紫馬鈴薯全粉加工技術研究

崔璐璐，林長彬，徐懷德*，孟祥萌，蔣慧

(1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.四川省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，四川 成都

610066，3.山東大學材料科學與工程學院，山東 濟南 250061）

馬鈴薯是重要的糧食、蔬菜兼用作物，世界上有2/3的國家種植馬鈴薯，總產(chǎn)量達30億噸左右，是繼小麥、玉米、水稻的第四大糧食作物。我國的馬鈴薯種植面積約為 467萬公頃，鮮薯產(chǎn)量約為 6000萬噸,均居世界首位[1]。目前，除經(jīng)常見到的黃皮品種馬鈴薯外，還有薯皮和薯肉為粉紅、紅、金黃、黑、淺紫、深紫等的彩色馬鈴薯[2]。其中紫馬鈴薯因富含花青素而呈紫色，同時具有增強免疫力、預防心血管疾病、保護視力、消炎等功效，有著很高的營養(yǎng)保健價值[3-5]。

國內(nèi)外對紫馬鈴薯的栽培育種以及品種、地域等因素對紫馬鈴薯品質(zhì)影響的研究報道較多[6]，關于紫馬鈴薯花青素提取和穩(wěn)定性的研究也常見報道[7-10]。紫馬鈴薯富含花青素，而花青素作為一種天然色素，不穩(wěn)定，易受光、氧氣、高溫等因素的影響而氧化分解，導致花青素含量降低，影響其品質(zhì)[11]。尤燕莉等對紫馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)進行了相關研究[12],黃洪媛等對紫馬鈴薯顆粒全粉的生產(chǎn)工藝進行了優(yōu)化[13]，但目前對紫馬鈴薯全粉加工的研究較為少見，其加工過程中花青素變化的研究更是未見報道。

將紫馬鈴薯加工成粉能有效保留新鮮紫馬鈴薯的營養(yǎng)和風味，延長保存期，同時紫馬鈴薯全粉既能作為最終產(chǎn)品，也可以作為馬鈴薯食品深加工的基本原料，從而提高紫馬鈴薯的經(jīng)濟效益。因此，本文對紫馬鈴薯全粉加工技術進行研究，為紫馬鈴薯的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

由甘肅正陽農(nóng)業(yè)科技股份有限公司提供的“黑金剛”紫馬鈴薯。水分含量為73.60%、淀粉含量20.82%、蛋白質(zhì)含量1.87%、總多酚含量157.91mg/100g、花青素含量151.18mg/100g。

乙醇、氯化鉀、無水醋酸鈉、3,5－二硝基水楊酸(DNS)、丙三醇、FC顯色劑、抗壞血酸鈉，氯化鈉、檸檬酸、3mol/L鹽酸標準溶液、氫氧化鈉、五水硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、濃鹽酸、碳酸鈉、溴甲酚氯苯甲基紅指示劑，所用試劑均為分析純。

K9840型自動凱氏定氮儀 濟南海能儀器有限公司；SB-5200DT型超聲波清洗機 寧波新芝生物科技股份有限公司；UV-2550型雙光束紫外分光光度計 日本島津公司；UV-1700型紫外分光 日本島津公司；KDC-40型低速離心機 科大創(chuàng)新股份有限公司中佳分公司；MJ-04型多功能粉碎機 上海市浦恒信息科技有限公司；PB-10型精密pH儀 德國賽多利斯股份公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司；DK-S26型電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱上海精宏實驗設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫馬鈴薯全粉加工工藝路線

在參考目前馬鈴薯全粉加工工藝的基礎之上提出了如下紫馬鈴薯全粉加工的工藝路線[14-16]：

1.2.2 紫馬鈴薯全粉加工操作要點

原料的選擇：選擇無發(fā)芽、凍傷、發(fā)綠及病變腐爛，且成熟的紫馬鈴薯。

去皮切片：將紫馬鈴薯去皮后切成厚度為 3-5mm的片狀。

護色：將切片的紫馬鈴薯進行護色處理，使用護色劑(0.1%氯化鈣液、0.2%檸檬酸、0.15%抗壞血酸)處理20min[17]。

蒸煮：對紫馬鈴薯片進行蒸煮，蒸煮溫度設定為100℃，時間為10～15min。

熱風干燥：根據(jù)設計要求設定干燥溫度和干燥時間，將蒸煮熟化的紫馬鈴薯片送入熱風干燥箱中進行干燥。

過篩粉碎包裝：根據(jù)設計要求選擇粉碎目數(shù)，將紫馬鈴薯干片用粉碎機進行過篩粉碎。將合格的紫馬鈴薯全粉經(jīng)稱重計量后裝入不透明自封鋁箔袋封口，進行避光干燥保存，成為成品。

1.2.3 干燥溫度、干燥時間和粉碎目數(shù)單因素試驗

按照確定的工藝路線，選取干燥溫度、干燥時間和粉碎目數(shù)進行單因素試驗：

在干燥時間為10h條件下，干燥溫度選取50、55、60、65、70℃進行干燥處理（水分含量在9%～10%范圍內(nèi)），觀察紫馬鈴薯干片的品質(zhì)并打分（滿分100），考察不同干燥溫度對紫馬鈴薯干片品質(zhì)的影響。

選定干燥溫度單因素試驗中獲得紫馬鈴薯干片品質(zhì)最為優(yōu)良的溫度，干燥時間選取8、9、10、11、12h進行干燥處理，觀察紫馬鈴薯干片的品質(zhì)并打分（滿分 100），考察不同干燥時間對紫馬鈴薯干片品質(zhì)的影響。

選定獲得紫馬鈴薯干片品質(zhì)最為優(yōu)良的干燥溫度和干燥時間，粉碎粒度選取 40～60、60～80、80～100、100目以上進行粉碎處理，觀察紫馬鈴薯全粉的品質(zhì)并打分（滿分100），考察不同粉碎粒度對紫馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響。

1.2.4 正交試驗設計

根據(jù)單因素試驗結果，對干燥溫度、干燥時間、和粉碎粒度采用 L9（34）三因素三水平的正交試驗，因素水平表見表2。以感官評分作為試驗指標, 每個處理組合隨機抽取10 袋供感官評分，由10位食品品評專家組成感官評定小組對紫馬鈴薯全粉進行感官評定，取平均值作為紫馬鈴薯全粉的感官評定得分，評分標準見表1。通過DPS數(shù)據(jù)分析軟件進行方差分析和極差分析，選取紫馬鈴薯全粉的最優(yōu)工藝參數(shù)，并分析了各個參數(shù)影響作用的顯著性。

表1 紫馬鈴薯全粉感官評分標準Table 1 Grading standards of sensory evaluation

表2 影響紫馬鈴薯全粉感官品質(zhì)的因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments

1.3 指標測定

1.3.1 水分、淀粉、蛋白質(zhì)、總糖和總多酚的測定

水分：按照GB/T5009.3—2010《食品中水分的測定》中直接干燥法進行測定；淀粉：采用酸水解—DNS法[18]；總糖和還原糖：采用3,5-二硝基水楊酸比色法[19]；蛋白質(zhì)：按照GB/T5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》中凱氏定氮法進行測定；總多酚：采用福林酚法[20]

1.3.2 花青素的測定

花青素含量：使用超聲波輔助提取[21]與色差計法[22]聯(lián)用測定花青素的含量。稱取產(chǎn)品0.5g,加入20mL提取劑(1% HCL：95%乙醇=40：60)，60℃恒溫水浴 20min,取出后冷卻至室溫，用超聲波輔助提取 30min,再進行60℃恒溫水浴10min。然后放入離心機中，在4000rpm下離心15min。取上清液備用。吸取測試液2.5mL置于25mL容量瓶中，分別用pH1.0緩沖液和pH4.5緩沖液定容至刻度，搖勻，放置2h進行平衡后，以蒸餾水為空白，在波長525nm和700nm處測定吸光度。

樣品中花青素的含量(X)按下列公式計算：

式中：

X ——樣品花青素的含量(mg/100mg)；

A ——試樣的吸光度值；

ε ——矢車菊素-3-葡萄糖苷的消光系數(shù)，26900L/(mol×cm)；

L ——光程，1cm；

V ——提取液的體積(mL)；

m ——樣品質(zhì)量（g）；

MW ——矢車菊素-3葡萄糖苷的分子量，449.2g/mol；

DF ——稀釋倍數(shù)。

花青素總量：樣品中花青素的總量(M)按下列公式計算：

式中：

M ——樣品花青素的總量(mg)；

X ——樣品花青素的含量(mg/100mg)；

m ——樣品質(zhì)量g；

花青素損失率：各加工環(huán)節(jié)中花青素的損失率（θi）按下列公式計算：

式中：

θi——某一加工環(huán)節(jié)中花青素的損失率（%）；

θi-1——上一環(huán)節(jié)中花青素的損失率(%)；

M0——原料中花青素的總量(mg)；

Mi——某一環(huán)節(jié)中花青素的總量(mg)。

2 結果與分析

2.1 單因素結果分析

2.1.1 不同干燥溫度對紫馬鈴薯干片品質(zhì)影響的結果

表3表明，隨著干燥溫度的上升，紫馬鈴薯干片的顏色逐漸加深，60℃下干燥紫馬鈴薯干片有的較好顏色和風味，超過 70℃后紫馬鈴薯干片變暗，為保證產(chǎn)品顏色和風味品質(zhì)，節(jié)省能源，確定干燥溫度控制在55～65℃較為合適。

表3 不同干燥溫度對紫馬鈴薯干片品質(zhì)的影響Table 3 Effect of drying temperature on quality of purple potato dry slides

60 深紫色，薯香味明顯 96 65 深紫色，薯香味明顯 96 70 暗紫色，略有焦味 55

2.1.2 不同干燥時間對紫馬鈴薯干片品質(zhì)影響的結果

表4表明，在干燥溫度為60℃條件下，隨著干燥時間的延長，紫馬鈴薯干片的顏色逐漸加深，薯香味愈加濃郁；但超過11h后，紫馬鈴薯干片開始發(fā)暗，邊緣開始卷曲，并有褐變現(xiàn)象甚至產(chǎn)生焦味。為保證產(chǎn)品顏色和風味品質(zhì)，干燥時間控制在9～11h為宜。

表4 不同干燥時間對紫馬鈴薯干片品質(zhì)的影響Table 4 Effect of drying time on quality of purple potato dry slides

2.1.3 不同粉碎粒度對紫馬鈴薯全粉品質(zhì)影響的結果

表5表明，在干燥溫度為60℃，干燥時間為10h條件下，隨著粉碎粒度的增大，紫馬鈴薯全粉的顏色逐漸變淺，顆粒感和粘稠感逐漸消失；達到80目后，紫馬鈴薯全粉顏色變淺，加水沖調(diào)時易凝塊，將紫馬鈴薯全粉作為原料進行加工時會造成不良影響，故紫馬鈴薯全粉粒度應控制在40～80目之間較為合適。

表5 不同粉碎粒度對紫馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響Table 5 Effect of comminution granularity on quality of purple potato dry slides

2.2 正交試驗結果分析

正交試驗結果如表6,7所示。

表6 正交試驗結果L9（34）Table 6 Results of orthogonal test L9（34）

由表 6可知，影響紫馬鈴薯全粉感官品質(zhì)的各因素依次為干燥溫度>干燥時間>粉碎粒度，最佳工藝參數(shù)組合為A2B2C2，即干燥溫度60℃，干燥時間10h，粉碎粒度60～80目。

表7 方差分析結果Table 7 Variance analysis of orthogonal experiments

由表 7可知，干燥溫度對紫馬鈴薯全粉感官品質(zhì)的影響最為顯著（FA>F0.05（2,2）），而干燥時間和粉碎粒度則對感官品質(zhì)無顯著影響（FA

2.3 正交試驗驗證試驗

在干燥溫度60℃，干燥時間10h，粉碎粒度60目的工藝參數(shù)下，按照上述工藝路線進行生產(chǎn)，紫馬鈴薯全粉產(chǎn)品得率為 20.69%，紫馬鈴薯顆粒全粉產(chǎn)品為深紫色，顆粒組織均勻細膩，具有濃郁的鮮薯泥香味，有潤滑的沙質(zhì)口感，無其他雜質(zhì)。水分含量 6.80%（<10%），蛋白質(zhì)含量7.30%，淀粉含量54.50%，總糖含量 60.55%，還原糖含量 0.75%，總多酚含量466.40mg/100g，花青素含量 348.03mg/100g。說明正交試驗確定的條件是較優(yōu)的。

2.4 紫馬鈴薯全粉加工過程中花青素的變化

圖1為在最優(yōu)參數(shù)組合下紫馬鈴薯全粉加工各環(huán)節(jié)中花青素總量的變化，由圖中可以看出，花青素總量在整個加工過程中呈下降趨勢。因為pH、高溫、光照等因素均可破壞花青素的結構，使其降解，引起花青素的損失[23]。各加工環(huán)節(jié)中紫馬鈴薯花青素的損失率依次為：蒸煮(29.39%)>干燥粉碎(21.09%)>護色(1.83%)。蒸煮造成的花青素損失最多，是因為花青素在 60℃以上時熱穩(wěn)定性較差，高溫導致花青素大量分解，應盡量縮短蒸煮時間，防止花青素大量分解。干燥粉碎造成的花青素損失也較大，是因為雖然干燥溫度控制在花青素熱穩(wěn)定的臨界溫度，但由于干燥時間較長，仍會造成花青素一定程度的損失。所以，在整個紫馬鈴薯全粉加工過程中，蒸煮和干燥處理是關鍵環(huán)節(jié)，應該控制其處理的溫度和時間，以最大程度的保護花青素。

圖1 花青素總量的變化Fig.1 Changing trend of total amount of anthocyanidin in processing

3 結 論

將紫馬鈴薯進行分揀清洗、去皮、切片護色、蒸煮漂燙、60℃下干燥10h，粉碎成60～80目的粒度，紫馬鈴薯全粉得率為 20.69%。產(chǎn)品為深紫色，顆粒組織均勻細膩，具有濃郁的鮮薯泥香味，有潤滑的沙質(zhì)口感，無其他雜質(zhì)。水分含量6.80%（＜10%），蛋白質(zhì)含量7.30%，淀粉含量54.50%，總糖含量60.55%，還原糖含量0.75%，總多酚含量466.40mg/100g，花青素含量348.03mg/100g，產(chǎn)品品質(zhì)較優(yōu)，營養(yǎng)價值高。

在紫馬鈴薯全粉加工過程中，蒸煮和干燥等高溫處理是關鍵環(huán)節(jié)，應該控制高溫處理的溫度和時間，同時做好護色，以最大程度的保護花青素。

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