復(fù)配麥芽糊精及β-環(huán)糊精對(duì)噴霧干燥甘薯全粉品質(zhì)的影響

董 楠，王啟富，陳中愛，呂 都，鄧仁菊

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院貴州省生物技術(shù)研究所，貴州貴陽 550025）

甘薯又名甜薯、紅薯，是世界上重要的糧食作物的一種。甘薯含有豐富的營養(yǎng)成分，除淀粉外還有膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)等，其中維生素B1、B2的含量是大米的6倍[1]。甘薯還具有很高的藥用價(jià)值，被營養(yǎng)學(xué)家稱為營養(yǎng)最均衡的保健食品之一[2]。近年來甘薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢：甘薯深加工規(guī)?；?；由生產(chǎn)淀粉為主向生產(chǎn)全粉為主轉(zhuǎn)化，綜合利用日漸被重視[3]。甘薯全粉是近10年新興的一種甘薯脫水制品，其加工是集中化、規(guī)?；透咝Щ鲋蹈适淼挠行緩?。甘薯去皮烘干粉碎后加工成全粉，色澤美觀，營養(yǎng)全面；可用于80%以上的甘薯食品加工，作為面包、膨化食品、饅頭、湯料、沖服劑等制品的原輔料[4]。但是，由于其淀粉含量高，熟化后料液黏度大，噴霧干燥過程中能耗高且產(chǎn)品團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重[5]。因此，改進(jìn)生產(chǎn)工藝對(duì)甘薯全粉的生成與應(yīng)用意義重大。

本小組前期對(duì)不同助干劑對(duì)噴霧干燥甘薯全粉的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不添加助干劑時(shí)，出粉率低，且產(chǎn)品質(zhì)量差，添加助干劑（麥芽糊精及β-環(huán)糊精）能有效降低甘薯全粉水分含量、提高出粉率和VC保留率，改善甘薯全粉綜合品質(zhì)[6]，本實(shí)驗(yàn)在噴霧干燥生產(chǎn)工藝確定的基礎(chǔ)上，對(duì)助干劑的濃度、添加量等進(jìn)行研究，以期對(duì)工業(yè)上助干劑的選擇和用量提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯：紫云紅芯薯 由貴州省甘薯工程中心提供；麥芽糊精（食品級(jí)） 山東西王食品有限公司；β-環(huán)糊精（食品級(jí)） 上?；瘜W(xué)試劑公司；溴甲酚綠（分析純） 天津東昌精細(xì)化工工貿(mào)有限公司；甲基紅、氫氧化鈉、甲醇、鹽酸、硝酸鋁、鐵氰化鉀、三氯乙酸等（分析純） 成都科龍化工試劑廠；1,1-二苯基-2-苦肼基（生化試劑） 日本和光純藥試劑公司。

GYB-60-63均質(zhì)機(jī) 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；YC-015噴霧干燥器 上海雅程儀器設(shè)備有限公司；NR110高品質(zhì)電腦色差儀 深圳市三恩時(shí)科技有限公司；SHZ-Ⅲ D型循環(huán)水真空泵 上海亞榮生化試劑廠；HWS-28電熱恒溫水浴鍋 金壇市言華儀器有限公司；BSA223S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；2000 E激光粒度分析儀 英國馬爾文儀器有限公司；DHG-9140電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；Hitachi S-4800掃描電子顯微鏡 日本HITACHI公司；SDTQ600差示熱量掃描儀 美國TA Instrument公司等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 甘薯全粉的制備 鮮甘薯→清洗→蒸煮（蒸餾水:甘薯6:1，蒸煮溫度100 ℃，蒸煮時(shí)間25 min）→去皮→搗泥→冷卻→膠體磨（2次）→不同助干劑的加入→均質(zhì)（30 MPa，2次）→噴霧干燥（17 g/100 g，進(jìn)風(fēng)溫度200 ℃，出風(fēng)溫度100 ℃，入料流量50 mL/min）→收集。

1.2.2 噴霧干燥助干劑添加量的確定 為了提高噴霧干燥甘薯全粉品質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)選用水溶性好且可食用的麥芽糊精、β-環(huán)糊精及其混合物作為助干劑，且在入料固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17 g/100 g，進(jìn)風(fēng)溫度200 ℃，出風(fēng)溫度100 ℃下，入料流量50 mL/min的噴霧條件下，按以下方法確定助干劑添加量：

麥芽糊精添加量的確定：本實(shí)驗(yàn)選擇麥芽糊精的添加量為甘薯泥干基占比（23.85%）的0、10%、20%、30%、40%，結(jié)果以出粉率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

β-環(huán)糊精添加量的確定：選擇β-環(huán)糊精的添加量為甘薯泥干基占比（23.85%）的0、5%、10%、15%、20%，結(jié)果以出粉率為指標(biāo)確定最佳添加量。

麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加比例的確定：考慮到成本問題，試驗(yàn)以麥芽糊精為主，適量添加β-環(huán)糊精。根據(jù)前面試驗(yàn)先確定麥芽糊精添加量，再通過以下不同的比例確定β-環(huán)糊精的添加量，選取麥芽糊精與β-環(huán)糊精的添加比例為10:1、8:1、5:1和3:1，結(jié)果以出粉率為指標(biāo)確定其最佳添加量。

出粉率（%）=（收集粉末固形物質(zhì)量/干燥前進(jìn)料溶液的總固形物質(zhì)量）×100[7]

1.2.3 甘薯全粉基本成分的測定 水分測定：直接干燥法[8]；灰分測定：高溫灼燒法[8]；粗蛋白測定：凱氏定氮法[8]；粗脂肪測定：索氏抽提法[8]；淀粉測定：酸水解-高錳酸鉀滴定法[8]；粗纖維測定：國標(biāo)方法GB/T 5009.10-2003[9]。

1.2.4 甘薯全粉色澤的測定 本試驗(yàn)采用色差儀進(jìn)行色澤測定和評(píng)價(jià)[7]。L*稱為明度指數(shù)，L*=0表示黑色，L*=100表示白色；a*、b*代表一個(gè)直角坐標(biāo)的兩個(gè)方向，a*值為正值時(shí)越大，顏色越接近純紅色；a*=0時(shí)為灰色；a*為負(fù)值時(shí)絕對(duì)值越大，顏色越接近純綠色。b*為正值時(shí)值越大，顏色越接近純黃色；b*=0時(shí)為灰色；b*為負(fù)值時(shí)絕對(duì)值越大，顏色越接近純藍(lán)色。稱取一定量的甘薯粉放入透明玻璃盒中，然后置于色差儀檢測口處進(jìn)行色澤測定。測定參數(shù)如下：

式中：L*、a*、b*：甘薯全粉的色度值；L0、a0、b0：甘薯泥的色度值。

1.2.5 甘薯全粉粒度的測定 選用通用的樣品池，以0.5 g全粉懸浮于5 mL蒸餾水當(dāng)中[10]，用超聲分散10 s，折光系數(shù)為1.54。利用光衍射法進(jìn)行自動(dòng)樣品分析，所得結(jié)果記錄為D0.1、D0.5、D0.9。

1.2.6 甘薯全粉流動(dòng)性的測定

1.2.6.1 休止角的測定 甘薯全粉休止角的測定根據(jù)Zhao等[11]的方法稍作修改。將一漏斗固定于鐵架臺(tái)上，并垂直于坐標(biāo)紙且漏斗的下端離坐標(biāo)紙的高度為1 cm。稱取一定量的甘薯粉緩慢傾倒入漏斗，直至粉末錐體的頂部剛好接觸漏斗的下端。記錄錐體直徑。

式中：H為漏斗的下端離坐標(biāo)紙的高度，cm；R為粉末錐體直徑，cm。

1.2.6.2 滑角的測定 甘薯全粉滑角的測定根據(jù)Ileleji等[12]的方法稍作修改。準(zhǔn)確稱取甘薯粉5.000 g，置于一長130 mm，寬100 mm的玻璃板上，緩慢舉起玻璃板直至粉體表面開始滑動(dòng)，記錄此時(shí)玻璃板的垂直高度。

式中：H為傾斜玻璃板的垂直高度，cm；L為玻璃板長度，cm。

1.2.7 甘薯全粉持水力的測定 持水力的測定根據(jù)Ahmed等[13]的方法。

式中：M1：離心管質(zhì)量，g；M2：離心管+沉淀物的質(zhì)量，g；M：樣品質(zhì)量，g。

1.2.8 甘薯全粉抗氧化物質(zhì)與抗氧化能力的測定 花色苷測定使用pH示差法[14]；類黃酮測定采用蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線法，參考Ahmed等[13]的方法；總酚含量使用福林酚法測定[15-17]；DPPH自由基清除力的測定：采用Huang等[18]的方法。

1.2.9 電鏡掃描 將甘薯粉樣品干燥后，用導(dǎo)電膠粘在樣品座上。把樣品座置于離子濺射儀中，在樣品表面蒸鍍一層10～20 nm厚的鉑金膜后，在2000倍的放大倍數(shù)下進(jìn)行電鏡觀察并拍攝照片。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。方差分析（P＜0.05為顯著差異），用Duncan進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 助干劑添加量對(duì)甘薯粉出粉率的影響

圖1顯示了麥芽糊精、β-環(huán)糊精及二者不同的混合比例（10:1、8:1、5:1和3:1，w/w）分別對(duì)噴霧干燥甘薯粉出粉率的影響。隨著麥芽糊精和β-環(huán)糊精添加量的增加，甘薯粉的出粉率顯著提高（P＜0.05）。麥芽糊精(20 g/100 g)/β-環(huán)糊精（6.67 g/100 g）時(shí)，出粉率最高達(dá)到61.14 g/100 g。隨著麥芽糊精添加量的增加，水分含量逐漸降低，一方面可能是由于麥芽糊精的添加增加了料液的總固形物含量，相對(duì)減少了水分含量[19]，另一方面可能因?yàn)?，助干劑的添加有助于紫薯在干燥過程中水分的損失。隨著麥芽糊精添加量的增加，甘薯全粉的出粉率顯著升高，這可能是由于助干劑能在甘薯全粉噴霧干燥時(shí)在其表面形成一層膜，降低了粘壁現(xiàn)象[20-22]，從而增加了出粉率。在麥芽糊精和β-環(huán)糊精復(fù)合添加時(shí)，當(dāng)麥芽糊精固定添加量為20 g/100 g，隨著β-環(huán)糊精添加量的增大（從2 g增大到6.67 g），出粉率顯著提高（P＜0.05）。為比較不同助干劑的全粉品質(zhì)，選取出粉率沒有顯著性差異（P＞0.05）的一組進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)，即麥芽糊精添加量30 g/100 g，β-環(huán)糊精添加量10 g/100 g，麥芽糊精（20 g/100 g）/β-環(huán)糊精（4 g/100 g）。

圖1 麥芽糊精、β-環(huán)糊精及其混合物對(duì)噴霧干燥甘薯全粉出粉率的影響Fig.1 Effects of the addition of maltodextrin (MD), βcyclodextrin (β-CD) and their mixture on the yield of spray-dried sweet potato flours

2.2 助干劑對(duì)甘薯粉基本成分的影響

噴霧干燥甘薯粉的基本成分見表1。添加助干劑顯著降低了噴霧干燥甘薯粉的水分含量（P＜0.05），這表明助干劑在噴霧干燥過程中有助于水分流失，此結(jié)果與Valle等[23]和Quek等[19]研究結(jié)果相似。各組樣品間粗脂肪和灰分含量無顯著差異（P＞0.05），麥芽糊精組的淀粉含量較低，這可能是由于麥芽糊精的添加導(dǎo)致噴霧干燥甘薯粉中甘薯淀粉含量降低。

2.3 助干劑對(duì)甘薯粉色澤的影響

由表2可知，助干劑的添加顯著增加了L*值，并且顯著降低了a*值（P＜0.05），麥芽糊精組的b*值顯著高于其他組(P＜0.05)，不同樣品間的ΔE值無顯著差異（P＞0.05）。這些變化可能與助干劑的添加和總酚、花色苷含量的變化有關(guān)[19,24]。

表1 噴霧干燥甘薯粉的基本成分含量(%)Table 1 Proximate composition of spray-dried sweet potato flours(%)

2.4 助干劑對(duì)甘薯粉粒度的影響

表3中D0.1、D0.5、D0.9分別表示累計(jì)分布10%、50%、90%所對(duì)應(yīng)的粒徑，徑距 = (D0.9-D0.1)/D0.5。其中D0.5是代表粉體粘結(jié)度的平均直徑。由表3可知，助干劑的添加對(duì)粉末的平均粒度有一定的影響。麥芽糊精組的全粉徑距最大，而β-環(huán)糊精組的徑距較小。徑距表示粒度大小分布的跨度，其值越小表示粒度大小分布值范圍越小和粒度大小越均一。β-環(huán)糊精組的徑距值小于其他組，說明其粒度大小較均一。一般來講，粉末粒度越小，比表面積越大；麥芽糊精/β-環(huán)糊精組和對(duì)照組的比表面積最大。

表2 噴霧干燥甘薯粉的色澤參數(shù)Table 2 Color parameters of spray-dried sweet potato flours

表3 噴霧干燥甘薯粉的粒度大小Table 3 The particle size of spray-dried purple sweet potato flours

2.5 助干劑對(duì)甘薯粉粉體流動(dòng)性的影響

休止角和滑角通常被用于描述粉末的流動(dòng)性。由圖2可知，助干劑的添加提高了粉末的流動(dòng)性，整體表現(xiàn)為較低的休止角和滑角值。休止角反映了物料的內(nèi)摩擦特性和散落性能，而滑角反映了物料的表面光滑度。圖2中可以看出，麥芽糊精組的休止角和滑角值最低。這一數(shù)據(jù)間接反映出微觀上的粉體之間的聚集程度及單個(gè)粉體的表面特性。說明麥芽糊精使顆粒更利于彼此分離及具有較好的流動(dòng)性（形成的顆粒較大）。對(duì)照組粉末的流動(dòng)性差可能是由于粉末淀粉顆粒被破壞的粘結(jié)區(qū)域之間的相互作用而導(dǎo)致粉末聚集[25]。

圖2 噴霧干燥甘薯粉的休止角和滑角Fig.2 The repose and slide angles of spray-dried sweet potato flours

2.6 助干劑對(duì)甘薯粉吸濕性的影響

Halsey模型擬合如圖3所示，粉末的平衡水分含量隨水分活度的增加而增加，滿足BET方程，Ⅲ型吸附等溫線。這表明粉末和水分子的吸附相互作用小于水分子之間的相互作用。在同一平衡水分含量下，樣品水分活度大小為對(duì)照組＜β-環(huán)糊精＜麥芽糊精＜麥芽糊精/β-環(huán)糊精，但無顯著差異。在同一水分活度下，對(duì)照組的平衡水分含量最高，說明助干劑的添加可降低噴霧干燥甘薯粉的吸濕性，這與Ahmed等[13]對(duì)α-淀粉酶和麥芽糊精進(jìn)行噴霧干燥甘薯粉的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖3 不同助干劑噴霧干燥甘薯粉的吸附等溫線Fig.3 Adsorption isotherms of spray-dried sweet potato powder with different drying agents

2.7 助干劑對(duì)甘薯粉水合特性的影響

如圖4所示，持水性隨著浸泡時(shí)間的增加而增加。不同樣品之間持水力的大小為對(duì)照組＞β-環(huán)糊精＞麥芽糊精/β-環(huán)糊精＞麥芽糊精，這是由于對(duì)照組中甘薯粉的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破壞程度較高[26]，而麥芽糊精能在液滴表面形成膜從而降低顆粒的表面黏度，能保護(hù)淀粉顆粒，因此麥芽糊精組甘薯粉的持水力最低[20-22]。

2.8 助干劑對(duì)甘薯粉抗氧化成分的影響

新鮮甘薯中抗氧化成分的含量分別為花色苷44.28 mg/100 g（干基），類黃酮1.217 g/100 g（干基）和總酚2.504 g/100 g（干基）。如表4所示，麥芽糊精組的花色苷含量顯著高于其他組（P＜0.05），但花色苷依舊損失了14.57%，這可能是由于噴霧干燥過程中花色苷成分的熱降解和氧化所致[13-14]。不同助干劑對(duì)花色苷的保護(hù)效果為麥芽糊精＞麥芽糊精/β-環(huán)糊精＞β-環(huán)糊精，這可能是由于在噴霧干燥過程中，麥芽糊精在液滴表面形成膜[20-22]，從而保護(hù)花色苷不被過度氧化和熱降解。

圖4 浸泡時(shí)間對(duì)噴霧干燥甘薯粉持水力的影響Fig.4 Effects of soaking time on the water holding capacity of spray-dried sweet potato flours

從表4可以看出，不同樣品的噴霧干燥甘薯粉中類黃酮和總酚含量大小都為β-環(huán)糊精＜麥芽糊精/β-環(huán)糊精＜對(duì)照組＜麥芽糊精。對(duì)照組中類黃酮和總酚含量較高的原因可能是由于粉末之間聚集度較高，降低了甘薯粉末與氧氣的接觸范圍，從而阻止了類黃酮和酚類物質(zhì)的降解[13]。由類黃酮和總酚的保留情況可以得知，在噴霧過程中，麥芽糊精和麥芽糊精/β-環(huán)糊精對(duì)其保護(hù)效果最好。

2.9 助干劑對(duì)甘薯粉抗氧化力的影響

如圖5所示，甘薯粉甲醇提取液的DPPH自由基清除力隨著樣品濃度的增加而升高。但是，據(jù)Chan等[26]在不同的干燥方法對(duì)姜葉和姜茶抗氧化性能的研究發(fā)現(xiàn)，姜茶抗氧化能力主要取決于抗氧化成分的類型而不是其濃度大小。結(jié)合圖5可知，不同樣品在同一濃度下的抗氧化力大小順序?yàn)辂溠亢緦?duì)照組＞麥芽糊精/β-環(huán)糊精＞β-環(huán)糊精，此順序與類黃酮和總酚含量一致。和Oki等[27]研究結(jié)果一致，花色苷和總酚是甘薯中清除DPPH自由基的主要物質(zhì)。

2.10 電鏡掃描分析

如圖6所示，對(duì)照組（圖A）的顆粒不規(guī)則，有凹陷且粘結(jié)較嚴(yán)重，這與Tan等、Vergara等[28-29]的結(jié)果一致。這可能是由于淀粉顆粒在噴霧干燥過程中被高溫破壞，且破壞的淀粉顆粒結(jié)構(gòu)疏松。相反，其他組（圖6B～D）顆粒表面光滑，分散性好。由此可看出助干劑的添加對(duì)淀粉顆粒具有保護(hù)作用。

表4 噴霧干燥甘薯粉的花色苷、類黃酮和總酚含量（干基）及其保留率Table 4 The content and retention rate of anthocyanins, flavonoids and total phenolics of spray-dried sweet potato flours

圖5 不同助干劑對(duì)噴霧干燥甘薯粉甲醇提取液抗氧化力的影響Fig.5 Effects of different drying agents on antioxidant capacities of the methanolic extract from spray-dried sweet potato flours

圖6 噴霧干燥甘薯粉的電鏡掃描圖（2000×）Fig.6 Scanning electron microstructure of spray-dried sweet potato（2000×）

3 結(jié)論

本文研究利用噴霧干燥技術(shù)制備甘薯全粉，發(fā)現(xiàn)麥芽糊精及β-環(huán)糊精的添加對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)生明顯影響。添加助干劑后，麥芽糊精和麥芽糊精/β-環(huán)糊精能提高噴霧干燥甘薯粉的出粉率、粉體亮度、溶水指數(shù)和流動(dòng)性，但是降低了甘薯粉的持水力。24 g/100 g麥芽糊精/β-環(huán)糊精的添加對(duì)抗氧化成分的保護(hù)效果低于30 g/100 g麥芽糊精但高于10 g/100 gβ-環(huán)糊精，得出甘薯全粉噴霧干燥中，采用最優(yōu)復(fù)合組合的添加比例為20 g/100 g麥芽糊精+4 g/100 gβ-環(huán)糊精。所得產(chǎn)品的出粉率最高，可達(dá)到61.14%，花色苷、類黃酮及總酚的保留率分別可達(dá)到69.24%、68.12%以及60.42%。