枸杞(Lycium barbarum)作为传统的药食同源物质,富含多糖、类胡萝卜素、甜菜碱等功能活性物质[1-2]。类胡萝卜素是枸杞的重要功能成分和呈色物质,以双酯化形式存在,具有抗氧化、抗炎和增强免疫等多种生物学功能,在食品、化妆品和医药等领域具有广泛的应用价值。枸杞类胡萝卜素不仅能赋予产品独特的色泽,还能改善食品的感官品质[3-4]。

油炸薯片因其独特的风味特征和酥脆质地广受消费者青睐,然而过量摄入油炸食品可能增加肥胖及心血管疾病等健康风险[5]。为此,在保持产品感官品质的前提下,开发感官品质诱人的健康型薯片产品,已成为薯片产业的重要研发方向。近年来,类胡萝卜素与淀粉的相互作用及其对食品品质的影响引起了广泛关注。Chusak 等[6]研究发现,用富含类胡萝卜素和膳食纤维的Gac果粉替代小麦粉制作意大利面,可显著降低面食的淀粉消化率,减少快速消化淀粉比例,增加未消化淀粉比例。Escobar-Puentes等[7]发现,β-胡萝卜素与橙肉甘薯淀粉主要通过氢键和CH-π堆积结合,提高了β-胡萝卜素稳定性,改变了淀粉分子排列方式和结晶度。Kim等[8]将不同β-胡萝卜素含量的乙醇滴加到淀粉糊中制备淀粉-β-胡萝卜素复合材料,发现该材料由Vh-淀粉、无定形淀粉基质和淀粉-β-胡萝卜素有序结构组成,且随着β-胡萝卜素含量增加,有序结构中β-胡萝卜素含量及其抗氧化稳定性显著提升。然而,关于类胡萝卜素对低温油炸薯片品质影响及调控机制的研究鲜有报道。特别是枸杞类胡萝卜素作为多效合一的天然功能配料[9],可改善产品色泽和质构[10-12],但其在油炸食品中应用的品质调控机制有待进一步探究。

因此,本研究以枸杞类胡萝卜素为助剂,制备枸杞类胡萝卜素(Lyb-C)复合薯片,通过调控类胡萝卜素的添加量,分析薯片品质、微观结构和淀粉特性的变化规律,探讨类胡萝卜素对复合薯片品质及其淀粉特性的调控机制,以期为健康休闲产品的开发及枸杞类胡萝卜素在食品加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

热风干燥枸杞,宁夏菊花台庄园枸杞种植有限公司。

马铃薯淀粉(食品级)、直链淀粉(标准品,纯度≥90%),上海源叶试剂公司;精炼棕榈油,中国天溢佳有限公司;淀粉葡萄糖苷酶(酶活力≥100 U/mg)、石油醚(沸程60～90 ℃,分析纯),上海麦克林生化科技股份有限公司;α-淀粉酶(酶活力≥4 000 U/mL),北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SU8100型扫描电子显微镜,日立科学仪器(北京)有限公司;ND-SFV-10型低温油炸真空锅,山东宏信智能装备有限责任公司;752型质构仪,上海棱光技术有限公司;NETZSCH 200 F3型差示扫描量热仪,德国耐驰公司;X Pert PRO MPDX型射线衍射仪,荷兰帕纳科公司;Nicolet iS50型傅里叶变换红外光谱仪,赛默飞世尔科技(美国)有限公司;TFDS0.25型真空冷冻干燥机,烟台中孚冷链设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 类胡萝卜素的提取

参考孙宇杰等[13]的方法,枸杞粉经60目筛后,采用溶剂萃取法提取类胡萝卜素。按料液比 1∶10(g/mL)加入提取溶剂[正己烷、丙酮、乙醇(含0.1 g/100 mL BHT),体积比为2∶1∶1],360 W超声辅助提取40 min,8 000 r/min离心10 min,重复提取2次后合并上清液,置于-80 ℃超低温冰箱中预冻12 h,随后转移至真空冷冻干燥机中进行干燥。干燥条件:冷阱温度-50 ℃,真空度小于10 Pa,干燥时间48 h。最终获得橙红色类胡萝卜素提取物粉末,命名为Lyb-C,于-20 ℃避光保存备用。采用紫外-可见分光光度法测定Lyb-C提取物中总类胡萝卜素的质量比为85.2 mg/g。

1.3.2 预制复合薯片的制备

将不同质量分数(0、0.01%、0.05%和0.10%)的枸杞类胡萝卜素与马铃薯淀粉混合配制成50 g混合粉,加入15 mL去离子水后,在80 ℃、200 r/min条件下磁力搅拌至完全糊化(以转子停滞为终点)。取(5.0±0.1) g糊化凝胶压制成6 cm直径的均一薄膜,经100 ℃热定型10 min后,30 ℃干燥2 h,制得预制复合薯片(PPC),分别命名为PPC-CK、PPC-0.01%C、PPC-0.05%C和PPC-0.10%C。

1.3.3 油炸复合薯片的制备

采用低温真空油炸锅,在0.092～0.098 kPa的真空度和80 ℃的油温条件下油炸。以未添加Lyb-C的薯片作为空白对照(FPC-CK)。准确称取预制复合薯片样品(5.0±0.1) g,置于盛有400 mL新鲜棕榈油的油炸锅中(油与样品质量比为80∶1),油炸时间为 2 min,每组实验重复3次。将油炸后不同Lyb-C质量分数(0、0.01%、0.05%和0.10%)的薯片样品分别命名为FPC-CK、FPC-0.01%C、FPC-0.05%C和FPC-0.10%C。

1.3.4 油炸复合薯片的感官评价

根据薯片的颜色、风味、质地、整体可接受度,对薯片进行感官评定,满分为100分。为确保评价的准确性及可靠性,选取10名具备良好感官能力和丰富经验的食品专业感官评价员组成感官小组,并制定感官评价标准,见表1。

1.3.5 油炸复合薯片色度的测定

采用冯春梅等[14]的方法,使用色差仪对薯片油炸前后的色值L*(亮度)、a*(黄绿度)、b*(黄蓝度)进行测定。每组样品做5组平行实验,根据式(1)计算总色差ΔE。

(1)

式(1)中,L0、a0、b0为对照组样品的色值,L*、a*、b*为处理组样品的色值。

1.3.6 油炸复合薯片硬度的测定

采用质构仪测定油炸后复合薯片的质构参数[15],采用铝制圆柱体探头P/35(直径35 mm),压缩应变为60%,触发力为0.05 N,前速度、测试速度和后速度分别为1.0、1.0和5.0 mm/s。

1.3.7 油炸复合薯片基质油含量的测定

采用Yang等[16]的方法稍加修改。表面油表示残留在样品表面的油和渗透油,基质油是在油炸过程中被样品吸收的油,总油(TO)包括表面油和基质油。将FPC置于 25 ℃的环境中,浸入含30 mL石油醚(60～90 ℃)的铝制容器中,2 s后石油醚挥发,将铝盒置于105 ℃下干燥至恒量。铝盒干燥后和干燥前的质量差为SO。去除SO后,用脂肪分析仪测定MO。各油脂组分(SO、MO及TO)的含量以薯片干基计,实验重复进行 3次。

1.3.8 油炸复合薯片淀粉颗粒形态变化的测定

采用赵芳一等[17]的方法并稍加修改。薯片样品脱脂去油,干燥后研磨成粉末,用扫描电子显微镜(SEM)观察马铃薯淀粉颗粒形态的变化。

1.3.9 油炸复合薯片淀粉有序结构的测定

1.3.9.1 淀粉晶体结构的测定

样品经索氏萃取脱脂7 h后,采用X射线衍射仪(40 kV,30 mA)分析[18],扫描范围3°～36°(2θ),速率3°/min。相对结晶度按式(2)计算。

(2)

式(2)中,RC为相对结晶度,Ae和Ac分别为衍射图中的非晶区和晶体区域的面积。

1.3.9.2 淀粉短程有序结构的测定

使用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)分析样品的淀粉短程有序结构[19],将脱脂薯片粉末样品均匀地铺在ATR晶体表面,波数为600～4 000 cm-1。

1.3.10 油炸复合薯片直链淀粉浸出量的测定

采用Zhu等[20]的方法并稍加修改。准确称取0.1 g PPC或FPC样品,加入1 mL无水乙醇和9 mL KOH溶液(1 mol/L),沸水浴处理10 min后冷却,定容至100 mL。碘和淀粉生成碘-淀粉复合物,其中直链淀粉与碘生成深蓝色复合物的吸光度按式(3)计算。将测定样品的吸光度代入标准曲线回归方程,根据式(4)得出样品溶液直链淀粉的质量比。

ΔA1=A630 nm-A427 nm ;

(3)

(4)

式(3)、式(4)中,ΔA1为直链淀粉吸光度;w为样品中直链淀粉质量比,g/100 g;m为薯片样品质量,g。

1.3.11 油炸复合薯片淀粉体外消化率的测定

采用Xiao等[21]的方法并稍加修改。准确称取1.0 g不同Lyb-C添加量的FPC样品,加入10 mL醋酸钠缓冲液(pH=5.8)于37 ℃平衡5 min。加入10 mL混合酶液(含胰酶和淀粉葡糖苷酶各5 U/mL),37 ℃振荡消化120 min。分别于0、20、120 min取样0.5 mL,90 ℃水浴灭酶后与4.5 mL乙醇混合,8 000 r/min离心10 min。收集上清液,采用DNS法测定葡萄糖含量,并按式(5)～式(7)计算快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)质量分数。

w(RDS)=0.9×(m20-m0)/mTS×100% ;

(5)

w(SDS)=0.9×(m120-m20)/mTS×100% ;

(6)

w(RS)=0.9×[w(TS)-w(RDS)-w(SDS)]/w(TS)×100% 。

(7)

式(5)～式(7)中,mTS为样品总淀粉质量,mg;m0为游离葡萄糖质量,mg;m20为20 min水解后的葡萄糖质量,mg,m120为120 min水解后的葡萄糖的质量,mg。

1.4 数据处理

每组实验均进行3次,所有数据以平均数±标准差(mean±SD)表示。采用Origin 2022软件进行数据统计与绘图,SPSS 17.0软件进行显著性分析及方差分析(ANOVA),其中不同字母表示有显著差异(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 Lyb-C对油炸复合薯片感官品质的影响

不同Lyb-C薯片感官评价结果如表2所示。由表2可知,与FPC-CK相比,随着Lyb-C添加量的增加,FPC的颜色、风味、质地与整体接受度评分逐渐升高,表明Lyb-C可有效改善FPC感官品质,且FPC-0.10%C感官品质最好。Lyb-C赋予了FPC枸杞特有的橘红色,使FPC风味浓郁纯正,无任何异味,质地酥脆,无油腻感,从而获得了较高的整体可接受度。这是由于Lyb-C本身呈现橘红色,这种特性有效改善了薯片的颜色,使FPC颜色更加鲜艳诱人,这一改善可能与Lyb-C的天然色素特性及其对薯片微观结构和含油量的调节作用有关[22]。

2.2 Lyb-C对油炸复合薯片色泽的影响

色泽是评价食品外观和消费者接受度的重要指标之一,ΔE用于衡量整体色泽的变化。当ΔE>3时,样品间的色差为肉眼可识别[23]。Lyb-C添加量对PPC、FPC色泽的影响,如图1所示。由图1(a)可知,随着Lyb-C含量的增加, PPC的L*值逐渐降低,a*值逐渐上升,b*值升高,但变化趋势不规律。PPC-0.01%C、PPC-0.05%C、PPC-0.10%C的ΔE分别为26.02、35.59、24.14(P<0.05)。表明添加Lyb-C后,PPC亮度肉眼可见地变暗,颜色呈枸杞橙红色,且PPC-0.10%C颜色最暗、最红,这是由于Lyb-C呈橙红色,且其中含有多糖、氨基酸等成分会发生美拉德反应生成褐色产物,叠加Lyb-C橙红色,导致整体颜色变暗、变红[24]。

由图1(b)可知,随着Lyb-C含量的增加,FPC的L*值逐渐降低,a*值先降低后增加,b*值先增加后降低。FPC-0.01%C、FPC-0.05%C、FPC-0.10%C的ΔE分别为19.35、20.68、35.11(P<0.05)。表明添加Lyb-C后,FPC 亮度同样肉眼可见地变暗,颜色也呈枸杞橙红色,且FPC-0.10%C颜色最红,a*值和b*值分别提高了8.74%和0.63%。这是由于美拉德反应产生褐色产物,导致L*值降低;a*值先降低,可能与添加0.01%的Lyb-C色素含量低、显色较弱有关。但随着Lyb-C含量的增加,色素显色增效,导致a*值又呈现升高的趋势。美拉德反应、氧化褐变和Lyb-C的共同作用导致b*升高,但变化不规律[23,25-26]。

进一步比较PPC与FPC可见,油炸处理后样品色泽变化更加明显。与PPC相比,FPC整体亮度进一步降低,说明低温真空油炸过程中仍存在一定程度的热诱导褐变反应,同时Lyb-C的橘红色色素与油炸形成的褐变色泽发生叠加,使FPC呈现更深、更稳定的橘红色外观。尤其在0.10% Lyb-C添加量下,FPC的ΔE值高于对应PPC,说明油炸过程放大了Lyb-C对薯片外观色泽的调控作用。该结果表明,Lyb-C不仅能够改善预制薯片的色泽基础,还能够在低温油炸后继续保持较好的呈色效果,从而提升FPC的外观吸引力。

综上所述,Lyb-C对复合薯片色泽影响明显,可作为天然色素改善薯片外观,赋予FPC橘红色调。从最终产品角度看,FPC-0.10%C色泽改善效果最明显,说明0.10% Lyb-C更有利于提升低温油炸薯片的外观品质。

2.3 Lyb-C对油炸复合薯片硬度的影响

硬度是评估薯片质量的关键参数,硬度较高的薯片往往表现出有限的基质膨胀和致密的结构。Lyb-C添加量对PPC、FPC硬度的影响如图2所示。由图2可知,随着Lyb-C含量的增加,PPC与FPC的硬度逐渐增加,与FPC-CK相比,FPC-0.10%C硬度提高了38.15%,且差异显著(P<0.05)。较高的硬度值可能导致薯片松脆度降低,这种变化与Lyb-C对糊化过程的抑制作用有关。通过对比PPC与FPC的结果可知,PPC硬度的增加主要反映了Lyb-C在糊化和干燥成型阶段对淀粉基质结构的调控作用,即Lyb-C可能限制淀粉颗粒膨胀和直链淀粉迁移,使预制片形成更紧密的网络结构。油炸后,FPC硬度继续保持随Lyb-C添加量增加而升高的趋势,说明这种结构强化效应能够延续到最终油炸产品中。与PPC相比,FPC经历油炸脱水和油脂迁移后,其结构由单纯的淀粉凝胶基质转变为脱水致密结构,因此硬度变化更能反映最终薯片的质构品质。Lyb-C可能与淀粉分子形成弱相互作用,抑制淀粉链的膨胀与糊化,使水分蒸发过程中结构收缩、孔隙减少。这一结果表明,Lyb-C通过结构致密化间接改善了薯片的油脂吸附特性和口感[27-28]。

2.4 Lyb-C对油炸复合薯片含油量的影响

油脂含量直接影响薯片的酥脆度和风味,是决定消费者体验的关键指标,薯片TO由表层油(SO)和基质油(MO)组成,反映了油在薯片中的分布[14]。Lyb-C对复合薯片含油量的影响如图3所示。由图3可知,随着Lyb-C添加量的增加,SO含量逐渐降低,MO含量逐渐升高,TO含量逐渐降低,且变化显著(P<0.05),当Lyb-C添加量为0.10%时,TO与SO达到最低,与FPC-CK相比,分别降低了4.43%与2.12%。SO逐渐降低可能与薯片表面光滑度有关,而MO小幅度升高,可能与薯片干燥后内部孔隙的渗透分布更均匀有关[29-30]。Lyb-C改变了FPC中油的分布,使SO、TO降低,MO升高。Lyb-C的添加可能改变了薯片的微观结构,使薯片表面的孔隙结构发生变化,从而影响油的吸附和分布[31]。这种结构优化不仅改善了薯片口感与风味,也为2.1节中无油腻感、酥脆度高的感官表现提供了物理依据。

2.5 Lyb-C对油炸复合薯片微观结构的影响

SEM能够清晰地揭示样品表面形貌特征和内部组织微观结构[32]。不同Lyb-C质量分数的复合薯片样品微观结构见图4。图4(a)、(b)为添加不同质量分数Lyb-C的PPC的SEM分析。微观表面粗糙,部分球形淀粉颗粒发生膨胀或糊化现象。与PPC-CK相比,PPC-0.01%C淀粉颗粒表面开始出现一些裂纹和不规则性,颗粒之间的界限变得模糊,淀粉颗粒结构遭到破坏,微观表面略显光滑,并伴有少量附着物。PPC-0.05%C[图4(a3)、(b3)]淀粉颗粒明显,表面更加光滑致密,附着物增多,出现少量裂纹。PPC-0.10%C[图4(a4)、(b4)]表面最为光滑,出现絮状物,且球形淀粉颗粒增多。表明Lyb-C可使PPC的微观表面变得光滑致密,淀粉球形颗粒糊化程度降低,附着物增多。这是由于Lyb-C抑制了淀粉的糊化和膨胀,淀粉颗粒得以保留,而絮状物与附着物的出现,可能与直链淀粉的浸出及Lyb-C含量增大在淀粉表面附着有关[33]。

图4(c)、(d)为添加不同质量分数Lyb-C的FPC的SEM分析图。其中CK表面粗糙凹陷,颗粒形状不规则。与FPC-CK相比,FPC-0.01%C[图4(c2)、(d2)]表面略显粗糙,糊化现象明显,颗粒发生扭曲变形且数量减少;FPC-0.05%C[图4(c3)、(d3)]表面略显光滑,有附着物出现,淀粉颗粒发生聚集现象,但部分淀粉颗粒出现膨胀和破裂现象。FPC-0.10%C[图4(c4)、(d4)]表面最为光滑致密,球形淀粉颗粒结构完整,且附着物分布最为明显。结果表明Lyb-C可使FPC的微观表面变得光滑致密,球形淀粉颗粒结构保持完整,颗粒表面附着物增多,这有助于减少油分子在淀粉颗粒表面的吸附和扩散。当Lyb-C添加量为0.10%时,Lyb-C抑制糊化淀粉效果最明显,此时薯片保持了较低的含油量,这与2.4节分析结果一致。这是由于Lyb-C抑制了淀粉颗粒的糊化,较多淀粉颗粒形态得以保留,且Lyb-C的添加,使薯片的内部结构变得更加致密,减少了淀粉颗粒与油之间的接触面积,阻碍了油的吸收[34]。这一结构变化与2.3节硬度提升、2.4节含油量降低及2.1节质地酥脆结果高度一致,Lyb-C通过调控淀粉糊化程度和颗粒界面特性,改善了薯片的整体质构与油脂吸附性能。

2.6 Lyb-C对油炸复合薯片淀粉结构的影响

2.6.1 对淀粉长程有序结构的影响

X射线衍射仪可用于研究支链淀粉对油炸薯片样品中晶体结构长程有序结构变化的影响[35]。Lyb-C对PPC和FPC中淀粉长程有序结构的影响如图5所示。由图5可知,PPC-CK在5.67°、17°附近出现了强衍射峰,在22°和24°附近出现了较弱衍射峰,这是B型晶体结构特征。20°处的弱峰表示淀粉中存在V型结构。随着Lyb-C质量分数的增加,PPC在22°和24°附近的衍射峰逐渐变得尖锐,其他峰变化不明显。这表明Lyb-C可与淀粉形成复合物,这是由于Lyb-C与浸出的直链淀粉相互作用,形成V型复合物[36-37]。FPC-CK在5.67°、17°、22°、24°处也出现了衍射峰;但与PPC-CK相比,衍射峰变弱;且随着Lyb-C含量的增加,FPC在5.67°、17°、22°、24°的衍射峰逐渐变弱。结果表明,经过油炸处理后,Lyb-C使淀粉呈现无定形区结构,这是由于油炸破坏了淀粉的螺旋空腔,导致直链淀粉或支链淀粉的双螺旋结构重新取向,从而使衍射峰减弱,但结构重构可能会导致直链淀粉浸出量增加[35, 38]。

Lyb-C不同添加量对PPC和FPC中淀粉相对结晶度的影响如表3所示。由表3可知,PPC-CK淀粉结晶度为40.87% ,FPC-CK相对结晶度为30.75%。随着Lyb-C含量的增加,PPC淀粉相对结晶度先从40.87% 降至37.90% ,后增加至39.83%,FPC相对结晶度从30.75%逐渐降至20.96%。由XRD结果可知,PPC和FPC均具有马铃薯淀粉的特征衍射峰,但两者的结晶结构存在明显差异。PPC-CK相对结晶度较高,而FPC-CK相对结晶度降低,说明低温真空油炸过程会破坏部分淀粉晶体结构,使淀粉长程有序性下降。进一步比较PPC与FPC发现,Lyb-C对FPC淀粉结晶结构的影响强于PPC。在PPC中,Lyb-C添加后相对结晶度整体变化幅度较小,说明预制阶段Lyb-C主要通过与淀粉分子相互作用影响糊化和回生过程[39],但对结晶区破坏有限。而在FPC中,随着Lyb-C添加量增加,相对结晶度持续下降,FPC-0.10%C降幅最明显,说明油炸热处理、脱水过程和Lyb-C共同作用,进一步削弱了淀粉长程有序结构。

2.6.2 对淀粉短程有序结构的影响

红外光谱法是分析物质组成与结构的重要方法,通过官能团在中红外区的选择性吸收特征,可确定物质的组分、构象和构型,是淀粉等高分子物质分析的关键工具[40]。Lyb-C不同添加量对PPC和FPC中淀粉短程有序结构的影响如图6所示。由图6(a)可知,PPC在3 500～3 100 cm-1处的吸收峰表示O—H伸缩振动与淀粉间氢键结合的作用;随着Lyb-C添加量的增加,该峰从3 433.67 cm-1逐渐右移到3 425.48 cm-1,表明Lyb-C可能与PPC中的淀粉通过氢键相互作用结合,且这种作用随Lyb-C添加量的增加而逐渐增强。1 653 cm-1处的吸收峰为水与淀粉无定形区结合的特征吸收峰及Lyb-C中非反式取代基的CC伸缩振动;随着Lyb-C添加量的增加,该峰强度逐渐减弱,可能与淀粉和水的结合作用减弱或对Lyb-C中的CC双键敏感有关。随着Lyb-C含量的增加,1 463、854 cm-1处吸收峰强度减弱,1 385 cm-1处吸收峰逐渐增强,表明Lyb-C影响了淀粉中C—H键的振动模式。1 160 cm-1附近的吸收峰变化对应于C—O的伸缩振动变化,Lyb-C的少量添加降低了该峰强度,但随着Lyb-C添加量的增加,吸收峰强度逐渐增大。红外光谱结果表明,Lyb-C与淀粉分子之间可能通过氢键等分子间作用力产生相互作用[7,41-42]。由图6(b)可知,FPC随着Lyb-C添加量的增加,3 500～3 100 cm-1的O—H伸缩振动吸收峰同样逐渐向低频方向位移,表明经油炸处理后,Lyb-C与淀粉分子间的氢键存在相互作用。1 455 cm-1处的特征峰强度随Lyb-C含量的增加而降低,858 cm-1处的吸收峰甚至完全消失,1 385 cm-1处的峰形逐渐变得尖锐,进一步表明Lyb-C的引入影响了淀粉分子中C—H键的振动。此外,在 2 928(C—H伸缩振动)、1 463(C—H弯曲振动)、854 cm-1(C—H面外弯曲振动)处的吸收峰强度均随Lyb-C添加量的增加而减弱,其中854 cm-1处的吸收峰完全消失,表明Lyb-C可能通过影响淀粉的C—H键振动,进而改变了淀粉分子的氢键网络[42-43]。

淀粉的回生程度可通过红外光谱中1 045 cm-1 与1 022 cm-1处的峰强度比值(1 045/1 022 cm-1)进行表征。该比值变大,表明淀粉无定形区减少、有序结构增多,食品老化程度加剧;而1 022 cm-1与995 cm-1的比值(1 022/995 cm-1)则反映了淀粉中无定形结构与有序碳水化合物结构的相对比例[44-45]。对淀粉分子的特征吸收峰进行去卷积处理后,结果如表4所示。与PPC-CK组相比,PPC-0.01%C、PPC-0.05%C 和 PPC-0.10%C组的1 045/1 022 cm-1分别降低了0.13%、0.44%和0.20%,对应地,1 022/995 cm-1比值则分别增加了1.23%、0.69%和0.08%;与 FPC-CK组相比,FPC-0.01%C、FPC-0.05%C 和 FPC-0.10%C组的1 045/1 022 cm-1分别降低了4.08%、4.26%和4.02%,1 022/995 cm-1在FPC-0.05%C组变化不显著,而在FPC-0.01%C和FPC-0.10%C组则分别增加了2.15%和 0.16%(P<0.05)。FTIR结果同样表明,Lyb-C能够改变淀粉短程有序结构。与PPC相比,FPC中1 045/1 022 cm-1和1 022/995 cm-1相关结构指标变化更明显,说明油炸处理放大了Lyb-C对淀粉双螺旋结构和无定形区比例的影响。Lyb-C在FPC中的作用更偏向于破坏有序结构、增加无定形区域,使淀粉基质更容易发生结构重排。这一结构变化有利于油炸过程中淀粉对油分子的吸收,进而增加MO含量,与2.4节的分析结果一致[45-48]。从分子机制来看,Lyb-C通过与淀粉分子相互作用,削弱其双螺旋及晶区结构,促进无定形区域的形成,使淀粉在油炸过程中更易被破坏和酶解。

2.7 Lyb-C对糊化过程中淀粉结构的影响

为进一步探究Lyb-C对糊化过程中薯片淀粉结构的影响,测定了PPC和FPC中直链淀粉的浸出量,结果如表5所示。由表5可知,与PPC-CK相比,不同添加量Lyb-C的PPC淀粉浸出量降低,差异显著(P<0.05);但添加Lyb-C的PPC组间差异不显著(P>0.05),与FPC-CK组相比,FPC-0.01%C、FPC-0.05%C淀粉浸出量差异不显著,FPC-0.10%C淀粉浸出量增加了0.1个百分点,且差异显著(P<0.05)。表明Lyb-C在不同加工阶段对淀粉分子间结构具有双重调控作用,在糊化过程中,适量Lyb-C可与直链淀粉形成包埋或复合结构,限制直链淀粉的迁移与浸出,使体系更稳定,降低淀粉糊化程度,减少直链淀粉浸出量。但FPC中直链淀粉浸出量的变化趋势与PPC并不完全一致。油炸后,FPC-0.01%C和FPC-0.05%C与FPC-CK差异不明显,而FPC-0.10%C直链淀粉浸出量升高,说明Lyb-C在油炸阶段对淀粉结构具有双重作用。低添加量Lyb-C主要表现为稳定淀粉基质和限制直链淀粉迁移,而高添加量Lyb-C在油炸脱水和热作用下可能进一步扰乱淀粉有序结构,使部分直链淀粉更易释放。结合XRD和FTIR结果可推断,FPC-0.10%C中直链淀粉浸出量升高,与其淀粉结晶度降低、短程有序结构减弱有关。已有研究表明,油炸过程可破坏淀粉颗粒形态、晶体结构和双螺旋结构,并进一步影响淀粉基质中油脂迁移与吸收行为[49];同时,热处理可改变淀粉多尺度结构、理化性质及体外消化特性,使淀粉分子更易发生结构重排和酶解[50]。因此,FPC-0.10%C中直链淀粉浸出量的增加可能是Lyb-C与油炸热作用共同削弱淀粉有序结构的结果,这种结构变化也有助于解释FPC中淀粉消化性增强的现象。

2.8 Lyb-C对淀粉体外模拟消化的影响

根据消化速度和时间,淀粉在人体内可分为快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)[51]。表6展示了Lyb-C对FPC淀粉体外消化特性的影响。与FPC-CK组相比,添加0.01%、0.05%和0.10% Lyb-C后,RDS含量分别提高了6.19%、5.21%和8.49%,SDS含量分别增加了37.0%、25.93%和32.81%,而RS含量则分别下降了43.21%、31.14%和41.31%,且差异显著(P<0.05)。这表明Lyb-C能够显著提升FPC中RDS和SDS的比例,降低RS的比例,且SDS的增幅大于RDS,从而促进淀粉的消化吸收。

Lyb-C的添加通过破坏淀粉的结晶结构,降低其有序性,使淀粉分子更易被酶解,进而加速消化过程[52]。这一结果与Chusak等[6]在面制品中添加Gac果粉后观察到的现象(淀粉消化率降低、RDS下降、RS上升)截然相反。原因在于Gac果粉同时引入大量膳食纤维和多酚,既稀释了可消化淀粉,又抑制了消化酶活性;而Lyb-C的促消化效应则源于高脂油炸体系与类胡萝卜素的协同作用,且缺乏多酚及纤维的抑制效应,因此与Gac果粉在低脂面制品中的降消化效果并不矛盾。

从淀粉结构层面分析,Lyb-C的作用机制主要体现在两方面:一是通过削弱结晶区与短程有序结构,增加无定形区域的比例,使消化酶更易接触底物,从而提升酶解速率;二是在油炸过程中与直链淀粉形成部分复合物,这些复合物在消化环境中易被水解或破裂,释放出可酶解的淀粉链,进一步促进RDS和SDS的形成[53]。

3 结 论

本研究探讨了Lyb-C对薯片品质的影响。结果表明,Lyb-C可通过美拉德反应和氧化褐变,使FPC色泽变暗并呈现枸杞橙红色,可作为天然色素改善低温油炸薯片外观品质,同时使FPC质地硬度增大。在低温真空油炸条件下,添加0.10% Lyb-C的薯片品质较佳,整体可接受度较好,色泽参数a*、b*值提高了8.74%、0.63%,硬度提高了38.15%,TO、SO含量分别降低了4.43%与2.12%。Lyb-C改变了薯片的微观结构,使薯片表面更加光滑,保留更多淀粉颗粒,进而抑制了淀粉糊化,减少了淀粉颗粒与油脂之间的接触面积,阻碍了油脂的吸收。但油炸过程中淀粉无定形区域比例增加,有利于油脂向薯片内部渗透。沥油后,孔隙数量增多,从而导致FPC样品SO、TO降低,MO升高。此外,Lyb-C与淀粉的相互作用,降低了淀粉结晶度,减少了淀粉短程有序结构占比,这种结构改变有利于油炸过程中淀粉对油分子的吸收,但可能降低复合物稳定性。Lyb-C破坏了淀粉有序性,增强酶解作用,使RDS和SDS比例上升, RS比例下降。研究表明,Lyb-C的添加显著提升了FPC的感官品质与质构特性,重塑了淀粉结构与消化特性。因此,Lyb-C可作为一种功能性添加剂应用到食品领域,为类胡萝卜素富集型产品开发提供理论依据与技术支撑。此外,课题组将从温度、压力等方面进一步优化Lyb-C对低温油炸薯片品质控制工艺,并从类胡萝卜素与淀粉的分子交互作用入手,更深入地探究其作用机制。

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Effects of Lycium barbarum Carotenoids on Quality Characteristics of Potato Chips and Its Regulatory Mechanism of Starch Digestion

XIN Danyang1, GAO Yiwei1, ZHANG Xiaoyan1, WANG Chao2, LIU Xiangpeng2, WANG Mengze1,*, CAO Yudan1, HU Xin1

(1. School of Food Science and Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;2. Ningxia Township Enterprises Economic Development Service Center, Yinchuan 750002, China)

Abstract： To explore application potential of Lycium barbarum carotenoids (Lyb-C) in potato chip processing, Lyb-C was used as an additive, and fried composite potato chips (FPC) were prepared by low-temperature vacuum frying. Effects of Lyb-C dosage on sensory quality, physicochemical properties, oil distribution, and starch characteristics were systematically evaluated, and regulatory mechanism underlying potato chip quality improvement was elucidated based on microstructural observation and spectroscopic analysis. Results showed that, compared with control group, Lyb-C effectively improved the quality of FPC, imparting an orange-red appearance. FPC with 0.10% Lyb-C showed optimal performance, with the highest overall acceptability. Its color parameters a* and b* increased by 8.74% and 0.63%, hardness increased by 38.15%, and total oil (TO) and surface oil (SO) contents decreased by 4.43% and 2.12%, respectively. Meanwhile, starch gelatinization and retrogradation were inhibited and in vitro starch digestion was promoted. Microstructural and spectroscopic analyses indicated that Lyb-C modified microstructure of chips, producing a denser and smoother surface, which contributed to reductions in SO and TO. The interaction between Lyb-C and starch molecules markedly decreased relative crystallinity and short-range ordered structure, disrupted starch order, and enhanced enzymatic susceptibility, thereby suppressing gelatinization and retrogradation and promoting in vitro starch digestion. Overall, Lyb-C improved comprehensive quality of composite potato chips in low-temperature frying system by regulating starch structure and oil distribution, providing theoretical basis and technical support for efficient utilization of Lyb-C and development of healthier composite potato chips.

Keywords： Lycium barbarum carotenoids; potato chips; microstructure; starch gelatinization; in vitro digestion; regulatory mechanism

doi：10.12301/spxb202500405

文章编号：2095-6002(2026)03-0212-13

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中图分类号： TS207

文献标志码： A

收稿日期： 2025-07-31

基金项目： 宁夏回族自治区青年拔尖人才计划项目(030103032208)。

Foundation: Ningxia Hui Autonomous Region Young Top Talent Program (030103032208).

第一作者： 辛丹阳,男,硕士研究生,研究方向为特色果蔬加工与品质控制。

*通信作者： 王梦泽,男,副教授,博士,主要从事特色果蔬加工与品质控制方面的研究。

(责任编辑：张逸群)