馬鈴薯全粉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的測(cè)定研究

李　茹,古麗熱汗·依明,黃鈺雯,黃立新

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

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馬鈴薯全粉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的測(cè)定研究

李茹,古麗熱汗·依明,黃鈺雯,黃立新*

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

以馬鈴薯顆粒全粉和馬鈴薯雪花全粉為原料,采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、紅外光譜儀、X-射線衍射光譜儀,Brabender粘度儀等儀器測(cè)定馬鈴薯顆粒全粉和雪花全粉的結(jié)構(gòu)、組成、吸水性、粘度等理化性質(zhì)。結(jié)果表明,顆粒粉多為大小不一的卵形顆?；驈?fù)合顆粒,結(jié)構(gòu)完整,表面有皺紋裂縫;吸水能力小,但蛋白質(zhì)和還原糖含量較高;粘度小,約為20 BU,粘度曲線變化小,基本呈基線的直線。雪花粉多為扁形、多角形,邊緣不齊,表面粗糙,有裂紋、凹陷和穴洞;X-光衍射圖譜呈饅頭峰形狀,衍射峰消失,為典型的無定形結(jié)構(gòu);粘度大,粘度曲線變化明顯,說明有較多破碎的游離且預(yù)糊化的淀粉。

馬鈴薯,顆粒粉,雪花粉,結(jié)構(gòu),性質(zhì),粘度

馬鈴薯為世界上第三大農(nóng)作物,栽培范圍遍布各地。我國(guó)是最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)家,種植面積和產(chǎn)量均居世界之首,資源豐富。馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)豐富,兼有糧食和蔬菜的特點(diǎn),作為蔬菜含有豐富的維生素和無機(jī)鹽;作為糧食,富含淀粉,營(yíng)養(yǎng)均衡。馬鈴薯含有21種氨基酸,其中含8種必需氨基酸,享有“地下蘋果”、“第二面包”等美稱[1-3]。

全粉是馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)重要的一環(huán),生產(chǎn)1 t馬鈴薯全粉可加工轉(zhuǎn)化6～7 t新鮮馬鈴薯。馬鈴薯全粉使用方便、營(yíng)養(yǎng)美味、儲(chǔ)運(yùn)安全,且儲(chǔ)運(yùn)成本低于新鮮馬鈴薯,生產(chǎn)全粉被認(rèn)為是加工轉(zhuǎn)化馬鈴薯的重要途徑[4]。依據(jù)加工工藝方法、理化指標(biāo)等,全粉分為兩種,即顆粒全粉(granules)和雪花全粉(flakes)。顆粒粉采用“回填法”進(jìn)行加工,馬鈴薯經(jīng)清洗、去皮、分離、清洗、切片、預(yù)煮、冷卻、蒸煮、混合破碎、調(diào)質(zhì)篩分、氣流干燥或沸騰干燥、篩分等步驟后制得,其主要以馬鈴薯細(xì)胞單體或多個(gè)細(xì)胞的聚合體的形態(tài)存在,故稱為馬鈴薯“顆粒粉”。其中細(xì)小顆粒的形態(tài)主要在回填拌粉制粒、干燥等階段中逐步形成[5-6]。雪花粉的加工相對(duì)簡(jiǎn)單,馬鈴薯經(jīng)去皮、切片、蒸煮等工序后,采用擠出機(jī)制泥搗泥,然后輸送到滾筒干燥機(jī)進(jìn)行干燥,最后破碎包裝,得到薄片狀產(chǎn)品[6],片狀雪花粉經(jīng)粉磨篩分后,則形成粉末狀雪花粉。從外觀看粉末狀雪花粉與顆粒粉無異,但其細(xì)胞破壞程度遠(yuǎn)大于顆粒粉。馬鈴薯全粉克服了以往直接用鮮薯切片、切條制作薯片、薯?xiàng)l的費(fèi)時(shí)費(fèi)工、原料及營(yíng)養(yǎng)成分損耗大等缺點(diǎn),顆粒粉比雪花粉具有更好的風(fēng)味,營(yíng)養(yǎng)損失少,復(fù)水性、質(zhì)量穩(wěn)定性好,成型容易等優(yōu)點(diǎn)。

歐美國(guó)家的馬鈴薯深加工發(fā)達(dá),其加工比例多超過50%[7]。據(jù)中國(guó)食品工業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì),我國(guó)馬鈴薯消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,30%鮮薯用于直接食用,38%為留種及飼料用,22%作為加工原料,10%用作其他用途。在加工環(huán)節(jié)中,馬鈴薯精淀粉、全粉、冷凍薯?xiàng)l和薯片等工業(yè)化生產(chǎn)的用量不到總產(chǎn)量的10%[1]。國(guó)內(nèi)全粉的生產(chǎn)歷史只有20多年[8],從目前國(guó)內(nèi)全粉企業(yè)的生產(chǎn)狀況和休閑食品的應(yīng)用市場(chǎng)看,國(guó)內(nèi)企業(yè)多生產(chǎn)馬鈴薯雪花粉,顆粒粉生產(chǎn)極為少見。本文對(duì)不同馬鈴薯全粉(國(guó)外顆粒粉、國(guó)內(nèi)雪花粉)的品質(zhì)進(jìn)行測(cè)試和分析,為國(guó)內(nèi)馬鈴薯顆粒粉加工生產(chǎn)和全粉食品加工業(yè)提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

荷蘭風(fēng)車牌馬鈴薯顆粒粉A廣州海關(guān)提供;粉末狀馬鈴薯雪花粉B青海威斯頓粉業(yè)科技開發(fā)有限公司;薄片狀馬鈴薯雪花粉C黑龍江北大荒普洛特生物科技有限公司。

KDN-103F自動(dòng)定氮儀上海纖檢儀器有限公司;NICOLET-6700紅外光譜儀美國(guó)NICOLET公司;X’Pert PRO X-射線衍射光譜儀日本Rigaku公司;OLYMPUS BX5多功能光學(xué)顯微鏡日本OLYMPUS公司;Hitachi S3700N掃描電鏡日本日立公司;LVDV-1 Prime旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)美國(guó)Brookfield公司;Brabender連續(xù)粘度儀德國(guó)Brabender公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1外觀通過肉眼觀察樣品的外貌特征

1.2.2蛋白質(zhì)含量測(cè)定參照GB/T 5511-2008中的方法[8]。

1.2.3水分含量測(cè)定參照GB/T 21305-2007[9]中的方法。

1.2.4灰分測(cè)定參照GB 5009.4-2010[10]中的常壓干燥法。

1.2.5還原糖含量測(cè)定參照GB/T 5513-2008[11]中的斐林試劑法。

1.2.6吸水量測(cè)定稱取5 g樣品溶于95 mL蒸餾水中,在40 ℃的水浴中攪拌20 min,再將液體轉(zhuǎn)移至50 mL的離心管中,水浴靜置30 min后,以3000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離25 min,計(jì)算每克樣品吸水的質(zhì)量[12]。

1.2.7粘度測(cè)定取樣品6 g,分散于100 mL蒸餾水中,在90 ℃下加熱使樣品糊化,冷卻至室溫25 ℃后用Brookfield粘度計(jì)測(cè)定表觀粘度,選用S63號(hào)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為50 r/min。

1.2.8顯微形貌

1.2.8.1光學(xué)顯微觀察樣品用水分散,滴于載玻片,蓋上蓋玻片后,置于光學(xué)顯微鏡,在普通光和偏振光下觀察且拍攝樣品顆粒形貌。

1.2.8.2掃描電鏡分析樣品用導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上,真空噴金處理,放入電鏡中,觀察拍攝的樣品顆粒形貌。

1.2.9紅外光譜分析采用KBr壓片法,在4000～500 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描。

1.2.10X-衍射分析采用片狀樣品衍射法:銅靶;管壓:40 kV;管流:30 mA;步長(zhǎng)0.05°;掃描速率14.28 s/步;掃描角度5～60°。

1.2.11粘度曲線測(cè)定取絕干樣品27.60 g,加蒸餾水配成6%淀粉乳460 g,混合均勻后置于布拉班德粘度儀測(cè)量杯中,轉(zhuǎn)速75 r/min。從27.5 ℃開始升溫,升溫速率為1.5 ℃/min,升溫到95 ℃后保溫30 min;以1.5 ℃/min的速率冷卻到50 ℃,保溫30 min,得到粘度隨時(shí)間和溫度而連續(xù)變化的粘度曲線[13]。

2　結(jié)果與分析

2.1感官及理化指標(biāo)

樣品的感官及其部分理化指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果,見表1。從外觀來看,雪花粉的外觀顏色比較淡,因?yàn)榧庸ぶ惺褂昧藖喠蛩猁},也可能與其還原糖和蛋白質(zhì)含量較低有關(guān),在干燥過程中,較少發(fā)生蛋白質(zhì)與還原糖的顏色反應(yīng)的緣故。由表1可見,樣品含水量都較低,顆粒粉灰分高于雪花粉,蛋白質(zhì)含量高得更多,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高。樣品的還原糖含量差異較大:顆粒粉>粉末狀雪花粉>薄片狀雪花粉。

表1　不同馬鈴薯全粉感官及理化指標(biāo)檢測(cè)

全粉的吸水能力順序?yàn)?薄片狀雪花粉>粉末狀雪花粉>顆粒粉,雪花粉的吸水量較大,吸水能力比顆粒粉強(qiáng)。雪花粉中,原有的淀粉顆粒在加工過程中受到了強(qiáng)烈的剪切和熱作用,細(xì)胞破裂,釋放大量游離淀粉,大量地破損、糊化,又被迅速地滾筒干燥,保持多孔的預(yù)糊化態(tài),遇水后便大量吸水復(fù)水而分散。顆粒全粉因馬鈴薯淀粉顆粒受損較小,被破壞程度低,游離的預(yù)糊化淀粉也較少,其吸水能力就低。

馬鈴薯全粉的內(nèi)部顆粒完整性影響其口感,顆粒越完整,產(chǎn)品越接近鮮薯制成的薯泥。馬鈴薯顆粒粉中的較多的淀粉細(xì)胞顆粒保持較為完整(也可參見下面的顯微觀察),故其加工制作的薯泥等馬鈴薯產(chǎn)品越接近于鮮薯制成的品味,產(chǎn)品不粘口,并有輕微沙口性;雪花粉中的淀粉細(xì)胞破損嚴(yán)重,顆粒完整性差,所以其粘度也高于顆粒粉[14]。

2.2光學(xué)顯微觀察

樣品的光學(xué)顯微照片,如圖1。顆粒粉的圖像最為清晰,顆粒完整,邊緣整齊,較少見到破碎的顆粒。粉末狀和薄片狀雪花粉,團(tuán)粒結(jié)塊,兩者內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)無差異,都呈現(xiàn)出邊緣雜亂不整齊,內(nèi)部偏模糊,有些顆粒的邊緣因糊化而分散呈現(xiàn)出絲狀裂。由于C樣品吸水較多,溶脹較厲害,故顆粒團(tuán)粒顯得較大,為明顯的(淀粉顆粒)冷水糊化的現(xiàn)象。

圖1　不同馬鈴薯全粉光學(xué)顯微觀察Fig.1　Optical microscopic observation of different potato powder

在偏光下,各樣品中的團(tuán)?；蝾w粒都沒有了馬鈴薯原淀粉顆粒具有的清晰的偏光十字,淀粉顆粒原有的有序結(jié)構(gòu),受強(qiáng)烈的剪切熱作用后,再經(jīng)過一定的粉碎作用,已受到破壞。

2.3電鏡顯微觀察

圖2的a、b、c分別是顆粒粉,粉末狀雪花粉及薄片狀雪花粉的SEM圖像。由圖2可見,顆粒粉的顆粒形態(tài)、大小和國(guó)內(nèi)的雪花全粉的不同。顆粒粉多為大小不一的卵形顆?；驈?fù)合顆粒,表面不光滑平整,有皺紋、裂縫,細(xì)胞顆粒完整。雪花粉多為片狀的多扁形或多角形,少數(shù)粉末狀,表面粗糙,邊緣不整齊,有裂紋、凹陷和穴洞,部分顆粒表面還有剝落的痕跡,為搗泥和滾筒干燥的結(jié)果。

圖2　不同種類的馬鈴薯全粉的SEM圖像(100×)Fig.2　SEM of different potato powder(100×)

圖3　不同馬鈴薯全粉紅外譜圖Fig.3　The infrared spectra of different potato powder注:A.顆粒粉;B.粉末狀雪花粉;C. 薄片狀雪花粉；圖4、圖5同。

2.4紅外光譜分析

3個(gè)樣品的紅外譜圖見圖3。從圖3可見,樣品主要為單峰且峰位置基本一致,所含官能團(tuán)并無差異。圖3中在3400 cm-1出現(xiàn)的強(qiáng)的寬峰,為醇羥基。在2920 cm-1處有一強(qiáng)吸收峰,為-CH2-基團(tuán),此范圍內(nèi)C-H伸縮振動(dòng)為烷烴類化合物的結(jié)構(gòu)鑒定,在750 cm-1處出現(xiàn)淀粉的特征吸收峰。

2.5結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

圖4為全粉樣品的X射線衍射圖,原淀粉的衍射峰在2θ為15～20°之間,全粉經(jīng)過加工后,顆粒粉的衍射峰并不明顯,雪花粉的衍射峰則完全消失,衍射曲線呈饅頭峰形狀,為典型的無定形結(jié)構(gòu)衍射曲線,說明樣品的結(jié)晶結(jié)構(gòu)已遭到破壞,雪花粉的破壞程度大于顆粒粉。這說明,在雪花粉加工過程中,淀粉顆粒在壓縮、剪切、彎曲、延展等力的不斷作用下,產(chǎn)生了晶格缺陷、晶粒尺寸變小等晶格畸變現(xiàn)象[15]。

圖4　不同馬鈴薯全粉的X-衍射圖Fig.4　X-ray diffraction of different potato powder

2.6粘度曲線

全粉食品的加工、貯存和品質(zhì)中,與全粉的口感、吸水復(fù)水以及老化特性等密切相關(guān)。全粉的粘度受其內(nèi)部顆粒完整性、分散性影響,顆粒越完整、分散程度越好,產(chǎn)品越接近于鮮薯制成的薯泥;細(xì)胞破損越嚴(yán)重,則馬鈴薯細(xì)胞中的淀粉的游離也就越嚴(yán)重,粘度也就隨之升高。

如圖5,全粉樣品的粘度曲線完全不同于馬鈴薯原淀粉。在6.0%(w/w)濃度的條件下,馬鈴薯原淀粉的粘度高,峰值粘度多在2000 BU以上,優(yōu)質(zhì)的可超過2500 BU。三種馬鈴薯全粉的粘度值都較低。其中,顆粒粉的粘度值在加熱過程中并無明顯變化,為20 BU。95 ℃保溫30 min后薄片狀雪花粉的粘度值變化比粉末狀雪花粉的大,90 ℃后的降溫過程中雪花粉粘度值均有所上升。溫度降到50 ℃時(shí),薄片狀雪花粉粘度值仍比粉末狀雪花粉大,50 ℃保溫30 min后,薄片狀雪花粉與粉末狀雪花粉糊的粘度值無變化,冷糊穩(wěn)定性較高。

圖5　不同馬鈴薯全粉粘度曲線圖Fig.5　The viscosity properties of different potato powder注：D為溫度。

3　結(jié)論

3.1本文對(duì)國(guó)外進(jìn)口的1種馬鈴薯顆粒全粉和國(guó)產(chǎn)的2種馬鈴薯雪花粉進(jìn)行比較測(cè)定,其水分含量相近,顆粒粉吸水倍數(shù)較小,但蛋白質(zhì)、還原糖和灰分含量都較高。顆粒粉能更好地保持新鮮馬鈴薯的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味物質(zhì),吸水復(fù)水后更能恢復(fù)新鮮薯泥的性狀。

3.2顆粒粉多為大小不一的卵形顆?；驈?fù)合顆粒,

多數(shù)顆粒結(jié)構(gòu)保持完整;雪花粉多為扁形、多角形的形狀,原有顆粒的細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷嚴(yán)重,這與其制造方法和工藝條件有關(guān)。因顆粒粉中多數(shù)淀粉細(xì)胞顆粒保持較為完整,由其加工的薯泥等馬鈴薯產(chǎn)品更接近鮮薯制成的口感,應(yīng)用于食品加工能呈現(xiàn)出更好的馬鈴薯風(fēng)味。

3.3顆粒全粉和雪花全粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)均遭破壞,其衍射曲線為無定形結(jié)構(gòu),但雪花粉結(jié)構(gòu)破壞程度更大。顆粒全粉的粘度曲線呈基線的直線,粘度值變化小;雪花粉粘度曲線變化明顯,粘度值偏高,說明其中存在較多破碎的游離淀粉。

[1]劉剛,趙鑫,周添紅,等. 我國(guó)馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分析與發(fā)展思考[J]. 農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2010(8):4-11.

[2]高明杰,羅其友,劉洋,等. 中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J]. 中國(guó)馬鈴薯,2013(4):243-247.

[3]Camire M E,Kubow S,Donnelly D J. Potatoes and Human Health[J]. Critical Reviews in Food Science & Nutrition,2009,49(10):823-840.

[4]叢小甫. 中國(guó)馬鈴薯全粉加工業(yè)現(xiàn)狀[J]. 食品科學(xué),2002(8):348-352.

[5]方憲法,吳剛. 馬鈴薯顆粒全粉生產(chǎn)工藝研究[J]. 糧油加工與食品機(jī)械,2002(1):14-16.

[6]彭鑑君,吳剛,楊延辰,等. 馬鈴薯顆粒全粉與雪花全粉的生產(chǎn)應(yīng)用[J]. 糧油食品科技,2007(4):12-13.

[7]魯述霞. 馬鈴薯的加工現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息,2010(1):30-31.

[8]GB/T 5511-2008,谷物和豆類 氮含量測(cè)定和粗蛋白質(zhì)含量計(jì)算[S].

[9]GB/T 21305-2007,谷物及谷物制品水分的測(cè)定[S].

[10]GB 5009.4-2010,食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定[S].

[11]GB/T 5513-2008,糧油檢驗(yàn) 糧食中還原糖和非還原糖測(cè)定[S].

[12]潘鋒,楊清香,葛亮,等. 馬鈴薯顆粒全粉加工工藝研究[J]. 食品科技,2008(9):28-30.

[13]胡飛,陳玲. 微細(xì)化馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)[J]. 無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào):食品與生物技術(shù),2002(5):452-455.

[14]沈曉萍,盧曉黎,閆志農(nóng). 工藝方法對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué),2004(10):108-112.

[15]Gryszkin A,Zi?ba T,Kapelko M,et al. Effect of thermal modifications of potato starch on its selected properties[J]. Food Hydrocolloids,2014,40(10):122-127.

Microstructure and characteristics of different potato powders

LI Ru,GULIREHAN·Yiming,HUANG Yu-wen,HUANG Li-xin*

(College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

Microstructure and characteristics of potato granule powder and flake powder were investigated by optical microscope,Brabender viscometer,SEM,XRD,FT-IR respectively. The results showed potato granule powders exhibited mainly oval or irregular shape with different size distribution,featured by structural integrity,surface cracks,weaker water adsorption,high content of protein and reducing sugar. Granule powders owned lower apparent viscosity,around 20 BU,and Brabender viscosity curves were overall displayed straight. Comparatively,flake powders were viewed flat,polygon shape with rough surface,irregular edge and cracks. Disappear diffraction peaks of XRD patterns showed typical of amorphous structure. Flake powders owned higher viscosity,apparently changed viscosity curves,free pregelatinized starch dispersing in the solution.

potato powder;granular powder;flake powder;structure;property;viscosity

2016-01-04

李茹(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：淀粉性質(zhì)，E-mail：honeyliru@163.com。

黃立新(1968-)，男，副教授，研究方向：淀粉、蛋白質(zhì)科學(xué)與技術(shù)，E-mail：lxhuang@scut.edu.cn。

2012年度國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(31130042)；2015年華南理工大學(xué)SRP項(xiàng)目；2016年華南理工大學(xué)“百步梯攀登計(jì)劃”立項(xiàng)。

TS215

A

1002-0306(2016)16-0089-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.009