紫薯全粉加工工藝優化

王海燕，莫治鵬，惠愛玲，朱瑞雨，吳澤宇，張文成

（1. 合肥工業大學食品科學與工程學院，農產品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230009；2. 安徽棟泰農業科技發展有限公司，安徽馬鞍山 238200）

紫薯（Purple sweet potato） 屬于旋花科、番薯屬，在我國山東、河南、廣西、四川、山西、安徽、浙江、廣東、湖南等地廣泛種植[1]，因其本身的果肉呈現紫色，營養成分含量高而得名。紫薯除富含淀粉、蛋白質、維生素、氨基酸及多種礦物質外，還富含花青素、硒元素等，可有效防治心腦血管疾病，明顯增強人體的免疫能力，具有較高的食用價值和藥用價值[2-5]。目前，國內外關于紫薯的研究主要集中在紫薯花青素的提取及穩定性、紫薯淀粉特性、紫薯褐變機理及控制方法、紫薯粉的關鍵加工步驟等方面，其中多數研究側重于紫薯的主要營養成分——花青素，關于紫薯全粉的研究較少。

紫薯全粉是以新鮮的紫薯為原料，經清洗、去皮、切片、漂洗、蒸煮、干燥、粉碎、過篩等工藝制得的粉末狀產品。將紫薯加工成粉能有效保留新鮮紫薯的營養和風味，延長保存期，同時紫薯全粉既能作為最終產品，也可以作為紫薯食品深加工的基本原料，從而提高紫薯的經濟效益。因此，對紫薯全粉加工技術進行研究，以期為紫薯的產業化開發提供依據。

1 材料與方法

紫薯，當地市售。

99.9 %乙醇、碘、檸檬酸、乙酸、乙酸鈉、鹽酸、氯化鉀、碘化鉀，均為分析純；果膠酶，食品級，購自國藥集團化學試劑有限公司。

SHZ-D型循環水真空泵，鄭州長城科工貿有限公司產品；FA1004型電子天平，上海精科天平有限公司產品；DHG-92021SA型真空干燥箱，上海三發科學儀器有限公司產品；UV-1600型可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司產品；DHG9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏設備有限公司產品；KQ5200DE型數控超聲波清洗器，上海小巖工貿發展有限公司產品；XDW型振動式超微粉碎機，濟南達微機械有限公司產品；R206D型旋轉蒸發儀，上海申生科有限公司產品；TDZ5-WS型低速離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司產品。

1.2.1 工藝流程

原料→清洗、分級→蒸煮→冷卻→去皮、修整制泥→干燥→粉碎→篩分（80目） →成品。

1.2.2 單因素試驗

按照確定的工藝路線，選取是否去皮蒸煮、蒸煮時間、果膠酶添加量、干燥溫度、干燥時間、干燥方式和粉碎方式進行單因素試驗。

（1） 預處理對花青素含量的影響。將紫薯按照去皮和未去皮2組分別進行蒸煮，然后按照設計的工藝流程進行試驗。蒸煮時間20 min，干燥方式為熱風干燥（55 ℃，10 h），粉碎方式采用萬能粉碎機粉碎，通過80目篩進行篩分得到樣品。

（2）蒸煮時間對花青素含量和碘藍值的影響。選定是否去皮蒸煮單因素試驗中獲得紫薯全粉品質最為優良的方式，蒸煮時間選取0，5，10，15，20，25 min進行試驗。

（3） 果膠酶添加量對碘藍值的影響。選定以上單因素試驗中獲得紫薯全粉品質最為優良的因素，果膠酶添加量選取0，0.01%，0.02%，0.03%，0.04%進行試驗。

（4） 干燥溫度對花青素含量的影響。選定以上單因素試驗中獲得紫薯全粉品質最為優良的因素，干燥溫度選取50，55，60，65，70 ℃進行試驗。

（5） 干燥時間對水分含量的影響。選定以上單因素試驗中獲得紫薯全粉品質最為優良的因素，干燥時間選取7， 8， 9， 10， 11 h。

（6） 干燥方式對花青素含量的影響。選定以上單因素試驗中獲得紫薯全粉品質最為優良的因素，干燥方式選擇熱風干燥及真空干燥（真空干燥的壓力為100 KPa） 進行試驗。

（7） 破碎方式對碘藍值的影響。選定以上單因素試驗中獲得紫薯全粉品質最為優良的因素，粉碎方式選擇超微粉碎和萬能粉碎機。

1.2.3 正交試驗

通過單因素試驗，確定影響較大的4個因素，進行L9（34）四因素三水平的正交試驗，從而確定最佳的優化工藝條件，即最佳組合，并進行驗證試驗。

1.2.4 最終樣品的理化性質測定

采用減壓干燥法進行水分測定、游離淀粉碘藍值測定、持水與持油特性測定[6]、總花青素的測定[7]、花青素含量的測定[8]、紫薯的灰分[9]測定。

1.2.5 紫薯全粉的感官評價

紫薯全粉成品密封、常溫儲存。通過感官評價對正交試驗結果進行綜合評定。

感官評價見表1。

表1 感官評價

2 結果與分析

2.1.1 紫薯是否去皮蒸煮對紫薯全粉品質的影響

是否去皮蒸煮對紫薯全粉花青素含量的影響見圖1。

圖1 是否去皮蒸煮對紫薯全粉花青素含量的影響

由圖1可知，未去皮蒸煮的紫薯全粉中花青素含量是去皮蒸煮的紫薯全粉的110.03%。紫薯全粉的加工過程中，采用不去皮蒸煮的方法，紫薯花青素能夠得到更多的保留。

2.1.2 蒸煮時間對紫薯全粉品質的影響

蒸煮時間對紫薯全粉中花青素含量和碘藍值的影響見圖2。

由圖2可知，隨著蒸煮時間延長，花青素含量和碘藍值總體呈現增加趨勢。在蒸煮20 min時，花青素含量最高為52.32 mg/100 g，隨后開始減少。碘藍值總體上呈增加的趨勢，15 min后變化趨于平緩。在生產紫薯全粉過程中，紫薯需要蒸煮15 min才能達到效果，綜合考慮紫薯全粉中營養成分含量和工藝要求，確定紫薯的蒸煮時間為20 min。

2.1.3 果膠酶添加量對紫薯全粉品質的影響

圖2 蒸煮時間對紫薯全粉中花青素含量和碘藍值的影響

果膠酶添加量對紫薯全粉碘藍值的影響見圖3。

圖3 果膠酶添加量對紫薯全粉碘藍值的影響

由圖3可知，果膠酶添加量為0.04%時，紫薯全粉的碘藍值最低，與對照組相比降低了2.33。試驗中添加果膠酶，酶解細胞壁間的果膠，使得紫薯全粉的果膠含量減少，使產品溶解性較好，此外還能減少組織細胞的韌性，有一定軟化組織結構的作用。因此，選擇添加0.04%的果膠酶。

2.1.4 干燥溫度對紫薯全粉品質的影響

干燥溫度對紫薯全粉中花青素含量的影響見圖4。

圖4 干燥溫度對紫薯全粉中花青素含量的影響

由圖4可知，在55 ℃，干燥10 h條件下所得的紫薯全粉花青素含量最高，可以達到69.02 mg/100 g。隨著干燥溫度繼續升高，花青素含量均有不同程度的降低。資料顯示，干燥溫度對不同來源花青素的降解符合一級反應動力學規律，隨著干燥溫度的升高或干燥時間的延長，花青素的降解速度加快。因此，在紫薯全粉加工干燥工藝階段，選擇55 ℃作為干燥溫度。

2.1.5 干燥時間對紫薯全粉水分含量的影響

干燥時間對紫薯全粉水分含量的影響見圖5。

圖5 干燥時間對紫薯全粉水分含量的影響

由圖5可知，在55 ℃的熱風干燥條件下，隨著干燥時間的延長，紫薯中的水分含量逐漸減少。根據試驗結果，并參考果蔬粉國家標準規定（即果蔬粉的水分含量不能超過6%），最終確定紫薯的干燥時間為10 h（水分含量5.3%）。

2.1.6 干燥方式對紫薯全粉品質的影響

干燥方式對紫薯全粉花青素含量的影響見圖6。

圖6 干燥方式對紫薯全粉花青素含量的影響

由圖6 可知，在相同條件下（55 ℃，10 h），熱風干燥的紫薯的花青素含量較高為72.36 mg/100 g，是真空干燥紫薯全粉花青素含量的1.2倍。雖然真空干燥能更好地保護花青素，但結合試驗結果與實際分析，認為無法在55 ℃真空干燥10 h將水分完全除去，導致后面的粉碎工藝困難，時間變長，物料的溫度升高，花青素被破壞，最終花青素含量減少。在實際生產中，為了減少生產耗能，綜合考慮，干燥時間設為10 h，干燥溫度設為55 ℃，因此選擇熱風干燥。

2.1.7 粉碎方式對紫薯全粉品質的影響

粉碎方式對紫薯全粉碘藍值的影響見圖7。

圖7 粉碎方式對紫薯全粉碘藍值的影響

由圖7可知，萬能粉碎機粉碎的紫薯全粉碘藍值（16.33） 較低。粉碎工藝要在不破壞營養成分、顏色及口感的條件下，保證粉質細膩，故主要考查紫薯全粉中的游離淀粉，即碘藍值的大小。因此，在粉碎工藝方式上選擇萬能粉碎機。

通過單因素試驗，發現蒸煮時間、果膠酶添加量、干燥溫度及干燥時間對紫薯全粉的品質影響較大。因此，根據這4個因素設計正交試驗，找到最佳優化工藝方案。

正交試驗因素與水平設計見表2，正交試驗結果見表3。

表2 正交試驗因素與水平設計

表3 正交試驗結果

由表3可知，以花青素含量為考查指標，影響紫薯全粉品質的各因素依次為干燥溫度＞干燥時間＞果膠酶添加量＞蒸煮時間，最佳優化組合為A3B2C1D3，即蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度57 ℃；以碘藍值為考查指標，影響紫薯全粉品質的各因素依次為干燥溫度＞果膠酶添加量＞蒸煮時間＞干燥時間，最佳優化組合為A3B2C1D2，即蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度56 ℃。

單因素試驗中，通過試驗確定了蒸煮時間、果膠酶添加量、干燥溫度、干燥時間等因素分別為20 min， 0.04%，55 ℃， 10 h。

正交試驗中以花青素含量為考查指標的最佳優化組合為蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度57 ℃；以碘藍值為考查指標的最優組合為蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度56 ℃。3組工藝條件不同的組合方案A，B，C進行試驗驗證。

驗證試驗結果見圖8。

圖8 驗證試驗結果

由圖8可知，B組結果最優，即正交試驗中以花青素含量為考查指標的最佳優化組合結果最好，花青素含量94.63 mg/100 g，碘藍值15.42。因此，最佳方案為蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度57 ℃。對驗證試驗中得到的紫薯全粉進行感官評價。紫薯全粉的感官評價見表4。

表4 紫薯全粉的感官評價

按照驗證試驗中得出的最佳工藝條件制得紫薯全粉，測定其相關理化指標。

紫薯全粉的理化性質見表5。

表5 紫薯全粉的理化性質

感官評價的總分結果為A為75分，B為90分，C為69分，其中B組得分最高。根據測定結果，最終樣品的理化指標為灰分（2.98%） ＜果蔬粉國標（8%），水分含量（5.6%） ＜果蔬粉國標（6%）。因此確定B組的工藝方案最優，即未去皮蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度57 ℃。

3 結論

對傳統的紫薯全粉加工工藝進行改進，增加了未去皮高溫煮制及添加果膠酶的預處理工序，使得全粉中的花青素得到較好保留。通過試驗確定了紫薯全粉加工的最佳工藝為未去皮蒸煮時間23 min，果膠酶添加量0.04%，干燥時間9 h，干燥溫度57 ℃。

該工藝生產的紫薯全粉為深紫色，顆粒組織均勻細膩，具有紫薯特有的香味，口感細膩，無其他雜質；灰分（2.98%） ＜果蔬粉國標（8%），水分含量（5.6%） ＜果蔬粉國標（6%），花青素含量94.63 mg/100 g；產品品質較優，營養價值高，可作為進一步深加工的主要原材料。