葛斌權(quán) 李 娟 陳正行 王 莉 王 韌 羅小虎

(食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室; 江南大學(xué)，無(wú)錫 214122)

酶促褐變是馬鈴薯加工過程中易出現(xiàn)的問題，在加工過程中馬鈴薯細(xì)胞的破碎使得體內(nèi)多酚氧化酶(polypheoloxidase ,PPO)與多酚類底物接觸，生成醌類物質(zhì)，再聚合生成黑褐色物質(zhì)[1]。亞硫酸、亞硫酸氫鈉等護(hù)色劑因其有較好的護(hù)色效果廣泛應(yīng)用到馬鈴薯加工中[2]，但有研究證明亞硫酸鹽不利于人體健康[3]，因此研究一種新型馬鈴薯無(wú)硫護(hù)色工藝迫在眉睫。何繼文等[4]采用0.3%(m/m)檸檬酸和0.1%(m/m)抗壞血酸對(duì)甘薯護(hù)色處理30 min，所制得甘薯全粉亮度值L*可達(dá)90.58。馮衛(wèi)敏等[5]以半胱氨酸、檸檬酸和抗壞血酸復(fù)配后，有效抑制了鮮切紫薯的褐變。

目前市場(chǎng)上的馬鈴薯全粉有顆粒粉和雪花粉等，廣泛應(yīng)用在馬鈴薯泥、復(fù)合馬鈴薯片、膨化食品等產(chǎn)品中[6]。但因其是通過傳統(tǒng)加熱工藝制得，較高的淀粉糊化度不利于其在面條、饅頭等中式主食中的應(yīng)用。本研究旨在生產(chǎn)開發(fā)一種淀粉糊化度低的新型無(wú)硫馬鈴薯生全粉。有研究表明，生全粉中淀粉的破壞程度較小，證明其再加工性能較好，且對(duì)于一些需要蒸煮或冷凍的食品如面條、速凍食品等，生全粉的適用性更高，更有利于馬鈴薯的加工應(yīng)用[7]。因此本研究聯(lián)合一種新型無(wú)硫護(hù)色工藝與閃蒸技術(shù)制備低糊化度無(wú)硫馬鈴薯生全粉，旨在為推進(jìn)馬鈴薯主食化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大西洋馬鈴薯：河北張家口億沐農(nóng)業(yè)科技有限公司；馬鈴薯熟全粉：黑龍江北大荒馬鈴薯集團(tuán)有限公司，糊化度為95.41%；馬鈴薯生全粉，實(shí)驗(yàn)室自制，糊化度為9.21%；檸檬酸、抗壞血酸、半胱氨酸、H2SO3、NaH2PO3、K2HPO3、鄰苯二酚等均為分析純：上海國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 儀器與設(shè)備

RM-TD 301型馬鈴薯去皮機(jī)：廣東佛山市順德區(qū)韓泰電器有限公司；DJ-300型馬鈴薯切分機(jī)：河北邢臺(tái)市鼎佳機(jī)械制造廠；高溫?zé)犸L(fēng)流化床：湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；渦流閃蒸干燥機(jī)：浙江瑞安市善源機(jī)械有限公司；JP-450型多功能粉碎機(jī)：浙江永康市久品電器有限公司；Avanti J-26XP型高效離心機(jī)：美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司；WFZ UV-2000型紫外可見光分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器有限公司；UltraScan Pro-1166高精度分光測(cè)色儀：美國(guó)Hunterlab公司；Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀：法國(guó)肖邦儀器公司；DHR-3流變儀：美國(guó)沃特世公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯生全粉加工工藝

參考沈存寬等[8]的方法并進(jìn)行改進(jìn)。選取外觀良好、未發(fā)芽、未腐爛的馬鈴薯，洗凈后放入去皮機(jī)中去皮，然后用切分機(jī)中將馬鈴薯加工成約5 mm×5 mm×5 mm的小粒，將小粒轉(zhuǎn)移到護(hù)色液中分別浸泡10、20、30、40、50 min，護(hù)色液選取檸檬酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)、抗壞血酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)和半胱氨酸(0.05%、0.1%、0.15%，m/m)，進(jìn)行單因素和正交試驗(yàn)。

護(hù)色后瀝干，經(jīng)過氣流流化床進(jìn)行預(yù)干燥，干燥溫度設(shè)定65 ℃，干燥時(shí)間為30 min。再將原料通過渦流閃蒸干燥機(jī)進(jìn)行二級(jí)干燥，設(shè)定干燥溫度為130 ℃，處理時(shí)間為5 min。干燥后粉碎過80目篩，得馬鈴薯生全粉。

1.3.2 單一護(hù)色劑對(duì)馬鈴薯護(hù)色實(shí)驗(yàn)

新鮮馬鈴薯去皮切丁后，分別在檸檬酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)、抗壞血酸(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，m/m)和半胱氨酸(0.05%、0.1%、0.15%，m/m)溶液中，室溫25 ℃下分別浸泡10，20，30，40，50 min，并制備馬鈴薯生全粉，以L*值為考察指標(biāo)，評(píng)價(jià)護(hù)色效果。

1.3.3 馬鈴薯生全粉色差測(cè)定

色差測(cè)量參考何偉忠等[9]的方法。利用高精度分光測(cè)色儀對(duì)馬鈴薯生全粉樣品進(jìn)行色差分析。儀器經(jīng)黑白板校準(zhǔn)后，測(cè)定樣品L*，每個(gè)樣品平行測(cè)定8次后取平均值。

1.3.4 馬鈴薯PPO提取與抑制率測(cè)定

1.3.4.1 PPO提取

PPO提取參考張洪等[10]的方法，精確稱取100 g馬鈴薯樣品，置于組織粉碎機(jī)中，加入100 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液(預(yù)先冷卻到4 ℃，pH 6.8)，粉碎2 min，用8層紗布過濾，所得濾液于4 ℃下8 000r/min冷凍離心10 min，取上清液(粗酶液)于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.4.2 PPO抑制率測(cè)定

PPO抑制率測(cè)定參考李鑫熠等[11]的方法，移取1 mL馬鈴薯粗酶液于試管中，加入10 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液，混合均勻后置于30 ℃水浴下反應(yīng)25 min，所得混合物在400 nm下測(cè)定吸光值A(chǔ)。多酚氧化酶的抑制率(P)按公式計(jì)算：

式中：P為抑制率/%；A0為未加護(hù)色劑的樣品吸光度；A1為加護(hù)色劑的樣品吸光度。

1.3.5 馬鈴薯生全粉復(fù)合護(hù)色劑正交試驗(yàn)

根據(jù)1.3.2試驗(yàn)結(jié)果，以護(hù)色時(shí)間(A)、檸檬酸用量(B)、半胱氨酸用量(C)為研究對(duì)象進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。以馬鈴薯全粉亮度值L*和PPO抑制率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化出最佳復(fù)合護(hù)色工藝。

1.3.6 Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀對(duì)馬鈴薯全粉的測(cè)定

檢測(cè)參考ISO 17718: 2013《揉混和加熱條件下測(cè)定全麥粉和面粉的流變學(xué)特性》Chopin+標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試法[12]，和面轉(zhuǎn)速為80 r/min，目標(biāo)扭矩為1.1 Nm，粉團(tuán)重量(粉和水)總質(zhì)量75 g。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的溫度控制分為3個(gè)過程：1)30 ℃恒溫保持8 min；2)加溫階段，以4 ℃ /min速度升溫到90 ℃并保持高溫7 min；3)降溫階段，以4 ℃ /min速度降溫到50 ℃并保持5 min，整個(gè)過程共45 min。

1.3.7 馬鈴薯全粉流變特性測(cè)定

1.3.7.1 樣品制備

分別準(zhǔn)確稱取0.5 g馬鈴薯生全粉和熟全粉于樣品瓶中，加入10 mL去離子水，600 r/min攪拌20 min，調(diào)成質(zhì)量濃度5%的淀粉懸浮液。

1.3.7.2 動(dòng)態(tài)流變特性測(cè)定

采用平板—平板測(cè)量系統(tǒng)，平板直徑為40 mm，平板間距1 mm，刮去平板外多余樣品，加上蓋板，并加入硅油以防止水分蒸發(fā)。設(shè)定溫度25 ℃，掃描應(yīng)變值為1%，測(cè)定樣品在振蕩頻率0.1～10 Hz內(nèi)儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″和損耗正切值tan δ隨角頻率變化的情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素ANOVA方差分析，檢驗(yàn)比較組間差異性，顯著性水平為P=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一護(hù)色劑對(duì)馬鈴薯生全粉色澤的影響

L*值是反映鮮切果蔬褐變程度重要參數(shù)，L*代表明度，L*=0表示黑色，L*=100表示白色[13-14]。由圖1a可得，隨著護(hù)色時(shí)間延長(zhǎng)和檸檬酸濃度增加，生全粉亮度值L*呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。護(hù)色30 min后，L*值變化不明顯，證明酶促褐變已被較好的抑制。在0.4%(m/m)檸檬酸溶液中護(hù)色30 min，生全粉L*值為90.11，而0.5%(m/m)檸檬酸溶液浸泡后L*值為90.59，L*值沒有明顯變化，說明馬鈴薯中大部分多酚氧化酶已失活，該結(jié)果與劉婷婷等[15]的研究結(jié)果一致，因檸檬酸的3個(gè)羧基能螯合多酚氧化酶的銅輔基，且檸檬酸可降低體系pH值，破壞馬鈴薯多酚氧化酶結(jié)構(gòu)[16]。

圖1b表明生全粉L*值與護(hù)色時(shí)間呈正相關(guān)，0.1%(m/m)抗壞血酸溶液護(hù)色10 min后，生全粉L*值為79.16，而護(hù)色50 min后，L*值達(dá)82.43。因抗壞血酸不僅可通過降低pH和介質(zhì)中氧含量以抑制馬鈴薯中多酚氧化酶和過氧化物酶酶活，同時(shí)其還原性可將鄰二醌還原成鄰二酸以抑制多酚物質(zhì)的氧化。馬文錦等[17]研究發(fā)現(xiàn)0.05%(m/m)抗壞血酸對(duì)茭白有一定的護(hù)色效果。而0.2%(m/m)抗壞血酸溶液護(hù)色30 min，L*值達(dá)84.24，質(zhì)量濃度升至0.5%時(shí)L*值僅為85.26。可見濃度增加對(duì)抗壞血酸護(hù)色效果增加不明顯，同時(shí)護(hù)色效果均不如檸檬酸。因抗壞血酸穩(wěn)定性較差，易受溫度、pH、光照、氧氣以及一些離子影響，從而發(fā)生非酶褐變，生成大分子褐色物質(zhì)，降低食品品質(zhì)[18]。

圖1 不同護(hù)色時(shí)間下檸檬酸(a)、抗壞血酸(b)和半胱氨酸(c)不同用量對(duì)馬鈴薯生全粉亮度L*值的影響

如圖1c所示，0.05%(m/m)半胱氨酸溶液護(hù)色10 min，馬鈴薯生全粉L*值為87.8，說明半胱氨酸可有效抑制馬鈴薯酶促褐變。半胱氨酸即使以較低濃度和較短護(hù)色時(shí)間，對(duì)馬鈴薯仍有較好護(hù)色效果，因其與醌類物質(zhì)結(jié)合生成一種穩(wěn)定無(wú)色化合物，能有效抑制多酚氧化酶活力，從而降低褐變程度[19]。同時(shí)0.1%(m/m)半胱氨酸溶液對(duì)馬鈴薯護(hù)色10 min，所制粉L*值為88.86，而0.1%(m/m)半胱氨酸溶液護(hù)色30 min，L*值可達(dá)90.90，說明半胱氨酸的護(hù)色效果隨護(hù)色時(shí)間延長(zhǎng)和質(zhì)量濃度增加顯著提高，但當(dāng)半胱氨酸質(zhì)量濃度≥0.2%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生刺鼻氣味，嚴(yán)重影響食品品質(zhì)。

2.2 護(hù)色條件正交優(yōu)化

由2.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，單一護(hù)色劑的護(hù)色效果為：半胱氨酸>檸檬酸>抗壞血酸。雖然半胱氨酸溶液護(hù)色效果顯著，但較高濃度(≥2%)使全粉有明顯的不良風(fēng)味，且提高生產(chǎn)成本。同時(shí)單一檸檬酸護(hù)色時(shí)低濃度下護(hù)色效果并不明顯。此外，抗壞血酸具有一定的護(hù)色效果，但因其較差穩(wěn)定性和易發(fā)生的非酶褐變，并不適用于生全粉加工工藝。綜合考慮護(hù)色效果和生產(chǎn)成本，本文選擇檸檬酸和半胱氨酸為護(hù)色劑，以馬鈴薯生全粉的亮度值L*、PPO抑制率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以檸檬酸、半胱氨酸的質(zhì)量濃度和護(hù)色時(shí)間為因素，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，以選擇最佳護(hù)色效果。

正交實(shí)驗(yàn)的因素水平如表1所示，實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果分析如表2～表4所示。

從表2和表3中可知，因不同因素對(duì)PPO抑制率和亮度值L*的影響程度不同，以PPO抑制率為考察指標(biāo)的最優(yōu)方案是A3B2C3，而以亮度值L*為指標(biāo)的最優(yōu)方案是A3B3C3。因此需對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表4。

由表4可得，因素A和B對(duì)PPO抑制率和亮度值L*的影響不顯著，A3在表3中2個(gè)最優(yōu)方案皆為最優(yōu)水平，故選A3，而考慮到亮度值L*是判斷馬鈴薯全粉品質(zhì)的最主要指標(biāo)，故在B2和B3中選取B3。此外，因素C是最主要的因素，對(duì)PPO抑制率呈顯著影響(P<0.05)，對(duì)亮度值L*呈極顯著影響(P<0.01)，且表3極差分析得到的兩個(gè)最優(yōu)方案均以C3為最優(yōu)水平，故選取C3。綜合上述分析，最優(yōu)方案為A3B3C3，即檸檬酸濃度0.45%，半胱氨酸濃度0.15%，護(hù)色時(shí)間35 min，經(jīng)驗(yàn)證護(hù)色后所得的馬鈴薯生全粉L*值為91.57，PPO抑制率達(dá)93.7%。

表1 護(hù)色正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表2 正交實(shí)驗(yàn)方案與結(jié)果

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表4 方差分析表

注：**表示極顯著，P<0.01；*表示顯著，P<0.05；空白表示不顯著，P>0.05。

2.3 Mixolab熱機(jī)械特性

由圖2可得，馬鈴薯熟全粉扭矩在初始階段快速增加，接著顯著降低，是由于其淀粉大都已糊化。而生全粉因其極低的糊化度，在升溫過程淀粉開始糊化，黏度增加、扭矩升高。證明不同加工工藝對(duì)馬鈴薯粉團(tuán)熟化后的黏度影響極大，生全粉黏度曲線顯著高于熟粉。

圖2 不同加工工藝下馬鈴薯全粉Mixolab曲線

如表5所示，在不同加工工藝下，C2、C3、C4和C5上有顯著差異，同時(shí)黏度崩解值和回生值也有著顯著變化。差異最為明顯的是吸水率，其表示馬鈴薯粉加水混合成團(tuán)，達(dá)到目標(biāo)稠度的加水量，直接決定谷物產(chǎn)品加工的經(jīng)濟(jì)性。生全粉吸水率為59.5%，而熟全粉吸水率高達(dá)180%。由此證明生全粉具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)圖2顯示在前期加工中熟全粉與生全粉加工性能差異不大，但后期關(guān)于黏度的加工性能已經(jīng)完全喪失，不利于應(yīng)用在饅頭、面條等需要高中面筋含量食品中，面條易斷條、饅頭成型難等問題會(huì)限制其添加量[20]。

2.4 馬鈴薯全粉流變特性

圖3a顯示隨著頻率增加，馬鈴薯生全粉和熟全粉動(dòng)態(tài)模量的變化圖。馬鈴薯熟全粉的儲(chǔ)能模量(G′)和損耗模量(G″)與生全粉相比顯著提高，且隨著頻率增加，G′始終大于G″，是典型的弱凝膠行為。同時(shí)頻率依賴性降低，有可能是因?yàn)槭烊壑械牡矸鄞蠖家呀?jīng)糊化，淀粉分子相互交聯(lián)，使得體系黏彈性增大[21]。由圖3b得，隨著掃描頻率的增加，生全粉的損耗角正切值tanδ高于熟全粉，說明生全粉體系流動(dòng)性較強(qiáng)，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是由于其淀粉糊化度低，體系中未形成較為堅(jiān)固的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[22]。

表5 不同加工工藝下馬鈴薯全粉Mixolab主要測(cè)試指標(biāo)

圖3 馬鈴薯生全粉和熟全粉的動(dòng)態(tài)流變曲線

3 結(jié)論

檸檬酸、抗壞血酸和半胱氨酸三種護(hù)色劑對(duì)馬鈴薯生全粉均有護(hù)色效果，但不同護(hù)色劑之間差異顯著。本文以檸檬酸和半胱氨酸為馬鈴薯生全粉加工中的護(hù)色劑，并以其質(zhì)量濃度和護(hù)色時(shí)間進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，既保證良好的護(hù)色效果，又有效抑制多酚氧化酶酶活。加工特性研究表明，熟全粉前期加工性能與生全粉類似，但后期與黏度相關(guān)的加工性能已經(jīng)完全喪失。同時(shí)與熟全粉相比，生全粉G′、G″顯著降低，tanδ增加，呈現(xiàn)趨于流體的性質(zhì)，更有利于其在馬鈴薯主食化加工生產(chǎn)中的利用。