國內馬鈴薯全粉加工技術及應用研究進展

鄧曉君，楊炳南，尹學清，何江濤

（中國農業機械化科學研究院，北京 100000）

中國是世界馬鈴薯種植面積和總產最多的國家，自明末清初從南美洲引種過來，到現在已有400 多年的歷史。但是受多種因素影響，我國對馬鈴薯的加工利用遠遠落后于發達國家。馬鈴薯全粉的生產歷史起源于19世紀中葉，馬鈴薯全粉制品在20世紀30年代已成為歐美非常普遍的食品。20世紀40年代，受二戰軍需的拉動，馬鈴薯全粉的生產量在歐美有了極大的提高。20世紀50年代形成了目前廣泛使用的帶“預煮、冷卻”工藝過程的生產工藝[1]。20世紀90年代以后，亞洲也形成了馬鈴薯的新興市場[2]。

由于長期以來對馬鈴薯的認識不足，國內菜肴消費習慣及加工技術落后，我國對馬鈴薯的加工利用遠遠低于世界先進水平。我國在該領域的研究始于20世紀80年代[3]。1989年，我國首家馬鈴薯雪花全粉生產企業創立，其技術及設備從歐洲引進。我國馬鈴薯顆粒全粉生產企業從2000年左右起步。2002年，我國自主完成了技術先進的馬鈴薯顆粒全粉回填加工工藝及成套設備的研發及制造。2004年以后，我國的馬鈴薯加工行業進入迅速發展時期。借助復合薯片行業的發展，馬鈴薯全粉得到廣泛應用，有力地促進了這一行業的發展[1]。2015年，農業部提出馬鈴薯主糧化戰略，更是推動整個馬鈴薯產業的快速發展[4]。

1 馬鈴薯全粉概述

1.1 馬鈴薯全粉的營養

世界五大作物的營養成分對比見表1。

表1世界五大作物營養成分對比表Table 1 Comparison of nutrients in the world's five largest crops

從表1可以看出，馬鈴薯除具有與谷物相同水平的營養外，還富含維生素C 和大量的鉀。此外，馬鈴薯中含有大量的膳食纖維，且脂肪含量極低，不含飽和脂肪酸和膽固醇，作為食品易于消化吸收，特別適宜兒童和老人食用。王春香等對小麥粉、馬鈴薯全粉以及混合粉的理化特性進行了測定[5]，結果表明：馬鈴薯全粉水分含量很低，淀粉含量較高。

馬鈴薯全粉是脫水馬鈴薯制品中的一種。以新鮮馬鈴薯為原料，經清洗、去皮、挑選、切片、漂洗、預煮、冷卻、蒸煮、制泥等工藝流程，脫水干燥而得的細顆粒狀、片屑狀或粉末狀產品統稱之為馬鈴薯全粉[6]。它涵蓋了新鮮馬鈴薯塊莖中除薯皮以外的全部干物質（淀粉、糖、蛋白質、脂肪、維生素、纖維、灰分、礦物質等）。由于在加工過程中采取了回填、調質、新型烘干等先進的生產工藝，保證了馬鈴薯塊莖的組織細胞最大限度地不被破壞。因而馬鈴薯全粉在復水后可以呈現新鮮馬鈴薯塊莖熟后搗成的泥狀，并最大限度的保留了馬鈴薯的營養、風味和口感。

馬鈴薯全粉加工并未破壞植物細胞，營養全面，雖然干燥脫水，但經適當比例復水，即可重新獲得新鮮的馬鈴薯泥，制品仍然保持了馬鈴薯天然的風味及固有的營養價值。正是由于這一點，從20世紀50年代起，歐美各國致力于研究馬鈴薯加工方式，積極開發馬鈴薯全粉產品，并迅速推廣。馬鈴薯與馬鈴薯全粉成分對比見表2。

表2 馬鈴薯與馬鈴薯全粉營養成分對比表Table 2 Comparison of nutrient components between potato and dehydrated potato granules and flakes powder

1.2 馬鈴薯全粉的種類

由于脫水干燥的工藝不同，馬鈴薯全粉在名稱、性質、使用方法上存在較大差異。以滾筒干燥工藝生產，厚度為 0.1 mm～0.25 mm、片徑 3 mm～10 mm 大小的不規則片屑狀馬鈴薯全粉，因其外觀如雪花狀，稱為馬鈴薯雪花全粉（potato flakes），簡稱“雪花全粉”。以熱氣流干燥工藝生產，產品主要以馬鈴薯細胞單體顆?；驍祩€細胞的聚合體形態存在的粉末狀馬鈴薯全粉，稱為馬鈴薯顆粒全粉（potato granules），簡稱“顆粒全粉”。采用脫水馬鈴薯制品經粉碎而得的粉末狀馬鈴薯全粉稱之為馬鈴薯細粉（fine potato flour/powder），簡稱“細粉”。其中以雪花全粉和顆粒全粉的生產量最大，應用范圍也最為廣泛[6]。馬鈴薯雪花全粉和顆粒全粉的主要區別見表3。

表3 馬鈴薯雪花全粉和馬鈴薯顆粒雪花全粉的對比表Table 3 Comparison of dehydrated potato granules power and dehydrated potato flakes powder

1.3 馬鈴薯全粉的用途

馬鈴薯全粉是重要的馬鈴薯深加工產品，主要是作為原輔材料加工制作馬鈴薯食品，是其他食品深加工的基礎。馬鈴薯全粉的增稠性、成殼性、填充增量性、持油持水性等特性在速凍食品、方便食品、調理食品等的加工制造過程中有著廣泛的應用。

馬鈴薯全粉在食品方面主要應用于兩個方面：一是用作沖調馬鈴薯泥、馬鈴薯脆片等各種風味和各種營養強化的食品原料；二是作為食品添加劑在面包、蛋糕和月餅中使用，可改善其品質。用馬鈴薯全粉可加工出許多方便食品，它的可加工性遠遠優于鮮馬鈴薯原料，可制成各種形狀，可添加各種調味和營養成分，制成各種休閑食品，故馬鈴薯全粉也可作為馬鈴薯食品的一種。李遠恒等以馬鈴薯全粉、面粉、糖、植物黃油等為原料，添加綠茶粉，通過焙烤方式得到綠茶薯片，確定了產品的配方和加工工藝條件[7]，產品評價為：結構有層次，外形平整，外觀呈綠茶色澤，口感松脆，具有鮮明馬鈴薯產品風味和綠茶風味。

新鮮馬鈴薯塊莖的長期保存已經成為世界難題，而馬鈴薯全粉不但儲運安全，保質期較長，且貯藏儲運成本遠遠低于新鮮馬鈴薯塊莖。以馬鈴薯全粉代替新鮮馬鈴薯可以大大簡化生產過程，提高作為原料的相對于新鮮馬鈴薯的標準化程度。馬鈴薯全粉被公認為是大規模轉化、保存馬鈴薯塊莖的有效途徑。

2 馬鈴薯全粉加工技術

我國的馬鈴薯資源十分豐富，但由于長久以來人們對其營養價值、經濟價值認識不足，以及加工方法單調等原因造成馬鈴薯加工技術的落后。據統計，全國每年大約有15%的馬鈴薯白白爛掉，造成巨大的經濟損失。使馬鈴薯從廉價蔬菜地位提高到經濟作物，從豐富的原材料轉化為附加價值高的商品，關鍵在于對馬鈴薯進行科學合理的深加工，實現多次增值。

國外一些主要的馬鈴薯加工企業都是將馬鈴薯全粉加工與薯條加工結合起來進行。因為馬鈴薯薯條品質標準最重要的指標之一就是要求薯條有一定的長度（一般應≥50 mm），達不到該長度的薯條即為不合格產品，而生產過程中這類不合格薯條可達到20%～30%。為解決這一問題，國外馬鈴薯加工企業采取另建雪花全粉生產線的方案，將不合格薯條作為原料進行全粉生產，生產全粉帶來的收益高于低價出售或處理不合格薯條。一般來說，加工馬鈴薯薯片和馬鈴薯薯條的原料是完全可以進行全粉生產的，而且全粉加工對塊莖形態與大小的要求沒有加工薯片和薯條嚴格。

2.1 馬鈴薯全粉加工工藝技術

馬鈴薯顆粒全粉的生產，特別強調保持薯體細胞的完整，采用氣流/流化床干燥以及大量回填的工藝路線，讓薯塊在篩分過程中可以自然破碎成粉狀。該工藝的特點是最大限度地保持馬鈴薯細胞組織的完整性，使細胞破碎率最小，游離淀粉釋放量最少，顆粒全粉的成品黏度較低，保持馬鈴薯原有的風味和營養價值，頗受消費者歡迎。

在馬鈴薯雪花全粉的生產過程中，蒸煮、制泥工序仍有可能造成一定數量的細胞破裂，導致少量水溶性成分的流失，最終產品中也含有一定比例的游離淀粉，因此在后續加工時黏度較大，影響其風味和營養價值。但雪花全粉的工藝流程相對較短，能耗較低，在實際生產應用中仍具有廣大的市場[8]。

由于馬鈴薯顆粒全粉的生產流程較長、能耗較高，設備投資偏大，生產成本略高于雪花全粉，因此國內的馬鈴薯復合薯片生產線一般將顆粒全粉和雪花全粉按一定配比配合使用。兩者在市場上具有一定的互補性，在實際生產中應相輔相成。

2.2 馬鈴薯全粉技術標準

國內尚無馬鈴薯顆粒全粉、雪花全粉質量國家標準。童軍茂等討論過全粉產品的質量標準[9]。周明東等通過流變儀對馬鈴薯泥力學特性的測定，找到一種用儀器測定替代感官評價的方法[10]。冷明新等通過熱抽提法測量馬鈴薯全粉的藍值，從而測定游離淀粉的含量[11]。呂耀昌通過對比研究發現微波法可簡單快速地測定馬鈴薯顆粒全粉加工中的水分含量[12]。指標參考國內外同類企業標準制定見表4。

表4 馬鈴薯全粉質量指標Table 4 Quality index of dehydrated potato granules and flakes powder

2.3 馬鈴薯全粉加工技術進展

近年來，國內外研究者對影響馬鈴薯全粉品質的因素進行了大量的研究。更多新興的科研技術和手段投入到實際應用中，極大地加快了馬鈴薯全粉科學研究的步伐。

張巖等研究了單甘脂添加量對馬鈴薯全粉品質的影響[13]，結果表明：添加單甘脂可以改善馬鈴薯全粉的品質，添加量應控制在0.5%左右。孟慶琰應用近紅外光譜分析技術分別提取了馬鈴薯全粉的淀粉、還原糖、干物質和蛋白質的特征波長，為馬鈴薯全粉品質實現在線檢測提供了參考[14]。何秋云研究了浸漬處理、厭-好氧交替處理、發芽處理以及冷凍處理對馬鈴薯中 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）含量的影響，為富含GABA 的馬鈴薯制品的開發與研究提供了理論基礎[15]。吳衛國等比較了在相同馬鈴薯品種的情況下，制片、制泥和微波工藝對馬鈴薯顆粒全粉品質的影響[16]，結果表明：不同加工工藝與顆粒全粉品質指標存在密切的關聯性。在馬鈴薯品種相同的情況下，馬鈴薯顆粒全粉碘藍值大小順序為：制片工藝〉微波工藝〉制泥工藝。

2.3.1 還原糖含量測定技術進展

目前，我國尚無適用于加工全粉用的優質馬鈴薯品種，現有的品種往往在儲藏后期出現還原糖含量上升較高的情況。由于高還原糖含量會造成全粉加工產品極易褐變，從而直接影響到馬鈴薯全粉的應用前景和市場競爭力，全粉產品中還原糖含量的測定就成為非常重要的研究熱點。

王常青等研究用葡萄糖氧化酶法降低馬鈴薯顆粒全粉還原糖含量[17]，結果表明：在控制水分在50%～60%，酸度為35，溫度為39℃時，可有效降低全粉中葡萄糖和還原糖含量。董小玲等采用小波壓縮算法結合近紅外光譜技術，實現了馬鈴薯全粉還原糖含量的快速檢測，并為其他農產品近紅外光譜數據有效降維提供了參考依據[18]。王影影等將電化學法應用于馬鈴薯全粉中還原糖的測定，并與3，5-二硝基水楊酸比色法比較[19]，結果表明電化學法的準確度和精密度更高，且具有簡單快速、靈敏度高的優點。張小燕等以近紅外光譜為基礎，通過主成分分析篩選出水分、還原糖、淀粉、蛋白質4個指標，同時利用偏最小二乘回歸方法建立4種成分的預測模型[20]。

2.3.2 馬鈴薯全粉干燥技術進展

馬鈴薯全粉產品中水分含量對于產品品質非常重要，直接影響產品的感官評價及后續的運輸儲藏。國內外學者對于馬鈴薯全粉的干燥技術進行了大量研究。

張巖等采用不同的干燥方法對馬鈴薯全粉進行了試驗研究[21]，結果表明：對流干燥所得的產品品質比氣流干燥、烘箱干燥、滾筒干燥的效果更好。楊薇等研究熱風干燥溫度和切片厚度對馬鈴薯干燥特性及對馬鈴薯顆粒全粉堆積密度、水合能力的影響[3]，結果表明：全粉堆積密度隨干燥溫度升高而增大，水合能力隨干燥溫度的提高而有一定的提高。姜凌燕比較了熱風加熱、微波加熱和微波真空加熱3種干燥方式[22]，結果表明：微波真空干燥技術可有效改善馬鈴薯全粉樣品感官品質和吸水、吸油能力。王常青研究了微波干燥條件對馬鈴薯顆粒全粉水分含量、白度、VC含量的影響[23]，結果發現：微波干燥溫度與產品水分、VC含量均成二元函數關系。盡管干燥溫度越高，產品中VC破壞率越高，白度越低，但是微波干燥的產品品質明顯優于熱風干燥，全粉的VC含量和白度高于熱風干燥，SO2殘留量含量低于熱風干燥。

2.3.3 馬鈴薯全粉品質控制技術進展

國內企業生產的馬鈴薯全粉多因品種和工藝問題而影響產品感官評價和品質及營養價值，有的工藝如增白又容易造成SO2殘留量過高，影響風味和安全性。如何在保證產量和生產效率的同時確保全粉產品的外觀和品質達標，引起了很多從業者的注意。

王常青研究分析與SO2殘留量有關的生產工藝條件，以減少生產過程中殘留的SO2[24]，結果表明：通過控制亞硫酸鹽護色液濃度、護色時間、蒸煮時間和蒸煮溫度等工藝條件，可以有效的控制馬鈴薯全粉中的SO2殘留量，為全粉的品質控制提供依據。在相關生產試驗中，在護色液濃度0.12%、護色5 min，104℃蒸煮45 min 的工藝條件下，得到了SO2殘留量0.002 6%的馬鈴薯全粉，且白度與進口產品相近。潘鋒等研究生產馬鈴薯顆粒全粉的生產工藝和質量指標[25]，試驗發現在90℃下蒸煮時間20 min 產品品質較好，馬鈴薯全粉中指標要求營養成分破壞小，游離淀粉率低。而且干燥方式對產品品質有重要的影響，采用電恒溫鼓風干燥箱在60℃干燥12 h，得到的產品品質最好。何賢用等研究了馬鈴薯全粉產品的品質與生產控制的關系[26]，證明采用回填、調質等工序處理，能更好地保全馬鈴薯的風味物質和營養成分。徐坤等探討了馬鈴薯全粉的生產工藝、質量指標及質量控制措施[27]，結果表明：要防止采用發芽、變綠的馬鈴薯作加工原料，新鮮的馬鈴薯應堆放在陰涼、干燥、通風的室內。為了防止全粉制作的薯片變色和焦化，應控制干制機逆流隧道的溫度，不宜過高。孫平等對馬鈴薯全粉加工過程中的護色條件和護色劑用量進行了分析研究[28]，結果表明：最佳護色條件為，熱燙時間2 min，護色溫度70℃，護色時間20 min；以0.10 %VC、0.30 %植酸、0.40 %檸檬酸、0.35%L-半胱氨酸作為復合護色劑可有效地抑制馬鈴薯全粉加工過程中的褐變。潘鋒等考察了物理和化學方法對褐變的抑制情況[29]，結果表明：去皮后的護色效果要優于未去皮的馬鈴薯；馬鈴薯切片在5 mm～8 mm 時，浸泡于濃度為0.8%的VC液中10 min 護色效果最好。

3 我國馬鈴薯全粉加工行業分析

在國家戰略的推動下，馬鈴薯深加工行業尤其是馬鈴薯全粉加工行業發展較快，各地新建了一大批全粉生產線和設備。但在實際生產中，產業發展也遇到了一些困難和問題，值得引起業界各方的關注。

3.1 發展加工專用薯

馬鈴薯全粉的生產需要特殊的馬鈴薯品種，對原料的品質和貯存時間均有一定的要求。目前我國馬鈴薯種植業在專用馬鈴薯的育種研發及收獲、運輸、儲藏等環節還不能適應馬鈴薯全粉行業快速發展的步伐，部分面向高端產品的馬鈴薯全粉生產企業仍需依靠進口原料。在馬鈴薯的原料供應上，依然存在著生產水平低、質量差、效率低及品種缺乏等問題。岳靜等以4種馬鈴薯為對象制成全粉，分別考察其基本組分及理化特性，為新產品配方的合理設計提供一定依據[30]。廖文華等對于西藏地區全粉加工型馬鈴薯品種“青薯9號”的引進篩選過程進行的描述[31]，證明選擇適用于特定地區全粉加工的馬鈴薯品種需要長時間的試驗示范和大量的總結工作。吳衛國等以3個馬鈴薯主要品種（大西洋、紫花白、克新四號）為原料[16]，研究不同馬鈴薯品種特性對于顆粒全粉品質的影響，結果表明：馬鈴薯的原料特性對于顆粒全粉品質有著密切的關聯性。相同加工工藝條件下，馬鈴薯顆粒全粉碘藍值和吸水力大小順序為紫花白〉大西洋〉克新四號。文國宏等針對甘肅省缺乏馬鈴薯加工專用型品種的問題，積極開展相關育種，選育出淀粉與全粉加工兼用型馬鈴薯新品種隴薯6號（原代號J9408-10）[32]。該品種具有高產、抗病、低還原糖、高淀粉、適應范圍廣等優點，其育種和生產試驗、示范過程值得借鑒推廣。

3.2 改進生產管理方法

馬鈴薯加工普遍存在著產品增值率低、加工利用水平低及產業鏈條短等問題。部分地區產業化基地建設薄弱，產品安全狀況堪憂。隨著產業規模的不斷擴大，行業競爭會愈加激烈。借助于國家智能制造工業4.0 的政策引領，企業需要把生產管理方法由粗放式向精細化轉變，修煉“內功”，不斷提高在產品質量、價格、成本等方面的競爭力。

3.3 指導市場應用廣度

馬鈴薯全粉行業曾經歷了供不應求的階段，目前由于國家政策的影響，掀起了又一股蓬勃發展的熱潮。但仍需避免生產過剩，供過于求。需要積極開發馬鈴薯全粉的新市場和新用途，并大力拓展國際市場，讓國產馬鈴薯全粉用的好，用的廣，讓深加工產品“走出去”。

3.4 合理控制投資規模

投資規模的控制十分重要。我國馬鈴薯全粉年產能接近30 萬噸，實際加工量10 萬噸左右，雖然說有品種及貯期制約，每年仍需進口，但真正看行業情況，主要是全粉用途沒有做到真正發揮，用其做主食，受到加工成本因素制約，短期內在未有其他成熟應用條件下，慎擴大生產規模。企業往往會選擇價格昂貴的進口設備，這一點需要關注。實踐證明，國產自主設備同樣能夠達到國外先進產品的技術水平，且具有較高的性價比，大大縮短投資回報周期，提高回報率。隨著市場愈發成熟，企業應當理性地選擇投資方式和規模，防止因投資過大而導致經營虧損。

4 對馬鈴薯全粉行業的展望

馬鈴薯“主食化”國家戰略的進行極大地推動了馬鈴薯全粉行業的發展，馬鈴薯全產業鏈的發展迎來了新的春天?？梢灶A見的是，在不久的未來，隨著資本的不斷涌入，各地會上馬一大批馬鈴薯全粉的生產線和設備。同時，我國的馬鈴薯主產區主要集中在老、少、邊、窮和欠發達地區，這些蓬勃興起的馬鈴薯加工企業，在提供優質原料的同時，也成為了這些貧困、欠發達地區的支柱性龍頭企業，有效提高了農業綜合經濟效益，增加農民收入和地方財政收入，在擴大農村和城鎮就業等方面發揮著重要作用。

但需要從業人員注意的是，馬鈴薯全粉的生產仍屬于傳統制造業的范疇。多數情況是存在著技術水平落后、市場難拓展、生產運營粗放等問題。馬鈴薯全粉企業需要著力在技術創新和市場應用開發方面下功夫，保持生產經營的長盛不衰。

在技術創新方面，企業應順應全球馬鈴薯產業大發展的趨勢，借助國家馬鈴薯“主食化”的東風，合理利用資本。一是要積極開展適合高品質馬鈴薯全粉生產所需的馬鈴薯品種研究，在育種、種植、收獲、運輸等各個環節加以技術革新。二是要對現有的馬鈴薯生產工藝進行再次優化設計，改良生產線和相關設備，以保障全粉質量為首要目標，在提高馬鈴薯利用率的同時降低生產能耗，減少廢棄物的排放。三是改進企業管理模式和加強產業鏈延伸管理，充分發展馬鈴薯全粉加工產業，提高企業在市場上的競爭力。

在市場開發方面，企業須做到拓展馬鈴薯全粉應用領域和開拓市場同時進行。首先，受限于人們對馬鈴薯化學成分和營養價值的認知不足，而且時間尚短，馬鈴薯全粉距離像稻米、小麥、玉米那樣作為主食走進千家萬戶仍需較長時間和努力；馬鈴薯全粉仍然有極大的潛力可供發掘。突破現有的食品種類，開發與三大主食相媲美甚至馬鈴薯全粉獨有的食品，成為廣大從業者提高自身競爭力的努力方向。其次，我們必須積極進入國際市場，借助于原材料豐富與勞動力成本低的優勢，馬鈴薯全粉行業在不久的將來也會面臨供過于求的局面，當然對于企業來說，走出國門意味著必須同時修煉好“內功”和“外功”，才能在競爭更加激烈的國際市場站穩腳跟，走的更遠。

馬鈴薯相關企業應抓住馬鈴薯“主食化”這一戰略機遇，加快企業轉型升級，促進科技創新，發展全面科學的馬鈴薯加工產業體系，共同建立健康發展的長效機制，為保障人民食品安全，滿足多樣化的消費需求貢獻力量。