马铃薯食品加工现状及展望

高 琨 田晓红 谭 斌 汪丽萍 刘艳香 吴娜娜

(国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037)

马铃薯是重要的粮菜兼用和工业原料作物，由于其耐寒、耐瘠薄、适应性广、产业链长而受到全世界的高度重视。全世界有155个国家种植马铃薯，其播种面积2 000万 hm2，总产量3.4亿t[1]。2017年中国总产量9 920.56万 t，仅次于小麦、玉米、水稻，居第四位，种植面积和总产量居世界第一位[2,3]。马铃薯具有很高的营养价值，在欧洲及南美地区，被称为“地下苹果”，享有“第二面包”的美誉[4]。

马铃薯深加工产业已经成为世界上许多国家重点发展的产业之一。发达国家马铃薯的加工品占马铃薯总产量的比例较高，马铃薯条和马铃薯片是加工的重点[5]。中国马铃薯加工业的发展尚属起步阶段，马铃薯加工产品主要有全粉、速冻薯条、各类薯片、以及以淀粉为原料的再加工产品，例如粉丝、粉条、粉皮等，总产量的80%以上用于鲜食或加工成粉丝、粉条及淀粉，加工产品比例约占总量的12%，加工产品种类少，初级加工占主导[6]。这与当下追求方便快捷食品的市场消费需求相去甚远。2015年，马铃薯作为第四大主粮战略提出，马铃薯主食的研究逐渐增多，马铃薯面包、马铃薯面条、马铃薯馒头等产品逐渐出现在超市货架及百姓餐桌，还出现了一些以全粉为主要原料制成的各种马铃薯糕点、披萨、烤馕等，有了较大的发展。刘玲玲等[7]分析了从1961年开始至2017年底的世界“马铃薯加工”专利文献，中国专利有647项，约占总数的76.12%，随着马铃薯主粮化战略提出，中国“马铃薯加工”专利数量也不断提升。本文对近些年我国马铃薯食品加工现状进行梳理，以期进一步促进马铃薯主食化的发展。

1 加工用途的马铃薯食品原料

马铃薯在进行食品加工时，一般有两种形式。一种是将其进行切条和切片作为马铃薯条和马铃薯片食用，另一种是加工成马铃薯淀粉和马铃薯全粉作为食品原料，再进行食用。在我国，作为食品原料的形式目前还占据主要位置。

1.1 马铃薯淀粉

淀粉是马铃薯中的最主要成分，约占马铃薯干基的95%以上。马铃薯淀粉呈卵形和圆形，直径为15～120 μm，颗粒大、类脂化合物及蛋白质含量低，糊化温度低，冻融稳定性好，在超过80 ℃的热水中溶解度大幅上升，具有较高的峰值黏度和较好的糊透明度[8]。马铃薯淀粉糊丝长、黏稠、有黏结力，可作为扩充剂、增稠剂用在灌肠、汤料、饮品及即食粉类食品中，只需要少量的马铃薯淀粉即可达到增稠目的，其口感远优于食用玉米淀粉[9]。马铃薯淀粉提取工艺多种多样，荷兰马铃薯无废料淀粉加工工艺代表了当今世界最先进的马铃薯淀粉生产工艺技术，其工艺是通过高效刨丝机将98%的淀粉颗粒从马铃薯细胞中游离出来。制取淀粉过程中所排出的物质被制成副产品或回收利用，以此构成了一个完整的无废料生产工艺。目前国内淀粉生产也有采用这种加工工艺的，不过在废料回收方面同国外的先进技术还有一定的差距[10]。马铃薯淀粉是初级加工产品，一般经挤压、蒸煮、氧化、交联、酯化等作用加工成变性淀粉，使其具有更强的吸水性，较低的糊化温度和良好的成模性，在食品工业中有更好的应用效果[11]。进行淀粉加工最重要的是选择高淀粉含量的品种，高淀粉含量的品种，淀粉可达19.10%～25.83%[12]。

1.2 马铃薯全粉

马铃薯全粉是以新鲜优质马铃薯为原料，经过去皮、切片、蒸煮、混合/制泥、干燥、筛分等多道工序制成[13]。马铃薯全粉使绝大部分的马铃薯细胞保持完整，所含有的维生素、矿物质、氨基酸、微量元素、纤维素等营养元素也得以保存，保持了新鲜马铃薯的营养和风味，是一种优质的食品原料，在马铃薯泥、复合马铃薯片、膨化食品、焙烤食品、沙拉食品等产品中得到了大量应用，作为马铃薯深加工的基本产品在国内外得到迅速发展[14，15]。马铃薯全粉具有很高的营养价值，粗蛋白含量为6.57～12.84 g/100 g DW。除色氨酸外，第一限制性氨基酸是亮氨酸，平均必需氨基酸含量占总氨基酸含量的41.92%，高于WHO/FAO推荐的必需氨基酸组成模式(36%)，接近标准鸡蛋蛋白[16]。马铃薯全粉主要包括马铃薯颗粒全粉和马铃薯雪花粉两种产品，它们是因加工工艺过程的后期处理不同，而派生出的两种不同风格的产品[17，18]。马铃薯品种和加工工艺对马铃薯全粉品质均具有影响，目前的研究主要集中在加工工艺对全粉质量的影响上，其中干燥作为重点工序，有较为广泛的研究[19，20]。张岩等[21]研究发现，对撞流干燥所得的产品品质比气流干燥、烘箱干燥、滚筒干燥的效果要好。而王常青[22]认为，微波干燥的产品品质明显优于热风干燥。沈存宽等[23]采用一种新的闪蒸干燥工艺制备生全粉，蛋白含量和灰分含量相比较低，还原糖含量高于传统全粉；从电镜显微图中可见生全粉的淀粉颗粒结构更加完整；加工性能方面，糊化度比传统全粉下降超过80%，冻融稳定性优于传统全粉，根据RVA和DSC实验结果，采用闪蒸干燥工艺对马铃薯全粉中淀粉的破坏程度小。陈金发等[24]研究发现护色处理和烘干温度对马铃薯颗粒全粉的淀粉和蛋白质影响较大,对脂肪和总糖含量的影响无明显变化趋势。

2 马铃薯方便食品

速冻薯条和薯片是常见的快餐食品，薯片在我国快餐消费市场中普及迅速，消费量不断增大，是近年来增长最迅速的马铃薯食品，也是消费量最大的马铃薯方便食品。同时，以马铃薯全粉作为配料的低面筋要求的饼干、糕点也成为消费者的新宠。

2.1 冷冻薯条

马铃薯冷冻薯条是鲜马铃薯经清洗、去皮、切条、漂烫、干燥、油炸，再经预冷、冷冻、低温出差，在冻结条件下运输及销售，食用时需再次加热的制品[25]。它是一种半成品，食用前从冰箱里拿出来经油炸熟化后即可食用。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[26]。影响马铃薯速冻薯条产品质量的主要因素有马铃薯原料品质、护色剂的选择、漂烫工艺的控制、烘干工序、油炸和速冻温度及时间的调节等方面。从加工角度来讲，选择适宜加工成薯条的马铃薯原料是薯条品质的关键性因素[27]，新鲜原料的还原糖含量应低于0.2%，长期储藏后的原料也不应超过0.4%，否则在加工过程中将影响薯条的颜色。漂洗和油炸时间和温度显著影响薯条的颜色、营养成分及非淀粉多糖的含量及质构特性，质构特性主要受果胶和纤维素含量的影响[28]。在生产中多采用将脱皮马铃薯在护色剂的溶液中进行浸泡来防止褐变的发生。一般采用不同浓度亚硫酸钠(600～700 mg/L)、抗坏血酸(600 mg/L)、柠檬酸(800 mg/L)、乳酸等护色剂来进行护色。漂烫温度75～95 ℃，时间5～10 min为最佳。乳酸处理能够减缓鲜切马铃薯失重和腐烂，保持鲜切马铃薯的硬度、弹性和咀嚼性，推迟马铃薯PPO活性峰值[29]。近几年，随着马铃薯全粉工业的发展，采用马铃薯全粉进行和粉、制条的冷冻薯条技术逐步发展起来。全粉工艺对原料要求低，不受季节影响，原料来源更加广泛，可以添加豆类、谷类等原料，风味更加广泛，深受年轻消费者喜爱，得到快速发展。

2.2 薯片

油炸马铃薯薯片又叫油炸土豆片，是近几年我国马铃薯加工产品中最快速增长的一类产品。其终产的质量60%～70%取决于马铃薯原料本身，与薯条一样，对马铃薯的外形、还原糖含量和干物质含量均有一定的要求。但是近些年，由马铃薯全粉加工成薯片的技术逐渐成型，对马铃薯原料的要求有所降低，因而对薯片的颜色[30]、质构特性和工艺显得尤为重要[31]。2002年4月，瑞典国家食品管理局(NFA)和斯德哥尔摩大学的科学家的研究表明，油炸薯条、薯片等含有淀粉碳水化合物的高温加工食物中含有致癌物质—丙烯酰胺，这一发现引起了极大的轰动，在这之后，各个研究机构都致力于研究降低薯条、薯片中丙烯酰胺的含量。已有的研究表明，采用热水预煮、降低油温和油炸时间，均可以大幅度的降低薯片中丙烯酰胺的含量[32]。采用低温真空油炸技术，使得油炸温度大大降低，得到的薯片营养更加丰富。超声辅助微波低温真空油炸薯片技术是一种新型的低温油炸薯片技术，该技术能显著提高水分蒸发动力学和有效水分扩散率，缩短干燥时间20%以上，降低油炸温度至100 ℃。该技术使薯片的微观结构更加多孔，改善炸薯片的质感(脆度)和色泽，能耗也降低了20.4%～24.7%[33]。

一般来说，薯片中油脂质量分数超过30%，油脂质量分数过高，不符合现代健康饮食消费的标准，采用膨化、热风干燥等方式来进行薯片的生产可避免高油脂，这是目前的发展趋势[34]。但也会带来一些不利影响，例如口感不如油炸方式的酥脆，香味不足等。传统上，产品风味的添加采用的是固体粉料的喷涂方式，由于要保持薯片的酥脆口感，有些液体的口味就不能应用在薯片上，於晓燕等[35]采用将生薯片投入到调料中进行真空浸渍的方式来添加风味，使薯片风味更多元化，口感香脆。

2.3 马铃薯蛋糕和饼干

马铃薯中不含有面筋蛋白，使用其作为原料制作面包、馒头、面条等主食品时，马铃薯的添加会弱化面筋网络结构，成型困难，添加量比较低，一般不超过20%。蛋糕和饼干所用的是低筋小麦粉，要求面筋含量低、面筋质弱，马铃薯全粉不含面筋蛋白，具有弱化小麦粉面筋的特点，比较适合进行蛋糕、饼干的加工。孙玉清等[36]研究了马铃薯全粉对海绵蛋糕的影响，适宜添加量在25%～45%之间，最佳添加量为35%，此时蛋糕色泽焦黄、质地松软、风味独特。张伟君等[37]研究了紫马铃薯全粉添加对马芬蛋糕的影响，马芬蛋糕的硬度随着紫马铃薯全粉添加量增加而显著增加，在紫马铃薯全粉质量分数为10%～30%时，其他质构指标变化差异不显著；高娜等[38]以低筋小麦粉、马铃薯全粉为原料制作桃酥，低筋小麦粉与马铃薯全粉的比例为8∶2时，所得桃酥外形整齐、组织细腻、酥松爽口。

3 马铃薯主食品

马铃薯主食品的研究是目前研究的重点，韩黎明等[39]从专利分析的角度研究了国内马铃薯主食产品开发的研究进展，马铃薯主食产品开发发明专利记录共186项，其中传统大众化主食产品发明专利48项，地域民族特色主食产品发明专利72项。近几年，随着马铃薯主食化的推进，马铃薯面包、馒头、面条不断进入商超。

3.1 马铃薯面包

马铃薯面包使用的原料是马铃薯全粉，全粉的添加量及加工工艺对马铃薯面包品质具有重要影响。马铃薯全粉中不含面筋蛋白，添加在小麦粉中，对面筋具有稀释作用，随着添加量的增加，二硫键含量下降，面筋蛋白的稳定性下降；面筋蛋白均匀、致密的孔洞结构遭到破坏，出现坍塌，常常需要添加谷朊粉及瓜尔胶、酪蛋白酸钠和谷氨酰胺转胺酶等食品添加剂[40]来改善面团的网络结构，增强其稳定性。

添加量是影响马铃薯面包品质的最重要因素。陈志成[41]通过研究马铃薯全粉与小麦粉的配比、发酵时间、加水量三个因素对面包品质的影响，确定马铃薯全粉用量8%，发酵时间100 min，加水量为60%的马铃薯全粉面包具有浓郁的马铃薯风味，良好的色泽和口感。郑捷等[42]、赵文亚[43]研究了马铃薯全粉对面包的水分、酸度、比体积和感官品质的影响。结果表明，提高马铃薯全粉添加量，可使面包成品的含水量相应增大，当马铃薯全粉的添加量在5%～15%时，对面包的体积不产生抑制作用，反而能提高面包的感官品质，降低了面包的老化速度，延长了面包的保质期。而游新勇等[44]认为马铃薯全粉面包的最佳添加量为20%，发酵时间为60 min。这可能是由于面包小麦粉特性的不同，造成最佳添加量的不同。

3.2 马铃薯馒头

马铃薯在馒头中应用一般采用的是马铃薯氧化淀粉、α化淀粉或与玉米淀粉形成交联淀粉添加到馒头中来提高馒头的抗老化效果。随着马铃薯主食工业化的推进，使用部分马铃薯全粉制作马铃薯馒头得到了广泛研究。马铃薯粉的添加显著影响面团的流变性能和馒头品质，如增加吸水率、最大气体释放高度、CO2总量和硬度，降低面团稳定性和馒头比体积[45]。孙维思等[46]研究了不同品种马铃薯全粉对混配粉流变学特性以及馒头品质影响，虽有所差异，但大体趋势一致，均随着马铃薯粉加入量增加，馒头比容、表皮L*值、感官得分降低，硬度变大；但刘常金等[47]研究发现添加马铃薯全粉能够有效改善馒头的比容，增加馒头的弹性，提高馒头的回复性，改善馒头感官品质，延长其货架期，全粉的适宜添加量不超过15%；吴海霞等[48]研究发现，马铃薯全粉与小麦粉添加比例为3∶7，得到的马铃薯馒头感官评分为96.8，其颜色淡黄，表面光滑，气孔细密，味道纯正。

3.3 马铃薯面条

马铃薯面条是近几年的研究热点，所采用的原料是马铃薯全粉。对马铃薯全粉与小麦粉混合粉的流变学研究发现：由于马铃薯全粉中不含面筋蛋白，全粉的加入冲淡并稀释了小麦粉中的面筋蛋白，使面团的弹性、黏性和延伸性下降；混合粉面团的稳定时间缩短,评价值降低,筋力减弱,从而其加工性能也随之下降[49]，将混合粉制作成马铃薯面条时，最大添加量不同学者得到的结果不同，从15%～42.3%不等[50，51]。王丽等[52]研究了马铃薯全粉制备工艺与面条品质特性之间关系，当马铃薯熟化温度为55 ℃、干燥温度为40 ℃时，马铃薯全粉面条的各项感官质量最好。沈耀衡等[53]利用不同工艺制得生、熟马铃薯全粉，并制作成全粉面条，生粉最大添加量为35%，熟粉最大添加量为20%；熟粉制作的生面条，黏性显著增大，生粉可以提高面条的拉断力；熟粉制作的面条煮熟后面条厚度有增大趋势。扫描电镜发现，熟粉面条中，大量糊化淀粉暴露在外；生粉面条中，马铃薯淀粉与小麦淀粉共同镶嵌在面筋网络中。刘玲玲[54]通过正交实验得到马铃薯全粉面条的最佳工艺参数为：全粉质量分数为20%、食盐添加量为1.6%、面团含水量为50%、和面水温为40%。

面条的和面过程是面筋网络的不完全形成过程，使用马铃薯全粉来进行面条生产时，马铃薯全粉中淀粉已经糊化，糊化破坏了淀粉分子间的氢键而释放出羟基，亲水性增强。马铃薯全粉与小麦面筋之间形成竞争性吸水，面筋蛋白因吸水量少而导致面筋网络形成不充分，进而网络结构被弱化。加水量偏低时，致使面粉水化不完全，蛋白质分子扩展不够，就会抑制面筋的形成，不足以包裹住所有的淀粉颗粒，在煮面过程中，淀粉颗粒易于溶到面汤中，造成干物质损失率过高，加水量偏高，面团偏软，易黏辊，在干燥的过程中也容易造成落杆。降低马铃薯全粉的糊化度，将有利于延长面团的形成时间和稳定时间，改善面团性质[55]，进而改善马铃薯面条的产品品质。

目前马铃薯主食的研究大多集中在马铃薯全粉的应用上，但马铃薯薯块中含水量在80%左右，制作干粉时，需要除去薯块70%以上的水分，消耗大量的能源，使采用干粉制作的马铃薯主食品产品价格过高，市场竞争力不强。采用马铃薯熟泥制作马铃薯小麦面条，小麦面筋和马铃薯糊化淀粉形成的网络结构包裹住淀粉粒，其烹调损失率均小于10%，符合挂面行业标准。面条口感较爽滑，有弹性，干面条的断裂距离和断裂强度得到了提高[56]，马铃薯熟泥添加量在35%～40%时，得到的面条品质比较好[57]。

4 其他马铃薯食品

目前，马铃薯除了在主食品上的应用外，也有在一些其他食品上的应用。张云焕等[58]利用马铃薯粉可以延缓面制食品老化的特点，用其改善比萨的饼底老化。添加马铃薯全粉能提高小麦粉的吸水率，缩短面团的形成时间；提高面团的发酵能力和弹性，但会导致比萨饼底的硬度增加，感官品质略微下降，马铃薯全粉的最佳添加量为15%；郭祥想[59]探讨了添加15%的马铃薯粉制作干脆面，使得马铃薯全粉干脆面比小麦粉干脆面蒸面时间缩短了20 s，油炸温度降低了15 ℃，制作的干脆面含油量比小麦粉干脆面含油率降低了2.84%，酥脆度高487 g。韩黎明等[60]优化了焜锅馍的配方和工艺，研制的30%马铃薯全粉的清真焜锅馍产品质量符合相关食品质量标准。

5 结束语

近几年，随着马铃薯作为第四大主粮战略提出，马铃薯主食化进程有所加快。添加量在20%的面包、30%的馒头、35%的面条、45%的糕点陆续得到开发，部分产品已经进入超市，但数量还十分有限，销量很低。主要原因有三个，一是消费者的饮食习惯短时间内无法得到改变，不容易接受马铃薯为原料制作的这些主食产品；二是马铃薯中不含有面筋蛋白，添加量过高，使得面包、馒头、面条等主食品的食用品质下降；三是马铃薯主食品加工中所用的原料基本是马铃薯全粉，全粉每吨为8 000～12 000元，价格过高，导致主食食品价格也偏高，市场竞争力不强。同时，马铃薯淀粉本身具有优质的糊化特性，尤其是糊化后的淀粉糊，具有较好的黏弹性，将其添加到面团中可以形成新的、有效的淀粉组织结构，增强面团强度，适量添加可以增强面筋网络结构，改善面制品品质。可将马铃薯淀粉作为食品配料添加到主食品当中，为马铃薯主食品开发提供新途径。例如在制作杂粮面条时，添加部分马铃薯淀粉，可以改善杂粮面条品质。豆类具有很强的豆腥味，添加部分马铃薯淀粉还可以掩盖部分豆腥味，改善豆类产品的可接受度。

薯条、薯片是欧美国家马铃薯消费主体，近几年随着我国人民生活水平的提高，国际化进程加快，成为我国马铃薯加工产品消费量最大的两类产品。但目前薯条和薯片存在多油、多盐、高温油炸、喷涂调味料过多等问题，而被定位成不健康食品。挤压膨化技术、热风干燥技术、真空低温油炸、马铃薯全粉配粉制作等技术不断兴起，有效地改善了薯条、薯片的不健康因素。总体而言，科技支撑力度不断加大，马铃薯薯条薯片由油炸工艺为主逐渐过渡到非油炸工艺为主，由整薯切条、切片到马铃薯全粉重新塑型，由喷涂调料到浸渍、搅拌添加调料，使得薯条、薯片含油量更低、风味更多。