能同時含有維生素C和類胡蘿卜素。維生素C是果蔬中典型的一類具有抗氧化活性等生理功能的維生素，其自身在加工中容易受到氧氣、光、熱等因素的影響而發(fā)生氧化降解或聚合，許多研究將其降解率作為加工程度對果蔬體系熱敏性營養(yǎng)成分影響的一個指示物質[25]。壓差閃蒸聯(lián)合干燥過程中物料會經(jīng)過短暫的高溫過程，加上預干燥和后段干燥，這些加工均會對VC和類胡蘿卜素造成一定程度的破壞。由圖4可知，沒有添加任何輔料的C/P復合脆片的類胡蘿卜素與VC含量均較高，當添加任何一種輔料時類胡蘿卜素與VC含量均下降，尤其類胡蘿卜素含量顯著下降，可能是蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白等物質與類胡蘿卜素等有色體結合，妨礙了類胡蘿卜素的釋放[26]。就添加輔料的復合脆片而言，添加輔料后胡蘿卜和馬鈴薯原料的百分比下降可能是其含量下降的原因之一，但添加麥芽糖醇的C/P/M復合脆片的類胡蘿卜素與VC含量均較高，說明損失較少；而添加蔗糖的C/P/S復合脆片類胡蘿卜素與VC含量下降較多。因此，從營養(yǎng)價值與功能性角度考慮，C/P/M復合脆片比較符合當今休閑食品發(fā)展的趨勢與理念。

圖4 不同配方的馬鈴薯復合脆片類胡蘿卜素與維生素C含量

2.6 再造型馬鈴薯復合脆片品質指標的主成分分析

評價復合脆片的綜合品質需要同時考慮多種理化指標。因此，采用主成分分析法對17項馬鈴薯復合脆片的主要感官與理化品質指標進行綜合分析評判，以期用最少的品質指標變量反映原來較多變量的信息，并分析不同配方與綜合品質指標之間的關系。本研究以特征根大于1并綜合考慮方差貢獻率確定最優(yōu)的主成分數(shù)[27]。由表5可知，主成分1、2和3的方差貢獻率分別達52.17%、27.68%和11.12%，而主成分4僅占5.94%，前3個主成分的累計方差貢獻率達92.97%，表明這3個主成分可以代表全部17項參數(shù)的大部分信息，即復合脆片的不同品質指標可用這3個主成分解釋。

表5 主成分的特征值、累積貢獻率及方差極大

主成分的載荷矩陣旋轉之后載荷系數(shù)更接近1或者更接近0，這樣得到的主成分能夠更好的解釋和命名變量[28]。在本研究中將主成分的載荷矩陣旋轉之后載荷系數(shù)達到0.90以上的變量定義為主要成分。由表5可見，第一主成分PC1主要綜合了復合脆片的色澤a*值、b*值、ΔE、干基含水量和類胡蘿卜素的信息，這些指標主要綜合了復合脆片測得的色澤指標，所以可以稱主成分1為色澤因子；第二主成分PC2主要綜合了復合脆片感官評價過程中的外觀、顏色和氣味，以及感官綜合得分的信息，所以稱其為感官品質因子；而第三主成分3僅對復合脆片的質地品質得分起支配作用。由于PC1和PC2就能夠綜合復合脆片的主要品質指標，所以本研究主要對主成分1和2進行分析和討論。結合圖5a和表5可知，L*、a*、b*、ΔE等色澤品質指標在PC1上呈負向分布，即其與主成分1呈負相關，在PC1坐標正向，PC1越大，各項色澤值越?。欢苫?、aw、類胡蘿卜素含量在PC1上呈正向分布，說明其與主成分1呈正相關，在PC1坐標正向，PC1越大，干基含水量、aw、類胡蘿卜素越大。感官評價的外觀、顏色、氣味和感官綜合得分品質指標在PC2上呈正向分布，說明在PC2坐標正向，PC2越大，感官品質得分越高。許多研究者采用PCA得分與主成分關系反映不同處理與品質指標之間的關系，由圖5能夠直觀看出不同配方與PC1和PC2的關系，C/P復合脆片干基含水量、類胡蘿卜素含量和硬度較大；C/P/S/SP與C/P/M/SP復合脆片在圖5a中的位置相近，而且和質地得分相近，說明這兩種復合脆片質地相似，同時兩者的質地得分也較高；C/P/SP復合脆片在圖5a中不靠近任何品質指標，在圖5b中與硬度相近，說明其綜合品質差，且硬度大；C/P/M和C/P/S復合脆片都有較高的感官品質，脆硬度也較好(圖5a)，而且C/P/M復合脆片VC含量得分也較高(圖5b)?；谥鞒煞址治鼋Y果，麥芽糖醇和蔗糖都是制備再造型馬鈴薯復合脆片的適宜輔料，但從目前休閑食品對降糖、降油等方面需求的考慮，又由于麥芽糖醇在體內吸收利用度較低，可有效控制脆片含糖量，因此建議采用麥芽糖醇作為再造型馬鈴薯復合脆片的功能性輔料。

圖5 馬鈴薯復合脆片品質指標

3 結論

通過添加蔗糖、麥芽糖醇、大豆蛋白等輔料，探究不同輔料對壓差閃蒸聯(lián)合干燥再造型馬鈴薯復合脆片品質的影響，以期選出對再造型馬鈴薯復合脆片感官品質改善效果最明顯的輔料，進而指導實際生產(chǎn)。結果表明，加入大豆蛋白顯著影響產(chǎn)品色澤，尤其亮度增加較大，但感官評價最低；加入蔗糖和大豆蛋白、麥芽糖醇和大豆蛋白復合的輔料明顯改善了再造型馬鈴薯復合脆片的質構，尤其提高了產(chǎn)品脆度，但又因產(chǎn)品破碎嚴重，導致形狀外觀不受人們喜愛；加入蔗糖或麥芽糖醇的再造型馬鈴薯復合脆片感官評價分較高，而且微觀結構和質構也較好。通過主成分分析法得到，C/P/M復合脆片的綜合感官品質最好，而且類胡蘿卜素與VC含量也較高。綜上所述，麥芽糖醇可作為輔料添加到馬鈴薯復合脆片中，實現(xiàn)壓差閃蒸再造型馬鈴薯復合脆片質構、色澤等品質的有效提高。

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