紫薯全粉干燥技術(shù)研究進(jìn)展

鄺敏杰，焦婷婷，孫 艷

(漯河食品職業(yè)學(xué)院食品工程系，河南 漯河 462000)

紫薯又名紫甘薯，薯肉呈紫色至深紫色，是一種新型特有的甘薯品種[1]。紫薯除了具有普通甘薯的營養(yǎng)成分外，還富含花青素和硒元素，具有抗氧化、抗腫瘤、預(yù)防和治療心血管疾病、增強(qiáng)人體免疫力、延緩衰老等功效[2-4]，是集食用、藥用與保健作用于一體的優(yōu)良食品原料。目前，紫薯及其加工產(chǎn)品在國內(nèi)外市場上需求量逐年上升，發(fā)展前景十分廣闊。然而，新鮮的紫薯因水分含量高和豐富的營養(yǎng)成分，易發(fā)生霉變腐爛，不能全年供應(yīng)，影響其開發(fā)利用。如將紫薯干燥后加工成紫薯全粉，不僅能最大限度地保留新鮮紫薯的營養(yǎng)成分，而且能有效解決新鮮紫薯因受季節(jié)、貯存和運(yùn)輸條件等限制而無法大力發(fā)展的問題。紫薯全粉因其細(xì)胞破碎率低，低黏度、較好的分散性、均衡的復(fù)水性等優(yōu)點(diǎn)[5]，廣泛應(yīng)用于面制品、膨化食品、湯料及沖服劑等多個(gè)食品領(lǐng)域[6]，是極具發(fā)展前景的食品加工原料。

本文結(jié)合近年來國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)論，對目前紫薯全粉主要干燥技術(shù)及研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡要綜述，為紫薯全粉干燥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 紫薯全粉單一干燥技術(shù)

1.1 熱風(fēng)干燥技術(shù)

熱風(fēng)干燥是以熱空氣為干燥介質(zhì)，用風(fēng)機(jī)將熱空氣吹入烘干室內(nèi)，依據(jù)傳質(zhì)傳熱的原理，將被干燥物料中的水分在受熱后汽化轉(zhuǎn)移散失到空氣中達(dá)到干燥物料的目的[7]。梅新等[8]以紫薯全粉色彩色差（ΔE）和游離淀粉碘藍(lán)值（BVI）為考察指標(biāo),對影響紫薯全粉熱風(fēng)干燥的蒸煮時(shí)間、干燥時(shí)間和干燥溫度3個(gè)主要的因素設(shè)計(jì)了三因素三水平的正交試驗(yàn)，結(jié)果表明：以ΔE值為指標(biāo)，3個(gè)因素對ΔE值影響大小順序?yàn)椋赫糁髸r(shí)間＞干燥溫度＞干燥時(shí)間。以BVI值為指標(biāo)，3個(gè)因素對BVI值影響大小順序?yàn)椋赫糁髸r(shí)間＞干燥時(shí)間＞干燥溫度。熱風(fēng)干燥制備紫薯全粉最優(yōu)工藝：蒸煮時(shí)間10 min，熱風(fēng)干燥時(shí)間12 h，熱風(fēng)干燥溫度60℃，在此工藝下得到的紫薯全粉的ΔE值為23.30，BVI值為9.98。蒲傳奮等[9]對紫薯生產(chǎn)中工間護(hù)色和熱風(fēng)干燥的工藝進(jìn)行了研究，獲得了最佳工藝條件：采用0.6%NaCl、0.6%檸檬酸鈉和0.6%抗壞血酸的復(fù)合護(hù)色液進(jìn)行護(hù)色處理，護(hù)色時(shí)間10 min，熱風(fēng)干燥時(shí)間10 h，干燥溫度55℃。在此條件下干燥制得的紫薯全粉為紫紅色粉末，保留了原料特有的色澤、風(fēng)味和口感。

熱風(fēng)干燥具有操作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化干燥的一種重要方法。但是熱風(fēng)干燥時(shí)間長、溫度高、干燥后產(chǎn)品的復(fù)水性和風(fēng)味較差。因此，為了提高熱風(fēng)干燥制品的品質(zhì)和效率，可優(yōu)化干燥工藝參數(shù)或者與其它干燥技術(shù)聯(lián)用。

1.2 微波干燥技術(shù)

微波干燥是通過振蕩周期極短的微波高頻電場，使物料中的極性分子隨著電場高頻振動(dòng)，分子間的摩擦碰撞產(chǎn)生熱能，使物料在短時(shí)間內(nèi)迅速升溫達(dá)到烘干的目的[10]。王曉雙等[11]以碘藍(lán)值為評價(jià)指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)確定了微波干燥技術(shù)制備紫薯全粉的最優(yōu)工藝條件為：微波功率 539 W、浸鈣濃度0.075‰和乳化劑添加量0.3%，在此條件下測出的碘藍(lán)值為23.6。同時(shí)發(fā)現(xiàn)微波法制備紫薯全粉的持水性比持油性好；在酸性條件下，加入糖或鹽可以提高紫薯全粉的膠凝特性。楊雙盼等[12]采用正交試驗(yàn)優(yōu)化回填-微波干燥生產(chǎn)紫薯全粉的工藝，結(jié)果得出最優(yōu)工藝為：回填料比1:1，微波干燥時(shí)間40 min，微波功率密度8.8 W/g。在該條件下生產(chǎn)的紫薯全粉呈亮紫色，顆粒細(xì)小均勻，分散程度較好，有濃郁的紫薯香味。

微波干燥因其加熱速度快、加熱時(shí)間短、占用空間小且能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到果蔬干制品加工領(lǐng)域。但是單純使用微波進(jìn)行干燥時(shí)局部溫度較高，難以控制，會(huì)出現(xiàn)物料邊緣或尖角部分易焦化現(xiàn)象；物料內(nèi)部反應(yīng)劇烈，活性物質(zhì)損失較多；干燥終點(diǎn)不易判斷，容易產(chǎn)生干燥過度現(xiàn)象[13]。

1.3 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細(xì)小的霧滴并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過程[14]。王藝杉等[15]通過正交試驗(yàn)得到噴霧干燥法制備紫薯全粉的最優(yōu)工藝條件：噴霧壓力1.8 kg/cm2、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)全粉碘藍(lán)值為27.01。與熱風(fēng)干燥相比，噴霧干燥法制備的紫薯全粉粗蛋白、淀粉、花色苷損失較少。任彬等[16]采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對噴霧干燥助干劑及噴霧干燥工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明，當(dāng)麥芽糊精添加量為60%、β-環(huán)糊精添加量為12%、CMC添加量為0.8%時(shí)，紫薯粉得率最高；噴霧干燥結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)口熱風(fēng)溫度為180℃、進(jìn)料量為50 mL/min、噴霧流量為700 L/h時(shí)，生產(chǎn)的紫薯粉綜合評分最高，所得產(chǎn)品為紫色并有濃郁香味的速溶紫薯粉。

噴霧干燥可將液體物料直接轉(zhuǎn)化為粉末，復(fù)水性好、營養(yǎng)成分破壞少、含水量低，工序簡單，干燥工藝經(jīng)濟(jì)便捷、時(shí)間短、耗電量低，其成本僅為冷凍干燥的 20%～25%[17]。

1.4 變溫壓差膨化干燥技術(shù)

變溫壓差膨化干燥是根據(jù)相變和氣體的熱壓效應(yīng)原理，使果蔬原料生成多孔狀酥脆型物質(zhì)的一種新型非油炸膨化干燥技術(shù)[18]。變溫壓差膨化干燥是一種新型、環(huán)保且節(jié)能的膨化干燥技術(shù)，結(jié)合了傳統(tǒng)真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥和微波真空干燥的優(yōu)點(diǎn)，干燥效率高且應(yīng)用范圍廣[19]。此干燥技術(shù)得到的產(chǎn)品，其物料本身特有的色澤、香氣及營養(yǎng)成分都能較好地保留。劉陽等[20]探討了不同膨化溫度、停滯時(shí)間、抽空溫度對紫薯生全粉彩度指數(shù)b值、花青素含量、碘藍(lán)值的影響，并運(yùn)用響應(yīng)面試驗(yàn)獲得了變溫壓差膨化干燥法制備紫薯生全粉的最優(yōu)干燥條件：膨化溫度80℃、停滯時(shí)間5 min、抽空溫度69℃，該條件下制得的紫薯生全粉彩度指數(shù)b值可達(dá)-7.827，呈鮮艷的紫羅蘭色，紫薯香味濃郁，遠(yuǎn)優(yōu)于鼓風(fēng)干燥產(chǎn)品；花青素含量為1.583 mg/g；碘藍(lán)值為5.594，說明紫薯生全粉細(xì)胞完整性保持較好，利于后期加工。

2 不同干燥技術(shù)對紫薯全粉品質(zhì)的影響

鄧資靖等[21]探討了鼓風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、真空干燥三種方式對于紫薯全粉基本化學(xué)成分、色差、碘藍(lán)值、持水性和持油性、總花青素含量等品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：真空冷凍干燥對于紫薯全粉的基本化學(xué)成分、色差、碘藍(lán)值、持水性和持油性、總花青素含量等品質(zhì)的綜合影響最小，真空干燥次之，且二者均可以較好地保留紫薯本身的色澤，呈深紫色，較接近紫薯原料顏色，能夠盡可能地保持紫薯營養(yǎng)、結(jié)構(gòu)的完整性。而鼓風(fēng)干燥對紫薯全粉品質(zhì)影響相對較大。

文玉等[22]研究了熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、微波干燥和噴霧干燥對紫薯全粉的水合特性及抗氧化能力的影響。結(jié)果表明：從持水力和復(fù)水性看，冷凍干燥＞熱風(fēng)干燥＞微波干燥＞噴霧干燥，而溶水指數(shù)依次升高。干燥使紫薯全粉中花色苷損失了27.64%～52.66%，冷凍干燥和噴霧干燥紫薯粉中花色苷的保留量最大，并顯著（p＜0.05）高于熱風(fēng)干燥和微波干燥；噴霧干燥所得紫薯固體粉末的DPPH自由基清除力和還原力最高，說明噴霧干燥能夠盡可能地保持紫薯營養(yǎng)、結(jié)構(gòu)的完整性；而脂質(zhì)過氧化抑制力的大小：冷凍干燥＞噴霧干燥＞微波干燥＞熱風(fēng)干燥，主要是由于真空冷凍干燥對起抑制脂質(zhì)過氧化作用的花色苷破壞程度較小。而從單位水分能耗來看，能耗由小到大的順序依次為：微波干燥、噴霧干燥、熱風(fēng)干燥和冷凍干燥。綜合考慮，噴霧干燥效果較好。

錢麗等[23]認(rèn)為真空冷凍干燥能使紫薯全粉較好的保持紫薯的色澤和特有的香氣，得到的紫薯全粉的吸水能力(6.900 g/g)、凍融析水力(0.171 g/g)和花色苷含量(5.030 mg/g DW)均優(yōu)于滾筒干燥和熱風(fēng)干燥。滾筒干燥介于兩者之間。熱風(fēng)干燥的花色苷保留率最低，所得紫薯全粉花色苷含量為2.094 mg/g DW，只有滾筒干燥的50%左右。雖然真空冷凍干燥對紫薯全粉品質(zhì)影響最小，但從成本及處理量來考慮，目前并不適合工業(yè)化生產(chǎn)。而滾筒干燥在各方面僅次于真空冷凍干燥，表現(xiàn)出較好的加工性能，且適合工業(yè)化生產(chǎn)，是制備紫薯全粉的較好選擇。

3 紫薯全粉聯(lián)合干燥技術(shù)

聯(lián)合干燥技術(shù)是根據(jù)物料特性，將兩種或兩種以上的單一干燥方法進(jìn)行優(yōu)化組合，分階段進(jìn)行干燥的一種復(fù)合干燥技術(shù)。常見的有熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥、真空冷凍-微波聯(lián)合干燥、熱風(fēng)-冷凍聯(lián)合干燥、熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干燥，聯(lián)合干燥技術(shù)具有干燥時(shí)間短、能量消耗小、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，是干燥行業(yè)發(fā)展的趨勢[24]。

韋璐等[25]以紫薯全粉碘藍(lán)值和花青素含量為評價(jià)指標(biāo)，采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法優(yōu)化紫薯全粉復(fù)合干燥工藝，得出最優(yōu)工藝為：熱風(fēng)干燥溫度70℃、中間轉(zhuǎn)換含水率 25%、冷凍干燥時(shí)間7 h。此時(shí)的紫薯全粉碘藍(lán)值為 10.25，花青素含量為 16.23 mg/100 g。此工藝下紫薯全粉的碘藍(lán)值最低，花青素含量高于單因素最佳水平下的含量。表明復(fù)合干燥可以減少紫薯全粉游離淀粉含量，避免花青素大量損失，證明復(fù)合干燥能夠減少紫薯全粉細(xì)胞破損，較好地保持紫薯全粉的細(xì)胞完整性。

將熱風(fēng)干燥技術(shù)與冷凍干燥技術(shù)聯(lián)合一起應(yīng)用于紫薯全粉干燥過程，不僅可以解決熱風(fēng)干燥對紫薯全粉干燥的色澤較差，營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重等問題，而且可以彌補(bǔ)冷凍干燥時(shí)間較長，能耗大的缺點(diǎn)，提高了紫薯全粉加工過程中的干燥效率。

4 展望

中國是紫薯生產(chǎn)大國，加強(qiáng)對紫薯全粉干燥技術(shù)研究，開發(fā)節(jié)能高效的干燥工藝及設(shè)備，不僅能夠大幅提高紫薯附加值，提升生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力，而且能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。當(dāng)前紫薯全粉干制產(chǎn)業(yè)仍以熱風(fēng)干燥為主，但熱風(fēng)干燥存在能耗高、耗時(shí)長、營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重等問題。研究紫薯全粉的高效節(jié)能干制技術(shù)和工藝，最大程度保持紫薯營養(yǎng)成分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是今后紫薯全粉干制過程的重要研究方向。聯(lián)合干燥技術(shù)可將多種干燥技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)，提高干燥效率和干制品品質(zhì)，這將是紫薯全粉干制技術(shù)發(fā)展的方向。此外，開展干燥過程中的營養(yǎng)成分的保持技術(shù)研究與干燥動(dòng)力學(xué)研究，使紫薯全粉表現(xiàn)出較好的品質(zhì)特性，可更好地拓寬其作為食品原料及輔料等方面的應(yīng)用范圍。