不同方式熟化马铃薯食用品质与加热均匀性分析

郭鑫，申慧珊，郑建梅，宋燕，郑倩娜，张国权*

西北农林科技大学食品科学与工程学院（杨凌 712100）

马铃薯富含淀粉、蛋白、维生素、矿物质、多酚等各类营养物质和生物活性成分，其主食产品拥有广阔的市场空间。国内外对马铃薯主食产品的研究主要集中在薯条、薯片及全粉制品上，对马铃薯整薯烘焙的研究较少。Pravisani等[1]以质构特性和中心温度为指标研究油炸薯条的最短油炸时间。Taniwaki等[2]利用仿牙探针对薯片的脆度进行试验，并对断裂点附近的力学和声学特性的相关性进行分析。王玺等[3]使用物性测定仪和电子鼻等研究马铃薯粉粒度对面包感官、质构和风味的影响。

马铃薯整薯烹饪的方法主要有红外烘焙、微波烘焙、汽蒸熟化、水煮熟化等。赖灯妮等[4]综述汽蒸、水煮、油炸、烘焙等烹饪方式对马铃薯的营养成分及生物活性物质的影响。Jansk[5]和王榛等[6]利用GC-MS对不同方式烹饪的普通马铃薯和紫色马铃薯的挥发性风味物质进行分析。苟敏[7]和Zhang等[8]分别对射频加热的紫薯片和苹果片的食用品质、酶活性、抗氧化活性和加热均匀性进行分析。试验探讨红外烘焙、微波烘焙、汽蒸熟化和水煮熟化对马铃薯感官品质及风味物质的影响，比较不同烹饪方式对马铃薯加热速率、水分损失、加热均匀性和微观结构的影响，为马铃薯主食产品深加工的熟化方式选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

“马尔科”马铃薯，乒乓球大小，单个质量50±5 g，产自湖北省恩施市，使用新鲜、无机械损伤、未发芽、形状规则的不去皮整薯。

1.2 仪器与设备

KWS1530X-H7R型红外烤箱（中国广东格兰仕有限公司）；X3-233A型微波炉（广东美的厨房电器制造有限公司）；GCMS-QP2010 Ultra型气相色谱质谱联用仪（日本岛津公司）；Ti 90型红外成像仪（美国Fluke公司）；Nano SEM-450型场发射扫描电子显微镜（美国FEI公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 熟化方式

对照：生马铃薯。红外烘焙：180 ℃，烤箱烘烤40 min。微波熟化：1 000 W，微波熟化5 min。汽蒸熟化：常压汽蒸30 min。水煮熟化：常压水煮30 min。

1.3.2 感官评价

10位食品专业学生采用观、闻、尝的方式对样品进行感官评定，按表1标准打分，取平均分。

表1 感官评价标准

1.3.3 风味物质[7,9]

使用SPME-GC-MS进行测定，准确称取4 g马铃薯，分别置于20 mL顶空瓶中，45 ℃条件下平衡30 min，顶空吸附30 min，解吸5 min。

GC条件：DB-1MS毛细管柱。载气（He），流速1.0 mL/min，不分流进样。升温程序：40 ℃保持3 min，以4 ℃/min升至120 ℃，保持4 min，以6 ℃/min升至240 ℃，保持4 min。MS条件：电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；扫描范围m/z35～500。采用NIST谱库检索，以保留指数为指标，进行化合物的定性，采用峰面积归一化法计算相对含量。

1.3.4 升温速率[7]

使用红外测温仪测定表面温度，使用热电偶测量内部温度。微波处理每0.5 min记录1次；红外、汽蒸、水煮处理每5 min记录1次。

1.3.5 水分损失

参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法。

1.3.6 加热均匀性[8]

加热均匀性由等温线图和加热均匀性指数λ进行评价。样品切成直径3 cm，厚度1 cm的圆片，用红外热成像仪快速测定样品的温度分布，摄像头与样品之间的距离保持约50 cm，数据导出后利用Origin 2018绘制等温线图。加热均匀性指数λ通过式（1）计算。

式中：σ和σ0分别是样品的最终温度和初始温度的标准偏差；μ和μ0分别是样品的最终和初始温度。

1.3.7 微观结构[10]

将冷冻干燥样品用双面胶固定，离子溅射镀金处理，使用扫描电子显微镜（SEM）进行观察，放大倍数800倍，操作电压5 kV。

2 结果与分析

2.1 食用品质评价

2.1.1 感官评分

由图1可知：不同方式熟化后马铃薯的感官综合评分差异显著（p＜0.05），综合评分排序为红外＞汽蒸＞水煮＞微波，与杨军林等[11]趋势基本一致。红外烘焙马铃薯外观相对完整，色泽金黄，口感松软均匀，组织细密，薯香浓郁。微波烘焙马铃薯外观皱缩变形，口感偏硬，风味较淡，这可能与微波加热使水分迅速挥发有关。汽蒸熟化与水煮熟化马铃薯具有最高水分，因此它们的外观形态和组织结构较好，风味较淡，口感略粘牙，能更好地保留生样的色泽。

图1 不同方式熟化后马铃薯感官评分

2.1.2 风味分析

由表2可知：不同方式熟化后马铃薯挥发性成分主要可以分为10类，分别是醛类、醇类、烃类、酯类、酮类、酸类、硫类、胺类、吡啶类、芳香类化合物，与Jansky[5]的结果相似。这些化合物对风味的贡献主要由其相对含量与本身阈值的比值决定[12]。

表2 熟化方式对马铃薯风味物质相对含量的影响 单位：%

生马铃薯可以检测出17种挥发性成分，醛类10种（75.96%）、醇类3种（21.23%）、烃类2种（1.32%）、酯类1种（0.76%）、酮类1种（0.74%），特征风味物质为甲硫基丙醛，呈浓郁马铃薯味和果蔬香[5,13]。红外、微波、汽蒸、水煮熟化后分别能检测到24，11，19和21种风味物质，共同趋势为醛类、醇类物质含量下降，其他挥发性成分含量上升，这可能是因为加热处理使脂质、糖类、蛋白质降解，促进美拉德反应发生[6,13-14]。红外烘焙温度最高，反应更彻底，因此风味最丰富且浓郁，3, 6-二甲基吡啶-2-甲酸使马铃薯拥有特殊的烘烤香[5]；微波熟化后风味物质种类最少且阈值高的烃类物质占总挥发性成分的61.63%，因此风味最淡[5,12]；汽蒸、水煮熟化后风味物质种类及含量相似，对醛类物质的保留率相对较高，因此有着相似的果蔬香味[15]。综合感官评分和挥发性物质的风味排序为红外＞汽蒸≈水煮＞微波。该结果与王榛等[6]研究结果相似。

2.2 加热特性分析

2.2.1 升温速率

经不同方式熟化后马铃薯内外最终温度均高于马铃薯淀粉糊化温度75 ℃，升温速度排序为微波＞水煮≈汽蒸＞红外，平均加热速率分别为16.81，3.18，3.16和2.46 ℃/min，该趋势与苟敏[7]研究结果一致。红外、汽蒸、水煮熟化过程中马铃薯平均表面温度大于内部温度，加热速率较低，这主要是因为它们都是通过热传导的方式从外而内加热，传热阻力较大。微波熟化属于介电加热，直接使水分子振动升温[16]，热量从内向外传导，因此平均内部温度大于表面温度，加热速率高。

2.2.2 水分损失

不同方式熟化的马铃薯水分变化差异显著，生马铃薯水分在79.35%左右，汽蒸和水煮熟化后，最终水分略有升高，分别达到80.06%和81.59%；红外烘焙是从外而内逐层加热，表面水分挥发后质地发生硬化，增加传质阻力，阻碍水分蒸发[7,17]，因此熟化完成后仍保留74.48%的水分；微波频率较高，穿透性强，水分子从内向外挥发迅速[17-18]，5 min后仅剩63.22%的水分。

2.2.3 加热均匀性

红外、微波、汽蒸、水煮熟化后马铃薯的加热均匀性指数λ分别为0.052，0.126，0.086和0.090，λ指数越小说明加热均匀性越好[8,19]，因此加热均匀性排序为红外＞汽蒸≈水煮＞微波。微波加热均匀性较差可能与马铃薯内部水分分布不均匀、微波炉内电场分布不均匀有关。

图2为不同方式熟化过程中马铃薯的等温线图。由图2（A，D，G和J）可知：红外、汽蒸、水煮3种熟化方式表面温度大于中心温度，说明它们是从外向内逐层加热；微波熟化中心温度大于表面温度，属于内源加热，热量从内向外传导。由图2（B，E，H和K）可知：微波、汽蒸熟化过程中等温曲线呈均匀的同心环，温度分布均匀，这可能是因为微波的强穿透性和水蒸气的高渗透性[17]；与此相反，红外线穿透性和液态水的渗透性都相对较弱，因此红外、水煮熟化过程中温度分布不均匀。由图2（C，F，I和L）可知：汽蒸、水煮熟化完成后温度分布均匀；红外烘焙表面温度仍显著更高；微波熟化完成后温度分布均匀性变差，这可能与水分大量蒸发有关。

图2 不同方式熟化过程中马铃薯的等温线图

2.2.4 微观结构

从图3可以看出：马铃薯薯肉的微观结构均呈多孔状。生马铃薯的多孔结构表面均匀分布着大量圆形淀粉颗粒[11]，熟化后的马铃薯只能看到蜂窝状的网络结构，这是因为淀粉颗粒经熟化处理后被糊化解体[20]。红外处理后马铃薯的微观结构呈现相对规则完整的网络结构，说明红外加热有较好的加热均匀性和较少的水分损失。微波处理后马铃薯的网络结构上出现大量分子孔穴，可能是因为微波频率较高，使水分子剧烈震荡加热，损失大量水分的同时对网状结构造成巨大破坏[21]，均匀性较差。汽蒸熟化和水煮熟化后马铃薯的网络结构被糊状物覆盖，可能是因为淀粉颗粒充分与水接触、糊化完全、溶胀粘结在一起[10]。

图3 不同方式熟化后马铃薯的微观结构扫描电镜图（800×）

3 结论与展望

红外烘焙马铃薯感官品质最好，风味浓郁，升温速率较低，加热均匀性好；汽蒸、水煮熟化马铃薯感官品质较好，风味较淡，能有效保留马铃薯的水分，加热速率和均匀性适中；微波烘焙样品感官评分最低，风味最差，升温最快，加热均匀性最差。综合考虑马铃薯的食用品质和加热特性，红外烘焙优于水煮和汽蒸，显著优于微波。后续可以考虑将熟化后的马铃薯进行包装与贮藏，研究杀菌方法、贮藏方式对熟化后马铃薯食用品质、营养物质、安全品质、老化品质的影响，进一步延长熟化马铃薯的货架期，为工业化生产提供参考。