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高增稠稳定性马铃薯生全粉的筛选 及在番茄酱中的应用

时间:2022-05-21来源:博士论文

食品增稠剂是一类常用的食品添加剂,市场需求量巨大。随着人们生活质量的提高, 使用天然绿色食品增稠剂的产品更受消费者青睐。马铃薯生全粉富含淀粉、蛋白质、膳 食纤维等成分,具有提高产品黏度、改善食品质地结构的作用,具备作为食品增稠剂的 应用潜力。本论文从马铃薯品种筛选出发,通过切片、热风干燥和粉碎工艺制备了具有 良好增稠稳定性的马铃薯生全粉增稠剂,在此基础上分析了影响增稠稳定性的因素,并 将其应用于番茄酱中,主要研究内容包括: 首先,以 11 个不同品种的马铃薯为原料,采用热风干燥的方式制备了糊化度较低 的马铃薯生全粉,并从中筛选出适合用作增稠剂的样品。通过对比糊化曲线发现由荷兰 薯、桂农薯 1 号和黑金刚制备的马铃薯生全粉的崩解值仅占峰值黏度的 2%,其黏度稳 定性较好;上述三种马铃薯生全粉的热稳定性分别为 70.73%、71.14%和 61.76%,酸稳 定性分别为 65.99%、69.18%和 76.21%,剪切稳定性在 75%~80%之间,均显著高于对照 组的普通马铃薯生全粉,呈现出较好的增稠稳定性,可作为一种绿色增稠剂在食品中使 用。 其次,探究了淀粉颗粒、细胞壁对马铃薯生全粉增稠剂稳定性的影响。结果显示, 马铃薯生全粉增稠剂稳定性与淀粉含量、颗粒大小、细胞完整性以及细胞壁与淀粉的结 合状态有关。热风干燥促进完整细胞壁附着在淀粉颗粒表面,使两者形成紧密结合状态, 加强了对淀粉的保护作用,从而增强了马铃薯生全粉增稠剂的稳定性。此外,由于马铃 薯生全粉增稠剂中淀粉含量较低,使非淀粉组分对淀粉的保护作用增强,提高了马铃薯 生全粉增稠剂稳定性。 再次,对所选马铃薯生粉增稠剂的应用性质进行了分析研究。热力学结果表明,马 铃薯生全粉增稠剂的糊化起始温度、峰值温度和终止温度均高于普通马铃薯生粉,但其 糊化焓较低。与普通马铃薯生全粉相比,马铃薯生全粉增稠剂具有较高的溶解度,但直 链淀粉渗漏量较低(12.86~13.67 g/100g)。此外,马铃薯生全粉增稠剂具有较好的冻融 稳定性,冷冻解冻后无明显水分析出。以上结果说明,马铃薯生全粉增稠剂的应用性质 优于普通马铃薯生全粉。 最后,将马铃薯生全粉增稠剂应用至番茄酱中,评估和验证其在食品体系中用作增 稠剂的可行性。结果显示,添加马铃薯生全粉增稠剂的番茄酱可溶性固形物含量在 22%~28%(w/w)之间 ,pH<4.6,符合国标 GB/T 14215-2008 中对中浓度番茄酱的描述; 质构结果表明,马铃薯生全粉增稠剂可以显著提高番茄酱的坚实度、内聚性、黏性指数, 改善番茄酱的质构特性;水分分布和流变结果显示,马铃薯生全粉增稠剂与变性淀粉在 番茄酱中具有相似的应用效果;稳定性结果表明,添加马铃薯生全粉增稠剂的番茄酱常 温放置 30 d 后黏度变化较小,明显优于添加普通马铃薯生全粉的番茄酱。因此,马铃薯 生全粉增稠剂可有效应用于番茄酱体系中。
马铃薯生全粉;增稠剂;高增稠稳定性;番茄酱
高增稠稳定性马铃薯生全粉的筛选 及在番茄酱中的应用

1 绪论
1.1 食品增稠剂概述
食品增稠剂通常是指亲水性强,并在一定条件下充分水化形成黏稠、滑腻或胶冻液
的大分子物质,又称食品胶[1]。在食品生产过程中,少量使用增稠剂就可以提高食品黏
稠度或形成凝胶[2],改善食物的口感、感官特性,并使液态或半流体体系呈稳定、悬浮
状态[3]。食品增稠剂的开发、选择、利用对食品工业的发展十分重要。
1.1.1 增稠剂在食品体系中的应用
食品增稠剂具有增稠、增浓和稳定等作用,被广泛应用于乳品、果酱、调味品等产
品的生产加工中。搅拌型酸奶在生产过程中易出现黏稠度低、乳清析出、口感差等品质
问题。研究发现,变性淀粉可以在牛乳灭菌过程中吸水膨胀并嵌入蛋白凝胶网络中,增
加蛋白凝胶粒子的密度,使凝胶网络结构更为均匀致密[4]。可以使用变性淀粉等增稠剂
来提高产品的黏度和稳定性,改善产品品质[5]。果酱类食物是一个两相体系,果酱固体
颗粒分散在胶体连续相中,当自身果胶含量不足或糖分不足时,果酱在储存过程中易出
现凝沉分层现象,影响产品的品质与外观。因此,需要在果酱的生产过程中适量添加增
稠剂,提高产品黏稠度和储藏稳定性[6]。刘希涛[7]选择乙酰化二酸酯蜡质玉米淀粉与羟
丙基二淀粉磷酸酯蜡质玉米淀粉作为复配增稠剂来改善荔枝果酱的黏稠度与感官品质;
Gamonpilas 等人[8]在辣椒酱中添加耐酸性好的变性淀粉可以改善辣椒酱的黏稠度和流动
性。蚝油、沙拉等风味调味品在长时间存放过程中易出现析水、分层等变质现象,适量
添加增稠剂可以增加产品黏稠度,改善产品品质。高凌云等人[9]研究发现西米羟丙基淀
粉作为增稠剂添加在蚝油中,能有效提高蚝油的感官特性与储存稳定性。孙慧敏等人[10-
11]发现,在沙拉酱制作过程中,适量添加变性淀粉和黄原胶等增稠剂,既可以提高产品
的黏稠度与稳定性,又可以减少产品中脂质含量,制备健康的低脂素食沙拉。由此可知,
食品增稠剂可以使食品组织更加稳定,提高产品品质,是食品加工生产中不可或缺的成
分,对食品工业的发展有着重要作用。
1.1.2 影响增稠剂稳定性的因素
食品增稠剂的稳定性对食品品质有着重要作用,在理想条件下,增稠剂在任何加工
条件下都能保持相对稳定的黏度。然而,食品加工过程中的杀菌、机械搅拌、加热或低
温处理等工序,以及食品体系的 pH、盐、糖等,都会对增稠剂的黏度稳定产生影响。增
稠剂分子具有较高的分子质量,少量添加就能产生较高的黏度,但机械搅拌或剪切作用
力会对颗粒间的相互作用和结构产生破坏,从而导致黏度降低。钟敏贤[12]研究了剪切速
率对改性淀粉表观黏度的影响,结果显示酸解辛烯基琥珀酸马铃薯淀粉酯的表观黏度随
剪切速率的增加而减小。杨永利等人[13]研究了剪切速率对苦豆子胶溶液黏度的影响,结
果发现当剪切速率增加时,苦豆子胶溶液的黏度迅速减小。Svegmark 等人[14]研究发现,
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马铃薯淀粉在 4%~10%(w/w)浓度范围内,剪切作用对淀粉黏度的影响比热作用强烈。
温度升高则分子运动加剧,化学反应加快,在酸性尤其是强酸性条件下,大部分胶体会
发生水解导致黏度下降,且黏度下降不可逆。孙吉[15]研究了不同温度对淀粉糊黏度的影
响,不同交联酯化度的马铃薯酯化交联淀粉的表观黏度随着温度升高而降低。而食品体
系对增稠剂黏度的影响主要由 pH、蔗糖、食盐等因素产生。偏酸性 pH 会加速淀粉颗粒
分解导致黏度下降,Mali 等人[16]的实验结果表明,当 pH 为 3 时木薯淀粉与山药淀粉的
糊化黏度大幅下降。蔡为荣等人[17]研究了影响瓜儿豆胶黏度的因素,结果发现瓜儿豆胶
的黏度与溶液的 pH 有关,当 pH>10 后,溶液中的 OH-增加,破坏瓜儿豆胶与溶剂之
间的氢键作用,从而导致黏度下降。蔗糖和食盐等成分对增稠剂的黏度的影响则因浓度
与品种的差异而不同,但均会对黏度稳定性产生影响[18]。
综上可知,食品加工过程中的剪切、高温作用会使增稠剂的黏度变小,食品的 pH、
食盐等成分也会使增稠剂的黏度发生变化。优质的食品增稠剂需要在加工过程中保持黏
度相对稳定,部分植物胶虽然稳定性较强,可以满足生产需求,但成本较高,且我国植
物胶产量小、需要依赖进口,难以满足市场对增稠剂的需求。为了满足增稠剂在食品生
产中的要求,可以选择特定种类的淀粉或者对淀粉进行变性而获得具有高稳定的变性淀
粉。淀粉化学改性如交联、取代等通过改变淀粉的分子结构来增强淀粉颗粒的机械性能,
使其具有较好的耐酸、耐热、耐剪切的黏度稳定性。但是化学改性过程中不可避免的使
用化学试剂和引入化学基团,带来一定的安全隐患。随着人们对食品安全的日益关注,
开发无毒、无害的绿色增稠剂将会是未来食品增稠剂发展的新趋势。
1.1.3 马铃薯淀粉的在食品增稠中的应用
与其他淀粉相比,马铃薯淀粉黏度高、透明度好、不易回生老化,在食品加工领域
具有独特的应用优势。马铃薯淀粉中含有天然磷酸酯基团,磷酸酯基团电荷相互排斥导
致淀粉颗粒吸水膨胀;其次马铃薯淀粉中直链淀粉的聚合度高、支链含量高,能有效提
高马铃薯淀粉吸水糊化后的黏度。由于马铃薯淀粉具有黏度高的优势,将其作为食品增
稠剂应用于食品加工中,少量使用淀粉即可获得理想的增稠效果。例如,在灌肠中,与
玉米淀粉相比,添加马铃薯淀粉可以减少淀粉用量,提高产品档次[19]。将马铃薯淀粉用
于各种汤料、果酱、饮品等产品中,只须少量即可达到增稠的目的:Ajayi 等人[20]在制
备肉汤时使用马铃薯淀粉、玉米淀粉和木薯淀粉作为增稠剂,结果发现添加马铃薯淀粉
可以提高肉汤的水分含量与稳定性,并延长肉汤的保质期至九个月以上;Krystyjan 等人
[21]在马铃薯、木薯、玉米和燕麦淀粉中选择马铃薯淀粉与黄原胶复配,所制备的焦糖酱
透明度、黏度高,可常温下储存 6 个月。马铃薯淀粉在芝麻糊等即食产品中也有较好的
应用,少量添加即可增强产品的黏稠度与口感。此外,马铃薯淀粉口感温和无刺激,在
水果罐头、香草布丁等食物中也有较好的应用效果,Singh 等人[22]在热布丁的制备过程
中用马铃薯淀粉进行增稠,结果发现添加马铃薯淀粉的原料混合物具有更高的黏度,且
分解黏度低于对照组玉米淀粉,烹饪稳定性更高,同时用马铃薯淀粉替代玉米淀粉制备
无麸质热布丁,可为麸质不耐受患者提供更多的食用选择。Ammar 等人[23]研究了马铃
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1 绪论
薯淀粉对酸奶品质的影响,研究发现在酸奶中加入马铃薯淀粉可以明显改善酸奶的稠度
和感官性能,减少储存过程中乳清析出问题。
马铃薯淀粉作为一种绿色增稠剂在增稠领域具有独特的优势,但原淀粉结构脆弱,
对剪切力、热等作用较敏感,增稠效果不稳定,限制了马铃薯淀粉的应用。只有提高马
铃薯淀粉在加工过程中的稳定性,才能扩大马铃薯淀粉的应用优势,满足应用需求。有
学者提出,植物细胞中细胞结构以及蛋白质、脂质、细胞壁化学成分等与淀粉的相互作
用会影响淀粉的功能特性[24-25],可以从组分相互作用的角度切入,考虑提高马铃薯淀粉
稳定性的可能。
1.2 组分间相互作用对淀粉增稠作用的影响
1.2.1 蛋白质对淀粉稳定性的影响
蛋白质与淀粉均可以作为食品体系的增稠剂及稳定剂等使用,目前研究发现,淀粉
与蛋白质相互作用形成的混合物有时会表现出优于各自本身的理化性能,如在蛋白质-
淀粉混合体系中,蛋白质的竞争性吸水作用会抑制淀粉的吸水膨胀,降低混合体系的黏
度,同时可以提高淀粉颗粒的稳定性,阻止淀粉颗粒发生崩解、抑制淀粉沉凝[26]。张笃
芹等人[27]研究发现,马铃薯淀粉与马铃薯蛋白混合会使淀粉的糊化温度升高,峰值黏度
与崩解值降低,淀粉颗粒稳定性增强,这是因为蛋白缠绕在淀粉颗粒表面导致淀粉吸水
率下降,降低颗粒分解。Nataly 等人[28]的研究表明,植物蛋白与小麦淀粉混合后,蛋白
质覆盖在淀粉颗粒表面,抑制淀粉颗粒的糊化分解,颗粒稳定性增强。同时,淀粉表面
或作为淀粉颗粒组成部分的淀粉颗粒相关蛋白(SGAPs)也会影响淀粉加工过程中的吸
水率并增加颗粒的稳定性[29]。Zhan 等人[30]研究大米淀粉的 SGAPs 对大米淀粉性质的影
响,结果显示 SGAPs 增强了大米淀粉颗粒结构稳定性与抗剪切性。Tao 等人[31]的研究发
现,去除小麦淀粉表面相关蛋白后,淀粉在糊化过程中表现出更高的崩解黏度,在剪切
作用下颗粒稳定性变弱,这说明淀粉在热加工条件下的稳定性与表面蛋白相关。Ye 等人
[32]的研究表明,相关蛋白在淀粉颗粒表面形成保护层,通过抑制淀粉颗粒的吸水溶胀,
增加淀粉颗粒在消化过程中的颗粒稳定性。对于淀粉基食品,内源蛋白质的存在也会对
淀粉性质产生影响。Ding 等人[33]的研究发现,薏仁粉中内源性蛋白质对淀粉理化性质的
影响比内源性脂质更为重要,微观结构表明,蛋白质紧密围绕在淀粉颗粒表面形成坚固
的“壁垒”,酶法去除蛋白质后会导致淀粉糊化过程中破碎程度加剧,稳定性变差。Zhu
等人[34]研究了马铃薯全粉中蛋白质对马铃全粉性质的影响,结果发现,用特定酶增强马
铃薯全粉中蛋白的凝胶强度和稳定性可以提高马铃薯全粉的热稳定性。在此基础上,有
学者提出植物中的蛋白质与淀粉自然形成了强大的物理相互作用,这种作用会对淀粉或
淀粉基食物的性质与功能产生重要影响[35]。
1.2.2 细胞壁结构对淀粉稳定性的影响
淀粉主要存在于植物贮藏器官的细胞中,植物细胞具有复杂的三维结构和化学成分,
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可在工业加工过程中与淀粉产生相互作用并影响淀粉的性质。细胞壁由纤维素、半纤维
素等复杂多糖组成,具有一定的亲水性,是人类饮食中常见的膳食纤维来源。在植物中,
细胞壁形成蜂窝状结构,颗粒状淀粉嵌入其中。完整的细胞壁具有相当大的拉伸强度,
可以限制内部淀粉颗粒的吸水膨胀和分子浸出,使其在糊化过程中保持部分淀粉颗粒的
有序晶体结构。例如,粗小麦粉比细小麦粉、小麦粉具有更多完整的细胞,细胞内淀粉
颗粒稳定性更强[36]。完整马铃薯细胞壁可以限制并延迟内部淀粉颗粒的溶胀、延迟糊化
[37]。但完整细胞壁同时也会导致黏度降低,部分破坏细胞壁颗粒获得理想的增稠黏度。
Reyniers 等人[38]利用物理研磨和纤维素酶破坏雪花全粉中完整细胞壁结构,结果发现马
铃薯胞壁组织细胞抑制了封闭在细胞基质中的预糊化淀粉的即时膨胀,并阻碍了淀粉从
细胞中浸出,破坏细胞壁结构可以明显提高雪花全粉的峰值黏度。若生产过程研磨、粉
碎等加工步骤破坏细胞完整性,则淀粉与非淀粉组分之间也会产生相互作用。破坏细胞
壁后释放细胞内部的淀粉与蛋白质(大部分),暴露的淀粉颗粒与破碎颗粒产生的表面
为蛋白与淀粉的相互作用提供了更多的机会。细胞壁的化学成分也可间接影响淀粉的理
化性质。破碎细胞壁具有一定的亲水性,会与淀粉糊化竞争游离水从而限制淀粉的糊化。
Tian 等人[39]研究发现,马铃薯细胞壁碎片的存在可以限制淀粉颗粒的膨胀糊化,增强糊
化稳定性。鹰嘴豆等豆类富含果胶的细胞壁可以结合游离水并减少进入淀粉颗粒的水分,
从而抑制淀粉糊化,增强稳定性与抗消化性[40]。牛飞飞等人[41]研究发现,当胡萝卜膳食
纤维添加量大于 10%(w/w)时,马铃薯淀粉的糊化受到抑制,峰值黏度与崩解值均减
小,说明添加膳食纤维可以增强马铃薯淀粉的稳定性。
1.2.3 亲水胶体对淀粉稳定性的影响
在目前的食品加工工业中,为了克服淀粉热不稳定、易回生等固有缺陷,通常将淀
粉与亲水胶体进行复配,改善淀粉稳定性差的问题,协同增稠达到更好的增稠效果,相
较于化学改性,淀粉-亲水胶体协同复配更为绿色安全。
亲水胶体对淀粉性质的影响主要体现在对其功能性质的影响,主要包括糊化性质、
流变性质、稳定性、回生以及冻融稳定性。曾绍校等人[42]将紫薯淀粉与黄原胶混合后进
行干热处理后,紫薯淀粉糊化峰值黏度与最终黏度均升高,崩解值下降,说明黄原胶协
同干热处理可以提高紫薯淀粉的热稳定性。Zhang 等人[43]研究发现,马铃薯淀粉与 CMC
混合后,通过简单的物理处理可以有效减少马铃薯淀粉糊化过程中的崩解值,提高马铃
薯淀粉糊的热稳定性,改善对剪切作用的稳定性。林鑫等人[44]的研究表明,马铃薯淀粉
与瓜尔胶、羧甲基纤维素、黄原胶等三种食品胶混合后,食品胶-马铃薯淀粉体系的糊化
温度、峰值黏度以及最终黏度相较于马铃薯体系均显著增加,崩解值均减小,说明在冷
却过程中食品胶与淀粉之间产生相互作用,增强马铃薯淀粉的耐热性与耐剪切能力。Liu
等人[45]研究了四种食用胶(黄原胶、亚麻籽胶、魔芋甘露聚糖、罗望子种子胶)对马铃
薯淀粉、绿豆淀粉、莲藕淀粉以及大米淀粉糊化性质的影响,结果发现不同的食用胶对
不同来源淀粉的糊化性质会产生不同的影响,黄原胶-淀粉的复配体系(除大米淀粉)和
魔芋甘露聚糖-淀粉复配体系的在糊化过程中的崩解值均明显减小,说明这七种复配体
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系具有较好的热稳定性与抗剪切性。
果胶是目前食品工业中使用较多的亲水胶体类食品增稠剂,其本质为存在于高等植
物细胞壁网络中的杂多糖,果胶与淀粉体系复配通常会改善淀粉的理化性质与应用性质。
Luo 等人[46]研究了果胶结构差异对大米淀粉糊化性质的影响,结果发现,不同结构的果
胶均能减小大米淀粉在糊化过程中崩解值,提高淀粉糊的热稳定性和剪切稳定性。Yin
等人[47]研究发现果胶可以抑制马铃薯淀粉的糊化,抑制直链淀粉的溶出,马铃薯淀粉的
峰值黏度与崩解值随着果胶浓度升高而减小,说明果胶在淀粉表面累积可以增加马铃薯
淀粉的耐热性与剪切稳定性。
综上可知,蛋白质和细胞壁完整程度和细胞壁中的膳食纤维等均可以提高淀粉稳定
性,因此,可以考虑马铃薯全粉中果胶、蛋白质、细胞碎片等与淀粉颗粒之间的相互作
用对马铃薯淀粉在增稠应用中缺陷的改善,将其开发成绿色增稠剂,扩大马铃薯淀粉的
应用优势。
1.3 马铃薯生全粉研究和应用现状
马铃薯全粉是由马铃薯脱水干燥、后粉碎制得的产品,是以马铃薯淀粉为主要成分,
同时含有蛋白质、果胶等物质的混合物。根据其工艺的不同可以分为熟全粉与生全粉两
大类。相比于熟全粉中的马铃薯雪花全粉、颗粒全粉,马铃薯生全粉在低温下进行脱水
干燥,制作工艺简单,其颗粒结构完整、淀粉糊化度低且蛋白未发生变性,具有较好的
应用价值。
1.3.1 马铃薯生全粉的制备和应用
马铃薯生全粉发展较晚,国外关于马铃薯生全粉的研究相对较少,国内关于生全粉
的研究主要集中在工艺优化与产品研发。与传统马铃薯全粉相比,马铃薯生全粉无熟化
工艺,多酚氧化酶未失活易引起氧化,因此对马铃薯生全粉制备工艺的优化主要集中在
护色与干燥方式,抑制多酚氧化酶的活性。王新伟等人[48]研究了马铃薯生全粉制备过程
在多种护色剂复配对马铃薯生全粉亮度的影响,得出最佳复配工艺。王稳新等人[49]研究
了热风气流干燥等三种不同干燥方式对马铃薯生全粉性质的影响,结果发现热风干燥制
备的马铃薯生全粉细胞完整性好,组织破坏程度最小且游离淀粉含量最低;同时该研究
还发现,不同温度的气流干燥会对马铃薯生全粉的品质产生影响,温度过低则黏度稳定
性差,温度过高则易回生老化,当温度为 60°C 时,马铃薯生全粉的品质最佳。李璞等
人[50]研究了干燥工艺对马铃薯色泽的影响,相较于与烘箱干燥与真空冷冻干燥,60°C 热
风气流干燥制备的马铃薯生全粉亮度最佳。沈存宽等人[51]通过闪蒸干燥工艺制备马铃薯
生全粉,与雪花全粉和颗粒全粉相比,闪蒸干燥制备的马铃薯生全粉糊化度低,冻融稳
定性高,具有更佳的应用特性。不同的加工工艺会对马铃薯生全粉的性质产生较大的影
响。
目前马铃薯生全粉应用主要是与面粉复配制备馒头面条等主食化产品[52],适量添加
马铃薯生全粉可以改善馒头的口感和色泽[53];面条中添加马铃薯生全粉可以改善蒸煮特
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性,且效果优于马铃薯熟全粉[54]。李娟等人[55]研究了马铃薯生全粉替代饺子专用粉对饺
子皮性质的影响,结果显示添加 10%(w/w)马铃薯生全粉可以缩短饺子皮的蒸煮时间,
降低蒸煮损失率,并提高饺子皮的黏弹性和咀嚼性。与马铃薯熟全粉相比,马铃薯生全
粉制作工艺简单、成本低,拓宽马铃薯生全粉的应用既可以丰富马铃薯全粉食品的类型,
又可以降低同类型马铃薯全粉产品的成本,提高经济效益。
1.3.2 马铃薯生全粉作为增稠剂的应用潜力
马铃薯全粉中除了起主要增稠作用的淀粉外,蛋白质、膳食纤维以及少量果胶等组
分也均可用于食品体系中作增稠剂用。Diantom 等人[56]的研究表明,马铃薯膳食纤维作
增稠剂应用于番茄酱的制备中,可以提高产品的黏稠度,同时改善产品的色泽,获得更
好的感官品质。Santo 等人[57]研究发现在酸奶中添加膳食纤维可以有效减少脂肪含量,
同时增加酸奶的黏稠度。Curti 等人[58]的研究表明,添加少量马铃薯纤维(1.5%,w/w)
可以改善番茄酱中水分活度与产品色泽,而添加马铃薯蛋白则可以明显提高样品的黏稠
度。虽然马铃薯全粉以一种食品辅料作为增稠剂应用到食品工业中的相关研究报道还较
少。但马铃薯全粉组成与谷物粉相似,已有报道表明谷物粉可作增稠剂改善食品品质。
混合谷物粉应用于酸奶的制备中部分替代蔗糖和变性淀粉,可以使酸奶更为光滑、细腻,
改善口感与感官品质[59],,因此马铃薯全粉同样也具有作增稠剂的潜力。
马铃薯雪花全粉在熟化制片过程中,淀粉糊化、直链淀粉溶出,结构稳定性差;马
铃薯颗粒全粉中淀粉老化回生,难以产生较大黏度,均不适合做增稠剂使用。而马铃薯
生全粉在制备过程在未破坏淀粉颗粒结构,蛋白未失活、细胞碎片、果胶等非淀粉组分
与淀粉之间的存在相互作用,可能会增强淀粉的应用稳定性。相比于马铃薯熟全粉,马
铃薯生全粉更具有制备高增稠稳定性绿色增稠剂的可能。
1.3.3 马铃薯品种对生全粉性质的影响
马铃薯原料品种的选择对马铃薯全粉的质量及应用性质影响较大[60],目前马铃薯全
粉生产所用鲜薯,薯肉白色,干物质含量在 20%以上,还原糖含量低于 0.2%,龙葵素
少,多酚氧化酶活性低,形状均匀芽眼浅。此外,选取优质品种的马铃薯作原料不仅可
以提高马铃薯全粉的品质,还有助于降低生产过程中的能耗与排放[60]。目前我国已育成
的马铃薯品种有 300 多种[61],但用于马铃薯全粉生产的专用加工型薯种种类十分稀少,
且品种不同甚至同一品种不同种植地的马铃薯,其原料属性也存在差异。宿飞飞[62]研究
发现,种植地纬度、生长气温以及降雨量等因素会对马铃薯淀粉黏度产生影响。侯飞娜
等人[63]选取了 22 种我国主栽马铃薯品种的鲜薯制成马铃薯全粉,对其营养成分和功能
指标进行测定,并结合主成分分析和聚类分析对马铃薯全粉的品质进行综合评价,结果
显示马铃薯全粉的性质与品种之间存在必然联系。施杨琪[64]研究了 14 种马铃薯全粉的
理化性质差异,发现马铃薯全粉中淀粉含量与性质之间存在一定的相关性。刘振亚[65]研
究分析了 6 个马铃薯品种的淀粉理化性质和消化性差异,了解马铃薯淀粉与品种之间的
关系,并选择最合适的马铃薯品种用于制备马铃薯生全粉。马铃薯品种的差异会对马铃
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薯全粉应用性质产生较大的影响,因此可以从品种出发,筛选适合制备马铃薯生全粉增
稠剂的马铃薯鲜薯。
1.4 立题依据和意义
随着全球经济发展,人们生活水平不断提高,对食品的要求也日渐提高。目前,消
费者更倾向于购买无添加或者使用绿色添加剂的产品。为了满足消费者的需求,开发天
然物质替代传统添加剂,成为当下研究热点。马铃薯生全粉是由马铃薯经一系列步骤后
干燥脱水制得的产品,富含淀粉、蛋白质、膳食纤维等物质,马铃薯生全粉中的淀粉、
蛋白质等成分具有提高产品黏度、改善食品质地结构的作用。将马铃薯生全粉用作增稠
剂,契合新兴的消费理念,具有广阔的应市场前景。
我国马铃薯资源丰富,是世界上产量第一的生产大国。2020 年中国马铃薯大会报告
显示,目前我国马铃薯种植面积稳定在 8000 万亩以上,鲜薯年产量达 1 亿吨,占世界
总产量 20%(w/w)以上。2017 年,农业部发布了《关于推进马铃薯产业开发的指导意
见》,强调马铃薯产业的重要性,要求做到马铃薯产业开发与综合利用相兼顾,拓宽马铃
薯应用。因此应大力支持马铃薯产业研究,促进现有加工产业结构化进行优化升级,推
出多元化的深加工产品,拓宽马铃薯淀粉、马铃薯制品的应用范围。马铃薯生全粉增稠
剂的开发,可以促进马铃薯资源的深度开发,拓宽应用渠道,扩大社会效益与经济效益,
对我国马铃薯加工产业的发展具有重要意义。
1.5 主要研究内容
本课题从马铃薯品种出发,筛选适合制备马铃薯生全粉增稠剂的优质品种。随后对
马铃薯生全粉增稠剂基本组成、微观结构及理化性质与普通马铃薯生全粉进行对比,并
进一步探究了影响马铃薯生全粉增稠剂稳定性的关键因素。在此基础上,将马铃薯生全
粉增稠剂应用至番茄酱的制备中,并与变性淀粉、普通马铃薯生全粉的应用效果进行分
析比较,以期为马铃薯生全粉增稠剂的应用提供一定的理论指导。
本课题的主要研究内容有:
(1)以 11 个不同品种的马铃薯为原料,以切片、护色、热风干燥工艺制备马铃薯生全
粉;并以糊化曲线的崩解值、稳定性分析等为指标,筛选出具有高增稠稳定性的马铃薯
生全粉,并将其作为马铃薯生全粉增稠剂用于后续研究;
(2)探究了淀粉颗粒大小、结晶度、直链含量、糊化性质,以及细胞壁成分含量以及细
胞壁完整性等对马铃薯生全粉增稠剂稳定性的影响,并对其膨润力、冻融稳定性等应用
性质进行测定分析;
(3)将马铃薯生全粉增稠剂应用于番茄酱中,并对番茄酱的理化性质和储存稳定性进
行了测定分析,以验证和评估其在食品体系中作增稠剂的可行性。
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2 材料与方法
2.1 材料与设备
2.1.1 材料与试剂
新鲜马铃薯(大西洋、鄂薯 5 号、黑金刚、英尼维特、青薯 9 号、薯光 3 号、桂农
薯 1 号、米拉、荷兰薯、夏波蒂、冀张薯 12 号),由巫溪县薯光农业科技开发有限公司
提供;番茄原浆,由上海味好美食品有限公司提供;马铃薯直链淀粉(A0512-25G,纯
度≥99.0%),购于美国 sigma 试剂公司;果胶,(P0135-100G,纯度≥74.0%),购于美国
sigma 试剂公司;其它试剂均为分析纯,购于上海国药集团化学试剂有限公司。
2.1.2 实验仪器
多功能切片机,杭州拜杰科技有限公司;UN110 型鼓风干燥箱,德国美墨尔特有限
公司;A560 型紫外分光光度计,翱艺仪器(上海)有限公司;SB-5200DTN-250W 型超
声清洗仪,宁波新芝生物科技股份有限公司;IS10 傅里叶红外光谱仪,美国 Nicolet 公
司;RVA Starch Master 2 型快速黏度分析仪,澳大利亚 Newport Scientific 公司;DV-Ⅱ+
Pro 型黏度测定仪,美国 Brookfield 公司;SCIENTZ-10N 型冷冻干燥机,宁波新芝生物
科技股份有限公司;BX51 显微镜,日本 Olympus 公司;HR-3 型流变仪,美国 TA 公司;
DSC3 型差示扫描量热仪,梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司;TA-XT plus 型物
性分析仪,英国 Stable Microsystems 公司;SU8100 冷场发射扫描电子显微镜,日本株式
会社日立高新技术。
2.2 实验方法
2.2.1 马铃薯生全粉制备
2.2.1.1 马铃薯生全粉制备
将新鲜、外观良好马铃薯清洗干净后去皮,切分成 3 mm 的薄片后转移至 0.5%(w/w)
的柠檬酸溶液中浸泡 30 min 护色,后 60°C 热风干燥 12 h,粉碎过筛获得马铃薯生全粉。
2.2.1.2 机械破碎与超声处理制备马铃薯生全粉
将适量 2.2.1.1 中完成护色的马铃薯薄片转移至粉碎机中,加入少量水,20000 r/min
破碎 2 min 后,60°C 热风干燥 12 h,粉碎过筛得到马铃薯生全粉。另取等量护色后马铃
薯薄片,以无水乙醇为介质,超声破碎 5 min 后,60°C 热风干燥 12 h,粉碎过筛得到超
声处理的马铃薯生全粉。
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2 材料与方法
2.2.1.3 冷冻干燥制备马铃薯生全粉
取适量 2.2.1.1 中完成护色的马铃薯薄片,于超低温冰箱中-80°C 冷冻 24 h,转移至
冷冻干燥机中干燥 24 h,干燥完成后粉碎过筛获得冷冻干燥马铃薯生全粉。
2.2.2 果胶与马铃薯生全粉复配
果胶与马铃薯生全粉的复配比例为 1:100、10:100(w/w,d.b.),称取一定质量的果
胶于去离子水中,30°C 条件下充分搅拌直至胶体溶解后,按比例加入马铃薯生全粉并继
续搅拌 30 min 混合均匀后,45°C 鼓风烘箱中干燥 12 h,粉碎过筛得到果胶-马铃薯生全
粉复配体系。
2.2.3 马铃薯生全粉基本组分测定
水分含量测定参考 GB/T5009.3-2016;蛋白质含量的测定参考 GB/T5009.5-2016 中
的凯氏定氮法;灰分测定参考 GB/T5009.4-2016;脂肪含量测定参考 GB/T5009.6-2016;
碳水化合物的含量采用计算方式,从总量中减去蛋白质、灰分以及脂肪的含量;采用
Megazyme 总淀粉试剂盒测定淀粉含量。
2.2.4 马铃薯淀粉和生全粉糊化特性测定
采用快速黏度分析仪(Rapidly ViscosityAnalyzer,RVA)测定样品的糊化特性。具
体方法参考周帅[66],其中马铃薯生全粉测定浓度为 10%(w/w,d.b.),马铃薯淀粉测定
浓度为 6%(w/w,d.b.)。
2.2.5 马铃薯生全粉热稳定性测定
称取一定量的马铃薯生全粉样品于 100 mL 烧杯中,用去离子水配置成 6%(w/w,
d.b.)的悬浊液,在沸水浴中充分糊化后测定黏度,转移至恒温水浴锅中 95°C 保温 3 h
后,再次测定黏度。稳定性计算公式:
处理后黏度
稳定性(%)= ×100 (2-1)
初始黏度
2.2.6 马铃薯生全粉酸稳定性测定
参考孙吉[15]的方法进行测定,称取一定量的生全粉样品于 100 mL 烧杯中,用 pH7
的缓冲液配置成 6%(w/w,d.b.)的悬浊液,在沸水浴中充分糊化后冷却至室温,测定
黏度。然后边搅拌边加酸,调节 pH 为 3,静置 5 min 后再次测定黏度,稳定性计算方法
同 2.2.5。
2.2.7 马铃薯生全粉剪切稳定性测定
称取一定量的生全粉样品于 100 mL 烧杯中,用去离子水配置成 6%(w/w,d.b.)的
悬浊液,在沸水浴中充分糊化后冷却至室温,转移至 RVA 铝盒中。设定温度为 25°C,
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转速 800 r/min,搅拌 15 min。取第 10 s 的黏度为初始黏度,读取 5 min、10 min 和 15
min 的黏度,绘制黏度变化曲线,稳定性计算方法同 2.2.5。
2.2.8 马铃薯生全粉微观结构观察
2.2.8.1 光学显微镜
采用普通光学显微镜观察样品糊化后的颗粒形态。马铃薯生全粉充分糊化后,取少
量于离心管中,加入甘油溶液(水:甘油=1:1,v/v)进行稀释后,滴入 I2/KI 染色液进行
染色。
2.2.8.2 扫描电子显微镜
参考杜静[67]的方法,采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观
察样品的微观颗粒形貌。
2.2.9 马铃薯生全粉特征基团测定
采用傅立叶红外光谱仪(Fourier Transform-Infrared Spectrometer,FTIR)测定样品
的基团变化,操作方法参考 Dankar[68]的报道。
2.2.10 马铃薯生全粉热力学性质测定
采用差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimeter,DSC)测定样品的热力学
性质。将 3 mg 左右(精确至 0.01 mg)的样品称入铝坩埚中,按照固形物:去离子水=1:2
(w/w,d.b.)的比例加入去离子水,压盖密封后,在 4°C 的条件下平衡 12 h。以空坩埚
为参考,扫描温度从 40°C 升至 120°C,扫描速率为 10°C/min。
2.2.11 马铃薯生全粉溶解度与膨润力测定
参考 Eun-JungKim 的方法[69]:称取 0.5 g(d.b.)样品于 50 mL 的离心管中,记质量
W(d.b.),加入 25 mL 去离子水后混匀。分别于预定温度 35°C、50°C、65°C、80°C 和
95°C 下加热 30 min(每隔 1 min 进行漩涡震荡),取出后冷水冷却 20 min,3500 r/min 离
心 10 min,上清液倒入铝盒中 105°C 干燥至恒重,质量为 A,膨胀样品质量记为 P。每
个样品重复测定三次。计算公式为:
A
溶解度(%)= ×100 (2-2)
W
P
膨润力(g/g)=
W×(100-S) (2-3)
S 为溶解度。
2.2.12 马铃薯生全粉直链淀粉渗漏测定
参考 Chrastil[70]的比色法测定上清液中淀粉含量,操作步骤同 2.2.11。淀粉溶出
(g/100g 干粉淀粉质量)定义为上清液中渗漏淀粉(转化为直链淀粉)的重量与马铃薯
生全粉中 100 g 淀粉的比率。
10
2 材料与方法
2.2.13 马铃薯生全粉堆积密度测定
参考刘凯旋[53]的方法进行测定,取少量马铃薯生全粉倒入 10 mL 量筒中,敲击震动
量筒排除多余空气后,再次加入少量全粉,重复上述步骤至直至体积恒为 10 mL,记录
重量。
2.2.14 马铃薯生全粉冻融稳定性测定
参考 Meng[71]的方法测定样品的冻融稳定性并稍作修改。称取一定量的马铃薯生全
粉样品于 100 mL 烧杯中,配置成 6%(w/w,d.b.)的悬浊液,沸水浴充分糊化,冷却至
室温后,将糊液转移至离心管中(离心管重量为 m0),记录糊液质量 m,-18°C 温度下
放置 24 h,取出后于 30°C 温度下解冻 1.5 h。解冻后糊状物于 3500 r/min 的转速下离心
30 min,倾去上清液后称重,记录质量为 m1。对样品进行反复冻融循环,记录 1、3、5
次冻融的数据。可用析水率表征马铃薯生全粉的冻融稳定性。
m-(m1-m0)
析水率(%)= ×100 (2-4)
m
2.2.15 马铃薯生全粉流变学性质测定
参考 T.Sanz[72]的方法,采用 HR-3 型流变仪对 2.2.4 中糊化后的马铃薯生全粉进行
流变学性质的测定。采用 40 mm 铝平板,间距为 1.0 mm,测试温度为 25°C。在测试
前预留 10 min 平衡时间,刮去多余样品,并用硅油封住边缘。
2.2.16 马铃薯淀粉提取
参考王丽等人[73]的方法,新鲜马铃薯去皮,切片后再切丁,用组织搅拌机加混合液
体(1.0%氯化钠溶液:0.2%亚硫酸钠溶液=1:1)中打碎,将打碎的马铃薯放入混合溶液
中浸泡,静置 2~3 h 后放于 80 目标准筛上过滤,反复 4~5 次后用清水将沉淀冲洗浸泡
2~3 次,后将沉淀放入 45°C 鼓风烘箱中烘干,粉碎后过 100 目标准筛,得到马铃薯淀
粉。
2.2.17 淀粉结晶结构测定
采用 X-射线衍射仪(X-ray Diffraction,XRD)测定样品的晶型结构。衍射条件为:
铜靶 Cu-Kα 射流(λ=1.54184 ꢀ),电压 30 kV,电流 10 mA,扫描范围为 4-40°,步长
0.05°,应用 MDI Jade 6 软件处理数据。
2.2.18 淀粉直链淀粉含量测定
采用 Megazyme 公司的直链淀粉/支链淀粉试剂盒测定马铃薯淀粉中直链淀粉含量。
2.2.19 淀粉粒度分布测定
淀粉粒径的测定参考周帅[66]的方法,采用 S3500 激光粒度分析仪(干法)对淀粉进
行粒径大小的测定,取适量淀粉粉末加入取样口,启动程序进行测定。
11
江南大学硕士学位论文
2.2.20 番茄酱制备
参考蔡旭冉[74]的制备方法并作修改,具体比例如下:番茄原酱 25 g,白砂糖 6 g,
糖浆 6 g,增稠剂 2 g,食盐 1 g,柠檬酸 1.5 g,饮用水 52.5 g,总重 100 g;另添加 4‰
的山梨酸钾防腐。
2.2.21 番茄酱感官评定
番茄酱感官评定指标参考郭庆兴等人[75]的方法并做修改,具体如表 2-1 所示。感官
评定小组共 15 人,在评定前均接受过相关培训。
表 2-1 番茄酱感官评定的评分标准
Tab. 2-1 Sensory evaluations standards of ketchup
项目 特征 得分 综合评分
深红色,光感好 10-9
色泽
(10 分) 深红色,色泽一般 8-5
颜色较淡,没有光泽感 4-1
体态
(10 分) 组织细腻,黏稠度适中,流散缓慢,无水分析出 10-9
综合评分=色泽
组织细腻度、黏稠度、流散性均适中,水分少量析出 8-5
快速流散,保型较差,大量水分析出 4-1 ×20%+口感×30%+体
态×50%
口感与厚稠度适宜,酸甜适中,非常喜欢 10-9
口感与
喜好度 口感细腻,过于厚重,酸甜适中,一般喜欢 8-5
(10 分)
口感粗糙,酸甜度不适宜,不喜欢 4-1
2.2.22 番茄酱 pH 测定
参考 GB/T 10786-2006 中的方法对番茄酱的 pH 进行测定。
2.2.23 番茄酱可溶性固形物含量测定
采用手持糖度计测定番茄酱中可溶性固形物含量。用蒸馏水冲洗糖度计的镜面后擦
拭干净,后用蒸馏水校准糖度计。取一定量的番茄酱样品(精确至 0.01 g)与烧杯中,
加水煮沸后过滤。用玻璃棒蘸取少量滤液于糖度计的棱镜上,缓慢盖上盖板防止产生气
泡,读取糖度计的示数,根据温度校正表换算出可溶性固形物含量。
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