不同产地马铃薯全粉的营养及理化性质分析

代春华,刘晓叶,屈彦君,田潇瑜,黄星奕

(江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江 212013)

马铃薯(SolanumtuberosumL.)是位于小麦、稻谷和玉米之后的第四大作物,兼有粮食和蔬菜的双重特点,富含淀粉、维生素和无机盐,营养均衡合理。我国是马铃薯生产大国,有四百多年的栽培历史,种植面积约470万公顷,年产量6000万吨左右[1-2]。

随着我国马铃薯主粮化战略的提出,有关马铃薯的研究越来越多,主要集中于育种、病害防治及种植方面[3-6]。马铃薯收获季节性强,水分含量高,不利于储藏及运输,将其制备成全粉可克服这些缺点并利于在实际生产中的应用。将马铃薯全粉按一定比例添加至小麦粉中制作面包、面条、馒头、饼干等,可改善产品品质,降低生产成本,如可增加面包含水量,延缓老化,使其更耐储藏;可提高馒头中维生素、矿物质及膳食纤维的含量;并能增加饼干的酥性,降低硬度[7-11]。

我国地域辽阔,马铃薯种植面积广,不同产区的气候、日照、土壤及降水量等不同,致使马铃薯组成及性质有差异。为明确产地与其性质及品质的关系,本文将购自16个省份的马铃薯制备成全粉,并对其营养成分和理化性质进行分析,以期为马铃薯全粉在食品加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯 采用卵圆形、外皮黄色、体积相近的马铃薯(直径约8～10 cm),网购于广东河源、辽宁营口、内蒙古呼和浩特、宁夏中卫、湖北宜昌、山东临沂、贵州贵阳、山西运城、四川绵阳、江苏镇江、安徽安庆、陕西榆林、云南曲靖、河南商丘、广西南宁、甘肃定西共16个地区,为表述简洁,文中均以省份代表;柠檬酸、硫酸钾、浓硫酸、硫酸铜、氢氧化钠、盐酸、甲基红、溴甲酚绿、酒石酸钾钠、冰乙酸、亚铁氰化钾、高峰氏淀粉酶、碘化钾、碘、葡萄糖、硼酸、乙酸锌 均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

电子天平 北京赛多利斯系统有限公司;电热鼓风干燥箱 上海实验仪器有限公司;FW-80万能磨碎机 江苏东鹏仪器制造有限公司;SX2-4-10-S马弗炉 上海帅登仪器有限公司;HH-S数显恒温水浴锅 江苏省金坛市医疗仪器厂;TDL-5-A低速大容量离心机 上海安亭科学仪器厂;DZF系列真空干燥箱 郑州生元仪器有限公司;Card-旋转流变仪(DHR-1) 沃特世中国有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯全粉的制备 新鲜马铃薯→清洗去皮→切片(厚度为1 mm)→护色(2 g/L柠檬酸溶液,浸泡10 min)→沥干→干燥(105 ℃,8 h)→粉碎→过筛(80目)→马铃薯全粉。

1.2.2 营养成分分析 水分:采用直接干燥法,依照GB 5009.3-2016进行;淀粉:采用酶水解法,依照GB 5009.9-2016进行;蛋白质:采用凯氏定氮法,依照GB 5009.5-2016进行,氮换算系数采用6.25;还原糖:采用直接滴定法,依照GB 5009.7-2016 进行;粗脂肪:采用索氏抽提法,依照GB 5009.6-2016进行;灰分:采用高温灼烧法,依照GB 5009.4-2016进行。

1.2.3 冻融稳定性分析 准确称取6.00 g马铃薯全粉置于250 mL烧杯中,加入100 mL蒸馏水,95 ℃水浴糊化20 min,其间不断搅拌,取出冷却至室温。取10 mL糊化液置于50 mL离心管中,在-20 ℃冷冻24 h,自然解冻至室温,4000 r/min离心15 min,弃去上清液后称重,每个样品平行3次,取平均值,计算样品的析水率[12]:

式中:m1为空离心管的质量,g;m2为离心管和淀粉糊的质量,g;m3为离心后离心管与淀粉糊沉淀的质量,g。

1.2.4 溶解度和膨胀度测定 准确称取0.1 g马铃薯全粉于50 mL离心管中,加入10 mL蒸馏水溶解,于95 ℃水浴保温30 min,期间不断振摇,取出冷却至室温,4000 r/min离心15 min,将上清液倒至已烘至恒重的称量瓶中,于105 ℃烘箱中干燥至恒重,计算马铃薯全粉的溶解度;称量离心管中膨胀全粉的质量,计算膨胀度[13]。

式中:m1为被溶解全粉的质量,g;m2为膨胀全粉的质量,g;m为样品干重,g。

1.2.5 流变性分析 准确称取0.8 g马铃薯全粉于50 mL锥形瓶中,加入16 mL蒸馏水,搅拌均匀,于沸水浴中加热糊化15 min,并于80 ℃水浴中保温待测。

取待测液约1.5 mL放入流变仪平台,平台间隙1 mm,测定温度25 ℃。首先对样品进行稳态剪切测定,以剪切速率为变量,对数取点,剪切速率在120 s内从1 s-1递增至1000 s-1,保持30 s后,在120 s内由1000 s-1递减至1 s-1,记录样品黏度与剪切速率的关系。通过计算剪切应力的上行曲线和下行曲线围成的面积,获得触变环面积。

清洗平台,重新取样,对样品进行动态应力扫描,角频率范围为1～100 rad/s,记录样品弹性模量(即贮能模量,storage modulus,G′)、黏性模量(即损耗模量,loss modulus,G″)及损耗角正切值(tanδ=G″/G′)与角频率的关系[14-15]。

1.3 数据处理

每个样品重复测定3次,利用Microsoft Office 2003求出平均值和标准误差并绘图,数值表示形式为平均值±标准差;利用SPSS 9.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 营养成分分析

对16个不同产地马铃薯制备的全粉进行水分、淀粉、总蛋白、还原糖、粗脂肪及灰分测定,结果如表1所示。

表1 不同产地马铃薯全粉的营养成分分析(%)Table 1 Analysis of nutritional components of potato granules from different regions(%)

注:数值表示形式为:平均值±标准差,不同小写字母表示P<0.05水平差异显著性；表2同。

由表1可以看出,广东马铃薯全粉水分含量最高,云南马铃薯全粉最低。马铃薯是制备淀粉的主要原料,广东、湖北、山西、云南、河南及甘肃马铃薯全粉中淀粉含量均达70%以上,安徽马铃薯全粉淀粉含量仅为55.98%,宁夏及辽宁马铃薯全粉淀粉含量也较低,分别为56.92%及58.47%。

山东马铃薯全粉蛋白含量为10.32%,内蒙古、安徽、辽宁及河南马铃薯全粉次之,而广东马铃薯全粉蛋白仅为5.46%。普通小麦籽粒胚乳蛋白含量7%～15%,淀粉约70%,两者是影响面粉制品烘烤和蒸煮品质的重要因素[16-17]。故可将蛋白含量较高的马铃薯全粉添加到馒头、面包、面条中;将蛋白含量较低的广东马铃薯全粉添加到蛋糕及酥性饼干原料中。Ohm等[18-19]的研究表明,蛋白质含量、面筋数量和面筋强度与面包体积和总分成显著正相关性;增加蛋白含量、面筋强度能有效改良面包烘烤品质。穆培源等[20]认为馒头品质、面条色泽、质地等均与蛋白质含量及质量关系密切,提高蛋白质含量和面筋强度有利于提高馒头体积。

不同产地马铃薯全粉还原糖含量差别较大,其还原糖含量最高的为安徽马铃薯全粉,在焙烤食品制作过程中,还原糖可与氨基化合物发生美拉德反应,为食品带来独特的滋味、诱人的香气和色泽[21]。马铃薯全粉中粗脂肪含量均较低,可用于制备低脂食品。不同产地马铃薯全粉灰分含量不同,灰分含量高说明无机元素多。在实际生产中,可根据产品特点,选用添加不同产地的马铃薯全粉。

2.2 理化性质分析

2.2.1 冻融稳定性分析 马铃薯全粉的冻融稳定性是指糊化后的溶液在特定的低温下冷冻一段时间,融化后的糊化液还可继续维持胶体结构的性质。析水率越低,说明冻融稳定性越好[22]。不同产地马铃薯全粉的冻融稳定性分析结果如图1所示。

图1 不同产地马铃薯全粉的冻融稳定性Fig.1 Freeze-thaw stability of potato granules from different regions

由图1可以看出,江苏马铃薯全粉析水率最高,达到65%,说明其冻融稳定性最差;山东马铃薯全粉析水率最低为34%,冻融稳定性最好,适合作为原料添加到冷饮、冷冻食品或需要长时间贮藏的食品中。

2.2.2 溶解度与膨胀度 溶解度和膨胀度反映马铃薯全粉与水以及粉质颗粒之间的相互作用。不同产地马铃薯全粉的溶解度和膨胀度测定结果如图2所示。

图2 不同产地马铃薯全粉的溶解度及溶胀度Fig.2 Solubility and expansion degree of potato granules from different regions

从图2可以看出,马铃薯全粉的溶解度在21.81%～37.72%间,安徽马铃薯全粉溶解度最大,使其具有较宽的应用范围,而广东马铃薯全粉溶解度最小,可用于产品表面防潮。马铃薯全粉的膨胀度为16.84%～21.59%,其中湖北和山西马铃薯全粉膨胀度最大,安徽马铃薯全粉膨胀度最小,膨胀度不同会对产品的体积产生影响。

2.2.3 流变性分析

2.2.3.1 稳态剪切测定 不同产地马铃薯全粉凝胶表观黏度随剪切速率变化曲线如图3所示。

图3 马铃薯全粉的表观黏度随剪切速率变化曲线Fig.3 The variation curve of viscosity with shear rate of potato granules

从图3可以看出,样品黏度均随剪切速率的增大而急剧下降，其原因是剪切破坏了全粉颗粒的凝胶结构,氢键部分断裂,内部分子发生解旋作用,分子间作用力变小[23]。广东马铃薯全粉黏度变化曲线较陡,黏度值较快趋于平缓,山西马铃薯全粉黏度变化曲线较平缓。

表2 不同产地马铃薯全粉的触变环面积(Pa·s-1)Table 2 Areas of the thixotropic loop of potato granules from different regions(Pa·s-1)

图4为广东马铃薯全粉的稳态剪切流变曲线(其它产地未在文中展示),可以看出剪切应力的上行曲线与下行曲线趋势相似,但并不重合,出现滞后现象,这是因为马铃薯全粉的凝胶结构受到破坏后不能恢复平衡而产生的现象。升速曲线和降速曲线形成触变环,表明样品具有触变性,是触变性流体的典型特征[24]。触变环面积的大小表示触变性的强弱,面积越大则触变性越大,反之越小。

图4 广东马铃薯全粉的稳态剪切流变曲线Fig.4 Steady-state shear rheological curve of potato granules from Guangdong

表2为不同产地马铃薯全粉的触变环面积,可以看出陕西马铃薯全粉的凝胶触变性最大,该体系经外力作用后,黏度变化大,外力撤除后,体系恢复到原状态所需时间长;广东马铃薯全粉的凝胶触变性最小,体系恢复能力最强。

2.2.3.2 动态应力测定 不同产地马铃薯全粉凝胶G′、G″和tanδ与角频率的关系如图5所示。

图5 不同产地马铃薯全粉凝胶G′(a)、G″(b)及tanδ(c)与角频率的关系Fig.5 Relationships between gel G′(a),G(b),tanδ(c) and angular frequency of potato granules from different regions

由图5可以看出,马铃薯全粉的贮能模量(G′)均大于损耗模量(G″),即G′>G″,损耗角正切值tanδ都小于1,G′和G″均随角频率的增加而缓慢上升,呈现角频率依赖性,表现为弱凝胶黏弹体特征[25]。其中云南马铃薯全粉的G′和G″最大,说明该全粉凝胶体系的分子链段间的缠结点多,三维网络结构较强;广东马铃薯全粉的G′和G″较小。tanδ值均低于0.34,说明马铃薯全粉凝胶的弹性本质远大于黏性本质,这是由于流体内部的分子组成的网状结构在力的作用下发生了变形,分子位置改变,导致产生黏弹性。

3 结论与展望

马铃薯全粉较大程度地保留了原料原有的成分,且储藏及应用方便。不同产地马铃薯制备的全粉营养成分不同,其中广东、湖北、山西、云南、河南及甘肃马铃薯全粉中淀粉含量均达70%以上,可用于生产淀粉或加工淀粉含量较高的产品;山东、辽宁、内蒙古、安徽及河南马铃薯全粉中蛋白含量较高,可添加于对蛋白含量要求较高的馒头、面包及面条原料中;而蛋白含量较低的广东马铃薯全粉可用于制作蛋糕及酥性饼干。马铃薯全粉在面制品中的应用可降低小麦粉的使用量,改善产品品质,降低生产成本。不同产地马铃薯全粉的理化性质不同,其中山东马铃薯全粉的冻融稳定性最好,安徽马铃薯全粉溶解度最大,而湖北和山西马铃薯全粉膨胀度最大。另外,不同产地马铃薯全粉的表观黏度随剪切速率的变化不同,但均表现为弱凝胶黏弹体特征,可根据加工产品的特点将不同产地马铃薯全粉用于实际生产。我国马铃薯产量居世界第一,随着马铃薯主食化战略的实施,将有更多关于马铃薯全粉的研究，和研发以马铃薯全粉为原料的产品。