添加辅料对压差闪蒸联合干燥马铃薯复合脆片品质的影响

候春辉 易建勇 毕金峰 刘常金 彭 健 吴昕烨

(中国农业科学院农产品加工研究所；农业部农产品加工重点实验室1，北京 100193) (天津科技大学食品工程与生物技术学院2，天津 300457)

马铃薯是世界上仅次于小麦、水稻、玉米的第四大粮食作物，在我国同时也作为蔬菜消费。我国马铃薯主要种植区域在西北部、东北部及中部地区，其种植面积与产量均居世界第一[1]。2017年，中央一号文件明确指出，要“深入实施主食加工提升行动，推动马铃薯等主食产品开发”[2]，在此背景下，马铃薯馒头、面条、米粉等主食逐渐兴起。同时，马铃薯条、片、马铃薯烘烤和油炸食品等休闲食品也经久不衰，其中薯片占市场产值30%以上[3]，是休闲食品的主体之一。

近年来我国的休闲食品发展迅速，但是随着人们对生活质量要求的不断提高和身体健康的不断关注，营养健康成为食品行业的主旋律，休闲食品也从嗜好型、温饱型的消费格局逐渐向复合型、营养型、健康型、功能型方向转化[4]。近期发布的中国居民膳食指南建议，保证每天摄入50～100 g薯类、300～500 g蔬菜和200～350 g新鲜水果[5]，但随着都市人群生活节奏的加快和速食产业的发展，大量人群都达不到这一膳食标准。目前，市场上的马铃薯复合脆片大多是以马铃薯为主要原料，较少添加果蔬类原料，且大多采用油浴技术脱水制得，含油量一般可达20%～40%[6]，长期食用可能导致油脂摄入过量，所以非油炸加工技术开始受到企业和消费者的关注，正逐渐兴起。

压差闪蒸干燥技术(Instant Controlled Pressure Drop Drying，DIC)是近年来新兴的一种质构重组技术，其原理是指物料在膨化罐内瞬间经历一个由高压到低压的过程，使被加工物料内部的水分瞬间升温汽化，并依靠气体的膨胀力，带动组织中高分子物质的结构变性，从而形成具有网状结构特征、定型的多孔状物质的过程[7]。然而，DIC干燥需要与其他预干燥技术(热风、冻干、红外干燥)联合才能实现对物料的完全干制。前期研究表明，利用热风和压差闪蒸联合干燥的再造型马铃薯与胡萝卜复合脆片会出现卷曲、膨化度低、硬而不脆的现象，这种产品不具有商品性。

再造型马铃薯复合脆片出现这些品质问题的原因之一在于复合原料浆液在成型干燥过程中缺乏有黏弹性的大分子支撑多孔结构，从而导致在压差闪蒸过程中体积难以扩张或者膨化后出现明显塌陷。大量研究表明，添加适宜的辅料是改善质构、色泽等品质的有效手段。Singh等[8]用蔗糖溶液浸泡胡萝卜脆条，可显著改善产品的质构，提高了品质；麦芽糖醇甜味温和，热值为蔗糖的十分之一，是一种低热量的功能性甜味剂[9]，也可以改善产品的质构和综合品质。此外，大豆分离蛋白的凝胶特性使其具有较高黏度、可塑性和弹性，有利于改善食品的质构特性，常被用于肉制品和面制品中[10]。因此，本研究尝试将其作为辅料，以期改善再造型马铃薯脆片的质构。本研究以马铃薯和胡萝卜为主要原料，研究蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白等辅料对马铃薯复合脆片品质的影响，为制备高品质马铃薯复合脆片提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

马铃薯(品种：大白花)、胡萝卜(品种：黑田五寸)、蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白：北京上地小营批发市场。

1.2 仪器设备

DHG-9123A电热恒温鼓风箱：上海精宏实验设备有限公司；QDPH10-1压差闪蒸干燥设备：天津市勤德新材料科技有限公司；CM-700d手持色差仪：日本柯尼卡美能达有限公司；TA-XT2i/50物性分析仪：英国SMS公司；UV-1800紫外分光光度计：日本岛津公司；SU8010扫描电镜：日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 原料预处理

原料预处理工艺：马铃薯、胡萝卜原料→清洗→去皮、切块(1 cm×1 cm×1 cm小块)→100 ℃蒸煮30 min→原辅料复配(加水比例为原料总质量的20%)→打浆→摊片→热风预干燥。其中，蒸煮是使物料中的淀粉充分糊化[11]。原料和辅料的配比是经过前期单因素实验得到的最优添加量，具体见表1。

表1 再造型马铃薯复合脆片的配方

注：C.胡萝卜；P.马铃薯；S.蔗糖；M.麦芽糖醇；SP.大豆蛋白。

1.3.2 干燥工艺

热风联合压差闪蒸干燥：热风温度70 ℃，将复合脆片预干燥至干基含水量25%，取出，均湿一段时间，然后进行压差闪蒸干燥，压差闪蒸温度90 ℃，停滞时间10 min，抽空温度65 ℃，抽空时间1 h，取出冷却，进行包装。

1.4 实验指标及测定方法

1.4.1 干基含水量与水分活度的测定

干基含水量按照GB 5009.3—2016方法[12]在105 ℃烘箱中烘干至恒重(变化≤0.002 g)进行测量；将脆片打成粉，铺平放入水分活度仪中进行测定。

1.4.2 质构的测定

采用TA-XT2i物性分析仪测定脆片的硬度和脆度。参数设置[13]：探头为0.25 S，其下降速度、测试速度和复位速度分别为1.0、1.0、10.0 mm/s，触发力度100 g，检测距离5 mm。每组样品测定8次，去掉最大最小值，求取平均值，图像的最大峰值即为硬度，峰值越高，硬度越大；原点到达第一个断裂点的距离为脆度，距离越短，脆度越大。

1.4.3 色泽的测定

采用色差仪测定，结果以L*值(代表明暗，L*值越大，表示亮度越高，反之越暗)、a*值(代表红绿，a*值越大表示越红)、b*值(代表黄蓝，b*值越大表示越黄)、色差ΔE值来表示[14]。L0、a0、b0值是取自只有胡萝卜和马铃薯1:1复配脆片的数值。

(1)

1.4.4 微观结构的测定

电子显微镜观察制作程序[15]：样品→采样→固定→喷金→电镜扫描→电镜图谱(在扫描电镜下采用不同放大倍数观察并采集图谱)。

1.4.5 玻璃化转换温度(Glass Transition Temperature,Tg)的测定

用差示量热扫描仪测定，样品从室温(30 ℃)以20 ℃/min速度降到-70 ℃，平衡5 min后，再以20 ℃/min速度升至100 ℃，利用DSC自带TA分析软件得到玻璃化转变初始点，中间点及终点，一般将玻璃化转变中间点作为Tg[16]。每个过程样品的玻璃化转变温度，测定3次，求取平均值。

1.4.6 总类胡萝卜素(Total Carotenoids,TC)的测定

取0.20 g胡萝卜复合脆片的粉末，加入同质量的NaCl或CaCl2，再加入50 mL提取液(50%正己烷、25%丙酮、25%乙醇、0.1% BHT)。混合液在4 ℃下搅拌20 min后，加入15 mL蒸馏水，再放在4 ℃条件下搅拌10 min。使用分液漏斗将包含胡萝卜素的有机相和水相分离，有机相可经过加有无水硫酸钠的砂芯漏斗过滤，定容至25 mL，并在450 nm波长下测吸光度，正己烷作对照[17]。

(2)

其中：TC为总类胡萝卜素的含量/μg/g，A为450 nm处的吸光值，V为提取液总体积/mL，m为测定用提样品的质量/g,E1%(2560)为β-胡萝卜素在正己烷中的消光系数。

1.4.7 维生素C(Vc)的测定

根据GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》中2，6-二氯靛酚滴定法测定[18]。

1.4.8 感官评价

由15名训练有素的感官评定人员组成评价小组进行感官评定[19]，评定分数采用5分制，结果取平均值。主要从产品的色、香、味、口感等五个方面来衡量产品的品质，评分标准见表2。

表2 再造型马铃薯复合脆片感官评价标准表

1.5 数据分析

采用SPSS 21.0软件进行数据分析处理，实验分析图采用Origin 9.0软件绘制。

2 结果与分析

2.1 不同辅料对再造型马铃薯复合脆片质构及Tg的影响

由表3可知，添加辅料后马铃薯复合脆片的干基含水量较对照样品降低，但5种辅料的复合脆片之间的干基含水量并没有显著性差异(P>0.05)，这可能是由于添加辅料后，样品干基质量变大，而只有不含辅料的C/P复合脆片的干基质量较小，导致添加辅料后复合脆片干基含水量较低。水分活度呈现出和干基含水量一样的趋势，尤其加入麦芽糖醇和大豆蛋白后明显降低了水分活度，说明其对水的结合力较大[20]。添加不同辅料对Tg的影响也有显著性差异(P<0.05)，尤其是加入麦芽糖醇的复合脆片Tg较低，而加入大豆蛋白则提高了Tg，这可能与加入组分的分子量大小和化学结构有关，即加入大分子物质可提高体系的Tg，反之亦然[21]。添加蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白或其复合辅料都能改善脆片的脆硬度，使其硬度下降，脆度提高，可能是由于蔗糖、大豆蛋白等大分子物质的加入，使脆片具有更高的黏弹性，在压差闪蒸的瞬间可以更好的膨胀，同时这些大分子也有利于膨化后脆片多孔结构的硬化[22]，使脆片的内部结构更为疏松，从而得到了硬度较小且比较脆的再造型马铃薯复合脆片。其中，分别加入大豆蛋白和蔗糖都能明显地提高产品的脆度，但产品的硬度仍然较大；但蔗糖、麦芽糖醇和大豆蛋白的复合加入即能较明显地提高产品脆度，而且也能获得较低的硬度。至于哪种程度的脆硬度受人们喜爱还需要参考感官评价结果。

表3 蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白对复合脆片脆硬度、

注：同一列数据标注的不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，余同。

2.2 不同辅料对再造型马铃薯复合脆片微观结构的影响

由图1可知，没有添加任何辅料的C/P复合脆片的孔隙较大，孔隙数量少，壁厚，物料的膨化效果较差；加入蔗糖的C/P/S复合脆片厚度增加，孔隙明显增多，膨化效果好；加入麦芽糖醇的C/P/M复合脆片孔隙数量虽没有C/P/S复合脆片多，但孔隙较大，通孔较多，膨化效果也较好；而加入大豆蛋白的C/P/SP复合脆片结构塌陷，孔隙大而少，支撑不起复合脆片的骨架，所以会出现严重皱缩和卷曲现象，原因可能是大豆蛋白的凝胶特性会受到加热的影响，经过长时间的加热过程，蛋白分子之间相互结合

图1 不同配方的复合脆片微观结构的横断面电镜扫描图(60倍)

的机会增多，一些比较活泼的基团发生化学反应，如巯基氧化，形成聚集[23]，从而破坏了大豆蛋白的结构导致塌陷；而C/P/S/SP和C/P/M/SP脆片的孔隙小，数量多而密集，所以会有比较酥脆口感(基于本研究2.4部分的感官评价结果)。因此，不同配方脆片的微观结构与产品脆硬度和感官评价质地得分结果一致。

2.3 不同辅料对再造型马铃薯复合脆片色泽的影响

由表4可知，添加辅料对脆片的颜色有显著性影响，添加蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白等辅料提高了再造型马铃薯复合脆片的亮度(L*值)，尤其是大豆蛋白的添加不仅提高了L*值，还增加了a*值、b*值和ΔE值，这可能是因为大豆蛋白本身的颜色(偏白色)影响了最终产品的颜色；由于蔗糖是非还原性糖，在加热过程中不会发生美拉德反应[24]，而且添加蔗糖后物料中的氧气被排出[8]，在干燥过程中保护了原料的色泽。C/P/M复合脆片较C/P/S复合脆片亮度值小一些，但这一配方再与大豆蛋白复合也能明显提高脆片的亮度。综上所述，添加3种辅料均能提高脆片的亮度，同时还能提高脆片的红黄值，说明添加蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白等辅料都能有效改善脆片的颜色。

表4 蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白对复合脆片色泽的影响

2.4 再造型马铃薯复合脆片的感官评价

再造型马铃薯复合脆片的感官评价分为外观、颜色、气味、质地、风味五个方面，综合各自得分并换算为5分制。如图2所示，在外观和颜色上，加入蔗糖和麦芽糖醇的复合脆片有最高得分，说明C/P/S和C/P/M脆片形状完整，无裂纹，具有胡萝卜鲜亮的颜色；而加入大豆蛋白的复合脆片卷曲严重，易碎，颜色与鲜胡萝卜的颜色差距大，所以得分最低。在质地口感上，加入蔗糖和大豆蛋白、麦芽糖醇和大豆蛋白复合辅料的脆片具有最高的得分，其次是加入蔗糖的复合脆片，而不加任何辅料的C/P脆片得分最低，说明加入蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白等辅料显著改善了马铃薯复合脆片的口感质地(脆硬度)，这与质构仪测出的脆硬度趋势一致。气味上，除C/P/S脆片有较高的得分，其余配方的脆片得分没有显著性差异(P>0.05)，可能是因为胡萝卜和马铃薯的气味均较为清淡，人体嗅觉难以分辨不同产品之间的差异。在风味上，C/P/S和C/P/S/SP复合脆片最受感官评价人员喜爱，甜味适中，而且能增强胡萝卜特有的味道；C/P和C/P/SP复合脆片由于甜味较低，味道清淡而不受评价员喜欢，得分较低。综合这五个方面的感官得分可知，加入蔗糖的复合脆片有最高的感官综合评分，其次是加入麦芽糖醇的复合脆片，而仅加入大豆蛋白的复合脆片综合得分最低。所以加入蔗糖和麦芽糖醇的复合脆片有较大可能会受到市场欢迎，获得消费者青睐。

图2 再造型马铃薯复合脆片的感官评价得分雷达图

图3 再造型马铃薯复合脆片的感官评价实物图

2.5 再造型马铃薯复合脆片的类胡萝卜素与VC含量

虽然人们对于薯片这类的休闲食品的认同是来自感官品质，但是随着对营养健康的重视也会考虑其营养性。马铃薯含有一定量的水溶性维生素C，而胡萝卜富含油溶性的类胡萝卜素，因此马铃薯与胡萝卜的再造型复合脆片能同时含有维生素C和类胡萝卜素。维生素C是果蔬中典型的一类具有抗氧化活性等生理功能的维生素，其自身在加工中容易受到氧气、光、热等因素的影响而发生氧化降解或聚合，许多研究将其降解率作为加工程度对果蔬体系热敏性营养成分影响的一个指示物质[25]。压差闪蒸联合干燥过程中物料会经过短暂的高温过程，加上预干燥和后段干燥，这些加工均会对VC和类胡萝卜素造成一定程度的破坏。由图4可知，没有添加任何辅料的C/P复合脆片的类胡萝卜素与VC含量均较高，当添加任何一种辅料时类胡萝卜素与VC含量均下降，尤其类胡萝卜素含量显著下降，可能是蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白等物质与类胡萝卜素等有色体结合，妨碍了类胡萝卜素的释放[26]。就添加辅料的复合脆片而言，添加辅料后胡萝卜和马铃薯原料的百分比下降可能是其含量下降的原因之一，但添加麦芽糖醇的C/P/M复合脆片的类胡萝卜素与VC含量均较高，说明损失较少；而添加蔗糖的C/P/S复合脆片类胡萝卜素与VC含量下降较多。因此，从营养价值与功能性角度考虑，C/P/M复合脆片比较符合当今休闲食品发展的趋势与理念。

图4 不同配方的马铃薯复合脆片类胡萝卜素与维生素C含量

2.6 再造型马铃薯复合脆片品质指标的主成分分析

评价复合脆片的综合品质需要同时考虑多种理化指标。因此，采用主成分分析法对17项马铃薯复合脆片的主要感官与理化品质指标进行综合分析评判，以期用最少的品质指标变量反映原来较多变量的信息，并分析不同配方与综合品质指标之间的关系。本研究以特征根大于1并综合考虑方差贡献率确定最优的主成分数[27]。由表5可知，主成分1、2和3的方差贡献率分别达52.17%、27.68%和11.12%，而主成分4仅占5.94%，前3个主成分的累计方差贡献率达92.97%，表明这3个主成分可以代表全部17项参数的大部分信息，即复合脆片的不同品质指标可用这3个主成分解释。

表5 主成分的特征值、累积贡献率及方差极大

主成分的载荷矩阵旋转之后载荷系数更接近1或者更接近0，这样得到的主成分能够更好的解释和命名变量[28]。在本研究中将主成分的载荷矩阵旋转之后载荷系数达到0.90以上的变量定义为主要成分。由表5可见，第一主成分PC1主要综合了复合脆片的色泽a*值、b*值、ΔE、干基含水量和类胡萝卜素的信息，这些指标主要综合了复合脆片测得的色泽指标，所以可以称主成分1为色泽因子；第二主成分PC2主要综合了复合脆片感官评价过程中的外观、颜色和气味，以及感官综合得分的信息，所以称其为感官品质因子；而第三主成分3仅对复合脆片的质地品质得分起支配作用。由于PC1和PC2就能够综合复合脆片的主要品质指标，所以本研究主要对主成分1和2进行分析和讨论。结合图5a和表5可知，L*、a*、b*、ΔE等色泽品质指标在PC1上呈负向分布，即其与主成分1呈负相关，在PC1坐标正向，PC1越大，各项色泽值越小；而干基含水量、aw、类胡萝卜素含量在PC1上呈正向分布，说明其与主成分1呈正相关，在PC1坐标正向，PC1越大，干基含水量、aw、类胡萝卜素越大。感官评价的外观、颜色、气味和感官综合得分品质指标在PC2上呈正向分布，说明在PC2坐标正向，PC2越大，感官品质得分越高。许多研究者采用PCA得分与主成分关系反映不同处理与品质指标之间的关系，由图5能够直观看出不同配方与PC1和PC2的关系，C/P复合脆片干基含水量、类胡萝卜素含量和硬度较大；C/P/S/SP与C/P/M/SP复合脆片在图5a中的位置相近，而且和质地得分相近，说明这两种复合脆片质地相似，同时两者的质地得分也较高；C/P/SP复合脆片在图5a中不靠近任何品质指标，在图5b中与硬度相近，说明其综合品质差，且硬度大；C/P/M和C/P/S复合脆片都有较高的感官品质，脆硬度也较好(图5a)，而且C/P/M复合脆片VC含量得分也较高(图5b)。基于主成分分析结果，麦芽糖醇和蔗糖都是制备再造型马铃薯复合脆片的适宜辅料，但从目前休闲食品对降糖、降油等方面需求的考虑，又由于麦芽糖醇在体内吸收利用度较低，可有效控制脆片含糖量，因此建议采用麦芽糖醇作为再造型马铃薯复合脆片的功能性辅料。

图5 马铃薯复合脆片品质指标

3 结论

通过添加蔗糖、麦芽糖醇、大豆蛋白等辅料，探究不同辅料对压差闪蒸联合干燥再造型马铃薯复合脆片品质的影响，以期选出对再造型马铃薯复合脆片感官品质改善效果最明显的辅料，进而指导实际生产。结果表明，加入大豆蛋白显著影响产品色泽，尤其亮度增加较大，但感官评价最低；加入蔗糖和大豆蛋白、麦芽糖醇和大豆蛋白复合的辅料明显改善了再造型马铃薯复合脆片的质构，尤其提高了产品脆度，但又因产品破碎严重，导致形状外观不受人们喜爱；加入蔗糖或麦芽糖醇的再造型马铃薯复合脆片感官评价分较高，而且微观结构和质构也较好。通过主成分分析法得到，C/P/M复合脆片的综合感官品质最好，而且类胡萝卜素与VC含量也较高。综上所述，麦芽糖醇可作为辅料添加到马铃薯复合脆片中，实现压差闪蒸再造型马铃薯复合脆片质构、色泽等品质的有效提高。

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