馬鈴薯全粉制備、性質和主食化加工研究進展

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(哈爾濱商業大學食品工程學院,黑龍江哈爾濱 150076)

馬鈴薯全粉制備、性質和主食化加工研究進展

徐忠,王勝男,趙丹,楊萍

(哈爾濱商業大學食品工程學院,黑龍江哈爾濱 150076)

近年來,馬鈴薯全粉在加工產業鏈中占有著十分重要的地位,2015年農業部把馬鈴薯主糧化工作列入重要議程。馬鈴薯營養價值豐富,主糧化有助于改善和豐富我國居民膳食營養結構?？偨Y了馬鈴薯全粉的制備、性質、食品加工的國內外研究概況,并對發展前景進行了展望。

馬鈴薯全粉,制備,性質,主糧化

馬鈴薯是國內外人民日常飲食中非常重要的糧食作物之一,全世界有150個國家和地區種植馬鈴薯,年產量約3.2億t,我國是馬鈴薯主產區之一,年產量已達0.72億t[1]。研究顯示,馬鈴薯是一種均衡的食物,脂肪含量低,熱量低,含有優質的蛋白質、必需的維生素、礦物質和氨基酸[2]。馬鈴薯全粉是馬鈴薯的主要深加工產品之一,馬鈴薯全粉由于其特殊的加工工藝和要求,在正常環境條件下儲存期能達到2年,而且有效保留了馬鈴薯的營養價值和天然風味,是一種優質的食品原料[3]。馬鈴薯全粉主要用于薯片、薯條、薯泥等休閑食品的加工,也可作為其它食品的加工配料,提高產品的營養價值和附加值[4-5]。美國歐洲等國家馬鈴薯全粉生產已有幾十年的歷史,年產量已達30 萬t以上[6],隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的提高,馬鈴薯加工食品的需求量逐年提高,馬鈴薯全粉的產量也呈現持續上升趨勢[7-8]。本文總結了近年來國內外關于馬鈴薯全粉制備、性質及食品加工方面的研究進展,為推動我國馬鈴薯全粉的進一步研究和開發應用提供理論參考。

1 馬鈴薯全粉制備研究進展

馬鈴薯全粉是以新鮮馬鈴薯為原料,經過清洗、去皮、切片、漂洗、預煮、冷卻、蒸煮、搗泥、干燥、篩分等[9]工藝過程得到的顆粒狀或薄片狀產品的統稱,根據脫水干燥的工藝不同,馬鈴薯全粉分為馬鈴薯顆粒全粉和馬鈴薯雪花全粉。馬鈴薯全粉制備中最重要的指標是預煮溫度時間、蒸煮溫度時間和干燥溫度時間,要防止加工過程馬鈴薯細胞過多的破壞,以減小游離淀粉溶出,保證全粉的質量。

1.1馬鈴薯顆粒全粉制備研究

馬鈴薯顆粒全粉是馬鈴薯泥經過氣流干燥、熱風干燥等方法制備的產品,在顆粒全粉生產中,減少細胞的破碎率是生產中的技術關鍵,對于全粉加工至關重要。Moledina等[10]研究了預煮工藝對制備馬鈴薯顆粒全粉的影響,電鏡結果顯示經過70 ℃、20 min預煮后,馬鈴薯顆粒細胞間保持未分離狀態,表明通過預煮后,馬鈴薯細胞壁會產生更大的內聚力,細胞壁變得結實,細胞壁分解度降低,有利于后續蒸煮加工等工藝中保持細胞的完整,提升顆粒粉產品質量。楊薇等[11]研究了切片和熱風干燥對馬鈴薯顆粒全粉與水結合能力和堆積密度的影響,結果表明,切片厚度為4 mm、干燥溫度設定為 60 ℃,干燥時間7 h,制備的馬鈴薯顆粒全粉水合能力為每克樣品含水3.963 g,堆積密度為0.74 g/mL,復水后的馬鈴薯泥具有沙口性和濃郁的馬鈴薯香味。

1.2馬鈴薯雪花全粉制備研究

馬鈴薯雪花全粉是馬鈴薯泥經過滾筒干燥、噴霧干燥等方法,再經過破碎得到的產品,也是目前國內各馬鈴薯全粉加工廠主要的產品[12]。Saydi[13]等人研究了噴霧干燥法制備馬鈴薯雪花全粉的最佳工藝條件,得出空氣溫度為195 ℃,進料流速選擇9 mL/min,空氣流量為0.001715 m3/s。趙鳳敏等[14-15]研究了滾筒干燥法制備馬鈴薯雪花全粉的工藝條件,結果表明,制備馬鈴薯雪花全粉最佳工藝參數為:馬鈴薯切片厚度為 10 mm,75 ℃預煮25 min,25 ℃冷卻水冷卻30 min,95～98 ℃蒸煮 30 min,滾筒干燥溫度145 ℃,回轉速度 0.35 m/s。

2 馬鈴薯全粉性質研究進展

2.1馬鈴薯顆粒全粉和雪花全粉的理化指標

馬鈴薯全粉的性質主要包括顆粒結構、化學組成、理化指標等,根據馬鈴薯全粉行業標準,馬鈴薯雪花和顆粒全粉理化指標見表1、表2所示[16]:

表1 雪花全粉理化指標Table 1 Physical and chemical indicators of potato powder

表2 顆粒全粉理化指標Table 2 Physical and chemical indicators of potato granules

表3 馬鈴薯全粉與馬鈴薯淀粉化學組成[17]Table 3 Chemical composition of potato flour and potato starch[17]

表4 馬鈴薯全粉與小麥粉化學組成[18]Table 4 Chemical composition of potato flour and wheat flour[18]

由表1、表2可知,馬鈴薯顆粒全粉顆粒小,游離淀粉少,且加工工藝降低了馬鈴薯細胞破碎率,基本保持了細胞的完整性,復水后能保持馬鈴薯的風味物質,能更好地恢復為新鮮薯泥的性狀,具有鮮薯泥的香味和沙口感,能提供加工產品更好的口感和風味。

2.2馬鈴薯全粉與馬鈴薯淀粉化學組成

馬鈴薯淀粉是以新鮮馬鈴薯為原料,經過清洗、去皮、破碎、過濾、洗滌、脫水、干燥等工序處理而得到的白色粉狀固體,馬鈴薯全粉與馬鈴薯淀粉的主要化學組成見表3所示:

由表3可以看出,馬鈴薯全粉中蛋白質、纖維素、維生素等營養成分均高于馬鈴薯淀粉,由于馬鈴薯全粉加工過程中還最大限度的保持了馬鈴薯細胞顆粒的完好性,因此復水后的馬鈴薯全粉具有新鮮馬鈴薯蒸熟后的營養、風味和口感。而馬鈴薯淀粉僅是馬鈴薯眾多成分中的一種,因此馬鈴薯淀粉不具有馬鈴薯的營養、風味和口感,而且馬鈴薯全粉粘度低,吸水性強,更適于作為食品原料使用,馬鈴薯淀粉粘度高,糊透明度好,食品加工中主要用作增稠劑使用。

2.3馬鈴薯全粉與小麥粉的化學組成

小麥粉是小麥經磨制加工后得到的粉狀固體,也稱小麥面粉或者面粉,主要用于面制品的加工原料。馬鈴薯全粉與小麥粉的主要化學組成見表4所示:

由表4可以看出,與小麥粉比較馬鈴薯全粉的優點是水分含量低,耐儲存,營養價值高,缺點是馬鈴薯全粉不含面筋蛋白,加工性能差。小麥粉的優點濕面筋含量高,易于食品成型加工,缺點是營養成分低。馬鈴薯全粉與小麥粉混合使用可以做到營養互補,加工性能互補,尤其是制作各類主食加工食品。

2.4馬鈴薯全粉結構與性質分析

李茹等[19]采用紅外光譜儀、偏光顯微鏡、掃描電鏡、X-射線衍射光譜儀,Brabender粘度計等儀器測定馬鈴薯顆粒全粉和雪花全粉的顆粒結構和粘度等性質。結果表明,顆粒粉和雪花粉均有淀粉的紅外特征吸收峰,且峰位置基本一致,所含官能團無差異。顆粒粉多為大小不一的卵形顆粒或復合顆粒,多數顆粒結構保持完整,雪花粉呈扁平狀、多邊形,邊緣不規則,表面粗糙裂縫、凹陷和溶洞。在偏光下,各樣品中的團?；蝾w粒都沒有清晰的偏光十字,其衍射曲線顯示均為無定形結構。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。從結構和性質分析可知,顆粒全粉和雪花全粉淀粉顆粒原有的有序結構受強烈的剪切熱作用后,已受到破壞,雪花粉結構破壞程度更大,游離淀粉多,粘度較大。顆粒粉中多數淀粉細胞顆粒保持較為完整,粘度較小,因此由其加工的薯泥等馬鈴薯產品更接近鮮薯制成的口感,應用于食品加工能呈現出更好的馬鈴薯風味。

3 馬鈴薯全粉食品加工研究進展

3.1休閑食品加工

3.1.1 馬鈴薯復合薯片工藝研究 馬鈴薯復合薯片是以馬鈴薯全粉為主要原料,經過配料、混合、和粉、壓片、切片、油炸、冷卻、包裝等工藝流程得到的一種薯片產品[20],其優點在于原料來源方便,生產不受季節限制,易于實現規模化生產,而且可以營養搭配,便于成型和包裝。李軍等[20]以馬鈴薯全粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉為主要原料制備油炸復合薯片,以成品含油量、丙稀酰胺含量為主要指標,采取正交實驗法,確定了復合薯片制作的最佳工藝參數為:原料含水量20%,含鹽量2.0%,油炸溫度160 ℃,油炸時間40 s,在此條件下復合薯片的丙烯酰胺含量為0.28 mg/kg,比市售薯片低26.32%,含油量23.36%,比市售薯片低1.47%。

李遠恒等[21]研究了馬鈴薯全粉和面粉混料中加入綠茶粉、糖、黃油等材料,通過焙烤的方法制作綠茶復合薯片的工藝,用正交實驗法確定了產品的最佳配方和加工工藝條件為:馬鈴薯全粉與面粉比例為4∶6,綠茶粉1.5%,黃油15%,食鹽1%,糖25%,味精1%,碳酸氫銨0.4%,小蘇打1%;底火140 ℃,上火170 ℃,烘烤 7 min,所得產品的硬度為 1663 g,脆性為744 g,產品外觀呈綠茶色澤,口感松脆,具有鮮明馬鈴薯產品風味和綠茶風味。

3.1.2 馬鈴薯復合薯條工藝研究 傳統的薯條加工采用的是專用油炸型馬鈴薯品種,對馬鈴薯原料的生長環境、運輸、儲藏要求較為嚴格,鮮薯還需要專用儲存設施,此外在加工過程中,馬鈴薯大小不均勻,形狀不規則等因素也會降低原料的利用率,以馬鈴薯全粉為主要原料制備復合薯條,可以擴大馬鈴薯全粉的應用范圍。辛后杰等[22]研究了以馬鈴薯全粉為主要原料,經過調料、攪拌、靜止調質、和粉、成型、油炸、冷卻等工藝流程制作復合油炸薯條,通過正交實驗得到的最佳配方為:馬鈴薯全粉100 g,乳粉10 g,淀粉15 g,含水率62%,得到的產品成型性、表面色澤、口感及風味都很好。

呂芬等[23]研究了以馬鈴薯顆粒全粉和糯米粉為主要原料,經過原料調配、打芡、攪拌、揉練、蒸煮、成型、干燥、均濕、微波膨化等工藝流程制作復合薯條,分析了配料、蒸煮時間、糊化時間、干燥條件對產品膨化度的影響。結果表明,最佳配方為:馬鈴薯顆粒全粉和糯米粉比例為6∶4,白砂糖10%,食鹽3%,蔗糖酯0.7%,植物油5%,最優工藝為:蒸煮30 min,糊化20 min,50 ℃干燥6 h,700W微波處理40 s,制作的薯條膨脹度高,表面松脆,口感好。

3.2焙烤食品加工

3.2.1 馬鈴薯全粉餅干工藝研究 馬鈴薯全粉富含多種營養物質,尤其纖維含量高,并有很好的吸水吸油能力,有助于餅干的營養強化和品質改良,但馬鈴薯全粉中不含面筋蛋白,添加全粉的面團結合力和黏彈性較差,應從營養、口感等綜合品質考慮全粉的添加量,在保證良好口感的基礎上,盡可能地提高馬鈴薯全粉的使用量,強化餅干的營養及保健作用。Sreemoyee等[24]研究了添加馬鈴薯雪花粉和香料對餅干物理特性和感官特性的影響。結果顯示,馬鈴薯雪花粉添加量10%,豆蔻和丁香的比例為3∶1時餅干的脆性,顏色和感官指標最佳。Vidya等[25]研究表明,隨著馬鈴薯雪花粉替代率的提高,餅干的重量、直徑、密度、擴散系數均顯著下降,原因是由于馬鈴薯雪花粉具有較高的持水能力。Vasantharuba等[26]研究了馬鈴薯全粉添加量對餅干品質的影響,向小麥粉中加入20%時馬鈴薯全粉餅干性狀仍與小麥粉餅干相似,且放置60 d后測定其細菌總數為6.5×103CFU/g,低于規定標準,餅干沒有發生酸敗。馬鈴薯全粉超過20%添加量,餅干的密度、伸展率、擴散率等理化性質及感官品質顯著下降。

孫平等[27]探討了馬鈴薯雪花全粉對酥性餅干感官品質的影響,以質構儀硬度和感官品質評定為指標,用正交實驗確定馬鈴薯全粉酥性餅干的最佳配方為:馬鈴薯全粉30%,白砂糖40%,色拉油30%,疏松劑1.4%(基本配料:面粉100%,雞蛋25%,奶油20%,鹽0.7%),得到的產品口感酥松,風味純正。包鴻慧等[28]研究制作綠茶風味馬鈴薯全粉曲奇餅干的最佳配方為:馬鈴薯全粉25 g,低筋面粉75 g,綠茶粉39,麥淇淋45 g,白砂糖45 g,奶粉59 g,色拉油20 g,雞蛋15 g,水30 g。產品色澤自然,呈綠色,茶香濃郁,組織結構細膩,酥脆性好,滋味柔和,口感清爽。郭意明等[29]研究了魚糜馬鈴薯餅干的制備工藝,得到最佳條件為:低筋面粉100%,馬鈴薯雪花全粉30%,馬鈴薯淀粉20%,魚糜40%,棕櫚油40%,綿白糖35%,小蘇打0.7%,碳酸氫銨0.4%,鹽0.7%。利用固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術對魚糜馬鈴薯餅干的風味進行了分析,魚糜馬鈴薯餅干共檢測出15種高匹配度的風味物質,其中美拉德反應產物甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪為主要的風味物質。

3.2.2 馬鈴薯全粉面包工藝研究 馬鈴薯全粉的加入可以豐富面包的種類,增加面包的營養價值和風味,馬鈴薯全粉不含面筋蛋白,其加入量對面包面團和成品品質有較大影響。張英等[30-31]研究了馬鈴薯雪花全粉對面包感官品質和面團流變性的影響,得出隨著馬鈴薯雪花全粉的增加,面團形成時間下降、吸水量增加、耐揉度和穩定性下降;當馬鈴薯雪花粉添加量為5%～15%時,面包比體積無明顯變化,對面包質地和風味有改進作用,當添加量為15%～30%時,面包的比體積隨著全粉添加量的增大從3.8 mL/g減小到2.1 mL/g。

游新勇等[32-34]研究了馬鈴薯雪花全粉面包的最佳工藝,用正交實驗確定最佳原料配方為:馬鈴薯全粉20%,白砂糖10%,酵母4%,食鹽1%。最佳工藝條件為:發酵時間60 min,上火焙烤溫度170 ℃,底火焙烤溫度180 ℃,焙烤時間9 min,制作的面包柔軟而富有彈性,風味純正。

3.3蒸煮食品加工

3.3.1 馬鈴薯饅頭加工工藝研究 饅頭是中國的傳統主食之一,主要以小麥粉、發酵劑和水為原料制成,在小麥粉加工過程中,由于過度的追求加工精度導致眾多營養素丟失,影響了饅頭的營養價值。在小麥饅頭中適量加入馬鈴薯全粉能明顯改善小麥饅頭的質構及營養構成,但過量加入馬鈴薯全粉后小麥饅頭由于面筋基質會被破壞,導致饅頭 比體積減小和硬度增大。Liu等[35]研究表明,馬鈴薯顆粒全粉的添加(0～35%)對面團流變學特性和饅頭品質有顯著影響,如吸水率增加、CO2總體積和硬度變大,面團穩定性和饅頭比容下降,感官評價得出,添加20%馬鈴薯全粉品質最佳。侯飛娜等[36]分析了不同品種馬鈴薯全粉對饅頭(馬鈴薯全粉∶小麥粉=3∶7)品質特性的影響,通過對饅頭比體積、高徑比、氣孔結構和質構特性等進行分析和比較,一點紅、青薯9號和大西洋3個品種比較適合替代小麥粉,制得體積較為理想、硬度較低、氣孔結構較好的饅頭。

張晴晴等[37]研究得到馬鈴薯全粉主食饅頭的基本工藝配方為:谷朊粉22.49%,馬鈴薯淀粉22.65%,乳清蛋白1.73%,馬鈴薯全粉45.13%,面粉8.00%,果葡糖漿6.0%,酵母粉1.50%,水78.57%,在此條件下研制出的饅頭表皮光滑、不易皺縮、彈性和口感都非常好。在馬鈴薯全粉主食饅頭基本配方的基礎上,通過響應曲面法確定了馬鈴薯全粉功能性主食饅頭最佳工藝條件為:大豆卵磷脂的添加量為0.45%,紅茶粉的添加量為0.15%,牛磺酸的添加量為0.03%,動物實驗表明馬鈴薯全粉功能性主食饅頭具有維持血糖穩定,延緩疲勞的作用。

3.3.2 馬鈴薯面條、水餃加工工藝研究 面條、水餃都是日常人們喜愛的主食,向其中加入馬鈴薯全粉,可有效提高面條、餃子皮的持水性,冷凍時減小凍裂率,增加營養價值,提升品質。劉穎等[38]研究了馬鈴薯雪花全粉的添加量對面團品質的影響,結果表明,隨著馬鈴薯全粉添加量的增大,混合粉濕面筋含量逐漸減少,面團的形成時間和穩定時間下降,穩定時間從5.1 min下降到0.8 min,弱化度增大,起始溫度、峰值溫度變化不明顯、終止溫度呈上升趨勢,熱焓值從257.56 J/g下降到179.46 J/g,面團的熱穩定性下降。

王春香等[39]將不同比例的馬鈴薯全粉加入面粉中制作面條,對面條品質進行分析,結果表明,隨著馬鈴薯全粉添加量的增加,面條的吸水率和蒸煮損失率增大,但因其特殊的香味又使面條具有良好的口感和風味。馬鈴薯全粉的添加量在20%～25%時,面條外觀色澤、烹調性都較好。當添加量超過25%時,面條的蒸煮損失率增加幅度增大,其外觀色澤、烹調性變差。楊鈉等[40]通過單因素實驗和響應面設計,以硬度、咀嚼性和彈性作為響應值,優化馬鈴薯全粉面條的配方,得出最佳配方為:馬鈴薯全粉添加量10%,食用鹽添加量1.5%,水添加量42%。以馬鈴薯全粉面條的感官評分和烹煮損失率作為評價指標,采用最優配方制得馬鈴薯全粉面條,通過正交實驗方法確定馬鈴薯全粉面條最佳工藝條件為:和面時間10 min,燙面溫度28 ℃,醒發時間20 min。

郭祥想等[41]研究了將馬鈴薯-小麥混合粉應用到方便面制品的加工中,研究了馬鈴薯全粉添加量、和面時間、醒發時間和醒發溫度對面條品質的影響。通過正交實驗優化了面條制作工藝,當和面時間15 min,醒發溫度20 ℃,醒發時間40 min時,制作的馬鈴薯全粉面條的最大拉伸力17.48 g,剪切強度170.36 g,面條的質構品質和感官品質最佳。研究了蒸面時間、油炸時間和油炸溫度對干脆面品質的影響,實驗結果表明:當馬鈴薯粉干脆面蒸面時間為130 s,油炸溫度為145 ℃時,干脆面品質最佳。常悅等[42]研究了馬鈴薯全粉對速凍水餃品質的影響,通過正交實驗得到馬鈴薯粉速凍水餃的最優加工工藝為:馬鈴薯全粉添加量15%,加水量46%,和面時間10 min,加鹽量1.0%,在此條件下制作的速凍水餃,凍裂率為零,延伸性54.34 mm,蒸煮損失率3.3%,感官評價86.13分,速凍水餃品質最好。研究了馬鈴薯全粉速凍水餃在凍藏期間品質變化規律,結果表明,在-18 ℃冰箱中凍藏100 d,隨凍藏時間的延長,速凍水餃的失水率上升趨勢不明顯,凍裂率無變化,TPA 硬度、剪切力、強韌性和可凍結水含量逐漸增加,微觀結構顯示,與小麥粉速凍水餃皮相比,馬鈴薯全粉速凍水餃皮的面筋網絡結構被破壞的程度較小。

4 展望

2015年我國農業部提出了馬鈴薯主糧化的建議,2016年國家馬鈴薯產業“十三五”發展規劃也將馬鈴薯主食化開發列入計劃,馬鈴薯主食化戰略是發展馬鈴薯產業、改善我國馬鈴薯貯藏加工現狀的重大契機,也可推動整個馬鈴薯產業的快速發展[43]。馬鈴薯主食化的內涵,就是用馬鈴薯加工成適合我國居民消費習慣的饅頭、面條、面包等主食產品及方便食品,實現馬鈴薯由副食消費向主食消費轉變、由原料產品向產業化系列制成品轉變、由溫飽消費向營養健康消費轉變。今后要重點加強對馬鈴薯顆粒全粉生產工藝和設備的研究,降低馬鈴薯全粉生產成本,提高馬鈴薯全粉質量;突破馬鈴薯全粉食品加工過程中營養保持、外觀定型、貨架期延長等品質穩定化工藝技術;開展焙烤、煎炒和油炸等高溫加工方式對馬鈴薯營養成分和丙烯酰胺形成的影響研究;開展高附加值及營養性、健康性特色馬鈴薯全粉食品生產技術研究與開發,擴大馬鈴薯全粉的應用領域。

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Researchprogressinpreparation,propertiesandstaplefoodprocessingofpotatopowder

XUZhong,WANGSheng-nan,ZHAODan,YANGPing

(College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China)

In recent years,potato powder occupies a very important position in the processing industry chain,the ministry of agriculture puts the staple food of potato as an important agenda in 2015,potato is rich in nutritional value,the staple food helps to improve and enrich the dietary structure of residents in China. In this paper,the preparation,properties and the research status of food processing at home and abroad are summarized.

potato powder;preparation;property;staple food

TS201.1

A

1002-0306(2017)19-0322-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.19.059

2017-03-27

徐忠(1964-),男,博士,教授,研究方向：淀粉化學與加工技術,E-mail:xuzhong2009@163.com。