基于不同粉碎程度的紫色马铃薯生全粉理化及粉体特性

许佳林1,2,温靖1,任国谱2,徐玉娟1,吴继军1,余元善1,李丽辉2,彭健1*

1(广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业农村部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室,广东 广州,510610)2(中南林业科技大学 食品科学与工程学院,湖南 长沙,410004)

摘 要 为了探究粉碎程度对紫色马铃薯生全粉品质的影响,研究了不同超微粉碎时间(1、3、5 min)制备的超微薯粉理化及粉体特性。结果表明,超微粉碎能显著降低薯粉粒径,超微粉碎时间为1 min时,薯粉的粒径降低至54.23 μm,随着超微粉碎时间的延长粒径不断减小,粒径均匀度增加,当超微粉碎时间为达5 min时,薯粉粒径降低至39.17 μm,比表面积增大至240.67 m2/kg,为粗粉的2.62倍。超微粉碎后紫色马铃薯粉的L*值、a*值、持油性、溶解度、膨胀度、滑角、休止角、淀粉含量和糊化焓升高,b*值、持水性、堆积密度、振实密度降低,花色苷种类及含量、血糖生成指数和回生焓无显著性差异;随着粉碎时间的延长,薯粉的L*值、a*值、滑角、淀粉含量和糊化焓继续升高,b*值和振实密度则持续降低。总体而言,超微粉碎能显著改变紫色马铃薯生全粉的理化及粉体特性,以超微粉碎1~3 min薯粉品质较佳。该研究结果可以为紫色马铃薯生全粉及相关产品的开发提供技术支撑。

关键词 紫色马铃薯生全粉;超微粉碎;理化性质;微观结构

紫色马铃薯,又称黑土豆、黑洋芋等,是源自于南美洲的一种具有独特遗传特性和经济价值的马铃薯品种[1]。据2020年FAO统计报告显示,全世界马铃薯种植面积1 649万亩,年产量达35 907万t,我国马铃薯年产量超7 000万t,居世界第一[2]。而紫色马铃薯有较普通马铃薯更为鲜艳的色泽及美味的口感,具有广泛的利用价值[3]

紫色马铃薯花青素含量丰富,有抗菌、抗炎症、降血脂、延缓衰老以及抗癌等生理功能,被广泛应用于食品、医用保健品及化妆品[1, 4]。然而新鲜的紫色马铃薯水分含量较高,不便储存及运输,将紫色马铃薯加工成薯粉不仅能够实现马铃薯的高效储运,还可将薯粉作为原料加工成丰富多样的食品。研究表明,以马铃薯粉替代面粉,可生产出品质良好的面包和馒头[5-6];添加有紫色马铃薯生全粉的面条口感劲道、光滑、不易断条[7],备受消费者喜爱。

目前,市售马铃薯全粉以“马铃薯雪花全粉”和“马铃薯颗粒全粉”为主,这类薯粉需要经熟化处理,易导致紫色马铃薯中花青素降解,营养物质流失,将其加工成生全粉能更好保持马铃薯的风味及营养活性成分[8]。而不同粉碎程度对果蔬粉理化特性、营养品质均具有一定影响,超微粉碎能显著增加肉苁蓉粉的比表面积,促进苯乙醇苷等活性物质溶出率[9];还能降低荞麦淀粉相对结晶度并降低黏度[10]。有研究报道,随着马铃薯粉粒径的减小其溶解度和膨胀度增加,淀粉结晶度和分子质量会显著降低,糊化特性改变且血糖生成指数(glycemic index,GI)升高[11-12]。目前,对于紫色马铃薯粉的研究多集中在干燥工艺以及粉体的应用探讨[1,13],不同粉碎程度对紫色马铃薯粉品质和粉体特性的影响规律尚不明确,本研究通过热风干燥和超微振动磨制备不同粉碎程度的紫色马铃薯生全粉,系统探究了不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉粒径、色泽、微观结构、粉体行为特性、花色苷含量及体外消化特性的影响,旨在为紫色马铃薯生全粉制备和相关新产品开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫色马铃薯由广东省农业科学院作物研究所提供,品种为“黑金刚”。

α-猪胰淀粉酶、淀粉转葡萄糖苷酶,上海源叶生物科技有限公司;3,5-二硝基水杨酸,天津市富宁精细化工有限公司;其他试剂均为国产色谱纯或分析纯。

1.2 仪器与设备

101-3ARS电热鼓风干燥箱,上海利恒实业发展有限公司;BJ-200高速多功能粉碎机,德清拜杰电器有限公司;UV-1900i紫外-可见分光光度计、LC-20AT高效液相色谱仪,日本岛津公司;S-3700N电子显微镜,日本日立公司;DSC214差示扫描量热仪,德国耐驰公司,XDW-6B低温振动超微粉碎机,济南达微机械有限公司;MASTERSIZER 3000激光粒度仪,英国马尔文帕纳科公司;Ultra Scan VIS全自动色差仪,美国亨特利公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫色马铃薯生全粉制备

挑选新鲜的紫色马铃薯,清洗后去皮,切成3 mm厚片,平铺于托盘中以65 ℃热风烘干至标准含水量以下,粉碎过40目筛后获得粗粉(CU);将粗粉分别采用超微振动磨粉碎,设置打粉腔内温度15 ℃,粉碎时间1、3和5 min,获得不同超微粉碎程度的紫色马铃薯生全粉,粉体样品于4 ℃保存备用。

1.3.2 水分含量及水分活度

紫色马铃薯生全粉水分含量参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》直接干燥法测定,水分活度使用水分活度仪测定。

1.3.3 色泽

色泽采用色差仪测定紫色马铃薯生全粉色差值,每个样品重复5次取平均值。

1.3.4 粒径

采用激光粒度仪测定紫色马铃薯生全粉粒径分布,结果用D10D50D90和离散度表示,其中离散度的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:Span,样品离散度,D10D50D90分别为粒度体积分布10%、50%、90%所对应的直径。

1.3.5 微观形貌观察

通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察紫色马铃薯生全粉的形态,将不同粉碎程度的紫色马铃薯生全粉在真空条件下分别进行离子溅射喷金,随后放入电镜样品室,抽真空后打开电压,在5 kV的工作电压对样品进行形貌观察,分别在放大100、300和500倍下拍摄图片。

1.3.6 堆积密度与振实密度

参考NUGRAHENI等[14]的方法。堆积密度测定方法:取质量为m的10 mL刻度量筒,将紫色马铃薯粉装至量筒10 mL刻度线,记录样品与量筒总质量m1,堆积密度的计算如公式(2)所示:

堆积密度

(2)

振实密度测定方法:精确称量质量为10 g紫色马铃薯生全粉,装入25 mL量筒内,量筒下方放置橡胶垫减震,小幅振荡均匀至刻度不再下降,记录此时样品体积V,振实密度的计算如公式(3)所示:

振实密度

(3)

1.3.7 滑角与休止角

参考ZHANG等[15]的方法。休止角测定方法:准确称取20 g紫色马铃薯生全粉放置在水平漏斗中,垂直下落,测量形成锥体的半径(R)和锥体高度(H),休止角按公式(4)计算:

休止角

(4)

滑角测定方法:将一端固定长(L取50 cm)的玻璃板水平置于桌面上。准确称取5 g紫色马铃薯生全粉置于玻璃板上,然后缓慢抬起玻璃板直至粉体开始滑动。记下此时玻璃板抬起的高度(H),滑角按公式(5)计算:

滑角

(5)

1.3.8 持水性与持油性

持水性(water-holding capacity,WHC)与持油性(oil-holding capacity,OHC)测定参考DONG等[16]的方法。取紫色马铃薯生全粉样品1 g,置于50 mL离心管中;加入10 mL蒸馏水或大豆油,于室温下混合均匀后静置2 h;后于10 000 r/min离心10 min,分离沉淀。使用差值法测定吸附水/油样品的重量。WHC和OHC计算如公式(6)和公式(7)所示:

(6)

(7)

式中:W1,称取干燥紫色马铃薯生全粉质量,g;W2W3,样品吸水或吸油后离心管中沉淀质量,g。

1.3.9 溶解度与膨胀度

溶解度(water solubility index,WSI)与膨胀度(swelling power,SP)测定参考CHENG等[17]的方法,称取0.1 g紫色马铃薯生全粉于50 mL离心管中,加入10 mL蒸馏水溶解,漩涡使其分散,于100 ℃下水浴振荡30 min,取出冷却后于4 200 r/min离心15 min,分离上清液至已干燥至恒重的干燥皿中,于105 ℃下干燥至恒重,紫色马铃薯生全粉的溶解度的计算如公式(8)所示;称量离心管中膨胀紫色马铃薯生全粉质量,膨胀度的计算如公式(9)所示:

(8)

(9)

式中:W0,称取干燥紫色马铃薯生全粉质量,g;W1,干燥皿质量,g;W2,恒重后干燥皿与溶解样品总质量,g;W3,离心管质量,g;W4,离心管与膨胀全粉总质量,g。

1.3.10 花色苷

参考于振等[18]的方法并稍作修改,取1 g紫色马铃薯生全粉样品,加入10 mL含1%盐酸的甲醇溶液(体积分数,下同),超声提取10 min,以4 000 r/min离心10 min,分离上清液,重复3次合并上清液,以1%盐酸甲醇定容至50 mL。

采用HPLC测定样品种花色苷种类和相对含量,色谱条件为:色谱柱Kinete LC Column-C18(2.6 μm,4.6 mm×150 mm),流动相:A液为V(甲酸)∶V(水)=5∶95,B液为V(甲酸)∶V(水)∶V(甲醇)=5∶45∶50,进行梯度洗脱。样品梯度洗脱程序为:0~5 min,10%~40% B;5~16 min,40%~56% B;16~17 min,56%~60% B;17~35 min,60%~80% B;35~45 min,80%~80% B;45~50 min,80%~10% B。流速0.4 mL/min。柱温30 ℃,检测波长520 nm,进样量10 μL。

1.3.11 体外消化特性

1.3.11.1 总淀粉(total starch,TS)质量分数测定

游离葡萄糖质量分数测定方法参照赵晓燕等[19]的方法:将样品(1.00 g)和磷酸盐缓冲液(0.2 mol/L,pH 5.2)充分混匀后,在95 ℃下加热20 min,当温度下降至37 ℃后,将糊化的淀粉样品以5 000 r/min离心10 min,以DNS法测定样品中游离葡萄糖质量分数(free glucose,FG)。精确称取1.00 g粉碎好的样品,放入100 mL三角瓶中,加入15 mL蒸馏水和10 mL,6 mol/L HCl溶液,在沸水浴中水解30 min取出。待三角瓶中的水解液冷却后,用6 mol/L NaOH溶液中和至微红色,用蒸馏水定容至100 mL,过滤,取滤液10 mL,移入容量瓶定容到100 mL,均匀混合,以DNS法测定总淀粉质量分数。总淀粉质量分数的计算如公式(10)所示:

总淀粉质量分数

(10)

1.3.11.2 体外模拟淀粉水解与消化

参考SHENG等[20]的方法稍作修改,称取200 mg样品于50 mL离心管中,加入975 U猪胰α-淀粉酶(10 U/mg)和70 U淀粉转葡萄糖苷酶(100 U/mg),再添加10 mL缓冲溶液(0.1 moL/L醋酸钠与4 mmol/L CaCl2溶液,pH 5.0),混匀后以180 r/min在37 ℃下水浴振荡,在0、20、30、60、90、120、150、180 min取出0.5 mL酶解液,加入4.5 mL无水乙醇灭酶,用DNS法于540 nm处测定其葡萄糖含量,并以样品反应时间为横坐标,水解速率为纵坐标绘制淀粉水解曲线。淀粉水解率按公式(11)计算:

淀粉水解率

(11)

根据淀粉消化时间的不同,将前20 min内消化完的淀粉定义为快消化淀粉(readily digestible starch,RDS),将20~120 min内消化完的淀粉定义为慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS),120 min之后未消化的淀粉定义为抗性淀粉(resistant starch,RS)。RDS、SDS、RS计算如公式(12)(13)(14)所示:

(12)

(13)

RS=(TS-RDS-SDS)

(14)

式中:G20,淀粉水解20 min时产生的葡萄糖质量,mg;G120,淀粉水解120 min时产生的葡萄糖质量,mg;FG,游离葡萄糖质量分数;TS,总淀粉质量分数。

1.3.11.3 血糖生成指数

以淀粉水解曲线线下面积(hydrolysis curve area,ACU)计算紫色马铃薯生全粉的淀粉水解指数(hydrolysis index,HI),并以白面包淀粉水解率为参照计算样品GI值[21]。HI和GI计算如公式(15)和公式(16)所示:

(15)

GI=0.862HI+8.189

(16)

1.3.12 糊化特性与回生特性

参考SHEN等[22]的方法,将5 mg的样品与20 μL的去离子水混合,并在铝锅中密封,在25 ℃下平衡12 h,差示扫描量热仪(differential scanning calorimeter,DSC)程序设定如下:以10 ℃/min的速度从20 ℃加热到100 ℃,用一个密封的空平底锅作为空白参考,测量样品糊化特性。后于4 ℃下存放7 d以相同程序测量样品回生特性。

1.4 数据处理

采用Excel 2019、SPSS 27.0、Origin 2022软件对数据进行处理及分析。样品检测无特别说明,均重复3次,样品间的显著性差异检验用Duncan法(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉水分含量、水分活度及色泽的影响

如表1所示,随着粉碎时间的延长,紫色马铃薯生全粉水分含量略有升高,但无显著差异(P>0.05),水分活度则显著增加(P<0.05),这可能是由于超微粉碎过程中粉体在碾磨和剪切作用下,粉体破碎并且与空气充分混合,导致粉体吸收了空气中的水。

表1 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉水分含量、水分活度和色泽
Table 1 Effect of different crushing degrees on moisture content, water activity and color of purple potato powder

样品水分含量/%水分活度L∗a∗b∗CU8.44±0.17a0.456±0.003c52.97±0.86c9.98±0.34c-8.31±0.70a1 min8.49±0.16a0.459±0.002c54.57±0.16b10.99±0.35b-10.94±0.19b3 min8.62±0.13a0.464±0.002b55.77±0.41a12.22±0.33a-12.14±0.44c5 min8.65±0.08a0.468±0.002a56.72±0.58a12.41±0.27a-12.60±0.40c

注:表中不同小写字母表示同一列数值间差异显著(P<0.05)(下同)。

超微粉碎时间对紫色马铃薯生全粉色泽影响显著(P<0.05),粉碎时间越长L*a*值越大,表明薯粉会因粒径变小粉体色泽逐渐明亮且偏红(图1);b*值则随着粉碎时间延长越靠近蓝色,这可能是粉碎过程中马铃薯色素发生了分解与转化造成的[23]

a-CU;b-1 min;c-3 min;d-5 min

图1 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉样品
Fig.1 Products of purple potato powder at different crushing degrees

2.2 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉粒径分布的影响

如表2所示,超微粉碎能显著降低薯粉粒径,经1 min超微粉随后,其D10D50D90分别由粗粉的26.43、295.00、881.67 μm显著下降至16.47、54.23、180.67 μm,随着超微粉碎时间的延长D10由16.47 μm(1 min)显著下降至12.50 μm(5 min),D90由180.67 μm(1 min)显著下降至88.53 μm(5 min),而D50在超微3 min以后并无显著差异(P>0.05)。薯粉离散度呈现升高后下降的趋势,由未进行超微粉碎的2.90升高至超微1 min的3.03,后下降至超微3 min的2.04和5 min的1.94,这可能由于超微粉碎时间较短,薯粉颗粒部分破碎导致粉末大小颗粒并存,使得离散度升高[15]。粉体比表面积的大小与粒径紧密相关,经超微粉碎后薯粉比表面积显著增加,经1 min超微粉碎薯粉比表面积升高为粗粉样品的2倍,而经5 min超微粉碎后薯粉比表面积达240.67 m2/kg,是粗薯粉样品的2.62倍。粒径分布表明紫色马铃薯生全粉超微粉碎过程中随着粉碎时间的延长,粉末粒径逐渐变小且均匀化。

表2 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉粒径分布
Table 2 Effect of different crushing degrees on particle size of purple potato powder

样品D10/μmD50/μmD90/μm离散度比表面积/(m2/kg)CU26.43±0.68a295.00±16.52a881.67±29.28a2.90±0.03b91.77±3.66d1 min16.47±0.15b54.23±0.85b180.67±3.51b3.03±0.02a183.63±2.15c3 min13.20±0.10c41.80±0.40c98.47±1.45c2.04±0.01c228.13±2.00b5 min12.50±0.17d39.17±0.57c88.53±1.62d1.94±0.01d240.67±2.99a

2.3 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉微观形貌的影响

如图2所示,粗粉碎后的紫色马铃薯生全粉淀粉分子基本保持完整,粉末由多面体和不规则球状颗粒组成,表面附着的碎屑则主要是蛋白质、纤维和其他杂质[11]。当超微粉碎1 min后,淀粉分子开始被破坏,可看见碎裂的淀粉颗粒(如图中圈出),粉末中大小颗粒并存;当超微粉碎3 min后,淀粉分子破坏更为严重,粉末开始变得均匀;当超微粉碎5 min后,淀粉分子被严重破坏,蛋白质、纤维等物质附着于破碎的淀粉颗粒表面,粉末均匀度进一步提升。

a-CU 100×;b-CU 300×;c-CU 500×;d-1 min 100×;e-1 min 300×;f-1 min 500×;g-3 min 100×;h-3 min 300×;i-3 min 500×;j-5 min 100×;k-5 min 300×;l-5 min 500×

图2 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉扫描电镜图
Fig.2 Scanning electron microscope images of purple potato powder prepared by different crushing degrees

2.4 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉填充和流动性的影响

如表3所示,超微粉碎可显著改变薯粉的堆积密度和振实密度,经1 min超微粉碎后薯粉的堆积密度和振实密度由0.78×103 kg/m3和0.92×103 kg/m3分别下降至0.61×103 kg/m3和0.77×103 kg/m3,随着超微时间的延长,薯粉堆积密度和振实密度继续降低。果蔬粉的堆积密度和振实密度不仅与果蔬物料自身组分含量相关,与粉体粒径同样关系密切。一方面随着薯粉粒径的降低,粉体比表面积和孔隙度增加,导致相同体积薯粉质量减少,密度降低;另一方面在粉体超微过程中,导致淀粉粒子间发生摩擦,静电力和范德华力的影响导致小颗粒吸附于大颗粒上出现团聚,形成疏松大颗粒,薯粉密度减小[24-25]

表3 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉物理特性
Table 3 Effect of different crushing degrees on physical characteristics of purple potato powder

样品堆积密度/(×103 kg/m3)振实密度/(×103 kg/m3)滑角/°休止角/°CU0.78±0.11a0.92±0.03a41.56±1.06d39.47±0.75b1 min0.61±0.14b0.77±0.03b44.76±0.62c42.61±0.76a3 min0.57±0.15b0.74±0.01bc48.45±1.11b43.32±0.80a5 min0.56±0.14b0.71±0.02c54.19±1.47a44.53±0.91a

滑角与休止角是评价粉体流动性的重要指标,其数值越大,粉末流动性越差。不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉滑角和休止角的大小如表3所示,经超微粉碎后薯粉滑角和休止角明显增大,随着粉碎时间的延长,滑角持续增大由44.76°(1 min)显著增加到54.19°(5 min),休止角则超微1 min和5 min无显著差异(P>0.05)。滑角和休止角的增加一方面是因粉体粒径的减小,导致粉末内部黏聚组织暴露,颗粒间聚集力增强,从而增加了锥体稳定性[9, 26];另一方面是粉碎过程粉体碎裂,导致出现不规则粗糙面而增加了粉体间的摩擦,从而导致流动性变差。总体而言,不同超微粉碎薯粉的滑角均<55°,休止角均<45°,属于易流动粉末[27]

2.5 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉持水性和持油性的影响

如表4所示,薯粉经超微粉碎后持水性显著下降,持油性显著上升,超微粉碎1 min后,薯粉持水性由2.96 g/g降低到2.42 g/g,持油性则由2.19 g/g增加到2.39 g/g,这是由于超微粉碎使薯粉中纤维的空间结构被破坏,使粉末对水分子束缚能力下降,同时由于比表面积增大导致粉末孔隙率增加,从而增加了对油的吸附作用[25];而不同超微粉碎时间薯粉的持水性和持油性并无显著差异,这可能是因为经1 min超微粉碎后粉体粒径迅速变小,而后随着超微时间的变化,整体粒径变化不大。

表4 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉持水性、持油性、溶解度和膨胀度
Table 4 Effect of different crushing degrees on the WHC,OHC,WSI,and SP of purple potato powder

样品持水性/(g/g)持油性/(g/g)溶解度/%膨胀度/%CU2.96±0.05a2.19±0.04b31.87±1.51b13.35±0.65b1 min2.42±0.01b2.39±0.08a36.10±1.23a15.38±0.99a3 min2.43±0.03b2.43±0.05a36.17±1.27a15.76±1.41a5 min2.44±0.06b2.43±0.01a36.63±1.05a15.69±2.61a

2.6 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉溶解度和膨胀度的影响

如表4所示,紫色马铃薯生全粉经超微粉碎后溶解度和膨胀度均显著升高,超微粉碎1 min后,薯粉溶解度由31.87%增加到36.10%,膨胀度由13.35%增加到15.38%,这是由于比表面积的增大,淀粉分子被破坏使得淀粉晶体暴露在水中,导致更多亲水基团暴露,使粉末更容易溶于水并膨胀延伸,从而产生更大的体积[26, 28]。而不同超微粉碎时间的薯粉间溶解度和膨胀度并无显著性差异。

2.7 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉花色苷相对含量的影响

为探究超微粉碎对花色苷组分的影响,采用HPLC法对4种粉碎程度的紫色马铃薯生全粉的花色苷组分进行鉴定,色谱图如图3所示。色谱图中含有6个波峰,参考于振等[18]对紫色马铃薯花色苷种类的鉴定,推测1号峰为牵牛花素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷,2号峰为芍药素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷,3号峰为芍药素-3-葡萄糖苷,4号峰为飞燕草素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷和牵牛花素-3-咖啡酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷,5号峰为牵牛花素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷和牵牛花素-3-葡萄糖苷,6号峰为芍药素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷。上述花色苷相对含量如表5所示,总体而言,超微粉碎不会对花色苷种类和含量造成影响,这可能是因为整个超微粉碎过程均在15 ℃低温环境下进行,粉碎过程未发生花色苷的热降解;不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉主要波峰均为5号峰,为牵牛花素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷和牵牛花素-3-葡萄糖苷,相对含量高达67.48%~68.62%。

图3 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉液相色谱图
Fig.3 Effect of different crushing degrees on HPLC of purple potato powder

表5 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉花色苷各组分含量
Table 5 Effect of different crushing degrees on anthocyanins composition and content of purple potato powder

峰号物质名称保留时间/min相对含量/%CU1 min3 min5 min1牵牛花素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷14.091.13±0.02a1.09±0.13a1.12±0.02a1.05±0.07a2芍药素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷16.471.06±0.03a0.86±0.27a0.88±0.19a0.92±0.11a3芍药素-3-葡萄糖苷20.650.76±0.08a0.72±0.07a0.74±0.05a0.82±0.06a4飞燕草素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷和牵牛花素-3-咖啡酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷21.777.09±0.11a7.03±0.19a6.90±0.07a6.90±0.17a

续表5

峰号物质名称保留时间/min相对含量/%CU1 min3 min5 min5牵牛花素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷和牵牛花素-3-葡萄糖苷22.8667.81±1.21a68.62±1.18a68.21±2.02a67.48±1.40a6芍药素-3-p-香豆酰-芸香糖苷-5-葡萄糖苷25.2622.16±0.59a21.68±0.31a22.15±0.57a22.82±1.07a

注:表中不同小写字母表示同一行数值间差异显著,P<0.05。

2.8 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉淀粉消化的影响

如表6所示,超微粉碎可显著改变薯粉的淀粉含量和淀粉的消化情况,经超微粉碎后的薯粉TS、RDS和RS含量明显增加,随着粉碎时间延长,薯粉的TS、RDS和RS分别由53.10%、29.92%和16.52%(CU)增加至71.93%、42.20%和20.04%(3 min);值得一提的是,超微粉碎1 min后SDS含量由6.66%显著增加至11.00%,随后减少到8.88%(5 min)。TS、RDS和RS的增加是由于超微粉碎破坏了淀粉粒子结构,使得淀粉分子能更好地溶出、易被消化,但由于消化速率高于总淀粉增长速率,导致测定的SDS含量在超微1 min后含量逐渐下降[29]。总体而言薯粉各类淀粉含量超微3 min和5 min无显著差异(P>0.05)。

表6 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉淀粉种类和GI值
Fig.6 Effect of different crushing degrees on starch type and glycemic index of purple potato powder

样品TS/%RDS/%SDS/%RS/%HI/%GICU53.10±0.43c29.92±0.54c6.66±0.49c16.52±0.44c88.54±2.74a84.51±2.36a1 min67.12±0.22b37.72±0.09b11.00±0.18a18.39±0.25b89.46±2.62a85.31±2.26a3 min71.93±1.13a42.20±0.80a9.68±0.83b20.04±0.65a90.73±2.98a86.40±2.57a5 min70.48±0.63a42.25±0.73a8.88±1.01b19.35±1.08ab91.88±3.03a87.39±2.61a

经超微粉碎后薯粉GI值呈增加趋势(表6),由84.51(1 min)增加到87.39(5 min),但无显著差异(P>0.05)。根据国际食品关于GI值的分类,高于75即为高GI值食品,因此不同粉碎程度的紫色马铃薯生全粉均为高GI食品。GI值在超微粉碎1~5 min的变化与慢消化淀粉含量变化呈现负相关性,这是由于慢消化淀粉对葡萄糖的释放有着一定的抑制作用,能够稳定血糖,从而使得GI值降低[29]

2.9 不同粉碎程度对紫色马铃薯生全粉糊化和回生特性的影响

由表7可知,紫色马铃薯生全粉经超微粉碎后To值、Tp值呈下降趋势,超微3 min后To值和Tp值分别由CU样品的63.67和68.07 ℃降低至60.00和66.90 ℃。而经超微粉碎后,Tc值由73.84 ℃(CU)略升至75.37 ℃(5 min),ΔHg则由10.01 J/g显著升高至11.02 J/g。糊化温度的变化是由于超微粉碎破坏了淀粉晶体结构,使淀粉能更快溶胀形成糊状物,同样也使得支链淀粉被释放形成更稳定的结构,导致糊化焓的升高[29-30],在超微粉碎3 min后淀粉的糊化温度和糊化焓无显著差异(P>0.05)。而不同超微粉碎程度的薯粉之间回生焓和回升率无显著性差异。总体而言,超微粉碎1~3 min对紫色马铃薯生全粉的糊化和回生特性影响不显著。

表7 不同粉碎程度紫色马铃薯生全粉糊化特性
Table 7 Effect of different crushing degrees on gelatinization properties of purple potato powder

样品起始温度To/℃峰值温度Tp/℃终止温度Tc/℃糊化焓ΔHg/(J/g)回生焓ΔHr/(J/g)回生率R/%CU63.67±2.14a68.07±0.65a73.87±0.47ab10.01±0.15b2.06±0.08a20.61±0.77a1 min61.73±0.85a67.17±0.31ab73.30±0.46b10.04±0.27b2.03±0.06a20.19±0.67a3 min60.00±0.00b66.90±0.20b74.10±0.66ab10.79±0.29a2.09±0.10a19.35±0.86a5 min59.63±0.31b67.20±0.26ab75.37±0.95a11.02±0.25a2.17±0.07a19.78±0.48a

3 结论

紫色马铃薯生全粉经超微粉碎后,淀粉粒子遭到破坏,粉体粒径变小且随着粉碎时间的延长变得更为均匀、比表面积增大,色泽表现更为明亮。在理化性质方面,薯粉经超微粉碎后粉体堆积密度、振实密度下降,滑角、休止角上升,超微粉碎后粉体更为蓬松,虽流动性变差,但仍属易流动粉体。与粗粉对比,经超微粉碎的薯粉持水性下降,持油性、溶解度和膨胀度上升,即水结合能力变差,油结合能力增强,在水中溶解度和吸水后膨胀度有明显提升。随着超微粉碎时间的延长,薯粉TS、RDS和RS含量升高,薯粉在超微粉碎后更容易被消化,导致GI值略有上升但无显著性差异;同时,超微粉碎会导致糊化焓的升高,但不影响回生焓。综上所述,超微粉碎可显著改变紫色马铃薯生全粉粒径、色泽、填充性、流动性、持水性、持油性、溶解度、膨胀度和消化特性,但对其花色苷含量、糊化和回生特性并无显著影响,超微粉碎1~3 min薯粉总体品质较佳,长时间的超微粉碎会使得粉体加工性能与食用性能下降,实际生产中应根据需求来选择合适超微粉碎时间。

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Effect of different degrees of grinding on physicochemical properties and microstructure of purple potato

XU Jialin1,2, WEN Jing1, REN Guopu2, XU Yujuan1, WU Jijun1, YU Yuanshan1, LI Lihui2, PENG Jian1*

(Sericultural &Agri-food Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Guangzhou 510610, China)2(School of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

ABSTRACT To investigate the effect of grinding degree on the quality of purple potato raw powder, the physical and chemical properties of ultrafine potato raw powder with different grinding time (1, 3, 5 min) were analyzed.Results showed that ultrafine grinding could significantly reduce the particle size of potato powder.When the ultrafine grinding time was 1 min, the particle size decreased to 54.23 μm, and the particle size decreased with the extension of the ultrafine grinding time, and the particle size uniformity increased.After 5 min ultrafine grinding, the particle size of potato raw powder reached 39.17 μm, and the specific surface area increased to 240.67 m2/kg, which was 2.62 times higher than the potato raw powder without ultrafine grinding.Furthermore, the L*, a*, oil retention, solubility, expansion and enthalpy, slip and resting angle, starch content, and enthalpy of gelatinization of the potato raw powder were increased significantly after ultrafine grinding, while the b*, water retention, bulk density, and vibration density were decreased.Specifically, there were no significant differences in the types and contents of anthocyanins, glycemic index and enthalpy of regeneration.With the extension of crushing time, the L*, a*, slip angle, starch content and enthalpy of gelatinization increased, while the b* and vibration density were decreased.Overall, the physicochemical characteristics of purple potato raw powder would be regulated through ultrafine grinding, and the quality of potato raw powder ultrafine grinding for 1-3 min would be better.These results can provide technical support for the development of purple potato raw powder and its related products.

Key words purple potato raw powder;ultrafine grinding;physical and chemical properties;microstructure

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.036795

引用格式:许佳林,温靖,任国谱,等.基于不同粉碎程度的紫色马铃薯生全粉理化及粉体特性[J].食品与发酵工业,2024,50(15):256-264.XU Jialin, WEN Jing, REN Guopu, et al.Effect of different degrees of grinding on physicochemical properties and microstructure of purple potato[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(15):256-264.

第一作者:硕士研究生(彭健副研究员为通信作者,E-mail:pengjian19890807@163.com)

基金项目:广东省甘薯马铃薯产业技术体系创新团队项目(2022KJ111);十四五”广东省农业科技创新十大主攻方向“揭榜挂帅”项目(2023SDZG04);广东省农业科学院人才培养项目(青年导师制:R2020QD-032;青年副研究员:R2022PY-QF004;金颖之光:R2023PY-JG015);广东省农业科学院学科团队建设项目(202109TD)

收稿日期:2023-07-16,改回日期:2023-08-16