紫薯顆粒全粉加工工藝優化

2013-05-02 14:47:22李燮昕張振宇李曉賓

食品與機械 2013年2期

張淼李燮昕張振宇李曉賓

ZHANGMiao1 LIXie-xin1 ZHANG Zheng-yu1 LIXiao-bin2

（1.四川烹飪高等專科學校，四川成都 610100；2.四川紫金都市農業有限公司，四川成都 610100）

(1.Food Science Department,Sichuan Higher Institute of Cuisine,Chengdu,Sichuan 610100,China;2.Sichuan Zijin Urban Agriculture Co.,Ltd,Chengdu,Sichuan 610100,China)

紫薯又名黑紫薯，富含豐富的花色素苷、紫色素、硒等營養物質，在中國種植品種較多。紫薯顆粒全粉是新鮮紫薯經去皮、護色、蒸煮、破碎和干燥后得到的包含除薯皮外全部干物質的粉狀產品，不僅能保持紫薯的特有風味和營養成分，且具有良好的再加工性能[1]，可添加到糕點、面食、嬰兒食品中，既豐富了食品的色澤，又提高了食品的營養價值。目前中國對紅薯全粉加工工藝的研究較多[2-4]，而對紫薯顆粒全粉加工工藝的研究較少，僅鄧資靖[5]、湯富蓉[6]等對其蒸煮時間、乳化劑用量和干燥方式等工藝進行了相關研究。由于紫薯顆粒全粉在加工過程中細胞破碎度較高，營養物質保留受到限制，且鮮紫薯中還原糖含量高，干燥過程中紫薯表面易成膜硬化，給紫薯的加工干制造成困難，因此限制了中國紫薯顆粒全粉的加工。

在紫薯顆粒全粉加工過程中，顆粒越完整，復水后越接近鮮薯泥。細胞破碎度越大，釋放出游離淀粉的含量越多，薯泥黏度也就越大。因此，游離淀粉的含量是作為判斷紫薯顆粒全粉品質好壞的重要指標。研究[7]表明，碘藍值可以作為紫薯顆粒全粉細胞破碎度的判別指標，紫薯顆粒全粉的碘藍值和細胞破碎度成正比。碘藍值越大，成品全粉游離淀粉的含量越高，則加工過程中細胞被破壞的程度越高。碘藍值越小，證明全粉的細胞完整度越高，品質越好。

山川紫是中國從日本引進的保健型甘薯新品種，顏色鮮艷，富含抗癌稀有元素和多種維生素，營養豐富，具有較好的保健功能。本項目前期研究[8]發現，山川紫薯顆粒全粉復水性較強，支鏈淀粉含量較高，添加到面點制品中能增強水合能力，延緩老化。本試驗選擇山川紫作為原料，以碘藍值和感官評分作為評價指標，采用單因素試驗法和Box-Behnken試驗設計對紫薯顆粒全粉加工工藝進行優化，旨在為中國紫薯顆粒全粉的加工提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

鮮紫薯：山川紫，四川紫金都市農業有限公司。

1.1.2 試劑

固體碘：分析純，重慶品譽化工公司；

無水氯化鈣：分析純，天津金匯太亞化學試劑有限公司。

1.1.3 設備

電子天平：BS224S型，上海萬能電子儀器廠；

電熱鼓風干燥箱：101型，北京中興偉業儀器有限公司；

高速萬能粉碎機：FW80微型，鄭州華德機械廠；

數顯恒溫水浴鍋：HH-S4型，南通金石試驗儀器有限公司；

紫外可見分光光度計：TU-1800PC型，北京普析通用儀器有限公司；

蒸鍋：CFK-120AG型，格蘭仕集團有限公司；

顯微鏡：DS-5M-L1型，尼康公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 紫薯顆粒全粉的制備按照本項目前期試驗[6]得出的最佳制作工藝制備紫薯顆粒全粉。

(1)工藝流程：

原料→清洗→去皮修整→切分→蒸制→瀝水冷卻→浸鈣制泥→干燥→粉碎→篩分→成品

(2)操作要點：①清洗去皮：將鮮薯表皮的污垢沖洗干凈，去皮后將薯塊用流動水洗凈，剔除芽眼及病變部；②切分熟制：將洗好的紫薯切成小塊，體積為4 cm×4 cm×4 cm，在蒸鍋中整制8min，待紫薯塊充分熟化后取出冷卻，冷卻瀝水后薯丁的中心溫度降至25℃以下；③浸鈣制泥：稱取一定質量的薯塊，擠壓制成薯泥，加入50μg/mg的鈣離子溶液，充分混勻；④熱風干燥：采用熱風干燥，干燥溫度控制在60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內；⑤粉碎篩分：將干燥后的紫薯粉碎過篩（80目），即得到紫薯顆粒全粉樣品。

1.2.2 試驗設計

(1)單因素試驗設計：①蒸煮時間對紫薯顆粒全粉碘藍值及感官評分的影響：選擇6，8，10，12，14 min作為蒸制時間，蒸制后加入50μg/mg的鈣離子溶液制泥，干燥溫度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內，篩分粒度80目；②浸鈣濃度對紫薯顆粒全粉碘藍值及感官評分的影響：蒸制時間 8 min，選擇浸鈣濃度 0，25，50，75，100 μg/mg 制泥。干燥溫度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內，篩分粒度80目；③干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍值及感官評分的影響：蒸制時間8min，蒸制后加入50μg/mg的鈣離子溶液制泥，干燥溫度選擇 45，50，55，60，65 ℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內，篩分粒度80目；④篩分粒度對紫薯顆粒全粉碘藍值及感官評分的影響：蒸制時間8min，蒸制后加入50μg/mg的鈣離子溶液制泥，干燥溫度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內，選擇篩分粒度為70，80，90，100，110 目。

(2)響應面法優化試驗設計：在單因素試驗確定最優參數范圍的基礎上，以蒸煮時間、浸鈣濃度、干燥溫度作為自變量，以碘藍值為響應值，選用U15(15)3均勻設計表，進行Box-Behnken 試驗設計[9]。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 碘藍值測定取2個50mL容量瓶，加入蒸餾水，加熱至65.5℃，并定容至刻度，同時做平行試驗；稱取0.25 g樣品于燒杯中，倒入預熱的50mL蒸餾水，在65.5℃水浴鍋中攪拌5min，靜置1min后過濾。濾液保持于65.5℃，并趁熱吸取1 mL于50 mL顯色管，加1 mL 0.02 mol/L碘標準溶液，定容至刻度，同時取1mL 0.02mol/L碘標準溶液，定容至50 mL做試劑空白對照，測定樣品在波長650 nm的吸光度E[10]。按式（1）計算碘藍值。

式中：

B——碘藍值；

E——吸光度。

1.3.2 感官評價指標稱取10 g干燥篩分后的紫薯顆粒全粉樣品置于燒杯中，每份添加等量的沸水攪拌均勻，使之充分復水成泥。由8人感官評價小組對紫薯泥進行感官評定。感官評分標準見表1。

表1 紫薯顆粒全粉感官評分標準Table1 Sensory standard of Purple Sweet Potato Flour

2 結果與分析

2.1 蒸煮時間對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響

由圖1可知，隨著蒸煮時間的延長，碘藍值呈上升趨勢。前8min上升較快，當蒸煮時間超過12min時，碘藍值明顯增加。分析原因，在蒸制的前一段時間內，淀粉顆粒糊化，導致淀粉形狀變化從而擠壓細胞壁，細胞結構變成圓形有利于分離，細胞破碎度較低，但紫薯并未完全熟化，感官評分較低。而長時間的蒸制后，細胞壁間的果膠物質過度溶出，細胞壁變脆，在淀粉糊化的壓力下，導致細胞破碎，成品紫薯顆粒全粉中的游離淀粉含量增加[11]。蒸煮時間在8～12min時，碘藍值上升平緩，紫薯顆粒全粉感官評分較高，因此選擇該時間段做下一步的研究。

2.2 浸鈣濃度對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響

鈣離子可增大果膠鏈間的結合度，結合淀粉的磷酸根從而降低其膨脹率，減少對細胞壁的壓力，有利于保持細胞的完整性[11,12]。由圖2可知，隨著浸鈣濃度的增加，碘藍值呈現先減小后增大的趨勢。當濃度低于50μg/mg時，二價鈣離子與果膠鏈上未甲酯化的羧基形成離子鍵，橋架在兩條果膠鏈間，而明顯增強細胞壁的強度，降低加工過程對紫薯細胞的破碎[13]；當濃度高于75μg/mg時，由于添加過多鈣離子反而會降低細胞壁的韌度，使得細胞壁在蒸煮過程中易被損壞[14]，碘藍值略有上升。浸鈣濃度在25～75μg/mg時，紫薯顆粒全粉感官評分較高，因此選擇該濃度范圍做下一步的研究。

圖1 蒸煮時間對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響Figure 1 Influence on starch-iodine-blue and sensory scorewith cooking time

2.3 干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響

由圖3可知，當干燥溫度低于55℃時，淀粉酶活性較高，在淀粉酶的作用下，紫薯細胞游離淀粉被分解，碘藍值隨溫度的升高而降低。當溫度大于60℃時，高溫下紫薯薯泥外表水分蒸發，而內部的水分未及時擴散到表面，導致物料表面的水分過度蒸發，細胞收縮變形，出現干裂和破碎現象[15]，碘藍值呈增加的趨勢。同時，干燥溫度過高易造成熱敏性營養成分的損失。干燥溫度在55～65℃時，紫薯顆粒全粉感官評分變化平穩，故選擇該溫度范圍做進一步研究。

2.4 篩分粒度對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響

當篩分目數越大，篩分粒度越小，磨粉細度越高，對紫薯細胞結構的機械破損程度越大，造成大量的游離淀粉的流失，因此碘藍值越大。由圖4可知，隨著篩分目數的增加，碘藍值呈現上升的趨勢。而篩分目數在100目時，紫薯顆粒全粉感官評分最高，原因是當全粉顆粒較細時更容易復水成泥，而篩分目數過低，全粉顆粒較大時，復水不均勻且顆粒感明顯。但當篩分目數高于100目時，磨粉難度提高，出粉率較低。因此選擇篩分目數為100目，進行下一步試驗。

2.5 響應面法優化工藝參數試驗結果

在單因素試驗確定最優參數范圍的基礎上，篩分粒度確定為100目，選擇蒸煮時間、浸鈣濃度、干燥溫度3個因素為自變量，以碘藍值為響應值，進行Box-Behnken試驗設計，方案見表2，試驗結果見表3。采用SAS統計軟件，通過其響應面回歸（RSREG）過程進行數據分析，建立關于紫薯顆粒全粉碘藍值的二階響應回歸模型，進而尋求最優響應因子水平。經整理，所得分析結果見表4和表5。

由表4、5可知，在試驗范圍內，3個工藝參數中：干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍值的影響最大，其次是蒸煮時間和浸鈣濃度，碘藍值回歸方程的相關系數R2=91.96%，模型P值為0.011 5，說明回歸的擬合程度較高。

由表4可知，常數項、一次項、二次項及交互項各因子對響應值的影響可用回歸方程表示為：

圖2 浸鈣濃度對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響Figure 2 Influence on starch-iodine-blue and sensory score with calcium concentration soaking

圖3 干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響Figure 3 Influence on starch-iodine-blue and sensory score with drying temperature

圖4 篩分目數對紫薯顆粒全粉碘藍值和感官評分的影響Figure 4 Influence on starch-iodine-blue and sensory scorewith grain size

以干燥溫度為定值，進行降維分析，得到蒸煮時間和浸鈣濃度對碘藍值的響應曲面，見圖5。由圖5可知，蒸煮時間和浸鈣濃度對碘藍值的影響呈一拋物面，曲面有一穩定點，且穩定點為最小值。采用嶺跡分析[16]，其穩定點處的碘藍值估計值見表6。

表2 工藝參數優化試驗設計方案Table2 Design of optimization for process parameters

表3 優化試驗設計結果Table3 Resultof optimization for process parameters

表4 二次回歸模型參數Table4 Parameters of quadratic regressionmodel

表5 回歸方程方差分析Table5 Analysis of variance of the regression equation

按照表6的優化結果進行驗證實驗，為操作方便，設定紫薯蒸煮時間9min，浸鈣濃度37.5μg/mg，干燥溫度61℃，以此工藝制得的紫薯顆粒全粉碘藍值為18.37，感官評分值為9.2。由此可得出，以紫薯顆粒全粉碘藍值回歸方程優化出的結果最佳，模型預測值與驗證實驗結果一致性較好，此模型具有良好的實踐指導效果。