不同方式熟化甘薯的試驗研究

趙 楠，鄧 浩，趙建國，劉 鑫，宋樹杰

（陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710119）

0 引言

甘薯（Ipomoea batatas L.）屬旋花科一年生植物，廣泛種植于全世界近100個國家。中國以1.17×108t的年產(chǎn)量，占全世界甘薯年產(chǎn)量的90%[1]。由于新鮮甘薯含水率較高，貯藏條件很難控制，導(dǎo)致腐敗變質(zhì)現(xiàn)象嚴(yán)重。同時，貯藏期間營養(yǎng)成分變化較大，貯藏占用空間大和運輸困難等特點，鮮甘薯的推廣受到一定限制。研究甘薯深加工技術(shù)，不僅可以解決此類問題，還可以提高甘薯的經(jīng)濟(jì)價值，在農(nóng)民增收中也發(fā)揮了重要作用。

據(jù)統(tǒng)計，我國甘薯總量中約有15%經(jīng)過熱處理熟化后直接食用，約有50%經(jīng)過熟化后進(jìn)行后續(xù)加工[2]。因此，熟化是甘薯深加工必經(jīng)的步驟，其熟化程度、熟化效率直接影響后續(xù)的工序及甘薯深加工成品的品質(zhì)。

楊燁等人[3]研究了7種熟化方法對迷你甘薯品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響?？姿热薣4]研究蒸、煮、烤、微波4種不同熟化方法對紫薯的色澤、營養(yǎng)成分和抗氧化能力的影響。目前，關(guān)于不同熟化方法對甘薯熟化過程、品質(zhì)變化及成本影響的研究還比較缺乏。

試驗甘薯為原料，研究了蒸煮、氣體射流沖擊和微波3種不同的熟化方式對甘薯邊緣與中心溫度的變化、熟化前后甘薯的質(zhì)量變化及熟化成本的影響，旨在為選擇甘薯在加工過程中的熟化方式提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與預(yù)處理

新鮮甘薯，采購于陜西省西安市自由農(nóng)貿(mào)市場，紡錘形，表面無霉斑、無蟲害。直徑60±3 mm，質(zhì)量300±16 g，含水率（w.b.）75.3%。為了使試驗甘薯每次的溫度保持一致，試驗前將清洗好的甘薯樣品保存在20±0.4℃的恒溫箱中12 h，開展后續(xù)研究。

1.2 儀器設(shè)備

GJX-6B-27II-JY型射頻干燥設(shè)備，河北省華氏紀(jì)元高頻設(shè)備有限公司產(chǎn)品；ORW08S-5Z型微波真空干燥機，南京澳潤微波科技有限公司產(chǎn)品；ThermAgile-RD型熒光光纖測溫系統(tǒng)，西安和其光電科技股份有限公司產(chǎn)品；AB204-N型電子分析天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司產(chǎn)品；SH-045B型恒溫恒濕箱，上海實驗儀器廠產(chǎn)品；GE1701型電熱蒸煮壺，美的電器有限公司產(chǎn)品；BCD-210G/C型電冰箱，青島海爾股份有限公司產(chǎn)品；AVM-03型風(fēng)速計，泰儀電子工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；氣體射流沖擊干燥裝置，陜西師范大學(xué)食品工程實驗室設(shè)計[5]。

1.3 試驗方法

1.3.1 蒸煮熟化

試驗前將電熱蒸煮壺的功率調(diào)整為500 W。首先，將壺內(nèi)的水加熱至100℃，然后將隨機抽取預(yù)先處理好的甘薯樣品約300 g，稱重后將熒光光纖的測溫探頭分別插入甘薯的上、中、下3個不同的位置。將其放入到蒸煮壺的中間，測其對應(yīng)位置的溫度變化。

甘薯溫度采集系統(tǒng)見圖1。

圖1 甘薯溫度采集系統(tǒng)

1.3.2 氣體射流沖擊熟化

將氣體射流沖擊的噴嘴出口溫度設(shè)定為150℃，氣流速度為15 m/s。首先將沖擊室內(nèi)的氣流溫度加熱至所需的150℃，并保持一段時間。然后如圖1所示的光纖位置及測控系統(tǒng)的甘薯，放入到氣流沖擊室的中間，測其對應(yīng)位置的溫度變化。

1.3.3 微波熟化

將微波功率設(shè)定為500 W，將甘薯樣品放在微波干燥機的裝物盤的中心，光纖位置及測控系統(tǒng)的設(shè)置也如圖1所示，測其對應(yīng)位置的溫度變化。

1.3.4 質(zhì)量變化與熟化成本的測定

稱量熟化前甘薯的質(zhì)量與熟化后甘薯的質(zhì)量，其差值為熟化質(zhì)量變化。熟化成本[6]為單位質(zhì)量甘薯完全熟化所需要的能量，單位為kW/（h·kg）。其中，甘薯熟化完成的判定為甘薯中心溫度達(dá)到90℃[7]。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析與處理

每個試驗至少重復(fù)3次，各試驗所取的數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，所有的圖采用Origin 2015軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘薯蒸煮熟化過程

水溫與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關(guān)系見圖2。

圖2 水溫與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關(guān)系

由圖2可知，當(dāng)甘薯直接放入到蒸熟壺后，壺內(nèi)的水有較短降溫升溫的過程，這是因為室溫甘薯放入到沸水中，其表面與水的溫差較大，瞬間熱交換量較大。甘薯下部的光纖探測點靠近加熱器端，而上部的測量點在遠(yuǎn)離加熱端，因此造成上下部甘薯的溫度變化過程不同，下部的升溫過程略快于上部。甘薯上部和下部傳感器在加熱開始后的2 min后開始升溫，而中心的傳感器在5 min開始升溫。由傅立葉傳熱定律可知，甘薯中心的熱量是由溫度較高的周圍部分經(jīng)熱傳導(dǎo)而來。經(jīng)過約40 min加熱，甘薯已完全熟化，但其上下溫度及中心溫度分別為96.7，97.1，93.7℃。

根據(jù)甘薯各部位溫度隨加熱時間變化的情況，可將蒸煮熟化甘薯分為2個階段：①升溫階段。當(dāng)甘薯溫度低于80℃時，在蒸煮的過程中，其溫度約以2.7℃/min的速度升高，加熱時間約30 min；②熟化階段。當(dāng)甘薯溫度高于80～94℃時，其升溫速度約為1.5℃/min。當(dāng)甘薯的中心溫度達(dá)到90℃時，甘薯已熟化完成。

2.2 甘薯射流沖擊熟化過程

射流沖擊熟化時，空氣溫度與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關(guān)系見圖3。

圖3 射流沖擊熟化時，空氣溫度與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關(guān)系

當(dāng)甘薯放入沖擊室后，射流沖擊氣體溫度有一個升溫過程，在7 min之后氣體溫度達(dá)到150℃，因為加熱氣體是循環(huán)利用的，甘薯放入沖擊室后，其表面與沖擊氣體的瞬間換熱量過大，而加熱器功率有限，從而出現(xiàn)了溫升滯后的現(xiàn)象。

根據(jù)甘薯各部位溫度隨時間變化的情況，可將氣體射流沖擊熟化甘薯分為2個階段：①升溫階段。當(dāng)甘薯溫度低于70℃時，在氣體射流沖擊的過程中，其溫度約以3.5℃/min的速度升高，加熱時間約20 min；②熟化階段。當(dāng)甘薯溫度高于80～95℃時，其升溫速度約為1.6℃/min。當(dāng)甘薯的中心溫度達(dá)到90℃時，甘薯已熟化完成。

2.3 甘薯微波熟化過程

微波熟化時甘薯不同部位溫度與加熱時間的關(guān)系見圖4。

圖4 微波熟化時甘薯不同部位溫度與加熱時間的關(guān)系

由圖4可知，當(dāng)甘薯直接放入到微波腔體后，上、中、下3個部位的溫度同時開始上升，沒有溫升滯后現(xiàn)象。且甘薯上下部位溫升過程基本一致，中心部位的溫升過程略慢于上下部位。且甘薯上下部位在1.5 min時，已經(jīng)達(dá)到設(shè)定溫度；中心部位在2.3 min時到達(dá)設(shè)定溫度。

根據(jù)甘薯各部位溫度隨時間變化的情況，微波熟化甘薯只有一個階段，即升溫階段。當(dāng)甘薯溫度低于100℃時，在微波熟化的過程中，其溫度約以40℃/min的速度升高，加熱時間約2.5 min，當(dāng)甘薯的中心溫度達(dá)到90℃時，甘薯已完成熟化。若繼續(xù)延長微波熟化時間，會造成甘薯嚴(yán)重脫水，及品質(zhì)劣變。

2.4 3種熟化方法過程中熟化時間、質(zhì)量變化與熟化成本的比較

不同熟化方式下，甘薯的熟化時間、質(zhì)量變化與熟化成本見表1。

表1 不同熟化方式下，甘薯的熟化時間、質(zhì)量變化與熟化成本

由表1可知，不同的熟化方法，300 g甘薯完全熟化所需的時間不同，其中熟化最快的為500 W微波，熟化時間為2.5±0.5 min；熟化最慢的為500 W蒸煮，熟化時間為33±3.2 min。其原因在于，不同熟化方法所用的加熱方式原理是不同的。蒸煮與氣體射流沖擊是一種較為典型的表面熱傳導(dǎo)技術(shù)，以熱水或熱空氣為介質(zhì)將熱量從物料表面逐層傳入內(nèi)部，所以需要較長時間進(jìn)行熟化。而微波加熱技術(shù)則是運用介電損耗原理將熱量更直接地傳遞到物料內(nèi)部，實現(xiàn)內(nèi)外同時加熱，因此相比于上述加熱技術(shù)更易達(dá)到均勻加熱的目的[8]。

由表1可知，不同的熟化方法，300 g甘薯完全熟化前后的質(zhì)量變化不同，其中蒸煮熟化質(zhì)量增加約14.87 g；氣體射流沖擊與微波熟化前后的質(zhì)量分別減少53.98 g和14.51 g。甘薯在熟化過程中的質(zhì)量變化是由其含水量的變化引起的。蒸煮為水介質(zhì)熟化甘薯，甘薯熟化過程中會吸收部分水分，質(zhì)量有所增加。而氣體射流沖擊和微波熟化是以空氣為載體熟化，熟化過程中甘薯溫度升高，水分汽化排出，與干燥過程類似，因此質(zhì)量有所降低。

成本是影響食品加工方式選擇的重要因素之一，高成本會影響農(nóng)產(chǎn)品的附加值。由表1可知，不同的熟化方法，甘薯完全熟化的成本是不同的。蒸煮約需要0.83 kW/（h·kg），氣體射流沖擊約需要0.43 kW/（h·kg），微波約需要0.12 kW/（h·kg）。成本的不同也與其加熱方式與加熱時間有關(guān)。不同的熟化方法所造成的甘薯品質(zhì)的變化[3]。試驗研究的熟化甘薯外觀品質(zhì)順序為蒸煮、氣體射流沖擊、微波。

3 結(jié)論

（1） 蒸煮與氣體射流沖擊熟化甘薯可分為2個階段：升溫階段與熟化階段。而微波熟化只有一個階段（升溫階段），升溫完成后即完成熟化。

（2）質(zhì)量約300 g的甘薯，500 W微波熟化時間為2.5±0.5 min；500 W蒸煮熟化時間為33±3.2 min；150℃氣體射流沖擊熟化時間為27±2.9 min。微波熟化時間最短。

（3） 300 g甘薯完全熟化前后的質(zhì)量變化不同，其中蒸煮熟化質(zhì)量增加約14.87 g，氣體射流沖擊與微波熟化前后的質(zhì)量分別減少53.98 g和14.51 g。

（4）不同的熟化方法，甘薯完全熟化的成本是不同的。蒸煮約需要0.83 kW/（h·kg），氣體射流沖擊約需要0.43 kW（/h·kg），微波約需要0.12 kW（/h·kg）。