青海省不同品種馬鈴薯全粉品質(zhì) 及結(jié)構(gòu)分析

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(1.青海大學農(nóng)牧學院,青海西寧 810016; 2.青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室,青海西寧 810016)

青海省馬鈴薯種植面積廣闊,產(chǎn)量較高,是青海省僅位于油菜之后的第二大糧食作物,在青海省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。20世紀50年代以來,青海省馬鈴薯的培育取得了重大的進展,育出了高原系列、青薯系列等多個品種,在不同時期為青海省和全國的農(nóng)業(yè)發(fā)展作出了極大的貢獻[1]。育成的馬鈴薯品種具有優(yōu)良的性狀,且能較好地適應(yīng)青海省的環(huán)境[2]。馬鈴薯作為青海省的主導產(chǎn)業(yè),雖然年產(chǎn)量較高,但主要是用于鮮食菜用、休閑食品消費等[1,3]。2015年國家農(nóng)業(yè)部確定了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略,指出將馬鈴薯加工成適合中國人消費習慣的饅頭、面條、米粉等主食產(chǎn)品,實現(xiàn)目前馬鈴薯由副食消費向主食消費轉(zhuǎn)變[4]。然而,由于不同品種馬鈴薯品質(zhì)存在很大差異,會影響加工產(chǎn)品的營養(yǎng)價值、品質(zhì)和口感。因此,馬鈴薯主糧化需要開展適宜品種與專用品種的選育[5]。但是目前對于青海省不同品種馬鈴薯品質(zhì)的研究不夠系統(tǒng)、全面,對于適合制作馬鈴薯主食的品種更是未見報道。一定程度上限制了青海省馬鈴薯在深加工工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展。為此,本論文通過對青海省六個不同品種馬鈴薯全粉的理化性質(zhì)、功能性質(zhì)及對結(jié)構(gòu)進行測定與分析,明確不同品種馬鈴薯的品質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性,以便為馬鈴薯主食化的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯 采自青海省農(nóng)林科學院,品種分別為青薯2號、青薯9號、脫毒175、閩薯、下寨、樂薯；硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、亞甲基藍指示劑、氫氧化鈉、石油醚、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、葡萄糖等 購自天津市博迪化工有限公司。

ESJ110-4B電子天平 沈陽市龍騰電子有限責任公司;KC-130小型粉碎機 北京開創(chuàng)同和科技發(fā)展有限公司;101-3AB電熱鼓風干燥箱 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;GL20MW離心機 湖南赫西儀器裝備有限公司;NDJ-5S粘度儀 上海精析儀器制造有限公司;ZC-D脂肪測定儀 上海纖檢儀器有限公司;KND-102C凱氏定氮儀 上海纖檢儀器有限公司;JSM-6610LV掃描電鏡 日本電子公司;X’Pert POX-射線衍射光譜儀 日本Rigaku公司;NICOLET-6700紅外光譜儀 美國NICOLET公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 馬鈴薯全粉制備 參考候飛娜[6]的方法,選擇無發(fā)芽、發(fā)綠、破損腐爛現(xiàn)象的新鮮馬鈴薯,清洗干凈后置于蒸籠,100 ℃蒸制30 min后去皮,切成厚度為8 mm左右的薄片放入常壓烘箱內(nèi)干燥,70 ℃干燥16h后,粉碎過100目篩,取篩下物。將制好的樣品用密封袋進行分類包裝,然后置于干燥器中備用。

1.2.2 理化成分測定 馬鈴薯全粉水分含量的測定參照GB/T 5009.3-2016[7]《食品中水分的測定》中的直接干燥法進行測定。馬鈴薯全粉灰分的測定參照GB 5009.4-2010[8]的方法測定。馬鈴薯全粉蛋白質(zhì)含量的測定參考GB 5009.5-2016[9]中的凱氏定氮法進行測定。馬鈴薯全粉脂肪含量的測定參照GB 5009.6-2016[10]中的索氏抽提法進行測定。馬鈴薯全粉中還原糖含量的測定參照GB 5009.7-2016[11]中的直接滴定法進行測定。

1.2.3 功能性質(zhì)測定

1.2.3.1 吸水指數(shù) 采用美國專利6461633[12]的方法。稱取2 g樣品于適當體積的離心管(已恒重)中,稱離心管重量并記錄數(shù)據(jù),加入30 mL蒸餾水,充分混合。將離心管在30 ℃下水浴30 min(隔15 min混合1次)后,3000 r/min離心15 min,倒出上清液,倒置2 min后稱重。吸水指數(shù)按下式計算:

吸水指數(shù)=離心后離心管質(zhì)量離心前離心管質(zhì)量/樣品質(zhì)量

式(1)

1.2.3.2 溶解度 參照Chinyere[13]等介紹的方法測定。向裝有1 g樣品的刻度試管中加入一定的蒸餾水,使總體積達到10 mL。將上述混合物放置1 h(每隔10 min混合1次),靜置15 min后取2 mL上清液于已恒重的鋁盒中,放入電熱恒溫鼓風干燥箱中105 ℃烘至恒重后稱量。溶解度計算公式如下:

溶解度(%)=(上清液總體積/2)×(加上清液干燥后鋁盒質(zhì)量-鋁盒重量)/樣品質(zhì)量×100

式(2)

1.2.3.3 持油能力 采用侯飛娜[6]的方法進行測定。將蒸餾水加入含有1 g樣品的刻度管中,使總體積達到10 mL。將混合物放置1 h(每1 min混合一次)并靜置15 min,然后將2 mL上清液置于恒重鋁盒中,置于105 ℃的恒溫鼓風干燥箱中,干燥至恒重并稱重。持油能力按下式計算:

持油性=(離心后離心管質(zhì)量-離心前離心管質(zhì)量)/樣品質(zhì)量

式(3)

1.2.3.4 黏度 稱取6 g樣品,分散于100 mL的蒸餾水中,90 ℃下加熱,使樣品糊化,冷卻至室溫后用粘度儀測定表觀粘度,選用S63號轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為50 r/min[14]。

1.2.4 紅外光譜、掃描電鏡和X-射線衍射分析

1.2.4.1 紅外光譜 按照1.2.1方法制備馬鈴薯全粉樣品并冷凍干燥24 h去除水分后,采用 KBr 壓片法,在4000～500 cm-1范圍內(nèi)進行紅外光譜掃描。

1.2.4.2 掃描電鏡 采用1.2.1中制備的馬鈴薯全粉樣品,用導電膠固定在樣品臺上,真空噴金處理,放入電鏡中,觀察拍攝的樣品顆粒形貌。測定電壓為15 kV,電流40 mA,物距11 mm。

1.2.4.3 X-射線衍射 按照1.2.1方法制備馬鈴薯全粉樣品,采用特征衍射線Cu和Ni,管壓40 kV,電流200 mA,測量角度為2θ=5～55 °,步長為0.02 °,掃描速度為6 °/min進行X-射線衍射分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 六種馬鈴薯全粉理化指標測定

六種馬鈴薯全粉理化指標的測定結(jié)果如表1所示。

表1 六種馬鈴薯全粉的理化指標Table 1 Physical and chemical indexes of six varieties of potato flours

測定馬鈴薯全粉中灰分是評價馬鈴薯質(zhì)量的指標之一。由表1可知,六種馬鈴薯全粉的水分含量范圍為8.30%～9.10%,平均水分含量為8.68%。六種馬鈴薯全粉的灰分含量范圍為3.33%～5.12%,含量最高的為閩薯,最低的為樂薯,平均灰分含量為3.92%,品種間有一定差異。

脂肪含量的范圍為3.30%～4.35%,平均脂肪的含量為3.81%,含量最高的為青薯9號和樂薯(二者之間沒有顯著性差異)。這與侯飛娜[6]報道的結(jié)果(0.05～4.70 g/100 g DW)相符。

蛋白質(zhì)含量范圍為1.30%～2.48%,蛋白質(zhì)平均含量為1.77%,馬鈴薯全粉蛋白質(zhì)含量大小依次為:青薯9號≥樂薯>青薯2號>閩薯>脫毒175>下寨,青薯9號和樂薯的蛋白質(zhì)含量最高(二者無顯著性差異)。與侯飛娜[6]報道的(6.57%～12.84%)和Peňa C[15]等人報道的(2.90%～9.70%)相比偏低,比趙春波[16]等人報道的(1.062%～1.738%)略高,這可能與制粉工藝、品種差異有關(guān)[17]。

還原糖含量范圍為2.34%～6.34%,還原糖平均含量為4.60%,比文獻報道[15]的較高。還原糖含量大小順序依次為:青薯2號>樂薯>閩薯>脫毒175>青薯9號>下寨。

總體來說,青薯9號的脂肪含量和蛋白質(zhì)含量都較高,閩薯灰分含量較高,青薯2號還原糖含量較高。

2.2 不同品種馬鈴薯全粉的吸水指數(shù)

六種馬鈴薯全粉吸水指數(shù)測定結(jié)果如圖1所示。

圖1 六種馬鈴薯全粉的吸水指數(shù)Fig.1 Water absorption index of six varieties of potato flours

由圖1可見,吸水指數(shù)的范圍為1.99～2.84,均值為2.42。吸水能力由強到弱依次為:脫毒175>下寨>樂薯≥青薯9號>閩薯≥青薯2號。馬鈴薯全粉吸水性的差異主要是由淀粉分子內(nèi)部羥基與分子鏈或水形成氫鍵和共價結(jié)合所致。羥基與淀粉分子結(jié)合的作用大于與水分子的結(jié)合,具有低的吸水能力,反之則具有高的吸水能力。并且直鏈淀粉含量越高,膨脹勢越小[18]。脫毒175的吸水性最強,可能是其直鏈淀粉含量低,支鏈淀粉含量高。利用這些特性可將脫毒175應(yīng)用于配方中含水量高的食品中,以增進營養(yǎng)價值,改善產(chǎn)品風味。

2.3 不同品種馬鈴薯全粉的持油能力

六種馬鈴薯全粉持油能力測定結(jié)果如圖2所示。

圖2 六種馬鈴薯全粉的持油能力Fig.2 Oil holding capacity of six varieties of potato flours

持油能力的大小受加工條件、顆粒的大小、蛋白質(zhì)的來源和溫度的影響,如含非極性尾端較多的蛋白質(zhì)含量增加,則吸油能力也隨著增加[18]。由圖2可知,六種馬鈴薯全粉的持油性范圍為1.27%～1.69%,平均值為1.53%。六種馬鈴薯全粉的持油能力有一定差異,但青薯9號、下寨和脫毒175之間沒有顯著性差異(p>0.05),青薯9號全粉吸油能力相對較高,為(1.69±1.24) mL/g,可能與該品種本身的蛋白質(zhì)含量以及加工過程中蛋白質(zhì)發(fā)生變性的程度較低有關(guān)[17-18]。持油能力好的全粉可以廣泛應(yīng)用于高脂肪食品的加工,避免脂肪的溶出而造成產(chǎn)品品質(zhì)變差。

2.4 不同品種馬鈴薯全粉的溶解度

六種馬鈴薯全粉的溶解度測定結(jié)果如圖3所示。

圖3 六種馬鈴薯全粉的溶解度Fig.3 Solubility of six varieties of potato flours

由圖3可見,溶解度的范圍為9.70%～14.90%,平均值為10.98%。六種馬鈴薯全粉溶解度相差不大,其中閩薯的溶解度最大,為14.9%±0.7%。溶解度反映的是馬鈴薯全粉與水之間作用的大小,溶解度越高,相容性就越好[19]。由此可知,在相同的加工條件下,閩薯相容性更好,更容易糊化。可能是因為閩薯淀粉顆粒相對較大,內(nèi)部的結(jié)構(gòu)蓬松,其溶解度較高。

2.5 不同品種馬鈴薯全粉的黏度

六種馬鈴薯全粉的黏度測定結(jié)果如圖4所示。

圖4 六種馬鈴薯全粉黏度比較Fig.4 Comparison of viscosity of six varieties potato flours

由圖4可知,六種馬鈴薯的黏度均存在較大差異,黏度依次為:青薯9號>樂薯≥下寨>脫毒175>青薯2號>閩薯,青薯9號的黏度最大,為(1440±10) cps,可用于增稠。馬鈴薯全粉的黏度會受其內(nèi)部顆粒完整度、分散性的影響,顆粒越完整、分散程度越好,產(chǎn)品越接近于鮮馬鈴薯制成的薯泥;如果細胞破壞越嚴重,那么馬鈴薯細胞中淀粉的游離也就越嚴重[14],因此,相比之下,青薯9號全粉在加工過程中破壞程度較小。

2.6 紅外光譜分析

六種馬鈴薯全粉的紅外光譜圖如圖5所示。

圖5 六種馬鈴薯全粉的紅外光譜圖Fig.5 The infrared spectra of six varieties potato flours

由圖5可見,六種馬鈴薯全粉有5個區(qū)域的吸收峰出現(xiàn)較明顯的位置及強弱變化。樣品主要為單峰且峰位置基本一致,所含官能團并無差異。在3000～3500 cm-1處出現(xiàn)強且寬的吸收峰,這是薯類作物特有的吸收峰,反映的是O-H的伸縮振動[20],下寨的O-H伸縮振動吸收峰明顯比其他幾種馬鈴薯全粉的強,脫毒175全粉的O-H的伸縮振動吸收峰最弱;紅外光譜中2848～3000 cm-1波段是-CH3、=CH2的伸縮振動區(qū),此范圍內(nèi)C-H伸縮振動為烷烴類化合物的結(jié)構(gòu)鑒定;1500～1700 cm-1是蛋白質(zhì)和多糖的混合振動吸收峰,不同品種馬鈴薯全粉的吸收峰差異較大,如青薯9號和脫毒175出現(xiàn)2個吸收峰。紅外光譜中900～1300 cm-1波段主要表現(xiàn)了C-O、C-O-C等化學鍵的振動,被學術(shù)界認為是淀粉的構(gòu)型敏感帶,并常用1045 cm-1處的吸收峰來說明淀粉中結(jié)晶區(qū)的相關(guān)信息,用1022 cm-1處的吸收峰來說明淀粉中無定型區(qū)的相關(guān)信息[20]。此外,1045和1022 cm-1附近的吸收峰強度比還可間接的反映淀粉的結(jié)晶度和有序程度,兩處的峰強度比值越大,淀粉內(nèi)的分子有序程度越高[21]。由圖5可知,在1021 cm-1處的吸收峰強弱依次是下寨>閩薯>青薯2號>青薯9號>樂薯>脫毒175,說明下寨全粉的淀粉有序程度較高,青薯9號的中等。

2.7 掃描電鏡(SEM)分析

利用電子掃描顯微鏡拍攝馬鈴薯全粉的形態(tài),放大倍數(shù)為300倍和1000倍,結(jié)果分別如圖6所示。

圖6 六種馬鈴薯全粉的SEM照片F(xiàn)ig.6 SEM of six varieties potato powder注:A～F分別為青薯2號、青薯9號、下寨、閩薯、脫毒175、樂薯在300倍下的SEM照片, a～f分別為青薯2號、青薯9號、下寨、閩薯、脫毒175、樂薯在1000倍下的SEM照片。

由圖6可知,不同品種馬鈴薯全粉整體均呈現(xiàn)不規(guī)則形狀,表面凹凸不平,顆粒較分散,可見范圍內(nèi)基本無完整全粉顆粒存在,其中樂薯(圖6f)制成的馬鈴薯全粉損傷嚴重,顆粒較小,這可增大其比表面積,提高了表面利用率,有利于其溶解,溶解速度較大[20]。李茹等[14]對馬鈴薯顆粒全粉和馬鈴薯雪花全粉的微觀結(jié)構(gòu)及品質(zhì)特性進行了對比研究,在微觀結(jié)構(gòu)方面馬鈴薯顆粒全粉整體呈不規(guī)則形,表面有裂痕,粒徑分布不規(guī)則,本論文試驗結(jié)果與之相符。

2.8 結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析

X-射線衍射法是測定生物大分子結(jié)構(gòu),研究功能與結(jié)構(gòu)關(guān)系,探索生命機制的一個重要手段。通過對X射線衍射圖譜上的結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的分析研究,可以了解物料經(jīng)物理或化學方法變性后的顆粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化情況。X-射線衍射圖的不同反映出結(jié)晶結(jié)構(gòu)的差別,衍射圖中的峰高(衍射強度)和半峰寬(衍射角)與內(nèi)部結(jié)晶區(qū)的晶粒大小有關(guān),晶粒越大,衍射峰越高,半峰寬越小[22]。六種馬鈴薯全粉的X-衍射圖見圖7。

圖7 六種馬鈴薯全粉的X-衍射圖Fig.7 X-ray diffraction of six varieties potato powder

從圖7可見,六種馬鈴薯全粉的衍射峰在2θ為15～20 °之間,峰形相似,青薯2號全粉顆粒的衍射強度較高,說明其結(jié)晶區(qū)較大,結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。青薯9號全粉顆粒的衍射強度較低,可能是在加工過程中的剪切、延展等力作用下,導致其結(jié)晶尺寸減小[14]。

3 結(jié)論

本研究以青海省六種馬鈴薯為原料制備馬鈴薯全粉。通過對其理化、功能性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的比較測定,六種馬鈴薯全粉灰分含量范圍為3.33%～5.12%,閩薯灰分含量較高,青薯9號和樂薯的脂肪和蛋白質(zhì)含量均較高,青薯2號的還原糖含量最高,為6.34%±0.29%;青薯9號的持油能力和黏度高于其他品種,脫毒175的吸水指數(shù)較高,閩薯和下寨的溶解度較高;不同品種馬鈴薯全粉所含官能團并無差異,整體均呈現(xiàn)不規(guī)則形狀,表面凹凸不平,可見范圍內(nèi)基本無完整顆粒存在,衍射峰在2θ為15～20 °之間,峰形相似,青薯2號全粉顆粒的衍射強度較高,說明其結(jié)晶區(qū)較大,結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。不同馬鈴薯全粉在理化性質(zhì)、功能性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)方面有一定的差異,可根據(jù)實際加工需要選取較適合的品種進行馬鈴薯主食化產(chǎn)品加工,如青薯9號的黏度和持油能力最大,可用于增稠或高脂肪食品的加工,避免脂肪的溶出而造成產(chǎn)品品質(zhì)變差。脫毒175的吸水性最強,可應(yīng)用于配方中含水量高的食品,以增進營養(yǎng)價值,改善產(chǎn)品風味。