淮山片變溫壓差干制工藝優(yōu)化及其特性研究

李清明 李志雅 張麗茹 趙小梅 熊興耀 蘇小軍

摘要：【目的】優(yōu)化淮山片變溫壓差干制工藝，并研究該工藝對淮山片結構和主要功能成分的影響，為利用變溫壓差干制技術生產高品質淮山干制品提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳詮退取⑸珴珊褪湛s率為評價指標，結合模糊評判，采用二次回歸正交旋轉組合試驗設計優(yōu)化淮山片變溫壓差干制工藝條件，研究膨化溫度（X1）、抽空溫度（X2）和抽空時間（X3）對淮山片變溫壓差干制效果的影響規(guī)律，以及變溫壓差干制工藝對淮山片品質的影響?！窘Y果】建立了淮山片綜合評分（Y）的回歸方程：Y=6.97-0.63X1-1.61X2-1.07X3+0.38X1X2-0.14X1X3+0.044X2X3-0.67X12-0.57X22-0.92X32（R2=0.9396），3個因素對淮山片綜合評分均有極顯著影響（P<0.01）?；瓷狡儨貕翰罡芍谱罴压に噮?shù)為：膨化溫度87 ℃、抽空溫度74 ℃、抽空時間138 min，在此條件下所制備的淮山片復水比為1.82，色澤L為91.32，收縮率為36.12%，綜合評分為8.71分，得到的淮山片片形較好，黃酮和尿囊素保存率高?！窘Y論】通過二次回歸正交旋轉組合設計優(yōu)化得到的變溫壓差干制工藝能較好地保持淮山片片形、保留淮山活性成分，可有效應用于淮山片的干制，建立的模型能用于指導實際生產。

關鍵詞： 淮山片；變溫壓差干制；二次回歸正交旋轉組合設計

中圖分類號： TS201.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）10-1743-06

0 引言

【研究意義】淮山為山藥科薯蕷屬植物，是許多熱帶國家人民的重要主食（Hsu et al.，2003；Badmus et al.，2013），在我國屬藥食同源食物，具有補脾、養(yǎng)肺、固腎、益精等多種功效（李樹英等，1994），深受消費者青睞。但由于鮮淮山水份含量高，易腐爛，不耐貯藏，為解決淮山的貯藏和周年供應問題，可將淮山干制成片或淮山粉（Mestres et al.，2004）。因此，研究淮山片干制工藝，對淮山深加工利用具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】目前國內對淮山片干制技術的研究主要集中在護色、熱風干燥、微波干燥和冷凍干燥等方面。陳艷珍（2009）、任廣躍等（2010）對淮山片的微波干燥特性進行了研究，得到淮山片的最佳微波干制條件；黃艷斌等（2014）對淮山干燥過程的無硫工藝進行了研究，得到優(yōu)化的無硫護色配方；任煒和段續(xù)（2016）對鮮切懷山藥的等溫吸濕特性進行模擬，得到預測懷山藥玻璃化轉變溫度與水含率關系的擬合方程。目前淮山片干制的主要方法是熱風干燥，但此法存在干燥時間長、能耗高、活性成分損失大等問題。變溫壓差干制是一種新型干制技術，具有節(jié)能環(huán)保、產品品質好等優(yōu)點，已有不少學者對其機理、工藝及其應用方面開展了研究，該技術已應用于馬鈴薯（畢金峰和魏益民，2008）、菠蘿（畢金峰等，2009）、芒果（賴必輝等，2011）和紅棗（于靜靜等，2011）等果蔬的干燥?！颈狙芯壳腥朦c】目前尚無利用變溫壓差技術干制淮山片的研究報道?！緮M解決的關鍵問題】以復水比、色澤、收縮率為評價指標，結合模糊評判，采用二次旋轉正交試驗設計，考察膨化溫度、抽空溫度和抽空時間對淮山片變溫壓差干制效果的影響；在前期確定的工藝基礎上，優(yōu)化淮山變溫壓差干制工藝，同時考察變溫壓差干燥對淮山片主要功能成分和結構的影響，為利用變溫壓差干制技術生產高品質淮山干制品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

淮山購自湖南省雙峰縣青樹坪鎮(zhèn)金土地農業(yè)合作社，采挖后立即運至實驗室。主要儀器設備：變溫壓差果蔬干燥機（QDPH-V5，天津市勤德新材料科技有限公司）；色彩色差儀（CR-400，柯尼達美能達公司）；電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9246，上海精宏實驗設備有限公司）；微波爐（KD23B-DA，美的微波電器制造有限公司）；真空冷凍干燥機（Bencbtop K，美國VirTis公司）；粉碎機（FW-135，北京市永光明醫(yī)療儀器廠）；掃描電鏡（JSM-6380LV，日本電子株式會社）；高效液相色譜（1260型，美國安捷倫公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 變溫壓差工藝流程 淮山→分選→清洗→去皮→切片→護色→干燥→冷卻→分級→包裝。

1. 2. 2 試驗設計 根據(jù)前期單因素試驗結果，選擇膨化溫度（X1）、抽空溫度（X2）、抽空時間（X3）3個因素進行二次回歸正交旋轉組合設計優(yōu)化試驗，結合模糊評判，分析3個因素對淮山片復水比、色澤和收縮率的影響。因素水平編碼設計見表1。

1. 2. 3 不同干燥方式比較 選取新鮮淮山，去除壞損，用清水洗掉表面泥土，去皮切片，分別進行不同干燥方式干燥。熱風干燥：60 ℃，10 h；微波干燥：600 W，15 min；真空冷凍干燥：預凍-30 ℃，24 h，凍干時間9 h；變溫壓差干制：膨化溫度87 ℃，抽空溫度74 ℃，抽空時間138 min，停滯時間5 min。比較各干燥方式對淮山片纖維結構、尿囊素和黃酮含量的影響。

1. 3 測定指標及方法

水含量和收縮率分別采用直接干燥法和比容法測定。復水比：在30 ℃條件下，將2.5 g樣品置于50 mL水中浸泡30 min，取出后置于鋼篩上自然瀝水5 min，稱質量計算，復水比=（m2-m1）/m1，式中，m1、m2分別為復水前后樣品重量（g）。色澤：用粉碎機粉碎淮山片，利用色彩色差計測定；L是明度指數(shù)，可用來表示產品色澤變化；本研究所用淮山為白色，可直接用L反映原料加工后的變色程度。色澤L越大，表示淮山片顏色越接近白色，褐變越輕（Hsu et al.，2003）。掃描電鏡采用MSAJE法（Yeh et al.，2013）；尿囊素（Fu et al.，2006）和黃酮（Yeh et al.，2013）含量采用高效液相色譜法測定。

1. 4 模糊評判

采用模糊評判進行綜合評分（王軍鋒等，2012）。

1. 4. 1 確定模糊評判指標集 以復水比（Y1）、色澤L（Y2）、收縮率（Y3）為評價指標集，記為U，U={Y1，Y2，Y3}。

1. 4. 2 確定評價對象因素集對應的隸屬度函數(shù) 采用復水比、色澤L和收縮率3個指標對淮山片的品質進行評定，每個指標評定采用10分為滿分，最低分為0分。3個指標中若有一個指標記為0分，則該樣品評定為不合格。每個指標的品質隸屬度函數(shù)分別為：

1. 4. 3 確定被評指標權重集 根據(jù)淮山片特點確定3個單因素在總評判中的比重分別為復水比45%、色澤L 35%、收縮率20%，即權重集A={0.45，0.35，0.20}。

1. 5 統(tǒng)計分析

采用Design-Expert 8.0.6進行響應面分析，所有數(shù)據(jù)重復測定3次，計算平均值。

2 結果與分析

2. 1 回歸模型及其參數(shù)分析

測定復水比、色澤L和收縮率，并根據(jù)1.4進行綜合評分，結果見表2。利用Design-Expert 8.0.6對表2數(shù)據(jù)進行分析，得到復水比、色澤L、收縮率和綜合評分的模型：Y1=1.78-0.00083X1-0.11X2-0.10X3+0.049X1X2-

0.034X1X3-0.00375X2X3-0.12X12-0.023X22-0.06X32；Y2=

90.80-0.72X1-2.58X2-1.34X3+0.029X1X2+0.059X1X3-

0.036X2X3-0.69X12-1.83X22-1.46X32；Y3=64.97+7.31X1+

5.10X2+7.84X3-1.99X1X2+0.19X1X3+0.084X2X3-5.39X12-

1.88X22-0.65X32；Y4=6.97-0.63X1-1.61X2-1.07X3+0.38

X1X2-0.14X1X3+0.044X2X3-0.67X12-0.57X22-0.92X32。

檢驗各方程回歸系數(shù)，可得決定系數(shù)R2（表3），各方程R2均大于或接近于0.8000，說明各方程模擬結果均有可信度，具有統(tǒng)計學意義。由表3可知，影響淮山片復水比的主次順序依次為：X2>X3>X1，其中X2和X3有極顯著影響（P<0.01，下同），而X1對復水比影響不顯著（P>0.05，下同）；X2對淮山片的色澤L影響極顯著，X3影響顯著（P<0.05，下同），X1影響不顯著；X1、X2和X3對淮山片的收縮率均有極顯著影響，影響程度排序為：X3>X1>X2。綜合評分模型的R2為0.9396，說明方程具有一定的指導意義，預測的精確度高。X1、X2、X3和X12、X22、X32對淮山片的綜合評分均有極顯著影響，X1X3和X2X3對綜合評分有顯著影響。

2. 2 各因素效應分析

為考察各因素交互作用的影響，固定其中1個因素為0水平，考察另外兩個因素對淮山片復水比、收縮率、色澤L和綜合評分的影響，繪出交互效應圖（圖1～圖4）。

由圖1可以看出，淮山片復水比隨膨化溫度的升高而增大，當膨化溫度達90 ℃時，復水比達最大值，之后隨膨化溫度升高而下降；復水比隨抽空溫度的升高而下降；復水比隨抽空時間的延長而升高，在132 min時達最大值，之后下降。

由圖2可以看出，淮山片色澤L則在膨化溫度84 ℃時達最大值后下降；色澤L隨抽空溫度升高呈先上升后下降的變化趨勢，在抽空溫度86 ℃時達最大值；色澤L隨抽空時間延長也呈先升后降的變化規(guī)律，色澤L在抽空時間為150 min時達最大值。

由圖3可以看出，淮山片收縮率隨膨化溫度的升高而上升，當膨化溫度為96 ℃時達最大值，之后略有下降；淮山片收縮率則隨抽空溫度的升高而上升，隨抽空時間的延長呈增大趨勢。

由圖4可以看出，3個因素對淮山片的綜合評分均有顯著影響，淮山片的綜合評分隨膨化溫度、抽空溫度的升高和抽空時間的延長均呈先升后降趨勢。

2. 3 淮山片變溫壓差干制最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

根據(jù)綜合評分回歸方程計算得到淮山片變溫壓差干燥最優(yōu)工藝參數(shù)：膨化溫度87 ℃、抽空溫度74 ℃、抽空時間138 min，在此條件下進行驗證試驗，得到淮山片復水比為1.82，色澤L為91.32，收縮率為36.12%。根據(jù)1.4計算得到綜合評分為8.71分，與預測值8.68分接近，說明模型參數(shù)優(yōu)化合理，擬合模型能較好地應用于淮山片變溫壓差干制過程控制和結果預測。

2. 4 變溫壓差干制對淮山片顯微結構的影響

目前淮山片主要的干制方式是熱風干燥，故對變溫壓差干燥和熱風干燥的淮山片進行掃描電鏡觀察，結果見圖5。經熱風干燥的淮山片內部干縮嚴重，水分散失后其內部局部產生空腔，但大部分區(qū)域結構較致密；而經過變溫壓差膨化干燥的淮山片內部形成多孔狀結構，空腔大且分布較均勻。感官表現(xiàn)為變溫壓差膨化的淮山片收縮不如熱風干燥嚴重，能基本保持良好的片形。

2. 5 變溫壓差干制對淮山片中黃酮和尿囊素等功能成分的影響

尿囊素是淮山的重要功能成分，具有抑菌消炎、鎮(zhèn)痛、抵抗刺激物等作用（Fu et al.，2006），黃酮含量是淮山中抗氧化活性的重要指標（Yeh et al.，2013）。對變溫壓差干制的淮山片與熱風干燥、微波干燥、真空冷凍干燥的淮山片中黃酮和尿囊素含量進行比較分析，結果（圖6）表明，4種干燥方式對淮山片中黃酮和尿囊素含量影響顯著，其中，變溫壓差干制淮山片的黃酮保存率僅低于真空冷凍干燥，顯著高于熱風干燥和微波干燥；變溫壓差干制淮山片的尿囊素保存最好，顯著高于其他3種干燥方式。

3 討論

本研究選擇復水比、色澤和收縮率為評價指標，建立隸屬度函數(shù)，采用模糊評判對淮山片品質進行評價，并構建了淮山片綜合評分的回歸方程。經方差分析可知，膨化溫度、抽空溫度和抽空時間及其平方項對淮山片綜合評分的影響極顯著。優(yōu)化的變溫壓差干制工藝參數(shù)為：膨化溫度87 ℃、抽空溫度74 ℃、抽空時間138 min，在此條件下，得到的淮山片復水比為1.82，色澤L為91.32，收縮率為36.12%。回歸分析結果表明，回歸模型的決定系數(shù)R2=0.9396，說明該回歸模型顯著，擬合度好。通過優(yōu)化工藝條件制備的淮山片，不僅色澤好，片形良好，黃酮和尿囊素含量也保存良好。相對于冷凍干燥，變溫壓差干制成本低、時間短；相對于熱風干燥，變溫壓差干制能夠產生較均勻的質地結構，能有效避免淮山在普通熱風干制中出現(xiàn)的外觀嚴重收縮或開裂現(xiàn)象，制備的產品品質更佳。與韓波等（2012）采用無硫方法制作山藥飲片相比較，變溫壓差干制同為無硫方法，但干燥溫度低，更利于活性物質的保存。

變溫壓差膨化干制由于膨化溫度相對較低、時間較短，故能較好地保留淮山中的活性成分。但由于淮山不像菠蘿、芒果等其他果蔬具有濃郁的果香味，因此采用相對低溫的變溫壓差技術進行干制時，得到的產品難以形成獨特的淮山風味，如何結合其他干燥工藝進行聯(lián)合干制，使制得的淮山片具有良好的質構和風味，使之適合作為即食型休閑食品的開發(fā)還有待進一步研究。

4 結論

通過二次回歸正交旋轉組合設計優(yōu)化得到的變溫壓差干制工藝能較好地保持淮山片片形、保留淮山活性成分，可有效應用于淮山片的干制，建立的模型能用于指導實際生產。

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（責任編輯 羅 麗）