達薯系列自育馬鈴薯全粉品質特性分析

李本姣，李 松，章 攀，高 桐，賴天成，潘韻雯，趙思毅*

（1.達州市農業科學研究院，四川 達州 635000；2.四川農業大學，四川 雅安 625014）

四川省達州市為典型的丘陵山區，生態環境優越，氣候溫和，四季分明，適宜多季馬鈴薯種植，種植面積大、產量高，是四川省第二大馬鈴薯生產區，也是四川省主要馬鈴薯種薯基地[1]。達薯系列馬鈴薯是由達州市農業科學研究院培育的較為出眾的地方性馬鈴薯品種，具有高產、高抗、適應性好、抗逆性強、耐貯藏等優勢，其中‘達薯1號’為四川省農業廳確定的2013～2016年四川省馬鈴薯主推品種[2]。達薯系列馬鈴薯雖然品質較好、產量高，但是大部分鮮食，僅有極少量進行粗加工，產業鏈條短、附加值低，嚴重制約了達州市馬鈴薯提質增效和馬鈴薯產業發展。

2015年中央一號文件明確指出馬鈴薯可作為主食食用后，中國的馬鈴薯市場發生了一系列變化，種質資源不斷豐富，馬鈴薯新品種不斷創新，許多專用品種應運而生；消費市場也呈現出多元發展，過去以鮮食為主，而現在逐漸變為鮮食、干制品、淀粉加工、速凍食品、膨化休閑食品等多種方式并存。用途不同所需的馬鈴薯品種亦存在差異[3]。優良的馬鈴薯加工專用品種要求具有表皮光滑、芽眼淺且少，高蛋白、低糖分等特點[4]。本文以達州市農業科學研究院自育的3個馬鈴薯品種‘達薯1號’‘達芋2號’和‘達芋3號’為原料，以加工專用馬鈴薯品種‘大西洋’為對照，經過一系列工藝流程制備馬鈴薯全粉，通過對比研究，分析3種馬鈴薯全粉的營養品質、理化特性、加工特性以及結構特性，以了解達薯系列馬鈴薯品種對全粉品種的影響，選取更適宜加工品種、以及對促進地方馬鈴薯品種的精深開發、提高達州市馬鈴薯的經濟附加值具有現實意義，同時也為達薯系列馬鈴薯的品質育種和加工品種選育提供基礎性試驗數據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯‘達薯1號’‘達芋2號’和‘達芋3號’，采自達州市農業科學研究院萬源高山馬鈴薯試驗基地，原料的種植管理方法均相同，成熟后收獲塊莖，選取個體大小相似、表面光滑、芽眼淺且少的作為試驗材料。馬鈴薯‘大西洋’（CK）于市場采購；0.2%檸檬酸、0.1%氯化鈣、0.15%抗壞血酸、α-淀粉酶溶液7 500 U/mL、葡萄糖淀粉酶溶液15 000 U/mL均為食品級；碘試劑、濃鹽酸、堿性酒石酸銅甲液/乙液、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均為分析純。

TT122-JF2204分析天平，東方化玻（北京）科技有限公司；HH-6電子恒溫水浴鍋，上海比朗儀器制造有限公司；SGW-1旋光儀，上海儀電物理光學儀器有限公司；UV-1200雙光束分光光度計，翱藝儀器有限公司；NR10QC色差儀，北京奧依克光電儀器有限公司；Million-QB超純水機，Million公司；SU8020掃描電子顯微鏡，日本日立公司；Nicolet IS10紅外光譜儀，美國尼高力公司；BRUCKER D8 ADVANCE X射線粉末衍射儀，德國布魯克公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬鈴薯全粉的制備

馬鈴薯顆粒全粉制備工藝流程參考韓黎明等[5]方法。

1.2.2 營養品質測定

水分含量測定參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[6]；灰分含量測定參照GB 5009.4—2016《食品中灰分的測定》[7]；淀粉含量測定參照GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》[8]；還原糖含量測定參照GB 5009.7—2016《食品中還原糖的測定》中直接滴定法[9]；蛋白質含量測定參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中凱氏定氮法[10]；維生素C含量測定參照GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》中2,6-二氯靛酚滴定法[11]。

1.2.3 色澤測定

參考余斌等[12]方法使用色差儀的去除鏡面反射模式進行測定，測定前用黑板進行調零，用標準白板進行校正。將馬鈴薯全粉均勻鋪滿培養皿中，采用色差儀進行測定，每個樣品測定10次取平均值。計算樣品的總色差（ΔE）。

式中：L*值表示樣品亮度從明亮（L*=100）到黑（L*=0）之間的變化；a*值表示顏色從綠色（-a*）到紅色（+a*）的變化，絕對值越大表示相應綠和紅色越重；b*值表示黃色到藍色之間的變化。下標帶0的參數為空白值。ΔE值越小，表明顆粒全粉色澤與原馬鈴薯色澤越接近。

1.2.4 碘藍值測定

碘藍值的測定參照SB/T 10752—2012《馬鈴薯雪花全粉》[13]并參照冷明新等[14]方法改進。稱取0.25 g樣品于100 mL燒杯中，加入50 mL 65.5℃的蒸餾水，保持溶液溫度不變，在恒溫水浴鍋中不斷攪拌5 min再靜置1 min后過濾，趁熱吸取1 mL濾液于50 mL顯色管中，加入1 mL 0.02 mol/L碘標準溶液后定容，以試劑空白為對照，在波長650 nm下測定樣品的吸光度E，并計算得出樣品碘藍值（IBV）。

碘藍值（IBV）=E×54.2+5

1.2.5 馬鈴薯全粉加工特性測定指標及方法

（1）溶解度與膨潤度的測定

稱取0.1 g（W）樣品于50 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水溶解。沸水浴加熱30 min并持續攪拌，離心（4 000 r/min，15 min），上清液蒸干后為水溶物質并稱重（A），沉淀物為膨脹淀粉并稱重（P）。

溶解度S（%）=A/W×100

膨潤度（%）=P/[W×（1-S）]×100

式中：A表示離心后上清液蒸干后水溶物質量，g；W表示樣品質量，g；P表示離心后下層沉淀物質量，g；S表示溶解度。

（2）最低膠凝濃度的測定

參照江永利和鄧云[15]方法，配制樣品濃度為2%～20%的懸浮液，置于恒溫振蕩水浴鍋中100℃加熱1 h，快速冷卻后于4℃靜置2 h，將試管倒置，觀察樣品是否滑落，不滑落時的最小濃度即為最低膠凝濃度。

（3）持油率的測定

稱取5 g樣品（m）于50 mL離心管（m1）中，加入30 mL食用油，充分混合。將離心管在30℃水浴中攪拌30 min，冷卻靜置至室溫，離心（3 000 r/min，20 min），棄上清液，倒置5 min后稱量離心管和沉淀物的質量（m2）。

持油率（g/g）=（m2-m1-m）/m

式中：m2表示離心管和沉淀物質量，g；m1表示離心管質量，g；m表示樣品質量，g。

（4）持水率的測定

稱取2 g樣品（m）于50 mL離心管（m1）中，加入30 mL蒸餾水，充分混合。將離心管在30℃水浴中攪拌30 min，冷卻靜置至室溫，離心（3 000 r/min，20 min），棄上清液，倒置5 min后稱量離心管和沉淀物的質量（m2）。

持水率（g/g）=（m2-m1-m）/m

式中：m2表示離心管和沉淀物質量，g；m1表示離心管質量，g；m表示樣品質量，g。

（5）凍融穩定性

稱取3 g樣品于100 mL燒杯中，加入蒸餾水配成6%混合液，100℃水浴鍋中充分攪拌20 min后冷卻至室溫。稱取30 g（m2）的混合乳液到50 mL離心管中，在-20℃的冰箱中冷卻24 h后取出，40℃水浴解凍后離心（3 000 r/min，20 min），稱量上清液質量（m1）。

析水率（g/g）=m1/（m2×6%）

式中：m1表示上清液質量，g；m2表示混合乳液的質量，g。

1.2.6 馬鈴薯全粉結構特性測定指標及方法

（1）紅外光譜

將馬鈴薯全粉冷凍干燥24 h去除水分后，通過KBr壓片法制取樣品薄片后再進行紅外光譜掃描。掃描條件為：波段范圍4 000～500 cm-1，掃描分辨率4 cm-1，掃描整合頻譜32倍[16]。

（2）掃描電鏡

將馬鈴薯全粉用特定的雙面膠帶固定在樣品臺上，經自動噴金器鍍金后，放入電鏡中進行觀察。測定條件為：測定電壓15 kV，電流40 mA，物距11 mm[16]。

（3）X-射線衍射

測定條件為：電壓40 kV、電流200 mA、掃描范圍衍射角2θ=5～55°，掃描步長0.02°，掃描速度6°/min[16]。

1.3 數據處理

采用Excel 2017對試驗數據進行統計分析，分析結果以平均值±標準差表示。采用Duncan's法進行處理間差異顯著性測驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 不同品種馬鈴薯全粉營養品質分析

4種馬鈴薯全粉的水分含量為3.07%～5.19%，平均水分含量為4.36%，其中‘達薯1號’的水分含量顯著高于其他3個品種為5.19%。4種馬鈴薯全粉的淀粉含量由大到小依次為：‘大西洋’＞‘達芋3號’＞‘達芋2號’＞‘達薯1號’，平均值為75.87%。還原糖含量由大到小依次為：‘達薯1號’＞‘達芋2號’＞‘達芋3號’＞‘大西洋’，平均值為0.38%，含量最高的為‘達薯1號’，其次為‘達芋2號’，二者之間無顯著性差異，‘大西洋’還原糖含量顯著低于其他3個品種為0.25%，自育的3個達薯系列馬鈴薯品種中‘達芋3號’顯著低于‘達薯1號’和‘達芋2號’為0.31%，與對照‘大西洋’最接近。4種馬鈴薯全粉的蛋白質含量為7.08%～9.41%，平均值為8.42%，低于普通小麥的蛋白質含量，并且馬鈴薯全粉中未檢測出面筋蛋白，將其與小麥淀粉混合時加工性能變差。4種馬鈴薯全粉的維生素C含量為5.48～8.44 mg/100 g，平均值為6.99 mg/100 g，其中維生素C含量最低的是‘達薯1號’為5.48 mg/100 g，最高的是‘達芋3號’為8.44 mg/100 g，4個品種間呈現出顯著性差異。4種馬鈴薯全粉的灰分含量為0.91%～1.57%，平均值為1.26%，遠高于小麥粉的灰分含量（一般為0.35%），表明4種馬鈴薯全粉中鈣、鐵、鋅等礦物質含量較豐富（表1）。

表1 不同品種馬鈴薯全粉營養品質分析Table 1 Analysis of nutritional quality of granules in different potato varieties

2.2 不同品種馬鈴薯全粉理化特性分析

2.2.1 色澤分析

不同品種馬鈴薯全粉的理化特性分析如表2所示，色澤主要反映了馬鈴薯全粉的感官性狀，主要由品種及加工方式決定。4種馬鈴薯全粉中‘大西洋’的亮度顯著高于其他3個品種為94.59，其次是‘達芋3號’為91.59，亮度值最低的為‘達芋2號’，其次為‘達薯1號’，二者之間無顯著性差異?！_薯1號’的a*顯著高于其他3個品種為3.15，顏色偏紅，其次是‘達芋2號’為2.67，‘大西洋’的a*最小為-0.48，顏色偏綠。4種馬鈴薯全粉中‘達薯1號’的b*顯著高于其他3個品種為24.07，其次是‘達芋2號’為23.87，b*值最低的是‘大西洋’，其次是‘達芋3號’，二者之間無顯著性差異。ΔE表示顆粒全粉色澤與原馬鈴薯色澤接近程度，ΔE值越小，褐變程度越小，與原料顏色越接近。4種馬鈴薯全粉中‘大西洋’的ΔE值顯著高于其他3個品種為15.56，其次是‘達芋3號’為9.58，ΔE值最低的是‘達薯1號’，其次是‘達芋2號’，二者之間無顯著性差異。

2.2.2 碘藍值

碘藍值表示全粉被破壞釋放出游離淀粉的程度，游離的直鏈淀粉越多，顏色越深，碘藍值越大。其是評價水稻、玉米、小麥等淀粉類食品品質的一個重要指標?！_薯1號’的碘藍值顯著高于其他3個品種為7.92，說明‘達薯1號’的游離直鏈淀粉含量較高，能溶于水而不成糊狀?！笪餮蟆牡馑{值最低為6.15，自育的3個品種中‘達芋3號’的碘藍值與‘大西洋’最接近為6.99（表2）。

表2 不同品種馬鈴薯全粉理化特性分析Table 2 Analysis of physicochemical properties of granules in different potato varieties

2.3 不同品種馬鈴薯全粉加工特性分析

2.3.1 溶解度和膨潤度

溶解度是衡量淀粉水溶能力大小的尺度，與直鏈淀粉含量呈正相關，還與支鏈淀粉的鏈長、淀粉顆粒結構等相關。膨潤度是衡量淀粉水合能力的尺度，主要與淀粉顆粒結構、比表面積和顆粒大小等有關。4種馬鈴薯全粉的溶解度為4.81%～7.58%，平均溶解度為6.45%，其中溶解度最高的是‘達薯1號’為7.58%，最低的是‘大西洋’為4.81%，但差異不顯著。4種馬鈴薯全粉的膨潤度為15.54%～19.96%，平均膨潤度為17.84%，其中膨潤度最高的是‘達薯1號’為19.96%，最低的是‘大西洋’為15.54%，亦差異不顯著（表3）。

2.3.2 最低凝膠濃度

最低凝膠濃度是衡量淀粉膠凝能力大小的指標，與食品體系內蛋白質、碳水化合物和脂類等相關。不同品種馬鈴薯全粉最低凝膠濃度如表3所示，4種馬鈴薯全粉的最低凝膠濃度為5.73%～7.13%，平均最低膠凝濃度為6.51%，且4個品種間存在顯著性差異（其中‘達芋3號’和‘大西洋’無顯著差異），‘達薯1號’的最低膠凝濃度最低為5.73%，說明‘達薯1號’的凝膠能力最強。

2.3.3 持油率和持水率

淀粉的持油率和持水率極大的影響加工工藝，是產品設計中需著重考慮的因素。持油率主要反映全粉吸油能力，與全粉加工條件、顆粒大小、蛋白質含量等相關。4種馬鈴薯全粉的持油率為0.63～1.57 g/g，平均值為1.13 g/g，且4個品種間存在顯著性差異?！笪餮蟆某钟吐首罡邽?.57 g/g，可能與該品種蛋白質含量較高有關；‘達薯1號’的持油率較高為1.33 g/g，這2個品種可用于脂肪含量較高的食品加工（表3）。持水率與淀粉所屬品種、含量、性質等相關，主要影響面團的穩定性，持水率越大，面團越穩定。4種馬鈴薯全粉的持水率為6.15～8.29 g/g，平均值為7.34 g/g，且4個品種間存在顯著性差異。自育的3個品種中，‘達芋3號’的持油率和持水率均較低（表3）。

2.3.4 凍融穩定性（析水率）

凍融穩定性主要衡量全粉耐受冷凍和溶解的能力，與直鏈淀粉含量呈負相關，還與淀粉的種類及分子大小等相關，用析水率表示，析水率越大則凍融穩定性越差，反之則越好。4種馬鈴薯全粉的析水率為7.89～8.59 g/g，平均析水率為8.20 g/g，其中析水率最大的是‘達薯1號’為8.59 g/g，但品種間差異不顯著（表3）。

表3 不同品種馬鈴薯全粉加工特性分析Table 3 Analysis of processing properties of granules in different potato varieties

2.4 不同品種馬鈴薯全粉結構特性分析

2.4.1 紅外光譜分析

4種馬鈴薯全粉的紅外光譜整體相似，在5個區域內出現典型的單吸收峰，且峰位置基本一致，表明樣品所含的官能團無差異（圖1）。在3 000～3 500 cm-1出現強且較寬的吸收峰，反映的是薯類中O-H的伸縮振動，在4種馬鈴薯全粉的O-H伸縮振動中‘達薯1號’的吸收峰最強，‘達芋3號’的吸收峰最弱。在2 848～3 000 cm-1出現中等的吸收峰，反映的是CH2的伸縮振動；在1 500～1 700 cm-1出現吸收峰，反映的是多糖和蛋白質的混合振動；在1 410 cm-1附件出現的吸收峰，反映的是C-O-C的伸縮振動和淀粉中CH2的彎曲振動。在900～1 300 cm-1波段出現的吸收峰，反映的是淀粉中C-O、C-C鍵的伸縮振動以及C-OH鍵的彎曲振動，大量研究學者認為該波段范圍是淀粉的構型敏感帶，并常用1 047 cm-1的吸收代表淀粉結晶區的結構特征，反映淀粉短程分子內的有序結構，1 022 cm-1的吸收峰則代表了淀粉無定型區的結構特征，反映淀粉大分子的無規則線團結構。兩者的比值表示淀粉有序和無序結構的比例，其值越大，淀粉顆粒的結晶程度越大。4種馬鈴薯全粉比值大小為‘達薯1號’＞‘達芋2號’＞‘達芋3號’＞‘大西洋’，表明馬鈴薯全粉中淀粉的有序程度‘達薯1號’最高，‘大西洋’最低（圖1）。

圖1 不同品種馬鈴薯全粉紅外光譜圖Figure 1 Infrared spectra of granules in different potato varieties

2.4.2 掃描電鏡分析

試驗主要觀察4種不同馬鈴薯全粉的微觀形態，放大倍數分別為50和200倍，結果如圖2所示。不同品種中粒徑‘達薯1號’最大，‘大西洋’最小，4個品種的馬鈴薯全粉顆粒形狀均不規則、表面均不光滑、可見范圍內均無完整全粉顆粒存在，其中除了‘達薯1號’顆粒分布較松散以外，其他3個品種分布均較緊密。

圖2 不同品種馬鈴薯全粉SEM圖Figure 2 SEM of granules in different potato varieties

2.4.3 結晶結構分析

X-射線衍射法是研究晶體結構的分析方法，其特點是只需要少量樣品，且對樣品無損傷和消耗，可得到晶體的組成方式、原子在三維空間的分布等信息。根據晶體點陣及組成不同，可得出其特征的衍射圖像，通過分析研究圖譜上的結晶區和非結晶區，可以了解樣品結晶結構變化情況。4種馬鈴薯全粉的X-射線衍射圖譜如圖3所示?！_薯1號’‘達芋2號’和‘達芋3號’有尖峰衍射峰，可能主要是由線度大的微晶晶粒引起的，其中‘達芋2號’衍射峰最高、衍射強度最大，說明‘達芋2號’的晶粒最大，結構較穩定?！笪餮蟆療o明顯的尖峰衍射峰，呈現出典型的彌散衍射圖譜，可能主要是由短程有序的非晶結構引起的，這與圖2的掃描電鏡結果一致。

圖3 不同品種馬鈴薯全粉X-衍射圖Figure 3 X－ray diffraction of granules in different potato varieties

3 討論

本文以達州市農業科學研究院自育馬鈴薯品種（‘達薯1號’‘達芋2號’和‘達芋3號’）和馬鈴薯‘大西洋’為原料經過“二次回填”干燥技術制得馬鈴薯顆粒全粉，通過對其營養品質、理化特性、加工特性以及結構特性的對比研究，自育的3種馬鈴薯全粉中‘達芋3號’淀粉、蛋白質、維生素C和灰分含量均最高，與加工專用品種‘大西洋’相比品質最接近，表示‘達芋3號’在自育的3個品種中總體來說最適宜加工。馬翠芳等[16]以青海省6種馬鈴薯為原料制備馬鈴薯全粉，通過對其理化、功能性質和微觀結構的測定與分析表明，6種馬鈴薯全粉灰分含量為3.33%～5.12%，‘閩薯’灰分含量較高，‘青薯9號’和‘樂薯’的脂肪和蛋白質含量均較高，‘青薯2號’的還原糖含量最高，為6.34%±0.29%；‘青薯9號’的持油能力（1.69±0.12）mL/g和黏度（1 440±10）cps高于其他品種，‘脫毒175’的吸水指數較高，‘閩薯’的溶解度最高，為14.9%±0.7%，不同馬鈴薯全粉在品質方面有一定的差異。

馬鈴薯全粉中還原糖含量是影響油炸和烘焙食品品質的重要因素[17]。還原糖可與氮化合物的α-氨基酸發生美拉德反應，利于風味的形成[18]；但是，還原糖含量過高時會導致產品顏色加深，亦可能產生較高的丙烯酰胺[19]，進而影響產品品質?！_薯1號’的還原糖含量最大，為0.56%±0.09%。此外，‘達薯1號’的碘藍值也顯著高于其他3個品種，表明在加工過程中細胞抗外界機械力的能力弱、細胞破壞程度較大，從掃描電鏡可以明顯的看出‘達薯1號’顆粒較大、結構較蓬松，可用于面包等發酵食品中?！_芋2號’的最低凝膠濃度最大，為7.13%±0.25%，說明‘達芋2號’凝膠能力最弱，在食品體系中最不容易凝固，可用于半流體食品的加工，避免淀粉凝固而造成產品品質變差。不同品種馬鈴薯全粉結構特性分析可知，紅外光譜圖整體相似、所含官能團無差異；掃描電鏡結果顯示顆粒形狀均不規則、表面均不光滑、可見范圍內均無完整顆粒存在。X-射線衍射圖譜顯示自育的3個品種峰形相似、均有尖峰衍射峰，‘達芋2號’衍射峰最高、衍射強度最大，說明‘達芋2號’的晶粒最大，結構較穩定。這與馬翠芳等[16]的研究結果相符，不同品種馬鈴薯全粉所含官能團并無差異，整體均呈現不規則形狀，可見范圍內基本無完整顆粒存在，衍射峰形相似，‘青薯2號’全粉顆粒的衍射強度較高，結晶區較大。

綜上所述，不同品種馬鈴薯全粉在營養品質、理化特性、加工特性以及結構特性這四方面有一定的差異性，在實際加工應用中，可根據加工品質要求選擇適宜的品種。