马铃薯全粉产品结构及性质的测定研究

李　茹,古丽热汗·依明,黄钰雯,黄立新

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)



马铃薯全粉产品结构及性质的测定研究

李茹,古丽热汗·依明,黄钰雯,黄立新*

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

以马铃薯颗粒全粉和马铃薯雪花全粉为原料,采用光学显微镜、扫描电镜、红外光谱仪、X-射线衍射光谱仪,Brabender粘度仪等仪器测定马铃薯颗粒全粉和雪花全粉的结构、组成、吸水性、粘度等理化性质。结果表明,颗粒粉多为大小不一的卵形颗粒或复合颗粒,结构完整,表面有皱纹裂缝;吸水能力小,但蛋白质和还原糖含量较高;粘度小,约为20 BU,粘度曲线变化小,基本呈基线的直线。雪花粉多为扁形、多角形,边缘不齐,表面粗糙,有裂纹、凹陷和穴洞;X-光衍射图谱呈馒头峰形状,衍射峰消失,为典型的无定形结构;粘度大,粘度曲线变化明显,说明有较多破碎的游离且预糊化的淀粉。

马铃薯,颗粒粉,雪花粉,结构,性质,粘度

马铃薯为世界上第三大农作物,栽培范围遍布各地。我国是最大的马铃薯生产国家,种植面积和产量均居世界之首,资源丰富。马铃薯营养丰富,兼有粮食和蔬菜的特点,作为蔬菜含有丰富的维生素和无机盐;作为粮食,富含淀粉,营养均衡。马铃薯含有21种氨基酸,其中含8种必需氨基酸,享有“地下苹果”、“第二面包”等美称[1-3]。

全粉是马铃薯加工产业重要的一环,生产1 t马铃薯全粉可加工转化6～7 t新鲜马铃薯。马铃薯全粉使用方便、营养美味、储运安全,且储运成本低于新鲜马铃薯,生产全粉被认为是加工转化马铃薯的重要途径[4]。依据加工工艺方法、理化指标等,全粉分为两种,即颗粒全粉(granules)和雪花全粉(flakes)。颗粒粉采用“回填法”进行加工,马铃薯经清洗、去皮、分离、清洗、切片、预煮、冷却、蒸煮、混合破碎、调质筛分、气流干燥或沸腾干燥、筛分等步骤后制得,其主要以马铃薯细胞单体或多个细胞的聚合体的形态存在,故称为马铃薯“颗粒粉”。其中细小颗粒的形态主要在回填拌粉制粒、干燥等阶段中逐步形成[5-6]。雪花粉的加工相对简单,马铃薯经去皮、切片、蒸煮等工序后,采用挤出机制泥捣泥,然后输送到滚筒干燥机进行干燥,最后破碎包装,得到薄片状产品[6],片状雪花粉经粉磨筛分后,则形成粉末状雪花粉。从外观看粉末状雪花粉与颗粒粉无异,但其细胞破坏程度远大于颗粒粉。马铃薯全粉克服了以往直接用鲜薯切片、切条制作薯片、薯条的费时费工、原料及营养成分损耗大等缺点,颗粒粉比雪花粉具有更好的风味,营养损失少,复水性、质量稳定性好,成型容易等优点。

欧美国家的马铃薯深加工发达,其加工比例多超过50%[7]。据中国食品工业协会估计,我国马铃薯消费结构中,30%鲜薯用于直接食用,38%为留种及饲料用,22%作为加工原料,10%用作其他用途。在加工环节中,马铃薯精淀粉、全粉、冷冻薯条和薯片等工业化生产的用量不到总产量的10%[1]。国内全粉的生产历史只有20多年[8],从目前国内全粉企业的生产状况和休闲食品的应用市场看,国内企业多生产马铃薯雪花粉,颗粒粉生产极为少见。本文对不同马铃薯全粉(国外颗粒粉、国内雪花粉)的品质进行测试和分析,为国内马铃薯颗粒粉加工生产和全粉食品加工业提供参考。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

荷兰风车牌马铃薯颗粒粉A广州海关提供;粉末状马铃薯雪花粉B青海威斯顿粉业科技开发有限公司;薄片状马铃薯雪花粉C黑龙江北大荒普洛特生物科技有限公司。

KDN-103F自动定氮仪上海纤检仪器有限公司;NICOLET-6700红外光谱仪美国NICOLET公司;X’Pert PRO X-射线衍射光谱仪日本Rigaku公司;OLYMPUS BX5多功能光学显微镜日本OLYMPUS公司;Hitachi S3700N扫描电镜日本日立公司;LVDV-1 Prime旋转粘度计美国Brookfield公司;Brabender连续粘度仪德国Brabender公司。

1.2实验方法

1.2.1外观通过肉眼观察样品的外貌特征

1.2.2蛋白质含量测定参照GB/T 5511-2008中的方法[8]。

1.2.3水分含量测定参照GB/T 21305-2007[9]中的方法。

1.2.4灰分测定参照GB 5009.4-2010[10]中的常压干燥法。

1.2.5还原糖含量测定参照GB/T 5513-2008[11]中的斐林试剂法。

1.2.6吸水量测定称取5 g样品溶于95 mL蒸馏水中,在40 ℃的水浴中搅拌20 min,再将液体转移至50 mL的离心管中,水浴静置30 min后,以3000 r/min的转速离心分离25 min,计算每克样品吸水的质量[12]。

1.2.7粘度测定取样品6 g,分散于100 mL蒸馏水中,在90 ℃下加热使样品糊化,冷却至室温25 ℃后用Brookfield粘度计测定表观粘度,选用S63号转子,转速为50 r/min。

1.2.8显微形貌

1.2.8.1光学显微观察样品用水分散,滴于载玻片,盖上盖玻片后,置于光学显微镜,在普通光和偏振光下观察且拍摄样品颗粒形貌。

1.2.8.2扫描电镜分析样品用导电胶固定在样品台上,真空喷金处理,放入电镜中,观察拍摄的样品颗粒形貌。

1.2.9红外光谱分析采用KBr压片法,在4000～500 cm-1范围内进行红外光谱扫描。

1.2.10X-衍射分析采用片状样品衍射法:铜靶;管压:40 kV;管流:30 mA;步长0.05°;扫描速率14.28 s/步;扫描角度5～60°。

1.2.11粘度曲线测定取绝干样品27.60 g,加蒸馏水配成6%淀粉乳460 g,混合均匀后置于布拉班德粘度仪测量杯中,转速75 r/min。从27.5 ℃开始升温,升温速率为1.5 ℃/min,升温到95 ℃后保温30 min;以1.5 ℃/min的速率冷却到50 ℃,保温30 min,得到粘度随时间和温度而连续变化的粘度曲线[13]。

2　结果与分析

2.1感官及理化指标

样品的感官及其部分理化指标的测定结果,见表1。从外观来看,雪花粉的外观颜色比较淡,因为加工中使用了亚硫酸盐,也可能与其还原糖和蛋白质含量较低有关,在干燥过程中,较少发生蛋白质与还原糖的颜色反应的缘故。由表1可见,样品含水量都较低,颗粒粉灰分高于雪花粉,蛋白质含量高得更多,营养价值较高。样品的还原糖含量差异较大:颗粒粉>粉末状雪花粉>薄片状雪花粉。

表1　不同马铃薯全粉感官及理化指标检测

全粉的吸水能力顺序为:薄片状雪花粉>粉末状雪花粉>颗粒粉,雪花粉的吸水量较大,吸水能力比颗粒粉强。雪花粉中,原有的淀粉颗粒在加工过程中受到了强烈的剪切和热作用,细胞破裂,释放大量游离淀粉,大量地破损、糊化,又被迅速地滚筒干燥,保持多孔的预糊化态,遇水后便大量吸水复水而分散。颗粒全粉因马铃薯淀粉颗粒受损较小,被破坏程度低,游离的预糊化淀粉也较少,其吸水能力就低。

马铃薯全粉的内部颗粒完整性影响其口感,颗粒越完整,产品越接近鲜薯制成的薯泥。马铃薯颗粒粉中的较多的淀粉细胞颗粒保持较为完整(也可参见下面的显微观察),故其加工制作的薯泥等马铃薯产品越接近于鲜薯制成的品味,产品不粘口,并有轻微沙口性;雪花粉中的淀粉细胞破损严重,颗粒完整性差,所以其粘度也高于颗粒粉[14]。

2.2光学显微观察

样品的光学显微照片,如图1。颗粒粉的图像最为清晰,颗粒完整,边缘整齐,较少见到破碎的颗粒。粉末状和薄片状雪花粉,团粒结块,两者内部微观结构无差异,都呈现出边缘杂乱不整齐,内部偏模糊,有些颗粒的边缘因糊化而分散呈现出丝状裂。由于C样品吸水较多,溶胀较厉害,故颗粒团粒显得较大,为明显的(淀粉颗粒)冷水糊化的现象。

图1　不同马铃薯全粉光学显微观察Fig.1　Optical microscopic observation of different potato powder

在偏光下,各样品中的团粒或颗粒都没有了马铃薯原淀粉颗粒具有的清晰的偏光十字,淀粉颗粒原有的有序结构,受强烈的剪切热作用后,再经过一定的粉碎作用,已受到破坏。

2.3电镜显微观察

图2的a、b、c分别是颗粒粉,粉末状雪花粉及薄片状雪花粉的SEM图像。由图2可见,颗粒粉的颗粒形态、大小和国内的雪花全粉的不同。颗粒粉多为大小不一的卵形颗粒或复合颗粒,表面不光滑平整,有皱纹、裂缝,细胞颗粒完整。雪花粉多为片状的多扁形或多角形,少数粉末状,表面粗糙,边缘不整齐,有裂纹、凹陷和穴洞,部分颗粒表面还有剥落的痕迹,为捣泥和滚筒干燥的结果。

图2　不同种类的马铃薯全粉的SEM图像(100×)Fig.2　SEM of different potato powder(100×)

图3　不同马铃薯全粉红外谱图Fig.3　The infrared spectra of different potato powder注:A.颗粒粉;B.粉末状雪花粉;C. 薄片状雪花粉；图4、图5同。

2.4红外光谱分析

3个样品的红外谱图见图3。从图3可见,样品主要为单峰且峰位置基本一致,所含官能团并无差异。图3中在3400 cm-1出现的强的宽峰,为醇羟基。在2920 cm-1处有一强吸收峰,为-CH2-基团,此范围内C-H伸缩振动为烷烃类化合物的结构鉴定,在750 cm-1处出现淀粉的特征吸收峰。

2.5结晶结构分析

图4为全粉样品的X射线衍射图,原淀粉的衍射峰在2θ为15～20°之间,全粉经过加工后,颗粒粉的衍射峰并不明显,雪花粉的衍射峰则完全消失,衍射曲线呈馒头峰形状,为典型的无定形结构衍射曲线,说明样品的结晶结构已遭到破坏,雪花粉的破坏程度大于颗粒粉。这说明,在雪花粉加工过程中,淀粉颗粒在压缩、剪切、弯曲、延展等力的不断作用下,产生了晶格缺陷、晶粒尺寸变小等晶格畸变现象[15]。

图4　不同马铃薯全粉的X-衍射图Fig.4　X-ray diffraction of different potato powder

2.6粘度曲线

全粉食品的加工、贮存和品质中,与全粉的口感、吸水复水以及老化特性等密切相关。全粉的粘度受其内部颗粒完整性、分散性影响,颗粒越完整、分散程度越好,产品越接近于鲜薯制成的薯泥;细胞破损越严重,则马铃薯细胞中的淀粉的游离也就越严重,粘度也就随之升高。

如图5,全粉样品的粘度曲线完全不同于马铃薯原淀粉。在6.0%(w/w)浓度的条件下,马铃薯原淀粉的粘度高,峰值粘度多在2000 BU以上,优质的可超过2500 BU。三种马铃薯全粉的粘度值都较低。其中,颗粒粉的粘度值在加热过程中并无明显变化,为20 BU。95 ℃保温30 min后薄片状雪花粉的粘度值变化比粉末状雪花粉的大,90 ℃后的降温过程中雪花粉粘度值均有所上升。温度降到50 ℃时,薄片状雪花粉粘度值仍比粉末状雪花粉大,50 ℃保温30 min后,薄片状雪花粉与粉末状雪花粉糊的粘度值无变化,冷糊稳定性较高。

图5　不同马铃薯全粉粘度曲线图Fig.5　The viscosity properties of different potato powder注：D为温度。

3　结论

3.1本文对国外进口的1种马铃薯颗粒全粉和国产的2种马铃薯雪花粉进行比较测定,其水分含量相近,颗粒粉吸水倍数较小,但蛋白质、还原糖和灰分含量都较高。颗粒粉能更好地保持新鲜马铃薯的营养成分和风味物质,吸水复水后更能恢复新鲜薯泥的性状。

3.2颗粒粉多为大小不一的卵形颗粒或复合颗粒,

多数颗粒结构保持完整;雪花粉多为扁形、多角形的形状,原有颗粒的细胞结构损伤严重,这与其制造方法和工艺条件有关。因颗粒粉中多数淀粉细胞颗粒保持较为完整,由其加工的薯泥等马铃薯产品更接近鲜薯制成的口感,应用于食品加工能呈现出更好的马铃薯风味。

3.3颗粒全粉和雪花全粉的结晶结构均遭破坏,其衍射曲线为无定形结构,但雪花粉结构破坏程度更大。颗粒全粉的粘度曲线呈基线的直线,粘度值变化小;雪花粉粘度曲线变化明显,粘度值偏高,说明其中存在较多破碎的游离淀粉。

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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，硕士研究生，研究方向：淀粉性质，E-mail：honeyliru@163.com。

黄立新(1968-)，男，副教授，研究方向：淀粉、蛋白质科学与技术，E-mail：lxhuang@scut.edu.cn。

2012年度国家自然科学基金重点项目(31130042)；2015年华南理工大学SRP项目；2016年华南理工大学“百步梯攀登计划”立项。

TS215

A

1002-0306(2016)16-0089-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.009