紫薯全粉加工工藝優(yōu)化

王海燕，莫治鵬，惠愛玲，朱瑞雨，吳澤宇，張文成

（1. 合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，農(nóng)產(chǎn)品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230009；2. 安徽棟泰農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司，安徽馬鞍山 238200）

紫薯（Purple sweet potato） 屬于旋花科、番薯屬，在我國山東、河南、廣西、四川、山西、安徽、浙江、廣東、湖南等地廣泛種植[1]，因其本身的果肉呈現(xiàn)紫色，營養(yǎng)成分含量高而得名。紫薯除富含淀粉、蛋白質(zhì)、維生素、氨基酸及多種礦物質(zhì)外，還富含花青素、硒元素等，可有效防治心腦血管疾病，明顯增強(qiáng)人體的免疫能力，具有較高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值[2-5]。目前，國內(nèi)外關(guān)于紫薯的研究主要集中在紫薯花青素的提取及穩(wěn)定性、紫薯淀粉特性、紫薯褐變機(jī)理及控制方法、紫薯粉的關(guān)鍵加工步驟等方面，其中多數(shù)研究側(cè)重于紫薯的主要營養(yǎng)成分——花青素，關(guān)于紫薯全粉的研究較少。

紫薯全粉是以新鮮的紫薯為原料，經(jīng)清洗、去皮、切片、漂洗、蒸煮、干燥、粉碎、過篩等工藝制得的粉末狀產(chǎn)品。將紫薯加工成粉能有效保留新鮮紫薯的營養(yǎng)和風(fēng)味，延長保存期，同時(shí)紫薯全粉既能作為最終產(chǎn)品，也可以作為紫薯食品深加工的基本原料，從而提高紫薯的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)紫薯全粉加工技術(shù)進(jìn)行研究，以期為紫薯的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

紫薯，當(dāng)?shù)厥惺邸?/p>

99.9 %乙醇、碘、檸檬酸、乙酸、乙酸鈉、鹽酸、氯化鉀、碘化鉀，均為分析純；果膠酶，食品級(jí)，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

SHZ-D型循環(huán)水真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；FA1004型電子天平，上海精科天平有限公司產(chǎn)品；DHG-92021SA型真空干燥箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；UV-1600型可見分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司產(chǎn)品；DHG9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏設(shè)備有限公司產(chǎn)品；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，上海小巖工貿(mào)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；XDW型振動(dòng)式超微粉碎機(jī)，濟(jì)南達(dá)微機(jī)械有限公司產(chǎn)品；R206D型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海申生科有限公司產(chǎn)品；TDZ5-WS型低速離心機(jī)，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司產(chǎn)品。

1.2.1 工藝流程

原料→清洗、分級(jí)→蒸煮→冷卻→去皮、修整制泥→干燥→粉碎→篩分（80目） →成品。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

按照確定的工藝路線，選取是否去皮蒸煮、蒸煮時(shí)間、果膠酶添加量、干燥溫度、干燥時(shí)間、干燥方式和粉碎方式進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

（1） 預(yù)處理對(duì)花青素含量的影響。將紫薯按照去皮和未去皮2組分別進(jìn)行蒸煮，然后按照設(shè)計(jì)的工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)。蒸煮時(shí)間20 min，干燥方式為熱風(fēng)干燥（55 ℃，10 h），粉碎方式采用萬能粉碎機(jī)粉碎，通過80目篩進(jìn)行篩分得到樣品。

（2）蒸煮時(shí)間對(duì)花青素含量和碘藍(lán)值的影響。選定是否去皮蒸煮單因素試驗(yàn)中獲得紫薯全粉品質(zhì)最為優(yōu)良的方式，蒸煮時(shí)間選取0，5，10，15，20，25 min進(jìn)行試驗(yàn)。

（3） 果膠酶添加量對(duì)碘藍(lán)值的影響。選定以上單因素試驗(yàn)中獲得紫薯全粉品質(zhì)最為優(yōu)良的因素，果膠酶添加量選取0，0.01%，0.02%，0.03%，0.04%進(jìn)行試驗(yàn)。

（4） 干燥溫度對(duì)花青素含量的影響。選定以上單因素試驗(yàn)中獲得紫薯全粉品質(zhì)最為優(yōu)良的因素，干燥溫度選取50，55，60，65，70 ℃進(jìn)行試驗(yàn)。

（5） 干燥時(shí)間對(duì)水分含量的影響。選定以上單因素試驗(yàn)中獲得紫薯全粉品質(zhì)最為優(yōu)良的因素，干燥時(shí)間選取7， 8， 9， 10， 11 h。

（6） 干燥方式對(duì)花青素含量的影響。選定以上單因素試驗(yàn)中獲得紫薯全粉品質(zhì)最為優(yōu)良的因素，干燥方式選擇熱風(fēng)干燥及真空干燥（真空干燥的壓力為100 KPa） 進(jìn)行試驗(yàn)。

（7） 破碎方式對(duì)碘藍(lán)值的影響。選定以上單因素試驗(yàn)中獲得紫薯全粉品質(zhì)最為優(yōu)良的因素，粉碎方式選擇超微粉碎和萬能粉碎機(jī)。

1.2.3 正交試驗(yàn)

通過單因素試驗(yàn)，確定影響較大的4個(gè)因素，進(jìn)行L9（34）四因素三水平的正交試驗(yàn)，從而確定最佳的優(yōu)化工藝條件，即最佳組合，并進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

1.2.4 最終樣品的理化性質(zhì)測定

采用減壓干燥法進(jìn)行水分測定、游離淀粉碘藍(lán)值測定、持水與持油特性測定[6]、總花青素的測定[7]、花青素含量的測定[8]、紫薯的灰分[9]測定。

1.2.5 紫薯全粉的感官評(píng)價(jià)

紫薯全粉成品密封、常溫儲(chǔ)存。通過感官評(píng)價(jià)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定。

感官評(píng)價(jià)見表1。

表1 感官評(píng)價(jià)

2 結(jié)果與分析

2.1.1 紫薯是否去皮蒸煮對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響

是否去皮蒸煮對(duì)紫薯全粉花青素含量的影響見圖1。

圖1 是否去皮蒸煮對(duì)紫薯全粉花青素含量的影響

由圖1可知，未去皮蒸煮的紫薯全粉中花青素含量是去皮蒸煮的紫薯全粉的110.03%。紫薯全粉的加工過程中，采用不去皮蒸煮的方法，紫薯花青素能夠得到更多的保留。

2.1.2 蒸煮時(shí)間對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響

蒸煮時(shí)間對(duì)紫薯全粉中花青素含量和碘藍(lán)值的影響見圖2。

由圖2可知，隨著蒸煮時(shí)間延長，花青素含量和碘藍(lán)值總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。在蒸煮20 min時(shí)，花青素含量最高為52.32 mg/100 g，隨后開始減少。碘藍(lán)值總體上呈增加的趨勢(shì)，15 min后變化趨于平緩。在生產(chǎn)紫薯全粉過程中，紫薯需要蒸煮15 min才能達(dá)到效果，綜合考慮紫薯全粉中營養(yǎng)成分含量和工藝要求，確定紫薯的蒸煮時(shí)間為20 min。

2.1.3 果膠酶添加量對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響

圖2 蒸煮時(shí)間對(duì)紫薯全粉中花青素含量和碘藍(lán)值的影響

果膠酶添加量對(duì)紫薯全粉碘藍(lán)值的影響見圖3。

圖3 果膠酶添加量對(duì)紫薯全粉碘藍(lán)值的影響

由圖3可知，果膠酶添加量為0.04%時(shí)，紫薯全粉的碘藍(lán)值最低，與對(duì)照組相比降低了2.33。試驗(yàn)中添加果膠酶，酶解細(xì)胞壁間的果膠，使得紫薯全粉的果膠含量減少，使產(chǎn)品溶解性較好，此外還能減少組織細(xì)胞的韌性，有一定軟化組織結(jié)構(gòu)的作用。因此，選擇添加0.04%的果膠酶。

2.1.4 干燥溫度對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響

干燥溫度對(duì)紫薯全粉中花青素含量的影響見圖4。

圖4 干燥溫度對(duì)紫薯全粉中花青素含量的影響

由圖4可知，在55 ℃，干燥10 h條件下所得的紫薯全粉花青素含量最高，可以達(dá)到69.02 mg/100 g。隨著干燥溫度繼續(xù)升高，花青素含量均有不同程度的降低。資料顯示，干燥溫度對(duì)不同來源花青素的降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，隨著干燥溫度的升高或干燥時(shí)間的延長，花青素的降解速度加快。因此，在紫薯全粉加工干燥工藝階段，選擇55 ℃作為干燥溫度。

2.1.5 干燥時(shí)間對(duì)紫薯全粉水分含量的影響

干燥時(shí)間對(duì)紫薯全粉水分含量的影響見圖5。

圖5 干燥時(shí)間對(duì)紫薯全粉水分含量的影響

由圖5可知，在55 ℃的熱風(fēng)干燥條件下，隨著干燥時(shí)間的延長，紫薯中的水分含量逐漸減少。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并參考果蔬粉國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（即果蔬粉的水分含量不能超過6%），最終確定紫薯的干燥時(shí)間為10 h（水分含量5.3%）。

2.1.6 干燥方式對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響

干燥方式對(duì)紫薯全粉花青素含量的影響見圖6。

圖6 干燥方式對(duì)紫薯全粉花青素含量的影響

由圖6 可知，在相同條件下（55 ℃，10 h），熱風(fēng)干燥的紫薯的花青素含量較高為72.36 mg/100 g，是真空干燥紫薯全粉花青素含量的1.2倍。雖然真空干燥能更好地保護(hù)花青素，但結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際分析，認(rèn)為無法在55 ℃真空干燥10 h將水分完全除去，導(dǎo)致后面的粉碎工藝?yán)щy，時(shí)間變長，物料的溫度升高，花青素被破壞，最終花青素含量減少。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了減少生產(chǎn)耗能，綜合考慮，干燥時(shí)間設(shè)為10 h，干燥溫度設(shè)為55 ℃，因此選擇熱風(fēng)干燥。

2.1.7 粉碎方式對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響

粉碎方式對(duì)紫薯全粉碘藍(lán)值的影響見圖7。

圖7 粉碎方式對(duì)紫薯全粉碘藍(lán)值的影響

由圖7可知，萬能粉碎機(jī)粉碎的紫薯全粉碘藍(lán)值（16.33） 較低。粉碎工藝要在不破壞營養(yǎng)成分、顏色及口感的條件下，保證粉質(zhì)細(xì)膩，故主要考查紫薯全粉中的游離淀粉，即碘藍(lán)值的大小。因此，在粉碎工藝方式上選擇萬能粉碎機(jī)。

通過單因素試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)蒸煮時(shí)間、果膠酶添加量、干燥溫度及干燥時(shí)間對(duì)紫薯全粉的品質(zhì)影響較大。因此，根據(jù)這4個(gè)因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，找到最佳優(yōu)化工藝方案。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，以花青素含量為考查指標(biāo)，影響紫薯全粉品質(zhì)的各因素依次為干燥溫度＞干燥時(shí)間＞果膠酶添加量＞蒸煮時(shí)間，最佳優(yōu)化組合為A3B2C1D3，即蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度57 ℃；以碘藍(lán)值為考查指標(biāo)，影響紫薯全粉品質(zhì)的各因素依次為干燥溫度＞果膠酶添加量＞蒸煮時(shí)間＞干燥時(shí)間，最佳優(yōu)化組合為A3B2C1D2，即蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度56 ℃。

單因素試驗(yàn)中，通過試驗(yàn)確定了蒸煮時(shí)間、果膠酶添加量、干燥溫度、干燥時(shí)間等因素分別為20 min， 0.04%，55 ℃， 10 h。

正交試驗(yàn)中以花青素含量為考查指標(biāo)的最佳優(yōu)化組合為蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度57 ℃；以碘藍(lán)值為考查指標(biāo)的最優(yōu)組合為蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度56 ℃。3組工藝條件不同的組合方案A，B，C進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由圖8可知，B組結(jié)果最優(yōu)，即正交試驗(yàn)中以花青素含量為考查指標(biāo)的最佳優(yōu)化組合結(jié)果最好，花青素含量94.63 mg/100 g，碘藍(lán)值15.42。因此，最佳方案為蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度57 ℃。對(duì)驗(yàn)證試驗(yàn)中得到的紫薯全粉進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。紫薯全粉的感官評(píng)價(jià)見表4。

表4 紫薯全粉的感官評(píng)價(jià)

按照驗(yàn)證試驗(yàn)中得出的最佳工藝條件制得紫薯全粉，測定其相關(guān)理化指標(biāo)。

紫薯全粉的理化性質(zhì)見表5。

表5 紫薯全粉的理化性質(zhì)

感官評(píng)價(jià)的總分結(jié)果為A為75分，B為90分，C為69分，其中B組得分最高。根據(jù)測定結(jié)果，最終樣品的理化指標(biāo)為灰分（2.98%） ＜果蔬粉國標(biāo)（8%），水分含量（5.6%） ＜果蔬粉國標(biāo)（6%）。因此確定B組的工藝方案最優(yōu)，即未去皮蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度57 ℃。

3 結(jié)論

對(duì)傳統(tǒng)的紫薯全粉加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，增加了未去皮高溫煮制及添加果膠酶的預(yù)處理工序，使得全粉中的花青素得到較好保留。通過試驗(yàn)確定了紫薯全粉加工的最佳工藝為未去皮蒸煮時(shí)間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時(shí)間9 h，干燥溫度57 ℃。

該工藝生產(chǎn)的紫薯全粉為深紫色，顆粒組織均勻細(xì)膩，具有紫薯特有的香味，口感細(xì)膩，無其他雜質(zhì)；灰分（2.98%） ＜果蔬粉國標(biāo)（8%），水分含量（5.6%） ＜果蔬粉國標(biāo)（6%），花青素含量94.63 mg/100 g；產(chǎn)品品質(zhì)較優(yōu)，營養(yǎng)價(jià)值高，可作為進(jìn)一步深加工的主要原材料。