前處理和干燥對甘薯全粉品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

鐘雪婷，張星燦，劉 建，鄒 育，任元元

1.四川東方主食產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 (成都 611130) 2.四川省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院 (成都 611130)

甘薯又名地瓜、紅苕、紅薯和番薯，為旋花科一年生植物，起源于南美洲，為世界第七大農(nóng)作物。我國是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國，甘薯總產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的4/5[1]。甘薯中不僅富含碳水化合物，還含有膳食纖維、胡蘿卜素、VA、VB、VC各種維生素和亞油酸等，營養(yǎng)價(jià)值極高[2]。近年來，甘薯的抗癌作用更是引起了廣泛關(guān)注。由于新鮮甘薯易腐爛，保質(zhì)期短，占用貯存空間大，運(yùn)輸不便，其推廣和應(yīng)用受到一定限制[3]。

甘薯全粉是甘薯脫水制品中的一種，是以新鮮甘薯為原料，通過一系列工藝處理并經(jīng)干燥而得到的顆粒狀、粉末狀和片屑狀產(chǎn)品。目前市面上有顆粒全粉和雪花全粉兩種產(chǎn)品[4]。甘薯全粉水分含量較低(一般7%～8%)，易于貯存，不僅解決了薯類儲藏期間易霉?fàn)€，儲藏期短的問題，且其加工過程環(huán)保、用水少、無廢料。甘薯全粉用途廣泛，既可用于煎炸、焙烤類食品的內(nèi)餡配料，又可作為增稠劑用于果醬、果凍食品中，還可直接做成即食甘薯糊，開發(fā)成早餐食品或嬰兒食品[5]。

目前，國內(nèi)甘薯多為鮮食，加工轉(zhuǎn)化利用率還很低。要推動(dòng)甘薯的工業(yè)化，勢必需要研發(fā)營養(yǎng)、健康、感官可以被消費(fèi)者接受的主食類產(chǎn)品，而品質(zhì)優(yōu)良的甘薯全粉是研發(fā)出優(yōu)質(zhì)甘薯類產(chǎn)品的重要保障，本文將綜合論述不同前處理方式和干燥手段對甘薯全粉感官品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)及加工特性的影響。

1 前處理對甘薯全粉品質(zhì)的影響

甘薯在去皮后容易發(fā)生褐變，為了降低加工過程中褐變對甘薯全粉品質(zhì)的影響，通常會優(yōu)化去皮工藝，并對甘薯切片(薯丁或絲)進(jìn)行漂燙、護(hù)色等前處理，這些工序也影響著甘薯全粉的色澤、營養(yǎng)成分以及感官品質(zhì)。去皮和護(hù)色是甘薯前處理過程中最重要的兩步，下文將分別重點(diǎn)論述這兩個(gè)工序?qū)Ω适砣燮焚|(zhì)的影響。

1.1 去皮對甘薯全粉品質(zhì)的影響

去皮是甘薯全粉加工過程中的第一道工序。由于薯皮會對其產(chǎn)品口感及品質(zhì)產(chǎn)生較大影響，因此，去皮技術(shù)的突破是發(fā)展我國薯類加工業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵所在[6]。經(jīng)調(diào)查研究，甘薯皮含有豐富的維生素、黃酮類化合物和多酚類化合物等成分[7]，甘薯皮可被用作提取膳食纖維的優(yōu)質(zhì)原料。去皮技術(shù)直接影響甘薯的損耗率和脫皮甘薯營養(yǎng)價(jià)值的完整性。目前甘薯工業(yè)上去皮的方法主要有3種，分別是機(jī)械去皮、化學(xué)去皮和蒸汽去皮[8]。

1.1.1機(jī)械去皮

機(jī)械去皮是一種通過機(jī)械摩擦作用將薯類表皮去掉的工藝方法。目前食品工業(yè)上的去皮設(shè)備分為間歇式和連續(xù)式，其設(shè)計(jì)理念是讓薯類塊莖表面與機(jī)械的摩擦面均勻一致地接觸，通過薯類和研磨筒壁、盤底和輥面產(chǎn)生的摩擦力來去除表皮，并盡量控制質(zhì)量損失。去皮過程中，為去除薯類表面的皮渣，需要不斷用水對去皮薯類進(jìn)行沖洗。工業(yè)上為了提高去皮率和保持設(shè)備清潔，往往會耗費(fèi)大量水資源清洗，并不節(jié)能環(huán)保。

早在1941年，美國科學(xué)家就研制出了一種干式摩擦去皮設(shè)備，不但能高效去皮，還能在無水的條件下將干燥的薯皮直接排出并作為飼料利用，之后僅需要少量水就可將甘薯清洗干凈，達(dá)到了節(jié)約能源和提高干薯皮的綜合利用率的目的。孟慶書[9]做過馬鈴薯連續(xù)式機(jī)械化去皮關(guān)鍵技術(shù)研究，但在整機(jī)實(shí)用性和對渣水進(jìn)行過濾方面仍有所欠缺，未能滿足馬鈴薯工業(yè)化產(chǎn)業(yè)化的要求，亦不能推廣至甘薯加工。

1.1.2化學(xué)去皮

化學(xué)去皮是利用化學(xué)腐蝕原理，通過強(qiáng)堿或者化學(xué)去皮劑作用使薯類表皮軟化，再通過機(jī)械作用或者噴水沖洗去掉軟化層，最終達(dá)到去皮目的的一種工藝。

工業(yè)上最常用的是熱堿法；為能更有效地去皮，通常會將待去皮薯類置于水或蒸汽中進(jìn)行均勻預(yù)熱，或者直接對堿液進(jìn)行加熱，以此提升去皮效果。如果不能良好地控制預(yù)熱，反而會增加去皮損失率；直接加熱堿液則會在某種程度上造成環(huán)境污染和建筑腐蝕。據(jù)此，研究者在熱堿去皮時(shí)添加洗滌劑或濕潤劑，來提高去皮效率；科學(xué)家發(fā)明了一種低溫堿液去皮法，既能避免高溫堿液法存在的問題，又能有效地降低去皮損失率。

1.1.3蒸汽去皮

蒸汽去皮是利用高壓蒸汽對反應(yīng)釜中的薯類進(jìn)行熟化，再通過機(jī)械摩擦和高壓水沖洗而達(dá)到去皮目的的一種工藝方法[10]。經(jīng)過長期的試驗(yàn)以及應(yīng)用研究，目前英、美等西方發(fā)達(dá)國家在蒸汽去皮方面的技術(shù)已達(dá)到了先進(jìn)水平。早在1980年，Smith[11]通過對堿液去皮、蒸汽冷卻和閃蒸冷卻三種方式的對比研究，發(fā)現(xiàn)在去皮過程中通過閃蒸冷的手段能夠有效去除甘薯外皮，不但能減少甘薯損失，還能大幅降低人工成本，最終獲得了更高品質(zhì)的甘薯，并可用于進(jìn)一步加工。2014年，Ayobami等研究者進(jìn)行了響應(yīng)面法優(yōu)化蒸汽去皮和堿液去皮對甘薯影響的研究[12]，結(jié)果表明，當(dāng)烹飪溫度達(dá)到100 ℃，且烹飪時(shí)間為5 min時(shí)，去皮效果最好，薯皮損耗最少。

1.2 護(hù)色對甘薯全粉品質(zhì)的影響

褐變是影響甘薯全粉品質(zhì)的重要原因。由于甘薯中多酚氧化酶和還原糖含量較高，更容易在加工過程中發(fā)生褐變反應(yīng)，下文將分別對甘薯加工過程中的兩種褐變現(xiàn)象——酶促褐變和非酶褐變的控制措施進(jìn)行論述。

1.2.1酶促褐變的控制研究進(jìn)展

酶促褐變是指在有氧條件下，甘薯內(nèi)部的酚類物質(zhì)在多酚氧化酶的作用下轉(zhuǎn)化為醌，并進(jìn)一步形成黑褐色聚合物所導(dǎo)致的褐變反應(yīng)[13]?？刂泼复俸肿兛蓮尿?qū)除氧氣、去除底物和抑制PPO的活性三方面著手。

在甘薯加工中，通常是將甘薯切片置于一定濃度的護(hù)色液中浸泡一段時(shí)間，達(dá)到護(hù)色的效果。在甘薯全粉生產(chǎn)過程中，韋雪飛[14]等人通過0.58%的檸檬酸和0.5%亞硫酸鈉的復(fù)配，可使PPO的抑制率達(dá)87.52%，經(jīng)過護(hù)色處理的甘薯全粉白度更高，品質(zhì)更優(yōu)。趙梅[15]等通過甘薯全粉的護(hù)色研究，得出最佳護(hù)色的復(fù)配劑配方為檸檬酸0.8%，亞硫酸氫鈉0.6%，抗壞血酸0.4%，此時(shí)甘薯中的PPO活性最低；此外，甘薯貯藏加工的溫度不得高于25 ℃，并且護(hù)色時(shí)間在1 h最佳。

1.2.2非酶褐變的控制研究進(jìn)展

由于甘薯中含有大量還原糖，在熱加工時(shí)容易發(fā)生美拉德反應(yīng)造成非酶褐變，影響成品品質(zhì)[16]。一方面，可挑選還原糖含量較低的薯種，另一方面，還可采用低溫干燥技術(shù)或用特定酸液(如醋酸、抗壞血酸)浸泡甘薯切片一段時(shí)間，使還原糖流失[17]來抑制美拉德反應(yīng)。研究表明，加工時(shí)加入一些還原型物質(zhì)，如兒茶酚、半胱氨酸等也可抑制美拉德反應(yīng)，它們能使氧化褐變中間產(chǎn)物還原，從而阻止褐變進(jìn)行;也可加入鈣鹽，使其與氨基酸結(jié)合形成沉淀，從而抑制非酶褐變。Krishnan研究發(fā)現(xiàn)[18]，將甘薯切片浸泡于1%的醋酸溶液中，可導(dǎo)致還原糖大量流失，并且組織中的酚類物質(zhì)和游離氨基酸含量也大幅下降，從而抑制褐變反應(yīng)。

2 干燥條件對甘薯全粉品質(zhì)的影響

在甘薯全粉的加工過程中，采用不同的干燥方式會影響甘薯全粉的感官品質(zhì)、加工特性以及基本的化學(xué)成分。甘薯全粉加工制備過程中，常用的干燥方式有熱風(fēng)干燥、滾筒干燥、噴霧干燥、冷凍干燥、真空油炸低溫干燥[19]等。不同干燥方式對全粉的化學(xué)成分(淀粉、蛋白質(zhì)、還原糖、β胡蘿卜素、VC等)、物理特性(硬度、色澤)、碘藍(lán)值、加工品質(zhì)(持水性、膠凝特性、凍融穩(wěn)定性)等品質(zhì)指標(biāo)均有影響[20]。

2.1 熱風(fēng)干燥對甘薯全粉品質(zhì)的影響

在不同的干燥技術(shù)中，熱風(fēng)干燥工藝簡單，成本低廉，被廣泛應(yīng)用于果蔬制品加工中，但其干燥時(shí)間較長，易使物料細(xì)胞受損，出現(xiàn)產(chǎn)品復(fù)水性不好的品質(zhì)問題[21]。近年來，熱風(fēng)干燥技術(shù)不斷地發(fā)展革新，但仍存在脫水速度慢、產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊等問題。潘悠優(yōu)等[22]以碘藍(lán)值為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法相結(jié)合，研究制備甘薯全粉的最佳熱處理工藝。結(jié)果表明：熱風(fēng)干燥溫度為60 ℃時(shí)，碘藍(lán)值最低，淀粉細(xì)胞破損程度較低，淀粉游離現(xiàn)象較少，在此干燥條件下制備的甘薯全粉品質(zhì)較好。李珂等[23]對熟化甘薯全粉的研究發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥的最佳工藝參數(shù)是干燥溫度73.89 ℃，干燥風(fēng)速4.91 m/s，輔料密度2.54 kg/m2，在此條件下生產(chǎn)的甘薯全粉營養(yǎng)成分損失較少，加工品質(zhì)較好。

2.2 滾筒干燥對甘薯全粉品質(zhì)的影響

滾筒干燥工藝是在單個(gè)或多個(gè)內(nèi)部加熱的旋轉(zhuǎn)滾筒上完成，將調(diào)配好的漿料均勻涂布在滾筒外表面，通過物料下表面與筒壁的熱傳導(dǎo)作用以及物料上表面和環(huán)境的熱對流作用，使?jié)L筒中的物料水分受熱蒸發(fā)后制得脫水產(chǎn)品[24]的一種工藝。在眾多干燥方式中，滾筒干燥裝置可以加工黏度高的食品，干燥速率高，操作成本低，可連續(xù)作業(yè)，物料在滾筒表面停留不到30 s。段欣等[25]基于上述優(yōu)點(diǎn)，對甘薯全粉滾筒干燥工藝進(jìn)行響應(yīng)面分析，最終得到最佳工藝參數(shù)組合為進(jìn)料溫度42 ℃，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)13.6%，滾筒轉(zhuǎn)速30 r/min，滾筒表面溫度143 ℃。該條件下生產(chǎn)的甘薯全粉顏色呈淺黃，顆粒較細(xì)致，流動(dòng)性較好，可用作進(jìn)一步生產(chǎn)加工的原輔料。

與傳統(tǒng)干燥方式(如熱風(fēng)干燥)相比，滾筒干燥加熱時(shí)間更短，可減少風(fēng)味物質(zhì)和熱敏成分的損失，因此滾筒干燥法生產(chǎn)的甘薯全粉能更好地保留甘薯本身特有的色澤、香氣和滋味。但在加工過程中，物料顆粒破碎情況較嚴(yán)重，顆粒結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，使得產(chǎn)品缺乏甘薯固有的顆粒質(zhì)地。

2.3 噴霧干燥對甘薯全粉品質(zhì)的影響

噴霧干燥技術(shù)是一種從料液中獲得超微干粉的有效手段。其工作原理是將液體物料濃縮到一定濃度后，經(jīng)霧化器噴成細(xì)小液滴，使其遇到熱空氣時(shí)進(jìn)行熱交換，并在數(shù)秒內(nèi)完成水分的蒸發(fā)，從而獲得粉狀或顆粒狀制品[26,27]。近年來，由于噴霧干燥具有水分蒸發(fā)迅速、干燥時(shí)間短、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，已成為蔬菜粉脫水應(yīng)用最為廣泛的方法之一[28]。這種技術(shù)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：干燥速度快，適合熱敏成分的干燥；得到的產(chǎn)品流動(dòng)性較好、純度高、質(zhì)量優(yōu)；生產(chǎn)過程連續(xù)，操作控制簡便。

王藝杉等以新鮮紫薯為原料[29]，采用噴霧干燥法制備紫薯全粉，研究進(jìn)風(fēng)溫度、出風(fēng)溫度、進(jìn)料濃度及噴霧壓力對紫薯全粉基本成分及品質(zhì)特性的影響。結(jié)果表明：噴霧干燥法制備紫薯全粉的最佳工藝條件為噴霧壓力1.8 kg/m3，進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃、進(jìn)料濃度14 g/100 g、出風(fēng)溫度90 ℃，此時(shí)全粉的碘藍(lán)值為27.01。與熱風(fēng)干燥相比，噴霧干燥的紫薯全粉細(xì)胞破損程度較低，花色苷損失較少，加工特性良好，產(chǎn)品品質(zhì)較優(yōu)。宋秀潔[30]等以新鮮甘薯為原料，采用噴霧干燥法，對可能影響甘薯烤制全粉中游離淀粉含量的因素進(jìn)行了探討，并采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，采用噴霧干燥制備甘薯烤制全粉的最佳工藝條件為：進(jìn)風(fēng)溫度為160 ℃，蒸煮時(shí)間為9 min，料液比1∶4，在此條件下生產(chǎn)的甘薯全粉細(xì)胞結(jié)構(gòu)最完整，直鏈淀粉含量較高，產(chǎn)品的脆性和強(qiáng)度有所提高，適合深加工，可用于加工干薯皮、薯脯等副食。

3 討論及展望

綜上所述，熱加工過程對甘薯全粉成品品質(zhì)影響較大，主要是因?yàn)楦适碜鳛橐环N熱敏性物質(zhì)，受熱時(shí)間過長易引發(fā)褐變現(xiàn)象，導(dǎo)致成品品質(zhì)下降。前處理(去皮和護(hù)色處理)和后段干燥等加工工藝會在不同程度上影響甘薯全粉的加工特性、感官品質(zhì)和營養(yǎng)特性等。

與其他去皮技術(shù)相比，機(jī)械去皮是應(yīng)用較早、范圍較廣的一種技術(shù)手段。由于機(jī)械去皮方法原理簡單且成本較低，因此在甘薯加工中得到了很好的推廣與應(yīng)用?？偟膩碚f，機(jī)械去皮在國內(nèi)更多的是單獨(dú)研究，未來可結(jié)合堿液或蒸汽去皮深入研究其去皮效果和應(yīng)用模式。目前甘薯的護(hù)色手段多是針對PPO引起的酶促褐變，研究者嘗試用不同濃度的護(hù)色劑來抑制酶的活性。但對美拉德反應(yīng)或焦糖反應(yīng)引起的非酶褐變的護(hù)色措施研究較少，未來可對甘薯非酶褐變的控制措施進(jìn)行深入研究。

甘薯加工中，熱風(fēng)干燥仍是目前應(yīng)用最廣，最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的干燥方法。缺點(diǎn)是對甘薯全粉的細(xì)胞容易破損，影響成品質(zhì)量，色香味也難以保留，維生素等熱敏性營養(yǎng)成分的損失大。近年來滾筒干燥和噴霧干燥也被應(yīng)用于塊莖類果蔬的生產(chǎn)中，但通過滾筒干燥處理的產(chǎn)品細(xì)胞結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞，使得產(chǎn)品缺乏甘薯固有的顆粒質(zhì)地感，并且容易發(fā)生非酶褐變。而甘薯富含淀粉，熟化制泥后黏度大，對生產(chǎn)設(shè)備要求高，嚴(yán)重制約了噴霧干燥技術(shù)在甘薯全粉生產(chǎn)上的推廣和應(yīng)用。未來甘薯干燥技術(shù)應(yīng)向著干燥效率高、產(chǎn)品品質(zhì)更好、營養(yǎng)損失少、更節(jié)能的方向發(fā)展。近些年發(fā)展起來的新型干燥技術(shù)如微波干燥、紅外干燥、擠壓膨化干燥以及兩種或兩種以上結(jié)合使用的聯(lián)合干燥技術(shù)在甘薯加工中可能具有良好的應(yīng)用前景，需要研究者做進(jìn)一步的深入研究。