‘黑美人’马铃薯颗粒全粉品质特性分析

韩黎明,童 丹,杨新俊

(1.甘肃中医药大学,甘肃兰州 730000; 2.定西师范高等专科学校,甘肃定西 743000; 3.甘肃薯香园农业科技有限公司,甘肃定西 743000)

‘黑美人’马铃薯(‘Black beauty’Potato)是我国马铃薯资源中一类具有独特遗传特性和经济价值的特殊彩色品种类型,许多省市已有大量种植,种植及贮藏技术成熟,块茎产量高,资源来源广泛。‘黑美人’马铃薯含有的丰富花青素(Anthocyanin),是一类植物次生代谢产生的具有保健功能活性的多酚类物质-类黄酮(Flavonoids)。花青素的存在使‘黑美人’马铃薯在具有普通马铃薯所有其他营养价值的同时,还具有抗氧化、抗癌、抗病毒、抗衰老、降血糖、保护肝脏、美容、减肥等多种生理功能[1],独特的营养保健功效和优势使其在食品、化妆品、保健品和医药等领域有广泛的开发应用价值。

国内外对彩色马铃薯的研究主要集中于花青素含量、提取分离纯化工艺、抗氧化性、稳定性及保健功能等方面。目前国内市场彩色马铃薯全粉(Color potato granules)和彩色马铃薯衍生产品都很稀缺,随着紫色马铃薯优质品种、原料、新技术的不断进步,越来越多的食品研发机构和学者正着力研发以主食形式消费的紫色马铃薯产品。研究表明,采用先进工艺,以紫色马铃薯为原料可制得游离淀粉含量低、色素保留较好的紫色马铃薯全粉[2-3],紫色马铃薯全粉-小麦粉混粉的营养价值高于纯小麦粉[4]。利用紫色马铃薯全粉为基料可开发出紫色马铃薯薯条[5]、紫色马铃薯馒头[6]、紫色马铃薯蛋糕[7-8]、紫色马铃薯营养粉[9]、紫色马铃薯米酒等功能性饮品[10],以及具有肥胖抑制活性的新型保健功能食品[11]。

紫色马铃薯全粉加工及主食化应用的研究刚刚起步,有关紫色马铃薯全粉品质特性及与产品关系的研究少有报道。本实验以定西地产‘黑美人’马铃薯和当地主栽优质马铃薯主粮化品种‘陇薯7号’为原料,制备马铃薯颗粒全粉,通过对比研究,分析‘黑美人’马铃薯颗粒全粉的品质特性,为紫色马铃薯颗粒全粉生产及进一步产业化开发利用提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

‘黑美人’马铃薯(紫皮紫肉,色泽艳丽,薯形美观,营养丰富)、‘陇薯7号’马铃薯(CK)(干物质含量高,还原糖含量低,加工品质优良) 采自甘肃爱兰马铃薯种业有限公司香泉镇关门口村种薯繁育基地,供试材料的种植密度、施肥水平、田间管理均相同,植株正常成熟后收获块茎,网袋包装置气调库贮藏,收获后第15 d进行加工和测定;盐酸、乙醇、亚铁氰化钾、醋酸锌、十二烷基硫酸钠(SDS)、氢氧化钠、丙三醇、硫酸铜、酒石酸钾钠、茚三酮、抗坏血酸标准液、葡萄糖标准液、碘标准液、氨基酸标准品 均为分析纯,国药集团化学试剂北京有限公司;氯化钙、柠檬酸 食品级,市售;食用油 鲁花5S压榨花生油,山东鲁花集团有限公司。

DZF-6090型真空冷冻干燥器 上海中友仪器设备有限公司;JJ-2型组织捣碎机 江苏金坛市亿通电子有限公司;DZF-6050-T型智能真空干燥箱 上海丙林电子科技有限公司;CEM型微波消解仪 美国CEM公司;HH-4型数显恒温水浴锅 上海高兴仪器设备有限公司;SB-5200DT型超声波清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司;TGL-20B-C型离心机 上海安亭科学仪器厂;Million-QB型超纯水机 Million公司(香港);DW-HL528型超低温冷冻储存箱(-86 ℃) 中科美菱低温科技股份有限公司;BT 224S型电子天平 赛多利斯科学仪器(北京);WXG-4型圆盘旋光仪 上海光学仪器一厂;L-8900高速全自动氨基酸分析仪 日本日立公司;UV-2550双光束紫外分光光度 日本岛津公司;LC-20ATVP型高效液相色谱仪 日本岛津公司;UltraScan 型全自动测色仪 美国Hunter-Lab公司;TUMMERS马铃薯全粉生产线 荷兰TUMMERS公司。

1.2 实验方法

1.2.1 颗粒全粉制备

1.2.1.1 工艺流程 采用“二次干燥+回填制粉”工艺[12]制备全粉,工艺路线如下:

1.2.1.2 操作技术要点 原料选择:汰除发芽、发绿以及烂、病薯块。

清洗:通过流送槽将马铃薯输送到鼓风式清洗机中,靠空气搅拌和滚筒的磨擦作用,伴随高压水的喷洗将马铃薯清洗干净。

闪蒸去皮:采用蒸汽去皮机亚表皮闪蒸去皮。

切片:切片机切片,厚度为8～10 mm。为防止薯片间淀粉粘连及氧化,将薯片送入淋洗机淋去表面游离淀粉。

漂烫:淋洗干净的薯片即时送入漂烫机中,70 ℃下漂烫25 min,用以灭酶护色,同时使马铃薯细胞内直链淀粉溶解并彻底糊化。

护色:漂烫后的薯片用0.2%柠檬酸、0.1%氯化钙、0.15%抗坏血酸复配护色剂喷洒,起到护色作用。

冷却:在25 ℃的水中冷却,冷却时间20 min,冷却中使切片老化成型(强化细胞壁)。

蒸煮:经冷却并清水淋洗后的薯片进入螺旋蒸煮机,98 ℃下蒸煮35 min,使薯片充分熟化。

打浆与回填混合:在制泥机中将蒸熟的薯片打浆成泥糊状。与回填的马铃薯细粒进行混合,使其均匀一致。打浆与混合时尽量避免细胞被破坏,降低成品的游离淀粉率。打浆回填的混合物,采用保温静置处理,改进其成粒性,同时使混合物的含水量由45%降低到35%。打浆后的马铃薯泥吹冷风使之降温至60～80 ℃。

干燥及粉碎分级:采用二次干燥工艺,一次干燥采用转筒式干燥设备,干燥温度为120 ℃,干燥鼓转速为5档。当薯片第一次用干燥机烘干到含水量为12%～13%时,用粉碎筛选机粉碎并分级,筛分粒度为80目。大于80目的颗粒粉或筛下细粒均作回填物料,另一部分筛下物,需进一步用流化床干燥机干燥至含水量6%左右。干燥过程中要注意减少对物料的热损伤,并注意防止淀粉游离。

1.2.2 营养品质测定 干物质含量参照减压干燥法[13]测定;蛋白质含量参照双缩脲法[14-15]测定;淀粉含量参照旋光仪法[16-17]测定;直链淀粉含量参照双波长法[18]测定;还原糖含量参照直接滴定法[19]测定;维生素C含量参照高效液相色谱法(HPLC)[20-21]测定;灰分含量参照灼烧称量法[22]测定;纤维素含量参照酶重量法[23]测定;氨基酸含量采用氨基酸分析仪[24]测定,氨基酸评分(Amino acid score,AAS)按正式计算。

式(1)

式中,Ax-样品中氨基酸含量(g/kg);As-FAO/WHO评分模式中同种氨基酸含量(g/kg)。

1.2.3 全粉品质特性指标测定

1.2.3.1 花青素含量测定 花青素采用提取剂+超声波辅助提取,AB-8大孔树脂纯化,紫外分光光度法测定[25]。准确称取样品0.5 g,加入20 mL提取剂(1% HCl∶95%乙醇=40∶60),60 ℃恒温水浴20 min,冷却至室温,超声波辅助提取30 min,60 ℃恒温水浴10 min,离心(4000 r/min,15 min),吸取2.5 mL上清液于25 mL容量瓶中,分别用pH1.0缓冲液和pH4.5缓冲液定容至刻度,摇匀,放置2 h平衡后,以蒸馏水作空白对照,在波长525、700 nm处测定吸光度值,分别计算计算花青素含量(X)、花青素总量(M)和花青素保持率(MR)。

A=(A525 nm-A700 nm)pH1.0-(A525 nm-A700 nm)pH4.5

式(2)

X=[(A/ε×L)V/m]×MW×DF

式(3)

式中,X-样品花青素含量(mg/100 g);A-吸光度值;ε-矢车菊素-3-葡萄糖苷的消光系数,26900 L/(mol×cm);L-光程,1 cm;V-提取液体积(mL);m-样品质量(g);MW-矢车菊素-3-葡萄糖苷分子量(449.2 g·mol-1);DF-稀释倍数。

花青素总量按下式计算:

M=m×X

式(4)

式中,M-样品花青素总量(mg);X-样品花青素含量(mg/100 g)。

花青素保持率按下式计算:

式(5)

1.2.3.2 色泽测定 色泽采用全自动测色仪测定[26]用亨特均匀表色系统测定L*、a*、b*值,计算总色差(ΔE)。

式(6)

式中:L*-白度值(L*=0表示黑色,L*=100表示白色);彩色指数a*-红(正数)/绿(负数)值;彩色指数b*-黄(正数)/蓝(负数)值。带0为空白值。ΔE值越小,色泽与原马铃薯色泽越接近。

1.2.3.3 碘蓝值测定 碘蓝值参照SB/T 10752-2012[27]测定。准确称取0.25 g样品加入50 mL容量瓶,蒸馏水定容,65.5 ℃水浴中搅拌5 min,静置1 min后过滤,吸取1 mL于50 mL容量瓶中,加入0.02 mol/L碘标准溶液1 mL,蒸馏水定容。以蒸馏水作空白对照,以试剂空白调点,测定样品的吸光度值A650 nm(E),计算碘蓝值(IBV)。

IBV=A(E)×54.2+5

式(7)

1.2.3.4 持油能力测定 称取5 g样品(m)于50 mL离心管(m1)中,加入30 mL食用油,30 ℃水浴中搅拌30 min,冷却静置至室温,离心(3000 r/min,20 min),弃上清液,倒置5 min后称量离心管和沉淀物的质量(m2),计算持油率(OHC)。

式(8)

1.2.3.5 持水能力测定 称取5 g样品(m)于50 mL离心管(m1)中,加入30 mL蒸馏水,其余操作同1.2.3.4,计算持水率(WHC)。

式(9)

1.2.3.6 冻融特性 参照Ahmed M等[28]的方法测定。称取5 g样品于50 mL离心管(m1)中,加入30 mL蒸馏水,30 ℃水浴中搅拌30 min,冷却后放入-18 ℃冰箱中冻结24 h后解冻至室温,离心(3000 r/min,20 min),称质量(m2)弃上清液,倒置2 min后称量离心管和沉淀物的质量(m3),冻融稳定性的大小用析水率(I)表示。

式(10)

1.2.3.7 溶解度和溶胀度测定 溶解度和溶胀度参照Adeleke等[29]的方法测定。准确称取1 g样品(m0)于50 mL离心管(m1)中,加入30 mL蒸馏水,混匀,沸水浴振荡30 min,离心(4000 r/min,20 min),上清液倒入干燥已称重的铝盒在沸水浴中蒸干,置105 ℃下干燥至恒重,称重(m2);去除上清液的离心管倒置5 min后称量离心管和沉淀物的质量(m3)105 ℃下干燥至恒重再次称重(m4),计算溶解度(S)和溶胀度(B)。

式(11)

式(12)

1.2.3.8 沉淀值测定 按照小麦沉淀指数测定SDS法[30]进行测定。

1.2.3.9 最低胶凝浓度测定 参照仇干等[4]的方法测定。取若干试管,称取一定量样品于试管中,加入5 mL蒸馏水,分别配成2%～20%系列悬浮液,沸水浴中加热1 h,迅速冷却至4 ℃并保持2 h,倒置试管,观察内容物是否滑落,不滑落时的最小浓度即为最低胶凝浓度。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 原料品质分析

鲜马铃薯营养品质指标的测定结果见表1。从表1可见,‘黑美人’鲜马铃薯干物质含量、淀粉含量显著(P<0.05)低于陇薯7号,还原糖含量显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’。马铃薯全粉加工对原料要求尚无统一的国家质量标准,品种按商业化加工需要选择,‘黑美人’马铃薯符合一般商业化全粉加工用马铃薯原料要求干物质含量高于20%、还原糖含量上限不超过0.4%的选择标准[31],可作为全粉加工原料。‘黑美人’马铃薯蛋白质和维生素C含量显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’,且含有丰富的具有很强抗氧化活性的花青素,含量达到(36.48±0.52) mg/100 g,‘陇薯7号’不含花青素。

表1 鲜马铃薯营养品质指标分析Table 1 Analysis on nutrition quality index of fresh potato

2.2 全粉营养品质分析

表2可见,与‘陇薯7号’颗粒全粉(77.62%±1.11%)相比,‘黑美人’颗粒全粉淀粉含量(68.95%±0.70%)显著偏低(P<0.05),全粉得率也相对较低,这是其原料干物质及淀粉含量决定的。

表2 马铃薯全粉营养品质指标分析Table 2 Analysis on nutrition quality index of potato granules

‘黑美人’颗粒全粉蛋白质含量(10.23%±0.21%)显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’颗粒全粉(含量为8.72%±0.16%)。氨基酸构成测定结果显示(见表3),‘黑美人’颗粒全粉蛋白质中氨基酸总量(844.52±0.45) mg/g和必需氨基酸含量(398.65±0.63) mg/g显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’颗粒全粉(分别为(760.24±0.21)、(299.59±0.37) mg/g),必需氨基酸与氨基酸总量比值(E/T)和必需氨基酸与非必需氨基酸的比值(E/N)分别高达47.20%和89.41%,显著高于‘陇薯7号’颗粒全粉的39.41%和65.07%(P<0.05),均高于WHO/FAO提出的40%和60%的参考蛋白质模式[32],氨基酸评分(AAS)为70.00,显著高于‘陇薯7号’颗粒全粉的的50.92(P<0.05),必需氨基酸构成比例均衡,功效比高[33],符合理想蛋白质的标准,优于其他植物蛋白。与小麦粉混合,能弥补小麦粉蛋白质中赖氨酸(Lys)缺乏的不足,营养更加均衡。

表3 马铃薯全粉氨基酸构成分析Table 3 Analysis of amino acid composition of potato granules

另外,‘黑美人’颗粒全粉中灰分达到4.06%±0.03%,与‘陇薯7号’颗粒全粉接近,远高于小麦粉的灰分含量(一般为0.35%±0.03%)[4],说明‘黑美人’颗粒全粉含有丰富的矿物质,如铁、钾、锌、钙、磷等;‘黑美人’全粉维生素C含量显著高于‘陇薯7号’颗粒全粉(P<0.05),达到(7.54±0.06) mg/100 g;‘黑美人’颗粒全粉还含有丰富的普通马铃薯全粉所缺乏的花青素,含量达到(342.06±1.08) mg/100 g,花青素保持率达到83.72%±1.26%,具有不可替代的保健功能。

2.3 颗粒全粉理化特性分析

2.3.1 色泽分析 色泽是马铃薯全粉重要品质性状之一,全粉色泽与原料色泽越接近,说明这褐变程度越小。感观可见,‘黑美人’颗粒全粉呈纯天然紫色,‘陇薯7号’颗粒全粉呈淡黄色,色泽均比较均匀。全自动测色仪测定结果表明(见表4),‘黑美人’颗粒全粉与‘陇薯7号’颗粒全粉ΔE值分别55.68±0.73和和88.14±1.16,色泽差异显著(P<0.05);‘陇薯7号’颗粒全粉L*值达到86.85±0.37,白度值很高,而‘黑美人’颗粒全粉只有55.24±0.18;‘陇薯7号’颗粒全粉的a*值为-1.19±0.05,不显红色,而‘黑美人’颗粒全粉a*值达到8.17±0.23,红色相当明显。与原马铃薯块茎薯肉比较,‘黑美人’鲜薯L*值、a*值、b*值、ΔE值分别为52.58±0.21、8.54±0.17、-3.82±0.04和53.14±0.86,‘黑美人’颗粒全粉L*值、a*值、b*值、ΔE值分别为55.24±0.18、8.17±0.23、-4.24±0.04和55.68±0.73,说明‘黑美人’加工后色泽各项指标均无显著(P>0.05)变化,颗粒全粉色泽与原料色泽非常接近,色素保持良好。

表4 马铃薯全粉理化指标分析Table 4 Analysis on physical and chemical index of potato granules

2.3.2 碘蓝值 马铃薯全粉中游离淀粉含量多少是全粉质量的一项重要指标,碘蓝值的高低与游离淀粉含量呈正相关。表4显示,‘黑美人’颗粒全粉碘蓝值(6.68±0.46)略低于‘陇薯7号’全粉颗粒(7.01±0.32),说明‘黑美人’颗粒全粉游离淀粉含量少,马铃薯细胞被破坏的程度更低,细胞抗外界机械力的能力更强,马铃薯细胞的完整性保持良好。

2.4 全粉加工特性分析

2.4.1 持水能力和持油能力 持水能力与样品中淀粉含量和性质有关,直链淀粉含量越多,持水能力越强,马铃薯全粉的持水能力影响面团的稳定性[4]。持油能力受蛋白质含量、性质及加工条件等因素的影响,非极性末端蛋白质含量增加,持油能力增强。表5可见,‘黑美人’颗粒全粉持水能力(5.65±0.11) g/g和持油能力(3.023±0.09) g/g均显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’颗粒全粉((4.23±0.10)、(2.812±0.06) g/g),这可能与‘黑美人’马铃薯直链淀粉含量高于普通马铃薯[34]以及蛋白质含量较高有关。‘黑美人’颗粒全粉更适合于加工桃酥、油炸彩色薯片等含油脂较高的产品。

表5 马铃薯全粉加工特性分析Table 5 Analysis on the processing characteristics of potato granules

2.4.2 冻融稳定性 冻融稳定性反映了马铃薯全粉耐受冷冻、融解等剧烈物理变化的能力[33],说明其在低温加工或贮存食品中的稳定性。表5显示,‘黑美人’颗粒全粉析水率为(2.05±0.07) g/g,低于‘陇薯7号’颗粒全粉(2.12±0.08) g/g的析水率,说明其具有更好的低温稳定性,面团弹性好,可作为速冻食品加工原料。小麦粉中添加一定量的马铃薯全粉可提高产品的冻融稳定性[36]。

2.4.3 溶解度和膨胀度 溶解度反映了马铃薯全粉的水溶能力,淀粉的溶解主要是直链淀粉分子从颗粒中逸出,是衡量其在水中溶解性大小的尺度。膨胀度是马铃薯全粉水合能力的量度,反映马铃薯全粉在加热过程中支链淀粉发生糊化并发生水合的能力,可用来说明全粉分子内部化学键的强度。由表5可知,‘黑美人’颗粒全粉的溶解度(2.82%±0.04%)与‘陇薯7号’颗粒全粉的溶解度(2.67%±0.04%)比较接近,而膨胀度(14.48%±0.11%)显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’颗粒全粉的膨胀度(12.96%±0.12%),说明‘黑美人’颗粒全粉具有更好的水溶能力和水合能力。

2.4.4 沉淀指数 沉淀指数是基于蛋白质与十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate,SDS)发生水合作用膨胀形成絮状沉淀物的原理测得,与蛋白质含量呈正相关,值越高说明烘烤面包的品质相对越好,是反映面包品质的一项重要指标[4]。由表5可知,‘黑美人’颗粒全粉沉淀指数为(38.83±0.24) mL,显著(P<0.05)高于‘陇薯7号’颗粒全粉(36.68±0.29) mL的沉淀指数,可作为烘烤面包的添加原料。

2.4.5 最低胶凝浓度 最低胶凝浓度反映了物质的胶凝能力,受食品中碳水化合物、蛋白质和脂类的综合影响,值越小,则胶凝能力更强。由表5可知,‘黑美人’颗粒全粉的最低胶凝浓度(6.25%±0.00%)低于‘陇薯7号’颗粒全粉的最低胶凝浓度(6.70%±0.00%),低于小麦粉2倍[4],说明‘黑美人’颗粒全粉胶凝能力更强。

3 讨论与结论

通过对‘黑美人’马铃薯颗粒全粉和‘陇薯7号’马铃薯颗粒全粉营养品质、理化特性和加工特性指标的对比分析,得出以下结论:‘黑美人’马铃薯颗粒全粉蛋白质含量、维生素C含量和必需氨基酸与氨基酸总量比值(E/T)等营养品质指标均显著高于‘陇薯7号’马铃薯颗粒全粉,同时含有丰富的花青素,具有不可替代的保健功能,营养价值更高。‘黑美人’马铃薯颗粒全粉呈纯天然紫色,与原马铃薯块茎薯肉色泽相近,色泽艳丽,加工过程中花青素损失率低,色素保持良好。碘蓝值低于‘陇薯7号’马铃薯颗粒全粉,游离淀粉含量少,马铃薯细胞被破坏的程度低,细胞抗外界机械力的能力强,马铃薯细胞的完整性保持良好。‘黑美人’马铃薯颗粒全粉持水率、持油率、膨胀度和沉淀指数均高于‘陇薯7号’马铃薯颗粒全粉,且差异显著(P<0.05),其他加工特性指标与‘陇薯7号’颗粒全粉接近,食品加工性能更优。

综合分析,‘黑美人’马铃薯颗粒全粉在生产过程中能够极大程度地保持细胞的完整性,保留新鲜紫色马铃薯的天然风味和口感,花青素保存较多,营养价值很高。‘黑美人’颗粒全粉具有良好的加工特性,既能作为最终产品,也是生产彩色薯片、彩色馒头、彩色糕点、马铃薯泥、马铃薯营养粉、代餐粉等特色功能食品的良好基料,提高其附加值和经济效益。以紫色马铃薯全粉为基料的主粮化产品、特色功能食品加工技术研究及产业化开发将成为马铃薯主粮化发展新的增长点,具有广阔的开发利用前景。