本发明涉及一种微胶囊型马铃薯全粉及其制备方法和应用，属于食品技术领域。
背景技术
马铃薯内富含多酚，在受到机械损伤后，在氧气和多酚氧化酶(ppo)的作用下，多酚会迅速被氧化形成醌类物质和其它氧化产物，使马铃薯的颜色变深。
目前马铃薯加工过程中主要存在以下缺陷：1、高温灭酶的产品中淀粉的糊化度较高；2、护色剂在马铃薯主食加工中使用量较大，存在食品安全隐患；3、采用惰性气体隔氧技术加工产品时，由于ppo没有钝化，在产品使用过程中仍会发生酶促褐变；4、低温热风干燥的产品由于表面失水收缩而硬度增大，在粉碎过程中易发生非酶褐变；5、真空冷冻干燥产品成本高，且超高压灭酶时也会对其它成分造成损伤。
技术实现要素：
为了解决马铃薯褐变这一技术问题，本发明提出一种微胶囊型马铃薯全粉及其制备工艺，所得微胶囊型马铃薯全粉具有低糊化度、低ppo活性、无护色剂添加、消化性质可控、加工工艺简单、适用于马铃薯主食加工的特点。
本发明是采用如下技术方案来实现的。
一种微胶囊型马铃薯全粉的制备方法，包括：
(1)将马铃薯预处理，得到马铃薯浆液；
(2)将马铃薯浆液进行瞬时高温热处理，得到胶囊型马铃薯全粉。
其中，步骤(1)中，所述预处理包括：清洗、去皮、浸泡、切片、破碎打浆工序；其中，所述破碎打浆过程须在隔绝空气的条件(如采用密闭管道或填充惰性气体等方式)下进行，以防酶促褐变。
所得马铃薯浆液的平均粒径d0为50～150μm；优选40-60μm。在所述破碎打浆过程中，也可加入适量水，以配制得到不同干物质含量的马铃薯浆液。优选地，在破碎过程中，采用能够粉碎马铃薯细胞的破碎设备，并充入惰性气体进行破碎。
步骤(1)中，所述马铃薯优选芽眼少、无腐烂变质和虫害的马铃薯；进一步优选符合马铃薯主食加工标准、干物质含量高、多酚氧化酶活性低、色白的马铃薯品种。
步骤(1)中，所述切片优选采用水力输送设备搭配马铃薯切分设备，在隔绝空气的同时实现马铃薯的切分。
步骤(2)中，所述瞬时高温热处理的操作参数：温度为120～220℃，时间为1-5s。优选采用喷雾干燥的方式，先将马铃薯浆液喷雾制成液滴，再对其干燥，从而得到微胶囊型全粉。所得微胶囊型全粉再进一步后处理，如筛分、计量、包装等。
本发明中，特别优选采用喷雾干燥机实现马铃薯浆液的喷雾干燥处理；所述喷雾干燥机的工艺参数为：进口温度在120～220℃，出口温度较进口温度低40-110℃，但出口温度应高于80℃，以控制较低的淀粉糊化程度，各温度可上下浮动±1℃，如：入口温度180±1℃，出口温度90±1℃；或入口温度220±1℃，出口温度110±1℃。
作为优选的实施方式之一，为了保证马铃薯全粉的加工品质以及营养均衡，在步骤(1)破碎打浆工序完成之后还可向马铃薯浆液中添加相应辅料并均质，再进行步骤(2)的喷雾干燥。所述辅料如白砂糖、柠檬酸、乳清蛋白、麦芽糊精等。喷雾干燥后，可溶性添加剂可成为微胶囊马铃薯全粉的壁材，不可溶添加剂可成为微胶囊马铃薯全粉的芯材，或直接对马铃薯淀粉进行改性。
本发明还提供一种由上述方法制得的微胶囊型马铃薯全粉，其ppo活性低于0.5，且马铃薯淀粉糊化度低，通常低于10％。
本发明还提供上述微胶囊型马铃薯全粉在食品领域中的应用。所述食品包括马铃薯汤圆、马铃薯糍粑等。
本发明还针对利用喷雾干燥机对马铃薯浆液进行瞬时高温热处理这一过程进行了更深入的分析研究：
(1)成分分析：马铃薯浆液中固形物分为可溶性固形物和不可溶性固形物两个部分；其中，干物质总含量为12％～30％，可溶性固形物含量仅为0.8％～1.2％，其余均为不可溶固形物，其含量为可溶性固形物含量的10倍以上。
(2)各成分对液滴干燥的影响：
a、将分离了不可溶性固形物的马铃薯浆液和未分离的马铃薯浆液均制成2μl的液滴，利用气流对其进行干燥，对比干燥过程中的体积收缩率。由体积收缩曲线(如图1)可以看出，不可溶性固形物对马铃薯浆液液滴的体积收缩影响较小；只是在干燥末期，由于其颗粒支撑，阻碍液滴体积进行收缩。
b、为计算马铃薯浆液中可溶性固形物对液滴干燥的影响，将只含有可溶性固形物的马铃薯浆液制成2μl的液滴，利用气流对其进行干燥，用热电偶测定液滴内部温度，对比只含有可溶性固形物的液滴与同体积水滴的温度变化。由温度收缩曲线(如图2所示)可以看出，液滴的温度变化可以分为初期升温、湿球温度、末期升温、温度平衡4个阶段。在初期升温和湿球温度过程中，温度变化主要与水分的蒸发有关，马铃薯浆液的液滴温度变化与水的温度变化基本一致，说明低浓度的可溶性固形物对液滴传质的影响较小。在末期升温阶段，液滴产生温度的骤然升高，温度变化主要与固形物的吸热速率有关，此时马铃薯浆液的液滴与水滴的曲线有所区别。此时液滴已经完成了体积收缩和大部分水分的蒸发，水分含量已经很低，对干燥过程影响较小。
此外，本发明还对本发明所述的马铃薯全粉喷雾干燥工艺与现行常规喷雾干燥工艺(乳清蛋白喷雾干燥)进行了比较。
目前喷雾干燥工艺主要应用于乳品蛋白制备领域，如将牛奶直接进行喷雾干燥得到奶粉，其固形物主要成分：脂肪、乳糖、乳清蛋白；其原料特点：均一、稳定。通过喷雾干燥，可将干物质含量较低的原料乳进行快速均匀的干燥，并能够实现连续化生产。
而本发明首次将此工艺转用于马铃薯全粉的制作领域中，除与奶粉喷雾干燥相同的雾化瞬时干燥原理外，还在深刻理解和掌握马铃薯全粉原料的物理化学变化特点的基础上，将其与喷雾干燥技术的优点相结合，根据马铃薯浆液的特点(固形物含量高，质地不均匀，且干物质中大部分为不可溶固形物，固形物主要成分：淀粉、纤维素、马铃薯蛋白)，选择适宜的进出口温度，利用水分蒸发温度升高与多酚氧化酶失活、淀粉糊化之间的时间关系，在保证多酚氧化酶失活的同时，使淀粉保持低糊化度。如图10所示，在干燥前期和中期，由于水分蒸发，液滴在空气中吸收的热量与水分蒸发消耗的热量达到平衡，液滴内部始终保持湿球温度(约30～35℃)，此时温度较低，淀粉不发生糊化。在干燥后期，液滴温度迅速升高，但是此时液滴的水分含量迅速降低，在水分不足的情况下，淀粉不会发生糊化。
本发明的有益效果如下：
1、由于ppo的变性温度(65℃)与淀粉的糊化温度(63～66℃)相近，采用常规的方法难以实现在灭酶的同时保证淀粉的低糊化度。但本案发明人在进行深入研究后创新性的发现，利用喷雾干燥这一方式对马铃薯浆液进行高温瞬时干燥，可在保持马铃薯原有营养成分的基础上，实现多酚氧化酶的钝化与淀粉低糊化度控制的同时进行，解决了现有马铃薯生全粉加工的技术难点。
2、本发明制得的马铃薯生全粉具有微胶囊形态，便于通过对其壁材和芯材的成分控制，实现对马铃薯生全粉的加工性质或消化性质进行调控，其调控方式与常规微胶囊食品调控方式及营养强化方式一致。
3、本发明所述制备方法具有工艺简单、设备要求低、无护色剂添加、环境友好、技术易掌握、设备要求低等优点，适于马铃薯的产地初加工，能够产生巨大的经济效益和环境效益，拓宽了马铃薯全粉的应用领域，对于推进马铃薯主食化具有重要意义。
附图说明
图1为马铃薯浆液液滴的体积收缩图。
图2为马铃薯浆液液滴的温度变化曲线。
图3为马铃薯微胶囊全粉的dsc图谱。
图4为对照组内蒙古凌志马铃薯雪花粉的dsc图谱。
图5为对照组真空冷冻干燥马铃薯全粉的dsc图谱。
图6为马铃薯全粉的扫描电子显微镜图片。
图7为马铃薯全粉的另一扫描电子显微镜图片。
图8为变温干燥马铃薯全粉截面及内部形态图片。
图9为变温干燥马铃薯全粉另一截面及内部形态图片。
图10为马铃薯液滴干燥过程中温度和水分含量随干燥时间变化过程。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明利用喷雾干燥对马铃薯浆液进行高温瞬时干燥，在保持了马铃薯原有营养成分的基础上，实现了多酚氧化酶的钝化与淀粉低糊化度控制的同时进行，解决了现有马铃薯生全粉技术的难点。
实施例1马铃薯全粉的制备
步骤如下：
(1)本实施例以“中薯18”为原料，取新鲜、外形规则、无病害和机械损伤的马铃薯，用清水清洗干净，采用去皮机去除马铃薯的外表皮。
将去皮后的浸泡在水中对其进行切分，切成3cm×3cm×5cm的马铃薯块。
取原料600g，用破壁机将马铃薯破碎成薯浆，平均粒径53±2μm。
(2)隔绝空气，将薯浆通入jh-6000ds型小型喷雾干燥机中，设定入口温度180±1℃，出口温度90±1℃，制得马铃薯全粉。
对所得马铃薯全粉样品进行检测，结果为：ppo活性为0.22±0.03；测定其dsc曲线，验证其低糊化度。即成功制得低ppo活性、低糊化度的马铃薯生全粉。
实施例2马铃薯全粉的制备
步骤如下：
(1)以“夏波蒂”为原料，取品种纯正，成熟新鲜的马铃薯，用马铃薯清洗机进行清洗，去皮机去除外表皮。
将去皮后的浸泡在水中对其进行切分，切成随机大小的马铃薯块。
用粉碎机-胶体磨联用将马铃薯破碎成薯浆，平均粒径45±3μm。
(2)将隔绝空气的薯浆直接通入小型喷雾干燥机中，设定入口温度220±1℃，出口温度110±1℃，制得马铃薯全粉。
对所得马铃薯全粉样品进行检测，结果为：ppo活性为0.36±0.01；测定其dsc曲线，验证其低糊化度。即成功制得低ppo活性、低糊化度的马铃薯生全粉。
实施例3-6马铃薯全粉的制备
步骤如下：
(1)以干物质含量18％的“费乌瑞它”为原料，取新鲜、外形规则、无病害和机械损伤的马铃薯，用清水清洗干净，采用去皮机对去除马铃薯的外表皮。
将去皮后的浸泡在水中对其进行切分，切成随机大小马铃薯块。
取4份原料，各600g，用破壁机将马铃薯破碎成薯浆，平均粒径47±2μm。
向每份薯浆中添加蒸馏水，将薯浆的干物质含量分别调整为(a)10％，(b)12％，(c)15％，(d)18％，密封搅拌。
(2)隔绝空气，分别将薯浆通入小型喷雾干燥机中，设定入口温度180±1℃，出口温度90±1℃，制得实施例3-6所述马铃薯全粉。
对所得马铃薯全粉样品进行检测：测定其ppo活性分别为(a)0.35±0.15，(b)0.19±0.02，(c)0.38±0.04，(d)0.20±0.04；测定其dsc曲线，验证其低糊化度。即采用不同浓度的薯浆成功制得低ppo活性、低糊化度的马铃薯生全粉。
实施例7-10马铃薯全粉的制备
步骤如下：
(1)以干物质含量24％的“中薯18”为原料，取品种纯正，成熟新鲜的马铃薯，用马铃薯清洗机进行清洗，去皮机去除外表皮。
将去皮后的浸泡在水中对其进行切分，切成随机大小的马铃薯块。
隔绝空气，用粉碎机-胶体磨联用将马铃薯破碎成薯浆，平均粒径55±2μm。
取4份原料各600g，分别添加(a)白砂糖3g，(b)柠檬酸3g，(c)乳清蛋白3g，(d)麦芽糊精15g。
隔绝空气，将a、b、c、d各样品采用均质机进行充分混合均匀。
(2)将隔绝空气的各薯浆样品直接通入小型喷雾干燥机中，设定入口温度220±1℃，出口温度110±1℃，制得实施例7-10所述马铃薯全粉。
对所得马铃薯全粉样品进行检测：测定其ppo活性为(a)0.45±0.05，(b)0.19±0.08，(c)0.40±0.01，(d)0.29±0.02；测定其dsc曲线，验证其低糊化度。即成功制得低ppo活性、低糊化度、成分可调控的马铃薯生全粉。
应用实例
实例1：马铃薯汤圆的制作
(1)将40％马铃薯全粉与60％小麦粉加水和成面团。
(2)将面团切分成每个12g左右，制成面皮。
(3)馅料粉碎混匀，冷冻20min，变硬容易包裹时拿出，分成每个3g大小。
(4)用面皮将馅料包裹住，冷冻储藏。
(5)开水下锅、煮10-15min，或者蒸10min、或热油炸5min。
实例2：马铃薯粘豆包的制作
(1)马铃薯全粉与大黄米面混合，制成面团。
(2)湿度85％，温度35℃，发酵35min。
(3)将红小豆浸泡蒸煮，加白砂糖捣泥，制成馅料，分成每个10g大小。
(4)将豆馅包入面皮，揉成椭圆团状，冷冻贮藏。
(5)开水下锅，蒸8-9min，出锅冷却。
:效果验证
1、马铃薯微胶囊生全粉的品质
1.1糊化性质
马铃薯全粉的糊化性质常采用差式扫描分析法(dsc)法进行测定。
对比例1：内蒙古凌志马铃薯雪花全粉，其为当前市场上性质较好的马铃薯全粉；
对比例2：采用真空冷冻干燥技术的马铃薯全粉，其制备工艺中其它步骤与本发明相同。
实施例1所得马铃薯微胶囊。
测试方法具体步骤：准确称取3mg实施例1所得马铃薯全粉样品及对比例1-2所述马铃薯全粉样品，分别置于dsc专用坩埚中，滴加6μl去离子水，将坩埚压严，平衡12h。将坩埚置于dsc设备中，以未加入样品的空坩埚为对照，进行测定。升温速度：5℃/min，测定范围：20℃～90℃。
测试结果见图3-图5。
dsc曲线的吸热峰代表了马铃薯全粉中淀粉颗粒的完整程度：
凌志马铃薯作为糊化度较高的“熟”全粉，其dsc曲线中无吸热峰，说明在加工过程中，淀粉颗粒已经完全破坏；
真空冷冻干燥马铃薯全粉的吸热峰较窄，代表完整的马铃薯淀粉颗粒的峰型；
马铃薯微胶囊全粉具有明显的吸热峰，说明马铃薯微胶囊全粉具有低糊化度的特点；但由于其微胶囊结构，其吸热峰的形状与真空冷冻干燥马铃薯全粉略有不同。
1.2多酚氧化酶(ppo)活性
ppo活性值代表了马铃薯全粉在应用过程中水分活动发生改变时，发生酶促褐变的程度。
马铃薯全粉的多酚氧化酶活性采用索莱宝多酚氧化酶微量试剂盒进行测定。
样品：采用“中薯18”为原料、利用实施例1所述技术制备的马铃薯微胶囊全粉的ppo活性。采用试剂盒说明书提供方法的改进，称取0.02g样品加入80μl去离子水复原成薯泥后，根据试剂盒所述方法进行测定。
对比例1：内蒙古凌志马铃薯雪花全粉作为“熟”全粉，代表产品使用过程中不会发生酶促褐变的ppo活性值。采用试剂盒说明书提供方法的改进，称取0.02g样品加入80μl去离子水复原成薯泥后，根据试剂盒所述方法进行测定。
对比例2：“中薯18”马铃薯鲜薯。采用试剂盒说明书提供的方法进行测定。
对比例3：“中薯18”马铃薯真空冷冻干燥粉。称取0.02g样品加入80μl去离子水复原成薯泥后，根据试剂盒所述方法进行测定。测试结果见表1。
表1马铃薯全粉的ppo活性测定值
由表1可知，凌志马铃薯全粉由于其加工过程中的“蒸煮”步骤，使ppo完全失活；作为原料的“中薯18”其鲜薯与真空冷冻干燥所得全粉的ppo活性均高于50；采用本专利所述技术加工所得的马铃薯微胶囊全粉ppo活性测定值小于0.5，使其在应用过程中免于酶促褐变。
1.3微观形态
马铃薯全粉的微观形态采用扫描电子显微镜进行观察。
样品：实施例1所得马铃薯微胶囊全粉。
对比例1：变温干燥法制备的马铃薯生全粉(中国专利申请号cn201610139285.6)。
观测结果如图6-9。
由图6、图7可知，马铃薯微胶囊全粉的淀粉颗粒保持完整，外层包裹由可溶性固形物干燥形成的外壳。
由图8、图9可知，变温干燥法制备的马铃薯生全粉(中国专利申请号cn201610139285.6)淀粉颗粒较为完整，颗粒之间具有黏连。
以上表明，马铃薯微胶囊全粉具有糊化度低、ppo活性低的特点，且颗粒形态为微胶囊状，淀粉颗粒包裹在外壳中。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。