衛(wèi) 萍 張雅媛 游向榮 孫 健 王 穎 李明娟 周 葵

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所；廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點實驗室，南寧 530007)

馬鈴薯營養(yǎng)豐富且均衡，其主要成分為淀粉，還含有許多對人體健康有益的活性物質(zhì)，馬鈴薯中含有的豐富膳食纖維能幫助腸道更好地消化和吸收食物，有助于降低罹患結(jié)腸癌和心臟病的風險[1]。在西方發(fā)達國家和地區(qū)，馬鈴薯以主食形式消費，但在我國主要以蔬菜或雜糧形式食用[2]。隨著國家馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的提出，馬鈴薯加工產(chǎn)品日漸增多，品種日趨豐富[3]。米粉(又稱米線、餌絲等)是我國南方居民喜食的主食之一，以其具有方便快捷、營養(yǎng)合理、口味多樣等特點深受消費者喜愛[4]。諶珍等[5]比較添加量為50%的馬鈴薯米粉與普通米粉營養(yǎng)成分以及食用品質(zhì)的差異，證實了其營養(yǎng)高于普通米粉。因而，在米粉中添加馬鈴薯，加工成馬鈴薯米粉既符合我國居民的飲食習(xí)慣，亦滿足了人們對營養(yǎng)型主食的要求，這對我國馬鈴薯資源開發(fā)利用無疑具有重要意義。但在實際生產(chǎn)中，由于馬鈴薯全粉中的淀粉易糊化，難老化，與小麥淀粉、玉米淀粉等相比，膨脹率大、黏度熱穩(wěn)定性差，對大米加工品質(zhì)有一定影響[6]。雷婉瑩等[7]研究表明，馬鈴薯全粉添加量≤50%時加工出的馬鈴薯擠壓重組米品質(zhì)較好。馬鈴薯全粉的添加量、馬鈴薯全粉-碎米混合粉糊化特性與馬鈴薯擠壓重組米品質(zhì)特性存在顯著相關(guān)性(P<0.05)。王然[8]研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯全粉含量的增加會提高發(fā)酵型米粉樣品中淀粉和蛋白質(zhì)的含量，對米粉樣品的質(zhì)構(gòu)和蒸煮品質(zhì)有顯著的影響，馬鈴薯全粉添加量為10%的米粉樣品的感官評分最高。然而關(guān)于馬鈴薯對秈米粉糊化特性、流變特性、凝膠質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)及米粉品質(zhì)的系統(tǒng)研究還較少。

本實驗研究不同添加量馬鈴薯全粉對秈米粉糊化、流變、凝膠質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，并進一步通過螺桿擠壓技術(shù)制成米粉，研究馬鈴薯全粉添加量對米粉蒸煮、質(zhì)構(gòu)、色澤等的影響，明確馬鈴薯加工特性與米粉品質(zhì)的關(guān)系，為馬鈴薯米粉加工及品質(zhì)提升提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 原料及設(shè)備

馬鈴薯全粉；早秈米粉(品種為桂朝)，前期通過萬能粉碎機粉碎制得。

KDN系列凱氏定氮分析儀；SZF-06A粗脂肪測定儀；SZ-60型米粉機；RVA4800型快速黏度測定儀；DHR-1型流變儀；LGJ-18冷凍干燥機；F16502型掃描電鏡(表面微觀測試儀)；CT3質(zhì)構(gòu)分析儀；NH300型高品質(zhì)便攜式電腦色差儀。

1.2 方法

1.2.1 馬鈴薯全粉和秈米粉基本組分的測定

水分含量測定參照GB/T 5009.3—2010；蛋白含量測定參照GB5009.5—2016；粗脂肪含量測定參照GB5009.6—2016；粗纖維含量測定參照GB/T5009.10—2003；粗總淀粉含量測定參照GB5009.9—2016；直鏈淀粉、支鏈淀粉含量測定參照GB/T 15683—2008。

1.2.2 馬鈴薯-秈米混合粉的制備

將馬鈴薯全粉和秈米粉過100目篩，按照不同比例(0%、10%、20%、30%、40%、50%，以馬鈴薯全粉-秈米粉混合粉質(zhì)量計)將馬鈴薯全粉和秈米粉充分混合均勻。

1.2.3 糊化特性的測定

采用RVA快速黏度儀對不同馬鈴薯-秈米混合粉進行糊化特性測定。根據(jù)待測樣水分含量，以混合粉的基準含水量為14%，添加量3.0 g為標準添加樣品分散到蒸餾水25 mL中，每個試樣重復(fù)測試3次。RVA測定程序：1 min內(nèi)轉(zhuǎn)速由960 r/min降到160 r/min并保持穩(wěn)定，從50 ℃開始升溫，經(jīng)過3 min 42 s升至95 ℃，并保溫2.5 min，再經(jīng)過3 min 48 s降溫至50 ℃后恒溫2 min，測試結(jié)束，得到混合粉的糊化特征參數(shù)。

1.2.4 流變學(xué)特性測定

參考張雅媛等[9]的方法加以改進，取馬鈴薯-秈米混合粉，采用DHR-1型流變儀測定，用平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑40 mm，設(shè)置間隙1 mm。動態(tài)黏彈性測定：測定溫度25 ℃，通過預(yù)實驗中對線性黏彈區(qū)的測定，確定掃描應(yīng)變值為1%，測定振蕩頻率設(shè)為0.1～10 Hz內(nèi)貯能模量(G′)、損耗模量(G″)、損耗角正切tanδ隨角頻率變化的情況，測定樣品的黏彈性。

動態(tài)時間掃描：將樣品置于平板上進行溫度平衡5 min，溫度4 ℃，掃描應(yīng)變1 %，在頻率0.5 Hz條件下測定1 h內(nèi)樣品貯能模量(G′)和tanδ的變化情況。

1.2.5 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定

首先，梳理改善前流程圖，確定改善重點。明確卒中患者入院便應(yīng)進行吞咽功能評估，然后根據(jù)吞咽障礙情況，在防止肺部感染的同時，加強患者營養(yǎng)。

采用CT3質(zhì)構(gòu)儀測定，將1.2.3處理得到的樣品糊，倒入塑料模具(3 cm×3 cm×2.5 cm)中鋪平，蓋上蓋子防止水分揮發(fā)，4 ℃條件下放置24 h，取出后于室溫條件下放置30 min。使用TA-5圓柱型探頭，質(zhì)構(gòu)測試模式：TPA，在多次預(yù)實驗基礎(chǔ)上確定測試距離為：4 mm，測試速度：1.0 mm/s，觸發(fā)力：5.0 g，間隔時間：10 s，數(shù)據(jù)采集：200 pp/s，每組進行6次平行實驗。根據(jù)數(shù)值穩(wěn)定性選取硬度、彈性、膠著性和咀嚼度作為考察指標。

1.2.6 掃描電鏡

參考高利等[10]的處理方法，將1.2.3處理得到的樣品糊，倒入塑料模具(1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm)中，4 ℃下放置24 h，用3%戊二醛固定，0.1 mol/L的磷酸緩沖液沖洗后，再用30%、50%、70%、90%和100%的乙醇梯度洗脫，經(jīng)真空冷凍干燥后，離子濺射噴金60 s，置于掃描電子顯微鏡下觀察，取500倍放大圖片保存。

1.2.7 擠壓米粉制備

按馬鈴薯全粉與早秈米干質(zhì)量比0∶100、10∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50稱好，然后將早秈米浸泡3 h后磨漿，分別與不同量馬鈴薯全粉混勻加水調(diào)漿至手捧米漿不斷時，打開米粉機開關(guān)，設(shè)置溫度110 ℃，待溫度達到90 ℃以上時即可生產(chǎn)。

1.2.8 米粉品質(zhì)評價

透射比：參考衛(wèi)萍等[11]的方法。準確稱量5.0 g的米粉于250 mL的燒杯中，加入100 mL沸水浸泡2 min，取上清液于620 nm比色，空白采用蒸餾水。

吐漿值：參考衛(wèi)萍等[11]的方法。從試樣中任取20 cm長的完整米粉10根，在實驗前稱重(m1)，放入盛有500 mL沸水的燒杯中煮沸5 min后，取出全部米粉，待水溶液冷卻后，全部倒入500 mL容量瓶中定容，搖勻后吸取50 mL溶液放入干燥好的坩堝中稱重(m2)，于(105±2) ℃條件烘干至恒重(m3)。按公式計算吐漿值：

R1=10×(m2-m3)/m1(1-M)

式中：R1為吐漿值/%；M為米粉含水量/%。

斷條率：取20根直徑均勻，長度約15 cm的米粉煮至最佳蒸煮時間后，淋洗、瀝水并記錄斷條數(shù)(n)。斷條率=[n/20]×100%

式中：n為米粉經(jīng)蒸煮后的斷條數(shù)。

質(zhì)構(gòu)特性：參考衛(wèi)萍等[11]的方法，測試參數(shù)略做改動。取3根長10 cm、厚度2 mm的米粉擦干表面水分，平鋪于測試臺上，保持米粉間距一致，選用TPA模式進行測定。參數(shù)條件：測試探頭：TA5，測試前速度：2 mm/s、測試速度：1 mm/s、測試后速度：2 mm/s、形變量為50%、負載為10 g、間隔時間5 s、數(shù)據(jù)采集200 pp/s，每個樣品平行實驗6次。根據(jù)數(shù)值穩(wěn)定性選取硬度、彈性、膠著性和咀嚼性作為考察指標。

米粉拉伸性能：參考衛(wèi)萍等[11]的方法，采用TA-DGA進行拉伸測試。參數(shù)條件：目標距離：50 mm、調(diào)整測量量：60 mm、負載：10 g、拉伸速度：2 mm/s，平行實驗6次。

1.2.9 米粉色差測定

米粉色澤測定采用色差計，用Lab表色系統(tǒng)表示產(chǎn)品的色澤，其中L為亮度；a為紅綠之間的色澤；b為黃藍之間的色澤。每個米粉樣品測試3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.01和SPSS17.0數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行分析，并用Duncan法進行顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料的基本組分分析

由表1可知馬鈴薯全粉的水分、脂肪、蛋白、總淀粉、支鏈淀粉含量低于秈米粉；而馬鈴薯全粉中粗纖維以及直鏈淀粉含量高于秈米粉。原料基本組分的差異性，將會導(dǎo)致混合粉糊化、流變和凝膠特性的不同，進而影響擠壓米粉的品質(zhì)。

2.2 馬鈴薯-秈米混合粉的糊化特性

馬鈴薯-秈米混合粉的糊化特性見表2。隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，馬鈴薯-秈米混合粉的糊化溫度和峰值時間變化不顯著，而峰值黏度、最低黏度、最終黏度、崩解值和回生值均低于秈米粉，且各項糊化特性參數(shù)均隨馬鈴薯全粉添加量的增加不斷減小。可能與馬鈴薯淀粉的結(jié)構(gòu)、顆粒形狀、粒徑、相對分子量、直鏈淀粉和支鏈淀粉比例等因素有關(guān)[12]。馬鈴薯淀粉的微結(jié)晶形結(jié)構(gòu)具有弱的、均一的結(jié)合力，而谷物淀粉的微結(jié)晶結(jié)構(gòu)是弱力和強力兩種結(jié)合，水分子進入所需能量大，所以大米糊化溫度較之馬鈴薯全粉較高[13]。峰值黏度、最低黏度、最終黏度越低說明馬鈴薯淀粉顆粒具有較低的膨潤力，在糊化升溫過程中的膨脹程度越小，其一方面與混合粉中總淀粉含量減少，糊化體系中淀粉濃度降低有關(guān)；另一方面膳食纖維含量增大，馬鈴薯全粉中的膳食纖維可抑制淀粉顆粒的溶脹[7]。此外，馬鈴薯-秈米混合粉中的纖維素等阻礙了淀粉以氫鍵重新締合，馬鈴薯全粉中非淀粉多糖也會競爭結(jié)合水分，阻礙淀粉的吸水膨脹，導(dǎo)致糊化黏度下降[14]。崩解值是峰值黏度與谷值黏度的差值，崩解值越低，說明淀粉熱糊穩(wěn)定性越強[15]，由表2可知馬鈴薯全粉的加入提高了馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠穩(wěn)定性；回生值表征了老化趨勢的強弱，回生值越低，說明淀粉冷糊穩(wěn)定性強，不易發(fā)生老化，凝膠性弱[16]。添加了馬鈴薯全粉后秈米粉的回生值顯著降低，說明其可減緩大米粉老化，這可能與混合粉中直鏈淀粉的聚合度以及支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)有關(guān)，馬鈴薯淀粉中支鏈淀粉含量較高，且混合粉中的蛋白質(zhì)、纖維素會阻礙淀粉以氫鍵重新締合，導(dǎo)致淀粉糊化后不易老化回生[17]。這與研究報道馬鈴薯全粉可以延緩大米粉老化的結(jié)果一致[18,7]。

2.3 馬鈴薯-秈米混合粉的動態(tài)流變學(xué)特性

圖1為不同頻率下馬鈴薯-秈米混合粉的動態(tài)流變學(xué)圖譜。由圖1a和圖1b可見，秈米粉和馬鈴薯-秈米混合粉的彈性模量(G′)均遠大于其黏性模量(G″)，G′與G″均隨頻率增加而上升，表現(xiàn)為典型的弱凝膠動態(tài)流變學(xué)譜圖[19]。然而，隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，G′和G″，tanδ逐漸增加(圖1c)，G′越小，tanδ越大，說明體系黏性比例越大，彈性比例越小，表明添加馬鈴薯全粉會弱化米粉自身凝膠網(wǎng)絡(luò)。原因可能是淀粉含量的減少以及粗纖維含量的增加，使馬鈴薯-秈米混合粉的最終糊化黏度降低(表2)。最終黏度高往往伴隨著較高的彈性模量[20]。

表1 原料的基本組分含量

注：同列不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)，余同。

表2 秈米粉和馬鈴薯-秈米混合粉的糊化特性

2.4 馬鈴薯-秈米混合粉的動態(tài)時間流變學(xué)性能

圖2為4 ℃下秈米粉和馬鈴薯-秈米混合粉在1 h內(nèi)的動態(tài)時間流變學(xué)變化趨勢，淀粉的回生是一種非平衡熱可逆的再結(jié)晶過程，分為短期回生和長期回生。在老化過程中，直鏈淀粉通過結(jié)晶負責凝膠結(jié)構(gòu)的短期回生，而支鏈淀粉負責長期重排，是一個相對緩慢長期的過程。由圖2可知，隨著馬鈴薯全粉添加量的増加，G′和G″呈下降趨勢，tanδ呈上升趨勢，說明凝膠體系彈性、強度和剛性降低。從回生趨勢來看，前期秈米粉彈性模量増加較快，而后相對趨于平穩(wěn)，但依然在增加。其中10%馬鈴薯全粉對秈米粉的G′、G″和tanδ影響較小，隨著添加量繼續(xù)増大，馬鈴薯-秈米混合粉的G′増加速度降低，說明添加馬鈴薯全粉對抑制秈米粉的短期和長期回生有一定效果。

2.5 馬鈴薯-秈米混合粉凝膠的掃描電鏡

由圖3可知，秈米凝膠結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖較為平滑致密，孔洞雖多，但是基本上沒有較大的孔洞。隨著馬鈴薯全粉含量的逐漸増大，馬鈴薯-秈米混合粉凝膠表面變得粗糙，但孔洞變少，其原因可能是，一方面馬鈴薯全粉具有良好的吸水性，而且馬鈴薯淀粉的微結(jié)晶形結(jié)構(gòu)具有弱且均一的結(jié)合力更易糊化，形成較為穩(wěn)定的凝膠；另一方面馬鈴薯-秈米混合粉粗纖維含量逐漸増加，與淀粉之間的相容性變差，影響了凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。

2.6 馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性

由表3可知，隨著馬鈴薯全粉添加量的増加，馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠硬度、膠著性和咀嚼度逐漸降低，但彈性變化不顯著(P>0.05)。淀粉凝膠的硬度與直鏈淀粉含量密切相關(guān)，直鏈淀粉含量越高，分子相互間的交聯(lián)和纏繞的程度就越高，淀粉凝膠的強度就越大，硬度、咀嚼性和黏性就越大，支鏈淀粉分子的相互纏繞則使得淀粉凝膠具有軟的結(jié)構(gòu)不易破壞[21]。凝膠的硬度主要是由淀粉凝膠的回生引起的，這與凝膠的脫水收縮以及淀粉的晶型有關(guān)[22]。劉佳等[23]研究表明，A型淀粉分子構(gòu)象為棒狀，有利于分子緊密排列，使A型淀粉凝膠硬度較大，B型淀粉分子構(gòu)象為無規(guī)則卷曲狀，在淀粉重結(jié)晶過程中有序化相對較低，更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，凝膠硬度較小。而馬鈴薯淀粉的晶型為B型[24]，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，混合粉中直鏈淀粉降低，B晶型淀粉含量增加，導(dǎo)致凝膠強度降低。此外，馬鈴薯全粉中的粗纖維由于與淀粉的不相容性，亦可能破壞淀粉凝膠結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和致密性(如圖3)，導(dǎo)致馬鈴薯-秈米混合粉的凝膠硬度、膠著性和咀嚼度顯著降低。

圖1 馬鈴薯-秈米混合粉的動態(tài)流變學(xué)特性

圖2 馬鈴薯-秈米混合粉動態(tài)時間流變學(xué)特性

圖3 馬鈴薯-秈米混合粉凝膠結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖(×500)

表3 秈米粉和混合粉的凝膠質(zhì)構(gòu)特性

2.7 米粉的蒸煮性質(zhì)

由表4可知，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，米粉的蒸煮時間和透射比減少、吐漿值和斷條率增加。根據(jù)LII等[25]報道，米粉的蒸煮損失應(yīng)小于10%，而由表4可知，各實驗組米粉的吐漿值都顯著高于市售米粉，這可能與馬鈴薯溶于水，且本研究未添加任何米粉改良劑有關(guān)。馬鈴薯全粉添加量為30%時，米粉斷條率僅為7.08%。蒸煮損失和斷條率主要與淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)強度有關(guān)[26]，隨著馬鈴薯全粉添加量增加，樣品凝膠強度明顯降低(表3)，導(dǎo)致吐漿值和斷條率上升。米粉的蒸煮損失、吸水率和斷條率與淀粉的凝膠網(wǎng)絡(luò)強度有關(guān)，而蒸煮時間主要與淀粉的相對含量與類型有關(guān)[27]。隨著馬鈴薯全粉添加量增加，粗纖維含量亦增加，這破壞了淀粉連續(xù)性的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得凝膠結(jié)構(gòu)中有較多的空洞出現(xiàn)，引起馬鈴薯米粉吐漿值和斷條率的升高。同時，馬鈴薯全粉添加量增加，馬鈴薯-秈米混合粉更易糊化，這導(dǎo)致蒸煮時間減少?？傮w而言，不同添加量馬鈴薯全粉的擠壓米粉蒸煮品質(zhì)與市售米粉還存在一定差異。但馬鈴薯全粉添加量在30%以內(nèi)，米粉仍具有可接受的蒸煮品質(zhì)。

表4 不同添加量馬鈴薯鮮濕米粉蒸煮指標測定結(jié)果

2.8 米粉的質(zhì)構(gòu)特性

由表5可知，與市售米粉相比，自制純米粉的硬度值顯著增大(P<0.05)，膠著性顯著減小(P<0.05)。分析原因一方面可能是所使用的大米品種不同，另一方面市售米粉中常添加小麥或玉米淀粉，對米粉的品質(zhì)有一定的改善作用；與自制純米粉相比，馬鈴薯全粉添加量從0%增加至40%時，馬鈴薯-秈米混合粉擠壓米粉的硬度、彈性、膠著性值均降低；咀嚼度是硬度、彈性和內(nèi)聚性的乘積，受這3個參數(shù)的影響[28]，導(dǎo)致咀嚼度亦逐漸下降。拉伸測試結(jié)果見表6，結(jié)果顯示隨著馬鈴薯全粉添加量增大，米粉的拉伸性能亦下降。馬鈴薯-秈米混合粉凝膠特性是影響米粉凝膠特性的最主要因素。其中，硬度、彈性和咀嚼度對米粉質(zhì)構(gòu)品質(zhì)影響較大。因此，在不添加米粉改良劑的情況下，馬鈴薯全粉添加量應(yīng)控制在30%以內(nèi)。

表5 不同添加量馬鈴薯鮮濕米粉TPA測試結(jié)果

注：“—”表示米粉成型性差無法測定，余同。

表6 不同添加量馬鈴薯鮮濕米粉拉伸性能測試結(jié)果

2.9 米粉的色差

由表7可知，添加馬鈴薯全粉后米粉L值減小，但添加量為20%時與市售米粉無顯著差異(P>0.05)；馬鈴薯全粉添加量繼續(xù)增大，L值則顯著減小(P<0.05)。添加馬鈴薯全粉米粉a值和b值相比市售米粉顯著增大(P<0.05)，說明馬鈴薯米粉與市售米粉品質(zhì)有一定的差異。與自制純米粉相比，馬鈴薯全粉添加量達20%時，L值顯著減小(P<0.05)，a值顯著增大(P<0.05)，但L值添加量范圍20%～40%內(nèi)變化差異不顯著(P>0.05)；馬鈴薯添加量達30%時黃值b顯著增大(P<0.05)。說明添加馬鈴薯達到一定的量后對米粉色差影響較大，綜合考慮在不添加米粉改良劑的情況下，建議馬鈴薯全粉添加量控制在30%以內(nèi)。

表7 鮮濕馬鈴薯米粉色差

3 結(jié)論

馬鈴薯全粉的添加對秈米粉加工特性有著較大影響，秈米粉的理化、糊化、凝膠質(zhì)構(gòu)特性和擠壓成型后米粉的品質(zhì)發(fā)生了顯著變化。隨著馬鈴薯全粉添加量的增加，降低了馬鈴薯-秈米混合粉的峰值黏度、最低黏度、崩解值、回生值、糊化溫度、彈性模量、黏性模量、以及混合凝膠的硬度、膠著性和咀嚼度；馬鈴薯-秈米混合粉糊化后的凝膠呈現(xiàn)出較少、均勻程度相同的孔狀結(jié)構(gòu)，且連接較緊密；馬鈴薯全粉的添加導(dǎo)致米粉的吐漿值和斷條率增加，米粉的蒸煮時間、透射比、硬度、膠著性、咀嚼度、峰值負載和峰值負載形變量降低。此外，添加馬鈴薯全粉對米粉的亮度值L、紅值a和黃值b均影響較大。但馬鈴薯全粉添加量在30%以內(nèi)，米粉仍具有可接受的品質(zhì)。