马铃薯生全粉制备过程中复合护色工艺的优化

王新伟*，赵仁勇，王彦波，娄海伟

河南工业大学粮油食品学院（郑州 450001）

2015年中国启动马铃薯主粮化战略，推进把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食。2016年2月23日，农业部发布《关于推进马铃薯产业开发的指导意见》，将马铃薯作为主粮产品进行产业化开发。马铃薯生全粉因具有保留马铃薯全部营养成分、风味及功能特性等优点，得到广泛关注。但马铃薯生全粉加工过程中褐变则是制约马铃薯开发利用的问题之一。护色技术是马铃薯制粉过程中的关键技术之一。

护色主要有物理、化学和生物三类方法，旨在抑制马铃薯全粉加工过程中的酶促褐变和非酶褐变，保证马铃薯全粉的色泽和品质。物理方法主要包括热处理、超声波处理、涂膜技术等。在马铃薯制粉过程中，热处理备受青睐。热处理主要通过钝化酶活性实现护色[1]。化学方法主要包括单一化学护色技术、复合化学护色技术及天然化学提取物护色技术[2]。Tsouvaltzis等[3]研究柠檬酸对马铃薯切片酶促褐变的影响，发现1%（pH 2.42）或2%（pH 2.24）柠檬酸溶液对抑制马铃薯切片褐变的效果显著。Ali等[4]研究5种氨基酸（甘氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸）对马铃薯褐变的影响。结果表明，前4种氨基酸在高浓度条件下可诱导马铃薯褐变，低浓度条件下可抑制褐变；半胱氨酸浓度越高，抑制褐变效果越明显，经过光谱和LC-ESI-MS分析得出，半胱氨酸具有抑制酶活和与醌反应生成无色加合物的双重作用，因此可很好地抑制褐变。Rocculi等[5]研究柠檬酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸对马铃薯褐变的影响。结果表明，L-半胱氨酸不仅对防褐变有效果，而且对马铃薯细胞膜的稳定性有一定积极作用。沈存宽[6]研究亚硫酸、柠檬酸、抗坏血酸对马铃薯生全粉的护色效果。结果表明，0.018%亚硫酸、0.4%柠檬酸、0.05%抗坏血酸复合护色20 min，可得到色泽好且二氧化硫残留率低的马铃薯生全粉。

热处理虽然可以达到一定护色效果，但是长时间高温处理会造成可溶性物质的营养损失、淀粉糊化及蛋白质变性等，不利于马铃薯生全粉开发和利用。热处理不适用于马铃薯生全粉的加工；生物护色方法是护色技术新领域，但在马铃薯加工方面研究较少；化学护色技术操作简单、效率高、适应于工业化生产，且复合护色技术又优于单一护色技术。但某些化学护色方法存在营养损失高、化学物质残留等问题。因此，主要针对马铃薯生全粉制备工程中的护色技术进行研究，通过单因素及正交优化试验，以期优化出一种无毒非硫的复合护色工艺，提高抑制褐变的效果和改善马铃薯生全粉色泽。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜荷兰十五马铃薯（干物质含量20.64%，河南省郑州市万邦水果蔬菜批发市场）；柠檬酸（分析纯，天津市河东区红岩试剂厂）；氯化钠（分析纯，天津市天力化学试剂有限公司）；L-半胱氨酸、抗坏血酸（优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；冰醋酸（分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司）；食盐（中盐河南盐业物流配送有限公司）。

1.2 仪器与设备

101A-2型电热鼓风干燥箱（上海实验仪器厂有限公司）；FW177高速万能粉碎机（北京市永光明医疗仪器有限公司）；100目筛（浙江上虞市五四仪器筛具厂）；Seven Easy pH计（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）；CX0604色差计（美国Hunterlab公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 生全粉的制备

马铃薯生全粉的制备工艺流程如下所示。其中，马铃薯块为1 cm3正方体，块状浸泡护色比片状护色更易搅拌，比条或丝状护色营养损失少；护色料液比2∶3；粉碎时需间歇式粉碎，以免粉碎时间过长，仪器过热导致蛋白变性及不耐热的维生素被破坏等。

新鲜荷兰十五马铃薯→挑拣→清洗→去皮→切块（1 cm3）→护色20 min→鼓风干燥（60℃，12 h）→粉碎→过100目筛→装袋备用

1.3.2 色泽的测定

用色差计测定马铃薯生全粉的L*。L*表示亮度，L*值越大颜色越浅，L*值越小越深。

1.3.3 多酚氧化酶活性的测定

多酚氧化酶（PPO）活性的测定参照文献[7]，采用分光光度法。

1.3.4 单因素试验

单因素试验分别选取柠檬酸、L-半胱氨酸、氯化钠作为考察因素，研究3个因素不同水平对马铃薯生全粉L*值的影响。其中柠檬酸、L-半胱氨酸、氯化钠选取水平如表1。

表1 单因素试验选取的不同水平

1.3.5 正交优化试验

根据单因素试验结果，选择柠檬酸（A）、L-半胱氨酸（B）、氯化钠（C）3个因素，以L*值为考察指标，进行L9(33)正交试验，优化参数。正交试验各因素水平如表2。

表2 正交试验因素与水平

1.4 数据处理与分析

所有试验至少重复3次，测定结果均为平均值±标准差（mean±SD）。采用软件SPSS 20.0和Origin 8.0进行数据分析和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 柠檬酸对马铃薯生全粉的护色效果

柠檬酸在甘薯[8]、牛肉[9]等食品加工中作为护色剂使用。柠檬酸作为一种食品中常用的有机酸，其中3个羧基可与PPO中Cu2+产生较强螯合作用，从而抑制马铃薯中PPO活性；柠檬酸可调节体系pH，使马铃薯中PPO远离其最适作用范围而降低活性，对褐变也有一定抑制作用[7]。柠檬酸浓度对马铃薯生全粉L*影响见图1所示。结果表明，随着柠檬酸浓度的增大，L*值呈先升高后降低趋势。柠檬酸浓度在0.1%～0.4%范围时，随着浓度增大，L*值呈显著上升趋势（p＜ 0.05）；浓度为0.4%时，L*值达到最大值，即90.19，之后略有下降趋势，主要是因为柠檬酸浓度过高，pH太低，对金属离子螯合作用减弱；浓度在0.5%～0.6%范围时，L*值无显著变化（p＞0.05）。

2.1.2 L-半胱氨酸对马铃薯生全粉的护色效果

L-半胱氨酸也常作为护色剂[10]。半胱氨酸护色的作用机理复杂，主要有2种解释：一是半胱氨酸与中间体（褐变过程中生成的醌）反应形成稳定的无色化合物，从而达到抑制褐变目的；二是半胱氨酸与酶活性中心的铜离子形成稳定络合物[11]，从而抑制马铃薯中PPO活性。L-半胱氨酸浓度对马铃薯生全粉L*的影响见图2。结果表明，随着L-半胱氨酸浓度增大，L*值呈先升高后降低。L-半胱氨酸浓度在0.05%～0.15%范围时，随着浓度增加，L*值呈显著升高趋势（p＜0.05）；浓度为0.15%时，L*值达到最大值。浓度在0.2%～0.25%范围时，L*值无显著变化（p＞ 0.05）。浓度在0.25%～0.3%范围时，L*值呈显著降低（p＜0.05）。

图1 柠檬酸浓度对马铃薯生全粉L*影响

图2 L-半胱氨酸浓度对马铃薯生全粉L*影响

2.1.3 氯化钠对马铃薯生全粉的护色效果

氯化钠在面制品改良[12]、果蔬保鲜[13]及制粉过程中的护色[14]等方面均有报道。氯化钠护色的主要作用机理是隔绝氧气与酚类物质接触，破坏褐变反应条件，同时Na+与多酚氧化酶中Cu2+竞争，降低酚类物质活性[15]。

从图3可知，随着氯化钠浓度增大，L*值呈先升高后降低。氯化钠浓度在0.1%～0.7%范围时，随着浓度增加，L*值呈显著升高趋势（p＜0.05）；浓度为0.7%时，L*值达到最大值。浓度在0.7%～1.1%范围时，L*值显著降低（p＜0.05）。

图3 氯化钠浓度对马铃薯生全粉L*影响

2.2 正交试验结果与分析

以马铃薯生全粉L*值作为考察指标，以柠檬酸、L-半胱氨酸及氯化钠的浓度为因素的正交试验结果如表3，方差分析结果如表4。

由表3可知，影响马铃薯生全粉L*值的因素的主次顺序为：柠檬酸＞氯化钠＞L-半胱氨酸，且复合护色比单一护色效果更好，其他研究也得出相同结论[16]，最佳复合护色工艺为：0.5%柠檬酸、0.1% L-半胱氨酸及0.5%氯化钠。从表4可知，柠檬酸对马铃薯生全粉的L*具有显著影响（p＜0.1），L-半胱氨酸和氯化钠对其影响不显著（p＞0.1）。

表3 正交试验结果与分析

表4 护色工艺正交试验结果的方差分析

2.3 最佳工艺的试验验证

在室温下，以最佳复合护色工艺（0.5%柠檬酸+ 0.1% L-半胱氨酸+0.5%氯化钠溶液），对马铃薯方块（1 cm3正方体）护色处理20 min后，干燥、粉碎、过筛，制备马铃薯生全粉，并测定L*值和PPO抑制率，分别与空白样品、文献方法[8, 17-18]制备的马铃薯粉相比较，结果如表5所示。结果表明，采用最佳复合护色时，L*值91.09左右，L*值高于空白样品及其他工艺（p＜0.05）。Krishnan等[8]采用1%醋酸溶液浸泡1 h，L*值较低，护色效果不明显，且影响生全粉风味。王庆国[17]采用1%食盐溶液护色3 h，L*值较高，说明食盐不仅对新鲜马铃薯有防褐变效果，对制备生全粉护色也有显著效果，但护色时间太长。潘锋等[18]采用0.8%抗坏血酸溶液，护色10 min，L*值最低，护色效果最差，对外观有显著负影响。研究表明，复合护色要优于单一护色。因为其更加全面护色效果，对PPO抑制率87.98%，远高于其他单一护色剂。

表5 不同护色工艺的护色效果的比较

3 结论

为优化马铃薯生全粉无硫复合护色工艺，通过单因素试验考察柠檬酸、L-半胱氨酸和氯化钠3种护色剂对马铃薯生全粉色泽的影响，优选3种护色剂合适的添加范围；通过正交试验，得到柠檬酸-L-半胱氨酸-氯化钠无硫复合护色剂的最佳护色配比为：0.5%柠檬酸、0.1% L-半胱氨酸、0.5%氯化钠。该复合护色优于单一护色效果，可使生全粉具有良好色泽，使制得的马铃薯生全粉亮度值L*达91.09，多酚氧化酶抑制率达87.98%。试验为马铃薯生全粉加工中的无硫复合护色工艺提供参考和依据，提供一种保留马铃薯的全部营养成分、风味及功能特性等优点的原料，对促进马铃薯主食化具有积极作用。