紫薯花青素固體飲料生產(chǎn)工藝研究

徐飛++鈕福祥++孫建++朱紅++岳瑞雪++張毅++張文婷

摘要 本文研究以紫薯為原料制作花青素固體飲料的工藝。為避免組織破碎，利用薯塊自身酶系統(tǒng)作用，在一定條件下降解淀粉，消除產(chǎn)品渾濁、沉淀現(xiàn)象；為提高產(chǎn)品溶解性，配料中添加了分散劑；在制備固體顆?；蚍勰r，采用噴霧干燥法。試驗確定酶解溫度、酶解時間、噴霧干燥溫度及分散劑添加量為影響工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的4個關(guān)鍵因素，采用4因素3水平的正交試驗。結(jié)果表明，酶解溫度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響最大，分散劑因素影響最小。優(yōu)化分析后，最佳工藝條件為酶解溫度條件為80 ℃，酶解時間60 min；噴霧干燥溫度105 ℃；β-環(huán)狀糊精添加量為10%。提取濾渣可開利用發(fā)膳食纖維產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞 花青素固體飲料；溶解性；自身酶解；噴霧干燥；紫薯

中圖分類號 TS275.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）23-0243-03

紫薯中富含花青素，花青素具有抗氧化、抗腫瘤、降血壓、降血糖和增強(qiáng)免疫力等眾多醫(yī)療價值和營養(yǎng)保健價值[1-2]。目前，紫薯加工產(chǎn)品的開發(fā)如火如荼，如紫薯全粉、紫薯條、紫薯飲料以及添加了紫薯成分的面包、蛋糕、饅頭、餅干、掛面等[3]，以期增加花青素含量，提高產(chǎn)品保健功能，開發(fā)賣點，吸引消費。紫薯飲料、紫薯汁是老百姓喜聞樂見的產(chǎn)品，市場廣闊，消費人群廣泛，紫薯汁飲料生產(chǎn)和開發(fā)受到業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，創(chuàng)建了一批生產(chǎn)企業(yè)，形成了一系列產(chǎn)品，如“又聞薯香”“李婆婆”“梅園三寶”的紫薯汁，“上洛”“自然尚品”的紫薯固體飲料等，發(fā)展形勢良好。就產(chǎn)品形式而言，紫薯飲料有渾汁果肉型和清汁型，清汁型清涼爽口，適宜夏季飲用，更受消費者喜愛。

紫薯不同于一般水果，其不溶性固形物含量高，達(dá)到25%～40%，不宜直接壓榨取汁，需要采用酶解技術(shù)，降解淀粉，使之變?yōu)榭扇苄裕员闵a(chǎn)出澄清紫薯汁。酶解需要破碎或打漿，以提高酶解效率[4-5]。而打漿使得果肉組織各種物質(zhì)得以細(xì)化和分離，這必然造成過濾的困難，增加過濾成本，降低工藝效率，同時也很難過濾徹底，影響產(chǎn)品感官品質(zhì)。

本研究利用紫薯薯塊自身酶系統(tǒng)的作用，在不破碎薯塊組織的情況下，實現(xiàn)組織中淀粉的降解糖化，然后切丁提取，分離出可溶性糖、花青素、氨基酸等全部可溶性物質(zhì)，再經(jīng)過濃縮和噴霧干燥，制得顆粒或粉末狀花青素固體飲料[6]。一方面，由于酶解作用，淀粉降解為可溶性糖，組織結(jié)構(gòu)松動，有利于花青素溶解和提??；另一方面，薯塊免打漿的切丁處理，避免組織細(xì)碎化，便于汁液過濾分離，提高效率以及產(chǎn)品透明度。利用該方法生產(chǎn)紫薯飲料的研究鮮見報道。

新鮮的薯塊生物體是一個復(fù)雜的酶系統(tǒng)，其中α-淀粉酶和β-淀粉酶能夠?qū)⒌矸坜D(zhuǎn)化為糖，為薯塊生命活動提供能量[7]，是實現(xiàn)薯塊淀粉自身降解的動力源泉。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：徐紫薯8、碘化鉀指示劑、白砂糖、麥芽糊精、β-環(huán)狀糊精；儀器：200目尼龍濾布、不銹鋼容器、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、水浴鍋、組織破碎機(jī)、高速離心機(jī)、噴霧干燥機(jī)。

1.2 試驗方法

1.2.1 預(yù)備試驗。作為固體飲料，分散溶解性是首要的質(zhì)量指標(biāo)，分散溶解性便于沖調(diào)飲用。因此，生產(chǎn)固體飲料一般需要添加分散劑，以提高產(chǎn)品溶解性。參考相關(guān)研究[8]，本試驗以白砂糖、麥芽糊精、β-環(huán)狀糊精3種可溶性物質(zhì)為分散劑，進(jìn)行溶解性試驗，選擇最適宜的分散劑。試驗設(shè)計用50 mL水溶解5 g分散劑，在不同的溫度下觀察攪拌后溶解情況，并記錄完全溶解時間（表1）。

由表1可以看出，不同的溫度下β-環(huán)狀糊精完全溶解時間最短，是較理想的分散劑，能夠提高紫薯固體飲料的分散性和溶解性，這與黃 卉等[8]研究結(jié)果一致。白砂糖不僅溶解較緩慢，而且添加后增加了甜度，影響口感，可作為風(fēng)味調(diào)節(jié)使用，添加5%即可，對溶解有輔助作用。

1.2.2 試驗工藝流程。紫薯花青素固體飲料生產(chǎn)工藝流程紫薯→預(yù)處理→生物降解→提取→過濾→濃縮→調(diào)配→噴霧干燥。

1.2.3 試驗步驟。試驗具體有以下6個步驟。

（1）生物降解。選擇大小均勻的徐紫薯8薯塊，置于加熱到設(shè)定溫度的水浴鍋中，使水位淹沒薯塊，在設(shè)定溫度下，依靠自身酶系統(tǒng)進(jìn)行自然降解。

（2）提取。薯塊酶解達(dá)到設(shè)定時間后取出，切成邊長3～5 mm的丁狀，加水1～3倍，在40～60 ℃條件下提取20～40 min，使花青素溶解平衡，此時薯丁內(nèi)外色澤一致。

（3）過濾。花青素溶解平衡后，先后進(jìn)行80～200目過濾，去除雜質(zhì)，得到澄清花青素濾液。為使汁液分離徹底，濾渣可用離心機(jī)（2 000 r/min）進(jìn)行汁液分離。視情況，濾渣可進(jìn)行二次提取。

（4）濃縮。為提高噴霧干燥效率，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對提取濾液進(jìn)行真空濃縮，濃縮至原汁液可溶性固形物含量的2倍。

（5）調(diào)配與滅酶。濃縮后，按比例調(diào)節(jié)分散劑，為調(diào)節(jié)口感，適量添加白砂糖（5%左右），然后加熱沸騰5～8 min，冷卻后噴霧干燥。

（6）噴霧干燥。為保持噴霧干燥參數(shù)的穩(wěn)定性，將料液保持在40 ℃左右，同時可節(jié)約能耗。當(dāng)進(jìn)風(fēng)口溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，開啟蠕動泵并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為35 r/min。上料前先用空水作空白樣進(jìn)行噴霧，待參數(shù)穩(wěn)定后，切換為試驗料液。

1.2.4 正交試驗。正交試驗具體有以下幾個步驟。

（1）正交試驗因素水平的確定。除分散劑影響產(chǎn)品溶解性外，自然酶解條件對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。自然酶解溫度低、時間長，酶解不徹底，薯塊也會生產(chǎn)不適宜味道；酶解溫度高、時間短，薯塊變軟爛，汁液分離困難，顆粒殘留多，影響產(chǎn)品感官質(zhì)量。因此，自然酶解溫度和時間是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。除此之外，在產(chǎn)品噴霧干燥階段，噴霧干燥的溫度對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。因此，β-環(huán)狀糊精添加量、自然生物降解溫度和時間及噴霧干燥溫度是影響紫薯固體飲料的4個關(guān)鍵因素，并設(shè)計3個變量水平進(jìn)行正交試驗（表2）。

（2）酶解終點的確定。取少許酶解物薯塊，于組織破碎機(jī)加足量的水中充分破碎，與高速離心機(jī)中進(jìn)行固液分離，去除上清液的固體物質(zhì)，然后滴加碘化鉀指示劑，觀察顏色反應(yīng)，確定淀粉酶解情況。

（3）感官質(zhì)量評價方法。以產(chǎn)品溶解性、色澤（透明度）、沉淀物狀況及口感4個方面為感官質(zhì)量評價指標(biāo)，每項指標(biāo)滿分25分，總分100分，記錄評分的平均值（表3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果如表3所示。可以看出，最佳組合為A3B1C3D2，即試驗的第7個組合，極差分析顯示，影響因素大小順序為B>D>C>A，酶解溫度是最大的影響因素，分散劑比例影響程度最小。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 自身酶解作用的優(yōu)勢。利用薯塊自身酶系統(tǒng)作用實現(xiàn)淀粉降解是本研究的工藝特點，具有明顯的優(yōu)勢。首先，避免了常規(guī)酶解方法對組織的破碎打漿處理造成過濾的困難，簡化工藝，提高效率；其次，淀粉降解后，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生松動，空隙增大，有利于糖類、花青素等內(nèi)容物的溶出，提高提取效果；第三，免去皮全薯塊酶解，避免組織液流失；第四，酶解后，薯塊切成細(xì)丁狀，既有利于提取，也有利于過濾。紫薯自身酶解溫度控制失當(dāng)，會生產(chǎn)異味或組織軟爛，均影響產(chǎn)品感官質(zhì)量。

2.2.2 酶解溫度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。利用薯塊自身酶系統(tǒng)的作用降解淀粉，是一種新的嘗試和探索，酶解溫度和時間是相輔相成的2個變量，溫度是主變量，決定酶的活性及酶解的效率，而時間是應(yīng)變量，影響酶解的程度即徹底性。甘薯自身生物酶系統(tǒng)是一個復(fù)雜的生物代謝過程，有糖化酶、多酚酶、呼吸酶等，各種酶活性的最適宜條件（溫度）也不盡相同，從而產(chǎn)生不同的代謝結(jié)果。如表4所示，淀粉降解糖化后，薯塊組織變得柔軟，切開后，稍擠壓，有汁液流出，便于汁液分離?？梢钥闯?，當(dāng)酶解溫度為40～60 ℃時，由于呼吸酶系統(tǒng)作用旺盛，無氧呼吸生產(chǎn)乙醇、甲醇等，有異味產(chǎn)生；在90 ℃條件下，各種酶活性得以抑制，熱使得淀粉糊化，組織變得軟爛；在70～80 ℃之間，正是淀粉糖化酶最適宜的溫度區(qū)域，而其他酶活性受到抑制，組織軟而不爛，保持產(chǎn)品風(fēng)味純正、感官透明的品質(zhì)，進(jìn)一步驗證了試驗結(jié)果。在80 ℃酶解60 min條件下，時間短、效果好，既提高了效率，又保證了質(zhì)量，是優(yōu)化的酶解工藝條件。

2.2.3 噴霧干燥溫度對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。噴霧干燥作為工藝的最后環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量有決定作用。在一定的流量下，噴霧干燥溫度不僅影響產(chǎn)品風(fēng)味，而且影響產(chǎn)品的組織狀態(tài)和溶解性。溫度低，液體物料中水分不能充分汽化，呈小液滴落入收集器底部，干燥后變?yōu)橛矇K，失去產(chǎn)品應(yīng)有的顆粒分散狀態(tài)，即使適當(dāng)粉碎，由于密度增大，溶解緩慢；溫度高，水分充分汽化，產(chǎn)品顆粒分散性較好，但汁液中的可溶性糖、蛋白質(zhì)、氨基酸等物質(zhì)容易焦化或發(fā)生美拉德反應(yīng)，而果膠等可溶性膳食纖維由于長時間受熱而改變分子結(jié)構(gòu)，造成不可逆變性[9]，降低溶解性，影響產(chǎn)品感官質(zhì)量。有關(guān)研究顯示，進(jìn)風(fēng)口溫度>170 ℃時，產(chǎn)品溶解性和花青素含量均有所降低[10]。

2.2.4 分散劑對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。薯塊中的淀粉經(jīng)酶解糖化后，變?yōu)榭扇苄怨绦挝?，可溶性固形物能夠促進(jìn)顆粒溶解作用；為調(diào)節(jié)口感，配料添加的白砂糖，也促進(jìn)了溶解作用；分散劑β-環(huán)狀糊精的添加，加速了固體顆粒的分散、裂解和溶解的速度，使產(chǎn)品具備適宜的沖調(diào)性。分散劑的進(jìn)一步添加，溶解速度進(jìn)一步加快，而不影響產(chǎn)品品質(zhì)。鑒于β-環(huán)狀糊精的成本因素，在配料中添加10%即可。

3 結(jié)論與討論

利用薯塊自身酶系統(tǒng)作用，降解淀粉，生產(chǎn)紫薯花青素固體飲料。經(jīng)過正交試驗和優(yōu)化分析最佳工藝條件為酶解條件為80 ℃ 酶解60 min，噴霧干燥溫度105 ℃，β-環(huán)狀糊精添加量為10%，其中，酶解溫度因素影響最大，分散劑因素影響最小。生產(chǎn)的紫薯花青素固體飲料溶解性好，色澤澄清、均一透明，紫薯風(fēng)味濃郁，具有一定保健功能。

工藝廢棄物的處理情況決定工藝的優(yōu)劣及生產(chǎn)可持續(xù)的程度。薯塊在降解并提取可溶性物質(zhì)后，除濾渣廢料外，并無其他廢棄物或有機(jī)廢水產(chǎn)生。濾渣廢料主要成分是膳食纖維。有研究顯示，薯渣中膳食纖維含量高達(dá)85.32%[11]，含量豐富，可用來開發(fā)膳食纖維產(chǎn)品，作為強(qiáng)化膳食纖維食品的配料，改善人們的膳食結(jié)構(gòu)，變廢為寶[12]。膳食纖維強(qiáng)化食品是近年來國際流行趨勢，并逐漸向主食化產(chǎn)品發(fā)展，市場潛力巨大。膳食纖維產(chǎn)品開發(fā)工藝流程為濾渣→干燥→粉碎（或超微粉碎）→包裝。在甘薯雪花全粉生產(chǎn)工藝中，添加部分膳食纖維產(chǎn)品，可降低黏度和糖度，易于刮片成形，工藝流程為甘薯→熟化→制泥→調(diào)配（添加薯渣膳食纖維）→滾筒干燥→過目→包裝→雪花全粉[13]。通過綜合利用，變廢為寶，有利于實現(xiàn)紫薯花青素固體飲料的生產(chǎn)的可持續(xù)性。

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