马铃薯全粉制备、性质和主食化加工研究进展

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(哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨 150076)

马铃薯全粉制备、性质和主食化加工研究进展

徐忠,王胜男,赵丹,杨萍

(哈尔滨商业大学食品工程学院,黑龙江哈尔滨 150076)

近年来,马铃薯全粉在加工产业链中占有着十分重要的地位,2015年农业部把马铃薯主粮化工作列入重要议程。马铃薯营养价值丰富,主粮化有助于改善和丰富我国居民膳食营养结构。总结了马铃薯全粉的制备、性质、食品加工的国内外研究概况,并对发展前景进行了展望。

马铃薯全粉,制备,性质,主粮化

马铃薯是国内外人民日常饮食中非常重要的粮食作物之一,全世界有150个国家和地区种植马铃薯,年产量约3.2亿t,我国是马铃薯主产区之一,年产量已达0.72亿t[1]。研究显示,马铃薯是一种均衡的食物,脂肪含量低,热量低,含有优质的蛋白质、必需的维生素、矿物质和氨基酸[2]。马铃薯全粉是马铃薯的主要深加工产品之一,马铃薯全粉由于其特殊的加工工艺和要求,在正常环境条件下储存期能达到2年,而且有效保留了马铃薯的营养价值和天然风味,是一种优质的食品原料[3]。马铃薯全粉主要用于薯片、薯条、薯泥等休闲食品的加工,也可作为其它食品的加工配料,提高产品的营养价值和附加值[4-5]。美国欧洲等国家马铃薯全粉生产已有几十年的历史,年产量已达30 万t以上[6],随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高,马铃薯加工食品的需求量逐年提高,马铃薯全粉的产量也呈现持续上升趋势[7-8]。本文总结了近年来国内外关于马铃薯全粉制备、性质及食品加工方面的研究进展,为推动我国马铃薯全粉的进一步研究和开发应用提供理论参考。

1 马铃薯全粉制备研究进展

马铃薯全粉是以新鲜马铃薯为原料,经过清洗、去皮、切片、漂洗、预煮、冷却、蒸煮、捣泥、干燥、筛分等[9]工艺过程得到的颗粒状或薄片状产品的统称,根据脱水干燥的工艺不同,马铃薯全粉分为马铃薯颗粒全粉和马铃薯雪花全粉。马铃薯全粉制备中最重要的指标是预煮温度时间、蒸煮温度时间和干燥温度时间,要防止加工过程马铃薯细胞过多的破坏,以减小游离淀粉溶出,保证全粉的质量。

1.1马铃薯颗粒全粉制备研究

马铃薯颗粒全粉是马铃薯泥经过气流干燥、热风干燥等方法制备的产品,在颗粒全粉生产中,减少细胞的破碎率是生产中的技术关键,对于全粉加工至关重要。Moledina等[10]研究了预煮工艺对制备马铃薯颗粒全粉的影响,电镜结果显示经过70 ℃、20 min预煮后,马铃薯颗粒细胞间保持未分离状态,表明通过预煮后,马铃薯细胞壁会产生更大的内聚力,细胞壁变得结实,细胞壁分解度降低,有利于后续蒸煮加工等工艺中保持细胞的完整,提升颗粒粉产品质量。杨薇等[11]研究了切片和热风干燥对马铃薯颗粒全粉与水结合能力和堆积密度的影响,结果表明,切片厚度为4 mm、干燥温度设定为 60 ℃,干燥时间7 h,制备的马铃薯颗粒全粉水合能力为每克样品含水3.963 g,堆积密度为0.74 g/mL,复水后的马铃薯泥具有沙口性和浓郁的马铃薯香味。

1.2马铃薯雪花全粉制备研究

马铃薯雪花全粉是马铃薯泥经过滚筒干燥、喷雾干燥等方法,再经过破碎得到的产品,也是目前国内各马铃薯全粉加工厂主要的产品[12]。Saydi[13]等人研究了喷雾干燥法制备马铃薯雪花全粉的最佳工艺条件,得出空气温度为195 ℃,进料流速选择9 mL/min,空气流量为0.001715 m3/s。赵凤敏等[14-15]研究了滚筒干燥法制备马铃薯雪花全粉的工艺条件,结果表明,制备马铃薯雪花全粉最佳工艺参数为:马铃薯切片厚度为 10 mm,75 ℃预煮25 min,25 ℃冷却水冷却30 min,95～98 ℃蒸煮 30 min,滚筒干燥温度145 ℃,回转速度 0.35 m/s。

2 马铃薯全粉性质研究进展

2.1马铃薯颗粒全粉和雪花全粉的理化指标

马铃薯全粉的性质主要包括颗粒结构、化学组成、理化指标等,根据马铃薯全粉行业标准,马铃薯雪花和颗粒全粉理化指标见表1、表2所示[16]:

表1 雪花全粉理化指标Table 1 Physical and chemical indicators of potato powder

表2 颗粒全粉理化指标Table 2 Physical and chemical indicators of potato granules

表3 马铃薯全粉与马铃薯淀粉化学组成[17]Table 3 Chemical composition of potato flour and potato starch[17]

表4 马铃薯全粉与小麦粉化学组成[18]Table 4 Chemical composition of potato flour and wheat flour[18]

由表1、表2可知,马铃薯颗粒全粉颗粒小,游离淀粉少,且加工工艺降低了马铃薯细胞破碎率,基本保持了细胞的完整性,复水后能保持马铃薯的风味物质,能更好地恢复为新鲜薯泥的性状,具有鲜薯泥的香味和沙口感,能提供加工产品更好的口感和风味。

2.2马铃薯全粉与马铃薯淀粉化学组成

马铃薯淀粉是以新鲜马铃薯为原料,经过清洗、去皮、破碎、过滤、洗涤、脱水、干燥等工序处理而得到的白色粉状固体,马铃薯全粉与马铃薯淀粉的主要化学组成见表3所示:

由表3可以看出,马铃薯全粉中蛋白质、纤维素、维生素等营养成分均高于马铃薯淀粉,由于马铃薯全粉加工过程中还最大限度的保持了马铃薯细胞颗粒的完好性,因此复水后的马铃薯全粉具有新鲜马铃薯蒸熟后的营养、风味和口感。而马铃薯淀粉仅是马铃薯众多成分中的一种,因此马铃薯淀粉不具有马铃薯的营养、风味和口感,而且马铃薯全粉粘度低,吸水性强,更适于作为食品原料使用,马铃薯淀粉粘度高,糊透明度好,食品加工中主要用作增稠剂使用。

2.3马铃薯全粉与小麦粉的化学组成

小麦粉是小麦经磨制加工后得到的粉状固体,也称小麦面粉或者面粉,主要用于面制品的加工原料。马铃薯全粉与小麦粉的主要化学组成见表4所示:

由表4可以看出,与小麦粉比较马铃薯全粉的优点是水分含量低,耐储存,营养价值高,缺点是马铃薯全粉不含面筋蛋白,加工性能差。小麦粉的优点湿面筋含量高,易于食品成型加工,缺点是营养成分低。马铃薯全粉与小麦粉混合使用可以做到营养互补,加工性能互补,尤其是制作各类主食加工食品。

2.4马铃薯全粉结构与性质分析

李茹等[19]采用红外光谱仪、偏光显微镜、扫描电镜、X-射线衍射光谱仪,Brabender粘度计等仪器测定马铃薯颗粒全粉和雪花全粉的颗粒结构和粘度等性质。结果表明,颗粒粉和雪花粉均有淀粉的红外特征吸收峰,且峰位置基本一致,所含官能团无差异。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,雪花粉呈扁平状、多边形,边缘不规则,表面粗糙裂缝、凹陷和溶洞。在偏光下,各样品中的团粒或颗粒都没有清晰的偏光十字,其衍射曲线显示均为无定形结构。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。从结构和性质分析可知,颗粒全粉和雪花全粉淀粉颗粒原有的有序结构受强烈的剪切热作用后,已受到破坏,雪花粉结构破坏程度更大,游离淀粉多,粘度较大。颗粒粉中多数淀粉细胞颗粒保持较为完整,粘度较小,因此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 马铃薯全粉食品加工研究进展

3.1休闲食品加工

3.1.1 马铃薯复合薯片工艺研究 马铃薯复合薯片是以马铃薯全粉为主要原料,经过配料、混合、和粉、压片、切片、油炸、冷却、包装等工艺流程得到的一种薯片产品[20],其优点在于原料来源方便,生产不受季节限制,易于实现规模化生产,而且可以营养搭配,便于成型和包装。李军等[20]以马铃薯全粉、马铃薯淀粉、玉米淀粉为主要原料制备油炸复合薯片,以成品含油量、丙稀酰胺含量为主要指标,采取正交实验法,确定了复合薯片制作的最佳工艺参数为:原料含水量20%,含盐量2.0%,油炸温度160 ℃,油炸时间40 s,在此条件下复合薯片的丙烯酰胺含量为0.28 mg/kg,比市售薯片低26.32%,含油量23.36%,比市售薯片低1.47%。

李远恒等[21]研究了马铃薯全粉和面粉混料中加入绿茶粉、糖、黄油等材料,通过焙烤的方法制作绿茶复合薯片的工艺,用正交实验法确定了产品的最佳配方和加工工艺条件为:马铃薯全粉与面粉比例为4∶6,绿茶粉1.5%,黄油15%,食盐1%,糖25%,味精1%,碳酸氢铵0.4%,小苏打1%;底火140 ℃,上火170 ℃,烘烤 7 min,所得产品的硬度为 1663 g,脆性为744 g,产品外观呈绿茶色泽,口感松脆,具有鲜明马铃薯产品风味和绿茶风味。

3.1.2 马铃薯复合薯条工艺研究 传统的薯条加工采用的是专用油炸型马铃薯品种,对马铃薯原料的生长环境、运输、储藏要求较为严格,鲜薯还需要专用储存设施,此外在加工过程中,马铃薯大小不均匀,形状不规则等因素也会降低原料的利用率,以马铃薯全粉为主要原料制备复合薯条,可以扩大马铃薯全粉的应用范围。辛后杰等[22]研究了以马铃薯全粉为主要原料,经过调料、搅拌、静止调质、和粉、成型、油炸、冷却等工艺流程制作复合油炸薯条,通过正交实验得到的最佳配方为:马铃薯全粉100 g,乳粉10 g,淀粉15 g,含水率62%,得到的产品成型性、表面色泽、口感及风味都很好。

吕芬等[23]研究了以马铃薯颗粒全粉和糯米粉为主要原料,经过原料调配、打芡、搅拌、揉练、蒸煮、成型、干燥、均湿、微波膨化等工艺流程制作复合薯条,分析了配料、蒸煮时间、糊化时间、干燥条件对产品膨化度的影响。结果表明,最佳配方为:马铃薯颗粒全粉和糯米粉比例为6∶4,白砂糖10%,食盐3%,蔗糖酯0.7%,植物油5%,最优工艺为:蒸煮30 min,糊化20 min,50 ℃干燥6 h,700W微波处理40 s,制作的薯条膨胀度高,表面松脆,口感好。

3.2焙烤食品加工

3.2.1 马铃薯全粉饼干工艺研究 马铃薯全粉富含多种营养物质,尤其纤维含量高,并有很好的吸水吸油能力,有助于饼干的营养强化和品质改良,但马铃薯全粉中不含面筋蛋白,添加全粉的面团结合力和黏弹性较差,应从营养、口感等综合品质考虑全粉的添加量,在保证良好口感的基础上,尽可能地提高马铃薯全粉的使用量,强化饼干的营养及保健作用。Sreemoyee等[24]研究了添加马铃薯雪花粉和香料对饼干物理特性和感官特性的影响。结果显示,马铃薯雪花粉添加量10%,豆蔻和丁香的比例为3∶1时饼干的脆性,颜色和感官指标最佳。Vidya等[25]研究表明,随着马铃薯雪花粉替代率的提高,饼干的重量、直径、密度、扩散系数均显著下降,原因是由于马铃薯雪花粉具有较高的持水能力。Vasantharuba等[26]研究了马铃薯全粉添加量对饼干品质的影响,向小麦粉中加入20%时马铃薯全粉饼干性状仍与小麦粉饼干相似,且放置60 d后测定其细菌总数为6.5×103CFU/g,低于规定标准,饼干没有发生酸败。马铃薯全粉超过20%添加量,饼干的密度、伸展率、扩散率等理化性质及感官品质显著下降。

孙平等[27]探讨了马铃薯雪花全粉对酥性饼干感官品质的影响,以质构仪硬度和感官品质评定为指标,用正交实验确定马铃薯全粉酥性饼干的最佳配方为:马铃薯全粉30%,白砂糖40%,色拉油30%,疏松剂1.4%(基本配料:面粉100%,鸡蛋25%,奶油20%,盐0.7%),得到的产品口感酥松,风味纯正。包鸿慧等[28]研究制作绿茶风味马铃薯全粉曲奇饼干的最佳配方为:马铃薯全粉25 g,低筋面粉75 g,绿茶粉39,麦淇淋45 g,白砂糖45 g,奶粉59 g,色拉油20 g,鸡蛋15 g,水30 g。产品色泽自然,呈绿色,茶香浓郁,组织结构细腻,酥脆性好,滋味柔和,口感清爽。郭意明等[29]研究了鱼糜马铃薯饼干的制备工艺,得到最佳条件为:低筋面粉100%,马铃薯雪花全粉30%,马铃薯淀粉20%,鱼糜40%,棕榈油40%,绵白糖35%,小苏打0.7%,碳酸氢铵0.4%,盐0.7%。利用固相微萃取-气相色谱质谱联用技术对鱼糜马铃薯饼干的风味进行了分析,鱼糜马铃薯饼干共检测出15种高匹配度的风味物质,其中美拉德反应产物甲基吡嗪和2,5-二甲基吡嗪为主要的风味物质。

3.2.2 马铃薯全粉面包工艺研究 马铃薯全粉的加入可以丰富面包的种类,增加面包的营养价值和风味,马铃薯全粉不含面筋蛋白,其加入量对面包面团和成品品质有较大影响。张英等[30-31]研究了马铃薯雪花全粉对面包感官品质和面团流变性的影响,得出随着马铃薯雪花全粉的增加,面团形成时间下降、吸水量增加、耐揉度和稳定性下降;当马铃薯雪花粉添加量为5%～15%时,面包比体积无明显变化,对面包质地和风味有改进作用,当添加量为15%～30%时,面包的比体积随着全粉添加量的增大从3.8 mL/g减小到2.1 mL/g。

游新勇等[32-34]研究了马铃薯雪花全粉面包的最佳工艺,用正交实验确定最佳原料配方为:马铃薯全粉20%,白砂糖10%,酵母4%,食盐1%。最佳工艺条件为:发酵时间60 min,上火焙烤温度170 ℃,底火焙烤温度180 ℃,焙烤时间9 min,制作的面包柔软而富有弹性,风味纯正。

3.3蒸煮食品加工

3.3.1 马铃薯馒头加工工艺研究 馒头是中国的传统主食之一,主要以小麦粉、发酵剂和水为原料制成,在小麦粉加工过程中,由于过度的追求加工精度导致众多营养素丢失,影响了馒头的营养价值。在小麦馒头中适量加入马铃薯全粉能明显改善小麦馒头的质构及营养构成,但过量加入马铃薯全粉后小麦馒头由于面筋基质会被破坏,导致馒头 比体积减小和硬度增大。Liu等[35]研究表明,马铃薯颗粒全粉的添加(0～35%)对面团流变学特性和馒头品质有显著影响,如吸水率增加、CO2总体积和硬度变大,面团稳定性和馒头比容下降,感官评价得出,添加20%马铃薯全粉品质最佳。侯飞娜等[36]分析了不同品种马铃薯全粉对馒头(马铃薯全粉∶小麦粉=3∶7)品质特性的影响,通过对馒头比体积、高径比、气孔结构和质构特性等进行分析和比较,一点红、青薯9号和大西洋3个品种比较适合替代小麦粉,制得体积较为理想、硬度较低、气孔结构较好的馒头。

张晴晴等[37]研究得到马铃薯全粉主食馒头的基本工艺配方为:谷朊粉22.49%,马铃薯淀粉22.65%,乳清蛋白1.73%,马铃薯全粉45.13%,面粉8.00%,果葡糖浆6.0%,酵母粉1.50%,水78.57%,在此条件下研制出的馒头表皮光滑、不易皱缩、弹性和口感都非常好。在马铃薯全粉主食馒头基本配方的基础上,通过响应曲面法确定了马铃薯全粉功能性主食馒头最佳工艺条件为:大豆卵磷脂的添加量为0.45%,红茶粉的添加量为0.15%,牛磺酸的添加量为0.03%,动物实验表明马铃薯全粉功能性主食馒头具有维持血糖稳定,延缓疲劳的作用。

3.3.2 马铃薯面条、水饺加工工艺研究 面条、水饺都是日常人们喜爱的主食,向其中加入马铃薯全粉,可有效提高面条、饺子皮的持水性,冷冻时减小冻裂率,增加营养价值,提升品质。刘颖等[38]研究了马铃薯雪花全粉的添加量对面团品质的影响,结果表明,随着马铃薯全粉添加量的增大,混合粉湿面筋含量逐渐减少,面团的形成时间和稳定时间下降,稳定时间从5.1 min下降到0.8 min,弱化度增大,起始温度、峰值温度变化不明显、终止温度呈上升趋势,热焓值从257.56 J/g下降到179.46 J/g,面团的热稳定性下降。

王春香等[39]将不同比例的马铃薯全粉加入面粉中制作面条,对面条品质进行分析,结果表明,随着马铃薯全粉添加量的增加,面条的吸水率和蒸煮损失率增大,但因其特殊的香味又使面条具有良好的口感和风味。马铃薯全粉的添加量在20%～25%时,面条外观色泽、烹调性都较好。当添加量超过25%时,面条的蒸煮损失率增加幅度增大,其外观色泽、烹调性变差。杨钠等[40]通过单因素实验和响应面设计,以硬度、咀嚼性和弹性作为响应值,优化马铃薯全粉面条的配方,得出最佳配方为:马铃薯全粉添加量10%,食用盐添加量1.5%,水添加量42%。以马铃薯全粉面条的感官评分和烹煮损失率作为评价指标,采用最优配方制得马铃薯全粉面条,通过正交实验方法确定马铃薯全粉面条最佳工艺条件为:和面时间10 min,烫面温度28 ℃,醒发时间20 min。

郭祥想等[41]研究了将马铃薯-小麦混合粉应用到方便面制品的加工中,研究了马铃薯全粉添加量、和面时间、醒发时间和醒发温度对面条品质的影响。通过正交实验优化了面条制作工艺,当和面时间15 min,醒发温度20 ℃,醒发时间40 min时,制作的马铃薯全粉面条的最大拉伸力17.48 g,剪切强度170.36 g,面条的质构品质和感官品质最佳。研究了蒸面时间、油炸时间和油炸温度对干脆面品质的影响,实验结果表明:当马铃薯粉干脆面蒸面时间为130 s,油炸温度为145 ℃时,干脆面品质最佳。常悦等[42]研究了马铃薯全粉对速冻水饺品质的影响,通过正交实验得到马铃薯粉速冻水饺的最优加工工艺为:马铃薯全粉添加量15%,加水量46%,和面时间10 min,加盐量1.0%,在此条件下制作的速冻水饺,冻裂率为零,延伸性54.34 mm,蒸煮损失率3.3%,感官评价86.13分,速冻水饺品质最好。研究了马铃薯全粉速冻水饺在冻藏期间品质变化规律,结果表明,在-18 ℃冰箱中冻藏100 d,随冻藏时间的延长,速冻水饺的失水率上升趋势不明显,冻裂率无变化,TPA 硬度、剪切力、强韧性和可冻结水含量逐渐增加,微观结构显示,与小麦粉速冻水饺皮相比,马铃薯全粉速冻水饺皮的面筋网络结构被破坏的程度较小。

4 展望

2015年我国农业部提出了马铃薯主粮化的建议,2016年国家马铃薯产业“十三五”发展规划也将马铃薯主食化开发列入计划,马铃薯主食化战略是发展马铃薯产业、改善我国马铃薯贮藏加工现状的重大契机,也可推动整个马铃薯产业的快速发展[43]。马铃薯主食化的内涵,就是用马铃薯加工成适合我国居民消费习惯的馒头、面条、面包等主食产品及方便食品,实现马铃薯由副食消费向主食消费转变、由原料产品向产业化系列制成品转变、由温饱消费向营养健康消费转变。今后要重点加强对马铃薯颗粒全粉生产工艺和设备的研究,降低马铃薯全粉生产成本,提高马铃薯全粉质量;突破马铃薯全粉食品加工过程中营养保持、外观定型、货架期延长等品质稳定化工艺技术;开展焙烤、煎炒和油炸等高温加工方式对马铃薯营养成分和丙烯酰胺形成的影响研究;开展高附加值及营养性、健康性特色马铃薯全粉食品生产技术研究与开发,扩大马铃薯全粉的应用领域。

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Researchprogressinpreparation,propertiesandstaplefoodprocessingofpotatopowder

XUZhong,WANGSheng-nan,ZHAODan,YANGPing

(College of Food Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,China)

In recent years,potato powder occupies a very important position in the processing industry chain,the ministry of agriculture puts the staple food of potato as an important agenda in 2015,potato is rich in nutritional value,the staple food helps to improve and enrich the dietary structure of residents in China. In this paper,the preparation,properties and the research status of food processing at home and abroad are summarized.

potato powder;preparation;property;staple food

TS201.1

A

1002-0306(2017)19-0322-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.19.059

2017-03-27

徐忠(1964-),男,博士,教授,研究方向：淀粉化学与加工技术,E-mail:xuzhong2009@163.com。