馬鈴薯顆粒粉真空冷凍干燥工藝研究

楊婷，李娜，郭紅月，張揚，鐘寶

（吉林農業科技學院食品工程學院，吉林吉林132101）

馬鈴薯顆粒粉真空冷凍干燥工藝研究

楊婷，李娜，郭紅月，張揚，鐘寶*

（吉林農業科技學院食品工程學院，吉林吉林132101）

以新鮮馬鈴薯為原料，制作馬鈴薯顆粒粉，在單因素試驗的基礎上，利用響應面對凍干條件進行優化，結果表明：預冷凍時間為2.5h，擱板溫度為50℃，裝料量1.4kg，對應的凍干時間為4.41h時成品品質最佳。

馬鈴薯；顆粒粉；真空冷凍干燥；響應面

馬鈴薯（Solanumtuberosum）屬茄科（Solanaceae），又名“土豆”。果實呈圓、橢圓等形狀，外皮顏色有紅色、黃色、紫色3種。馬鈴薯的營養價值較高，其中球蛋白占總蛋白含量的2/3，此外，馬鈴薯中所含的半纖維素，能增加腸道的蠕動次數，具有保健抗癌作用[1-2]。2015年初我國開始實施馬鈴薯主糧化發展戰略，所謂馬鈴薯主糧化，是將馬鈴薯加工成饅頭、面條、米粉等主食產品，實現馬鈴薯由副食向主食消費轉變，由原料產品向產業化系列制成品轉變，由溫飽消費向營養健康消費轉變，使其逐漸成為第四大主糧[3-8]。馬鈴薯顆粒粉是利用新鮮的馬鈴薯經過切片、蒸煮、干燥、粉碎制成的[9-10]。

真空冷凍干燥技術（簡稱：凍干）：是指將含有大量水分的物質，先進行降溫凍結成固體形態，再利用真空條件使原料中的水蒸汽直接升華散發出來，而原料本身保留在冰架中。經過此種工藝干燥的產品，干燥后形狀、體積不變，同時整個干燥過程是在較低的溫度下進行的，可以最大限度地保存原料的營養成分，是近些年來新興的食品高新技術之一[11-15]。

以吉林地區種植的新鮮馬鈴薯為原料，利用凍干技術，制作馬鈴薯顆粒粉，將馬鈴薯深加工與食品高新技術結合，使其成品可以最大限度地保存馬鈴薯原有的特性。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮馬鈴薯：吉林市農貿市場。

1.2 儀器與設備

MZ30中藥粉粹機：青島邁科隆粉體技術設備有限公司；FA1004電子天平：沈陽瑞豐精細化學品有限公司；LG-0.2真空冷凍干燥機：沈陽航天新陽速凍設備制造有限責任公司；WI83805共晶點測試儀：東西儀（北京）科技有限公司；Midea微波爐：美的集團股份有限公司。

1.3 工藝流程

新鮮馬鈴薯→去皮、清洗→切片→熟制→冷卻→預冷凍→真空冷凍干燥→磨粉→過篩→包裝→成品

1.4 操作要點

選擇新鮮馬鈴薯，去皮、清洗后切成5 mm厚的片，平鋪在盤中，用保鮮膜封蓋，放入微波爐中加熱2 min，冷卻待用；將熟制的馬鈴薯平鋪至干燥盤上，在-35℃的條件下進行預冷凍，之后調節真空倉壓力為50 Pa的條件下，進行凍干。

1.5 試驗設計

1.5.1 單因素試驗

在預凍時間為2.5 h，擱板溫度為50℃的條件下，分別選取裝料量為1、1.2、1.4、1.6、1.8 kg，考察裝料量對凍干時間的影響。

在預凍時間為2.5 h，裝料量為1.4 kg的條件下，分別選取擱板溫度為40、45、50、55、60℃，考察擱板溫度對凍干時間的影響。

在擱板溫度為50℃，裝料量為1.4 kg的條件下，分別選取預凍時間為1.5、2、2.5、3、3.5 h，考察預凍時間對凍干時間的影響。

1.5.2 響應面分析

以預凍時間（A）、擱板溫度（B）、裝料量（C）為因素，以凍干所需要的時間為響應值（R1），進行響應面分析，每一組試驗設計兩個重復，計算其平均值。使用輔助軟件Design-Expert 8.0.6，進行隨機試驗，結果見表1。

表1 響應面分析因素與水平Table 1 Factors and levels for respone surface methodology

2 結果與分析

2.1 預凍時間對凍干時間的影響

在擱板溫度為50℃，裝料量為1.4 kg的條件下，分別選取1.5、2、2.5、3、3.5 h，進行預凍，考察預凍時間對凍干時間的影響，結果見圖1。

圖1 預冷凍時間對真空冷凍干燥時間的影響Fig.1 Effect of pre freezing time on for freeze-drying time

由圖1可知，預凍時間過短，物料凍結不徹底，存在液體水，液體水在干燥時會迅速蒸發，在真空條件下會形成氣泡，打破平衡的升華通道，進而影響凍干時間，預凍時間過長，增加制冷和負荷，耗能大，影響凍干時間。預冷凍時間適中時，物料凍得越透，分子的流動性極小，能夠保持物料的穩定，因此選擇預冷凍時間為2 h～3 h時進行試驗。

2.2 擱板溫度對凍干時間的影響

在預冷凍時間為2.5 h，裝料量為1.4 kg的條件下，分別選取擱板溫度為40、45、50、55、60℃，考察擱板溫度對凍干時間的影響，結果見圖2。

圖2 擱板溫度對真空冷凍干燥時間的影響Fig.2 Effect of diaphragm temperature on for freeze-drying time

由2可知，當擱板溫度較低時，固體水的升華受阻，使凍干時間延長，當擱板溫度過高時，由于超過共熔點溫度，結晶水融化，干燥后物料結塊變形收縮，與干燥盤接觸面積變小，導致傳熱受阻，干燥時間延長，擱板溫度適當時，物料升華界面溫度逐漸升高，熱通量增加，從而傳質推動力增大，所以水蒸氣逸出速度變快，干燥速率增加，物料干燥的時間縮短，因此選擇擱板溫度為45℃～55℃時進行試驗。

2.3 裝料量對凍干時間的影響

在預冷凍時間為2.5 h，擱板溫度為50℃的條件下，分別選取裝料量為1、1.2、1.4、1.6、1.8 kg，考察裝料量對凍干時間的影響，結果見圖3。

圖3 裝料量對真空冷凍干燥時間的影響Fig.3 Effect of loading on the for freeze-drying time

由圖3可知，裝料量較少時，雖然凍干所用時間較少，但是生產效率及設備的利用率會降低，使得干燥速率下降，裝料量過多時，凍干所需的時間延長，并且裝料過多時，成品品質稍差，因此綜合分析，選擇裝料量為1.2 kg～1.6 kg時進行試驗。

2.4 響應面工藝優化

2.4.1 響應面分析試驗設計

根據單因素試驗結果進行響應面分析，使用輔助軟件Design-Expert8.0.6，進行隨機試驗。安排17組處理組合，分別考察預凍時間/h（A），擱板溫度/℃（B），裝料量/kg（C），對凍干時間R1值的影響，結果見表2。

表2 響應面試驗設計與結果Table 2 Composite design arrangement and experimental results

續表2 響應面試驗設計與結果Continue table 2 Composite design arrangement and experimental results

2.4.2 回歸模型方差分析及顯著性檢驗

采用Design-Expert8.0.6軟件對多元回歸模型擬合、方差分析及顯著性檢驗。得到初步回歸方程模型為：

R1=+4.44-0.29A+0.14B+0.21C+0.063AB+0.025AC+ 0.025BC+0.26A2+0.35B2-4.75×10-3C2。對該模型進行顯著性檢驗，可得到方差分析見表3，模型的可信度分析見表4。

表3 回歸方程ANOVA分析Table 3 Analysis of variance for fitted quadratic regression equation

表4 回歸模型的可信度分析Table 4 Reliability analysis of the established regression model

由表3、表4可知，模型的P值＜0.000 1，說明該模型極顯著，回歸模型設計與實際測定值能夠最大限度的擬合，試驗誤差較小，因此，可以用該回歸方程代替試驗真實值對試驗結果進行分析，得到R2=99.02%，預測值與實測值之間存在著高度相關性，說明該方程具有較高的可靠性。回歸模型中，一次項中B、C，二次項中A2、B2均表現出了極顯著水平；二次項AB表現出顯著水平。

2.4.3 各因素間交互作用對真空冷凍干燥時間的影響分析

在回歸模型方差分析結果的基礎上，利用軟件做預冷凍時間、擱板溫度、裝料量的等高線圖和響應面圖，結果見圖4。

在單因素試驗基礎上，利用響應面對凍干條件進行優化，由回歸方程可知最佳組合為：預冷凍時間2.5 h，擱板溫度50℃，裝料量1.4 kg。對應的凍干時間為4.41 h，與理論預測值較接近，表明響應面得到的數學模型是可靠的，具有實用價值。

圖4 預冷凍時間、擱板溫度、裝料量對凍干影響的等高線和響應面圖Fig.4 Response surface plots and contour line of effect of pre freezing time and diaphragm temperature and loading

3 討論與結論

3.1 討論

1）為保證顆粒粉的色澤，選料時應選擇白色肉質的馬鈴薯。

2）采用微波方式熟制馬鈴薯，與其他熟制方法相比，微波熟制可以最大限度減少馬鈴薯內的水分，同時可以縮短熟制時間。

3.2 結論

在單因素試驗基礎上，利用響應面對凍干條件進行了優化，由回歸方程可知最佳組合為：預冷凍時間2.5 h，擱板溫度50℃，裝料量1.4 kg。對應的凍干時間為4.41 h。

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Study on Techology for Freeze-drying of Potato Granule Powder

YANG Ting，LI Na，GUO Hong-yue，ZHANG Yang，ZHONG Bao*
（School of Food Technology，Jilin Agricultural Science and Technology College，Jilin 132101，Jilin，China）

Used with potato as the main raw material to produce potato granule powder.According to the single factor experiments，optimization of freeze-drying conditions using response.The results showed：pre freezing time 2.5 h，diaphragm temperature 50℃，loading on 1.4 kg，corresponding for freeze-drying time 4.41 h，best quality.

potato；granule powder；techology paiameters for freeze-drying；response surface methodology

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.020

2016-09-28

吉林農業科技學院大學生科技創新項目（吉農院合字[2016]第038號）

楊婷（1993—），女（漢），在讀學士，研究方向：農產品加工。

*通信作者：鐘寶（1987—），男，碩士，研究方向：農產品加工及貯藏。