馬鈴薯生全粉無硫護色及其流變特性研究

葛斌權 李 娟 陳正行 王 莉 王 韌 羅小虎

(食品科學與技術國家重點實驗室; 糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室; 江南大學，無錫 214122)

酶促褐變是馬鈴薯加工過程中易出現的問題，在加工過程中馬鈴薯細胞的破碎使得體內多酚氧化酶(polypheoloxidase ,PPO)與多酚類底物接觸，生成醌類物質，再聚合生成黑褐色物質[1]。亞硫酸、亞硫酸氫鈉等護色劑因其有較好的護色效果廣泛應用到馬鈴薯加工中[2]，但有研究證明亞硫酸鹽不利于人體健康[3]，因此研究一種新型馬鈴薯無硫護色工藝迫在眉睫。何繼文等[4]采用0.3%(m/m)檸檬酸和0.1%(m/m)抗壞血酸對甘薯護色處理30 min，所制得甘薯全粉亮度值L*可達90.58。馮衛敏等[5]以半胱氨酸、檸檬酸和抗壞血酸復配后，有效抑制了鮮切紫薯的褐變。

目前市場上的馬鈴薯全粉有顆粒粉和雪花粉等，廣泛應用在馬鈴薯泥、復合馬鈴薯片、膨化食品等產品中[6]。但因其是通過傳統加熱工藝制得，較高的淀粉糊化度不利于其在面條、饅頭等中式主食中的應用。本研究旨在生產開發一種淀粉糊化度低的新型無硫馬鈴薯生全粉。有研究表明，生全粉中淀粉的破壞程度較小，證明其再加工性能較好，且對于一些需要蒸煮或冷凍的食品如面條、速凍食品等，生全粉的適用性更高，更有利于馬鈴薯的加工應用[7]。因此本研究聯合一種新型無硫護色工藝與閃蒸技術制備低糊化度無硫馬鈴薯生全粉，旨在為推進馬鈴薯主食化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大西洋馬鈴薯：河北張家口億沐農業科技有限公司；馬鈴薯熟全粉：黑龍江北大荒馬鈴薯集團有限公司，糊化度為95.41%；馬鈴薯生全粉，實驗室自制，糊化度為9.21%；檸檬酸、抗壞血酸、半胱氨酸、H2SO3、NaH2PO3、K2HPO3、鄰苯二酚等均為分析純：上海國藥集團。

1.2 儀器與設備

RM-TD 301型馬鈴薯去皮機：廣東佛山市順德區韓泰電器有限公司；DJ-300型馬鈴薯切分機：河北邢臺市鼎佳機械制造廠；高溫熱風流化床：湖南富馬科食品工程技術有限公司；渦流閃蒸干燥機：浙江瑞安市善源機械有限公司；JP-450型多功能粉碎機：浙江永康市久品電器有限公司；Avanti J-26XP型高效離心機：美國貝克曼庫爾特有限公司；WFZ UV-2000型紫外可見光分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司；UltraScan Pro-1166高精度分光測色儀：美國Hunterlab公司；Mixolab混合實驗儀：法國肖邦儀器公司；DHR-3流變儀：美國沃特世公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯生全粉加工工藝

參考沈存寬等[8]的方法并進行改進。選取外觀良好、未發芽、未腐爛的馬鈴薯，洗凈后放入去皮機中去皮，然后用切分機中將馬鈴薯加工成約5 mm×5 mm×5 mm的小粒，將小粒轉移到護色液中分別浸泡10、20、30、40、50 min，護色液選取檸檬酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)、抗壞血酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)和半胱氨酸(0.05%、0.1%、0.15%，m/m)，進行單因素和正交試驗。

護色后瀝干，經過氣流流化床進行預干燥，干燥溫度設定65 ℃，干燥時間為30 min。再將原料通過渦流閃蒸干燥機進行二級干燥，設定干燥溫度為130 ℃，處理時間為5 min。干燥后粉碎過80目篩，得馬鈴薯生全粉。

1.3.2 單一護色劑對馬鈴薯護色實驗

新鮮馬鈴薯去皮切丁后，分別在檸檬酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)、抗壞血酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)和半胱氨酸(0.05%、0.1%、0.15%，m/m)溶液中，室溫25 ℃下分別浸泡10，20，30，40，50 min，并制備馬鈴薯生全粉，以L*值為考察指標，評價護色效果。

1.3.3 馬鈴薯生全粉色差測定

色差測量參考何偉忠等[9]的方法。利用高精度分光測色儀對馬鈴薯生全粉樣品進行色差分析。儀器經黑白板校準后，測定樣品L*，每個樣品平行測定8次后取平均值。

1.3.4 馬鈴薯PPO提取與抑制率測定

1.3.4.1 PPO提取

PPO提取參考張洪等[10]的方法，精確稱取100 g馬鈴薯樣品，置于組織粉碎機中，加入100 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液(預先冷卻到4 ℃，pH 6.8)，粉碎2 min，用8層紗布過濾，所得濾液于4 ℃下8 000r/min冷凍離心10 min，取上清液(粗酶液)于4 ℃保存備用。

1.3.4.2 PPO抑制率測定

PPO抑制率測定參考李鑫熠等[11]的方法，移取1 mL馬鈴薯粗酶液于試管中，加入10 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液，混合均勻后置于30 ℃水浴下反應25 min，所得混合物在400 nm下測定吸光值A。多酚氧化酶的抑制率(P)按公式計算：

式中：P為抑制率/%；A0為未加護色劑的樣品吸光度；A1為加護色劑的樣品吸光度。

1.3.5 馬鈴薯生全粉復合護色劑正交試驗

根據1.3.2試驗結果，以護色時間(A)、檸檬酸用量(B)、半胱氨酸用量(C)為研究對象進行正交優化試驗。以馬鈴薯全粉亮度值L*和PPO抑制率為評價指標，優化出最佳復合護色工藝。

1.3.6 Mixolab混合實驗儀對馬鈴薯全粉的測定

檢測參考ISO 17718: 2013《揉混和加熱條件下測定全麥粉和面粉的流變學特性》Chopin+標準測試法[12]，和面轉速為80 r/min，目標扭矩為1.1 Nm，粉團重量(粉和水)總質量75 g。標準測試的溫度控制分為3個過程：1)30 ℃恒溫保持8 min；2)加溫階段，以4 ℃ /min速度升溫到90 ℃并保持高溫7 min；3)降溫階段，以4 ℃ /min速度降溫到50 ℃并保持5 min，整個過程共45 min。

1.3.7 馬鈴薯全粉流變特性測定

1.3.7.1 樣品制備

分別準確稱取0.5 g馬鈴薯生全粉和熟全粉于樣品瓶中，加入10 mL去離子水，600 r/min攪拌20 min，調成質量濃度5%的淀粉懸浮液。

1.3.7.2 動態流變特性測定

采用平板—平板測量系統，平板直徑為40 mm，平板間距1 mm，刮去平板外多余樣品，加上蓋板，并加入硅油以防止水分蒸發。設定溫度25 ℃，掃描應變值為1%，測定樣品在振蕩頻率0.1～10 Hz內儲能模量G′、損耗模量G″和損耗正切值tan δ隨角頻率變化的情況。

1.4 統計分析

采用SPSS 20.0軟件對數據進行單因素ANOVA方差分析，檢驗比較組間差異性，顯著性水平為P=0.05。

2 結果與分析

2.1 單一護色劑對馬鈴薯生全粉色澤的影響

L*值是反映鮮切果蔬褐變程度重要參數，L*代表明度，L*=0表示黑色，L*=100表示白色[13-14]。由圖1a可得，隨著護色時間延長和檸檬酸濃度增加，生全粉亮度值L*呈現上升的趨勢。護色30 min后，L*值變化不明顯，證明酶促褐變已被較好的抑制。在0.4%(m/m)檸檬酸溶液中護色30 min，生全粉L*值為90.11，而0.5%(m/m)檸檬酸溶液浸泡后L*值為90.59，L*值沒有明顯變化，說明馬鈴薯中大部分多酚氧化酶已失活，該結果與劉婷婷等[15]的研究結果一致，因檸檬酸的3個羧基能螯合多酚氧化酶的銅輔基，且檸檬酸可降低體系pH值，破壞馬鈴薯多酚氧化酶結構[16]。

圖1b表明生全粉L*值與護色時間呈正相關，0.1%(m/m)抗壞血酸溶液護色10 min后，生全粉L*值為79.16，而護色50 min后，L*值達82.43。因抗壞血酸不僅可通過降低pH和介質中氧含量以抑制馬鈴薯中多酚氧化酶和過氧化物酶酶活，同時其還原性可將鄰二醌還原成鄰二酸以抑制多酚物質的氧化。馬文錦等[17]研究發現0.05%(m/m)抗壞血酸對茭白有一定的護色效果。而0.2%(m/m)抗壞血酸溶液護色30 min，L*值達84.24，質量濃度升至0.5%時L*值僅為85.26。可見濃度增加對抗壞血酸護色效果增加不明顯，同時護色效果均不如檸檬酸。因抗壞血酸穩定性較差，易受溫度、pH、光照、氧氣以及一些離子影響，從而發生非酶褐變，生成大分子褐色物質，降低食品品質[18]。

圖1 不同護色時間下檸檬酸(a)、抗壞血酸(b)和半胱氨酸(c)不同用量對馬鈴薯生全粉亮度L*值的影響

如圖1c所示，0.05%(m/m)半胱氨酸溶液護色10 min，馬鈴薯生全粉L*值為87.8，說明半胱氨酸可有效抑制馬鈴薯酶促褐變。半胱氨酸即使以較低濃度和較短護色時間，對馬鈴薯仍有較好護色效果，因其與醌類物質結合生成一種穩定無色化合物，能有效抑制多酚氧化酶活力，從而降低褐變程度[19]。同時0.1%(m/m)半胱氨酸溶液對馬鈴薯護色10 min，所制粉L*值為88.86，而0.1%(m/m)半胱氨酸溶液護色30 min，L*值可達90.90，說明半胱氨酸的護色效果隨護色時間延長和質量濃度增加顯著提高，但當半胱氨酸質量濃度≥0.2%時，會產生刺鼻氣味，嚴重影響食品品質。

2.2 護色條件正交優化

由2.1實驗結果可得，單一護色劑的護色效果為：半胱氨酸>檸檬酸>抗壞血酸。雖然半胱氨酸溶液護色效果顯著，但較高濃度(≥2%)使全粉有明顯的不良風味，且提高生產成本。同時單一檸檬酸護色時低濃度下護色效果并不明顯。此外，抗壞血酸具有一定的護色效果，但因其較差穩定性和易發生的非酶褐變，并不適用于生全粉加工工藝。綜合考慮護色效果和生產成本，本文選擇檸檬酸和半胱氨酸為護色劑，以馬鈴薯生全粉的亮度值L*、PPO抑制率為評價指標，以檸檬酸、半胱氨酸的質量濃度和護色時間為因素，設計正交實驗，以選擇最佳護色效果。

正交實驗的因素水平如表1所示，實驗方案和結果分析如表2～表4所示。

從表2和表3中可知，因不同因素對PPO抑制率和亮度值L*的影響程度不同，以PPO抑制率為考察指標的最優方案是A3B2C3，而以亮度值L*為指標的最優方案是A3B3C3。因此需對正交試驗結果進行方差分析，結果見表4。

由表4可得，因素A和B對PPO抑制率和亮度值L*的影響不顯著，A3在表3中2個最優方案皆為最優水平，故選A3，而考慮到亮度值L*是判斷馬鈴薯全粉品質的最主要指標，故在B2和B3中選取B3。此外，因素C是最主要的因素，對PPO抑制率呈顯著影響(P<0.05)，對亮度值L*呈極顯著影響(P<0.01)，且表3極差分析得到的兩個最優方案均以C3為最優水平，故選取C3。綜合上述分析，最優方案為A3B3C3，即檸檬酸濃度0.45%，半胱氨酸濃度0.15%，護色時間35 min，經驗證護色后所得的馬鈴薯生全粉L*值為91.57，PPO抑制率達93.7%。

表1 護色正交實驗因素水平表

表2 正交實驗方案與結果

表3 正交實驗結果分析

表4 方差分析表

注：**表示極顯著，P<0.01；*表示顯著，P<0.05；空白表示不顯著，P>0.05。

2.3 Mixolab熱機械特性

由圖2可得，馬鈴薯熟全粉扭矩在初始階段快速增加，接著顯著降低，是由于其淀粉大都已糊化。而生全粉因其極低的糊化度，在升溫過程淀粉開始糊化，黏度增加、扭矩升高。證明不同加工工藝對馬鈴薯粉團熟化后的黏度影響極大，生全粉黏度曲線顯著高于熟粉。

圖2 不同加工工藝下馬鈴薯全粉Mixolab曲線

如表5所示，在不同加工工藝下，C2、C3、C4和C5上有顯著差異，同時黏度崩解值和回生值也有著顯著變化。差異最為明顯的是吸水率，其表示馬鈴薯粉加水混合成團，達到目標稠度的加水量，直接決定谷物產品加工的經濟性。生全粉吸水率為59.5%，而熟全粉吸水率高達180%。由此證明生全粉具有更好的經濟效益。同時圖2顯示在前期加工中熟全粉與生全粉加工性能差異不大，但后期關于黏度的加工性能已經完全喪失，不利于應用在饅頭、面條等需要高中面筋含量食品中，面條易斷條、饅頭成型難等問題會限制其添加量[20]。

2.4 馬鈴薯全粉流變特性

圖3a顯示隨著頻率增加，馬鈴薯生全粉和熟全粉動態模量的變化圖。馬鈴薯熟全粉的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)與生全粉相比顯著提高，且隨著頻率增加，G′始終大于G″，是典型的弱凝膠行為。同時頻率依賴性降低，有可能是因為熟全粉中的淀粉大都已經糊化，淀粉分子相互交聯，使得體系黏彈性增大[21]。由圖3b得，隨著掃描頻率的增加，生全粉的損耗角正切值tanδ高于熟全粉，說明生全粉體系流動性較強，出現該現象的原因可能是由于其淀粉糊化度低，體系中未形成較為堅固的三維網狀結構[22]。

表5 不同加工工藝下馬鈴薯全粉Mixolab主要測試指標

圖3 馬鈴薯生全粉和熟全粉的動態流變曲線

3 結論

檸檬酸、抗壞血酸和半胱氨酸三種護色劑對馬鈴薯生全粉均有護色效果，但不同護色劑之間差異顯著。本文以檸檬酸和半胱氨酸為馬鈴薯生全粉加工中的護色劑，并以其質量濃度和護色時間進行正交實驗，既保證良好的護色效果，又有效抑制多酚氧化酶酶活。加工特性研究表明，熟全粉前期加工性能與生全粉類似，但后期與黏度相關的加工性能已經完全喪失。同時與熟全粉相比，生全粉G′、G″顯著降低，tanδ增加，呈現趨于流體的性質，更有利于其在馬鈴薯主食化加工生產中的利用。