紅外烘焙馬鈴薯貯藏及老化品質評價

郭鑫，申慧珊，宋燕，鄭倩娜，張國權*

西北農林科技大學食品科學與工程學院（楊凌 712100）

馬鈴薯是全球第四大糧食作物，并且富含淀粉、蛋白質、維生素、礦物質、多酚等營養成分和生物活性物質[1]。目前，國內外烹飪馬鈴薯的方式主要包括汽蒸、水煮、翻炒、油炸、微波、烘焙等。楊軍林等[2]利用主成分分析法研究了不同熟化方式對“紫花白”馬鈴薯營養品質、鮮味物質及感官品質的影響。Ikanone等[3]和Gertz等[4]描述了翻炒和油炸馬鈴薯中致癌物質丙烯酰胺的形成機制。Jansky[5]利用頂空-固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用法對不同方式熟化馬鈴薯的揮發性風味物質進行分析。紅外加熱技術原理是遠紅外線的輻射傳熱，不僅節能高效、環保健康，而且能保證食品更佳的感官性狀和營養價值[6-7]。綜合結果表明，紅外烘焙馬鈴薯具有較好的營養價值、最好的感官品質以及最濃郁的風味。此外，何萌等[8]以色澤、多酚氧化酶活性、整體感官品質、菌落總數等為指標對鮮切馬鈴薯貯藏品質進行評價。王煥慶等[9]利用感官品質、pH、菌落總數和菌相變化等評價了高水分烤蝦貯藏過程中的品質變化。張仲柏等[10]通過X-射線和紅外光譜等對馬鈴薯蛋糕老化特性進行分析。關于熟化后馬鈴薯的貯藏品質及老化速率的文獻鮮見報道。此次試驗以感官評分、pH、菌落總數、質構、色澤、微觀結構為指標，優化紅外烘焙馬鈴薯的貯藏條件，并對貯藏期間的老化品質進行評價，為延長馬鈴薯熟食產品的貨架期和推進馬鈴薯食品工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

“馬爾科”馬鈴薯，乒乓球大小，單個質量50±5 g，產自湖北省恩施市，使用新鮮、無外傷、未發芽的不去皮整薯。

1.2 儀器與設備

VH-36型遠紅外線電烘爐，廣州旭眾食品機械有限公司；TA.XT Plus型物性測定儀，英國Stable Micro System公司；Ci7600型色度儀，上海愛色麗色彩科技有限公司；U-3010型紫外可見分光光度計，日本Hitachi公司；RVA-Tec Master快速黏度測定儀，瑞典波通儀器公司；Q2000差示掃描量熱儀，美國Waters公司；D8 ADVANCE多晶（粉末）X射線衍射儀，德國Bruker公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

新鮮馬鈴薯→稱重挑選，浸泡沖洗→紅外烘焙（180 ℃，40 min）→趁熱真空包裝→巴氏殺菌（80℃，水浴30 min）→4 ℃和25 ℃恒溫貯藏

1.3.2 貯藏品質評價

1.3.2.1 感官評價

品評人員由12位受過感官培訓的食品專業學生組成，對照表1進行評價，每一個項目的品質從高到低為5~1分，取平均值，總分5分。

表1 感官評價標準

1.3.2.2 水分含量測定

參考GB 5009.3—2016，直接干燥法。

1.3.2.3 水分活度測定

參考GB/T 23490—2009，水分活度儀擴散法。

1.3.2.4 pH測定

參考GB 5009.237—2016，pH計法。

1.3.2.5 菌落總數計數

參照GB 4789.2—2016，平板傾注法。

1.3.2.6 質構特性[11]

使用物性測定儀對馬鈴薯薯心3個不同位置進行穿刺。測定參數：力量感應元10 kg，P2探頭，速度2.0 mm/s，穿刺距離10 mm。

1.3.2.7 色澤參數[2]

使用色度儀對貯藏后的馬鈴薯塊莖進行測定，對照為紅外烘焙的馬鈴薯樣品。測定參數有L*、a*、b*、ΔE，ΔE按式（1）計算。

1.3.2.8 微觀結構[12]

將冷凍干燥樣品用雙面膠固定，離子濺射鍍金處理，使用掃描電子顯微鏡（SEM）進行觀察，放大倍數1 600倍，操作電壓為5 kV。

1.3.3 老化品質評價

將貯藏后的熟化馬鈴薯樣品凍干磨粉并過0.150 mm孔徑篩，用凍干全粉測定老化品質。

1.3.3.1 黏度特性[13]

將3 g樣品和25 mL水置于專用鋁盒中，采用快速黏度測定儀（RVA）中flour標準程序進行校準和測定。

1.3.3.2 熱力學特性[14]

準確稱取3.0 mg樣品和9 μL去離子水于專用坩堝內，于4 ℃平衡24 h。使用差示掃描量熱儀（DSC）進行測定，測定參數：掃描溫度范圍20~90 ℃，升溫速率10 ℃/min。

1.3.3.3 結晶特性[15]

使用多晶X射線衍射儀（XRD）進行測定，測試條件：特征射線CuKα，管壓40 kV，電流100 mA，測量角度2θ=5°~60°，掃描速率4°/min，步長0.02°。樣品的結晶度應用Origin 2018軟件計算。

1.3.3.4 消化特性[15]

準確稱取100 mg樣品于50 mL離心管中，添加20 mL 0.5 mol/L的乙酸鈉-乙酸緩沖液（pH 5.2），于37 ℃振蕩10 min后，再加入5 mL豬胰α-淀粉酶溶液（≥500 U/mL）和5 mL糖化酶溶液（500 U/mL）。分別37 ℃水浴振蕩20 min和120 min并立即煮沸5 min，然后以3 500 r/min離心10 min，得上清液。用DNS法測定葡萄糖含量。消化特性通過快消化性淀粉（RDS）、慢消化性淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量表示，RDS，SDS和RS采用式（2）~（4）計算：

式中：G0、G20和G120分別為酶解0，20和120 min時葡萄糖的質量，mg；TS為熟化馬鈴薯的總淀粉質量，mg。

1.3.3.5 紅外光譜（IR）[10,13]

精確稱取1 mg樣品，加入100 mg干燥溴化鉀，混合均勻并研細、壓片，對該薄片進行紅外掃描。測試條件：掃描波數范圍4 000~400 cm-1，分辨率4 cm-1。掃描3次后取平均值，得到樣品的紅外光譜圖。

2 結果與分析

2.1 貯藏品質評價

2.1.1 感官品質

紅外烘焙馬鈴薯表皮無焦黑，薯肉呈金黃色，質地松軟，風味濃郁，趁熱真空包裝后真空度完好，無汁液滲出。制品分別經不殺菌、紫外殺菌、巴氏殺菌三種處理后于4 ℃和25 ℃貯藏1~15 d，感官評分曲線如圖1所示。

圖1 貯藏過程中感官品質的變化

在25 ℃貯藏過程中，馬鈴薯感官評分下降較快，包裝和風味的變化明顯，可能是因為馬鈴薯塊莖較大，紫外和巴氏殺菌處理無法完全滅殺細菌芽孢，從而使一些產氣細菌大量繁殖，導致真空包裝脹袋明顯，有汁液滲出，散發濃郁不良氣味。不殺菌、紫外殺菌、巴氏殺菌三種方式分別在第3，第6和第7天到達感官接受終點（感官評分3.0）[9]；在4 ℃貯藏過程中，微生物生長被抑制，馬鈴薯感官評分下降相對緩慢，包裝真空度始終良好，色澤、風味變化是引起感官品質下降的主要因素，感官評分均在15 d左右到達接受終點。綜上，4 ℃貯藏優于25 ℃貯藏，巴氏殺菌優于紫外殺菌和不殺菌。

2.1.2 pH

在貯藏期間，真空包裝有效防止了馬鈴薯制品水分揮發，樣品水分含量始終在75%附近波動，水分活度AW始終＞0.94，能有效促進各類微生物生長繁殖。紅外烘焙馬鈴薯在貯藏過程中的pH變化見圖2，初始pH為6.08，偏酸性，隨貯藏時間的延長，pH均呈先緩慢上升后急劇下降趨勢。這種趨勢與微生物的生長活動密切相關，前期pH上升可能是因為微生物菌體被熱處理和其他殺菌方式破壞，產酸不明顯，馬鈴薯中蛋白質受熱變性分解產生堿性含氮化合物如胺類物質；后期pH下降主要是微生物大量繁殖，分解淀粉和消化還原糖產生酸類物質。參考王煥慶等[9]研究，當pH變化差值＞0.25時，可以作為真空包裝熟食的貨架期終點，4 ℃和25 ℃貯藏馬鈴薯pH變化差值分別約為0.11和0.22，均＜0.25，因此需進一步分析樣品的菌落總數來確定貨架期。

圖2 貯藏過程中pH的變化

2.1.3 菌落總數

參考GB 7099—2015《食品安全國家標準糕點、面包》，設定菌落總數＞5 lg CFU/g的時間為貨架期終點。從圖3可以看出，熟化馬鈴薯貯藏前大部分菌體被熱處理和其他殺菌方式破壞，僅存在少量耐高溫的細菌和芽孢，菌落總數＜1.5 lg CFU/g。4 ℃貯藏菌落總數曲線近似S型，貯藏初始階段，微生物生長繁殖較緩慢，主要是因為菌體損傷，對環境不適應[9]；貯藏2 d后，微生物迅速繁殖，在7 d左右到達貨架期終點；貯藏10 d后細菌生長曲線恢復平緩。而在25 ℃貯藏過程中，環境溫度對微生物繁殖極適宜，菌落總數呈直接指數增長，約在第3天到達貨架期終點，僅用6 d就增長到8 lg CFU/g，此時真空包裝出現明顯的脹袋現象。綜上，4 ℃貯藏優于25 ℃貯藏，巴氏殺菌優于紫外殺菌優于不殺菌。

圖3 貯藏過程中菌落總數的變化

2.1.4 質構特性

綜合上述感官評分、pH、菌落總數結果，選擇巴氏殺菌方式，測定4 ℃貯藏7 d，25 ℃貯藏3 d時間內的品質變化。貯藏期間，熟化馬鈴薯硬度、黏附性變化顯著，其他質構特性如彈性、咀嚼性等變化不顯著。由圖4可知，隨貯藏時間的延長，熟化馬鈴薯硬度呈現上升后下降趨勢，初期上升可能是因為薯心水分向外遷移，后期下降主要是因為微生物生長繁殖消耗大量碳源，破壞淀粉顆粒結構以及細胞微觀網絡結構[16]。黏附性隨時間延長不斷增大，主要是因為微生物生長帶來的黏液狀代謝產物。

圖4 貯藏過程中質構特性的變化

2.1.5 色澤參數

由表2可知，25 ℃貯藏和4 ℃貯藏過程中熟化馬鈴薯色澤參數變化均極顯著（p＜0.05），變化趨勢為L*、b*值減小，a*值、ΔE增大，即亮度減小、黃色和綠色減弱、藍色和紅色增強、色差變大。這可能是因為真空貯藏期間，熟化馬鈴薯中持續發生美拉德反應（非酶促褐變）[17]，產生大量棕色或黑色物質，同時微生物生長繁殖產生的代謝廢物積累使亮度進一步下降。4 ℃貯藏條件下各指數變化相對平穩，說明低溫可以有效延緩熟化馬鈴薯的色澤變化。

表2 貯藏過程中色澤參數的變化

2.1.6 微觀結構

從圖5（1 600倍）可以看出，馬鈴薯薯肉的微觀結構呈多孔狀，這種網狀結構可能是馬鈴薯的植物細胞壁。生馬鈴薯的多孔結構表面均勻分布著大量圓形淀粉顆粒[13]。紅外烘焙后，淀粉顆粒糊化解體消失，僅能看到破碎的網絡結構[12]。在貯藏過程中，細胞網絡結構上出現均勻分布的小分子孔穴，隨貯藏時間的延長，分子孔穴逐漸變大，網絡結構逐漸松散，這些孔穴可能與水分遷移通道和微生物繁殖有關。25 ℃適宜微生物生長繁殖，有利于水分向外遷移，因此分子孔穴擴大較快，貯藏3 d后孔穴較大，分布不均勻。4℃貯藏抑制了水分擴散慢和微生物生長，因此分子孔穴分布相對均勻，擴大速率較慢。微觀網絡結構上分子孔穴的出現及擴大降低了細胞壁強度，進而使熟化馬鈴薯硬度不斷降低，此結果與王亮等[18]研究相似。

圖5 貯藏過程中微觀結構的變化

2.2 老化品質評價

2.2.1 黏度特性

由表3可知，隨著貯藏時間的延長，紅外烘焙馬鈴薯的峰值粘度、谷值黏度、最終黏度、衰減值、回生值、糊化溫度均顯著上升，4 ℃貯藏比25 ℃貯藏上升趨勢更明顯。黏度值上升可能是因為貯藏過程中糊化淀粉重新排列，組成相對有序、較為致密的老化淀粉[13]，增大了剪切阻力。衰減值增大，說明貯藏過程使馬鈴薯淀粉糊熱穩定性變差。回生值和糊化溫度的增大都說明淀粉老化程度加深，直鏈淀粉分子與支鏈淀粉分子的直線部分重新締合新的氫鍵，從無定形態恢復到結晶狀態[19]。淀粉老化最適宜溫度是2~4 ℃，因此4 ℃貯藏加速了馬鈴薯淀粉的老化，貯藏3 d后回生值增大了956 cp，糊化溫度升高了9 ℃；25 ℃貯藏3 d后，回生值增大了540 cp，糊化溫度升高了1 ℃，增長幅度僅為4 ℃貯藏的57%和11%。

表3 不同溫度貯藏過程中黏度特性的變化

2.2.2 熱力學特性

由表4可知，生馬鈴薯全粉在68 ℃附近出現糊化峰，熱焓ΔH為（-9.75±0.53）J/g，經紅外烘焙和巴氏殺菌處理后馬鈴薯淀粉完全糊化，DSC曲線在50~80℃范圍內檢測不到吸熱峰。經25 ℃和4 ℃貯藏后，均在60 ℃附近重新出現吸熱峰，這是因為支鏈淀粉重結晶產生的淀粉回生峰或老化峰，峰值大小直接反映淀粉老化程度高低[14]，老化度可用貯藏后淀粉回生的老化焓ΔH與生馬鈴薯淀粉的糊化焓ΔH的比值來表示。隨貯藏時間的延長，熟化馬鈴薯中支鏈淀粉的重結晶數量不斷增加，老化焓ΔH和老化度都不斷增大，老化程度加深[16]。4 ℃貯藏條件下淀粉老化速率顯著高于25 ℃貯藏。

表4 貯藏過程中熱力學特性的變化

2.2.3 X-衍射圖譜分析

XRD曲線見圖6，結晶度結果見表5。天然馬鈴薯淀粉在5.6°，17°，22°和24°附近有強的衍射峰，在20°附近有弱的衍射峰，是典型的B-型淀粉[20]，結晶度為44.81%。紅外烘焙處理后，馬鈴薯淀粉糊化，全粉顆粒晶體結構被破壞，衍射圖譜中尖峰基本消失，呈現較光滑的衍射曲線[21]，結晶度顯著降低，為15.60%。經4 ℃貯藏1 d后，糊化淀粉迅速老化，在17°和22°附近重新出現較強的衍射峰，可能是由支鏈淀粉回生產生的B-型結晶峰，在20°附近出現極弱的衍射峰，可能是直鏈淀粉與脂肪酸形成的復合物V-型結晶峰[22]，結晶度為26.30%。隨貯藏時間的延長，馬鈴薯全粉老化程度不斷加深，4 ℃貯藏3 d后結晶度為29.77%，貯藏7 d后結晶度為33.85%，與貯藏前相比增大了18.25%。在25 ℃條件下貯藏，熟化馬鈴薯全粉緩慢老化，在17°附近出現微弱的衍射峰，在20°~24°為連在一起的彌散的寬峰，貯藏3 d后，結晶度為21.10%，比貯藏前增大5.50%。

表5 貯藏過程中消化特性和結晶度的變化

圖6 貯藏過程中的X衍射譜圖

2.2.4 消化特性

由表4可知，馬鈴薯熟化處理后，全粉發生糊化，結晶結構由有序致密變為松散無序，結晶度下降29.21%，使α-淀粉酶更輕易地將淀粉水解，RDS含量增加5.9%，SDS和RS含量下降1.6%和4.3%。隨貯藏時間延長，RDS含量迅速下降，SDS和RS含量緩慢上升，此結果與龍杰等[23]研究結果相似。RDS含量下降可能是因為糊化淀粉分子間重新排列，形成相對穩定的氫鍵結構，結晶度上升，對α-淀粉酶敏感性降低[21-22]。SDS、RS含量上升可能是因為支鏈淀粉、直鏈淀粉重結晶引起的[15,23]。由圖6可見支鏈淀粉和直鏈淀粉的回生峰。4 ℃貯藏消化特性變化速率顯著高于25 ℃貯藏，可能是低溫有利于淀粉分子重排，從無序變為有序狀態。

2.2.5 紅外分析

由圖7可見，馬鈴薯紅外烘焙前后及貯藏期間紅外光譜圖像基本一致，均出現了淀粉基團和蛋白基團的特征吸收峰，未出現明顯的峰消失或峰偏移，說明馬鈴薯化學結構未發生明顯改變。

圖7 貯藏過程中的紅外光譜圖

1 000 cm-1波數以下為指紋區，不代表官能團。1 047和1 022 cm-1波數附近分別為淀粉結晶區和無定形區的吸收峰，峰高比率（A1047/A1022）的減少或增加說明淀粉糊化或老化程度加深[24-25]，隨貯藏時間的延長，熟化馬鈴薯中支鏈淀粉重結晶現象不斷增加，峰高比率（A1047/A1022）顯著增大，說明淀粉發生老化，4 ℃貯藏老化速率顯著高于25 ℃貯藏；1 640，2 870，2 920和3 630 cm-1波數附近分別為淀粉C==O雙鍵、—CH2、—CH3和—OH的伸縮振動峰[26]；1 410，1 690和3 350 cm-1波數附近分別為蛋白質CO—NH酰胺鍵（酰胺Ⅱ峰、酰胺Ⅲ峰）及蛋白質N—H鍵的伸縮振動[13]，峰面積越大，馬鈴薯全粉中蛋白質的含量越高，貯藏過程中蛋白質含量未發生顯著改變。

3 結論與討論

通過測定感官評分、pH和菌落總數等，確定殺菌方式為巴氏殺菌，貨架期為25 ℃貯藏3 d，4 ℃貯藏7 d。貯藏期間，熟化馬鈴薯硬度下降、黏附性上升，亮度減小，色差增大，微觀網絡結構上出現逐漸增大的小分子孔穴。黏度特性、熱力學特性、X-衍射圖譜、消化特性、紅外光譜等參數從各方面反映了貯藏期間的淀粉老化情況，隨貯藏時間延長，熟化馬鈴薯老化程度不斷加深，4 ℃貯藏淀粉老化速率顯著高于25 ℃貯藏。在工業化生產過程中可以考慮通過增大包裝真空度、多種殺菌方式協同處理和冷鏈運輸[27]來深度殺菌抑菌，進一步延長熟化馬鈴薯的貨架期。