馬鈴薯-秈米粉特性及其擠壓成型品質

衛 萍 張雅媛 游向榮 孫 健 王 穎 李明娟 周 葵

(廣西農業科學院農產品加工研究所；廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，南寧 530007)

馬鈴薯營養豐富且均衡，其主要成分為淀粉，還含有許多對人體健康有益的活性物質，馬鈴薯中含有的豐富膳食纖維能幫助腸道更好地消化和吸收食物，有助于降低罹患結腸癌和心臟病的風險[1]。在西方發達國家和地區，馬鈴薯以主食形式消費，但在我國主要以蔬菜或雜糧形式食用[2]。隨著國家馬鈴薯主糧化戰略的提出，馬鈴薯加工產品日漸增多，品種日趨豐富[3]。米粉(又稱米線、餌絲等)是我國南方居民喜食的主食之一，以其具有方便快捷、營養合理、口味多樣等特點深受消費者喜愛[4]。諶珍等[5]比較添加量為50%的馬鈴薯米粉與普通米粉營養成分以及食用品質的差異，證實了其營養高于普通米粉。因而，在米粉中添加馬鈴薯，加工成馬鈴薯米粉既符合我國居民的飲食習慣，亦滿足了人們對營養型主食的要求，這對我國馬鈴薯資源開發利用無疑具有重要意義。但在實際生產中，由于馬鈴薯全粉中的淀粉易糊化，難老化，與小麥淀粉、玉米淀粉等相比，膨脹率大、黏度熱穩定性差，對大米加工品質有一定影響[6]。雷婉瑩等[7]研究表明，馬鈴薯全粉添加量≤50%時加工出的馬鈴薯擠壓重組米品質較好。馬鈴薯全粉的添加量、馬鈴薯全粉-碎米混合粉糊化特性與馬鈴薯擠壓重組米品質特性存在顯著相關性(P<0.05)。王然[8]研究發現，馬鈴薯全粉含量的增加會提高發酵型米粉樣品中淀粉和蛋白質的含量，對米粉樣品的質構和蒸煮品質有顯著的影響，馬鈴薯全粉添加量為10%的米粉樣品的感官評分最高。然而關于馬鈴薯對秈米粉糊化特性、流變特性、凝膠質構和微觀結構及米粉品質的系統研究還較少。

本實驗研究不同添加量馬鈴薯全粉對秈米粉糊化、流變、凝膠質構和微觀結構的影響，并進一步通過螺桿擠壓技術制成米粉，研究馬鈴薯全粉添加量對米粉蒸煮、質構、色澤等的影響，明確馬鈴薯加工特性與米粉品質的關系，為馬鈴薯米粉加工及品質提升提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 原料及設備

馬鈴薯全粉；早秈米粉(品種為桂朝)，前期通過萬能粉碎機粉碎制得。

KDN系列凱氏定氮分析儀；SZF-06A粗脂肪測定儀；SZ-60型米粉機；RVA4800型快速黏度測定儀；DHR-1型流變儀；LGJ-18冷凍干燥機；F16502型掃描電鏡(表面微觀測試儀)；CT3質構分析儀；NH300型高品質便攜式電腦色差儀。

1.2 方法

1.2.1 馬鈴薯全粉和秈米粉基本組分的測定

水分含量測定參照GB/T 5009.3—2010；蛋白含量測定參照GB5009.5—2016；粗脂肪含量測定參照GB5009.6—2016；粗纖維含量測定參照GB/T5009.10—2003；粗總淀粉含量測定參照GB5009.9—2016；直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測定參照GB/T 15683—2008。

1.2.2 馬鈴薯-秈米混合粉的制備

將馬鈴薯全粉和秈米粉過100目篩，按照不同比例(0%、10%、20%、30%、40%、50%，以馬鈴薯全粉-秈米粉混合粉質量計)將馬鈴薯全粉和秈米粉充分混合均勻。

1.2.3 糊化特性的測定

采用RVA快速黏度儀對不同馬鈴薯-秈米混合粉進行糊化特性測定。根據待測樣水分含量，以混合粉的基準含水量為14%，添加量3.0 g為標準添加樣品分散到蒸餾水25 mL中，每個試樣重復測試3次。RVA測定程序：1 min內轉速由960 r/min降到160 r/min并保持穩定，從50 ℃開始升溫，經過3 min 42 s升至95 ℃，并保溫2.5 min，再經過3 min 48 s降溫至50 ℃后恒溫2 min，測試結束，得到混合粉的糊化特征參數。

1.2.4 流變學特性測定

參考張雅媛等[9]的方法加以改進，取馬鈴薯-秈米混合粉，采用DHR-1型流變儀測定，用平板-平板測量系統，平板直徑40 mm，設置間隙1 mm。動態黏彈性測定：測定溫度25 ℃，通過預實驗中對線性黏彈區的測定，確定掃描應變值為1%，測定振蕩頻率設為0.1～10 Hz內貯能模量(G′)、損耗模量(G″)、損耗角正切tanδ隨角頻率變化的情況，測定樣品的黏彈性。

動態時間掃描：將樣品置于平板上進行溫度平衡5 min，溫度4 ℃，掃描應變1 %，在頻率0.5 Hz條件下測定1 h內樣品貯能模量(G′)和tanδ的變化情況。

1.2.5 凝膠質構特性的測定

首先，梳理改善前流程圖，確定改善重點。明確卒中患者入院便應進行吞咽功能評估，然后根據吞咽障礙情況，在防止肺部感染的同時，加強患者營養。

采用CT3質構儀測定，將1.2.3處理得到的樣品糊，倒入塑料模具(3 cm×3 cm×2.5 cm)中鋪平，蓋上蓋子防止水分揮發，4 ℃條件下放置24 h，取出后于室溫條件下放置30 min。使用TA-5圓柱型探頭，質構測試模式：TPA，在多次預實驗基礎上確定測試距離為：4 mm，測試速度：1.0 mm/s，觸發力：5.0 g，間隔時間：10 s，數據采集：200 pp/s，每組進行6次平行實驗。根據數值穩定性選取硬度、彈性、膠著性和咀嚼度作為考察指標。

1.2.6 掃描電鏡

參考高利等[10]的處理方法，將1.2.3處理得到的樣品糊，倒入塑料模具(1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm)中，4 ℃下放置24 h，用3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸緩沖液沖洗后，再用30%、50%、70%、90%和100%的乙醇梯度洗脫，經真空冷凍干燥后，離子濺射噴金60 s，置于掃描電子顯微鏡下觀察，取500倍放大圖片保存。

1.2.7 擠壓米粉制備

按馬鈴薯全粉與早秈米干質量比0∶100、10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50稱好，然后將早秈米浸泡3 h后磨漿，分別與不同量馬鈴薯全粉混勻加水調漿至手捧米漿不斷時，打開米粉機開關，設置溫度110 ℃，待溫度達到90 ℃以上時即可生產。

1.2.8 米粉品質評價

透射比：參考衛萍等[11]的方法。準確稱量5.0 g的米粉于250 mL的燒杯中，加入100 mL沸水浸泡2 min，取上清液于620 nm比色，空白采用蒸餾水。

吐漿值：參考衛萍等[11]的方法。從試樣中任取20 cm長的完整米粉10根，在實驗前稱重(m1)，放入盛有500 mL沸水的燒杯中煮沸5 min后，取出全部米粉，待水溶液冷卻后，全部倒入500 mL容量瓶中定容，搖勻后吸取50 mL溶液放入干燥好的坩堝中稱重(m2)，于(105±2) ℃條件烘干至恒重(m3)。按公式計算吐漿值：

R1=10×(m2-m3)/m1(1-M)

式中：R1為吐漿值/%；M為米粉含水量/%。

斷條率：取20根直徑均勻，長度約15 cm的米粉煮至最佳蒸煮時間后，淋洗、瀝水并記錄斷條數(n)。斷條率=[n/20]×100%

式中：n為米粉經蒸煮后的斷條數。

質構特性：參考衛萍等[11]的方法，測試參數略做改動。取3根長10 cm、厚度2 mm的米粉擦干表面水分，平鋪于測試臺上，保持米粉間距一致，選用TPA模式進行測定。參數條件：測試探頭：TA5，測試前速度：2 mm/s、測試速度：1 mm/s、測試后速度：2 mm/s、形變量為50%、負載為10 g、間隔時間5 s、數據采集200 pp/s，每個樣品平行實驗6次。根據數值穩定性選取硬度、彈性、膠著性和咀嚼性作為考察指標。

米粉拉伸性能：參考衛萍等[11]的方法，采用TA-DGA進行拉伸測試。參數條件：目標距離：50 mm、調整測量量：60 mm、負載：10 g、拉伸速度：2 mm/s，平行實驗6次。

1.2.9 米粉色差測定

米粉色澤測定采用色差計，用Lab表色系統表示產品的色澤，其中L為亮度；a為紅綠之間的色澤；b為黃藍之間的色澤。每個米粉樣品測試3次。

1.3 數據處理

采用Origin 8.01和SPSS17.0數據處理軟件對數據進行分析，并用Duncan法進行顯著性分析(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 原料的基本組分分析

由表1可知馬鈴薯全粉的水分、脂肪、蛋白、總淀粉、支鏈淀粉含量低于秈米粉；而馬鈴薯全粉中粗纖維以及直鏈淀粉含量高于秈米粉。原料基本組分的差異性，將會導致混合粉糊化、流變和凝膠特性的不同，進而影響擠壓米粉的品質。

2.2 馬鈴薯-秈米混合粉的糊化特性

馬鈴薯-秈米混合粉的糊化特性見表2。隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，馬鈴薯-秈米混合粉的糊化溫度和峰值時間變化不顯著，而峰值黏度、最低黏度、最終黏度、崩解值和回生值均低于秈米粉，且各項糊化特性參數均隨馬鈴薯全粉添加量的增加不斷減小。可能與馬鈴薯淀粉的結構、顆粒形狀、粒徑、相對分子量、直鏈淀粉和支鏈淀粉比例等因素有關[12]。馬鈴薯淀粉的微結晶形結構具有弱的、均一的結合力，而谷物淀粉的微結晶結構是弱力和強力兩種結合，水分子進入所需能量大，所以大米糊化溫度較之馬鈴薯全粉較高[13]。峰值黏度、最低黏度、最終黏度越低說明馬鈴薯淀粉顆粒具有較低的膨潤力，在糊化升溫過程中的膨脹程度越小，其一方面與混合粉中總淀粉含量減少，糊化體系中淀粉濃度降低有關；另一方面膳食纖維含量增大，馬鈴薯全粉中的膳食纖維可抑制淀粉顆粒的溶脹[7]。此外，馬鈴薯-秈米混合粉中的纖維素等阻礙了淀粉以氫鍵重新締合，馬鈴薯全粉中非淀粉多糖也會競爭結合水分，阻礙淀粉的吸水膨脹，導致糊化黏度下降[14]。崩解值是峰值黏度與谷值黏度的差值，崩解值越低，說明淀粉熱糊穩定性越強[15]，由表2可知馬鈴薯全粉的加入提高了馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠穩定性；回生值表征了老化趨勢的強弱，回生值越低，說明淀粉冷糊穩定性強，不易發生老化，凝膠性弱[16]。添加了馬鈴薯全粉后秈米粉的回生值顯著降低，說明其可減緩大米粉老化，這可能與混合粉中直鏈淀粉的聚合度以及支鏈淀粉的結構有關，馬鈴薯淀粉中支鏈淀粉含量較高，且混合粉中的蛋白質、纖維素會阻礙淀粉以氫鍵重新締合，導致淀粉糊化后不易老化回生[17]。這與研究報道馬鈴薯全粉可以延緩大米粉老化的結果一致[18,7]。

2.3 馬鈴薯-秈米混合粉的動態流變學特性

圖1為不同頻率下馬鈴薯-秈米混合粉的動態流變學圖譜。由圖1a和圖1b可見，秈米粉和馬鈴薯-秈米混合粉的彈性模量(G′)均遠大于其黏性模量(G″)，G′與G″均隨頻率增加而上升，表現為典型的弱凝膠動態流變學譜圖[19]。然而，隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，G′和G″，tanδ逐漸增加(圖1c)，G′越小，tanδ越大，說明體系黏性比例越大，彈性比例越小，表明添加馬鈴薯全粉會弱化米粉自身凝膠網絡。原因可能是淀粉含量的減少以及粗纖維含量的增加，使馬鈴薯-秈米混合粉的最終糊化黏度降低(表2)。最終黏度高往往伴隨著較高的彈性模量[20]。

表1 原料的基本組分含量

注：同列不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)，余同。

表2 秈米粉和馬鈴薯-秈米混合粉的糊化特性

2.4 馬鈴薯-秈米混合粉的動態時間流變學性能

圖2為4 ℃下秈米粉和馬鈴薯-秈米混合粉在1 h內的動態時間流變學變化趨勢，淀粉的回生是一種非平衡熱可逆的再結晶過程，分為短期回生和長期回生。在老化過程中，直鏈淀粉通過結晶負責凝膠結構的短期回生，而支鏈淀粉負責長期重排，是一個相對緩慢長期的過程。由圖2可知，隨著馬鈴薯全粉添加量的増加，G′和G″呈下降趨勢，tanδ呈上升趨勢，說明凝膠體系彈性、強度和剛性降低。從回生趨勢來看，前期秈米粉彈性模量増加較快，而后相對趨于平穩，但依然在增加。其中10%馬鈴薯全粉對秈米粉的G′、G″和tanδ影響較小，隨著添加量繼續増大，馬鈴薯-秈米混合粉的G′増加速度降低，說明添加馬鈴薯全粉對抑制秈米粉的短期和長期回生有一定效果。

2.5 馬鈴薯-秈米混合粉凝膠的掃描電鏡

由圖3可知，秈米凝膠結構的掃描電鏡圖較為平滑致密，孔洞雖多，但是基本上沒有較大的孔洞。隨著馬鈴薯全粉含量的逐漸増大，馬鈴薯-秈米混合粉凝膠表面變得粗糙，但孔洞變少，其原因可能是，一方面馬鈴薯全粉具有良好的吸水性，而且馬鈴薯淀粉的微結晶形結構具有弱且均一的結合力更易糊化，形成較為穩定的凝膠；另一方面馬鈴薯-秈米混合粉粗纖維含量逐漸増加，與淀粉之間的相容性變差，影響了凝膠結構的連續性。

2.6 馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠質構特性

由表3可知，隨著馬鈴薯全粉添加量的増加，馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠硬度、膠著性和咀嚼度逐漸降低，但彈性變化不顯著(P>0.05)。淀粉凝膠的硬度與直鏈淀粉含量密切相關，直鏈淀粉含量越高，分子相互間的交聯和纏繞的程度就越高，淀粉凝膠的強度就越大，硬度、咀嚼性和黏性就越大，支鏈淀粉分子的相互纏繞則使得淀粉凝膠具有軟的結構不易破壞[21]。凝膠的硬度主要是由淀粉凝膠的回生引起的，這與凝膠的脫水收縮以及淀粉的晶型有關[22]。劉佳等[23]研究表明，A型淀粉分子構象為棒狀，有利于分子緊密排列，使A型淀粉凝膠硬度較大，B型淀粉分子構象為無規則卷曲狀，在淀粉重結晶過程中有序化相對較低，更容易形成網狀結構，凝膠硬度較小。而馬鈴薯淀粉的晶型為B型[24]，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，混合粉中直鏈淀粉降低，B晶型淀粉含量增加，導致凝膠強度降低。此外，馬鈴薯全粉中的粗纖維由于與淀粉的不相容性，亦可能破壞淀粉凝膠結構的連續性和致密性(如圖3)，導致馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠硬度、膠著性和咀嚼度顯著降低。

圖1 馬鈴薯-秈米混合粉的動態流變學特性

圖2 馬鈴薯-秈米混合粉動態時間流變學特性

圖3 馬鈴薯-秈米混合粉凝膠結構掃描電鏡圖(×500)

表3 秈米粉和混合粉的凝膠質構特性

2.7 米粉的蒸煮性質

由表4可知，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，米粉的蒸煮時間和透射比減少、吐漿值和斷條率增加。根據LII等[25]報道，米粉的蒸煮損失應小于10%，而由表4可知，各實驗組米粉的吐漿值都顯著高于市售米粉，這可能與馬鈴薯溶于水，且本研究未添加任何米粉改良劑有關。馬鈴薯全粉添加量為30%時，米粉斷條率僅為7.08%。蒸煮損失和斷條率主要與淀粉凝膠網絡強度有關[26]，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，樣品凝膠強度明顯降低(表3)，導致吐漿值和斷條率上升。米粉的蒸煮損失、吸水率和斷條率與淀粉的凝膠網絡強度有關，而蒸煮時間主要與淀粉的相對含量與類型有關[27]。隨著馬鈴薯全粉添加量增加，粗纖維含量亦增加，這破壞了淀粉連續性的三維凝膠網絡結構，使得凝膠結構中有較多的空洞出現，引起馬鈴薯米粉吐漿值和斷條率的升高。同時，馬鈴薯全粉添加量增加，馬鈴薯-秈米混合粉更易糊化，這導致蒸煮時間減少。總體而言，不同添加量馬鈴薯全粉的擠壓米粉蒸煮品質與市售米粉還存在一定差異。但馬鈴薯全粉添加量在30%以內，米粉仍具有可接受的蒸煮品質。

表4 不同添加量馬鈴薯鮮濕米粉蒸煮指標測定結果

2.8 米粉的質構特性

由表5可知，與市售米粉相比，自制純米粉的硬度值顯著增大(P<0.05)，膠著性顯著減小(P<0.05)。分析原因一方面可能是所使用的大米品種不同，另一方面市售米粉中常添加小麥或玉米淀粉，對米粉的品質有一定的改善作用；與自制純米粉相比，馬鈴薯全粉添加量從0%增加至40%時，馬鈴薯-秈米混合粉擠壓米粉的硬度、彈性、膠著性值均降低；咀嚼度是硬度、彈性和內聚性的乘積，受這3個參數的影響[28]，導致咀嚼度亦逐漸下降。拉伸測試結果見表6，結果顯示隨著馬鈴薯全粉添加量增大，米粉的拉伸性能亦下降。馬鈴薯-秈米混合粉凝膠特性是影響米粉凝膠特性的最主要因素。其中，硬度、彈性和咀嚼度對米粉質構品質影響較大。因此，在不添加米粉改良劑的情況下，馬鈴薯全粉添加量應控制在30%以內。

表5 不同添加量馬鈴薯鮮濕米粉TPA測試結果

注：“—”表示米粉成型性差無法測定，余同。

表6 不同添加量馬鈴薯鮮濕米粉拉伸性能測試結果

2.9 米粉的色差

由表7可知，添加馬鈴薯全粉后米粉L值減小，但添加量為20%時與市售米粉無顯著差異(P>0.05)；馬鈴薯全粉添加量繼續增大，L值則顯著減小(P<0.05)。添加馬鈴薯全粉米粉a值和b值相比市售米粉顯著增大(P<0.05)，說明馬鈴薯米粉與市售米粉品質有一定的差異。與自制純米粉相比，馬鈴薯全粉添加量達20%時，L值顯著減小(P<0.05)，a值顯著增大(P<0.05)，但L值添加量范圍20%～40%內變化差異不顯著(P>0.05)；馬鈴薯添加量達30%時黃值b顯著增大(P<0.05)。說明添加馬鈴薯達到一定的量后對米粉色差影響較大，綜合考慮在不添加米粉改良劑的情況下，建議馬鈴薯全粉添加量控制在30%以內。

表7 鮮濕馬鈴薯米粉色差

3 結論

馬鈴薯全粉的添加對秈米粉加工特性有著較大影響，秈米粉的理化、糊化、凝膠質構特性和擠壓成型后米粉的品質發生了顯著變化。隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，降低了馬鈴薯-秈米混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、回生值、糊化溫度、彈性模量、黏性模量、以及混合凝膠的硬度、膠著性和咀嚼度；馬鈴薯-秈米混合粉糊化后的凝膠呈現出較少、均勻程度相同的孔狀結構，且連接較緊密；馬鈴薯全粉的添加導致米粉的吐漿值和斷條率增加，米粉的蒸煮時間、透射比、硬度、膠著性、咀嚼度、峰值負載和峰值負載形變量降低。此外，添加馬鈴薯全粉對米粉的亮度值L、紅值a和黃值b均影響較大。但馬鈴薯全粉添加量在30%以內，米粉仍具有可接受的品質。