莲藕是莲科（Nelumbo nucifera Gaertn.）植物的可食根茎，作为一种水生经济作物在我国长江中下游流域广泛种植[1]。其中，湖北是莲藕生产第一大省，种植面积达10.56 万hm2，产量达217.2万t[2]。莲藕的风味和口感独特，富含碳水化合物、维生素、矿物质等营养物质，据中医药典籍记载具有祛瘀清热、生津止呕、止渴、健脾益气和养血生肌等功效[3]。目前，我国莲藕以鲜食和烹饪为主，少量加工为藕粉类、藕汁类、保鲜类、卤制类等产品[4]。相关产品的附加值不高，未能充分发挥莲藕资源的特色和优势[5]，不符合“绿色”发展的理念。例如，藕粉的传统和现代加工工艺均产生大量废水和藕渣废弃物，产品的资源利用率低且营养损失严重。
莲藕全粉，又称全藕粉，由新鲜莲藕经清洗、去皮、干燥、粉碎等工艺加工，保留了几乎全部的营养物质，其加工工艺相比于传统的藕淀粉加工更简易，耗水量更少，资源利用率更高[6]。莲藕全粉的产品形式和利用（食用）方式与其淀粉高度相似，作为替代性的绿色产品开发具有良好前景。目前，全藕粉的研发主要关注护色、干燥和速溶的工艺设计与优化[7-8]，而原料对产品品质的影响则鲜见报道。
对于不同品种及不同生长期的莲藕，其营养成分的含量、组成和功能等可能存在显著差异[9-12]。热处理是莲藕烹饪和加工的传统方法，对其细胞壁结构、基本营养组分、理化特性、消化特性、质构和风味等显著影响[12-13]。研究莲藕原料及其热处理方式与全粉加工品质的关联，对产品品质提升有重要意义。
针对不同品种以及不同生长期的6 种莲藕原料，采用常压蒸汽（100 ℃）和高压蒸汽（120 ℃）进行预处理，结合色泽、糖类物质含量、淀粉消化特性和热力学性质等综合分析热处理对全粉加工品质的影响，旨为藕全粉的加工品质调控提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
新鲜莲藕由武汉市金水祺良农副产品有限公司提供，包括生长期6 个月的鄂莲5 号（EL5-S6）、鄂莲6 号（EL6-S6）和武植2 号（WZ2-S6），以及生长期9 个月的鄂莲5 号（EL5-S9）、花奇莲（HQ-S9）和武植2 号（WZ2-S9）。
人工唾液、胃液和结肠液，北京雷根生物技术有限公司；α-淀粉酶（猪胰腺）和淀粉葡萄糖苷酶原液（AMG），上海源叶生物科技有限公司；总淀粉试剂盒和D-葡萄糖检测试剂盒，南京建成生物工程研究所；其它试剂：次氯酸钾钠、氢氧化钠、浓硫酸、无水乙醇、3，5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、醋酸钠等，均为国药分析试剂。
1.2 仪器与设备
A360 型紫外-可见分光光度计，翱艺仪器（上海）有限公司；SCIENTZ-12N/A 冷冻干燥机，宁波新芝生物科技股份有限公司；XQ200 型多功能高速粉碎机，上海广沙工贸有限公司；Q2000 型差示扫描量热仪，美国TA 公司；JZ-300 色差仪，北京时代瑞光科技有限公司；Super4 快速黏度仪，瑞典波通公司。
1.3 试验方法
1.3.1 样品处理 新鲜莲藕洗净削皮后，每段节藕切分成3 等份，且各取1 份合为1 组，即将藕段分为3 组。其中一组经切片后置于-20 ℃预冻，采用真空（～35 Pa）冷冻干燥24 h。另两组藕段分别置于常压蒸锅（100 ℃，40 min）和高压灭菌锅（120℃，10 min）中蒸汽加热，经冷却切片和-20 ℃预冻后冷冻干燥。将冷冻干燥后的藕片用超微粉碎机直接制成粉末，分装后转入干燥器内室温避光保存。
1.3.2 水分含量的测定 参照食品安全国家标准（GB 5009.3-2016 ）中直接干燥法方法测定样品的水分含量[14]，平行测定3 次取平均值。
1.3.3 色泽分析 通过手持色差仪测定莲藕全粉的色泽，其中L*表示亮度，a*表示红绿值，b*表示黄蓝值。在测定前使用白版进行校准，平行测定5次取平均值。
1.3.4 碳水化合物含量的测定
1）可溶性糖的提取 精确称取（1.00±0.01）g样品置于锥形瓶中，加入80 mL 去离子水，硅胶塞密封后放入沸水浴中，在磁力搅拌下浸提30 min。浸提结束后过滤，残渣用少量沸水洗涤并过滤，合并滤液。待滤液冷却至室温后，用去离子水定容至100 mL，用于可溶性糖的分析检测。
2）可溶性总糖含量的测定 参考文献蒽酮-硫酸法[15]，测定样液中可溶性总糖浓度（葡萄糖质量浓度，mg/mL），并计算样品（干质量）中可溶性总糖含量（%）。
3）还原糖含量的测定 参考文献DNS法[16]，测定样液中还原糖浓度（葡萄糖质量浓度，mg/mL），并计算样品（干质量）中还原糖含量（%）。
4）总淀粉含量的测定 采用总淀粉测定试剂盒，按说明书方法检测样品（干质量）中总淀粉含量（%）。
5）抗性淀粉含量的测定 参照AOAC 方法测定样品中抗性淀粉（resistant starch，RS'）含量[17]。称取藕粉（100±5）mg 于15 mL 离心管中，加入4 mL α-胰腺淀粉酶悬浮液涡旋混匀，水平置于37 ℃水浴摇床平行振荡16 h；酶解结束后用无水乙醇与50%的乙醇溶液反复洗脱。沉淀经2 mL KOH（2 mol/L）和0.1 mL AMG 处理后，用DNS 法测定还原糖质量浓度（mg/mL），按其0.9 倍换算RS’浓度，并计算样品（干重）中RS’含量（%）。
1.3.5 热力学性质分析 参考Punia等[18]的方法，采用差示扫描量热法（differential scanning calorimetry，DSC）测定莲藕全粉的热力学性质。称取3 mg 藕粉（≥80 目）于铝制坩埚中，加入10 mL 去离子水后加盖密封，室温下平衡24 h。在充N2 条件下进行DSC 扫描，升温速率为10 ℃/min，测定范围为20～120 ℃。
1.3.6 糊化特性分析 参考Liu等[19]的方法测定莲藕全粉的糊化性质。称取3 g 藕粉于快速黏度仪（Rapid visco analyzer，RVA）的专用铝罐中，加入25 mL 去离子水。测定程序为：50 ℃运行2 min，以12 ℃/min 的速率从50 ℃加热至95 ℃，在95 ℃下保温2.5 min，再以同样的速率降至50 ℃。测定过程中，前10 s 内搅拌速率为960 r/min，之后搅拌速率为160 r/min。
1.3.7 消化特性分析 体外模拟消化参考文献[20]的方法，并稍作修改。取100 mg 藕粉于15 mL试管中，加入10 mL 人工唾液，充分混匀后置于37 ℃振荡消化10 min。模拟口腔消化结束后，于4℃离心（10 000 r/min）15 min 分离口腔消化样液。离心管中沉淀物加入10 mL 人工胃液，充分混匀后置于37 ℃振荡消化2 h，4 ℃离心分离胃消化样液。而沉淀物继续加入10 mL 人工肠液，充分混匀后置于37 ℃振荡消化1.5 h，4 ℃离心分离肠消化样液。测定3 种消化样液中的还原糖含量。
莲藕全粉中淀粉的体外消化特性参考Englyst等[21]的方法，取25 mg 藕粉于10 mL 试管中，加入5 mL 混酶溶液（α-胰淀粉酶290 U 与淀粉葡萄糖苷酶30 U），充分混匀后置于37 ℃振荡消化，分别在水解0，20 和120 min 时取0.5 mL 上清液于离心管中，加4 mL 无水乙醇灭酶并离心（5 000 r/min，10 min）。采用D-葡萄糖检测试剂盒测定上清液中的葡萄糖含量。
样品中快消化淀粉（rearly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible，SDS）、RS使用以下公式进行计算：
式中：G0、G20 和G120 分别代表样品酶解0，20和120 min 时释放的葡萄糖质量；TS 是指样品中总淀粉的质量；0.9 为由葡萄糖转化为葡萄糖酐的物质的量比。
1.4 数据处理
试验数据均以“平均值±标准偏差”表示。组间数据在0.05 水平的显著性差异通过SPSS19.0 软件采用Duncan（D）进行分析。
2 结果与分析
2.1 不同莲藕全粉的色泽比较
色泽是评价食品品质的重要指标之一：L* 值反映亮度，其值与样品亮度呈正相关；a*值表示偏红偏绿程度，正值越大，颜色越接近纯红色；b* 值表示偏黄偏蓝程度，正值越大，颜色越接近纯黄色。由表1 可知，不同品种及不同生长期莲藕加工全 粉L*、a* 和b* 的平均 值分别 为93.93，2.71 和18.14，经常压加热后全粉L*、a*和b*值无明显变化，而高压加热后的L* 和b* 值分别降低了9.01和5.03，a*值增加了1.69。结果说明，高压加热显著降低全粉的亮度和黄度。色素降解和褐变反应是果蔬热处理过程中颜色变化的主要原因，而全藕粉的色泽改变可能主要归因于美拉德或焦糖化反应[22]。类似的研究发现，70～90 ℃湿热处理未造成土豆的亮度变化[23]，而大米经蒸汽湿热处理后因褐变导致亮度降低，且更高温度（140～150 ℃）会加速非酶褐变并增加红色值[24]。
表1 莲藕全粉的色泽
Table 1 Color of whole lotus root powders
注：不同小写英文字母表相同处理下不同样品之间的色度值差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理的色度值差异（P＜0.05）。
2.2 不同莲藕全粉的糖类成分含量比较
由图1 可知，不同品种及不同生长期莲藕全粉中含水量无显著差异（P＜0.05），其平均值及变异系数（coefficient of variation，CV）分别为8.54%和6.00%，而常压和高压加热后的全粉中平均含水量分别为9.63%和8.14%。热处理后的含水量变化可能与藕淀粉的分子结构及持水力改变有关。尚珊等[25]研究发现，热处理可能通过改变糯麦粉中淀粉分子的结构而有效提升了其持水率。基于样品干质量比较不同莲藕全粉的糖类成分含量，结果如表2 所示。
图1 莲藕全粉的含水量
Fig.1 Water content of whole lotus root powders
注：不同小写英文字母表示相同处理下不同样品之间的含水量差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理后的含水量差异（P＜0.05）。
表2 莲藕全粉的糖类成分含量
Table 2 Saccharide content of whole lotus root powders
注：不同小写英文字母表相同处理下不同样品之间的糖类含量差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理的糖类含量差异（P＜0.05）。
表3 莲藕全粉模拟消化过程中的还原糖释放
Table 3 Release of reducing sugars from whole lotus root powders during simulated digestion
注：不同小写英文字母表相同处理下不同样品之间的还原糖释放差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理的还原糖释放差异（P＜0.05）。
糖类是莲藕全粉中的主要营养组分，以可溶性糖和淀粉为主。不同品种及不同生长期莲藕中可溶性总糖和还原糖的平均含量分别为28.68%（CV 4.60%）和1.76%（CV 2.26%），而多糖可能为主要可溶性成分[11]。其中，EL6 藕中的可溶性总糖含量显著高于其它藕样（P＜0.05）。随着生长期的延长，EL5 藕中可溶性总糖含量显著减少（P＜0.05），而WZ2 藕的含量变幅较小。热处理可导致莲藕中可溶性总糖和还原糖含量增加，尤其是高压加热。随着加热温度升高，样品中糖类物质分解，可能使部分不可溶性糖类物质分解为可溶性糖类物质。此外，热处理过程中的汁液流失可能导致可溶性总糖含量的减少。
不同品种和不同生长期莲藕中总淀粉的平均含量为41.24%（CV 5.6%），平均RS’含量为37.69%（CV 2.11%），其中WZ2-S9 藕中总淀粉含量与RS’含量均高于其它藕样。热处理导致全粉中总淀粉含量和RS’含量明显降低，可能因部分淀粉受热分解为糊精与还原糖[26]。娄朋举等[27]研究发现，随着加热温度升高和时间延长，青香蕉粉中RS 含量显著降低。
2.3 不同莲藕全粉的消化特性比较
18 种莲藕全粉模拟消化过程中的还原糖释放量均以胃液消化＞肠液消化＞唾液消化。不同全粉经唾液、胃液和肠液依次消化的平均还原糖释放量分别为0.24，4.28 mg/g 和0.90 mg/g，其CV 分别为7.43%，8.38%和8.84%。有研究表明，多糖经胃液消化后的分子质量降低，解离出还原糖[28-29]。莲藕全粉在胃液消化环境中释放大量还原糖，可能酸性条件下的多糖糖苷键断裂有关。
经过不同热处理后，莲藕全粉在各消化阶段的还原糖释放量均有所增加。其中，常压加热全粉在唾液、胃液和肠液消化环境中的平均还原糖释放量分别增加了0.05，1.49 mg/g 和0.81 mg/g，而经高压加热后的平均增长量分别为0.11，2.68 mg/g 和1.21 mg/g。其原因可能是莲藕内部水分子在蒸汽加热的作用下破坏了抗性淀粉紧密结构，使得大部分抗性淀粉转化成可消化淀粉[28]。洪晴悦[29]研究发现，热处理能有效增加青稞在胃肠道消化过程中的还原糖释放。
在食物热加工过程中，淀粉的结构性质会发生一定改变，从而影响其消化性[30]。根据淀粉的消化速率将淀粉分RDS、SDS 和RS[21]。RDS 是指20 min 内能在口腔和小肠中被迅速消化吸收的淀粉；SDS 是指在20～120 min 内在小肠中被完全消化吸收的淀粉；而RS 是指消化120 min 后仍在人体小肠中无法消化吸收的淀粉。由表4 可知，不同莲藕全粉中淀粉组成以RS 含量＞SDS 含量＞RDS含量，其平均值分别为88.96%（CV 25.8%）、9.88%（CV 18.75%）和1.16%（CV 8.63%）。Lin等[31]测得莲藕淀粉中RDS、SDS 与RS 的含量分别为1.20%，12.80%和86.00%，与本研究结果相近。此外，不同全粉中SDS 和RS 的含量差异也说明，品种和生长期在一定程度上影响全粉的淀粉消化特性。
表4 莲藕全粉中淀粉的消化特性
Table 4 Digestion characteristics of starches in whole lotus root powders
注：RDS 为快消化淀粉，SDS 为慢消化淀粉，RS 为抗性淀粉；不同小写英文字母表相同处理下不同样品之间的淀粉含量差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理的淀粉含量差异（P＜0.05）。
经过不同热处理后，莲藕全粉中RDS 与SDS的含量显著增加（P＜0.05），而RS 含量显著降低（P＜0.05）。其中，经常压加热后RDS 和SDS 的平均含量分别增加了23.64%和34.48%，而RS 平均含量降低了58.13%；经高压加热后RDS 和SDS的平均含量增加了25.66%和40.09%，而RS 平均含量减少了65.75%。其原因在于，淀粉颗粒因加热破碎、糊化而易被消化酶水解[32]，该规律在玉米淀粉和黑小麦淀粉的相似研究中亦被证实[33-34]。
2.4 不同莲藕全粉的热力学性质比较
糊化温度反映了淀粉颗粒内部微晶部分的排列状况及结晶度，结晶度越高则糊化温度越高，同时说明淀粉晶体结构越完整且不易被破坏[35]。焓变值主要反映糊化时破坏淀粉双螺旋结构（包括结晶区和非结晶区）所需的能量[36]。表5 中，不同莲藕全粉的平均起始温度、峰值温度、终止温度和焓变值分别为62.76，66.30，76.03 ℃和2.24 J/g，其CV 分别为0.57%，0.71%，0.14%和4.07%。不同品种与不同生长期莲藕的热力学特性差异，可能是由于淀粉粒的形状、大小、直连淀粉含量及淀粉颗的晶型结构差异导致[6]。
表5 莲藕全粉的热力学特性
Table 5 Thermodynamic characteristics of whole lotus root powders
注：不同小写英文字母表相同处理下不同样品之间的热力学特征指标差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理的热力学特征指标差异（P＜0.05）。
表6 莲藕全粉的糊化特性
Table 6 Gelatinization characteristics of whole lotus root powders
注：不同小写英文字母表相同处理下不同样品之间的糊化特征指标差异（P＜0.05），不同大写英文字母表示相同样品经不同处理的糊化特征指标差异（P＜0.05）。
经过不同热处理后，莲藕全粉糊化的起始、峰值和终止温度均显著降低（P＜0.05）。马丹妮[34]研究发现，5 种黑小麦起始糊化温度为63.42～65.21℃，经常压和高压热处理后分别将至44.54～48.14℃和43.7～48.92 ℃。蒸煮处理会显著降低板栗淀粉的糊化温度，主要是因为高温破坏了大量的长支链淀粉，导致支链淀粉含量降低[37]。而莲藕经热处理后的全粉焓变值增减可能存在两个方面的原因：其一是加热导致淀粉分子的有序程度降低，从而降低焓变值；其二是加热过程中淀粉与其它组分形成了复合物以及新的稳定结构，使得焓变值略增加[38]。
2.5 不同莲藕全粉的糊化特性比较
淀粉在适当的水温下能够吸水膨胀形成均匀的糊状溶液，此过程即为糊化，而黏度的增加为糊化最直接的表现[39]。通过RVA 测定不同莲藕全粉的糊化特性，结果如表5 所示。不同莲藕全粉峰值黏度、谷值黏度、衰减值、最终黏度、回生值的平均值分别为2 587.50，1 206.30，1 381.00，1 449.00 cP和243.00 cP，其CV 分别为0.95%，2.87%，2.96%，1.87%和1.75%。其中，WZ2-S9 样品具有最高值，而EL5-S6 具有最低值。峰值黏度的大小与淀粉颗粒的膨胀性能呈正相关[40]；衰减值与淀粉颗粒的稳定性呈反比[41]；回生值表示淀粉的稳定性和老化速度，回生值越大，淀粉越易老化[42]。相较之下，WZ2-S9 全粉的淀粉膨胀性与热糊稳定性较好，但冷糊稳定性差，易老化；EL5-S6 全粉与之相反。
莲藕品种、生长期和热处理方式对全粉的糊化特性均有明显影响，尤其是高压加热显著降低全粉的谷值黏度和最终黏度（P＜0.05）。经高压加热后，样品的平均峰值黏度和谷值黏度分别降低了196.40 cP 和374.60 cP，而平均衰减值和最终黏度分别增加了178.30 cP 和412.00 cP。有研究表明[43-44]，高温、高压可使淀粉颗粒被破坏，直链分子溶出，大量短直链分子在氢键等作用力的作用下发生集聚，形成耐热结构，使得总体的黏度降低。而水解形成的短链更易溶解，使得淀粉回生困难，即回生值降低。但在热处理后期，由于可溶性物质与其它物质的流失，使得高膨胀性的淀粉粒占据较大的体积而更紧密，淀粉颗粒之间互相靠紧，传递着较高的内部摩擦力，即黏度升高[25]。
3 结论
全粉是一种莲藕绿色加工产品，具有较高的营养价值和资源利用率，并能在一定程度上替代传统藕淀粉。不同品种和不同生长期莲藕加工全粉在糖类成分含量、消化特性和糊化特性方面呈现明显差异。经热处理后莲藕全粉的色泽加深，可溶性糖含量增加，而总淀粉及抗性淀粉含量减少。加热导致全粉中抗性淀粉部分转变成可消化淀粉，降低糊化温度，并改变凝胶特性。原料及其预热处理会显著影响莲藕全粉的营养品质和冲调特性，是产品品质控制的关键。然而，对于莲藕全粉加工的原料学、工艺学和营养学问题仍需要深入研究，为相关产品的开发与应用提供更加系统的科学依据和技术支撑。
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