马铃薯薯条加工品质影响因素概述

杨 妍，白建明，姚春光，李先平

（云南省农业科学院经济作物研究所，昆明 650205）

马铃薯（Solanum tuberosum L.）在市场上可作鲜食，冷冻炸薯条，薯片或罐头等，其中薯条作为受欢迎的咸味小吃已有150年之久，其在美国几乎占马铃薯市场销售总额的三分之一。2012～2013年，美国收获的马铃薯中三分之一加工成冷冻薯条，贸易总额超过16亿美元。中国是世界上最大的马铃薯生产国，但马铃薯加工率很低，每年需从美国进口大量的冷冻薯条。传统上，薯条只在大型酒店作为奢侈品在中国出售，但随着美国快餐业在中国开设餐馆，薯条以及其他快餐开始受到欢迎［1～3］。

马铃薯薯条的品质评价包括含油量、含水量、颜色、质地和风味等指标［4］。薯条的品质主要是通过炸条的颜色和质地来衡量：松脆的外壳和轻粉面的肉质是理想的质地特性，而浅奶油色到金黄色是最佳的炸条颜色［5，6］。此外，众所周知人们对富含碳水化合物的加工食品，特别是油炸马铃薯制品中丙烯酰胺含量较为担忧，这也间接影响到马铃薯薯条的品质评价［7］。马铃薯油炸是造成丙烯酰胺暴露的主要原因之一，研究表明炸薯条即食其丙烯酰胺含量的基准水平为500μg/kg［8，9］。

影响马铃薯薯条加工品质的主要有薯形（块茎长宽比＞1.5）、块茎大小（170 g＜块茎＜300 g）、还原糖含量（＜0.03%）、干物质和淀粉含量（1.080＜水比重＜1.095）、风味（薯香味）、耐贮性（抗低温糖化）、抗病虫害等指标。中国农业部制定了薯片和薯条的行业标准《加工用马铃薯油炸》（NY/T 1605-2008），对薯片和薯条的感观指标、理化指标、风味和卫生指标等进行了规定［68］。但一个品种是否适宜薯条加工还是要通过油炸试验对其品质及风味进行直观评价，最后提供给薯条加工企业进行评价认可。麦当劳针对马铃薯薯条的外观、质地及风味等三个方面制定有严格的“黄金标准”，只有达到其标准的品种才能作为原料品种供应。综合国内外文献，影响马铃薯薯条加工品质的主要因素有薯条颜色、质地和丙烯酰胺含量等三个方面。

1 颜色

油炸马铃薯产品最重要的质量参数之一是颜色，这与消费者的感知密切相关［10］。消费者对颜色的评价较为苛刻，并且颜色经常是他们选择或拒绝薯片的依据。炸薯条呈浅金褐色，是由于美拉德反应（Maillard reaction）在高温下褐变造成的，这还取决于还原糖和蛋白质的含量、煎炸温度和时间［11，12］。美拉德反应不仅改善了果皮的色泽，而且有助于提升油炸的风味［13］。马铃薯中的非酶褐变是氨基酸和还原糖之间美拉德反应的结果，但过度的褐变会导致薯条、土豆泥和薯片等产品的颜色和风味变差。在马铃薯加工过程中，控制褐变是必不可少的，因为劣质产品必须丢弃或作为较低档次的商品出售［14］。因此应对美拉德反应加以限制，在加工或热烫之前，通过对土豆进行处理，以降低马铃薯的含糖量［15］。

Talburt和Smith［16］讨论了影响还原糖含量的因素，其中最重要的是贮藏过程：马铃薯低温贮藏时，还原糖含量增加，加工时人们使用热水热烫浸出还原糖和氨基酸来控制油炸产品的褐变。贮藏期的马铃薯块茎的生化和生理变化对薯条的色泽也有不同的影响。淀粉不可逆地转化为糖导致还原糖增加是变化之一，从而严重影响了薯条的颜色。马铃薯块茎在10℃保存8个月，会产生大量的天冬氨酸和谷氨酰胺，而这些氨基酸是美拉德反应的底物，结果就会导致薯条变色［17～19］。马铃薯块茎长期贮藏的另一个结果是细胞膜被破坏，导致了结构解体和可溶性成分的浸出。这将使可溶物在热烫过程中更容易通过细胞溶质，从而改变了加工马铃薯制品的颜色质量［20，21］。因此，加工用马铃薯的贮藏时间和贮藏温度也应严格控制。

2 质地

质地是除了颜色外影响薯条品质的最重要因素之一。薯条具有不均匀的质地，内部和外部的质地应结合在一起考虑［22］。优质炸薯条的质地由两部分组成：脆的外皮；约1～2 mm（取决于煎炸时间和温度）和潮湿柔软的内部，如煮熟的马铃薯。在结构意义上，外壳可以被描述为有点坚硬的海绵，部分被油填满。外壳大部分是由空隙构成的，它是由水分含量很低的皱缩细胞制成的，随煎炸时间和温度的变化而变化［23～25］。共聚焦扫描激光显微照片显示，外壳中的油就像一个“鸡蛋盒”，包围着完整的脱水马铃薯细胞。内部，或者说内芯，可以用坚实、细腻和柔软来描述。硬度是马铃薯块茎在加工过程中发生的化学、物理和结构三大变化所造成的结果［26～29］。首先，淀粉变得糊化；其次，细胞壁被削弱，伴随着细胞通透性的增加；最后，相邻细胞间的细胞间粘附减少。这些变化的强度取决于温度，如加工过程中的温度和处理时间。“细腻度”是用来表达舌头上一种颗粒状的口腔感觉的术语［30～32］。煮熟的土豆质地碎裂，易于分解，但保持其形状。人们通常不喜欢在舌头上有湿和糊状感觉的炸薯条（即湿润的质地）［27］。

影响炸薯条脆度的主要结构特征是含水量、吸油率、淀粉含量及其在组织中的分布。影响脆化度的其他主要因素与生产过程有关：预干燥和标准煎炸条件［33，34］。非淀粉多糖（non-starch polysaccharides，NSP）和木质素是除淀粉外影响马铃薯质地结构的主要成分，占马铃薯非淀粉干物质含量的一半以上。研究熟马铃薯的细胞结构后发现，质地的变化是由受损的中间层和细胞壁以及淀粉糊化引起的。这些化合物不仅会影响产品的营养价值，而且还会影响产品的感官特性，尤其是质地。薯条加工中的一些技术参数对NSP和木质素的含量和组成也有影响［35～38］。Gołubowska［39］研究表明，漂白和煎炸是影响马铃薯NSP和木质素含量变化的主要过程。果胶和纤维素是对炸薯条质地影响最大的物质。

在油炸过程中，当表面温度达到100℃时，表层水开始蒸发。随着表面干涸，蒸发水的范围向薯条中心转移，形成多孔的外壳。水蒸气从核心迁移，使外壳多孔，当多孔和低水分外壳发生变形时，会产生大量裂缝［40，41］。据报道，外壳80%的体积是空隙组成的，这决定了薯条的脆性［42］。此外，糊化淀粉和细胞间薄层的破裂会在核心产生软而熟的马铃薯质地，这就形成了理想的薯条质地［43］。

3 丙烯酰胺

瑞典国家食品管理局（Swedish National Food Administration，SNFA）和斯德哥尔摩大学的研究人员发现，丙烯酰胺存在于富含碳水化合物的食物中，如炸薯条和薯片［44］。这一发现引起了人们对这一领域的极大兴趣并开展了一些研究。有研究表明，丙烯酰胺是一种副产品，当富含碳水化合物的食物在120℃以上的高温下油炸、烘焙或烘烤时，就会形成丙烯酰胺［45］。据报道，在不同的食品中，炸薯条、薯片和其他涉及油炸或烤箱烹饪的马铃薯制品中，丙烯酰胺含量最高［46］。

美拉德反应是淀粉类食品中丙烯酰胺生成的主要原因。目前有研究表明，丙烯酰胺的生成与美拉德反应有密切的关系。美拉德反应导致加工食品中的褐变和丙烯酰胺的形成，丙烯酰胺的生成起始于大约120℃，在160到180℃之间急剧增加。当加热时，除美拉德反应外，脱羧天冬酰胺（3-氨基丙酰胺）在不含还原糖的情况下，也能产生丙烯酰胺［47～50］。马铃薯中含有大量的天冬酰胺和还原糖，通常通过煎炸或烘烤来食用，所有这些因素都导致在马铃薯制品中形成丙烯酰胺，这也解释了油炸/加热马铃薯制品中丙烯酰胺含量偏高的原因［48］。据报道，在一定的时间里，马铃薯中的糖含量受品种和存储条件的影响比其他任何因素更多［51］。马铃薯品种对丙烯酰胺的形成有显著影响，因此，品种选择和品种改良对于降低加工马铃薯制品中丙烯酰胺含量具有重要意义［52］。贮藏条件对马铃薯块茎中糖和游离氨基酸含量的影响主要是贮藏温度和贮藏时间。大多数研究认为，在8～12℃贮藏是保持马铃薯中还原糖含量较低或为可接受的最佳贮藏温度［53，54］。储存期为6个月的马铃薯中的丙烯酰胺含量有少量的增加，而储存6个月后丙烯酰胺含量则大幅度的增加［55］。因此，Elmore等［52］建议马铃薯应在2～6个月的最佳贮藏时间内加工。薯条加工型马铃薯新品种选育的一个重要指标就是把块茎分别储藏1～6个月后再进行炸条试验，评价其低温抗糖化能力。

4 小结

马铃薯新品种的开发和商业化是一个漫长的过程，但却是提高薯条品质最有效的方法，最终会为减少丙烯酰胺含量提供有效的解决方案。品种的选择对薯条品质起着决定性作用，优质的马铃薯品种是生产马铃薯薯条的基础［56］。近年来，通过从国外引进和我国马铃薯育种单位的选育，在生产和加工上推广了一些适宜炸条的品种，这些品种的应用，进一步推动了薯条加工业的发展［59］。薯条加工对马铃薯的要求较高，除了对块茎感官指标有要求外，对理化指标也有严格的要求。马铃薯块茎中的还原糖含量直接影响薯条的品质和颜色，适合炸薯条的品种要求薯形长椭圆、淀粉和干物质含量高、还原糖含量低。目前国际上满足美国麦当劳油炸薯条“黄金标准”的主要品种有夏波蒂（Shepody）、褐色布尔班克（Russet Burbank）等老品种和美国近年选育的Ranger Russet，Umatilla Russet，Clearwater Russet，Blazer Russet和Ivory Russet等薯条加工专用型新品种，这些品种还原糖含量较低而淀粉含量高，适宜制作马铃薯薯条制品［60～62］。此外，还有一些国内马铃薯育种单位选育的品种也是马铃薯炸条的优质品种，如鄂马铃薯3号还原糖含量为0.11%，适宜薯条加工［63，64］；云薯401干物质含量高，还原糖含量低，是适宜马铃薯薯条加工的优良品种［65］。田春雨［66］对薯条加工型马铃薯品种进行了筛选，其中除上述已经提到的品种外还有中薯16号、冀张薯4号适宜马铃薯薯条加工。因此，完善品质育种的理论和技术体系，对于马铃薯品质的遗传改良，培育马铃薯优质新品种，提高马铃薯加工产品质量，满足人们日益增进的营养和健康需求具有重要意义［57］。

马铃薯品种的遗传特性决定了其丙烯酰胺含量的高低。此外油炸工艺对丙烯酰胺的含量以及美拉德反应引起的褐变、质地和风味的变化都有很大的影响［58］。因为接近美拉德反应结束时较低的温度可能会减少丙烯酰胺的生成［59］，因此应控制油炸时间和油温，以降低丙烯酰胺含量，油炸温度不应超过170℃。油炸的目的是进一步去除薯条水分，使薯条淀粉糊化，改变其外部质地并产生特殊的风味，油炸温度和时间的增加会显著提高薯条的酥脆性，降低薯条的水分含量［67］。油炸方式、油型、油温及油炸时间的选取应综合考虑薯条的品质及食品的安全等因素［56］。