不同烹饪方式对淮山结构和糊化性质的影响

彭军炜，邹金浩，苏小军，李清明,*

（1.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省商业技师学院烹饪旅游学院，湖南 株洲 412000）

淮山是我国传统的药食同源食物，营养丰富且烹饪方式多样，不同的烹饪方法对淮山的色泽、风味、质构和营养成分等都会产生不同的影响[1-2]，许多学者针对蔬菜烹饪过程中感官品质，营养成分和功能活性的变化开展了深入的研究。彭燕等[3]研究了漂烫、蒸、微波、炒4 种烹饪方法对本芹和西芹感官品质和营养品质的影响，发现蒸能够更好地保持芹菜脆性和绿色色泽等感官品质。孟天真等[4]研究发现炒、烧、炸、蒸、焯等不同烹饪方式对马铃薯中的抗性淀粉及主要营养物质含量的影响存在很大差异。李葵花等[5]研究了常压水煮、压力水煮、微波和油炸等烹饪方式对3 种马铃薯抗氧化活性和多酚类物质的影响，结果表明，微波处理能较好地保持马铃薯的抗氧化活性和多酚类物质的含量。Damir等[6]通过扫描电子显微镜观察了烫漂和烤制对红薯微观结构的影响，发现烹饪后红薯淀粉颗粒破损变形，淀粉发生糊化。高振江等[7]研究了加热温度与马铃薯淀粉粒结构变化及食用口感的关系，认为当温度达到95 ℃时，马铃薯口感才能达到最佳。但目前关于烹饪处理对蔬菜中淀粉糊化性质的影响鲜见报道。淮山作为高淀粉含量的蔬菜，其淀粉相对含量高达56.3%～85.3%（以干质量计）[8]，在烹饪过程中，淀粉的糊化对淮山的质构品质具有重要影响。因此，本实验以淮山为材料，分别采用蒸制、煮制、炒制、微波加热4 种方式对淮山进行烹饪处理，考察不同烹饪方式对淮山质构、结构和糊化性质的影响，以期为淮山的科学合理烹饪提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘小白嘴’淮山 株洲市大润发超市。

KBr 上海国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TA.XT Plus物性测试仪 英国Stable Micro Systems公司；JSM-6380 LV扫描电子显微镜 日本电子株式会社；Frontier型傅里叶变换红外光谱仪 美国Perkin Elmer公司；X射线衍射仪 日本岛津公司；Fz102微型植物粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；RVA TECMASTER快速黏度分析仪 瑞典Perten公司。

1.3 方法

1.3.1 原料处理

淮山去皮后清水洗净，切成2 mm厚的淮山片，随后置于清水中以防变色，烹饪前捞出沥水备用，根据前期预备实验结果确定各烹饪处理条件。4 种烹饪方式：炒制，将单柄锅洗净，于电磁炉（功率500 W）上加热，加入植物油25 g，烧热后放入淮山350 g进行炒制，煸炒4 min时放盐调味，继续炒制9 min；蒸制，取350 g淮山样品，加适量盐、油拌匀后，放入小瓷碗中，用保鲜膜密封好后，放入上汽的万能蒸烤箱内，温度设置为110 ℃、蒸制11 min；煮制，将单柄深锅洗净，于电磁炉（功率500 W）上加热，放入适量植物油、食盐、纯净水1 300 mL，水烧沸后放入350 g淮山煮制，加热11 min；微波烹饪，取350 g淮山样品，加入150 mL纯净水、5 g盐拌匀，在微波炉（350 W）中密封条件下，加热6.5 min。以新鲜淮山为对照，进行真空冷冻干燥，一部分干燥后的淮山片用于扫描电子显微镜分析，其余粉碎成淮山粉，用于傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和糊化性质测试。

1.3.2 质构分析

对新鲜和经烹饪处理的淮山片采用TDT测试法进行质构测定，每组样品测定5 次取平均值。参数设置为测前速率5 mm/s、测中速率5 mm/s、测后速率5 mm/s、第一次压缩应变10%、第二次压缩应变50%、间隔时间5 s。

1.3.3 扫描电子显微镜观察

将新鲜和经烹饪处理的淮山片经真空冷冻干燥、表面喷金处理后利用扫描电子显微镜进行观察、拍照，电压15 kV，放大倍数100、2 000 倍。

1.3.4 傅里叶变换红外光谱分析

取100 mg左右的KBr于玛瑙钵中研碎，加入约1 mg样品，研匀，压片，利用傅里叶变换红外光谱仪对样品在400～4 000 cm-1范围内进行扫描。

1.3.5 X射线衍射分析

将淮山粉末（粒度小于200 目）压片后，用X射线衍射仪测定样品的结晶结构。测试条件为扫描速率5（°）/min；扫描范围5°～80°；扫描方式为连续；步宽0.02°；靶材Cu靶；管压40 kV；管流30 mA；发散狭缝、防发散狭缝和接受狭缝宽度分别为1.0、1.0、0.3 mm。

1.3.6 糊化性质分析

准确称取（3.50±0.01）g冷冻干燥后的淮山粉，采用快速黏度分析仪测试。960 r/min搅拌10 s后保持160 r/min至实验结束。以初始温度50 ℃保持1.4 min后以10 ℃/min升温至95 ℃，保持2.4 min，再以12.5 ℃/min将温度降到50 ℃后保持2 min。

1.4 数据统计与分析

每种烹饪方式重复3 次，数据分析采用SPSS 21.0软件对数据进行统计分析，采用Duncan检验法进行显著性分析，采用Origin 8.0和Excel软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同烹饪方式对淮山质构的影响

质构是淮山的重要品质指标之一，对经不同烹饪处理的淮山进行质构分析，结果见图1。经不同烹饪处理淮山的硬度和咀嚼性存在显著差异（P＜0.05）。烹饪处理后，淮山样品的硬度均显著降低（P＜0.05），降低幅度依次为水煮（82.00%）＞清蒸（78.73%）＞热炒（72.98%）＞微波（69.80%）。与本研究结果相似，马铃薯等淀粉含量较高的蔬菜经蒸煮后的硬度显著降低（82.7%～97.3%）[9]，远高于芹菜（15.58%～28.98%）[3]等蔬菜，这可能与其中淀粉的糊化有关。

图1 不同烹饪方式对淮山质构的影响Fig.1 Effect of different cooking methods on texture of Chinese yam tubers

经微波烹饪后，淮山咀嚼性显著提升（P＜0.05），提升幅度高达90.18%。而水煮和清蒸淮山的咀嚼性则呈显著降低趋势（P＜0.05），与新鲜淮山相比，分别下降了79.91%和43.04%。热炒淮山的咀嚼性与新鲜淮山相近，变化不显著（P＞0.05）。Paciulli等[10]研究报道，胡萝卜经水煮、蒸制和微波烹饪处理后硬度显著降低。鲍诗晗等[11]研究发现，炒制胡萝卜的咀嚼性远高于蒸、煮等加工方式。杨烨等[12]的研究亦表明，微波熟化甘薯的咀嚼性远高于蒸、煮等加工方式。这可能是热炒和微波烹饪时水分散失速率快，限制了淀粉颗粒的膨胀与破裂，导致咀嚼性增大[13]。

2.2 不同烹饪方式对淮山微观结构的影响

通过扫描电子显微镜观察新鲜淮山和经不同烹饪处理淮山的微观结构，结果如图2所示，新鲜淮山呈现典型的淮山微观结构，其中蜂窝状的细胞结构清晰可见，淮山淀粉紧密排列其中。由图2A2可知，淮山淀粉呈椭球形，表面光滑，直径约为10～20 μm，表面附有絮状物质（箭头所示），这与赵小梅等[14]观察到的桂淮系列淮山淀粉结构相似。

微波烹饪与清蒸、水煮、热炒烹饪淮山的微观结构存在很大差异，经微波烹饪淮山的内部结构较紧密，蜂窝状细胞结构基本完整，可以观察到大量完整的淀粉颗粒，但淀粉颗粒表面可观察到明显的裂纹（图2B2箭头所示）。清蒸、水煮和热炒处理淮山样品的糊化程度较高，淀粉颗粒已基本糊化，观察不到完整的淀粉颗粒。其原因是微波烹饪时，样品的水分含量迅速降低，水分不足限制了淀粉的糊化，而清蒸和水煮均属于湿热加工，烹饪时为淀粉糊化提供了充足的水分，因此微波烹饪的淮山中淀粉的糊化程度远低于清蒸和水煮。Tian Jinhu等[15]的研究表明，水煮的马铃薯淀粉颗粒吸水溶胀，淀粉糊化较完全，而微波处理后的马铃薯淀粉颗粒的细胞壁结构较为完整。杨军林等[16]也得到类似的研究结果，微波熟化后的马铃薯淀粉颗粒破坏较小，结构较均匀，而水煮熟化后的淀粉颗粒破坏最为严重，Bordoloi等[17]认为水煮时淀粉颗粒充分与水接触发生溶胀造成其破裂。微波烹饪时淀粉颗粒未发生严重破裂，但淮山中淀粉会吸水而发生轻微膨胀，使淀粉颗粒呈现出现明显的裂纹。微波烹饪使得淮山淀粉颗粒排列变得更加紧密，使其咀嚼性显著增大。Romano等[18]对6 个不同品种的马铃薯进行了水煮、烘烤和油炸烹饪处理，结果发现烹饪后马铃薯淀粉颗粒由于吸水和淀粉糊化而膨胀，并且细胞壁受到破坏。

图2 不同烹饪方式处理的淮山扫描电子显微镜图Fig.2 Scanning electron microscopic photographs of Chinese yam tubers cooked by different methods

2.3 不同烹饪方式对淮山短程有序结构的影响

傅里叶变换红外光谱能检测出淀粉短程有序结构的变化，常用于淀粉分子结构的分析。新鲜淮山以及4 种不同烹饪处理的淮山的傅里叶变换红外光谱结果如图3所示，4 种不同烹饪处理的淮山与新鲜淮山的傅里叶变换红外光谱波形基本一致，但在吸收峰的位置及强度上存在差异。与其他烹饪方式相比，热炒处理的淮山在2 927、2 850 cm-1和1 742 cm-1附近的峰强度明显增大，且在3 010 cm-1处出现了新的峰，这是食用油中含有大量的—CH2（2 927、2 850 cm-1）和C＝O（1 742 cm-1）所致。不同烹饪处理的淮山原始傅里叶变换红外光谱差异较小，故对其进行二阶导数处理[19]，结果如图3B所示，新鲜淮山和4 种不同烹饪方式的二阶导数图谱表现出很大的差异，主要表现为新鲜淮山在808 cm-1和828 cm-1处为双峰，清蒸处理的淮山在990 cm-1和992 cm-1处为双峰，水煮处理的淮山在1 413 cm-1和1 426 cm-1处为双峰，微波处理的淮山在778 cm-1处出现肩峰。

图3 不同烹饪方式淮山的傅里叶变换红外光谱图（A）和二阶导数傅里叶变换红外光谱图（B）Fig.3 Fourier transform infrared spectra (A) and secondary derivative Fourier transform infrared spectra (B) of Chinese yam tubers cooked by different methods

在1 300～800 cm-1范围存在3 个主要的特征吸收峰，分别位于995、1 022 cm-1和1 045 cm-1处。其中1 045 cm-1和1 022cm-1处的峰强度分别反映淀粉的有序结构和无定形结构变化程度，995 cm-1处的峰与单螺旋晶体结构密切相关。1 045 cm-1与1 022 cm-1处峰强度比（R1045cm-1/1022cm-1）和1 022 cm-1与995 cm-1处峰强度比（（R1022cm-1/995cm-1）分别反映淀粉分子的有序程度和无序程度[20]。参照满建民等[21]的方法，通过OMNIC软件对各烹饪处理的淮山的R1 045 cm-1/1 022 cm-1和R1 022 cm-1/995 cm-1进行计算，结果见表1。从表1中可以看出，各烹饪处理淮山的R1045cm-1/1022cm-1为0.755～1.375，其中新鲜淮山的R1045cm-1/1022cm-1最高，为1.375。经烹饪处理后，淮山的R1045cm-1/1022cm-1均大幅度降低，其中清蒸淮山的R1045cm-1/1022cm-1最低，为0.755，这说明在经烹饪处理后，淮山中淀粉的有序结构受到不同程度的破坏，这与扫描电子显微镜观察到的糊化现象一致。李涛等[22]的研究结果亦表明，压热和湿热处理会使淮山中淀粉的有序结构受到破坏，从而使R1 045 cm-1/1 022 cm-1减小。R1 022 cm-1/995 cm-1的变化规律与R1 045 cm-1/1 022 cm-1相反，新鲜淮山的R1 022 cm-1/995 cm-1最低，仅为0.696。经烹饪处理后，各淮山的R1022cm-1/995cm-1均大幅度增加，其中清蒸淮山的R1022cm-1/995cm-1达到最高，为1.115。这说明烹饪处理后，淮山中淀粉分子的有序结构被破坏，使得其无序程度增加，清蒸处理的淮山中淀粉分子的无序程度增加最高。

表1 不同烹饪处理淮山的红外光谱吸收峰强度比Table 1 Infrared absorption peak intensity ratios of Chinese yam tubers cooked by different methods

2.4 不同烹饪方式对淮山结晶结构的影响

X射线衍射常用来研究淀粉的结晶结构，根据衍射曲线上的不同衍射特征，可将淀粉分为A、B、C 3 种晶型[23]。参照陈翠兰[24]的方法，通过MDI Jade软件对新鲜淮山以及经不同烹饪处理淮山的结晶度进行计算，结果如图4所示，新鲜淮山在2θ为15°、17°、23°处有3 个明显的特征峰，在2θ为5.6°处有一个较弱的特征峰，因此可以归属为C型淀粉。经不同烹饪处理后，各淮山中淀粉的峰强度和峰位置发生了一定程度的变化。其中清蒸淮山的特征峰变化最明显，表现为在2θ为5.6°、15°、17°、23°处的特征峰几乎消失不见，在2θ为31.8°、45.5°处出现了较为明显的特征峰。微波处理淮山的特征峰变化不大，仅仅是各特征峰的峰强度略微降低和峰位置发生了微小的偏移。水煮和热炒淮山的特征峰变化情况相似，表现为在2θ为23°处的强特征峰消失，在2θ为22°和24°处出现两个较弱的特征峰。不同烹饪处理淮山的特征峰发生不同的变化，说明不同烹饪处理对淮山中淀粉结晶结构的破坏程度不一。

由图4可知，新鲜淮山的结晶度最高为32.22，经烹饪处理后淮山的结晶度均降低，这说明不同的烹饪处理会破坏淮山中淀粉的结晶结构。Chen Xuetao等[25]研究发现，经热烫处理后，干燥制得的淮山粉结晶度下降，且随干燥温度升高，结晶度降低。由于加热方式和条件的不同，不同烹饪处理淮山结晶度的下降程度不同，其中清蒸淮山结晶度下降程度最高，其结晶度为18.97，微波处理淮山的结晶度下降程度最低，其结晶度为28.50，这与傅里叶变换红外光谱反映的结果一致。X射线衍射测定的结晶度和傅里叶变换红外光谱测定的R1045cm-1/1022cm-1结果均反映了不同烹饪处理对淮山中淀粉的结晶结构破坏程度不同，在一定程度上还可以反映各烹饪处理淮山中淀粉的糊化程度不同，即淮山中淀粉的结晶度和R1045cm-1/1022cm-1下降程度越高，烹饪处理对淮山的结晶结构的破坏程度越高，淮山中淀粉的糊化程度越高。

图4 不同烹饪处理淮山的X射线衍射曲线Fig.4 X-ray diffraction curves of yam tubers cooked by different methods

2.5 不同烹饪方式对淮山糊化性质的影响

通过快速黏度分析仪测定了新鲜淮山与4 种不同烹饪处理淮山的糊化性质，结果见表2。各淮山样品的糊化性质差异显著。新鲜淮山的糊化温度为83.15 ℃，微波烹饪淮山的糊化温度（87.15 ℃）显著升高，而其他烹饪处理淮山的糊化温度显著降低（63.37～67.37 ℃）。不同的烹饪方式使淮山的糊化温度发生不同的变化，这与其加热传热方式的不同有关。糊化温度高说明糊化时能量消耗大，淀粉结构较稳定，这与扫描电子显微镜反映的微波处理淮山结构较紧密的结果一致。Falade等[26]研究发现，新鲜淮山（Abuja和Efuru）的糊化温度分别为82.9 ℃和87.6 ℃，经不同方式干燥后，Abuja的糊化温度升高，而Efuru的糊化温度降低。Wahab等[27]对Dioscorea rotundata poir、Dioscorea cayenesis、Dioscorea alata和Dioscorea dumetorum4 种淮山进行70 ℃热烫15 min，随后60 ℃烘干粉碎，利用快速黏度分析仪测得其糊化温度为69.9～88.4 ℃。经50、60 ℃和70 ℃干燥的Amorphophallus paeoniifolius和Gajendra淮山粉的糊化温度范围为87.9～94.3 ℃，且糊化温度随着干燥温度升高而升高[28]。这说明淮山的糊化温度不仅与加工方式密切相关，还与其品种有很大的关系。本实验所用淮山表现出了高糊化温度和高黏度的糊化特性，这与前人的研究结果[26]一致。

表2 不同烹调方法对糊化特性的影响Table 2 Effect of cooking methods on pasting characteristics of yam tubers

不同烹饪处理的淮山的峰值黏度为1 595.00～4 897.00 cP，水煮、微波和清蒸处理后，峰值黏度较新鲜淮山均显著升高，水煮烹饪处理淮山的峰值黏度最高，较新鲜淮山约升高了158%，而热炒淮山的峰值黏度则显著降低。不同烹饪处理的淮山的谷值黏度、最终黏度分别为1 539.33～3 305.00 cP和2 079.33～4 687.00 cP，其变化规律与峰值黏度基本一致，均表现为水煮、微波和清蒸烹饪处理后，其值较新鲜淮山显著升高，而热炒烹饪淮山则呈降低的趋势。Falade等[26]认为在烹饪和热烫处理过程中，会发生一定程度的预糊化，从而导致峰值黏度和谷值黏度降低，但‘Gbangi’品种淮山在蒸煮后表现出了更高的峰值黏度，这表明烹饪对峰值黏度和谷值黏度的影响还与淮山本身的性质有关。苏小军等[29]研究发现，热处理使淮山熟全粉的峰值、谷值以及最终黏度呈下降的趋势，与本实验热炒烹饪淮山的分析结果一致。不同烹饪处理对淮山崩解值的影响存在显著差异，其范围为55.67～1 592.00 cP。水煮烹饪处理淮山的崩解值最高，约为新鲜淮山的7 倍，说明水煮烹饪后淮山的热糊稳定性变差，凝交性变强，易回生。而微波、热炒和清蒸烹饪处理后，崩解值较新鲜淮山均有显著降低，表明经微波、热炒和清蒸烹饪方式处理后，淮山的热糊稳定性增强。回生值反映了淀粉的冷糊稳定性和回生程度，一定程度的回生可以使淀粉基食品更容易成交[30]，回生值越大，产品的老化速率越快。4 种烹饪方式处理的淮山的回生值均比新鲜淮山高，说明其冷糊稳定性较差。不同烹饪处理的淮山回生值为474.33～1 382.00 cP，水煮烹饪处理的淮山回生值最高，高于新鲜淮山191%，说明水煮烹饪处理促进了淀粉分子的重新聚合，加快了淀粉的老化与回生。微波、热炒和清蒸烹饪方式处理后，回生值较新鲜淮山变化不显著。

3 结 论

本实验探讨了不同烹饪方式对淮山质构品质、微观结构、短程有序结构、结晶度和糊化性质的影响规律，解析了烹饪处理淮山结构、糊化性质和质构品质间的关系。结果表明，不同烹饪处理对淮山的质构品质、结构性质和糊化性质具有显著影响。清蒸、水煮和热炒等烹饪方式通过高温和水分子的作用使淮山中淀粉糊化，并降低其结晶度和短程有序度，从而导致糊化温度降低、咀嚼性下降。微波烹饪处理样品因水分含量快速降低，烹饪后淮山中淀粉颗粒结构完整，糊化程度低，结晶度和短程有序度降低幅度小于其他烹饪方式，微波烹饪后糊化温度和咀嚼性增大，降低了冷糊稳定性。综上，本研究的开展有助于进一步了解烹饪过程中淮山质构品质变化机制，可为今后淮山科学烹饪提供理论依据。