不同干燥工藝對(duì)馬鈴薯全粉理化性質(zhì)的影響

沈存寬，王莉，王韌，羅小虎，李亞男，陳正行*

1(江南大學(xué)，糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122)2(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122)

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不同干燥工藝對(duì)馬鈴薯全粉理化性質(zhì)的影響

沈存寬1,2，王莉1,2，王韌1,2，羅小虎1,2，李亞男1,2，陳正行1,2*

1(江南大學(xué)，糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122)2(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122)

采用一種新的閃蒸干燥工藝生產(chǎn)馬鈴薯生全粉，并與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的雪花全粉和顆粒全粉進(jìn)行了基本成分、顯微形態(tài)、加工特性、糊化特性的比較。結(jié)果表明：采用閃蒸干燥工藝制備的生全粉，蛋白含量和灰分含量相比較低，分別為8.85%和2.33%，還原糖含量高于傳統(tǒng)全粉；從電鏡顯微圖中可見生全粉的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)更加完整；加工性能方面，生全粉的糊化度比傳統(tǒng)全粉下降超過(guò)80%，凍融穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)全粉，碘藍(lán)值比雪花全粉下降了45%；此外，根據(jù)RVA和DSC實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用閃蒸干燥工藝對(duì)馬鈴薯全粉中淀粉的破壞程度小，說(shuō)明其再加工性能好，對(duì)于一些需要蒸煮或冷凍的食品如面條，速凍食品等，生全粉的適用性大于傳統(tǒng)雪花全粉和顆粒全粉。

馬鈴薯；生全粉；閃蒸；糊化度

馬鈴薯鮮薯由于含水率高且易受機(jī)械損傷故不易貯存，但經(jīng)脫水制成馬鈴薯全粉后能夠較長(zhǎng)時(shí)間地保存，且密度小便于貯存和運(yùn)輸。馬鈴薯全粉是指以新鮮馬鈴薯為原料, 經(jīng)過(guò)清洗、去皮、切分、蒸煮、破碎、干燥、篩分等工序加工而制成的，含水量在10%以下的一種熟化深加工產(chǎn)品[1]。目前市面上應(yīng)用最廣泛的馬鈴薯全粉主要有2種，根據(jù)其后期干燥工藝的不同，可分為馬鈴薯雪花全粉和馬鈴薯顆粒全粉。馬鈴薯雪花全粉采用滾筒干燥工藝生產(chǎn)，因其產(chǎn)品呈雪花狀而得名。馬鈴薯顆粒全粉采用熱風(fēng)干燥工藝生產(chǎn)，其產(chǎn)品呈顆粒粉末狀[2]。閃蒸干燥是工業(yè)中較為常用的一種直接干燥方法，相比與傳統(tǒng)全粉生產(chǎn)中所采用的滾筒干燥和熱風(fēng)干燥，閃蒸干燥的熱接觸時(shí)間短，干燥效率更高[3]。

本研究開發(fā)一種新的馬鈴薯全粉生產(chǎn)工藝，采用閃蒸干燥方法，生產(chǎn)制備了一種糊化度低，適于需再蒸煮食品的馬鈴薯生全粉，同時(shí)以馬鈴薯雪花全粉和顆粒全粉作為對(duì)照，測(cè)定比較了全粉的各項(xiàng)理化性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料

馬鈴薯生全粉：鮮薯由山東青島良鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)合作社提供，大西洋品種；

馬鈴薯雪花全粉和馬鈴薯顆粒全粉購(gòu)自黑龍江北大荒馬鈴薯集團(tuán)有限公司，大西洋品種。

1.1.2 主要試劑

檸檬酸、抗壞血酸、冰醋酸、H2SO3、乙酸鈉、ZnSO4、Na2CO3、酒石酸、CuSO4、鎢酸、鉬酸、NaOH、H3PO4，I2，KI，國(guó)藥集團(tuán)，均為分析純；淀粉脫支酶(amyloglucosidase)，美國(guó)Sigma公司。

1.1.3 主要儀器

馬鈴薯去皮機(jī)、馬鈴薯切分機(jī)，新昌廚具公司；渦流閃蒸干燥機(jī)，浙江瑞安善源機(jī)械有限公司；JP-450型多功能粉碎機(jī)，久品電器有限公司；4500型快速粘度分析儀，瑞典波通公司；Q2000型差示掃描量熱儀，美國(guó)TA公司；Quanta-200型掃描電子顯微鏡，荷蘭FEI公司；LXJ-IIB型高速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 全粉的制備工藝

1.2.1.1 馬鈴薯生全粉的生產(chǎn)工藝

選取外觀良好，未發(fā)芽，未腐爛的馬鈴薯，洗凈馬鈴薯放入機(jī)械摩擦去皮機(jī)中去皮，然后用蔬菜切分機(jī)將馬鈴薯加工成約5 mm×5 mm×5 mm的小粒，將小粒直接轉(zhuǎn)移到護(hù)色液中浸泡10 min，護(hù)色液的濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.08%的亞硫酸、0.5%的檸檬酸和0.05%的抗壞血酸，將護(hù)色好的馬鈴薯原料稍瀝干，通過(guò)氣流流化床中進(jìn)行預(yù)干燥，干燥溫度設(shè)定為80 ℃，干燥時(shí)間為15 min，再將預(yù)干燥好的馬鈴薯原料通過(guò)渦流閃蒸干燥機(jī)，設(shè)定干燥溫度為140 ℃，處理時(shí)間為8 min，干燥完成后粉碎得馬鈴薯生全粉。

1.2.1.2 馬鈴薯雪花全粉和顆粒全粉的生產(chǎn)工藝

原料→清洗→去皮→切分→預(yù)煮→冷卻→蒸煮→打漿制泥(加入護(hù)色劑、風(fēng)味改良劑)→滾筒干燥(180～200℃)→粉碎→雪花全粉

原料→清洗→去皮→切分→預(yù)煮→冷卻→蒸煮→搗碎制泥→調(diào)質(zhì)(15～20℃)→氣流干燥(100～105℃)→篩分→沸騰干燥(60℃)→篩分→顆粒全粉

1.2.2 理化成分測(cè)定

水分含量測(cè)定參照GB/T5009.3—2003直接干燥法；蛋白質(zhì)含量測(cè)定參照GB/T5009.5—2010凱氏定氮法；粗脂肪含量測(cè)定參照GB/T5009.6—2003索氏抽提法；灰分含量測(cè)定參照GB/T5009.4—2010食品中灰分的測(cè)定方法；淀粉含量測(cè)定參照GB/T 5009.9—2008酸水解法；還原糖含量測(cè)定采用3, 5-二硝基水楊酸法[7]；磷含量的測(cè)定參照GB/T 5009.87—2003分子吸收光譜法。

1.2.3 糊化度測(cè)定

采用熊易強(qiáng)的方法測(cè)定全粉樣品的糊化度[8]。

1.2.4 碘藍(lán)值測(cè)定[9]

取50 mL容量瓶加蒸餾水至近刻度，于65.5 ℃水浴預(yù)熱后定容。準(zhǔn)確稱取0.25 g全粉樣品，在50 mL燒杯中用預(yù)熱的蒸餾水混勻，保持65.5 ℃水浴并攪拌5 min，靜置1 min后過(guò)濾。趁熱吸取1 mL于50 mL顯色管，加入1 mL 0.02 moL/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液定容至刻度。同時(shí)取相同的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容至50 mL作為空白并調(diào)零，測(cè)定樣品在波長(zhǎng)650nm處吸光度。碘藍(lán)值按照式(1)計(jì)算：

例如，在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行煤塊輸送時(shí)，使用的彎皮既要考慮從大角度的長(zhǎng)距離拐彎掘進(jìn)問題，也要保證能夠從小角度的拐彎流場(chǎng)地進(jìn)行掘進(jìn)。須充分考慮具體地質(zhì)因素，充分利用既有的技術(shù)條件。某采煤企業(yè)在皮帶機(jī)機(jī)身的尾部設(shè)置了一個(gè)自動(dòng)卸料的裝置，使得采煤機(jī)在拐角掘進(jìn)過(guò)程中得以順暢運(yùn)行，減少皮帶磨損，以此保證了掘進(jìn)的安全性。

X=E×54.2+5

(1)

式中：X 為碘藍(lán)值；E 為樣品的吸光度。

1.2.5 凍融穩(wěn)定性測(cè)定[10]

以每克樣品的析水率標(biāo)志凍融穩(wěn)定性。準(zhǔn)確稱取3 g全粉樣品與100 mL燒杯中，加入57 mL蒸餾水配成6%的混合液，在沸水浴中充分?jǐn)嚢?0 min后冷卻至室溫。準(zhǔn)確稱取30 g左右的混合乳液到50 mL離心管中，在-20 ℃的冰箱中冷凍24 h后取出，40 ℃水浴解凍后用3 000 r/min離心20 min，稱量上清液質(zhì)量。析水率按公式(2)計(jì)算：

(2)

式中：SR為析水率，g/g；mw為上清液質(zhì)量，g；me為冷凍前加入的乳液質(zhì)量，g。

1.2.6 吸水指數(shù)和溶解度的測(cè)定[11]

稱取2.5 g樣品與30 mL蒸餾水在50 mL離心管中充分混合，首先在30 ℃水浴中保溫30 min，再以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min。上清液轉(zhuǎn)移到事先干燥稱重的鋁盒中，并在105 ℃下烘干，同時(shí)稱取離心管中的沉淀質(zhì)量。計(jì)算公式為：

(3)

(4)

式中：WAI為吸水系數(shù)，g/g；WS為溶解度，%；ms為最終的沉淀質(zhì)量，g；mu為上清液中干物質(zhì)質(zhì)量，g；m樣品的質(zhì)量，g。

1.2.7 吸油指數(shù)測(cè)定[12]

準(zhǔn)確稱取2 g左右的全粉樣品，與40 mL色拉油在50 mL離心管中混合，然后4 000 r/min離心20 min，棄去上清后將離心管倒置5 min后稱重。吸油指數(shù)按公式(5)計(jì)算：

(5)

式中：OAI為吸油系數(shù)，g/g；ms為離心管中沉淀質(zhì)量，g；m樣品的質(zhì)量，g。

1.2.8 糊化性質(zhì)測(cè)定

采用快速黏度分析儀(RVA)測(cè)定樣品糊化性質(zhì)。準(zhǔn)確稱取3 g樣品，根據(jù)水分校正公式稱取一定量的去離子水并充分混合，升溫程序參考LEIVAS等[13]的方法，具體為先在50 ℃下恒溫2 min，以6 ℃/min加熱到95 ℃，保溫6 min，再以6 ℃/min冷卻到50 ℃，最后再恒溫2 min，記錄樣品的黏度變化曲線。

1.2.9 熱力學(xué)性質(zhì)測(cè)定

采用DSC(差示掃描量熱儀)測(cè)定馬鈴薯全粉的熱力學(xué)特性。在坩堝中精確稱取2.0 mg的樣品，加5.0 μL蒸餾水，密封壓蓋后室溫下放置24 h；平衡后的樣品置于DSC中以10 ℃/min的速度升溫，溫度掃描范圍為20～100 ℃。

1.2.10 全粉的顯微結(jié)構(gòu)分析

全粉的顆粒形態(tài)采用掃描電子顯微鏡表征，將研磨過(guò)篩后的樣品粘于薄層雙面膠上，真空噴涂鉑金，在電壓為5 kV的電子束中觀察樣品，拍攝具有代表性的淀粉顆粒形態(tài)照片。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本成分

馬鈴薯生全粉，雪花全粉和顆粒全粉的理化成分如表1所示。

表1 不同工藝下的馬鈴薯全粉的理化成分

注：同列數(shù)字上的小寫字母表示樣品間差異顯著，P<0.05。

生全粉的水分含量在3種全粉中最高，為8.06%，還原糖含量為3.03%，也顯著大于雪花全粉和顆粒全粉。此外，生全粉的蛋白含量為9.35%，低于雪花全粉，灰分含量為2.33%，低于顆粒全粉。3種全粉粗脂肪含量、碳水化合物含量和磷含量相差不大，與LEIVAS等[13]報(bào)道的基本相同。不同樣品之間成分的差異與不同全粉的生產(chǎn)工藝有關(guān)，生全粉生產(chǎn)工藝中的護(hù)色工序可能會(huì)引起原料中一部分無(wú)機(jī)鹽和蛋白質(zhì)的損失，導(dǎo)致灰分含量和蛋白含量的降低，但同時(shí)閃蒸干燥的熱接觸時(shí)間遠(yuǎn)短于滾筒干燥和熱風(fēng)干燥，不易發(fā)生美拉德反應(yīng)，故還原糖保留率高。

2.2 顯微分析

不同全粉的顆粒微觀形態(tài)如圖1所示。其中圖1-a和圖1-b所示為馬鈴薯生全粉的淀粉顆粒形態(tài)，可觀察到大部分淀粉顆粒呈規(guī)則的橢球形，結(jié)構(gòu)完整且表面光滑與天然的馬鈴薯淀粉顆粒相似[14]。而雪花全粉(圖1-c和圖1-d)的淀粉顆粒已經(jīng)失去原本的結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒完全打開，馬鈴薯淀粉與細(xì)胞內(nèi)容物均互相結(jié)合在一起呈碎片狀，這說(shuō)明雪花全粉中的淀粉已經(jīng)大部分糊化，并且有較多的游離淀粉溶出。此外顆粒全粉(圖1-e和圖1-f)的淀粉顆粒形態(tài)也發(fā)生了改變，其大小接近生全粉淀粉顆粒，但表面發(fā)生皺縮且可分辨出的微小的縫隙，說(shuō)明顆粒全粉的淀粉在糊化后可能繼續(xù)發(fā)生了老化回生。雪花全粉和顆粒全粉中淀粉顆粒的形態(tài)改變，說(shuō)明兩者在干燥生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了很大程度的糊化，而馬鈴薯生全粉中淀粉顆粒結(jié)構(gòu)基本完好，說(shuō)明閃蒸干燥工藝有利于保持馬鈴薯淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)，降低淀粉的糊化度，從而保證全粉的后續(xù)加工性能。

(a)生全粉300×；(b)生全粉600×；(c)雪花全粉150×；(d)雪花全粉300×；(e)顆粒全粉300×；(f)顆粒全粉600×圖1 不同馬鈴薯全粉的電鏡照片圖Fig.1 Electron micrograph of different flours

2.3 應(yīng)用性能的比較

表2為不同工藝下的馬鈴薯全粉的加工應(yīng)用特性。采用閃蒸工藝制備的馬鈴薯生全粉糊化度為12.87%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2種全粉(均大于90%)，與上述顆粒微觀形態(tài)一致，說(shuō)明相比于滾筒干燥和熱風(fēng)干燥，閃蒸干燥工藝對(duì)降低全粉的糊化度，保持淀粉顆粒結(jié)構(gòu)完整性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，馬鈴薯全粉的淀粉糊化度一直是傳統(tǒng)全粉生產(chǎn)工藝中被忽視的一項(xiàng)重要性質(zhì)。糊化度低的全粉產(chǎn)品在應(yīng)用于某些需要蒸煮的產(chǎn)品時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，不僅可以克服傳統(tǒng)馬鈴薯全粉產(chǎn)品成形困難，易分散的問題，同時(shí)可以提高馬鈴薯全粉在產(chǎn)品中占比。

凍融穩(wěn)定性可以反映馬鈴薯全粉在冷凍食品中的應(yīng)用效果，用每克樣品的析水率來(lái)表示，析水率越低，說(shuō)明凍融穩(wěn)定性越好。從表2中可以看出生全粉的凍融穩(wěn)定性明顯優(yōu)于雪花全粉和顆粒全粉，馬鈴薯淀粉的凍融穩(wěn)定性和糊化度具有相關(guān)性[15]，糊化度越低，其凍融穩(wěn)定性也越好。碘藍(lán)值反映了全粉中的游離淀粉含量，數(shù)值越高則游離淀粉越多，相比于淀粉結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的雪花全粉(圖1-c和圖1-d)，生全粉的碘藍(lán)值為9.31，顯著低于雪花全粉的16.95；雪花全粉的溶解度為6.03%，低于生全粉和顆粒全粉，這些差異可能與雪花全粉的干燥方式有關(guān)，滾筒干燥對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)破壞大，游離淀粉溶出多，同時(shí)由于淀粉和其他組分的粘連，降低了其溶解度。顆粒全粉的吸水性為13.01 g/g，在三者中最高，原因是其淀粉顆粒表面存在孔隙(圖1-f)，故易吸收水分。雪花全粉的吸油指數(shù)大于其他2種全粉可能與其蛋白含量較高[16]有關(guān)。

表2 不同工藝下的馬鈴薯全粉應(yīng)用性質(zhì)

注：同列數(shù)字上的小寫字母表示樣品間差異顯著，P<0.05。

2.4 糊化特性分析

不同工藝制備的全粉的RVA特性如圖2。馬鈴薯生全粉黏度變化趨勢(shì)與馬鈴薯淀粉相似[17]，在近70 ℃時(shí)，由于淀粉的吸水膨脹，黏度迅速上升并達(dá)到其峰值黏度(2.741 Pa·s)，隨后體系的黏度稍有下降(0.276 Pa·s)，最后隨溫度降低淀粉發(fā)生回升，體系黏度又緩慢上升，與其糊化程度低的特性吻合。另兩種全粉的RVA曲線的規(guī)律不明顯，且黏度變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于生全粉，說(shuō)明其淀粉高度糊化，失去了淀粉顆粒緊密有序的結(jié)構(gòu)，被再次加熱時(shí)無(wú)法產(chǎn)生很高的黏度。但雪花全粉的黏度變化大于顆粒全粉， 原因一方面是這2種全粉的淀粉形態(tài)不同，雪花全粉中的大部分淀粉已經(jīng)糊化，在水分充足的條件下加熱攪拌，會(huì)迅速產(chǎn)生較高的黏度，而顆粒全粉中的淀粉大部分已老化回生，淀粉凝聚成團(tuán)難以產(chǎn)生大的黏度變化，另一方面可能是顆粒全粉的干燥溫度更容易引起淀粉分解，導(dǎo)致其黏度變化降低。

圖2 不同工藝下的馬鈴薯全粉的RVA曲線Fig.2 Pasting curves of potato flours prepared by different methods

2.5 熱力學(xué)特性分析

3種全粉的熱學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表3所示。不同樣品之間的起始糊化溫度和糊化熱焓具有較大差異，其中生全粉的起始溫度最高，為67.1 ℃，而雪花全粉的起始糊化溫度最低為52.8 ℃，顆粒全粉處于兩者之間為58.6 ℃；生全粉的焓值(9.88 J/g)也明顯高于另外2種全粉。糊化熱焓值的高低反應(yīng)了全粉中淀粉顆粒結(jié)構(gòu)的有序性和結(jié)晶度，生全粉的焓值最大，說(shuō)明其中的淀粉結(jié)構(gòu)相較完整，結(jié)晶高。而其他2種全粉由于在干燥過(guò)程中進(jìn)行了劇烈的熱處理，淀粉已經(jīng)基本糊化，失去結(jié)晶結(jié)構(gòu)，焓值遠(yuǎn)低于生全粉。顆粒全粉的起始糊化溫度高于雪花全粉，是因?yàn)轭w粒全粉中淀粉老化回生后，重新結(jié)晶，再次糊化需要更大的能量。

表3 不同工藝下的馬鈴薯全粉熱力學(xué)特征值

注：同列數(shù)字上的小寫字母表示樣品間差異顯著，P<0.05。

3 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)馬鈴薯全粉糊化度高，加工性能差的局限，本研究引入了閃蒸干燥開發(fā)了一種低糊化度馬鈴薯全粉的生產(chǎn)工藝。將生全粉和市面上的雪花全粉和顆粒全粉進(jìn)行了理化成分，加工性質(zhì)，糊化性質(zhì)和顯微結(jié)構(gòu)上的比較和分析。結(jié)果表明：通過(guò)閃蒸干燥工藝生產(chǎn)的馬鈴薯生全粉相比于傳統(tǒng)全粉，在基本營(yíng)養(yǎng)理化成分上差距不大，但糊化度低，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)完整，凍融穩(wěn)定性也優(yōu)于傳統(tǒng)全粉。馬鈴薯生全粉蒸煮加工應(yīng)用性能優(yōu)于傳統(tǒng)雪花全粉和顆粒全粉，對(duì)于研究和開發(fā)一些需要后續(xù)熱加工的馬鈴薯食品，生全粉具有更好地適用性。但是生全粉生產(chǎn)過(guò)程中引起的部分礦物質(zhì)和蛋白質(zhì)損失需要進(jìn)一步的研究。

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Influence of drying techniques on the physicochemical properties of potato flours

SHEN Cun-kuan1,2, WANG Li1,2, WANG Ren1,2, LUO Xiao-hu1,2, LI Ya-nan1,2, CHEN Zheng-xing1,2*

1(National Engineering Laboratory for Cereal Fermention Technology, Wuxi 214122, China) 2(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Flash drying was applied in preparing potato flours. To identify the effects of drying methods on potato flour properties, chemical composition, morphology, application characteristics, gelatinization and pasting viscosity of the different flours were compared. The flash dried flours showed lower protein and ash content (8.85% and 2.33% respectively), but had higher reducing sugar content. Upon viewing with scanning electron microscopy, compared to the irregular and clustered starch granules in traditional flours, flash dried flours starch granule had smooth surfaces and high integrity. Moreover, the starch gelatinization rate of flash dried flours was decreased by more than 80% and their freeze-thaw stability was also superior to traditional flours. The blue index of flash dried flours was 45% lower than potato flake of which starch structure was severely destroyed. On the other hand, RVA and DSC revealed higher viscosity characteristics and better starch granularity in flash dried flours. The results showed potato flours made by flash drying method was better in making foods require further cooking and freezing.

raw potato flours; flash drying; degree of gelatinization

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610020

碩士研究生(陳正行教授為通訊作者，E-mail：zxchen2007@126.com)。

2015-12-31，改回日期：2016-03-25