马铃薯生全粉物化性质与应用特性研究

时间：2024-05-14

邓峰

（深圳市育新学校，广东深圳 518107）

马铃薯（Solanum tuberosumL.），又名土豆、洋芋，原产地位于南美洲的安第斯山脉，因此具有较强的抗逆性和增产潜力，迅速被全世界各个国家种植推广，当前已经成为世界范围内继小麦、玉米和水稻之后的第四大粮食作物。作为一种碱性食品，马铃薯能中和人体摄入过多的酸性食品的酸度，具有维持人体内酸碱平衡的作用。此外，马铃薯还含有人体所需的维生素C、维生素B、类胡萝卜素以及纤维素等各种营养物质，是一种公认的全营养食品。

马铃薯全粉指的是除薯皮以外的全部干物质，其具有营养丰富、水分含量低以及存储方便的优点。马铃薯全粉可以根据其不同的处理方式分为马铃薯生全粉以及马铃薯熟全粉，而马铃薯雪花粉则是马铃薯熟全粉的一种产品形式，是以新鲜马铃薯为原材料，经过清洗、去皮和蒸煮等一系列处理之后所得到的产品。而马铃薯生全粉是将马铃薯去皮、捣碎、冲洗留取滤液、静置沉淀后过滤即得。马铃薯雪花粉与马铃薯生全粉的制作工艺虽然不同，但有着很多相似之处。随着先进生产设备的引进以及生产工艺的优化，马铃薯全粉的年产量也在不断上升，市场上也相继出现了许多马铃薯全粉产品。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯生全粉、马铃薯雪花全粉，黑龙江省克山农场；氢氧化钠、盐酸、硫酸铜、硫酸钾、硫酸、无水乙醚、石油醚、酒石酸钾钠、乙酸锌和冰醋酸。

1.2 仪器与设备

干燥器、石英坩埚、自动索氏抽提器、自动凯氏定氮仪、THZ-32恒温振荡器、BS-224S电子天平、SP-722E紫外分光光度计、FEIsirion扫描电镜、差示扫描量热仪和流变仪。

1.3 实验方法

1.3.1 理化成分分析

水分含量按照《食品安全国家标准食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）中的常压加热干燥法测定；蛋白质含量按照《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》（GB 5009.5—2016）凯氏定氮法测定；粗脂肪含量按照《饲料中粗脂肪的测定》（GB/T 6433—2006）的索氏抽提法进行测定；灰分含量按照《食品安全国家标准食品中灰分的测定》（GB 5009.4—2016）进行测定；淀粉含量使用淀粉含量试剂盒测定[1]。

1.3.2 显微结构分析

将准备好的样品颗粒，取少量涂抹到提前准备好的贴有导电胶布的铝制载物台上，涂抹均匀，在电压14 kV的电子束中用电子显微镜观察样品的淀粉形态，并拍摄照片。

1.3.3 糊化性质测定

测定样品的糊化性质要使用流变仪，要按照国家标准《食品中水分测定方法》（GB 5009.3—2016）中的常压加热干燥法测定样品中的水分含量，再结合测定结果计算去离子水的添加量，然后依据计算结果来称取样品，将样品与去离子水混合均匀，将温度控制在45 ℃以下保持恒温3 min，随后以每分钟升温5 ℃的速度加热至100 ℃，维持该温度5 min，再将其缓慢降温至50 ℃，保温3 min，同时记录样品的变化。

1.3.4 热力学性质分析

样品的热力学性质测定需要使用差示扫描量热仪（Differential Scanning Calorimetry，DSC）。称取2.0 mg的样本置于石英坩埚中，再加入5.0 μL的蒸馏水，密封在室内温度下放置24 h，随后将样品置于DSC中以每分钟9 ℃的速度升温至92 ℃，并记录20～92 ℃样品DSC数值变化情况[2]。

1.3.5 吸水性和溶解度测定

称取样品0.45 g并量取5.50 mL的蒸馏水将其混匀后置于离心管，放置于30 ℃的清水中保持30 min，在4000 r·min-1下离心18 min，将离心管表面的清液用滴管吸至提前准备好的称重铝盒中，升温至104 ℃进行烘干，与此同时，称取并计算离心管中沉淀物的质量，吸水系数、溶解度的计算公式为

式中：WAI代表吸水系数，g·g-1；WS代表溶解度，%；m1代表离心管内沉淀物质量，g；m2代表离心管表面清液中干物质质量，g；ma代表样品质量，g。

1.3.6 冻融性分析

本文用析水率衡量马铃薯全粉的冻融稳定性。称取3 g马铃薯全粉样品置于烧杯中，然后向其中加入50 mL的蒸馏水，将其配制成6%的溶液，加热至沸腾后保持18 min，随后冷却至室温[3]。称取30 g混合溶液置于离心管中，置于-20 ℃下放置24 h，解冻后以3000 r·min-1的速度进行离心20 min，称取表面清液质量，计算析水率，公式为

式中：SR为析水率， g·g-1；m3为样品表面清液的质量，g；me为冷冻前加入的溶液质量，g。

1.3.7 持油性

称取2 g样品置于离心机内，然后再向其中加入40 mL色拉油，搅拌均匀后高速离心20 min，然后将离心管倒置，静止5 min后再对其进行称重，计算吸油系数，公式为

式中：OAI为吸油系数，g·g-1；m5为沉淀物质量，g；m为样品质量，g。

2 结果与分析

2.1 理化成分

由表1可知，两种样品中的理化成分存在明显差异，马铃薯生全粉中的水分含量和灰分含量显著高于雪花粉，而蛋白质、脂肪与淀粉的含量却显著低于雪花粉。

表1 马铃薯全粉理化成分表

2.2 显微镜下淀粉形态

由图1可知，两种样品的微观图存在很大的差异，图1（a）中生全粉的淀粉形态可以看出是许多不规则的椭圆形，而图1（b）中雪花全粉的表面形态表现出不规则的纹路和孔洞[4]。通过对二者微观图的比较可以得出，马铃薯生全粉采用低温干燥的加工方式对淀粉粒结构造成的影响极小，保持了淀粉粒的完整；而雪花全粉经过高温加热糊化后致使体积膨胀，严重破坏了淀粉颗粒结构。

图1 不同马铃薯全粉电镜扫描图

2.3 糊化性质分析

糊化是淀粉颗粒遇水膨胀后，伴随着温度的不断上升，淀粉分子中的氢键逐渐断裂，并同时与水发生反应所呈现出来的糊状液体[5]。由表2可知，两种全粉的糊化性质存在显著差异，其中，生全粉的糊化温度和峰值温度相较于雪花粉较低，而其他数据则均显著高于雪花全粉。

表2 马铃薯全粉糊化性质分析表

2.4 热力学性质分析

马铃薯全粉中淀粉晶体结构在受热的破坏过程中所表现出的热力学性质通常用差式扫描热量仪来测定。淀粉会在水溶液中随着温度的升高而发生形变，整个淀粉颗粒会因吸水膨胀而呈现淀粉糊状[6]。由图2可知，马铃薯生全粉从开始到结束是一条完整的DSC曲线，而马铃薯雪花粉DSC曲线则出现了较大波动，这就说明雪花粉内部结晶结构在前期加工过程中就已经发生裂解。

图2 不同马铃薯全粉的DSC图