加工方法及提取因素對甘薯中可溶性糖含量影響的研究

張 娟，于有偉，張 麗

(山西師范大學工程學院，山西臨汾041000)

甘薯俗稱紅薯、番薯、地瓜等，屬旋花科一年生植物，原產(chǎn)于南美洲，傳入中國已有400多年的歷史［1］。作為食品，甘薯營養(yǎng)豐富，以干重計，在其塊根中含有淀粉 37.6%～77.8%、可溶性糖 1.68%～36.02%、蛋白質(zhì)2.24%～12.21%、脂肪0.2%～1.73%、粗纖維約0.5mg/100g、鈣約46mg/100g、胡蘿卜素約1.3mg/100g，營養(yǎng)價值不低于米面，俗稱“土人參”［2］。經(jīng)常食用可對某些疾病有很好的預(yù)防作用。尤其是近年來，隨著甘薯低熱量與低脂肪的營養(yǎng)學特性以及高居食品榜首的抗癌保健作用逐漸被消費者認知。甘薯中的養(yǎng)分，碳水化合物占干物重的80%～90%，主要由淀粉和糖類組成。甘薯的風味和口感在很大程度上取決于其含糖量的多少，鮮食、烘烤和果脯加工用品種要求高含糖量。薯塊中總糖主要由蔗糖、葡萄糖、果糖組成，三者均為可溶性糖［3］。因此，可溶性糖含量是衡量甘薯品質(zhì)的重要指標之一。本文通過選用蒸、烤、炸三種工藝對甘薯進行加工，從而分析可溶性糖含量的變化，并進一步研究提取因素對可溶性糖含量的影響，為甘薯的質(zhì)量評估和綜合開發(fā)利用提供依據(jù)。此外，甘薯在加工過程中，水分含量也發(fā)生變化，而可溶性糖在人體內(nèi)的消化吸收率與水分含量關(guān)系密切。關(guān)于不同加工方法對甘薯可溶性糖和水分含量的變化，國內(nèi)外目前未見報道。因此本研究對于深度開發(fā)紅薯具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯、色拉油 山西省臨汾市銀河超市;苯酚、濃硫酸、蔗糖、蒸餾水 山西師范大學工程學院實驗室。

RJ－TDL－40C低速臺式離心機 無錫市瑞江分析儀器有限公司;WFJ7200可見分光光度計 尤尼柯儀器有限公司;FA1004電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;LSY電熱恒溫水浴鍋 北京醫(yī)療設(shè)備廠;遠紅外線電熱食品烤箱 廣東多麗食品機廠制造;GZX－9246MBE數(shù)顯鼓風干燥箱 上海博迅事業(yè)醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗材料處理 將甘薯進行三種不同加工方式的處理。蒸制是將甘薯置于100℃蒸汽下蒸制40min，烤制是將甘薯切塊置于200℃的烤箱中烤85min，油炸是將甘薯切片(厚度在0.5mm左右)后置于色拉油中炸10min。取樣時從樣品甘薯上、中、下三層分別取出檢樣，取可食部分(去皮)，然后混合縮減至所需數(shù)量的平均樣品(樣品處理好后應(yīng)盡快取樣測定，防止水分含量等指標的變化)［4］。

1.2.2 水分含量的測定 采用烘箱法測定水分含量［5］。

1.2.3 可溶性糖含量的測定

1.2.3.1 甘薯中可溶性糖的提取 準確稱取0.1g甘薯樣品，放入100mL的燒杯中，先用少量蒸餾水調(diào)成糊狀，然后加入25mL蒸餾水，攪勻，置于50℃恒溫水浴中保溫20min，使可溶性糖浸出。將濾出液(含沉淀)轉(zhuǎn)移到50mL離心管中，于3000r/min下，離心10min。沉淀可用20mL蒸餾水洗一次，再離心。將兩次離心的上清液收集在100mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，混勻，作為待測液。

1.2.3.2 可溶性糖含量的測定 吸取0.5mL樣品液于試管中，用蒸餾水補至2mL，加入9%苯酚1mL，迅速加5mL濃硫酸。搖勻后，在室溫下靜置30min，以不含蔗糖溶液的空白為參照，在485nm波長下，比色測定吸光度。根據(jù)標準曲線計算出甘薯中可溶性糖含量。

可溶性糖含量(%)=從回歸方程求得糖的量/吸取樣液的體積×提取液量×稀釋倍數(shù)/樣品干重× 100［8］

1.2.4 實驗設(shè)計

1.2.4.1 單因素實驗 影響水提取可溶性糖含量的主要因素有提取時間、提取溫度和料液比等。實驗分別對其進行了單因素實驗與分析，以確定各因素的影響效果及適宜范圍。

1.2.4.2 優(yōu)化實驗 根據(jù)單因素實驗及分析結(jié)果，選擇有現(xiàn)實意義的因素水平建構(gòu)正交實驗設(shè)計表進行主要因素優(yōu)化實驗。用極差分析法對實驗內(nèi)容進行統(tǒng)計分析。

表1 烤制40min時的正交實驗因素水平表Table 1 Orthogonal experimental factors and levels of 40min during baking

表2 蒸制24min時的正交實驗因素水平表Table 2 Orthogonal experimental factors and levels of 24min during steaming

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖標準曲線的繪制

采用苯酚－硫酸法［6］，以蔗糖為標準品，測定的標準曲線［7］如圖1所示。

圖1 可溶性糖標準曲線Fig.1 Standard curve of soluble sugar

2.2 蒸制對甘薯中可溶性糖含量的影響

由圖2可知，蒸制剛開始，甘薯中的可溶性糖大幅度的增加，隨時間的延長，可溶性糖含量仍持續(xù)增加。在24min時達到最大值，在處理末期，其呈下降趨勢，但是幅度不大。蒸制對甘薯中水分含量的影響較小。

2.3 烤制對甘薯中可溶性糖含量的影響

圖2 蒸制過程中水分和可溶性糖的動態(tài)變化Fig.2 Variation of moisture and soluble polysaccharose in stearning processing

由圖3可知，雖然烤箱烤制是一種加熱過程，但是對甘薯中水分含量的影響并不明顯，這表示烤箱烤制在加熱過程中甘薯內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移很少［10］。但是烤制對甘薯中可溶性糖影響比較復雜:加熱起初階段可溶性糖含量呈上升趨勢，可能是由于淀粉在加熱條件下分解所致，而后可溶性糖含量又逐漸下降，是因為烤制過程中是植物組織疏松，可溶性糖部分滲出組織。末期可溶性糖含量又上升，其原因需進一步研究。為了使實驗更精確在34～51min之間取點測定可溶性糖含量得出在40min時達到最大值43.23%，此時水分含量為62.85%。

圖3 烤制過程中水分和可溶性糖含量的動態(tài)變化Fig.3 Variation of moisture and soluble polysaccharose in baking processing

2.4 炸制對甘薯中可溶性糖含量的影響

由圖4可知，與蒸制及烤制不同的是，油炸過程中甘薯的水分含量急速降低。甘薯中的可溶性糖含量也隨油炸時間的延長而降低，原因可能與水分含量下降有關(guān)。在感官評定中，蒸制、烤制有明顯的甜味而油炸過的甘薯基本沒有甜味，在此得到了驗證。

圖4 炸制過程中水分含量和可溶性糖的動態(tài)變化Fig.4 Variation of moisture and soluble polysaccharose in frying processing

2.5 單因素實驗與分析

從以上實驗得出，在烤制40min時可溶性糖含量達到了最大值，蒸制在24min時可溶性糖含量達到了最大值。以下是提取因素對這兩種加工方式的影響做了進一步研究。

2.5.1 對烤制40min的甘薯進行單因素分析

2.5.1.1 料液比對可溶性糖提取的影響 根據(jù)預(yù)實驗，稱取1g樣品用不同量的蒸餾水進行浸提，提取時間為20min，提取溫度為50℃。從圖5中可以看出，料液比對甘薯中可溶性糖的提取的影響不是很明顯，但是在200mL時提取比較徹底，可溶性糖含量達到了最大值。在150mL時可能由于提取不徹底，導致含量較低，而250、300mL時，由于蒸餾水過量，導致樣品濃度下降，可溶性糖含量同樣較低。

圖5 料液比對甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.5 Effect of ration of material to liquid on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.1.2 時間對可溶性糖提取的影響 根據(jù)上一因素的研究，采用上面得出的最佳料液比1g∶200mL，在提取溫度為50℃條件下，采用不同的提取時間對甘薯中的可溶性糖進行提取。由圖6可知，可溶性糖含量隨時間的延長先升高而后下降，在20min時達到最佳狀態(tài)?？赡苁怯捎诩訜釛l件有利于淀粉的降解，而加熱時間過長反而會使可溶性糖凝聚與沉淀表面，不利于水的浸提導致含量下降。

圖6 時間對甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.6 Effect of time on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.1.3 溫度對可溶性糖提取的影響 由于前面已經(jīng)得出提取的最佳料液比 1g∶200mL，最佳時間20min，所以將采用不同的溫度對可溶性糖的提取進行研究，結(jié)果如圖7。

從圖7可知，可溶性糖含量隨溫度的升高先上升而后大幅度下降，在40℃時取得最大值。可溶性糖含量在30～40℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，可溶性糖的溶解性和滲透能力逐漸提高。但溫度高于40℃時可溶性糖的提取量反而會下降，其原因可能是提取溫度過高，熱作用降低了某些化學反應(yīng)的活化能，增加可溶性糖之間或是可溶性糖和甘薯內(nèi)的其他物質(zhì)之間的碰撞，形成了新的化學鍵，不利于提取液的提?。?2］。

圖7 溫度對甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.7 Effect of temperature on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.2 對蒸制24min的甘薯進行單因素分析

2.5.2.1 料液比對可溶性糖提取的影響 根據(jù)預(yù)實驗，同樣稱取1g樣品用不同量的蒸餾水進行浸提，提取時間為20min，提取溫度為50℃。從圖8中可以看出，料液比對甘薯中可溶性糖的提取的影響不是很明顯，但是在250mL時提取比較徹底，可溶性糖含量達到了最大值。在150、200mL時可能由于提取不徹底，導致含量較低，而在300mL時，由于蒸餾水過量，導致樣品濃度下降，可溶性糖含量同樣較低。

圖8 料液比對甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.8 Effect of ratio of material to liquid on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batats

2.5.2.2 時間對可溶性糖提取的影響 根據(jù)對料液比這一因素的研究，采用上面得出的最佳料液比1g∶250mL，在提取溫度為50℃條件下，采用不同的提取時間對甘薯中的可溶性糖進行提取。由圖9可知，可溶性糖含量隨時間的延長先升高而后下降，在30min時達到最佳狀態(tài)。可能是由于加熱條件有利于淀粉的降解，而加熱時間過長反而會使可溶性糖凝聚于沉淀表面，不利于水的浸提導致含量下降［13］。

2.5.2.3 溫度對可溶性糖提取的影響 由于前面已經(jīng)得出提取的最佳料液比 1g∶250mL，最佳時間30min，所以在此條件下將采用不同的溫度對可溶性糖的提取進行研究，結(jié)果如圖10。

圖9 時間對甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.9 Effect of time on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

圖10 溫度對甘薯可溶性糖含量的影響Fig.10 Effect of temperature on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

從圖10可知，可溶性糖含量隨溫度的升高先上升而后下降，但變化幅度不是很大。在50℃時取得最大值。呈現(xiàn)此趨勢可能是因為可溶性糖含量在30～50℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，可溶性糖的溶解性和滲透能力逐漸提高［14］，增大了提取率。但溫度高于40℃時可溶性糖的提取量反而會下降，其原因可能是提取溫度過高，熱作用降低了某些化學反應(yīng)的活化能，增加可溶性糖之間或是可溶性糖和甘薯內(nèi)的其他物質(zhì)之間的碰撞，形成了新的化學鍵，降低了提取效果。

2.6 正交實驗與分析

2.6.1 對烤制40min的甘薯進行正交實驗與分析用水作提取劑提取甘薯中可溶性糖是個重要的單元，關(guān)鍵因素將直接影響到提取含量。為了更進一步研究料液比A，提取時間B以及提取溫度C三個關(guān)鍵因素與甘薯可溶性提取量之間的關(guān)系。在單因素的研究基礎(chǔ)上，以0.1g烤制40min的甘薯樣品為基材，可溶性糖含量為指標，采用L9(34)正交表進行實驗，尋找最佳的提取工藝［15］。

結(jié)果分析表明:由表3可得，直觀最優(yōu)水平組合是A2B1C2，通過極差分析正交實驗結(jié)果可知，最優(yōu)組合為A2B2C2，影響甘薯中可溶性糖提取的因素主次為A＞C＞B，即對可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時間的影響最小。為了得到最優(yōu)的提取參數(shù)，需要做驗證實驗，結(jié)果見表4。

通過實驗驗證可得，甘薯中可溶性糖的最佳工藝條件為A2B2C2，提取因素為料液比1g∶200mL，提取時間為20min，提取溫度為40℃，此時的提取率是41.03%。

2.6.2 對蒸制24min的甘薯進行正交實驗與分析 為了更進一步研究料液比A，提取時間B以及提取溫度C三個關(guān)鍵因素與蒸制24min的甘薯可溶性提取量之間的關(guān)系。在單因素的研究基礎(chǔ)上，以0.1g蒸制24min的甘薯樣品為基材，可溶性糖含量為指標，采用L9(34)正交表進行實驗，尋找最佳的提取工藝。

表3 烤制40min的正交實驗結(jié)果Table 3 The results of orthogonal test of 40min during baking

表4 烤制40min最佳水平驗證實驗Table 4 The best level verification test of 40min during baking

結(jié)果分析表明:由表5可得，直觀最優(yōu)水平組合是A2B1C2，通過極差分析實驗結(jié)果可知，影響甘薯中可溶性糖提取的因素主次為A＞C＞B，即對可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時間的影響最小。而理論上得出的最優(yōu)組合為A2B2C2，與實驗得出結(jié)論不符，所以需要做驗證實驗，結(jié)果見表6。

通過實驗驗證可得，甘薯中可溶性糖的最佳提取工藝條件為因素為料液比1g∶250mL，提取時間為20min，提取溫度為50℃，此時的提取率是51.31%。

3 結(jié)論

蒸、烤加工方式對甘薯中水分含量的動態(tài)影響不大，炸制隨時間的延長，水分急速下降?？局七^程中，甘薯中的可溶性糖含量先增加而后降低，在處理末期又呈上升趨勢。蒸制過程中，甘薯中可溶性糖含量先增加而后降低。油炸過程中可溶性糖含量呈下降趨勢。正交實驗結(jié)果表明:以蒸制24min的甘薯為原料，對可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時間的影響最小。水提取可溶性糖的最佳工藝條件是料液比1g∶250mL，提取時間為20min，提取溫度為50℃，提取率達到41.03%。以烤制40min的甘薯為原料，對可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時間的影響最小。水提取可溶性糖的最佳工藝條件是料液比1g∶200mL，提取時間為20min，提取溫度為40℃，此時的提取率是51.31%。

表5 蒸制24min的正交實驗結(jié)果Table 5 The results of orthogonal test of 24 min during steaming

表6 蒸制24min最佳水平驗證實驗Table 6 The best level verification test of 24min during steaming

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