添加淀粉对马铃薯米粉品质的影响

卫 萍,游向荣,张雅媛,孙 健,黄承祖,李明娟,王 颖,周 葵,谢小强

(广西农业科学院农产品加工研究所,广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室,广西南宁 530007)

马铃薯的营养丰富且均衡,其主要成分为淀粉,还含有蛋白质、膳食纤维、维生素、矿物质、类胡萝卜素以及绿原酸等对人体健康有益的活性物质[1-2]。在西方发达国家和地区,马铃薯以主食形式消费,但在我国马铃薯主要以蔬菜或杂粮形式为人们所食用[3-4]。随着国家马铃薯主粮化战略的提出,马铃薯加工产品日渐增多,品种日趋丰富[5]。米粉是我国南方居民喜食的主食之一,在主食市场中占据重要地位,近年来,以其具有方便快捷、营养合理、口味多样等特点不断被消费者所接受和喜爱。因而,在米粉中添加一定比例的马铃薯全粉,加工成新型营养美味的马铃薯米粉既符合我国居民的饮食习惯,亦能很大程度上满足人们对营养型主食的要求[6]。谌珍等[7]通过以添加50%马铃薯全粉的米粉为研究对象,比较了其与普通米粉在维生素、矿物质、膳食纤维、氨基酸等营养成分的不同以及食用品质之间的差异。证实了马铃薯米粉营养高于普通米粉。但在实际生产中,由于马铃薯全粉中的淀粉易糊化,难老化,与源自小麦、玉米等淀粉相比,膨胀率大、黏度热稳定性差,制作马铃薯米粉时存在易黏连、易断条等难题。因而有必要添加一些食品改良剂对其进行改良。

目前,对于在调制型米粉生产中添加一些辅料和食品添加剂以改善米粉品质,国内外已有不少研究。主要的食品添加剂种类集中在单甘酯、复合磷酸盐、食用胶(瓜尔豆胶、黄原胶、魔芋胶)、变性淀粉(马铃薯变性淀粉、木薯变性淀粉、玉米变性淀粉)等[8-11]。直接添加淀粉对米粉品质进行改良研究方面的报道不多,刘超[12]研究显示添加15%玉米淀粉对湿米粉的综合品质均有显著的影响(p<0.05);邓宏凯[13]研究得到随着马铃薯淀粉加入量的增大,米粉的流失率减小,硬度、咀嚼度和拉伸性能升高,米粉的亮度值升高、色度值减小。以往研究的复合米粉中加入食品改良剂虽能达到一定的改善作用[14],但由于马铃薯具有自身的加工特性和要求,在开展马铃薯米粉加工前,有必要先确定适合其生产的食品改良剂种类及用量,但目前对于马铃薯米粉改良研究的相关研究报道还较少[15-16]。

本文研究添加玉米、小麦和马铃薯淀粉三种常用淀粉对马铃薯米粉品质的影响,确定淀粉适宜用量以及改良效果,为淀粉应用于鲜湿马铃薯米粉工业化加工应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯全粉 购自河南吉韩生物科技有限公司,放置时间为1年的早籼米(珍桂)购买于南宁市农贸市场;碘和盐酸 为国产分析纯;玉米淀粉、小麦淀粉和马铃薯淀粉 购自南宁市五一粮油市场;淀粉 为食品级。

JY6002型电子天平 上海良平仪器仪表有限公司;SZ-60型米粉机 广州旭众食品机械有限公司;101-2AB型电热鼓风干燥箱 天津泰斯特仪器有限公司;G10S UV-Vis紫外/可见扫描分光光度计 Thermo Fisher Scientific;HP-200型精密色差仪 上海汉普光电科技有限公司;CT3型质构仪 美国BROOKFIELD公司;真空包装机 郑州玉祥包装机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鲜湿马铃薯米粉制作工艺 早籼米(桂朝)→浸泡(室温,6～8 h)→磨浆(过100目筛网)→调配(添加30%马铃薯全粉,玉米、小麦和马铃薯淀粉比例根据试验需要添加)→挤压成型(100～105 ℃)[16]

1.2.2 不同添加比例淀粉对马铃薯米粉品质的影响 在前期研究的基础上,确定马铃薯米粉中添加30%马铃薯全粉为宜,故本研究以添加30%马铃薯全粉开展试验,对玉米、小麦和马铃薯3种不同淀粉考查的添加量均为0%、5%、10%、15%、20%和25%,将米浆、马铃薯全粉以及不同添加量淀粉混合后,打开米粉机电源开关,设置温度为110 ℃,待温度上升至100 ℃时打开冷却风扇开关,往米粉机进料口加入混合好的米浆挤压成型制得鲜湿马铃薯米粉,米粉冷却后测定鲜湿马铃薯米粉的蒸煮品质(水分含量、透射比、碘蓝值、吐浆值、断条率)、色差、质构(硬度、弹性、咀嚼性)和拉伸性(峰值负载、峰值负载形变量)。

1.2.3 指标测定

1.2.3.1 水分含量 水分含量测定采用直接干燥法。具体操作：取洁净的玻璃皿置于电热恒温鼓风干燥箱中,加热约1.0 h,取出后置于干燥器中冷却,称量,即为恒重。称取5 g左右(精确至0.0001 g)马铃薯米粉于此玻璃皿内,置于105 ℃的电热恒温鼓风干燥箱中,干燥2～4 h,取出后放入干燥器中冷却到室温,称量。然后再放入105 ℃干燥箱中干燥1 h左右,取出后于干燥器中冷却到室温,再称量。并重复以上操作至前后两次质量差低于2 mg,即为恒重。

1.2.3.2 透射比 透射比是透射光通量与入射光通量之比。透射比越高,提取液越透明,透射比越低,提取液越浑浊。准确称量5.0 g的马铃薯米粉于250 mL的烧杯中,加入100 mL沸水浸泡2 min,取上清液于620 nm比色,空白采用蒸馏水[17]。

1.2.3.3 碘蓝值 碘蓝值是表示溶解在水中直链淀粉的含量,可溶性直链淀粉的含量越高,粘弹性越好,口感也越好。准确称量5.0 g的马铃薯米粉于250 mL的烧杯中,加入100 mL沸水浸泡2 min,将上清液用滤纸过滤,取10 mL滤液于100 mL的容量瓶中,加入1 mL 0.1 mol/L的HCl及1 mL的碘液,定容后于620 nm波长下比色,读取吸光值,即为提取液碘蓝值。空白采用以1 mL 0.1 mol/L的HCl和1 mL碘液,加蒸馏水定容至100 mL[17]。

1.2.3.4 吐浆值 吐浆值是表示米粉经沸水处理后脱溶于水中的量。从试样中任取20 cm长的完整马铃薯米粉条10根,在试验前称重(m1),放入盛有500 mL沸水的烧杯中煮沸5 min后,取出全部米粉,待水溶液冷却后,全部倒入500 mL容量瓶中定容,摇匀后吸取50 mL溶液移入干燥好的坩埚中称重(m2),然后放入(105±2) ℃的鼓风干燥箱内烘干至恒重,称重(m3)。按式(1)计算吐浆值[17]:

R1=10×(m2-m3)/m1(1-M)

式(1)

式中:R1:吐浆值,%;M:米粉含水量,%。

1.2.3.5 断条率 断条率测定方法是从样品中选择长度为20 cm以上的马铃薯粉条3份(每份8～10条),每份约100 g,分别置于相应器皿中,按样品与水1∶15的比例投入沸水中,加盖浸泡2 min,用筷子将试样搅散,滤去汤汁,过冷水滤干,倒入瓷盘中,将长度不足10 cm和10 cm以上的粉条分开,分别称重,按下式计算断条率[17]。

式(2)

式中:m4:长度不足10 cm的粉条质量,g;m5:长度超过10 cm的粉条质量,g。

1.2.3.6 色差 马铃薯米粉色差的采用色差计进行测定,采用CIE Lab颜色空间坐标:L*,表示亮度,0表示黑色,100表示白色;a*表示红绿之间的色泽,100表示红色,-80表示绿色;b*表示黄蓝之间的色泽,100表示黄色,-80表示蓝色。ΔL*=L*样品-L*标准(明度差异);Δa*=a*样品-a*标准(红/绿度差异);Δb*=b*样品-b*标准(黄/蓝差异);总色差按式(3)计算[18]。

式(3)

1.2.3.7 质构特性 马铃薯米粉质构和拉伸性能利用CT3质构仪进行测定。将鲜湿马铃薯米粉平行放于载物台上,在TPA模式下对其进行质构测定。在前期多次试验的基础上,确定实验参数条件为:探头类型:TA5、形变量:50%、负载:5 g、测试速度:2 mm/s,平行试验6次。从TPA质构曲线上可以得到质构参数。

鲜湿马铃薯米粉拉伸性测定采用TA-DGA双向拉伸进行测试,选择测试模式:拉伸测试;目标距离:50 mm、调整测量量:60 mm、负载:10 g、拉伸速度:2 mm/s,平行试验6次。

1.3 数据处理

每个试验进行多次平行试验,结果用平均值±标准差表示;采用SPSS 17.0和Origin 8.1数据分析软件对数值进行显著性分析及绘图分析。

2 结果与分析

2.1 玉米淀粉对马铃薯米粉品质的影响

2.1.1 玉米淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质的影响 添加不同比例玉米淀粉,对马铃薯米粉蒸煮品质的影响,结果见表1。从表1可以看出,与对照组相比,添加玉米淀粉的马铃薯米粉水分含量显著减小和透射比显著增大(p<0.05),说明添加玉米淀粉可以减少米粉的溶出;添加量为10%时,碘蓝值和吐浆值比未添加组发生显著改变,碘蓝值显著增大(p<0.05),吐浆值显著减少(p<0.05),说明马铃薯米粉品质得到一定的改善。

表1 玉米淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质的影响

分析其原因是淀粉类添加剂具有很好的吸收能力,其增加了米粉末的吸水能力,使在挤压或者老化过程中的糊化作用更彻底,同时使米粉内部具有更为紧密的结构,抑制了米粉中的淀粉流失,从而降低米粉在食用过程中的流失率。另外,淀粉类添加剂本身就具有相比传统淀粉较低的糊化温度,它的加入,必然使米粉的结构更紧密,从而使米粉的流失率减小[15]。此外,玉米淀粉添加比例在0%～15%范围内,米粉蒸煮过程,均不断条。但是添加比例达20%时,米粉易变脆和断裂,说明玉米淀粉的添加量并非越大越好。分析原因可能是由于玉米淀粉的增加,相对减少了米粉中的蛋白含量,弱化了米粉致密的网络结构。

2.1.2 玉米淀粉对马铃薯米粉色差的影响 添加不同比例玉米淀粉,对马铃薯米粉色差的影响,结果见表2。从表2可以看出,玉米淀粉添加量为5%时,色度值a*和b*值相比对照组显著减小(p<0.05),说明玉米淀粉对马铃薯米粉色泽影响显著;玉米淀粉添加比例为10%时,亮度值L*显著减小(p<0.05),此时ΔEab值为4.26,说明米粉色差发生了较大改变。这与邓宏凯[13]的研究添加马铃薯淀粉可以使米粉的亮度值增大的结果有所不同,分析原因可能是因为淀粉类物质虽然糊化温度低,易凝胶且胶体透明,但是由于玉米淀粉本身带有一定的色泽,而且马铃薯米粉中添加了马铃薯全粉,随着玉米淀粉添加量的增大色泽变深,米粉的亮度值反而有所减小。

表2 玉米淀粉对马铃薯鲜湿米粉色泽的影响

2.1.3 玉米淀粉对马铃薯米粉质构和拉伸性能的影响 加入不同量玉米淀粉,从表3可以看出,马铃薯米粉的弹性在玉米淀粉添加量为20%以下时变化均不显著,硬度和咀嚼度都逐渐升高,添加比例达到20%时又略有下降的趋势。分析其原因,首先是玉米淀粉是高纯度的淀粉,能够增加米粉的凝胶性能,使米粉具有很好的柔韧性。更重要的是玉米淀粉中的淀粉成分中含有较高比例的直链淀粉,使米粉内部的淀粉凝胶回生值较小,制作出来的米粉具有十分紧密的结构;其次,淀粉类物质具有很强的吸水性,糊化温度低,糊化时能产生高黏度,冷却后易于形成凝胶,该胶体具有十分光滑的表面,沉积在米粉的表面,使米粉的硬度和咀嚼度增大[19]。但当玉米淀粉添加量超过15%时,由于淀粉的增多,相对减少了米粉中的蛋白含量,弱化了米粉致密的网络结构,因此,米粉硬度和咀嚼性又略有降低。

表3 玉米淀粉对马铃薯米粉质构的影响

玉米淀粉对马铃薯米粉的峰值负载和峰值负载形变量的影响如图1所示,从图1可以看出马铃薯米粉的峰值负载和峰值负载形变量在玉米淀粉添加量为20%范围内变化趋势与硬度值类似,呈先增大后减小的趋势。分析其原因,与米粉硬度变化趋势的原因一致,都是由于马铃薯中含有较高比例的直链淀粉,使米粉内部的淀粉凝胶回生值较小,制作出来的米粉具有十分紧密的结构;其次,淀粉类添加具有较低的糊化温度,造成米粉具有很高的粘度,同时淀粉类添加剂在逐渐降温的情况下会发生凝胶,该胶体具有十分光滑的表面,沉积在米粉的表面,使米粉在食用时非常滑爽,且柔韧性强,因此米粉的峰值负载和峰值负载形变量随着玉米淀粉添加量的增加而增大。但当玉米淀粉添加量超过15%时,由于淀粉的增多,相对减少了米粉中的蛋白含量,弱化了米粉致密的网络结构,因此,米粉峰值负载和峰值负载形变量又减小。

图1 玉米淀粉对马铃薯米粉拉伸性能的影响

2.2 小麦淀粉对马铃薯米粉品质的影响

2.2.1 小麦淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质的影响 不同小麦淀粉添加量对马铃薯米粉蒸煮品质的影响见表4。从表4可以看出,相比对照组所制马铃薯米粉的水分含量显著减小(p<0.05)。透射比显著增大(p<0.05),说明小麦淀粉可以减少米粉的溶出;添加量为5%时,碘蓝值显著增大,吐浆值显著减少(p<0.05),并且小麦淀粉在添加范围内马铃薯米粉蒸煮过程均不断条。说明小麦淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质改善效果显著。分析其原因，这与小麦淀粉类似,淀粉类添加剂具有很好的吸水能力,增加了米粉的吸水能力,使米粉在挤压或者老化过程中糊化更彻底,米粉内部具有更为紧密的结构,从而降低米粉在食用过程中的流失率。只是由于淀粉种类的不同,在改善米粉品质方面有一定差异。

表4 小麦淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质的影响

2.2.2 小麦淀粉对马铃薯米粉色差的影响 小麦淀粉添加量对马铃薯米粉色差的影响见表5。从表5可以看出,小麦淀粉添加量为10%时,亮度值L*相比对照组显著减小(p<0.05),色度值a*和b*随着小麦淀粉添加量的增大先减小后增大,其中a*变化不显著。此时ΔEab值为2.74,相比玉米淀粉而言,小麦淀粉对马铃薯米粉亮度值和色度值影响较小。分析原因在于淀粉种类和色泽不同,对马铃薯米粉色泽影响有一定差异。

表5 小麦淀粉对马铃薯米粉色泽的影响

2.2.3 小麦淀粉对马铃薯米粉质构和拉伸性能的影响 小麦淀粉对马铃薯米粉质构的影响见表6。从表6可以看出,随着小麦淀粉添加量的增大,马铃薯米粉的硬度值、弹性和咀嚼性增大,说明添加小麦淀粉对米粉的质构值有所改善,但是当添加量超过20%时,硬度好、弹性和咀嚼性值又略有下降,鉴于在实际生产中添加量为20%时米粉比较干硬,为获得较好的硬度、弹性和咀嚼性建议小麦淀粉添加量为10%～15%较合适。

表6 小麦淀粉对马铃薯米粉质构的影响

小麦淀粉对马铃薯米粉拉伸性能的影响见图2,从图2可以看出,小麦淀粉添加比例达15%时,30%马铃薯米粉的峰值负载显著增大(p<0.05),进一步增大小麦淀粉的添加量,峰值负载反而略有下降,峰值负载形变量也有类似的变化趋势,但变化不显著。其结果与质构的变化相类似,分析原因但当添加量超过15%时,由于淀粉的增多,相对减少了米粉中的蛋白含量,弱化了米粉致密的网络结构,因此,米粉峰值负载和峰值负载形变量又略有降低。

图2 小麦淀粉对马铃薯米粉拉伸性能的影响

2.3 马铃薯淀粉对马铃薯米粉品质的影响

2.3.1 马铃薯淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质的影响 不同马铃薯淀粉添加量对马铃薯米粉蒸煮品质的影响见表7。从表7可以看出不同马铃薯淀粉添加量相比对照组马铃薯米粉的水分含量显著减小(p<0.05)。透射比在添加量为5%～20%时显著增大(p<0.05),吐浆值显著减小(p<0.05),说明添加马铃薯淀粉可以减少米粉的溶出。而碘蓝值和断条率在马铃薯淀粉添加比例0%～25%范围内,变化均不显著。分析其原因与玉米、小麦淀粉类似,在于淀粉类物质具有很好的吸水能力,其增加了米粉的吸水能力。

表7 马铃薯淀粉对马铃薯米粉蒸煮品质的影响

2.3.2 马铃薯淀粉对马铃薯米粉色差的影响 不同马铃薯淀粉添加量对马铃薯米粉色差的影响见表8。从表8可以看出,马铃薯淀粉添加量为5%时,亮度值L*、色度值b*相比对照组显著减小(p<0.05),色度值a*显著增大(p<0.05),此时ΔEab值为5.54,由此说明，相比玉米淀粉和小麦淀粉,马铃薯淀粉对马铃薯米粉的色泽影响较大,分析原因可能是马铃薯淀粉相比其他淀粉更易受热处理的影响,并且与马铃薯全粉中所含的多酚、糖等发生美拉德反应导致颜色变暗[20]。

表8 马铃薯淀粉对马铃薯米粉色泽的影响

2.3.3 马铃薯淀粉对马铃薯米粉质构和拉伸性能的影响 不同马铃薯淀粉添加量对马铃薯米粉质构的影响见表9。从表9可以看出,马铃薯米粉的硬度随马铃薯淀粉添加量的增大显著增大(p<0.05),添加量为20%时,咀嚼性显著增大(p<0.05),而弹性值在添加量范围内变化均不显著。而在实际生产中发现随着马铃薯淀粉添加量增大,米粉变得黏连严重,相比玉米淀粉和小麦淀粉而言,马铃薯淀粉对马铃薯米粉质构改善效果差。

表9 马铃薯淀粉对马铃薯米粉质构的影响

不同马铃薯淀粉添加量对马铃薯米粉质构的影响见图3。从图3可以看出，马铃薯淀粉添加量为15%时,米粉的峰值负载显著增大(p<0.05);但在0%～25%添加量范围内,马铃薯米粉的峰值负载形变量均变化不显著。说明马铃薯淀粉对马铃薯米粉拉伸性能改善效果欠佳。

图3 马铃薯淀粉对马铃薯米粉拉伸性能的影响

3 结论

综上所述,在蒸煮特性方面,3种淀粉对米粉含水量影响均显著;玉米和小麦淀粉能使透射比值显著增大,5%～20%马铃薯淀粉亦可使米粉透射比显著增大;10%玉米淀粉能使碘蓝值显著增大;10%玉米淀粉、5%小麦淀粉以及5%～20%马铃薯淀粉能使米粉吐浆值显著减小,但是添加3种淀粉对断条率影响均不显著。在色泽影响方面,玉米、小麦和马铃薯淀粉分别添加10%、10%和5%时米粉亮度L*显著减小,色度值a*和b*亦发生不同程度变化。在质构特性影响方面,5%～15%玉米淀粉可有效改善硬度、峰值负载,但添加量达到20%时峰值负载形变量显著减小;小麦淀粉可有效改善弹性,添加10%～15%即可有效改善硬度,添加15%～20%可有效改善峰值负载和咀嚼性;马铃薯淀粉可有效提高米粉的硬度,但添加量达20%时米粉黏连严重。综合考虑对各项指标的影响,得到淀粉对马铃薯米粉品质改善效果最优的是小麦淀粉,次之为玉米淀粉,而马铃薯淀粉改善效果最差。在马铃薯米粉实际生产中,鉴于米粉的色泽和硬度对消费者的选择性影响较大以及综合考虑生产成本,建议玉米和小麦淀粉添加量分别为5%和10%。此外,本文仅对米粉生产常用的三种淀粉进行单独研究,今后可深入对淀粉进行复配研究。