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(1.國家糧食局科學(xué)研究院,北京 100037; 2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

馬鈴薯主食化研究是近幾年的熱點(diǎn),面條作為我國唯一真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的主食品,可以與馬鈴薯結(jié)合,作為推動馬鈴薯主食化的載體,有很多研究結(jié)果[1-3]。目前,馬鈴薯面條的研究大多使用的是馬鈴薯全粉,不同學(xué)者研究了馬鈴薯全粉制備工藝參數(shù)[4]、制備工藝[5],馬鈴薯面條加工工藝[6]等,但全粉制作的馬鈴薯面條價格過高,市場競爭力不強(qiáng)。田曉紅等[7]研究發(fā)現(xiàn),將馬鈴薯蒸熟后再碾磨成熟泥,制作的馬鈴薯面條品質(zhì)與全粉制作的面條品質(zhì)相當(dāng),價格卻比全粉低很多。

原料的粒度大小是影響面條品質(zhì)的重要因素之一,影響面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和吸水性,進(jìn)而影響面條的黏性、彈性和表面光滑性。Niu等[8]在研究麩皮粒度對全麥面條的影響時發(fā)現(xiàn),隨著麩皮的粒度的降低,存放0、24 h鮮濕面條的L*值將增大,面條的硬度、彈性、粘結(jié)性均增大,提高了全麥粉面條的品質(zhì)。Mahsa等[9]研究小麥粉麩皮粒度發(fā)現(xiàn),隨著麩皮粒度的降低,可溶性和不可溶性纖維含量降低,麩皮的膨脹力、水溶性、持水量均呈下降趨勢,使全麥粉面條的表面光滑度增加,硬度變大。田曉紅等[10]和郭婷等[11]通過研究豌豆粉不同粒度發(fā)現(xiàn):粒度較小的豌豆面條具有較高的硬度和斷裂距離,豌豆面條的白度越低,感官評分越高。Protonotariou等[12]在研究小麥粉粒度時發(fā)現(xiàn),粒度小的小麥粉有較高的吸水性和膨脹速度,可溶性物質(zhì)增高。

本研究通過調(diào)整磨漿速度和時間得到不同粒度大小的馬鈴薯泥,探討粒度大小對馬鈴薯泥面條品質(zhì)的影響,為馬鈴薯泥面條的加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

河北壩上小白花馬鈴薯 河北壩上塞北合作社;古船富強(qiáng)小麥粉 北京美廉美超市;石油醚、濃硫酸、氫氧化鈉、95%乙醇等 均為國產(chǎn)分析純。

8010eg組織搗碎機(jī) 美國WARING公司;Mastersizer2000 E型激光粒度儀 英國馬爾文公司;JHMZ 200試驗(yàn)和面機(jī)、JMTD-168/140試驗(yàn)面條機(jī)、JXFD 7醒發(fā)箱 北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司;AB304-S電子分析天平 瑞士梅特勒托利多公司;DGG-9000型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信試驗(yàn)儀器有限公司;TA.XT2i Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國 Stable Micro System公司;E-1010離子濺射儀 日本Hitachi公司;S-300N型掃描電鏡 日本Hitachi公司;LGJ-10D冷凍干燥機(jī) 北京四環(huán)科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 馬鈴薯泥制作 馬鈴薯塊莖→挑揀→清洗→去皮→切片→蒸熟→搗碎→馬鈴薯泥。

選擇完整新鮮的馬鈴薯進(jìn)行清洗,除去表面的泥土,去掉外皮,切成1 cm厚的馬鈴薯片放置在蒸鍋中,使用1500 W的電磁爐蒸30 min至完全熟,取150 g用組織搗碎機(jī)搗碎,搗碎的強(qiáng)度分別為:慢速60 s、慢速90 s、慢速120 s、混合速度120s(慢速40 s,然后快速40 s,再慢速40 s),通過刀頭旋轉(zhuǎn)速度和時間差異,得到四個不同粒度的馬鈴薯泥,分別用樣品A、樣品B、樣品C、樣品D表示。使用其制作的面條分別稱為面條A、面條B、面條C、面條D。所用的四個強(qiáng)度均能使馬鈴薯泥完全粉碎。

1.2.2 粒度大小測定 將適量的馬鈴薯泥放入激光粒度儀容器內(nèi),測定粉體的粒度大小和分布。特征粒度有體積加權(quán)平均粒徑D[4,3]、表面積加權(quán)平均粒徑D[3,2]、平均粒徑(中位徑)d(0.5)(表示樣品中小于和大于該粒徑的顆粒各占50%,邊界粒徑d(0.1)和d(0.9)。

1.2.3 微觀結(jié)構(gòu)觀察 將1.2.1得到的馬鈴薯泥放到干凈的培養(yǎng)皿上,放入冰箱中冷凍1 h,取出后進(jìn)行冷凍干燥,干燥后放入自封袋中備用。為便于觀察馬鈴薯泥內(nèi)部結(jié)構(gòu),用鑷子將馬鈴薯泥表面形成的膜撕去,固定在載物臺上,使用離子濺射儀噴金90s,大約噴上10 nm厚的金,在掃描電鏡下用15 kV的加速電壓進(jìn)行觀察。

1.2.4 面條制作 稱取200 g的小麥粉,然后根據(jù)水分含量,將小麥粉與馬鈴薯泥按照馬鈴薯的干物質(zhì)占混合粉干物質(zhì)的8%、混合面團(tuán)的水分含量在32%進(jìn)行配粉。配粉后將混合粉立刻放到和面機(jī)中進(jìn)行攪拌 2 min,使其成松散的顆粒團(tuán)狀,裝入密閉容器中,放入溫度為30 ℃,濕度85%的恒溫培養(yǎng)箱醒發(fā) 45 min。然后壓延,調(diào)節(jié)面條機(jī)的輥間距為 2.6 mm,壓延后面片對折,再進(jìn)行壓延,共壓延五次,然后在2.2、1.8、1.4、1.0、0.6 mm,各壓延 1次,最后壓成 0.9～1.0 mm 厚的面帶,用切刀切成 2 mm 寬的面條。放入溫度為30 ℃,濕度85%的恒溫培養(yǎng)箱中,干燥至面條水分含量為12%左右,切成20 cm長度的面條,裝入保鮮袋備用,即為干面條。

將小麥粉與一定量的去離子水混合,使得混合面團(tuán)的水分含量在32%,然后再按照上述方法進(jìn)行制作,即得小麥粉面條,記為小麥面條。

1.2.5 色度測定 將20根面條平鋪在白紙上,使用手持色度計進(jìn)行色度測量,重復(fù)六次。色澤指標(biāo)為L*、a*和b*。L*值表示黑-白(亮)度,值越大則越白(亮);a*值表示綠-紅色,值越大則越紅;b*值表示藍(lán)-黃色,值越大則越黃。因此,以L*值越大,則面粉、面條的顏色越好。a*值和b*值約大,面條顏色越差。

1.2.6 面條最佳烹調(diào)時間的確定 參照參考文獻(xiàn)[13],略作改動。用可調(diào)式電磁爐加熱盛有500 mL沸水的鍋,保持水的微沸狀態(tài)。隨機(jī)抽取面條40根,放入沸水中,用秒表開始計時。從2 min開始取樣,然后每隔10 s取樣一次,每次取一根,用兩塊蓋玻片壓扁,觀察面條內(nèi)部白硬心線,白硬心線消失時所記錄的時間即為烹調(diào)時間。

1.2.7 煮熟增重率測定 參照參考文獻(xiàn)[14],取干面條40根,稱重m1,放入500 mL沸水中,同時開始計時,保持水處于98～100 ℃微沸狀態(tài)下煮制。當(dāng)面條在最佳烹調(diào)時間(370 s)時撈出,放入事先恒重過的不銹鋼小盤中,控干水分,稱重m2。煮熟增重率按下式計算,以上結(jié)果均重復(fù)三次,取均值。

式中:Z:煮熟增重率,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計,%;m1:樣品重量,g;m2:樣品煮熟后重量,g;

1.2.8 烹調(diào)損失率測定 將1.2.5中稱重后的樣品,按照參考文獻(xiàn)[15]方法放入130 ℃烘箱內(nèi)烘3 h以上至恒重,稱重為m3,按下式計算烹調(diào)損失率,以上結(jié)果均重復(fù)三次,取均值。

式中:P:烹調(diào)損失率,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計,%;m1:樣品重量;m3:烘干后重量;w:樣品水分含量,以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計,%。

1.2.9 質(zhì)構(gòu)儀測試 用質(zhì)構(gòu)儀測定干面條的折斷的斷裂距離與斷裂強(qiáng)度、馬鈴薯面條煮后的硬度和黏度,測試的參數(shù)設(shè)定參照文獻(xiàn)[16]。

1.2.9.1 斷裂距離與斷裂強(qiáng)度測定 采用A-SFR探頭進(jìn)行測試。將1.2.4中得到的干面條截取至20 cm長,共12根,將一根20 cm長度的干面條垂直放在兩個探頭之間,上面的探頭按照固定的速度不斷向下移動,直到干面條折斷,干面條受擠壓折斷的瞬間所受到的力即為斷裂強(qiáng)度,干面條斷裂時探頭移動的距離即為斷裂距離。斷裂強(qiáng)度越大,表明干面條在包裝、運(yùn)輸過程中所能承受的力越大,越不容易產(chǎn)生斷條;斷裂距離越大,干面條的彈性越好。測定條件:測前速度為0.5 mm/s;測中速度為2.5 mm/s;測后速度為10.0 mm/s;觸發(fā)類型為自動;觸發(fā)力為5.0 g。去掉兩個最大值和兩個最小值,取其他的平均值。

1.2.9.2 硬度測定 采用A/LKB-F探頭進(jìn)行測試。取25根20 cm長的干面條放入電磁爐上的沸水鍋中,煮至最佳蒸煮時間,將面條撈出,以流動的自來水沖洗10.0 s,然后迅速放入到冰水中浸泡20 s,控干水分后,放置到潔凈的燒杯中,燒杯放在冰水浴中保持低溫。從中取出10根面條在測試臺上并排放好,按下列設(shè)置進(jìn)行測定。測前速度:1.00 mm/s;測試速度:0. 17 mm/s;測后速度:10.0 mm/s;目標(biāo)模式:壓力;形變程度:75%;觸發(fā)類型:自動;觸發(fā)力:5.0 g。移動載物臺重復(fù)測定六次,重新取10根面條,重新測試,共兩次,取十二次測定結(jié)果的平均值。

1.2.9.3 黏度測定 采用HDP/PFS探頭進(jìn)行測試。樣品準(zhǔn)備同1.2.9.2硬度測試一樣。測前速度:1.0 mm/s;測中速度:0.5 mm/s;測后速度:10 mm/s;應(yīng)力:1000.0 g;返回距離:10.0 mm,接觸時間:2.0 s;觸發(fā)類型:自動;觸發(fā)力:5 g;重復(fù)五次,取五次測定結(jié)果的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用WPS軟件整理數(shù)據(jù)和繪圖。使用SPSS 21軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差和相關(guān)性分析,方差分析選取Duncan檢驗(yàn),在p<0.05檢驗(yàn)水平上對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,數(shù)值以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 馬鈴薯泥粒度分布和顆粒大小

馬鈴薯泥的粒度分布圖見圖1。從圖1中可以看出,馬鈴薯泥的粒度呈雙峰趨勢,有大顆粒和小顆粒,小顆粒峰值在20 μm附近,大顆粒峰值在200 μm附近,大顆粒所占的比例大于小顆粒所占比例。Narpinder等[17]研究馬鈴薯淀粉時發(fā)現(xiàn),馬鈴薯淀粉具有15～20 μm的小顆粒和20～45 μm的大顆粒,而圖1中的顆粒粒度均比Narpinder等的研究結(jié)果大,是因?yàn)楸狙芯恐袦y定的是糊化后的淀粉顆粒,糊化后的淀粉粒因吸水溶脹,粒度大于干淀粉粒。四個熟泥樣品的雙峰位置基本相同,所占比例有所差異,這是因?yàn)?在碾磨之前,馬鈴薯薯塊中的淀粉和蛋白顆粒吸水膨脹,在碾磨時體系中的水會軟化和分散顆粒,導(dǎo)致較窄的粒度分布和較小的淀粉損失[18]。從圖1中可以看出，樣品A的大顆粒所占的比例最大,其次是樣品B、樣品D、樣品C,也就是說隨著碾磨時間的延長,大顆粒的淀粉被粉碎成一定的小顆粒[19]。

圖1 馬鈴薯泥粒度分布Fig.1 Particle size distribution of cooked mashed potato

表1為馬鈴薯泥的粒度,從表1中可以看出,隨著碾磨時間的延長或磨漿速度的增加,馬鈴薯泥的顆粒體積D[4,3]、表面積D[3,2]、d(0.1)、d(0.5)、d(0.9)呈減小趨勢,也就是說,磨漿強(qiáng)度越大,粒度越小。其中對顆粒體積D[4,3]和中位徑d(0.5)影響趨勢是相同的,樣品A、樣品C、樣品D的顆粒體積D[4,3]和中位徑d(0.5)具有顯著性差異(p<0.05),樣品B和樣品C的顆粒體積D[4,3]和中位徑d(0.5)不具有顯著性影響(p>0.05)。四種樣品中,馬鈴薯泥的中位徑d(0.5)分別為151.9、128.6、130.5、123.4 μm,采用混合120 s碾磨得到的樣品粒度比較小,與樣品C的顆粒表面積沒有顯著性差異(p>0.05),而與樣品A和樣品B有顯著性差異(p<0.05)。樣品A樣品粒度最大,除表面積D[3,2]與樣品B無顯著性差異外(p>0.05),與其他樣品均有顯著性差異(p<0.05)。

表1 馬鈴薯泥粒度Table 1 The size of cooked mashed potato

2.2 粒度對馬鈴薯泥微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖2為放大250倍的馬鈴薯泥微觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖。從圖2中可以看出,樣品A具有片狀結(jié)構(gòu),片與片鑲嵌在一起,片狀結(jié)構(gòu)較厚(圖2A黑框和箭頭所指);當(dāng)磨漿時間增加到慢速90 s,樣品B片狀結(jié)構(gòu)逐漸變大,壁的厚度逐漸變薄,片狀結(jié)構(gòu)上有很多小的鱗片狀結(jié)構(gòu)(圖2B中黑框中所示);當(dāng)磨漿時間增加到慢速120 s時,樣品C片狀結(jié)構(gòu)開始變小,鱗片結(jié)構(gòu)變少;當(dāng)混合120 s,樣品D馬鈴薯泥片狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變小。樣品B和樣品C結(jié)構(gòu)接近,均在大的片狀結(jié)構(gòu)上有一些鱗片狀結(jié)構(gòu),該結(jié)果與粒度大小結(jié)果相同。樣品A、B、C、D上均未見明顯可視的淀粉顆粒,說明淀粉顆粒均已糊化。天然淀粉在一定含水量和一定溫度下加熱會產(chǎn)生糊化現(xiàn)象,在馬鈴薯塊莖中,水分含量在80%左右,在加熱熟制過程中,使得馬鈴薯淀粉糊化,糊化后淀粉顆粒膨脹、直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中脫離出來,黏度增加。

圖2 馬鈴薯泥的掃描電鏡圖(250×)Fig.2 Scanning electron microscopy of cooked mashed potato(250×)注:A、B、C、D分別是樣品A、樣品B、樣品C、樣品D。

2.3 粒度對馬鈴薯面條外觀色澤的影響

使用樣品A、樣品B、樣品C、樣品D制作的面條分別稱為面條A、面條B、面條C、面條D。從表2中可以看出,馬鈴薯泥面條的色澤與小麥粉面條色澤有顯著性差異(p<0.05),面條A的L*、a*、b*值與面條B、C、D的對應(yīng)L*、a*、b*值具有顯著性差異(p<0.05),而面條B、C、D的L*值之間沒有顯著性差異(p>0.05)。面條B、C、D的L*值小于面條A的L*值,a*值、b*值大于面條A的a*和b*，具有顯著性差異(p<0.05,面條A和C的a*除外)。這可能是因?yàn)?隨著碾磨時間的延長,損傷淀粉含量升高,酚類底物及酚類衍生物更易被多酚氧化酶(PPO)氧化,而導(dǎo)致褐變,使得馬鈴薯面條的外觀顏色變暗,L*值降低,a*值和b*值升高。多酚氧化酶普通存在于高等植物中含銅離子的金屬化合物中,它是一類銅結(jié)合酶,能催化單酚使其氧化為多酚,并且能夠催化多酚使其氧化成為醌,而醌能與胺基、硫基或聚合物反應(yīng)生成黑色或者褐色的物質(zhì),使眼色變暗。張丹[20]在研究小麥制品的色澤與多酚氧化酶之間的關(guān)系時發(fā)現(xiàn),多酚氧化酶活性對面粉及面皮的L*值呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性,多酚氧化酶活性高,面制品的L*值降低。馬鈴薯泥面條B、C、D的L*值之間沒有顯著性差異(p>0.05)。可能的原因是PPO活性受溫度影響較大,經(jīng)過高溫處理,PPO失去活性[21],使得面條保持原馬鈴薯淀粉顏色,顏色較白。因此在制作馬鈴薯泥過程中,經(jīng)過加熱處理后多酚氧化酶活性降低,對L*值的影響減少。

表2 馬鈴薯泥面條色澤Table 2 Color of potato noodles

2.4 粒度對馬鈴薯面條煮熟增重率和烹調(diào)損失率的影響

不同粒度的馬鈴薯最佳蒸煮時間均為370 s,沒有顯著性差異(p>0.05)。圖3反映的是粒度對馬鈴薯面條的蒸煮品質(zhì)的影響,從圖3中可以看出,隨著粒度的降低,煮熟增重率和烹調(diào)損失率均呈上升趨勢。烹調(diào)損失率從9.38%增加至10.16%,面條C和面條D的烹調(diào)損失率分別為10.11%和10.16%,與面條A和面條B具有顯著性差異(p<0.05)。這是因?yàn)槊鏃lC和面條D中的馬鈴薯淀粉粒度比較小,小顆粒的馬鈴薯淀粉在煮面過程中易從面條中溶出到面湯里,造成烹調(diào)損失率變大。這與Chen等[22]的研究結(jié)果相同,小粒度的淀粉顆粒比大粒徑的淀粉顆粒更適合制作面條。馬鈴薯面條的烹調(diào)損失率高于小麥粉面條,與小麥粉面條具有顯著性差異(p<0.05)。這是因?yàn)樘砑玉R鈴薯泥,降低了面團(tuán)中的面筋含量,使得淀粉在煮面當(dāng)中更容易溶出,烹調(diào)損失率增加。煮熟增重率從面條A的157.78%增加至面條D的171.85%,面條A、面條B、面條C之間沒有顯著性差異(p>0.05),面條D與其他面條具有顯著性差異(p<0.05)。

圖3 不同粒度的馬鈴薯面條蒸煮品質(zhì)Fig.3 Cooking quality of potato noodles with different particle size注:不同小寫字母代表數(shù)據(jù)之間存在顯著性差異(p<0.05)；圖4～圖6同。

2.5 粒度對馬鈴薯面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.5.1 粒度對干面條的折斷性質(zhì)影響 從圖4可以看出,馬鈴薯面條的斷裂距離顯著高于小麥粉面條(p<0.05),說明使用馬鈴薯泥進(jìn)行和面,可以顯著增強(qiáng)干面條的韌性。這是因?yàn)轳R鈴薯淀粉糊化后具有很高的黏性,保水性能優(yōu)異,添加一定量的馬鈴薯淀粉可以增強(qiáng)干面條的韌性[23-24]。不同粒度的馬鈴薯面條斷裂距離沒有顯著性差異(p>0.05)。馬鈴薯淀粉具有糊化溫度低、成糊黏度高的特點(diǎn),通常在面制食品中作為增稠劑使用。馬鈴薯泥作為糊化了的淀粉糊,能形成類似于面筋結(jié)構(gòu)的致密的網(wǎng)絡(luò)支架,起到增強(qiáng)面筋結(jié)構(gòu)的作用,使得淀粉顆粒更好的包埋在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)當(dāng)中,有效地增加了干面條的韌性[25]。因此,斷裂距離比較長,韌性好,在運(yùn)輸過程中不容易折斷。

圖4 粒度對馬鈴薯干面條折斷性質(zhì)的影響Fig.4 Effect of grinding strength on the breaking property of potato dry noodles

不同粒度面條的斷裂強(qiáng)度與小麥粉面條沒有顯著性差異(p>0.05),面條A和面條C的斷裂強(qiáng)度具有顯著性差異(p<0.05),其他面條之間不具有顯著性差異(p>0.05)。斷裂強(qiáng)度隨馬鈴薯泥粒度的降低先升高再降低,面條C達(dá)到最大斷裂強(qiáng)度,高于小麥粉干面條的斷裂強(qiáng)度,但粒度對斷裂強(qiáng)度影響不大,與Chen等[26]的研究結(jié)果相同。

2.5.2 粒度對煮后面條的剪切硬度影響 從圖5中可以看出,馬鈴薯面條的剪切硬度小于小麥粉面條,差異顯著(p<0.05)。面條C的剪切硬度大于其他粒度的馬鈴薯面條,差異顯著(p<0.05)。說明添加馬鈴薯泥后,降低了面條的硬度。在淀粉和蛋白質(zhì)系統(tǒng)中,面筋蛋白和淀粉分別充當(dāng)骨架和填充物的作用,水合蛋白和淀粉的粘合作用提供包埋填充物的網(wǎng)絡(luò)骨架能力。當(dāng)添加8%的無面筋的馬鈴薯粉之后的面條,導(dǎo)致面筋蛋白含量有所降低,面條的硬度也相應(yīng)地有所降低[27-28]。樣品C的剪切硬度比較大,其面條品質(zhì)比較好[29]。

圖5 不同粒度的馬鈴薯煮后面條剪切硬度Fig.5 Shear hardness of potato dry noodles of different particle size

2.5.3 粒度對馬鈴薯面條黏度的影響 煮后面條的黏度是淀粉特性測量的主要方式[30],從圖6中可以看出,隨著馬鈴薯泥粒度的降低,馬鈴薯面條煮后黏度降低,馬鈴薯面條的黏度小于小麥粉面條的黏度,黏度比較小的面條C和面條D與小麥粉面條具有顯著性差異(p<0.05),黏度較大的面條A和較小的面條D有顯著性差異(p<0.05),其他不同粒度面條之間沒有顯著性差異(p>0.05)。黏度低,口感爽滑的面條產(chǎn)品比較受消費(fèi)者的喜愛,因此,粒度低的馬鈴薯面條更容易被消費(fèi)者所接受。

圖6 不同磨漿強(qiáng)度的馬鈴薯面條煮后Fig.6 Stickiness of potato dry noodles of different grinding strength

3 結(jié)論

馬鈴薯泥顆粒具有顯著的雙峰顆粒分布,小顆粒峰值在20 μm附近,大顆粒峰值在200 μm附近;隨著粒度的降低,馬鈴薯面條的L*值降低,a*值和b*值升高,與小麥粉面條具有顯著性差異(p<0.05);馬鈴薯面條的斷裂距離顯著高于小麥粉面條(p<0.05),不同粒度的馬鈴薯面條斷裂距離沒有顯著性差異(p>0.05);馬鈴薯面條的剪切硬度小于小麥粉面條,差異顯著(p<0.05)。添加馬鈴薯泥后,面條的黏度降低,且隨著粒度的減小而減小;總體來說,粒度中位徑d(0.5)在130 μm的馬鈴薯面條品質(zhì)最優(yōu)。