马铃薯是一种重要的粮食作物，同时具有粮食、蔬菜、水果等众多特点，是全球主要粮食作物之一，地位仅次于水稻、玉米和小麦[1]。马铃薯包含多种营养组分（淀粉、纤维素、脂质、蛋白质等[2]），淀粉是马铃薯中最重要的成分，不同马铃薯品种淀粉占干物质含量为57.91%～83.07%[3]。与其他淀粉作物相同，马铃薯粉及其淀粉均具有较丰富的功能特性，如糊化特性、抗凝沉性、冻融稳定性、胶黏性、成膜性等，可广泛应用于食品加工、造纸纺纱、化工医药、石油钻探等领域。
目前，有越来越多的学者对不同种类的马铃薯粉/马铃薯淀粉的品质进行研究，惠宇晴等[4]对我国11 种马铃薯全粉的理化性质进行分析，分析结果表明，采用相同的工艺制备出的不同品种马铃薯全粉由于直链淀粉含量之间的差异，理化性质存在显著不同，分别适用于煎炸食品、糕点制品及脂肪类制品等领域。陈玲等[5]研究了10 种马铃薯淀粉的直链淀粉含量、分子量、晶体结构，发现不同品种马铃薯淀粉不同层次结构的差异与直链淀粉含量有密切关系，为开发专用马铃薯淀粉提供了基础研究数据。王丽等[3]用相关性分析、主成分分析、聚类分析及遗传多样性分析等手段比较我国不同产区马铃薯栽培品种的主要品质性状，发现淀粉含量的遗传多样性高，总糖含量的遗传多样性低，有近一半的品种适合加工油炸食品。有学者通过分析研究11 种马铃薯淀粉的颗粒形貌、热特性、黏度特性和流变特性，得出不同马铃薯淀粉的微观结构、糊化特性以及热力学特性存在显著差异，进一步说明淀粉的结构特性是影响淀粉理化特性的决定因素[2]。不同种类的马铃薯粉/淀粉性质之间存在差异，因此，为使不同品种的马铃薯粉/淀粉更好地进行特定应用，对其进行深入的研究具有重要意义。
本研究选取的陇薯7 号、陇薯10 号、陇薯14 号为甘肃省农业科学院马铃薯研究所选育品种，经新疆农业科学院奇台麦类试验站引种试验示范，3 个品种在新疆南北疆适应性广、稳产丰产性好，3 个品种均为晚熟品种，鲜食加工兼用。选取的大西洋品种属中熟品种，商品薯率高，稳产性好，该品种种植需要精细管理，喜水肥条件较好的地块，具有淀粉含量高、还原糖含量低等特点，是新疆大型马铃薯种薯企业和加工企业首选品种，深受广大加工企业的欢迎和青睐。选取的4 个品种可以从鲜食及加工方面来满足新疆马铃薯产业发展需求。因此，本研究以这4 种马铃薯为原料，采用切片、干燥、研磨等工序制备马铃薯全粉，采用多次悬浮沉降法提取马铃薯淀粉，测定4 种马铃薯粉及其淀粉的理化性质并进行对比分析，以期为马铃薯粉及其淀粉的生产、深加工及在食品中的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
马铃薯（陇薯7 号、陇薯10 号、陇薯14 号、大西洋）：采自新疆奇台县；直、支链淀粉标准品、α‐淀粉酶（≥1 000 U/mg）、淀粉葡糖苷酶（≥40 000 U/g）：中国希格玛有限公司；无水乙醇、无水乙醚、石油醚、氢氧化钾、氢氧化钠、浓硫酸、盐酸、硼酸、乙酸、硫酸铵、硫酸铜、硫酸钾、亚硫酸钠、醋酸钠、葡萄糖、碘、碘化钾、溴百里酚蓝、甲基红、溴甲酚绿：国药集团药业股份有限公司。以上化学试剂均为分析纯。
K‐370 全自动凯氏定氮仪：瑞士步琦有限公司；Multiskan GO 酶标仪：美国赛默飞世尔科技公司；RVA Super 4 快速黏度分析仪：瑞典波通仪器公司；HR83‐P快速水分测定仪：瑞士梅特勒‐托利多仪器有限公司；DSC 200 F3 差示热值扫描仪：德国耐驰机械有限公司；ESJ30‐5A 电子天平：沈阳神宇龙腾天平有限公司；GL‐21M 高速制冷离心机：湖南迈克尔实验仪器有限公司；DHG‐9420A 电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司；HWS‐150 恒温恒湿箱：上海苏盈试验仪器有限公司。
1.2 试验方法
1.2.1 淀粉提取马铃薯去皮、清洗、切块，破壁机破碎，加入适量去离子水，过200 目筛，清洗、沉降，重复8～10 次，收集淀粉，40 ℃干燥，过100 目筛，保存备用[6]。
1.2.2 水分含量测定
根据文献[6]的方法测定水分含量。
1.2.3 化学组分测定
粗脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》；粗蛋白含量参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》测定；淀粉含量参照GB 5009.9—2023《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》测定；直链淀粉含量参照GB 7648—1987《水稻、玉米、谷子籽粒直链淀粉测定法》测定。
1.2.4 糊化特性测定
将水分平衡后的样品取出，根据水分含量计算出黏度测定样品质量，准确称取样品（误差<0.05 g），转移至铝筒中，加入25 mL 去离子水，充分混匀，于快速黏度分析仪中检测黏度[7]。测试程序：温度50 ℃，转速960 r/min，搅拌10 s；温度50 ℃，转速160 r/min，搅拌50 s；保持转速160 r/min，在3.75 min 内匀速将温度升至95 ℃，95 ℃保持2.5 min，在3.85 min 内匀速将温度降至50 ℃，保持2.4 min，程序结束。使用TCW3 数据分析软件得到马铃薯粉的峰值黏度（peak viscosity，PV）、谷值黏度（trough viscosity，TV）、崩解值（break‐down viscosity，BD）、最终黏度（final viscosity，FV）、回生值（setback，SB）和糊化温度（pasting temperature，PT）。
1.2.5 凝沉性测定
准确称取160 mg 样品于10 mL 圆底离心管，加入8 mL 去离子水，95 ℃水浴30 min，取出后冷却至室温，涡旋均匀，静置24 h，测定沉降体积，凝沉性以沉降物所占体积表示[8]，计算公式如下。
式中：A 为凝沉性，mL/mL；B 为沉降体积，mL；C为总体积，mL。
1.2.6 热力学特性测定
参照文献[9]方法测定马铃薯粉的热力学特性，称取适量样品（2.5～3.1 mg）于坩埚盘中，加入适量去离子水，4 ℃平衡24 h。测试程序：以10 ℃/min 的速度，由30 ℃升温至105 ℃。使用Proteus Thermal Analysis 软件进行数据分析。得到马铃薯粉相变过程的起始温度（To）、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc）和糊化焓（ΔH）进而表征样品的相变过程。
1.2.7 胶稠度测定
参照GB/T 22294—2008《粮油检验大米胶稠度的测定》[10]测定马铃薯粉的胶稠度，称取（100±1）mg 样品置于15 mL 玻璃试管内（所取样品水分含量为12%），加入0.2 mL 百里酚蓝指示剂（0.025%），涡旋均匀。加入2 mL 0.2 mol/L 氢氧化钾溶液，涡旋均匀，立即放入沸水浴中，用玻璃球盖住管口，糊化8 min。取出试管，取下玻璃球，室温冷却5 min，冰水浴20 min。取出试管，水平平台（25±2）℃静置1 h 后，立即测量样品流动长度。
1.2.8 透明度测定
准确称取50 mg 样品于10 mL 圆底离心管，加入5 mL 去离子水，95 ℃水浴30 min，取出，冷却至室温，以去离子水为空白，在620 nm 波长下测定样品糊的透明度[11]。
1.2.9 溶解度和膨润力测定
称取（100 ±1）mg 样品于试管内（空管质量记作M1），加入10 mL 去离子水。涡旋10 s，95 ℃水浴60 min（每隔10 min 涡旋一次）。取出试管，冰水浴冷却至室温，8 000×g 离心20 min。取干净铝桶，80 ℃干燥1 h，取出，放入恒温恒湿箱20 min，取出，称质量，记作M3。将上清液倒入铝桶中。将带有沉淀的试管于80 ℃干燥20 min，取出，放入恒温恒湿箱（25 ℃，相对湿度15%）20 min，称质量，记作M2。将铝桶中的上清液置于80 ℃电热鼓风干燥箱烘干至恒重，取出，放入恒温恒湿箱（25 ℃，相对湿度15%）20 min，称质量，记作M4[12]。
样品中淀粉膨润力（S，g/g）和溶解度（W，%）根据以下公式计算。
式中：M 为样品质量，mg；M1 为空管质量，mg；M2为管和样品质量，mg；M3 为铝桶质量，mg；M4 为铝桶和样品质量，mg。
1.3 数据处理
采用Origin 2018 制图，使用SPSS 25 对数据进行显著性分析，所有试验至少重复3 次，结果以平均值±标准差的形式表示。
2 结果与分析
2.1 马铃薯粉化学组分测定结果
4 个品种马铃薯粉化学组分结果见表1。
表1 4 个品种马铃薯粉化学组分
Table1 Chemical components of potato flour of four varieties
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。
品种陇薯7 号陇薯10 号陇薯14 号大西洋水分含量/%13.89±0.13a 13.75±0.17a 13.66±0.08a 13.93±0.22a粗脂肪含量/%0.85±0.03a 0.57±0.01b 0.18±0.01c 0.08±0.01d粗蛋白含量/%9.42±0.72c 9.93±0.52b 9.97±0.91b 10.54±0.99a淀粉含量/%55.15±0.63b 51.32±1.37c 62.02±2.03a 56.94±0.18b直链淀粉含量/%13.22±0.42b 12.93±0.01b 12.84±0.23b 14.66±0.25a
由表1可知，马铃薯粉的水分含量均超过13%，不同品种马铃薯粉粗脂肪含量为0.08%～0.85%，粗蛋白含量为9.42%～10.54%。淀粉含量为51.32%～62.02%，4 种马铃薯粉的淀粉含量差异显著（P<0.05，陇薯7 号与大西洋马铃薯粉除外），陇薯14 号的淀粉含量最高（62.02%），陇薯10 号的淀粉含量最低（51.32%）。4 种马铃薯粉的直链淀粉含量为12.84%～14.66%，陇薯7 号、陇薯10 号和陇薯14 号直链淀粉含量与大西洋差异显著（P<0.05），大西洋的直链淀粉含量最高（14.66%），陇薯14 号的直链淀粉含量最低（12.84%），陇薯7 号、陇薯10 号、陇薯14 号的直链淀粉含量无显著性差异（P>0.05）。本研究表明马铃薯粉的直链淀粉含量存在品种间差异，这与胡玥等[13]的研究结果一致，引起这种差异的因素还可能有作物产地、种植周期、灌溉情况、施肥量、收获时间、收获季节。王丽等[2]研究表明陇薯7 号的直链淀粉含量为1.58%，与本研究中陇薯7 号的直链淀粉含量相近。
2.2 马铃薯粉糊化特性和凝沉性结果
淀粉的糊化特性是评价淀粉加工利用的核心指标之一，直接影响淀粉类制品的品质[14]，并已被用于改善淀粉类制品的结构和稳定性[15]。4 种马铃薯粉糊化特性曲线见图1。4 个品种马铃薯粉的糊化特性和凝沉性见表2。
图1 4 个品种马铃薯粉的糊化特性
Fig.1 Pasting properties of potato flour from four varieties
表2 4 个品种马铃薯粉的糊化特性和凝沉性
Table2 Pasting properties and retrogradation of potato flour from four varieties
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。
品种陇薯7 号陇薯10 号陇薯14 号大西洋峰值黏度（PV）/cP 1 847.00±37.80c 1 462.33±25.38d 2 069.33±22.03b 2 359.00±42.32a谷值黏度（TV）/cP 1 826.33±37.63c 1 459.33±24.68d 2 045.67±22.50b 2 357.67±41.79a崩解值（BD）/cP 20.67±2.08b 3.00±1.00c 23.67±1.53a 1.33±0.58c最终黏度（FV）/cP 2 614.67±69.95c 1 942.67±27.74d 2 863.33±32.58b 3 317.33±41.28a回生值（SB）/cP 788.33±32.47b 483.33±15.28c 817.67±10.12b 959.67±16.26a糊化温度（T）/℃70.87±0.03c 73.88±0.92a 72.38±0.03b 73.27±0.08a凝沉性/（mL/mL）0.00±0.00a 0.00±0.00a 0.00±0.00a 0.00±0.00a
由图1可知，大西洋马铃薯粉表现出典型的糊化曲线特征，而其他3 个品种马铃薯粉的RVA 曲线发生明显变化。峰值黏度（PV）反映马铃薯粉的水结合能力/淀粉颗粒的膨胀度，是影响淀粉基产品品质的因素之一[16]，而谷值黏度（TV）是衡量马铃薯粉孵化后过程中的稳定性（抗剪切力）。由表2可知，不同马铃薯粉的PV 和TV 存在显著性差异（P<0.05），大西洋的PV和TV 最高，陇薯14 号次之，而陇薯10 号的PV 和TV最低，这表明大西洋马铃薯粉容易与水发生结合，具有更好的抗剪切力。崩解值（BD）反映了糊化过程淀粉颗粒破坏程度及淀粉颗粒的稳定性，BD 值越高表明颗粒完整性越差[17]。由表2可知，陇薯10 号与大西洋马铃薯粉的BD 值没有显著差异，其余2 个品种马铃薯粉之间的BD 值存在显著性差异（P<0.05），大西洋的BD值最低，为1.33 cP，陇薯14 号的BD 值最高，为23.67 cP，说明大西洋马铃薯粉更加稳定。回生值（SB）表征淀粉糊化冷却后分子重结晶的程度，与产品的老化程度有关，回生值越大，产品越容易老化[18]。由表2可知，陇薯7 号和陇薯14 号马铃薯粉的SB 没有差异，其余2 个品种马铃薯粉之间的SB 值存在显著性 差 异（P<0.05），陇 薯10 号 的SB 值 最 低，为483.33 cP，大西洋的SB 值最高为959.67 cP，这表明陇薯10 号最不容易老化，具有更长的货架期。糊化温度关系到马铃薯粉制品的生产加工条件，糊化温度越低，熟化越快，加工完成时间越短[14]。由表2可知，陇薯7 号的糊化温度最低，为70.87 ℃，最易加工，陇薯10 号的糊化温度最高，为73.88 ℃，最不易加工。凝沉性是淀粉糊化的重要性质之一[19]。由表2可知，4 个品种马铃薯粉糊化后静置凝沉并未发生沉降分层现象，说明4 种马铃薯粉具有较好的抗凝沉特性，这可能是由于马铃薯淀粉中的分支结构较多，阻碍了淀粉分子重新排序[20]，也可能是薯类淀粉中特有的磷酸基团影响了淀粉分子的重新排序。
2.3 马铃薯粉热力学特性结果
热力学特性能够反映淀粉颗粒在加热过程中的稳定性和淀粉凝胶化能力，包括淀粉结晶区双螺旋展开和微晶融合[21]。糊化焓反映淀粉糊化过程中破坏淀粉双螺旋结构所需能量[22]。4 种马铃薯粉热力学特性见表3。
表3 4 个品种马铃薯粉的热力学特性
Table3 Thermodynamic properties of potato flour from four varieties
注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。
品种陇薯7 号陇薯10 号陇薯14 号大西洋起始温度To/℃56.13±0.93b 56.97±0.50b 55.53±0.67b 58.57±1.00a峰值温度Tp/℃61.50±0.17c 64.53±1.12b 66.60±0.70a 66.77±0.45a终止温度Tc/℃73.67±0.64b 73.20±0.36c 76.47±0.78a 75.17±0.12a糊化焓∆H/（J/g）4.31±0.23c 3.77±0.14d 6.83±0.25a 5.21±0.32b
由表3可知，4 种马铃薯粉热力学特性存在显著性差异（P<0.05）。4 个品种马铃薯粉的起始温度、峰值温度和终止温度的变化范围分别是55.53～58.57 ℃、61.50～66.77 ℃、73.20～76.47 ℃。大西洋的To 最高，为58.57 ℃，陇薯14 号的To 最低，为55.53 ℃，说明大西洋淀粉结构的稳定性和抗凝胶性能力最强，这与本文马铃薯粉糊化特性中得出的结论一致。本研究中马铃薯粉糊化焓值（ΔH）变化范围为3.77～6.83 J/g，陇薯10 号的ΔH 最低，陇薯14 号的ΔH 最高。ΔH 与淀粉颗粒中双螺旋解构的损失有关[23]，因此，陇薯10 号双螺旋的有序性可能最低，陇薯14 号的有序性可能最高。Zhang 等[24]研究表明To、Tp 和Tc 较低，而∆H 较高，则代表形成支链淀粉微晶很多但并不完美。与本文陇薯14 号结果相似。
2.4 马铃薯淀粉的胶稠度和透明度结果
胶稠度是淀粉糊的流体特性，显示淀粉糊冷却的延展性，即柔软性。淀粉糊的透明度反映淀粉的吸水膨胀能力以及溶解能力[25]，淀粉分散越均匀，透明度越高。4 个马铃薯粉胶稠度和透明度见图2。
图2 4 个品种马铃薯淀粉的胶稠度和透明度
Fig.2 Glue consistency and transparency of starch of potato from four varieties
同一指标不同字母表示差异显著（P<0.05）。
由图2可知，陇薯7 号、陇薯10 号和陇薯14 号马铃薯淀粉之间胶稠度存在显著性差异（P<0.05），陇薯7 号、陇薯14 号与大西洋马铃薯淀粉胶稠度没有明显差异。陇薯7 号与陇薯14 号马铃薯淀粉均与陇薯10 号、大西洋马铃薯淀粉透明度存在显著差异（P<0.05）。陇薯14 号具有最大胶稠度（101.00 mm），陇薯10 号的胶稠度最小（81.33 mm），胶稠度是直链淀粉和支链淀粉两类分子综合作用的结果。一般低直链淀粉的品种胶稠度较长，流动性好的淀粉冷却后胶稠度大。然而大西洋的直链淀粉含量最高，但其胶稠度却不是最高的，这可能与马铃薯中蛋白质含量有关，有研究表明，蛋白质含量较高的糜子品种，蛋白质与淀粉紧密结合，影响淀粉的吸水膨胀，从而导致胶稠度变短[26]，这与本研究结果趋势一致。
同时，大西洋的透明度最高为86.80%，陇薯10 号次之，为86.50%，说明大西洋和陇薯10 号经糊化后，所含的支链淀粉分子在水中分散得更加均匀且糊化更充分；而陇薯14 号和陇薯7 号透明度较低分别为85.51% 和85.47%，这可能是淀粉糊化后不同品质马铃薯淀粉分子重排缔合程度不同造成[8]。
2.5 马铃薯淀粉的溶解度和膨润力结果
淀粉颗粒吸水膨胀能够起到分离直链淀粉和支链淀粉的作用，促进直链淀粉从淀粉颗粒中浸出。加热会使淀粉分子的半结晶结构破坏，同时淀粉颗粒中的直链淀粉和支链淀粉分子与水分子相结合导致淀粉颗粒膨胀，改变淀粉颗粒的大小和溶解度[27]。4 个品种马铃薯淀粉的溶解度和膨润力见图3。
图3 4 个品种马铃薯淀粉的溶解度和膨润力
Fig.3 Solubility and swelling power of starch of potato from four varieties
同一指标不同字母表示差异显著（P<0.05）。
由图3可知，陇薯10 号马铃薯淀粉与陇薯7 号、陇薯14 号、大西洋淀粉的溶解度存在显著性差异（P<0.05），范围为23.77%～32.14%，陇薯10 号淀粉的溶解度最高，陇薯14 号的溶解度最低，这可能与不同品种马铃薯淀粉的粒径大小有关，据报道淀粉颗粒粒径越小，溶解度越低[24，28]。同时，陇薯7 号和陇薯10 号马铃薯淀粉与陇薯14 号、大西洋马铃薯淀粉膨润力之间存在显著性差异（P<0.05），大西洋淀粉的膨润力最高（29.52%），陇薯7 号的膨润力最低（23.71%），陇薯7 号、陇薯10 号（23.71%、24.31%）没有显著性差异（P>0.05）。淀粉颗粒的膨润力与淀粉颗粒的大小及淀粉中支链淀粉中长短支链的占比密切相关，通常情况下，淀粉颗粒越大，淀粉越容易发生膨胀，短支链含量占比越高，淀粉的膨润力越强[29]。
3 结论
本研究选取了陇薯7 号、陇薯10 号、陇薯14 号和大西洋4 种适合在新疆种植的马铃薯品种，分析研究了其全粉及其淀粉的理化性质，结果发现4 种马铃薯粉的化学组分、糊化特性、热力学特性差异明显，4 种马铃薯粉中淀粉含量均在50%以上，是大型马铃薯种薯企业和加工企业欢迎和青睐的品种；糊化特性表明大西洋具有较好的抗剪切力，但容易老化，而陇薯10 号最不容易老化，具有更长的货架期，但糊化温度最高，为73.88 ℃，最不易加工；凝沉试验结果显示，4 种马铃薯粉均具有优良的抗凝沉特性，24 h 未发生沉降分层；热力学特性表明大西洋淀粉结构的稳定性和抗凝胶性能力最强；研究4 种马铃薯淀粉的胶稠度、透明度、溶解度和膨润力发现，陇薯14 号的胶稠度最大（101.00 mm），具有较好的延展性；大西洋的透明度最高，为86.80%，能够为淀粉基食品提供更好的感官；陇薯10 号淀粉的溶解度最高，大西洋淀粉的膨润力最高（29.52%），说明其淀粉颗粒相对较大，短支链含量占比较高。根据4 种马铃薯粉及其淀粉的理化特性来看，陇薯7 号、陇薯10 号、陇薯14 号和大西洋分别适用于食品工业中的可食用膜、冷冻食品、增稠剂和焙烤类食品。本研究可为促进马铃薯粉及其淀粉的生产、深加工及在食品中的应用提供理论依据参考。此外，关于不同品种马铃薯淀粉精细结构、微观结构及其理化特性间的相互关系有待进一步研究。
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