馬鈴薯生全粉制備過(guò)程中復(fù)合護(hù)色工藝的優(yōu)化

王新偉*，趙仁勇，王彥波，婁海偉

河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院（鄭州 450001）

2015年中國(guó)啟動(dòng)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，推進(jìn)把馬鈴薯加工成饅頭、面條、米粉等主食。2016年2月23日，農(nóng)業(yè)部發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，將馬鈴薯作為主糧產(chǎn)品進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。馬鈴薯生全粉因具有保留馬鈴薯全部營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味及功能特性等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛關(guān)注。但馬鈴薯生全粉加工過(guò)程中褐變則是制約馬鈴薯開(kāi)發(fā)利用的問(wèn)題之一。護(hù)色技術(shù)是馬鈴薯制粉過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

護(hù)色主要有物理、化學(xué)和生物三類方法，旨在抑制馬鈴薯全粉加工過(guò)程中的酶促褐變和非酶褐變，保證馬鈴薯全粉的色澤和品質(zhì)。物理方法主要包括熱處理、超聲波處理、涂膜技術(shù)等。在馬鈴薯制粉過(guò)程中，熱處理備受青睞。熱處理主要通過(guò)鈍化酶活性實(shí)現(xiàn)護(hù)色[1]?；瘜W(xué)方法主要包括單一化學(xué)護(hù)色技術(shù)、復(fù)合化學(xué)護(hù)色技術(shù)及天然化學(xué)提取物護(hù)色技術(shù)[2]。Tsouvaltzis等[3]研究檸檬酸對(duì)馬鈴薯切片酶促褐變的影響，發(fā)現(xiàn)1%（pH 2.42）或2%（pH 2.24）檸檬酸溶液對(duì)抑制馬鈴薯切片褐變的效果顯著。Ali等[4]研究5種氨基酸（甘氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸）對(duì)馬鈴薯褐變的影響。結(jié)果表明，前4種氨基酸在高濃度條件下可誘導(dǎo)馬鈴薯褐變，低濃度條件下可抑制褐變；半胱氨酸濃度越高，抑制褐變效果越明顯，經(jīng)過(guò)光譜和LC-ESI-MS分析得出，半胱氨酸具有抑制酶活和與醌反應(yīng)生成無(wú)色加合物的雙重作用，因此可很好地抑制褐變。Rocculi等[5]研究檸檬酸、抗壞血酸、L-半胱氨酸對(duì)馬鈴薯褐變的影響。結(jié)果表明，L-半胱氨酸不僅對(duì)防褐變有效果，而且對(duì)馬鈴薯細(xì)胞膜的穩(wěn)定性有一定積極作用。沈存寬[6]研究亞硫酸、檸檬酸、抗壞血酸對(duì)馬鈴薯生全粉的護(hù)色效果。結(jié)果表明，0.018%亞硫酸、0.4%檸檬酸、0.05%抗壞血酸復(fù)合護(hù)色20 min，可得到色澤好且二氧化硫殘留率低的馬鈴薯生全粉。

熱處理雖然可以達(dá)到一定護(hù)色效果，但是長(zhǎng)時(shí)間高溫處理會(huì)造成可溶性物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)損失、淀粉糊化及蛋白質(zhì)變性等，不利于馬鈴薯生全粉開(kāi)發(fā)和利用。熱處理不適用于馬鈴薯生全粉的加工；生物護(hù)色方法是護(hù)色技術(shù)新領(lǐng)域，但在馬鈴薯加工方面研究較少；化學(xué)護(hù)色技術(shù)操作簡(jiǎn)單、效率高、適應(yīng)于工業(yè)化生產(chǎn)，且復(fù)合護(hù)色技術(shù)又優(yōu)于單一護(hù)色技術(shù)。但某些化學(xué)護(hù)色方法存在營(yíng)養(yǎng)損失高、化學(xué)物質(zhì)殘留等問(wèn)題。因此，主要針對(duì)馬鈴薯生全粉制備工程中的護(hù)色技術(shù)進(jìn)行研究，通過(guò)單因素及正交優(yōu)化試驗(yàn)，以期優(yōu)化出一種無(wú)毒非硫的復(fù)合護(hù)色工藝，提高抑制褐變的效果和改善馬鈴薯生全粉色澤。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮荷蘭十五馬鈴薯（干物質(zhì)含量20.64%，河南省鄭州市萬(wàn)邦水果蔬菜批發(fā)市場(chǎng)）；檸檬酸（分析純，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠）；氯化鈉（分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司）；L-半胱氨酸、抗壞血酸（優(yōu)級(jí)純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；冰醋酸（分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司）；食鹽（中鹽河南鹽業(yè)物流配送有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

101A-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司）；FW177高速萬(wàn)能粉碎機(jī)（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；100目篩（浙江上虞市五四儀器篩具廠）；Seven Easy pH計(jì)（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；CX0604色差計(jì)（美國(guó)Hunterlab公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 生全粉的制備

馬鈴薯生全粉的制備工藝流程如下所示。其中，馬鈴薯塊為1 cm3正方體，塊狀浸泡護(hù)色比片狀護(hù)色更易攪拌，比條或絲狀護(hù)色營(yíng)養(yǎng)損失少；護(hù)色料液比2∶3；粉碎時(shí)需間歇式粉碎，以免粉碎時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，儀器過(guò)熱導(dǎo)致蛋白變性及不耐熱的維生素被破壞等。

新鮮荷蘭十五馬鈴薯→挑揀→清洗→去皮→切塊（1 cm3）→護(hù)色20 min→鼓風(fēng)干燥（60℃，12 h）→粉碎→過(guò)100目篩→裝袋備用

1.3.2 色澤的測(cè)定

用色差計(jì)測(cè)定馬鈴薯生全粉的L*。L*表示亮度，L*值越大顏色越淺，L*值越小越深。

1.3.3 多酚氧化酶活性的測(cè)定

多酚氧化酶（PPO）活性的測(cè)定參照文獻(xiàn)[7]，采用分光光度法。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

單因素試驗(yàn)分別選取檸檬酸、L-半胱氨酸、氯化鈉作為考察因素，研究3個(gè)因素不同水平對(duì)馬鈴薯生全粉L*值的影響。其中檸檬酸、L-半胱氨酸、氯化鈉選取水平如表1。

表1 單因素試驗(yàn)選取的不同水平

1.3.5 正交優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇檸檬酸（A）、L-半胱氨酸（B）、氯化鈉（C）3個(gè)因素，以L*值為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，優(yōu)化參數(shù)。正交試驗(yàn)各因素水平如表2。

表2 正交試驗(yàn)因素與水平

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗(yàn)至少重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（mean±SD）。采用軟件SPSS 20.0和Origin 8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 檸檬酸對(duì)馬鈴薯生全粉的護(hù)色效果

檸檬酸在甘薯[8]、牛肉[9]等食品加工中作為護(hù)色劑使用。檸檬酸作為一種食品中常用的有機(jī)酸，其中3個(gè)羧基可與PPO中Cu2+產(chǎn)生較強(qiáng)螯合作用，從而抑制馬鈴薯中PPO活性；檸檬酸可調(diào)節(jié)體系pH，使馬鈴薯中PPO遠(yuǎn)離其最適作用范圍而降低活性，對(duì)褐變也有一定抑制作用[7]。檸檬酸濃度對(duì)馬鈴薯生全粉L*影響見(jiàn)圖1所示。結(jié)果表明，隨著檸檬酸濃度的增大，L*值呈先升高后降低趨勢(shì)。檸檬酸濃度在0.1%～0.4%范圍時(shí)，隨著濃度增大，L*值呈顯著上升趨勢(shì)（p＜ 0.05）；濃度為0.4%時(shí)，L*值達(dá)到最大值，即90.19，之后略有下降趨勢(shì)，主要是因?yàn)闄幟仕釢舛冗^(guò)高，pH太低，對(duì)金屬離子螯合作用減弱；濃度在0.5%～0.6%范圍時(shí)，L*值無(wú)顯著變化（p＞0.05）。

2.1.2 L-半胱氨酸對(duì)馬鈴薯生全粉的護(hù)色效果

L-半胱氨酸也常作為護(hù)色劑[10]。半胱氨酸護(hù)色的作用機(jī)理復(fù)雜，主要有2種解釋：一是半胱氨酸與中間體（褐變過(guò)程中生成的醌）反應(yīng)形成穩(wěn)定的無(wú)色化合物，從而達(dá)到抑制褐變目的；二是半胱氨酸與酶活性中心的銅離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物[11]，從而抑制馬鈴薯中PPO活性。L-半胱氨酸濃度對(duì)馬鈴薯生全粉L*的影響見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，隨著L-半胱氨酸濃度增大，L*值呈先升高后降低。L-半胱氨酸濃度在0.05%～0.15%范圍時(shí)，隨著濃度增加，L*值呈顯著升高趨勢(shì)（p＜0.05）；濃度為0.15%時(shí)，L*值達(dá)到最大值。濃度在0.2%～0.25%范圍時(shí)，L*值無(wú)顯著變化（p＞ 0.05）。濃度在0.25%～0.3%范圍時(shí)，L*值呈顯著降低（p＜0.05）。

圖1 檸檬酸濃度對(duì)馬鈴薯生全粉L*影響

圖2 L-半胱氨酸濃度對(duì)馬鈴薯生全粉L*影響

2.1.3 氯化鈉對(duì)馬鈴薯生全粉的護(hù)色效果

氯化鈉在面制品改良[12]、果蔬保鮮[13]及制粉過(guò)程中的護(hù)色[14]等方面均有報(bào)道。氯化鈉護(hù)色的主要作用機(jī)理是隔絕氧氣與酚類物質(zhì)接觸，破壞褐變反應(yīng)條件，同時(shí)Na+與多酚氧化酶中Cu2+競(jìng)爭(zhēng)，降低酚類物質(zhì)活性[15]。

從圖3可知，隨著氯化鈉濃度增大，L*值呈先升高后降低。氯化鈉濃度在0.1%～0.7%范圍時(shí)，隨著濃度增加，L*值呈顯著升高趨勢(shì)（p＜0.05）；濃度為0.7%時(shí)，L*值達(dá)到最大值。濃度在0.7%～1.1%范圍時(shí)，L*值顯著降低（p＜0.05）。

圖3 氯化鈉濃度對(duì)馬鈴薯生全粉L*影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

以馬鈴薯生全粉L*值作為考察指標(biāo)，以檸檬酸、L-半胱氨酸及氯化鈉的濃度為因素的正交試驗(yàn)結(jié)果如表3，方差分析結(jié)果如表4。

由表3可知，影響馬鈴薯生全粉L*值的因素的主次順序?yàn)椋簷幟仕幔韭然c＞L-半胱氨酸，且復(fù)合護(hù)色比單一護(hù)色效果更好，其他研究也得出相同結(jié)論[16]，最佳復(fù)合護(hù)色工藝為：0.5%檸檬酸、0.1% L-半胱氨酸及0.5%氯化鈉。從表4可知，檸檬酸對(duì)馬鈴薯生全粉的L*具有顯著影響（p＜0.1），L-半胱氨酸和氯化鈉對(duì)其影響不顯著（p＞0.1）。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

表4 護(hù)色工藝正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

2.3 最佳工藝的試驗(yàn)驗(yàn)證

在室溫下，以最佳復(fù)合護(hù)色工藝（0.5%檸檬酸+ 0.1% L-半胱氨酸+0.5%氯化鈉溶液），對(duì)馬鈴薯方塊（1 cm3正方體）護(hù)色處理20 min后，干燥、粉碎、過(guò)篩，制備馬鈴薯生全粉，并測(cè)定L*值和PPO抑制率，分別與空白樣品、文獻(xiàn)方法[8, 17-18]制備的馬鈴薯粉相比較，結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明，采用最佳復(fù)合護(hù)色時(shí)，L*值91.09左右，L*值高于空白樣品及其他工藝（p＜0.05）。Krishnan等[8]采用1%醋酸溶液浸泡1 h，L*值較低，護(hù)色效果不明顯，且影響生全粉風(fēng)味。王慶國(guó)[17]采用1%食鹽溶液護(hù)色3 h，L*值較高，說(shuō)明食鹽不僅對(duì)新鮮馬鈴薯有防褐變效果，對(duì)制備生全粉護(hù)色也有顯著效果，但護(hù)色時(shí)間太長(zhǎng)。潘鋒等[18]采用0.8%抗壞血酸溶液，護(hù)色10 min，L*值最低，護(hù)色效果最差，對(duì)外觀有顯著負(fù)影響。研究表明，復(fù)合護(hù)色要優(yōu)于單一護(hù)色。因?yàn)槠涓尤孀o(hù)色效果，對(duì)PPO抑制率87.98%，遠(yuǎn)高于其他單一護(hù)色劑。

表5 不同護(hù)色工藝的護(hù)色效果的比較

3 結(jié)論

為優(yōu)化馬鈴薯生全粉無(wú)硫復(fù)合護(hù)色工藝，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察檸檬酸、L-半胱氨酸和氯化鈉3種護(hù)色劑對(duì)馬鈴薯生全粉色澤的影響，優(yōu)選3種護(hù)色劑合適的添加范圍；通過(guò)正交試驗(yàn)，得到檸檬酸-L-半胱氨酸-氯化鈉無(wú)硫復(fù)合護(hù)色劑的最佳護(hù)色配比為：0.5%檸檬酸、0.1% L-半胱氨酸、0.5%氯化鈉。該復(fù)合護(hù)色優(yōu)于單一護(hù)色效果，可使生全粉具有良好色澤，使制得的馬鈴薯生全粉亮度值L*達(dá)91.09，多酚氧化酶抑制率達(dá)87.98%。試驗(yàn)為馬鈴薯生全粉加工中的無(wú)硫復(fù)合護(hù)色工藝提供參考和依據(jù)，提供一種保留馬鈴薯的全部營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味及功能特性等優(yōu)點(diǎn)的原料，對(duì)促進(jìn)馬鈴薯主食化具有積極作用。