酸處理對烤馬鈴薯條品質的影響

胡冰冰, 劉 淼, 曹 賡, 陳學亭, 溫成榮

(大連工業大學食品學院;國家海洋食品工程技術中心;海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心1,大連 116034)

(浙江寶寶饞了食品科技有限公司2,杭州 310020)

馬鈴薯是典型的塊莖類植物,是繼小麥、稻谷、玉米之后的全球第四大糧食作物[1]。馬鈴薯營養豐富,包括全蛋白、多酚、花青素、維生素C等,有著養脾胃、抗衰老等作用[2,3]。2015年中國正式啟動馬鈴薯主糧化戰略,使其受到了諸多關注和研究[4]。馬鈴薯有著較強的加工轉化能力,國外特別是發達國家的馬鈴薯加工水平較高[5],而我國更多是以鮮食為主,在加工技術方面還有待提升[6]。烤制作為重要的加工方式,與炸制相比,烤馬鈴薯條的脂肪含量低[7];與煮制相比,揮發性風味物質更為豐富[8],烤馬鈴薯條更能滿足于現代人對健康產品的需求。但目前焙烤馬鈴薯產品較少,關鍵問題在于其色澤較深,質地較軟,不符合現代人的喜好。

酸浸泡處理是果蔬加工的重要前處理方式,對馬鈴薯的色澤、質構等品質有明顯影響。在生活中,醋溜土豆絲比清炒土豆絲的口感更加爽脆。吳洪成等[9]利用檸檬酸和氯化鈣保護馬鈴薯條的色澤,護色液可有效抑制多酚氧化酶的活性,減少褐變產物的生成。鄒妍等[10]認為乙酸和氯化鈣浸泡后防止了果膠的降解,熱加工后馬鈴薯片的硬度有所提高。Zhao等[11]認為醋酸處理提高煮熟馬鈴薯的硬度與細胞壁多糖結構的溶解有關。可見,酸預處理是改善烤馬鈴薯條品質的潛在方法。

本研究采用不同質量分數的檸檬酸、蘋果酸和醋酸溶液對馬鈴薯條進行浸泡處理,通過分析烤馬鈴薯條的質構、色度、失重率、微觀結構、水分分布和風味物質的變化,結合浸泡液pH變化,闡明了不同酸處理對烤馬鈴薯條品質的作用,旨在為馬鈴薯加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯,品種:大西洋,9月采收后儲藏于4 ℃冷庫中,11月取樣;檸檬酸、蘋果酸、醋酸,食品級;所用有機溶劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

TA. XT. Plus質構儀,UltraScan Pro測色儀,NMI20-030H-Ⅰ核磁成像分析儀,S210 pH計,JSM-7800F場發射掃描電子顯微鏡,CF16RX Ⅱ高速冷凍離心機,ACS型防水計重秤,SCC-WE101型萬能蒸烤箱,7 mm馬鈴薯切條機。

1.3 馬鈴薯條烤制

將馬鈴薯(直徑4～5 cm,質量60～80 g)用清水洗凈,去皮,用切條機切成0.7 cm×0.7 cm×4 cm的長條。用清水洗去表面淀粉后,分別經質量分數為0.5%、1%和2%的檸檬酸、蘋果酸和醋酸溶液在4 ℃浸泡1、3、5 h,以蒸餾水浸泡為對照,然后在200 ℃條件下烤15 min。室溫(25 ℃)冷卻約20 min后,分別用保鮮膜密封好,裝入真空密封袋中,封口,置于4 ℃冷庫中保存,用后期分析。

1.4 馬鈴薯條浸泡液pH的測定

使用pH計測定浸泡液浸泡馬鈴薯條0、1、2、3、4、5 h后,pH的變化。

1.5 烤馬鈴薯條失重率的測定

采用質量法測定烤馬鈴薯條失重率。

式中:m0為馬鈴薯條烤前的質量/g;m1為馬鈴薯條烤后的質量/g。

1.6 烤馬鈴薯條水分分布的測定

參考李培燕等[12]測定方法,將待測樣品轉入核磁共振專用樣品管進行檢測,采用T2加權成像,成像面為垂直于馬鈴薯條樣品的中間位置。測定參數為:探頭線圈直徑為60 mm,視野為100 mm×100 mm,掃描次數為2次,T2加權成像TR為1 500 ms,回波時間為50 ms,采樣次數NS為4,經傅里葉重建后統一映射,將圖像轉換成偽彩圖進行比對分析。

1.7 烤馬鈴薯條質構特性的測定

采用質構儀進行測定。硬度參考劉淼等[13]方法,測定參數為,探頭:P/6,測前速率:1.00 mm/s,測時速率:1.00 mm/s,測后速度:1.00 mm/s,測試距離:30.00 mm,壓縮率:60%,觸發力:5.0 g,間隔時間:3 s,觸發力類型:自動。剪切力測定參數為,探頭:HDP/BS,測前速率:1.00 mm/s,測試速率為0.5 mm/s,測后速率:1.00 mm/s,剪切距離為15 mm,觸發力:5.0 g。

1.8 烤馬鈴薯條色度的測定

采用 CIE-L*a*b*色空間表示方法,以新鮮馬鈴薯條為對照,得到L*、a*和b*3個參數。其中L*代表亮度,L*越小亮度越低;正負a*分別代表紅和綠;正負b*分別代表黃和藍。總色差ΔE計算公式為。

式中:L0、a0、b0為鮮薯條(對照組)測得的值;L*、a*、b*為酸處理后烤馬薯條測得的值。

1.9 烤馬鈴薯條微觀結構的測定

將烤馬鈴薯條切成約7 mm×7mm×7 mm的立方體顆粒,用戊二醛溶液固定,經不同質量分數乙醇溶液洗脫后,冷凍干燥,將干燥后的樣品用導電膠帶粘在掃描電鏡樣品臺上,置于離子濺射儀的樣品艙中,在15 mA的電流下噴金90 s,裝入掃描電鏡觀察室,電壓10 kV。

1.10 烤馬鈴薯條風味物質的測定

參考劉雨曦等[14]的方法,采用固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用法測定烤馬鈴薯的揮發性風味物質。色譜柱為Agilent HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),載氣為氦氣。升溫程序:初始溫度為40 ℃并保持1 min,以6 ℃/min的速度升至160 ℃,然后以10 ℃/min的速度升至250 ℃,進樣口溫度為200 ℃。質譜掃描范圍為40～400m/z,電子能量70 eV。風味物質種類通過對比NIST譜圖庫確定,含量表示為相對峰面積。

1.11 數據處理

實驗數據以平均值±標準差表示,采用 Excel和SPSS 20.0 中Duncan檢驗進行數據統計及差異性分析,采用Origin 8.0軟件作圖,每個實驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯條浸泡液的pH變化

圖1a～圖1c分別為0.5%、1%、2%酸浸泡液pH。隨著浸泡時間的增加,對照組浸泡液的pH從7緩慢下降至6.7。而不同質量分數的酸處理后的浸泡液均呈現先上升后下降的趨勢。醋酸浸泡液初始的pH較高,在5～7之間,在浸泡3 h時達到最大值。檸檬酸與蘋果酸浸泡液初始的pH較低,二者變化曲線基本重合;0.5%浸泡液的pH在4 h時達到最高值,質量分數為1%時pH在3 h達到最高值,2%時pH變化較小。細胞有機酸的溶出與H+的浸入導致酸處理浸泡液pH變化,在酸處理過程中,酸溶液的H+先進入到馬鈴薯條細胞內使浸泡液pH升高,后續細胞內的有機酸溶出使浸泡液pH降低[15]。

圖1 不同酸浸泡液pH的變化

2.2 烤馬鈴薯條失重率變化

如表1所示,所有馬鈴薯條樣品烤后均失重,馬鈴薯細胞在烤制期間被破壞后水分流失,從而導致馬鈴薯條的質量損失。對照組的失重率均低于30%,酸處理樣品失重率顯著大于對照組(P<0.05),且隨浸泡時間的延長而顯著增大(P<0.05)。在實驗范圍內,浸泡質量分數越高,失重率越大,其中2%醋酸處理5 h的馬鈴薯條失重率達到最高,為(57.83±1.49)%。相同條件下,不同組樣品失重率大小為:對照組<檸檬酸組<蘋果酸組<醋酸組,說明酸處理在一定程度上會加速馬鈴薯條水分流失。這種變化與酸溶液中的H+的濃度有關,酸浸泡改變了細胞結構,酸根離子進入馬鈴薯條細胞內部,造成內外濃度差,從而導致更多的水分流失[16]。

表1 烤馬鈴薯條的失重率/%

2.3 烤馬鈴薯條的水分分布

不同酸質量分數和浸泡時間下,3種酸處理后的烤馬鈴薯條的T2加權成像偽彩圖如圖2所示,藍色到紅色表示水分的含量由低到高,通過顏色分布可以直觀描述馬鈴薯條中水分含量和分布情況[17]。對照組紅色區域面積最大,并隨浸泡時間延長減小。與對照組相比,所有酸處理后的馬鈴薯條的邊緣區域均由紅色變為黃色或綠色。質量分數增加,邊緣區域的藍色或綠色也隨之消失,圖像逐漸縮小。隨時間延長,酸處理組圖像中紅色區域逐漸縮小,甚至在浸泡5 h時無紅色區域,此時信號強度由馬鈴薯條的表面向內部逐漸減小,馬鈴薯條的水分不斷流失。其中2%酸處理5 h后的樣品圖像面積更小,水分含量最低。烤馬鈴薯條水分分布的結果與失重率的結果相符,說明酸處理加快了烤馬鈴薯條的水分流失,水分流失由外至內,進而改變了烤馬鈴薯條的內部結構[18]。

圖2 烤馬鈴薯條的水分分布

注:同一列中不同字母表示數據間存在顯著性差異(P<0.05),橫坐標數值為酸質量分數。圖3 烤馬鈴薯條的硬度和剪切力

2.4 烤馬鈴薯條的質構

如圖3所示,在相同條件下,所有酸處理樣品的硬度和剪切力均顯著大于對照組(P<0.05)。隨著浸泡時間延長,對照組的硬度和剪切力先升高后降低,但沒有顯著性差異(P>0.05);而酸處理組的硬度和剪切力逐漸升高,根據酸的種類和時間不同,存在顯著性差異(P<0.05)。這可能是因為長時間的酸浸泡使馬鈴薯條失水過多,干物質含量大于對照組,導致薯條質地更硬。酸質量分數越大,烤馬鈴薯條硬度和剪切力也就越大,這可能與細胞壁多糖結構和完整性的變化有關,酸抑制聚半乳糖醛酸酶活性,與果膠接觸后又促進果膠凝膠化,細胞結構得到維持,隨著酸濃度的增大這些作用效果增強[19]。2%醋酸處理5 h時樣品硬度和剪切力最大,用高質量分數的酸長時間浸泡可提高烤馬鈴薯條的硬度和剪切力。

2.5 烤馬鈴薯條的色度

如表2所示,烤馬鈴薯條的L*和b*低于鮮馬鈴薯條,高溫烤制后馬鈴薯條發生美拉德反應,亮度和黃度降低。與對照組相比,酸處理后的樣品L*增大,b*值增大(0.5%蘋果酸組除外),亮度和黃度有一定程度地提高。a*在質量分數為2%的醋酸浸泡5 h時最大,b*在質量分數為1%的醋酸浸泡3 h時最大。檸檬酸、蘋果酸組在質量分數為2%,浸泡5 h時L*最大;醋酸組在質量分數為1%,浸泡3 h時L*最大,此時ΔE最小,為3.83±1.62,更接近鮮薯亮黃的色澤。烤馬鈴薯條的顏色變化與多種因素有關,在酸溶液浸泡期間,多酚氧化酶活性下降,抑制了酶促褐變[20];在焙烤期間,酸浸泡后的馬鈴薯條內部pH、水分含量發生變化,美拉德反應程度不同,影響了非酶褐變,且水分的存在影響了光的反射,對亮度值產生影響。

表2 烤馬鈴薯條的色度參數

2.6 烤馬鈴薯條的微觀結構

由色度結果可知,使用質量分數1%醋酸溶液浸泡3 h時烤馬鈴薯顏色較好,此時質構和水分狀態也有明顯改變,因此對質量分數1%酸溶液時的烤馬鈴薯條的微觀結構進行測定。如圖4所示,馬鈴薯條熱加工后細胞壁被破壞,完整性降低,細胞間會呈現出類似于蜂窩網狀的結構[21]。質量分數1%檸檬酸浸泡1 h時的烤馬鈴薯條(B1)的多孔結構最為明顯,隨著處理時間的延長孔隙變小,但與對照組樣品的微觀結構差異不大。質量分數1%蘋果酸處理的樣品(C1～C3)隨浸泡時間的延長結構由多孔結構變成片狀結構,最后變成相對平滑的網絡結構。在相同條件下,與其他組相比,質量分數1%醋酸浸泡1 h時樣品(D1)有著更小的孔隙,并隨處理時間的延長網絡結構變得更加平滑致密,其中質量分數1%醋酸浸泡5 h時(D3)細胞網絡結構最完整,Gong等[22]研究結果表明醋酸處理減少了馬鈴薯蒸煮損失,限制糊化淀粉從細胞內泄漏,延緩細胞膜氧化產物的增加,其中1%醋酸處理在保護細胞膜完整性和延緩衰老方面有積極影響,這可能是醋酸處理優于其他種類酸的原因。

注:A、B、C、D分別代表對照、檸檬酸處理、蘋果酸處理、醋酸處理;1、2、3分別代表浸泡時間為1 h、3 h、5 h。圖4 烤馬鈴薯條的微觀結構

多數研究認為熱加工后馬鈴薯質地變化主要是由細胞壁中多糖的變化引起的,特別是果膠的降解。果膠在細胞間粘附和細胞壁強度中起著重要作用,果膠解聚會導致馬鈴薯質地變軟。酸性條件可抑制果膠酶的活性[23],減少果膠酶對果膠的降解,同時酸處理促進了果膠的凝膠化[24],增加了果膠的黏合作用,細胞間的孔隙減少,微觀結構變得致密平滑。

2.7 烤馬鈴薯條的風味物質

表3為質量分數1%酸溶液浸泡3 h后烤馬鈴薯條的風味物質成分,對照組、檸檬酸、蘋果酸和醋酸處理后分別檢測到15、16、24、13種揮發性風味化合物。其中由美拉德反應產生的吡嗪是對烤馬鈴薯條的風味貢獻最大的成分之一,表現出焙烤香味[25],對照組中吡嗪的種類最多和含量最高,分別為13種和質量分數78.12%,不同處理組吡嗪質量分數大小為:對照組>醋酸組>蘋果酸組>檸檬酸組。與對照組相比,酸處理組產生一定量的醇類和醛類風味物質,尤其是蘋果酸處理后,烤馬鈴薯條產生了乙二醇、1-辛烯-3-醇、4,4-二甲基-2-戊醇、5-甲基糠醛、苯乙醛、甲硫基丙醛、壬醛和2-辛酮等風味物質,檸檬酸處理未產生甲硫基丙醛,其中1-辛烯-3-醇具有蘑菇香,是一種亞油酸氫過氧化物的降解產物[26];苯乙醛是苯丙氨酸的酶解產物,有助于烤馬鈴薯條產生花香味[27]。此外,蘋果酸處理還產生了硫酚、棕櫚酸等風味物質。總體而言,醋酸處理后風味物質總含量降低,適當的酸性條件可使蛋白質與風味物質結合更緊密,部分風味物質得以保留[28]。酸處理減少了由美拉德反應帶來的焙烤香味,額外賦予了烤馬鈴薯條新的風味。

表3 烤馬鈴薯條的風味物質

3 結論

酸處理在提高烤馬鈴薯條硬度,保護色澤,風味多樣化等方面有積極影響,高質量分數的酸溶液預浸泡會導致烤馬鈴薯條的水分更易流失,硬度和剪切力更高;長時間的酸溶液預浸泡會導致失重率更高,微觀結構變得更加致密平滑。檸檬酸和蘋果酸浸泡雖然可以賦予烤馬鈴薯條新的風味,但pH更高的醋酸浸泡液作用溫和,且浸泡后得到的烤馬鈴薯條色澤較好,質量分數為1%的醋酸溶液浸泡3 h適合作為酥脆烤馬鈴薯條預處理條件。本文中酸處理對烤馬鈴薯條的風味物質含量變化原因及影響機理還有待研究,后續研究中也可側重于混合酸或是鹽溶液對烤馬鈴薯條等其他馬鈴薯食品的品質影響。