馬鈴薯全粉產品結構及性質的測定研究

李　茹,古麗熱汗·依明,黃鈺雯,黃立新

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

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馬鈴薯全粉產品結構及性質的測定研究

李茹,古麗熱汗·依明,黃鈺雯,黃立新*

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

以馬鈴薯顆粒全粉和馬鈴薯雪花全粉為原料,采用光學顯微鏡、掃描電鏡、紅外光譜儀、X-射線衍射光譜儀,Brabender粘度儀等儀器測定馬鈴薯顆粒全粉和雪花全粉的結構、組成、吸水性、粘度等理化性質。結果表明,顆粒粉多為大小不一的卵形顆粒或復合顆粒,結構完整,表面有皺紋裂縫;吸水能力小,但蛋白質和還原糖含量較高;粘度小,約為20 BU,粘度曲線變化小,基本呈基線的直線。雪花粉多為扁形、多角形,邊緣不齊,表面粗糙,有裂紋、凹陷和穴洞;X-光衍射圖譜呈饅頭峰形狀,衍射峰消失,為典型的無定形結構;粘度大,粘度曲線變化明顯,說明有較多破碎的游離且預糊化的淀粉。

馬鈴薯,顆粒粉,雪花粉,結構,性質,粘度

馬鈴薯為世界上第三大農作物,栽培范圍遍布各地。我國是最大的馬鈴薯生產國家,種植面積和產量均居世界之首,資源豐富。馬鈴薯營養豐富,兼有糧食和蔬菜的特點,作為蔬菜含有豐富的維生素和無機鹽;作為糧食,富含淀粉,營養均衡。馬鈴薯含有21種氨基酸,其中含8種必需氨基酸,享有“地下蘋果”、“第二面包”等美稱[1-3]。

全粉是馬鈴薯加工產業重要的一環,生產1 t馬鈴薯全粉可加工轉化6～7 t新鮮馬鈴薯。馬鈴薯全粉使用方便、營養美味、儲運安全,且儲運成本低于新鮮馬鈴薯,生產全粉被認為是加工轉化馬鈴薯的重要途徑[4]。依據加工工藝方法、理化指標等,全粉分為兩種,即顆粒全粉(granules)和雪花全粉(flakes)。顆粒粉采用“回填法”進行加工,馬鈴薯經清洗、去皮、分離、清洗、切片、預煮、冷卻、蒸煮、混合破碎、調質篩分、氣流干燥或沸騰干燥、篩分等步驟后制得,其主要以馬鈴薯細胞單體或多個細胞的聚合體的形態存在,故稱為馬鈴薯“顆粒粉”。其中細小顆粒的形態主要在回填拌粉制粒、干燥等階段中逐步形成[5-6]。雪花粉的加工相對簡單,馬鈴薯經去皮、切片、蒸煮等工序后,采用擠出機制泥搗泥,然后輸送到滾筒干燥機進行干燥,最后破碎包裝,得到薄片狀產品[6],片狀雪花粉經粉磨篩分后,則形成粉末狀雪花粉。從外觀看粉末狀雪花粉與顆粒粉無異,但其細胞破壞程度遠大于顆粒粉。馬鈴薯全粉克服了以往直接用鮮薯切片、切條制作薯片、薯條的費時費工、原料及營養成分損耗大等缺點,顆粒粉比雪花粉具有更好的風味,營養損失少,復水性、質量穩定性好,成型容易等優點。

歐美國家的馬鈴薯深加工發達,其加工比例多超過50%[7]。據中國食品工業協會估計,我國馬鈴薯消費結構中,30%鮮薯用于直接食用,38%為留種及飼料用,22%作為加工原料,10%用作其他用途。在加工環節中,馬鈴薯精淀粉、全粉、冷凍薯條和薯片等工業化生產的用量不到總產量的10%[1]。國內全粉的生產歷史只有20多年[8],從目前國內全粉企業的生產狀況和休閑食品的應用市場看,國內企業多生產馬鈴薯雪花粉,顆粒粉生產極為少見。本文對不同馬鈴薯全粉(國外顆粒粉、國內雪花粉)的品質進行測試和分析,為國內馬鈴薯顆粒粉加工生產和全粉食品加工業提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

荷蘭風車牌馬鈴薯顆粒粉A廣州海關提供;粉末狀馬鈴薯雪花粉B青海威斯頓粉業科技開發有限公司;薄片狀馬鈴薯雪花粉C黑龍江北大荒普洛特生物科技有限公司。

KDN-103F自動定氮儀上海纖檢儀器有限公司;NICOLET-6700紅外光譜儀美國NICOLET公司;X’Pert PRO X-射線衍射光譜儀日本Rigaku公司;OLYMPUS BX5多功能光學顯微鏡日本OLYMPUS公司;Hitachi S3700N掃描電鏡日本日立公司;LVDV-1 Prime旋轉粘度計美國Brookfield公司;Brabender連續粘度儀德國Brabender公司。

1.2實驗方法

1.2.1外觀通過肉眼觀察樣品的外貌特征

1.2.2蛋白質含量測定參照GB/T 5511-2008中的方法[8]。

1.2.3水分含量測定參照GB/T 21305-2007[9]中的方法。

1.2.4灰分測定參照GB 5009.4-2010[10]中的常壓干燥法。

1.2.5還原糖含量測定參照GB/T 5513-2008[11]中的斐林試劑法。

1.2.6吸水量測定稱取5 g樣品溶于95 mL蒸餾水中,在40 ℃的水浴中攪拌20 min,再將液體轉移至50 mL的離心管中,水浴靜置30 min后,以3000 r/min的轉速離心分離25 min,計算每克樣品吸水的質量[12]。

1.2.7粘度測定取樣品6 g,分散于100 mL蒸餾水中,在90 ℃下加熱使樣品糊化,冷卻至室溫25 ℃后用Brookfield粘度計測定表觀粘度,選用S63號轉子,轉速為50 r/min。

1.2.8顯微形貌

1.2.8.1光學顯微觀察樣品用水分散,滴于載玻片,蓋上蓋玻片后,置于光學顯微鏡,在普通光和偏振光下觀察且拍攝樣品顆粒形貌。

1.2.8.2掃描電鏡分析樣品用導電膠固定在樣品臺上,真空噴金處理,放入電鏡中,觀察拍攝的樣品顆粒形貌。

1.2.9紅外光譜分析采用KBr壓片法,在4000～500 cm-1范圍內進行紅外光譜掃描。

1.2.10X-衍射分析采用片狀樣品衍射法:銅靶;管壓:40 kV;管流:30 mA;步長0.05°;掃描速率14.28 s/步;掃描角度5～60°。

1.2.11粘度曲線測定取絕干樣品27.60 g,加蒸餾水配成6%淀粉乳460 g,混合均勻后置于布拉班德粘度儀測量杯中,轉速75 r/min。從27.5 ℃開始升溫,升溫速率為1.5 ℃/min,升溫到95 ℃后保溫30 min;以1.5 ℃/min的速率冷卻到50 ℃,保溫30 min,得到粘度隨時間和溫度而連續變化的粘度曲線[13]。

2　結果與分析

2.1感官及理化指標

樣品的感官及其部分理化指標的測定結果,見表1。從外觀來看,雪花粉的外觀顏色比較淡,因為加工中使用了亞硫酸鹽,也可能與其還原糖和蛋白質含量較低有關,在干燥過程中,較少發生蛋白質與還原糖的顏色反應的緣故。由表1可見,樣品含水量都較低,顆粒粉灰分高于雪花粉,蛋白質含量高得更多,營養價值較高。樣品的還原糖含量差異較大:顆粒粉>粉末狀雪花粉>薄片狀雪花粉。

表1　不同馬鈴薯全粉感官及理化指標檢測

全粉的吸水能力順序為:薄片狀雪花粉>粉末狀雪花粉>顆粒粉,雪花粉的吸水量較大,吸水能力比顆粒粉強。雪花粉中,原有的淀粉顆粒在加工過程中受到了強烈的剪切和熱作用,細胞破裂,釋放大量游離淀粉,大量地破損、糊化,又被迅速地滾筒干燥,保持多孔的預糊化態,遇水后便大量吸水復水而分散。顆粒全粉因馬鈴薯淀粉顆粒受損較小,被破壞程度低,游離的預糊化淀粉也較少,其吸水能力就低。

馬鈴薯全粉的內部顆粒完整性影響其口感,顆粒越完整,產品越接近鮮薯制成的薯泥。馬鈴薯顆粒粉中的較多的淀粉細胞顆粒保持較為完整(也可參見下面的顯微觀察),故其加工制作的薯泥等馬鈴薯產品越接近于鮮薯制成的品味,產品不粘口,并有輕微沙口性;雪花粉中的淀粉細胞破損嚴重,顆粒完整性差,所以其粘度也高于顆粒粉[14]。

2.2光學顯微觀察

樣品的光學顯微照片,如圖1。顆粒粉的圖像最為清晰,顆粒完整,邊緣整齊,較少見到破碎的顆粒。粉末狀和薄片狀雪花粉,團粒結塊,兩者內部微觀結構無差異,都呈現出邊緣雜亂不整齊,內部偏模糊,有些顆粒的邊緣因糊化而分散呈現出絲狀裂。由于C樣品吸水較多,溶脹較厲害,故顆粒團粒顯得較大,為明顯的(淀粉顆粒)冷水糊化的現象。

圖1　不同馬鈴薯全粉光學顯微觀察Fig.1　Optical microscopic observation of different potato powder

在偏光下,各樣品中的團粒或顆粒都沒有了馬鈴薯原淀粉顆粒具有的清晰的偏光十字,淀粉顆粒原有的有序結構,受強烈的剪切熱作用后,再經過一定的粉碎作用,已受到破壞。

2.3電鏡顯微觀察

圖2的a、b、c分別是顆粒粉,粉末狀雪花粉及薄片狀雪花粉的SEM圖像。由圖2可見,顆粒粉的顆粒形態、大小和國內的雪花全粉的不同。顆粒粉多為大小不一的卵形顆粒或復合顆粒,表面不光滑平整,有皺紋、裂縫,細胞顆粒完整。雪花粉多為片狀的多扁形或多角形,少數粉末狀,表面粗糙,邊緣不整齊,有裂紋、凹陷和穴洞,部分顆粒表面還有剝落的痕跡,為搗泥和滾筒干燥的結果。

圖2　不同種類的馬鈴薯全粉的SEM圖像(100×)Fig.2　SEM of different potato powder(100×)

圖3　不同馬鈴薯全粉紅外譜圖Fig.3　The infrared spectra of different potato powder注:A.顆粒粉;B.粉末狀雪花粉;C. 薄片狀雪花粉；圖4、圖5同。

2.4紅外光譜分析

3個樣品的紅外譜圖見圖3。從圖3可見,樣品主要為單峰且峰位置基本一致,所含官能團并無差異。圖3中在3400 cm-1出現的強的寬峰,為醇羥基。在2920 cm-1處有一強吸收峰,為-CH2-基團,此范圍內C-H伸縮振動為烷烴類化合物的結構鑒定,在750 cm-1處出現淀粉的特征吸收峰。

2.5結晶結構分析

圖4為全粉樣品的X射線衍射圖,原淀粉的衍射峰在2θ為15～20°之間,全粉經過加工后,顆粒粉的衍射峰并不明顯,雪花粉的衍射峰則完全消失,衍射曲線呈饅頭峰形狀,為典型的無定形結構衍射曲線,說明樣品的結晶結構已遭到破壞,雪花粉的破壞程度大于顆粒粉。這說明,在雪花粉加工過程中,淀粉顆粒在壓縮、剪切、彎曲、延展等力的不斷作用下,產生了晶格缺陷、晶粒尺寸變小等晶格畸變現象[15]。

圖4　不同馬鈴薯全粉的X-衍射圖Fig.4　X-ray diffraction of different potato powder

2.6粘度曲線

全粉食品的加工、貯存和品質中,與全粉的口感、吸水復水以及老化特性等密切相關。全粉的粘度受其內部顆粒完整性、分散性影響,顆粒越完整、分散程度越好,產品越接近于鮮薯制成的薯泥;細胞破損越嚴重,則馬鈴薯細胞中的淀粉的游離也就越嚴重,粘度也就隨之升高。

如圖5,全粉樣品的粘度曲線完全不同于馬鈴薯原淀粉。在6.0%(w/w)濃度的條件下,馬鈴薯原淀粉的粘度高,峰值粘度多在2000 BU以上,優質的可超過2500 BU。三種馬鈴薯全粉的粘度值都較低。其中,顆粒粉的粘度值在加熱過程中并無明顯變化,為20 BU。95 ℃保溫30 min后薄片狀雪花粉的粘度值變化比粉末狀雪花粉的大,90 ℃后的降溫過程中雪花粉粘度值均有所上升。溫度降到50 ℃時,薄片狀雪花粉粘度值仍比粉末狀雪花粉大,50 ℃保溫30 min后,薄片狀雪花粉與粉末狀雪花粉糊的粘度值無變化,冷糊穩定性較高。

圖5　不同馬鈴薯全粉粘度曲線圖Fig.5　The viscosity properties of different potato powder注：D為溫度。

3　結論

3.1本文對國外進口的1種馬鈴薯顆粒全粉和國產的2種馬鈴薯雪花粉進行比較測定,其水分含量相近,顆粒粉吸水倍數較小,但蛋白質、還原糖和灰分含量都較高。顆粒粉能更好地保持新鮮馬鈴薯的營養成分和風味物質,吸水復水后更能恢復新鮮薯泥的性狀。

3.2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;雪花粉多為扁形、多角形的形狀,原有顆粒的細胞結構損傷嚴重,這與其制造方法和工藝條件有關。因顆粒粉中多數淀粉細胞顆粒保持較為完整,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。

3.3顆粒全粉和雪花全粉的結晶結構均遭破壞,其衍射曲線為無定形結構,但雪花粉結構破壞程度更大。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,說明其中存在較多破碎的游離淀粉。

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Microstructure and characteristics of different potato powders

LI Ru,GULIREHAN·Yiming,HUANG Yu-wen,HUANG Li-xin*

(College of Light Industry and Food Sciences,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

Microstructure and characteristics of potato granule powder and flake powder were investigated by optical microscope,Brabender viscometer,SEM,XRD,FT-IR respectively. The results showed potato granule powders exhibited mainly oval or irregular shape with different size distribution,featured by structural integrity,surface cracks,weaker water adsorption,high content of protein and reducing sugar. Granule powders owned lower apparent viscosity,around 20 BU,and Brabender viscosity curves were overall displayed straight. Comparatively,flake powders were viewed flat,polygon shape with rough surface,irregular edge and cracks. Disappear diffraction peaks of XRD patterns showed typical of amorphous structure. Flake powders owned higher viscosity,apparently changed viscosity curves,free pregelatinized starch dispersing in the solution.

potato powder;granular powder;flake powder;structure;property;viscosity

2016-01-04

李茹(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：淀粉性質，E-mail：honeyliru@163.com。

黃立新(1968-)，男，副教授，研究方向：淀粉、蛋白質科學與技術，E-mail：lxhuang@scut.edu.cn。

2012年度國家自然科學基金重點項目(31130042)；2015年華南理工大學SRP項目；2016年華南理工大學“百步梯攀登計劃”立項。

TS215

A

1002-0306(2016)16-0089-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.009