酸处理对烤马铃薯条品质的影响

胡冰冰, 刘 淼, 曹 赓, 陈学亭, 温成荣

(大连工业大学食品学院;国家海洋食品工程技术中心;海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心1,大连 116034)

(浙江宝宝馋了食品科技有限公司2,杭州 310020)

马铃薯是典型的块茎类植物,是继小麦、稻谷、玉米之后的全球第四大粮食作物[1]。马铃薯营养丰富,包括全蛋白、多酚、花青素、维生素C等,有着养脾胃、抗衰老等作用[2,3]。2015年中国正式启动马铃薯主粮化战略,使其受到了诸多关注和研究[4]。马铃薯有着较强的加工转化能力,国外特别是发达国家的马铃薯加工水平较高[5],而我国更多是以鲜食为主,在加工技术方面还有待提升[6]。烤制作为重要的加工方式,与炸制相比,烤马铃薯条的脂肪含量低[7];与煮制相比,挥发性风味物质更为丰富[8],烤马铃薯条更能满足于现代人对健康产品的需求。但目前焙烤马铃薯产品较少,关键问题在于其色泽较深,质地较软,不符合现代人的喜好。

酸浸泡处理是果蔬加工的重要前处理方式,对马铃薯的色泽、质构等品质有明显影响。在生活中,醋溜土豆丝比清炒土豆丝的口感更加爽脆。吴洪成等[9]利用柠檬酸和氯化钙保护马铃薯条的色泽,护色液可有效抑制多酚氧化酶的活性,减少褐变产物的生成。邹妍等[10]认为乙酸和氯化钙浸泡后防止了果胶的降解,热加工后马铃薯片的硬度有所提高。Zhao等[11]认为醋酸处理提高煮熟马铃薯的硬度与细胞壁多糖结构的溶解有关。可见,酸预处理是改善烤马铃薯条品质的潜在方法。

本研究采用不同质量分数的柠檬酸、苹果酸和醋酸溶液对马铃薯条进行浸泡处理,通过分析烤马铃薯条的质构、色度、失重率、微观结构、水分分布和风味物质的变化,结合浸泡液pH变化,阐明了不同酸处理对烤马铃薯条品质的作用,旨在为马铃薯加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯,品种:大西洋,9月采收后储藏于4 ℃冷库中,11月取样;柠檬酸、苹果酸、醋酸,食品级;所用有机溶剂均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

TA. XT. Plus质构仪,UltraScan Pro测色仪,NMI20-030H-Ⅰ核磁成像分析仪,S210 pH计,JSM-7800F场发射扫描电子显微镜,CF16RX Ⅱ高速冷冻离心机,ACS型防水计重秤,SCC-WE101型万能蒸烤箱,7 mm马铃薯切条机。

1.3 马铃薯条烤制

将马铃薯(直径4～5 cm,质量60～80 g)用清水洗净,去皮,用切条机切成0.7 cm×0.7 cm×4 cm的长条。用清水洗去表面淀粉后,分别经质量分数为0.5%、1%和2%的柠檬酸、苹果酸和醋酸溶液在4 ℃浸泡1、3、5 h,以蒸馏水浸泡为对照,然后在200 ℃条件下烤15 min。室温(25 ℃)冷却约20 min后,分别用保鲜膜密封好,装入真空密封袋中,封口,置于4 ℃冷库中保存,用后期分析。

1.4 马铃薯条浸泡液pH的测定

使用pH计测定浸泡液浸泡马铃薯条0、1、2、3、4、5 h后,pH的变化。

1.5 烤马铃薯条失重率的测定

采用质量法测定烤马铃薯条失重率。

式中:m0为马铃薯条烤前的质量/g;m1为马铃薯条烤后的质量/g。

1.6 烤马铃薯条水分分布的测定

参考李培燕等[12]测定方法,将待测样品转入核磁共振专用样品管进行检测,采用T2加权成像,成像面为垂直于马铃薯条样品的中间位置。测定参数为:探头线圈直径为60 mm,视野为100 mm×100 mm,扫描次数为2次,T2加权成像TR为1 500 ms,回波时间为50 ms,采样次数NS为4,经傅里叶重建后统一映射,将图像转换成伪彩图进行比对分析。

1.7 烤马铃薯条质构特性的测定

采用质构仪进行测定。硬度参考刘淼等[13]方法,测定参数为,探头:P/6,测前速率:1.00 mm/s,测时速率:1.00 mm/s,测后速度:1.00 mm/s,测试距离:30.00 mm,压缩率:60%,触发力:5.0 g,间隔时间:3 s,触发力类型:自动。剪切力测定参数为,探头:HDP/BS,测前速率:1.00 mm/s,测试速率为0.5 mm/s,测后速率:1.00 mm/s,剪切距离为15 mm,触发力:5.0 g。

1.8 烤马铃薯条色度的测定

采用 CIE-L*a*b*色空间表示方法,以新鲜马铃薯条为对照,得到L*、a*和b*3个参数。其中L*代表亮度,L*越小亮度越低;正负a*分别代表红和绿;正负b*分别代表黄和蓝。总色差ΔE计算公式为。

式中:L0、a0、b0为鲜薯条(对照组)测得的值;L*、a*、b*为酸处理后烤马薯条测得的值。

1.9 烤马铃薯条微观结构的测定

将烤马铃薯条切成约7 mm×7mm×7 mm的立方体颗粒,用戊二醛溶液固定,经不同质量分数乙醇溶液洗脱后,冷冻干燥,将干燥后的样品用导电胶带粘在扫描电镜样品台上,置于离子溅射仪的样品舱中,在15 mA的电流下喷金90 s,装入扫描电镜观察室,电压10 kV。

1.10 烤马铃薯条风味物质的测定

参考刘雨曦等[14]的方法,采用固相微萃取和气相色谱-质谱联用法测定烤马铃薯的挥发性风味物质。色谱柱为Agilent HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm),载气为氦气。升温程序:初始温度为40 ℃并保持1 min,以6 ℃/min的速度升至160 ℃,然后以10 ℃/min的速度升至250 ℃,进样口温度为200 ℃。质谱扫描范围为40～400m/z,电子能量70 eV。风味物质种类通过对比NIST谱图库确定,含量表示为相对峰面积。

1.11 数据处理

实验数据以平均值±标准差表示,采用 Excel和SPSS 20.0 中Duncan检验进行数据统计及差异性分析,采用Origin 8.0软件作图,每个实验重复3次。

2 结果与分析

2.1 马铃薯条浸泡液的pH变化

图1a～图1c分别为0.5%、1%、2%酸浸泡液pH。随着浸泡时间的增加,对照组浸泡液的pH从7缓慢下降至6.7。而不同质量分数的酸处理后的浸泡液均呈现先上升后下降的趋势。醋酸浸泡液初始的pH较高,在5～7之间,在浸泡3 h时达到最大值。柠檬酸与苹果酸浸泡液初始的pH较低,二者变化曲线基本重合;0.5%浸泡液的pH在4 h时达到最高值,质量分数为1%时pH在3 h达到最高值,2%时pH变化较小。细胞有机酸的溶出与H+的浸入导致酸处理浸泡液pH变化,在酸处理过程中,酸溶液的H+先进入到马铃薯条细胞内使浸泡液pH升高,后续细胞内的有机酸溶出使浸泡液pH降低[15]。

图1 不同酸浸泡液pH的变化

2.2 烤马铃薯条失重率变化

如表1所示,所有马铃薯条样品烤后均失重,马铃薯细胞在烤制期间被破坏后水分流失,从而导致马铃薯条的质量损失。对照组的失重率均低于30%,酸处理样品失重率显著大于对照组(P<0.05),且随浸泡时间的延长而显著增大(P<0.05)。在实验范围内,浸泡质量分数越高,失重率越大,其中2%醋酸处理5 h的马铃薯条失重率达到最高,为(57.83±1.49)%。相同条件下,不同组样品失重率大小为:对照组<柠檬酸组<苹果酸组<醋酸组,说明酸处理在一定程度上会加速马铃薯条水分流失。这种变化与酸溶液中的H+的浓度有关,酸浸泡改变了细胞结构,酸根离子进入马铃薯条细胞内部,造成内外浓度差,从而导致更多的水分流失[16]。

表1 烤马铃薯条的失重率/%

2.3 烤马铃薯条的水分分布

不同酸质量分数和浸泡时间下,3种酸处理后的烤马铃薯条的T2加权成像伪彩图如图2所示,蓝色到红色表示水分的含量由低到高,通过颜色分布可以直观描述马铃薯条中水分含量和分布情况[17]。对照组红色区域面积最大,并随浸泡时间延长减小。与对照组相比,所有酸处理后的马铃薯条的边缘区域均由红色变为黄色或绿色。质量分数增加,边缘区域的蓝色或绿色也随之消失,图像逐渐缩小。随时间延长,酸处理组图像中红色区域逐渐缩小,甚至在浸泡5 h时无红色区域,此时信号强度由马铃薯条的表面向内部逐渐减小,马铃薯条的水分不断流失。其中2%酸处理5 h后的样品图像面积更小,水分含量最低。烤马铃薯条水分分布的结果与失重率的结果相符,说明酸处理加快了烤马铃薯条的水分流失,水分流失由外至内,进而改变了烤马铃薯条的内部结构[18]。

图2 烤马铃薯条的水分分布

注:同一列中不同字母表示数据间存在显著性差异(P<0.05),横坐标数值为酸质量分数。图3 烤马铃薯条的硬度和剪切力

2.4 烤马铃薯条的质构

如图3所示,在相同条件下,所有酸处理样品的硬度和剪切力均显著大于对照组(P<0.05)。随着浸泡时间延长,对照组的硬度和剪切力先升高后降低,但没有显著性差异(P>0.05);而酸处理组的硬度和剪切力逐渐升高,根据酸的种类和时间不同,存在显著性差异(P<0.05)。这可能是因为长时间的酸浸泡使马铃薯条失水过多,干物质含量大于对照组,导致薯条质地更硬。酸质量分数越大,烤马铃薯条硬度和剪切力也就越大,这可能与细胞壁多糖结构和完整性的变化有关,酸抑制聚半乳糖醛酸酶活性,与果胶接触后又促进果胶凝胶化,细胞结构得到维持,随着酸浓度的增大这些作用效果增强[19]。2%醋酸处理5 h时样品硬度和剪切力最大,用高质量分数的酸长时间浸泡可提高烤马铃薯条的硬度和剪切力。

2.5 烤马铃薯条的色度

如表2所示,烤马铃薯条的L*和b*低于鲜马铃薯条,高温烤制后马铃薯条发生美拉德反应,亮度和黄度降低。与对照组相比,酸处理后的样品L*增大,b*值增大(0.5%苹果酸组除外),亮度和黄度有一定程度地提高。a*在质量分数为2%的醋酸浸泡5 h时最大,b*在质量分数为1%的醋酸浸泡3 h时最大。柠檬酸、苹果酸组在质量分数为2%,浸泡5 h时L*最大;醋酸组在质量分数为1%,浸泡3 h时L*最大,此时ΔE最小,为3.83±1.62,更接近鲜薯亮黄的色泽。烤马铃薯条的颜色变化与多种因素有关,在酸溶液浸泡期间,多酚氧化酶活性下降,抑制了酶促褐变[20];在焙烤期间,酸浸泡后的马铃薯条内部pH、水分含量发生变化,美拉德反应程度不同,影响了非酶褐变,且水分的存在影响了光的反射,对亮度值产生影响。

表2 烤马铃薯条的色度参数

2.6 烤马铃薯条的微观结构

由色度结果可知,使用质量分数1%醋酸溶液浸泡3 h时烤马铃薯颜色较好,此时质构和水分状态也有明显改变,因此对质量分数1%酸溶液时的烤马铃薯条的微观结构进行测定。如图4所示,马铃薯条热加工后细胞壁被破坏,完整性降低,细胞间会呈现出类似于蜂窝网状的结构[21]。质量分数1%柠檬酸浸泡1 h时的烤马铃薯条(B1)的多孔结构最为明显,随着处理时间的延长孔隙变小,但与对照组样品的微观结构差异不大。质量分数1%苹果酸处理的样品(C1～C3)随浸泡时间的延长结构由多孔结构变成片状结构,最后变成相对平滑的网络结构。在相同条件下,与其他组相比,质量分数1%醋酸浸泡1 h时样品(D1)有着更小的孔隙,并随处理时间的延长网络结构变得更加平滑致密,其中质量分数1%醋酸浸泡5 h时(D3)细胞网络结构最完整,Gong等[22]研究结果表明醋酸处理减少了马铃薯蒸煮损失,限制糊化淀粉从细胞内泄漏,延缓细胞膜氧化产物的增加,其中1%醋酸处理在保护细胞膜完整性和延缓衰老方面有积极影响,这可能是醋酸处理优于其他种类酸的原因。

注:A、B、C、D分别代表对照、柠檬酸处理、苹果酸处理、醋酸处理;1、2、3分别代表浸泡时间为1 h、3 h、5 h。图4 烤马铃薯条的微观结构

多数研究认为热加工后马铃薯质地变化主要是由细胞壁中多糖的变化引起的,特别是果胶的降解。果胶在细胞间粘附和细胞壁强度中起着重要作用,果胶解聚会导致马铃薯质地变软。酸性条件可抑制果胶酶的活性[23],减少果胶酶对果胶的降解,同时酸处理促进了果胶的凝胶化[24],增加了果胶的黏合作用,细胞间的孔隙减少,微观结构变得致密平滑。

2.7 烤马铃薯条的风味物质

表3为质量分数1%酸溶液浸泡3 h后烤马铃薯条的风味物质成分,对照组、柠檬酸、苹果酸和醋酸处理后分别检测到15、16、24、13种挥发性风味化合物。其中由美拉德反应产生的吡嗪是对烤马铃薯条的风味贡献最大的成分之一,表现出焙烤香味[25],对照组中吡嗪的种类最多和含量最高,分别为13种和质量分数78.12%,不同处理组吡嗪质量分数大小为:对照组>醋酸组>苹果酸组>柠檬酸组。与对照组相比,酸处理组产生一定量的醇类和醛类风味物质,尤其是苹果酸处理后,烤马铃薯条产生了乙二醇、1-辛烯-3-醇、4,4-二甲基-2-戊醇、5-甲基糠醛、苯乙醛、甲硫基丙醛、壬醛和2-辛酮等风味物质,柠檬酸处理未产生甲硫基丙醛,其中1-辛烯-3-醇具有蘑菇香,是一种亚油酸氢过氧化物的降解产物[26];苯乙醛是苯丙氨酸的酶解产物,有助于烤马铃薯条产生花香味[27]。此外,苹果酸处理还产生了硫酚、棕榈酸等风味物质。总体而言,醋酸处理后风味物质总含量降低,适当的酸性条件可使蛋白质与风味物质结合更紧密,部分风味物质得以保留[28]。酸处理减少了由美拉德反应带来的焙烤香味,额外赋予了烤马铃薯条新的风味。

表3 烤马铃薯条的风味物质

3 结论

酸处理在提高烤马铃薯条硬度,保护色泽,风味多样化等方面有积极影响,高质量分数的酸溶液预浸泡会导致烤马铃薯条的水分更易流失,硬度和剪切力更高;长时间的酸溶液预浸泡会导致失重率更高,微观结构变得更加致密平滑。柠檬酸和苹果酸浸泡虽然可以赋予烤马铃薯条新的风味,但pH更高的醋酸浸泡液作用温和,且浸泡后得到的烤马铃薯条色泽较好,质量分数为1%的醋酸溶液浸泡3 h适合作为酥脆烤马铃薯条预处理条件。本文中酸处理对烤马铃薯条的风味物质含量变化原因及影响机理还有待研究,后续研究中也可侧重于混合酸或是盐溶液对烤马铃薯条等其他马铃薯食品的品质影响。