不同方式熟化甘薯的試驗研究

趙 楠，鄧 浩，趙建國，劉 鑫，宋樹杰

（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安 710119）

0 引言

甘薯（Ipomoea batatas L.）屬旋花科一年生植物，廣泛種植于全世界近100個國家。中國以1.17×108t的年產量，占全世界甘薯年產量的90%[1]。由于新鮮甘薯含水率較高，貯藏條件很難控制，導致腐敗變質現象嚴重。同時，貯藏期間營養成分變化較大，貯藏占用空間大和運輸困難等特點，鮮甘薯的推廣受到一定限制。研究甘薯深加工技術，不僅可以解決此類問題，還可以提高甘薯的經濟價值，在農民增收中也發揮了重要作用。

據統計，我國甘薯總量中約有15%經過熱處理熟化后直接食用，約有50%經過熟化后進行后續加工[2]。因此，熟化是甘薯深加工必經的步驟，其熟化程度、熟化效率直接影響后續的工序及甘薯深加工成品的品質。

楊燁等人[3]研究了7種熟化方法對迷你甘薯品質和質構特性的影響。孔霜霜等人[4]研究蒸、煮、烤、微波4種不同熟化方法對紫薯的色澤、營養成分和抗氧化能力的影響。目前，關于不同熟化方法對甘薯熟化過程、品質變化及成本影響的研究還比較缺乏。

試驗甘薯為原料，研究了蒸煮、氣體射流沖擊和微波3種不同的熟化方式對甘薯邊緣與中心溫度的變化、熟化前后甘薯的質量變化及熟化成本的影響，旨在為選擇甘薯在加工過程中的熟化方式提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與預處理

新鮮甘薯，采購于陜西省西安市自由農貿市場，紡錘形，表面無霉斑、無蟲害。直徑60±3 mm，質量300±16 g，含水率（w.b.）75.3%。為了使試驗甘薯每次的溫度保持一致，試驗前將清洗好的甘薯樣品保存在20±0.4℃的恒溫箱中12 h，開展后續研究。

1.2 儀器設備

GJX-6B-27II-JY型射頻干燥設備，河北省華氏紀元高頻設備有限公司產品；ORW08S-5Z型微波真空干燥機，南京澳潤微波科技有限公司產品；ThermAgile-RD型熒光光纖測溫系統，西安和其光電科技股份有限公司產品；AB204-N型電子分析天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司產品；SH-045B型恒溫恒濕箱，上海實驗儀器廠產品；GE1701型電熱蒸煮壺，美的電器有限公司產品；BCD-210G/C型電冰箱，青島海爾股份有限公司產品；AVM-03型風速計，泰儀電子工業股份有限公司產品；氣體射流沖擊干燥裝置，陜西師范大學食品工程實驗室設計[5]。

1.3 試驗方法

1.3.1 蒸煮熟化

試驗前將電熱蒸煮壺的功率調整為500 W。首先，將壺內的水加熱至100℃，然后將隨機抽取預先處理好的甘薯樣品約300 g，稱重后將熒光光纖的測溫探頭分別插入甘薯的上、中、下3個不同的位置。將其放入到蒸煮壺的中間，測其對應位置的溫度變化。

甘薯溫度采集系統見圖1。

圖1 甘薯溫度采集系統

1.3.2 氣體射流沖擊熟化

將氣體射流沖擊的噴嘴出口溫度設定為150℃，氣流速度為15 m/s。首先將沖擊室內的氣流溫度加熱至所需的150℃，并保持一段時間。然后如圖1所示的光纖位置及測控系統的甘薯，放入到氣流沖擊室的中間，測其對應位置的溫度變化。

1.3.3 微波熟化

將微波功率設定為500 W，將甘薯樣品放在微波干燥機的裝物盤的中心，光纖位置及測控系統的設置也如圖1所示，測其對應位置的溫度變化。

1.3.4 質量變化與熟化成本的測定

稱量熟化前甘薯的質量與熟化后甘薯的質量，其差值為熟化質量變化。熟化成本[6]為單位質量甘薯完全熟化所需要的能量，單位為kW/（h·kg）。其中，甘薯熟化完成的判定為甘薯中心溫度達到90℃[7]。

1.3.5 數據分析與處理

每個試驗至少重復3次，各試驗所取的數據采用SPSS 19.0軟件進行統計分析，所有的圖采用Origin 2015軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 甘薯蒸煮熟化過程

水溫與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關系見圖2。

圖2 水溫與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關系

由圖2可知，當甘薯直接放入到蒸熟壺后，壺內的水有較短降溫升溫的過程，這是因為室溫甘薯放入到沸水中，其表面與水的溫差較大，瞬間熱交換量較大。甘薯下部的光纖探測點靠近加熱器端，而上部的測量點在遠離加熱端，因此造成上下部甘薯的溫度變化過程不同，下部的升溫過程略快于上部。甘薯上部和下部傳感器在加熱開始后的2 min后開始升溫，而中心的傳感器在5 min開始升溫。由傅立葉傳熱定律可知，甘薯中心的熱量是由溫度較高的周圍部分經熱傳導而來。經過約40 min加熱，甘薯已完全熟化，但其上下溫度及中心溫度分別為96.7，97.1，93.7℃。

根據甘薯各部位溫度隨加熱時間變化的情況，可將蒸煮熟化甘薯分為2個階段：①升溫階段。當甘薯溫度低于80℃時，在蒸煮的過程中，其溫度約以2.7℃/min的速度升高，加熱時間約30 min；②熟化階段。當甘薯溫度高于80～94℃時，其升溫速度約為1.5℃/min。當甘薯的中心溫度達到90℃時，甘薯已熟化完成。

2.2 甘薯射流沖擊熟化過程

射流沖擊熟化時，空氣溫度與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關系見圖3。

圖3 射流沖擊熟化時，空氣溫度與甘薯不同部位溫度與加熱時間的關系

當甘薯放入沖擊室后，射流沖擊氣體溫度有一個升溫過程，在7 min之后氣體溫度達到150℃，因為加熱氣體是循環利用的，甘薯放入沖擊室后，其表面與沖擊氣體的瞬間換熱量過大，而加熱器功率有限，從而出現了溫升滯后的現象。

根據甘薯各部位溫度隨時間變化的情況，可將氣體射流沖擊熟化甘薯分為2個階段：①升溫階段。當甘薯溫度低于70℃時，在氣體射流沖擊的過程中，其溫度約以3.5℃/min的速度升高，加熱時間約20 min；②熟化階段。當甘薯溫度高于80～95℃時，其升溫速度約為1.6℃/min。當甘薯的中心溫度達到90℃時，甘薯已熟化完成。

2.3 甘薯微波熟化過程

微波熟化時甘薯不同部位溫度與加熱時間的關系見圖4。

圖4 微波熟化時甘薯不同部位溫度與加熱時間的關系

由圖4可知，當甘薯直接放入到微波腔體后，上、中、下3個部位的溫度同時開始上升，沒有溫升滯后現象。且甘薯上下部位溫升過程基本一致，中心部位的溫升過程略慢于上下部位。且甘薯上下部位在1.5 min時，已經達到設定溫度；中心部位在2.3 min時到達設定溫度。

根據甘薯各部位溫度隨時間變化的情況，微波熟化甘薯只有一個階段，即升溫階段。當甘薯溫度低于100℃時，在微波熟化的過程中，其溫度約以40℃/min的速度升高，加熱時間約2.5 min，當甘薯的中心溫度達到90℃時，甘薯已完成熟化。若繼續延長微波熟化時間，會造成甘薯嚴重脫水，及品質劣變。

2.4 3種熟化方法過程中熟化時間、質量變化與熟化成本的比較

不同熟化方式下，甘薯的熟化時間、質量變化與熟化成本見表1。

表1 不同熟化方式下，甘薯的熟化時間、質量變化與熟化成本

由表1可知，不同的熟化方法，300 g甘薯完全熟化所需的時間不同，其中熟化最快的為500 W微波，熟化時間為2.5±0.5 min；熟化最慢的為500 W蒸煮，熟化時間為33±3.2 min。其原因在于，不同熟化方法所用的加熱方式原理是不同的。蒸煮與氣體射流沖擊是一種較為典型的表面熱傳導技術，以熱水或熱空氣為介質將熱量從物料表面逐層傳入內部，所以需要較長時間進行熟化。而微波加熱技術則是運用介電損耗原理將熱量更直接地傳遞到物料內部，實現內外同時加熱，因此相比于上述加熱技術更易達到均勻加熱的目的[8]。

由表1可知，不同的熟化方法，300 g甘薯完全熟化前后的質量變化不同，其中蒸煮熟化質量增加約14.87 g；氣體射流沖擊與微波熟化前后的質量分別減少53.98 g和14.51 g。甘薯在熟化過程中的質量變化是由其含水量的變化引起的。蒸煮為水介質熟化甘薯，甘薯熟化過程中會吸收部分水分，質量有所增加。而氣體射流沖擊和微波熟化是以空氣為載體熟化，熟化過程中甘薯溫度升高，水分汽化排出，與干燥過程類似，因此質量有所降低。

成本是影響食品加工方式選擇的重要因素之一，高成本會影響農產品的附加值。由表1可知，不同的熟化方法，甘薯完全熟化的成本是不同的。蒸煮約需要0.83 kW/（h·kg），氣體射流沖擊約需要0.43 kW/（h·kg），微波約需要0.12 kW/（h·kg）。成本的不同也與其加熱方式與加熱時間有關。不同的熟化方法所造成的甘薯品質的變化[3]。試驗研究的熟化甘薯外觀品質順序為蒸煮、氣體射流沖擊、微波。

3 結論

（1） 蒸煮與氣體射流沖擊熟化甘薯可分為2個階段：升溫階段與熟化階段。而微波熟化只有一個階段（升溫階段），升溫完成后即完成熟化。

（2）質量約300 g的甘薯，500 W微波熟化時間為2.5±0.5 min；500 W蒸煮熟化時間為33±3.2 min；150℃氣體射流沖擊熟化時間為27±2.9 min。微波熟化時間最短。

（3） 300 g甘薯完全熟化前后的質量變化不同，其中蒸煮熟化質量增加約14.87 g，氣體射流沖擊與微波熟化前后的質量分別減少53.98 g和14.51 g。

（4）不同的熟化方法，甘薯完全熟化的成本是不同的。蒸煮約需要0.83 kW/（h·kg），氣體射流沖擊約需要0.43 kW（/h·kg），微波約需要0.12 kW（/h·kg）。