氣體射流沖擊干燥對紫甘薯色澤及抗氧化性的影響

李文峰 肖旭霖

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，西安 710062)

氣體射流沖擊干燥對紫甘薯色澤及抗氧化性的影響

李文峰 肖旭霖

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院，西安 710062)

為了提高紫薯干制品質，研究不同風溫、風速、預處理、氣體噴嘴距物料盒高度及物料切片厚度對氣體射流沖擊干燥紫薯色澤、總花青素、多酚氧化酶(PPO)活性、總酚及總酚抗氧化能力的影響。結果表明，總花青素含量、總酚含量、抗氧化能力和PPO活力在干燥前后均有顯著的降低。且色差值、總花青素含量、總酚含量及抗氧化能力隨微波處理時間、噴嘴高度和切片厚度的增加而增加，隨風溫和風速的增加而降低。PPO活力隨預處理時間和風溫的增加而降低，但風速、噴嘴高度和切片厚度對PPO活力影響不顯著。干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯干燥品質的最佳時間段。

氣體射流沖擊 紫薯 花青素 多酚 抗氧化

多酚類化合物是一類廣泛存在于植物性食品原料中的植物次級代謝產物[1]。多酚化合物具有多種生理活性，例如抗氧化、抗癌癥、抗過敏、抗菌、預防血管粥樣硬化[2]。紫甘薯又稱紫薯，是一種原產于中美洲且富含多酚類化合物的糧食與飼料作物[3-4]。紫薯多酚又以花青素為主，花青素具有優秀的生理活性功能和潛在的天然食品色素價值[5]。紫薯可采用干燥、蒸煮、烘焙、油炸等多種方式進行加工。干燥是加工紫薯的一種重要方法，通過干燥可以降低運輸重量、延長貯藏期并減少貯藏成本[6]。當前，紫薯的干燥方式有熱風干燥、噴霧干燥、冷凍干燥、分子滲透壓脫水、真空干燥和微波干燥[7]。而干燥對食品原料中酚類物質及其抗氧化能力均有影響[8]。據已有報道可知[3,9]，現有的干燥方法會導致紫薯中總酚含量及抗氧化能力的降低。而氣體射流沖擊技術是一種有效應用于無核紫葡萄、魚餅、魚子、哈密瓜及杏的干燥技術[10-14]。研究表明氣體射流沖擊干燥與傳統熱風干燥相比，具有更高的干燥效率[10]。Bórquez[13]在研究鯖魚魚子的氣體射流沖擊干燥時發現，氣體射流沖擊干燥可有效降低魚子中n-3脂肪酸的氧化率。但氣體射流沖擊干燥紫薯是否具有較高酚類化合物及抗氧化能力的保存率還有待進一步的研究，并且不同干燥條件對紫薯干后品質的影響規律尚不明確。所以本研究采用氣體射流沖擊干燥技術，探究風溫、風速、預處理、氣體噴嘴距物料盒高度及物料切片厚度對紫薯色澤、總花青素、多酚氧化酶活力、總酚及總酚抗氧化能力的影響。從而為開發紫薯干燥新技術，更大限度保存酚類化合物，優化紫薯干燥工藝提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試劑

紫薯:市購，挑選體積大小相近且無腐敗的鮮薯，貯藏于室溫下，使用前用自來水洗凈。

DPPH、福臨酚試劑、鄰苯二酚：Sigma。

1.2 主要儀器

本試驗中所用的氣體射流沖擊干燥試驗設備為試驗室自行設計[15]。AVM-03型風速計：泰儀電子工業股份有限公司；LG WD700型微波爐：樂金電子(天津)電器有限公司；小型多用切菜機：河北省趙縣瓜家莊食品機械廠；WSL-2型測色儀：上海物理光學儀器廠；722型分光光度計：上海光譜儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫薯干燥

紫薯的氣體射流沖擊干燥在不同的試驗條件下進行，具體參數如表1所示。試驗開始前，干燥設備需在設定好的試驗參數下調整0.5 h，確保試驗條件達到平衡狀態后再進樣干燥。每次試驗取鮮薯約250 g，依據所需厚度用切片機將紫薯切片后置于微波爐，在900 W下按所需時長進行預處理。為了避免物料在高風速下被吹散，將紫薯置于干燥室中金屬網盒內進行干燥處理。干燥的樣品經粉碎后過80目網篩，用密封后存儲于-3 ℃備用。

表1 試驗設計

1.3.2 色澤測定

紫薯色澤利用測色儀測定，以儀器白板為標準(L*=91.73，a*=-12.49，b*=4.05)，測量紫薯的明度指數L*、彩度指數a*和b*。L*、a*、b*可以表示2種色調之間的差值，即色差，可用ΔΕ[16]表示，通過比較ΔE值反映紫薯色澤的改變，其公式為：

ΔE= [(L0*-L*)2+(a0*-a*)2+(b0*-b*)2]1/2

式中：L0*、a0*、b0*表示新鮮紫薯的色度值；L*、a*、b*表示干燥后紫薯樣品的色度值。

1.3.3 總花青素測定

稱取約0.5 g樣品于研缽中，加入少許石英砂和5 mL 1%HCl―甲醇溶液充分研磨，用20 mL提取溶劑分2次沖洗研缽并轉移至100 mL燒杯，加入25 mL提取溶劑充分攪拌，用保鮮膜密封后置于冰箱中提取12 h。分別取上層清液1 mL于2支試管，分別加入pH 1.0、pH 4.5的鹽酸—醋酸鈉緩沖液3 mL，充分搖勻后測定吸光度。花色苷總含量(TAC)以濾液中矢車菊素-3-葡萄糖甙含量計算，其計算公式為[17]：

總花青素含量/mg/mL=[(A530-A700)pH 1.0-(A530-A700)pH 4.5]×MW×DF÷(E×L)

式中：A為各自pH下不同波長所測吸光度；MW為矢車菊素-3-葡萄糖甙的分子量(449.2)；DF為稀釋倍數；E為矢車菊素-3-葡萄糖甙的克分子吸光率常數(26 900)；L為比色皿光程，1 cm時L=1。

1.3.4 總酚含量測定

多酚采用80%甲醇進行提取[3]。稱取約1 g樣品置于研缽中，加入少許石英砂和5 mL提取溶劑。充分研磨后轉移至100 mL小燒杯，用20 mL提取溶劑分4次沖洗研缽并轉移至小燒杯。用保鮮膜密封燒杯后置于超聲波清洗器中于45 kHz下處理5 min。超聲后轉移至布氏漏斗，抽濾。先用10 mL 提取溶劑沖洗燒杯，再分別取3次5 mL提取溶劑沖洗漏斗中的殘渣，取濾液。濾液轉移至圓底燒瓶，用旋轉蒸發器在45 ℃條件下旋轉蒸發10 min。余液用蒸餾水定容至100 mL。吸取200 μL提取溶液樣品加入試管中并加入800 μL去離子水和200 μL福林酚試劑，充分混合并避光保存10 min，再加入2 mL 7%Na2CO3溶液和1.6 mL去離子水，避光靜置90 min，最后用可見分光光度計于760 nm[4]測定吸光值，根據標準曲線得出相應樣品的多酚含量。

1.3.5 測定DPPH自由基清除能力

本試驗通過測定紫薯多酚對DPPH·的清除能力來評判其抗氧化能力[9,16]。取2 mL紫薯多酚提取溶液于試管中，加入2 mL 0.05 mg/mL DPPH·乙醇溶液，充分搖勻后避光靜置30 min。以蒸餾水為空白于517 nm下測定吸光度為Ai，以2 mL待測液加2 mL乙醇測得Aj，Ai減Aj之差為A樣品；以2 mL蒸餾水加2 mL DPPH·乙醇溶液測得A控制。總酚的總抗氧化能力以DPPH·的清除率表示，計算公式：DPPH·清除率/%=(1-A樣品/A控制)×100

1.3.6 多酚氧化酶(PPO)活力測定

取約1.0 g樣品，加入6.0 mL經4 ℃預冷的pH 6.8 0.1 mol/L磷酸緩沖液，加入0.06 g聚乙烯吡咯烷酮，充分研磨成勻汁后于12 000 r/min離心15 min。取0.1 mL上清液依次加入2.0 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液和1.6 mL pH 6.8 0.1 mol/L磷酸緩沖液，測定在420 nm時室溫下反應10 min吸光值的變化，以每分鐘吸光值變化0.01為一個酶活力單位(U)。

1.3.7 數據處理

利用Excel 2010進行簡要計算和作圖，利用DPS軟件采用新復極差法進行方差分析，顯著水平為5%。以上所有試驗平行測定3次。

2 結果與討論

2.1 射流沖擊干燥對紫薯色澤的影響

紫薯鮮艷的色澤是其深受喜愛的一個重要原因[18]，但紫薯干燥后，其色澤會發生較大變化[3,9,19-20]。如圖1所示，微波預處理是紫薯色澤品質的一個重要影響因素，干燥后紫薯色差值隨微波處理時間的增加而減小。Yang等[9]報道紫薯經過加熱預處理后再干燥，其色差值會降低。所以干燥前的加熱預處理對紫薯有一定的護色作用。風溫對紫薯色澤也有影響，干燥后紫薯色差值隨風溫的增加和噴嘴高度的降低而減小。雖然紫薯色差值也隨干燥風速的增加和切片厚度的減小而減小，但試驗中所采用的4個風速之間和切片厚度之間并未有顯著性差異，而其他干燥方法也會導致甘薯色澤的改變。本試驗中，氣體射流沖擊干燥導致紫薯ΔE在9.7～29.27之間變化。而紫薯經過熱風干燥后ΔE約為17；真空干燥后ΔE約為10；分子滲透壓脫水處理后ΔE為10.85；冷凍干燥后的ΔE約為6[3,9,19-20]。故在所有試驗組中，預處理3 min組具有最低色差值，且色澤品質優于滲透壓脫水、熱風干燥和真空干燥。

2.2 射流沖擊干燥對紫薯總花青素含量的影響

紫薯因塊莖中高含量的花青素而呈現出鮮艷的紫色[17]。本研究選取的鮮*與鮮**2批紫薯鮮樣的總花青素含量分別為104.35和70.47 mg/100 g，與Truong等[18]所報道的含量(33.7～96.8 mg/100 g)接近。從圖2可知，紫薯經過氣體射流沖擊干燥后其總花青素含量損失46%～66%，在所有試驗組中預處理3 min組具有最高總花青素保存率54%。雖然氣體射流沖擊干燥降低了紫薯總花青素含量，但分子滲透脫水會造成紫薯總花青素損失約63%[3]；熱風干燥會導致紫薯總花青素損失高達約72%[9]。與以上2種方法相比，氣體射流沖擊干燥的干燥效率更高，花青素損失更少，耗能低。本試驗中，紫薯在氣體射流沖擊干燥前對其進行了微波加熱預處理，隨預處理時間的增加紫薯總花青素含量增加。Yang等[9]研究發現，這是因為高溫抑制了紫薯中多酚氧化酶、過氧化物酶和糖苷酶等會降解花青素的酶活而使得更多的花青素得以保存。由圖2可知，總花青素含量隨著干燥風溫和風速的增加而逐漸降低，隨著噴嘴高度和切片厚度的增加而增加。因為在相同風速下，噴嘴高度越低則物料表面風速越高，而高風速會造成物料表面邊界層變薄從而具有更高的傳熱效率[11,14]，導致物料快速升溫。已有研究表明[8]花青素為熱敏性物質，故導致物料升溫的因素均可降低物料總花青素含量。而高風速不僅使物料升溫更快，還導致單位時間內物料表面接觸更多的氧氣，導致花青素損失率的增加。隨切片厚度的增加，物料內部升溫越慢且物料內部接觸到更少的氧氣，從而有利于避免花青素的損失。

注：a、b、c、d表示所在因素不同水平之間的顯著性 P<0.05，下同。圖1 不同干燥條件對紫薯色澤的影響

注：*,**:所有試驗未采用同一批紫薯，預處理組和風溫組為同一批樣品，風速組、噴嘴高度組和切片厚度組為同一批樣品，下同。

圖2 不同干燥條件對紫薯總花青素含量的影響(濕基)

2.3 射流沖擊干燥對紫薯總酚含量及其抗氧化能力的影響

紫薯塊莖中含有比橙色甘薯和胡蘿卜更為豐富的酚類化合物[18]。酚類化合物是紫薯的一種主要抗氧化成分，鮮紫薯和干燥后紫薯的總酚含量及其對DPPH·的清除率如圖3所示。由圖3可知，紫薯經過氣體射流沖擊干燥后其總酚含量損失42%～74%。而熱風干燥導致紫薯總酚損失約58%[9]；分子滲透脫水導致紫薯總酚損失高達約88%[3]。與上述2種干燥方式相比氣體射流沖擊干燥在酚類化合物的保存率方面具有明顯的優勢。從各組數據可知，總酚含量隨微波預處理時間、噴嘴高度、切片厚度的增加而增加，隨風溫和風速的增加而降低。由圖2和圖3可知，氣體射流沖擊干燥對總花青素和總酚的影響具有相似規律，而食用性多酚類化合物主要包括酚酸類、黃酮類和單寧類[1]。所以不同干燥條件對紫薯總酚的影響應與對花青素的影響具有相同原因。

由圖3可知，紫薯清除DPPH·的能力隨總酚含量的增加而增加，Yang等[9]也報道了類似現象。所以不同干燥條件導致紫薯抗氧化能力的降低與總酚含量的變化具有聯系。干燥后紫薯多酚對DPPH·的清除率與鮮薯相比降低了44%～61%。在Miranda等[8]對藜麥種子的研究中也發現干燥可導致物料多酚抗氧化能力顯著降低且隨著干燥溫度的增加而降低。紫薯多酚清除DPPH·的能力隨著預處理時間、切片厚度和噴嘴高度的增加而增加，隨著風溫和風速的增加而降低，而這與總酚的變化規律相一致。但熱風干燥導致紫薯抗氧化能力降低約77%[9]；冷凍干燥導致紫薯抗氧化能力降低25%[9]。故氣體射流沖擊干燥比熱風干燥具有更高的總酚及抗氧化保存率。雖然冷凍干燥有更高的總酚及抗氧化保存率，但其干燥時間長、能耗高。

在所有試驗組中，切片厚度8.16 mm組具有最低總酚損失率(42%)和最高DPPH·清除率(32.06%)，但該條件下色澤品質并不優秀。而預處理3 min組具有最好色澤品質，且總酚損失率(47.63%)和DPPH·清除率(30.12%)均較好。

注：A、B、C、D表示同一因素內不同水平處理對DPPH·清除率的顯著性差異，P<0.05。圖3 不同干燥條件對紫薯總酚的影響(濕基)

圖4 不同干燥條件對紫薯PPO酶活的影響(濕基)

2.4 射流沖擊干燥對紫薯PPO活力的影響

紫薯褐變可導致產品的色澤品質和商業價值的降低。在加工過程中紫薯含有的大量酚類化合物易被PPO氧化成棕褐色鄰醌類化合物[21]，而由上文可知氣體射流干燥導致紫薯總酚及其抗氧化能力不同程度的降低，而PPO活力與這些規律是否具有一定聯系值得深入研究。從圖4可知，紫薯PPO活力隨微波預處理時間和風溫的增加而顯著降低，干燥后紫薯PPO活力僅為鮮樣的0.3%～22%且在預處理3 min時PPO基本失活。但在試驗參數范圍內的風速、噴嘴高度和切片厚度對PPO活力的影響不顯著。由于PPO活力易受溫度、水分活度、pH和氧濃度等條件的影響，且現有的報道也表明食品物料中酶活力越高，酶促褐變越嚴重[21]。所以提高物料內部溫度及降低氧氣含量的因素均可降低PPO活力。而干后紫薯在貯藏過程中因物料的水分活度較低，故酶的活力會受到抑制，有利于避免褐變的發生。

2.5 干燥時間對紫薯射流沖擊干燥的影響

由上文可知，紫薯經過不同條件的氣體射流沖擊干燥后，紫薯色澤、總花青素、總酚及其抗氧化能力和PPO活力均會發生變化。但這些指標在干燥過程中以何種規律變化尚不清楚。由圖5可知，紫薯色澤變化，總花青素、總酚含量和總酚抗氧化能力及PPO活力的降低主要發生在干燥初期(0～1 h)。在0～0.5 h內，每個指標均有顯著的變化，而1 h后變化速率快速降低，在3 h后基本保持不變。在0～4 h內紫薯PPO活力變化不大，而加熱預處理是導致PPO活力顯著降低的主要因素[9]。結合上文可知，干后紫薯的色澤、總花青素、總酚及其抗氧化能力的變化規律具有一定關系。在干燥前期濕含量較高的紫薯溫度升高且切分后的紫薯處于含氧環境中，所以此時PPO活力較高從而導致花青素等酚類物質被較快的氧化。但隨著干燥的進行，物料內部溫度進一步上升且濕含量已經較低，此時PPO活力受溫度與水分活度的雙重影響而抑制在較低水平，所以干燥中后期色澤、花青素、總酚的變化并不明顯。故干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯色澤變化及總花青素、總酚含量和總酚抗氧化能力降低的最佳時間段。

圖5 干燥時間對紫薯射流沖擊干燥的影響

3 結論

3.1 色差值、總花青素含量、總酚含量及抗氧化能力隨微波處理時間、噴嘴高度和切片厚度的增加而增加，隨風溫和風速的增加而降低。PPO活力隨預處理時間和風溫的增加降低，但風速、噴嘴高度和切片厚度對PPO活力影響不顯著。

3.2 綜合各品質指標，本試驗條件下最優干燥條件為風溫為70 ℃、風速13 m/s、預處理3 min、噴嘴高度20 mm、切片厚度為2.43 mm。

3.3 總花青素含量、總酚含量、抗氧化能力和PPO活力在干燥前后均有顯著的降低。

3.4 干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯色澤變化及總花青素、總酚含量和總酚抗氧化能力降低的最佳時期。

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Effects of Air-Impingement Jet Drying on Color and Antioxidant Activity of Purple Sweet Potato

Li Wenfeng Xiao Xulin
(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi′an 710062)

In order to improve the purple sweet potato (PSP) drying quality, the effects of air-impingement jet drying PSP on color, total anthocyanin contents, total phenolic contents, polyphenoloxidase (PPO) activity and antioxidant activity in different pretreatment, nozzle distance, slice thickness, air temperature and air velocity have been studied in the paper. The results showed that there was significant reducing in total anthocyanin contents, total phenolic contents, antioxidant activities and polyphenoloxidase activities during the transportation from fresh samples to dried samples. In addition, the ΔE, total anthocyanin contents, total phenolic contents and antioxidant activity increased with the increasing of microwave pretreatment times, nozzle distance and slice thickness, decreased in accordance with the increasing air temperature and air velocity. Polyphenoloxidase activity decreased with microwave pretreatment times and air temperature increasing. However, there were no significant differences in polyphenoloxidase activity among four levels respectively in the factors of air velocity, nozzle distance and slice thickness. The best quality control time of PSP drying shall be that in the initial period of air-impingement jet drying (0～1 h).

air-impingement jet， purple sweet potato， anthocyanins， polyphenols， antioxidant

TQ028.6

A

1003-0174(2014)06-0027-07

陜西師范大學研究生培養創新基金(2013CXS006),科技部農業科技成果轉化資金(2011GB23600 017)

2013-06-11

李文峰，男，1987年出生，碩士，農產品加工

肖旭霖，男，1955年出生，副教授，食品加工工程