干燥方式對(duì)甘薯渣干燥特性及品質(zhì)的影響

鮑士寶，李順欲，杭 華，*

（1.安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，安徽蕪湖241003；2.安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽鳳陽(yáng)233100）

干燥方式對(duì)甘薯渣干燥特性及品質(zhì)的影響

鮑士寶1，李順欲2，杭 華1，*

（1.安徽師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，安徽蕪湖241003；2.安徽科技學(xué)院食品藥品學(xué)院，安徽鳳陽(yáng)233100）

研究了冷凍干燥、熱風(fēng)干燥和紅外干燥3種處理方式對(duì)甘薯渣干燥特性的影響。在此基礎(chǔ)上，比較了3種干燥處理方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，不同干燥方式的甘薯渣干燥特性存在差別；冷凍干燥產(chǎn)品的感官品質(zhì)、持水力、持油力與溶脹性最佳；紅外干燥產(chǎn)品陽(yáng)離子交換能力最強(qiáng)，但其粗纖維、粗脂肪、還原糖含量最低。

甘薯渣，干燥方式，干燥特性，品質(zhì)

甘薯是我國(guó)重要的糧食作物，種植面積與產(chǎn)量均居世界首位。隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民群眾膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大改變，甘薯已由原來(lái)的消費(fèi)主糧向工業(yè)原料和飼料作物轉(zhuǎn)變。甘薯是理想的淀粉資源，既可用以提取淀粉[1]，又可用以直接生產(chǎn)淀粉糖[2]，甘薯制備淀粉或淀粉糖后會(huì)產(chǎn)生大量的甘薯渣，其仍保留較多營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，如膳食纖維、蛋白質(zhì)、維生素、還原糖、多酚等[3-5]。由于甘薯渣水分含量較高，難于貯藏，給后續(xù)的加工利用造成了一定的影響，因此選擇合適的方式進(jìn)行干燥，對(duì)甘薯渣的深加工與利用具有重要的影響意義。目前，關(guān)于甘薯制備淀粉糖糖漿后殘留甘薯渣的加工處理研究較少，其不同干燥方式下的干燥特性及干燥產(chǎn)品品質(zhì)變化的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

作為一種重要的加工操作單元，干燥在現(xiàn)代食品工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，常見(jiàn)的干燥方式主要有熱風(fēng)干燥、紅外干燥、微波干燥、冷凍干燥及組合干燥方式等[6-8]。其中，熱風(fēng)干燥應(yīng)用范圍廣、操作簡(jiǎn)單、處理量大，但存在著干燥速率慢、產(chǎn)品品質(zhì)差等問(wèn)題[9]；紅外干燥與微波干燥具有干燥速率快、熱效高、產(chǎn)品品質(zhì)均勻等優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備成本相對(duì)較高[6]；真空冷凍干燥產(chǎn)品具有良好的產(chǎn)品品質(zhì)，但冷凍干燥時(shí)間長(zhǎng)、能耗大、處理量小、設(shè)備較貴[10]。

本文選擇冷凍干燥、熱風(fēng)干燥和紅外干燥對(duì)甘薯制糖后產(chǎn)生的甘薯渣進(jìn)行處理，比較不同干燥方式對(duì)甘薯渣干燥特性與干燥產(chǎn)品性質(zhì)的影響，為甘薯渣的深加工與利用提供基礎(chǔ)研究與參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯渣 由安徽省懷遠(yuǎn)縣綠蜂食品加工廠提供；色拉油 市售；α-淀粉酶溶液、堿性蛋白酶、葡萄糖糖苷酶溶液 購(gòu)于諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司；其他試劑 均為分析純。

FA2004B型電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司；101-2-BSS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；PL-4型遠(yuǎn)紅外線食品烘爐 廣東恒聯(lián)食品機(jī)械有限公司；LGJ-10型冷凍干燥機(jī) 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；ZK-82A型真空干燥箱 上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；GL-20B型高速冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；BC/BD-263H型臥式轉(zhuǎn)換型冷藏/冷凍箱 河南新飛電器有限公司；PHS-3B型精密pH計(jì) 上海精科科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘薯渣干燥處理 甘薯渣制備與干燥操作工藝流程如下：

冷凍干燥：準(zhǔn)確稱取20g甘薯渣樣品若干份，平鋪于φ12cm玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)（鋪料密度約294.9kg/m3，下同），-35℃預(yù)凍12h后置于冷阱溫度約-55℃、真空度約20Pa的真空冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行干燥?？疾旄稍飼r(shí)間對(duì)樣品干基含水率的影響。

熱風(fēng)干燥：準(zhǔn)確稱取20g甘薯渣樣品若干份，平鋪于φ12cm玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)。分別在60、80、100℃進(jìn)行熱風(fēng)干燥，考察干燥時(shí)間與干燥溫度對(duì)樣品干基含水率的影響。

紅外干燥：準(zhǔn)確稱取20g甘薯渣樣品若干份，平鋪于φ12cm玻璃培養(yǎng)皿內(nèi)。分別在100、150、200℃進(jìn)行紅外干燥，考察干燥時(shí)間與干燥溫度對(duì)樣品干基含水率的影響。

以上實(shí)驗(yàn)中，均設(shè)定干基含水率≤15g/100g時(shí)為干燥終點(diǎn)。

1.2.2 干燥過(guò)程中水分含量的測(cè)定 干燥處理t時(shí)間的甘薯渣干基含水率按下式計(jì)算。

式中：W0為干燥前的甘薯渣樣品質(zhì)量；Wt為干燥t時(shí)間的甘薯渣樣品質(zhì)量；ω水為未干燥甘薯渣樣品中的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，40.47%。

1.2.3 感官品質(zhì)評(píng)價(jià) 選擇質(zhì)構(gòu)、色澤和風(fēng)味作為甘薯渣干燥產(chǎn)品的感官品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，10人組成的感官評(píng)價(jià)小組依據(jù)表1中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。用以感官品質(zhì)評(píng)價(jià)以及下文中基本成分、功能性質(zhì)測(cè)定的甘薯渣樣品均為每種干燥方式中干燥耗時(shí)最短的工藝條件（冷凍干燥，14h；熱風(fēng)干燥，100℃/8h；紅外干燥，200℃/130min）下得到的產(chǎn)品。

1.2.4 基本成分測(cè)定 還原糖測(cè)定采用GB/T 5009.7-2008中直接滴定法；粗蛋白測(cè)定采用GB 5009.5-2010中凱氏定氮法；粗纖維測(cè)定采用GB/T 5009.88-2008中總膳食纖維測(cè)定的方法；粗脂肪測(cè)定采用GB/T 5009.6-2003中索氏抽提法。

1.2.5 功能性質(zhì)測(cè)定

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sensory evaluation

1.2.5.1 持水力 參考陶顏娟等的方法[11]，有修改。稱取干燥后的甘薯渣樣品1.0g，置于50mL離心管中，加去離子水20mL，稱重（W0）；振蕩混合，室溫靜置1h，5000r/min離心15min，去除上層清液，并用濾紙吸去空白管壁處殘留水分，稱重（W1）。按式（2）計(jì)算樣品持水力。

式中：M0為20mL去離子水質(zhì)量，g；M為甘薯渣樣品質(zhì)量，g。

1.2.5.2 持油力 參考陶顏娟等的方法[11]，有修改。稱取干燥后的甘薯渣樣品0.5g，置于25mL離心管中，加入色拉油5mL，稱重（W0）；振蕩混合，室溫靜置1h，1500r/min離心15min，去除上部油層，并用濾紙吸去空白管壁處的殘留油，稱重（W1）。按式（3）計(jì)算樣品持油力。

式中：M0為5mL色拉油質(zhì)量，g；M為甘薯渣樣品質(zhì)量，g。

1.2.5.3 溶脹性 參考劉傳富、何余堂等的方法[12-13]，有修改。稱取干燥后的甘薯渣樣品1.0g，置于25mL量筒中，加入去離子水10mL，記錄總體積V1；振蕩混合，室溫靜置24h，使樣品充分吸水溶脹，記錄總體積V2。按式（4）計(jì)算樣品溶脹性：

式中：V2－V1為甘薯渣樣品溶脹后的體積，mL；V1－10為甘薯渣樣品溶脹前的體積，mL。

1.2.5.4 陽(yáng)離子交換能力 參考鄭剛等的方法[14]，有修改。稱取干燥后的甘薯渣樣品1.0g，浸沒(méi)于盛有100mL、0.1mol/L HCl溶液的250mL錐形瓶?jī)?nèi)，24h后定性濾紙過(guò)濾，濾渣用去離子水洗至濾液中不含Cl-為止（用0.1mol/L AgNO3溶液判斷），真空干燥得樣品S。將樣品S分散于100mL、15%（m/v）NaCl溶液中，磁力攪拌30min，用0.1mol/L NaOH溶液滴定至pH7.0，記錄消耗NaOH溶液的體積V1（mL）。用去離子水代替HCl溶液，重復(fù)上述操作，記錄消耗的NaOH溶液體積V2（mL）。按式（5）計(jì)算陽(yáng)離子交換能力。

式中：M為甘薯渣樣品質(zhì)量，g；0.1為NaOH溶液濃度，mol/L。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式處理下的甘薯渣干燥特性

由圖1～圖3中的干燥曲線可以看出，甘薯渣在冷凍干燥、熱風(fēng)干燥和紅外干燥3種處理方式下的干燥特性存在明顯差別，3種干燥方式達(dá)到干燥終點(diǎn)（設(shè)定干基含水率≤15g/100g時(shí)）所需干燥時(shí)間存在較大差異，分別為14、8h和130min。隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，3種干燥方式的干燥速率（單位時(shí)間內(nèi)脫水率）都呈現(xiàn)持續(xù)降低的規(guī)律。

圖1 甘薯渣冷凍干燥曲線Fig.1 Freeze drying curve of sweet potato residues

圖2 甘薯渣熱風(fēng)干燥曲線Fig.2 Hot-air drying curve of sweet potato residues

圖3 甘薯渣紅外干燥曲線Fig.3 Infrared drying curve of sweet potato residues

圖2～圖3結(jié)果顯示，隨著干燥溫度的升高，熱風(fēng)干燥和紅外干燥達(dá)到干燥終點(diǎn)所需時(shí)間縮短。60、80、100℃的熱風(fēng)干燥達(dá)到干燥終點(diǎn)所需時(shí)間分別為13、11、8h，平均干燥速率（達(dá)到干燥終點(diǎn)時(shí)，整個(gè)干燥過(guò)程中干基含水率下降量與干燥時(shí)間的比值）分別為4.10、4.84、6.74g水/（100g·h）；100、150、200℃的紅外干燥達(dá)到干燥終點(diǎn)所需時(shí)間分別為150、140、130min，平均干燥速率分別為0.35、0.38、0.41g水/（100g·min）。由此可知，提高干燥溫度，對(duì)于熱風(fēng)干燥，甘薯渣的平均干燥速率增加較大；但對(duì)于紅外干燥，平均干燥速率變化并不明顯。

2.2 干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

由圖4可以看出，干燥處理方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品的感官品質(zhì)存在影響。其中，三種干燥產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)存在明顯差異（p＜0.05），冷凍干燥產(chǎn)品優(yōu)于熱風(fēng)干燥產(chǎn)品，后者優(yōu)于紅外干燥產(chǎn)品；冷凍干燥產(chǎn)品與熱風(fēng)干燥產(chǎn)品在色澤上無(wú)明顯差異（p＞0.05），但均優(yōu)于紅外干燥產(chǎn)品（p＜0.05）；紅外干燥產(chǎn)品的風(fēng)味優(yōu)于其他兩種干燥產(chǎn)品（p＜0.05），其他兩種干燥產(chǎn)品在風(fēng)味指標(biāo)上無(wú)明顯差異（p＞0.05）。綜合考慮，三種干燥處理方式得到的產(chǎn)品在感官品質(zhì)上存在著顯著性差異（p＜0.05），按評(píng)分由高到低依次為：冷凍干燥產(chǎn)品、熱風(fēng)干燥產(chǎn)品、紅外干燥產(chǎn)品。

甘薯渣干燥產(chǎn)品在感官品質(zhì)上的差異，在于不同干燥方式的傳熱傳質(zhì)原理與工藝條件的不同[8，15-16]。冷凍干燥方式下物料中水分從冰晶狀態(tài)直接升華，所占空間仍然保留，物料基本保持原有形態(tài)，形成多孔性、酥松結(jié)構(gòu)；熱風(fēng)干燥方式處理時(shí)，物料表面溫度比內(nèi)部溫度高，使內(nèi)部水分不能及時(shí)向外轉(zhuǎn)移，隨著表面水分的蒸發(fā)遷移，表面迅速收縮形成一層干硬膜，使得內(nèi)外干燥不平衡，最終造成干燥產(chǎn)品質(zhì)地不均勻、酥松度差；紅外干燥處理時(shí)，由于過(guò)程溫度較高，一方面促進(jìn)了物料中脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的氧化，造成甘薯渣干燥產(chǎn)品色澤的劣變，另一方面增加了物料中蛋白質(zhì)與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)的程度，產(chǎn)生相對(duì)較多的、具有一定風(fēng)味的褐色物質(zhì)，在改善產(chǎn)品風(fēng)味的同時(shí)，劣化了干燥產(chǎn)品的色澤和質(zhì)地。

圖4 干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of drying methods on sensory quality of the dried sweet potato residues

2.3 干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品基本成分的影響

表2中結(jié)果表明，粗蛋白含量受干燥方式影響較小，3種干燥方式處理得到的甘薯渣干燥產(chǎn)品中粗蛋白含量無(wú)顯著性差異（p＞0.05）。冷凍干燥與熱風(fēng)干燥對(duì)干燥產(chǎn)品的粗纖維含量影響無(wú)差異性（p＞0.05），但紅外干燥產(chǎn)品的粗纖維含量顯著低于前兩種處理方式得到的產(chǎn)品（p＜0.05），這可能是由于紅外干燥過(guò)程中高溫處理導(dǎo)致纖維類物質(zhì)分子的斷裂，形成部分可溶性小分子物質(zhì)，降低了粗纖維的測(cè)定值。3種處理方式得到的產(chǎn)品中粗脂肪含量差異顯著（p＜0.05），按含量大小依次為冷凍干燥產(chǎn)品、熱風(fēng)干燥產(chǎn)品、紅外干燥產(chǎn)品，原因可能在于熱風(fēng)干燥與紅外干燥的高溫條件使得原物料中脂類物質(zhì)發(fā)生分子裂解、揮發(fā)，或與蛋白質(zhì)、糖類物質(zhì)發(fā)生共價(jià)結(jié)合，原疏水性的脂類分子轉(zhuǎn)換為親水性或兩親性的分子，造成索氏抽提法測(cè)定結(jié)果偏低。由于熱風(fēng)干燥與紅外干燥促進(jìn)了物料中還原糖參與的美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，以及不同干燥方式的溫度差異對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響，因此三種處理方式得到的干燥產(chǎn)品中還原糖含量從大到小依次為：冷凍干燥產(chǎn)品、熱風(fēng)干燥產(chǎn)品、紅外干燥產(chǎn)品。

表2 干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品基本成分的影響Table 2 Effect of drying methods on proximate composition of the dried sweet potato residues

2.4 干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品功能性質(zhì)的影響

由表2結(jié)果可知，干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品的持水力、持油力、溶脹性以及陽(yáng)離子交換能力均有不同程度的影響。

在持水力、持油力和溶脹性指標(biāo)上，冷凍干燥產(chǎn)品都顯著高于熱風(fēng)干燥產(chǎn)品和紅外干燥產(chǎn)品（p＜0.05）；熱風(fēng)干燥產(chǎn)品的持水力和溶脹性顯著高于紅外干燥產(chǎn)品（p＜0.05），但兩種干燥產(chǎn)品在持油力上無(wú)顯著性差異（p＞0.05）。對(duì)于陽(yáng)離子交換能力而言，紅外干燥產(chǎn)品的最大，冷凍干燥與熱風(fēng)干燥產(chǎn)品之間無(wú)顯著差異（p＞0.05）。紅外干燥產(chǎn)品陽(yáng)離子交換能力的增強(qiáng)，可能是由于該干燥方式下的高溫處理導(dǎo)致物料中部分纖維類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)斷裂，增加了游離的羧基、氨基量而造成的。

表3 干燥方式對(duì)甘薯渣干燥產(chǎn)品功能性質(zhì)的影響Table 3 Effect of drying methods on functional properties of the dried sweet potato residues

已有的研究報(bào)道[17-18]表明，攝入食物的持水力強(qiáng)可以增加機(jī)體排便的體積與速度，減輕泌尿系統(tǒng)的壓力，起到緩解泌尿系統(tǒng)疾病的作用；持油力強(qiáng)可減少食物中的游離脂肪含量，從而達(dá)到降血脂的功能；溶脹性強(qiáng)可使食物在腸胃中吸水膨脹并形成高粘度的溶膠或凝膠，易于產(chǎn)生飽腹感，從而抑制進(jìn)食量，對(duì)肥胖癥有較好的調(diào)節(jié)功能；較強(qiáng)的陽(yáng)離子交換功能可以影響人體消化道的pH、滲透壓及氧化還原電位等，形成機(jī)體內(nèi)部緩沖環(huán)境，利于食物的消化吸收。因此，在進(jìn)行甘薯渣開(kāi)發(fā)利用時(shí)，可根據(jù)對(duì)最終產(chǎn)品的功能定位與要求，選擇不同的干燥方式進(jìn)行處理。

3 結(jié)論

分別采用冷凍干燥、熱風(fēng)干燥與紅外干燥3種方式處理甘薯渣，結(jié)果表明不同干燥方式下的甘薯渣干燥特性存在差異。比較了3種干燥方式得到的產(chǎn)品性質(zhì)，結(jié)果顯示干燥方式對(duì)最終產(chǎn)品的感官品質(zhì)、基本成分含量以及部分功能性質(zhì)存在影響，其中冷凍干燥產(chǎn)品感官品質(zhì)、持水力、持油力與溶脹性都顯著高于其他兩種干燥產(chǎn)品（p＜0.05）；紅外干燥產(chǎn)品具有最大的陽(yáng)離子交換能力但產(chǎn)品中的粗纖維、粗脂肪與還原糖含量最低。

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Effect of drying methods on drying characteristics of sweet potato residues and quality of the dried products

BAO Shi-bao1，LI Shun-yu2，HANG Hua1，*
（1.College of Environmental Science and Engineering，Anhui Normal University，Wuhu 241003，China；2.School of Food and Drug，Anhui Science and Technology University，F(xiàn)engyang 233100，China）

The drying characteristics of sweet potato residues with three types of drying method including freeze drying，hot-air drying and infrared drying were investigated.Additionally，the effects of different drying methods on quality of the dried products were evaluated.The results showed that there was significant difference presented in the drying characteristics of sweet potato residues for different drying methods.Moreover，the product obtained by freeze drying was best on sensory quality，water-holding capacity，oil-holding capacity and swellability，while the product obtained by infrared drying exhibited lowest on the contents of crude fiber，crude fat and reducing sugar，with the largest cation exchange capacity.

sweet potato residues；drying method；drying characteristics；quality

TS210.9

A

1002-0306（2014）10-0168-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.10.029

2013－08－05 *通訊聯(lián)系人

鮑士寶（1980-），男，博士，講師，研究方向：功能性食品添加劑與配料。