代春華,劉曉葉,屈彥君,田瀟瑜,黃星奕

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)是位于小麥、稻谷和玉米之后的第四大作物,兼有糧食和蔬菜的雙重特點,富含淀粉、維生素和無機鹽,營養(yǎng)均衡合理。我國是馬鈴薯生產(chǎn)大國,有四百多年的栽培歷史,種植面積約470萬公頃,年產(chǎn)量6000萬噸左右[1-2]。

隨著我國馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的提出,有關(guān)馬鈴薯的研究越來越多,主要集中于育種、病害防治及種植方面[3-6]。馬鈴薯收獲季節(jié)性強,水分含量高,不利于儲藏及運輸,將其制備成全粉可克服這些缺點并利于在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用。將馬鈴薯全粉按一定比例添加至小麥粉中制作面包、面條、饅頭、餅干等,可改善產(chǎn)品品質(zhì),降低生產(chǎn)成本,如可增加面包含水量,延緩老化,使其更耐儲藏;可提高饅頭中維生素、礦物質(zhì)及膳食纖維的含量;并能增加餅干的酥性,降低硬度[7-11]。

我國地域遼闊,馬鈴薯種植面積廣,不同產(chǎn)區(qū)的氣候、日照、土壤及降水量等不同,致使馬鈴薯組成及性質(zhì)有差異。為明確產(chǎn)地與其性質(zhì)及品質(zhì)的關(guān)系,本文將購自16個省份的馬鈴薯制備成全粉,并對其營養(yǎng)成分和理化性質(zhì)進行分析,以期為馬鈴薯全粉在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯 采用卵圓形、外皮黃色、體積相近的馬鈴薯(直徑約8～10 cm),網(wǎng)購于廣東河源、遼寧營口、內(nèi)蒙古呼和浩特、寧夏中衛(wèi)、湖北宜昌、山東臨沂、貴州貴陽、山西運城、四川綿陽、江蘇鎮(zhèn)江、安徽安慶、陜西榆林、云南曲靖、河南商丘、廣西南寧、甘肅定西共16個地區(qū),為表述簡潔,文中均以省份代表;檸檬酸、硫酸鉀、濃硫酸、硫酸銅、氫氧化鈉、鹽酸、甲基紅、溴甲酚綠、酒石酸鉀鈉、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、高峰氏淀粉酶、碘化鉀、碘、葡萄糖、硼酸、乙酸鋅 均為分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

電子天平 北京賽多利斯系統(tǒng)有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海實驗儀器有限公司;FW-80萬能磨碎機 江蘇東鵬儀器制造有限公司;SX2-4-10-S馬弗爐 上海帥登儀器有限公司;HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠;TDL-5-A低速大容量離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;DZF系列真空干燥箱 鄭州生元儀器有限公司;Card-旋轉(zhuǎn)流變儀(DHR-1) 沃特世中國有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 馬鈴薯全粉的制備 新鮮馬鈴薯→清洗去皮→切片(厚度為1 mm)→護色(2 g/L檸檬酸溶液,浸泡10 min)→瀝干→干燥(105 ℃,8 h)→粉碎→過篩(80目)→馬鈴薯全粉。

1.2.2 營養(yǎng)成分分析 水分:采用直接干燥法,依照GB 5009.3-2016進行;淀粉:采用酶水解法,依照GB 5009.9-2016進行;蛋白質(zhì):采用凱氏定氮法,依照GB 5009.5-2016進行,氮換算系數(shù)采用6.25;還原糖:采用直接滴定法,依照GB 5009.7-2016 進行;粗脂肪:采用索氏抽提法,依照GB 5009.6-2016進行;灰分:采用高溫灼燒法,依照GB 5009.4-2016進行。

1.2.3 凍融穩(wěn)定性分析 準確稱取6.00 g馬鈴薯全粉置于250 mL燒杯中,加入100 mL蒸餾水,95 ℃水浴糊化20 min,其間不斷攪拌,取出冷卻至室溫。取10 mL糊化液置于50 mL離心管中,在-20 ℃冷凍24 h,自然解凍至室溫,4000 r/min離心15 min,棄去上清液后稱重,每個樣品平行3次,取平均值,計算樣品的析水率[12]:

式中:m1為空離心管的質(zhì)量,g;m2為離心管和淀粉糊的質(zhì)量,g;m3為離心后離心管與淀粉糊沉淀的質(zhì)量,g。

1.2.4 溶解度和膨脹度測定 準確稱取0.1 g馬鈴薯全粉于50 mL離心管中,加入10 mL蒸餾水溶解,于95 ℃水浴保溫30 min,期間不斷振搖,取出冷卻至室溫,4000 r/min離心15 min,將上清液倒至已烘至恒重的稱量瓶中,于105 ℃烘箱中干燥至恒重,計算馬鈴薯全粉的溶解度;稱量離心管中膨脹全粉的質(zhì)量,計算膨脹度[13]。

式中:m1為被溶解全粉的質(zhì)量,g;m2為膨脹全粉的質(zhì)量,g;m為樣品干重,g。

1.2.5 流變性分析 準確稱取0.8 g馬鈴薯全粉于50 mL錐形瓶中,加入16 mL蒸餾水,攪拌均勻,于沸水浴中加熱糊化15 min,并于80 ℃水浴中保溫待測。

取待測液約1.5 mL放入流變儀平臺,平臺間隙1 mm,測定溫度25 ℃。首先對樣品進行穩(wěn)態(tài)剪切測定,以剪切速率為變量,對數(shù)取點,剪切速率在120 s內(nèi)從1 s-1遞增至1000 s-1,保持30 s后,在120 s內(nèi)由1000 s-1遞減至1 s-1,記錄樣品黏度與剪切速率的關(guān)系。通過計算剪切應(yīng)力的上行曲線和下行曲線圍成的面積,獲得觸變環(huán)面積。

清洗平臺,重新取樣,對樣品進行動態(tài)應(yīng)力掃描,角頻率范圍為1～100 rad/s,記錄樣品彈性模量(即貯能模量,storage modulus,G′)、黏性模量(即損耗模量,loss modulus,G″)及損耗角正切值(tanδ=G″/G′)與角頻率的關(guān)系[14-15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個樣品重復(fù)測定3次,利用Microsoft Office 2003求出平均值和標準誤差并繪圖,數(shù)值表示形式為平均值±標準差;利用SPSS 9.0進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)成分分析

對16個不同產(chǎn)地馬鈴薯制備的全粉進行水分、淀粉、總蛋白、還原糖、粗脂肪及灰分測定,結(jié)果如表1所示。

表1 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的營養(yǎng)成分分析(%)Table 1 Analysis of nutritional components of potato granules from different regions(%)

注:數(shù)值表示形式為:平均值±標準差,不同小寫字母表示P<0.05水平差異顯著性；表2同。

由表1可以看出,廣東馬鈴薯全粉水分含量最高,云南馬鈴薯全粉最低。馬鈴薯是制備淀粉的主要原料,廣東、湖北、山西、云南、河南及甘肅馬鈴薯全粉中淀粉含量均達70%以上,安徽馬鈴薯全粉淀粉含量僅為55.98%,寧夏及遼寧馬鈴薯全粉淀粉含量也較低,分別為56.92%及58.47%。

山東馬鈴薯全粉蛋白含量為10.32%,內(nèi)蒙古、安徽、遼寧及河南馬鈴薯全粉次之,而廣東馬鈴薯全粉蛋白僅為5.46%。普通小麥籽粒胚乳蛋白含量7%～15%,淀粉約70%,兩者是影響面粉制品烘烤和蒸煮品質(zhì)的重要因素[16-17]。故可將蛋白含量較高的馬鈴薯全粉添加到饅頭、面包、面條中;將蛋白含量較低的廣東馬鈴薯全粉添加到蛋糕及酥性餅干原料中。Ohm等[18-19]的研究表明,蛋白質(zhì)含量、面筋數(shù)量和面筋強度與面包體積和總分成顯著正相關(guān)性;增加蛋白含量、面筋強度能有效改良面包烘烤品質(zhì)。穆培源等[20]認為饅頭品質(zhì)、面條色澤、質(zhì)地等均與蛋白質(zhì)含量及質(zhì)量關(guān)系密切,提高蛋白質(zhì)含量和面筋強度有利于提高饅頭體積。

不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉還原糖含量差別較大,其還原糖含量最高的為安徽馬鈴薯全粉,在焙烤食品制作過程中,還原糖可與氨基化合物發(fā)生美拉德反應(yīng),為食品帶來獨特的滋味、誘人的香氣和色澤[21]。馬鈴薯全粉中粗脂肪含量均較低,可用于制備低脂食品。不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉灰分含量不同,灰分含量高說明無機元素多。在實際生產(chǎn)中,可根據(jù)產(chǎn)品特點,選用添加不同產(chǎn)地的馬鈴薯全粉。

2.2 理化性質(zhì)分析

2.2.1 凍融穩(wěn)定性分析 馬鈴薯全粉的凍融穩(wěn)定性是指糊化后的溶液在特定的低溫下冷凍一段時間,融化后的糊化液還可繼續(xù)維持膠體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)。析水率越低,說明凍融穩(wěn)定性越好[22]。不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的凍融穩(wěn)定性分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的凍融穩(wěn)定性Fig.1 Freeze-thaw stability of potato granules from different regions

由圖1可以看出,江蘇馬鈴薯全粉析水率最高,達到65%,說明其凍融穩(wěn)定性最差;山東馬鈴薯全粉析水率最低為34%,凍融穩(wěn)定性最好,適合作為原料添加到冷飲、冷凍食品或需要長時間貯藏的食品中。

2.2.2 溶解度與膨脹度 溶解度和膨脹度反映馬鈴薯全粉與水以及粉質(zhì)顆粒之間的相互作用。不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的溶解度和膨脹度測定結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的溶解度及溶脹度Fig.2 Solubility and expansion degree of potato granules from different regions

從圖2可以看出,馬鈴薯全粉的溶解度在21.81%～37.72%間,安徽馬鈴薯全粉溶解度最大,使其具有較寬的應(yīng)用范圍,而廣東馬鈴薯全粉溶解度最小,可用于產(chǎn)品表面防潮。馬鈴薯全粉的膨脹度為16.84%～21.59%,其中湖北和山西馬鈴薯全粉膨脹度最大,安徽馬鈴薯全粉膨脹度最小,膨脹度不同會對產(chǎn)品的體積產(chǎn)生影響。

2.2.3 流變性分析

2.2.3.1 穩(wěn)態(tài)剪切測定 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉凝膠表觀黏度隨剪切速率變化曲線如圖3所示。

圖3 馬鈴薯全粉的表觀黏度隨剪切速率變化曲線Fig.3 The variation curve of viscosity with shear rate of potato granules

從圖3可以看出,樣品黏度均隨剪切速率的增大而急劇下降，其原因是剪切破壞了全粉顆粒的凝膠結(jié)構(gòu),氫鍵部分斷裂,內(nèi)部分子發(fā)生解旋作用,分子間作用力變小[23]。廣東馬鈴薯全粉黏度變化曲線較陡,黏度值較快趨于平緩,山西馬鈴薯全粉黏度變化曲線較平緩。

表2 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的觸變環(huán)面積(Pa·s-1)Table 2 Areas of the thixotropic loop of potato granules from different regions(Pa·s-1)

圖4為廣東馬鈴薯全粉的穩(wěn)態(tài)剪切流變曲線(其它產(chǎn)地未在文中展示),可以看出剪切應(yīng)力的上行曲線與下行曲線趨勢相似,但并不重合,出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,這是因為馬鈴薯全粉的凝膠結(jié)構(gòu)受到破壞后不能恢復(fù)平衡而產(chǎn)生的現(xiàn)象。升速曲線和降速曲線形成觸變環(huán),表明樣品具有觸變性,是觸變性流體的典型特征[24]。觸變環(huán)面積的大小表示觸變性的強弱,面積越大則觸變性越大,反之越小。

圖4 廣東馬鈴薯全粉的穩(wěn)態(tài)剪切流變曲線Fig.4 Steady-state shear rheological curve of potato granules from Guangdong

表2為不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的觸變環(huán)面積,可以看出陜西馬鈴薯全粉的凝膠觸變性最大,該體系經(jīng)外力作用后,黏度變化大,外力撤除后,體系恢復(fù)到原狀態(tài)所需時間長;廣東馬鈴薯全粉的凝膠觸變性最小,體系恢復(fù)能力最強。

2.2.3.2 動態(tài)應(yīng)力測定 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉凝膠G′、G″和tanδ與角頻率的關(guān)系如圖5所示。

圖5 不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉凝膠G′(a)、G″(b)及tanδ(c)與角頻率的關(guān)系Fig.5 Relationships between gel G′(a),G(b),tanδ(c) and angular frequency of potato granules from different regions

由圖5可以看出,馬鈴薯全粉的貯能模量(G′)均大于損耗模量(G″),即G′>G″,損耗角正切值tanδ都小于1,G′和G″均隨角頻率的增加而緩慢上升,呈現(xiàn)角頻率依賴性,表現(xiàn)為弱凝膠黏彈體特征[25]。其中云南馬鈴薯全粉的G′和G″最大,說明該全粉凝膠體系的分子鏈段間的纏結(jié)點多,三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較強;廣東馬鈴薯全粉的G′和G″較小。tanδ值均低于0.34,說明馬鈴薯全粉凝膠的彈性本質(zhì)遠大于黏性本質(zhì),這是由于流體內(nèi)部的分子組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在力的作用下發(fā)生了變形,分子位置改變,導(dǎo)致產(chǎn)生黏彈性。

3 結(jié)論與展望

馬鈴薯全粉較大程度地保留了原料原有的成分,且儲藏及應(yīng)用方便。不同產(chǎn)地馬鈴薯制備的全粉營養(yǎng)成分不同,其中廣東、湖北、山西、云南、河南及甘肅馬鈴薯全粉中淀粉含量均達70%以上,可用于生產(chǎn)淀粉或加工淀粉含量較高的產(chǎn)品;山東、遼寧、內(nèi)蒙古、安徽及河南馬鈴薯全粉中蛋白含量較高,可添加于對蛋白含量要求較高的饅頭、面包及面條原料中;而蛋白含量較低的廣東馬鈴薯全粉可用于制作蛋糕及酥性餅干。馬鈴薯全粉在面制品中的應(yīng)用可降低小麥粉的使用量,改善產(chǎn)品品質(zhì),降低生產(chǎn)成本。不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的理化性質(zhì)不同,其中山東馬鈴薯全粉的凍融穩(wěn)定性最好,安徽馬鈴薯全粉溶解度最大,而湖北和山西馬鈴薯全粉膨脹度最大。另外,不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉的表觀黏度隨剪切速率的變化不同,但均表現(xiàn)為弱凝膠黏彈體特征,可根據(jù)加工產(chǎn)品的特點將不同產(chǎn)地馬鈴薯全粉用于實際生產(chǎn)。我國馬鈴薯產(chǎn)量居世界第一,隨著馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的實施,將有更多關(guān)于馬鈴薯全粉的研究，和研發(fā)以馬鈴薯全粉為原料的產(chǎn)品。