預處理對變溫壓差膨化干燥紫色馬鈴薯脆片品質的影響

王 蘭 鄧 波 鄧放明

(1. 長沙學院，湖南 長沙 410022；2. 湖南農業大學，湖南 長沙 410128)

紫色馬鈴薯又名紫土豆、黑馬鈴薯、黑土豆，屬茄科一年生草本植物，果皮和果肉均為紫色，富含花青素、酚類物質、VC及類胡蘿卜素等，是雜交育種出的馬鈴薯新品種，具有豐富的營養功能和抗氧化防癌等保健功能。目前，中國對紫色馬鈴薯的研究多集中在花青素的提取和抗氧化性方面，許娟妮等[1]采用60%乙醇浸提紫色馬鈴薯花青素，提取量為127 mg/100 g。齊美娜[2]研究得出紫色馬鈴薯花色苷總還原力和清除DPPH自由基能力與VC相當。而對紫色馬鈴薯加工制品研究[3]極少，紫色馬鈴薯加工制品主要有淀粉、全粉、飲料、醋、果酒等，膨化產品尚未報道。試驗擬利用變溫壓差膨化干燥技術[4]開發一種新型、營養、非油炸可直接食用的膨化紫色馬鈴薯脆片，克服傳統薯片含油量高，營養少、能耗大等問題，豐富紫色馬鈴薯深加工產品品種，提高其產品的附加值。

變溫壓差膨化干燥前對果蔬原料進行預處理不僅可以防止原料在加工過程中色澤發生改變，同時還可以改善產品的膨化效果。如學者[5-8]對甘薯原料進行糖煮、糖漬、凍融等預處理及組合預處理發現，經過預處理后的膨化產品酥脆性、復水率和色澤均有明顯改善，且組合預處理效果最佳；黃宗海等[9]發現經過預處理后得到的膨化胡蘿卜色澤亮麗、口感酥脆；畢金峰等[10]研究發現哈密瓜經熱燙預處理后，其膨化產品的膨化度和色澤均有提高；程莉莉等[11]研究發現護色預處理有利于蘋果膨化產品色澤的改善。前期預試驗發現，鮮切紫色馬鈴薯極易褐變，直接膨化的薯片色澤暗淡、口感偏硬。

試驗擬以紫色馬鈴薯膨化后的含水率、硬度、色差(△E)、復水比、表觀密度和花青素含量為評價指標，選擇最佳的組合預處理方式，為開發一種品質較優的膨化紫色馬鈴薯產品提供理論和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紫色馬鈴薯：黑金剛品種，雞蛋大小，水分含量79.8%，花青素含量94.39 mg/100 g，長沙地泰農業開發有限公司；

檸檬酸：食用級，廣州穗欣化工有限公司。

1.1.2 儀器與設備

電熱鼓風干燥箱：101-2AB型，天津市泰斯特儀器有限公司；

質構儀：TA.XT Plus型，英國Stable Micro System公司；

色差計：CR-400型，日本美能達公司；

可見分光光度計：WF J 7200型，尤尼柯(上海)儀器有限公司；

變溫壓差膨化果蔬干燥機：QDPH-V5型，天津市勤德新材料科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

新鮮紫色馬鈴薯→清洗→去皮→切片→護色→熱燙→冷卻→凍融→變溫壓差膨化干燥→冷卻→分級→包裝→膨化脆片

1.2.2 操作要點

(1) 切片：新鮮紫色馬鈴薯清洗去皮后切成不同厚度(1，2，3，4，5 mm)薄片。

(2) 護色：將紫色馬鈴薯薄片放入不同濃度的檸檬酸溶液(0，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%)中護色20 min。

(3) 熱燙：將護色的紫色馬鈴薯薄片放入沸水中熱燙不同時間(0，1，2，3，4 min)。

(4) 凍融：將熱燙的紫色馬鈴薯薄片冷卻后，置于-18 ℃ 下冷凍12 h，再置于室溫自然解凍完全。

(5) 預干燥：將解凍完全的紫色馬鈴薯薄片置于60 ℃ 干燥箱中，干燥不同時間(0，1，2，3，4 h)。

(6) 變溫壓差膨化工藝參數：膨化溫度80～90 ℃，停滯時間10 min，抽空溫度60～70 ℃，壓力差0.3 MPa，抽空時間120～130 min。

1.2.3 對照組 將新鮮紫色馬鈴薯清洗、去皮和切片后，直接進行變溫壓差膨化干燥(干燥條件同試驗組)，對膨化干燥產品進行品質分析。

1.2.4 指標測定

(1) 水分含量：根據GB 5009.3—2010直接干燥法測定。

(2) 硬度：采用質構儀測定。取形狀、大小盡量一致的膨化紫色馬鈴薯脆片測定硬度，重復10次，取平均值，測試模式參考文獻[12]。

(3) 色澤：根據文獻[13]修改如下：取過60目篩的膨化紫色馬鈴薯粉測定色澤，重復3次，取平均值，并以儀器白板色澤為標準。按式(1)計算色差值。

(1)

式中：

L*/L，a*/a，b*/b——標準白色板和樣品的亮度、紅綠值、黃藍值(紅+藍=紫)；

△E——樣品與標準白色板的色差值(△E值越小代表樣品褐變程度越小，色澤與鮮紫色馬鈴薯色澤越接近，即色澤越好)。

(4) 復水比：根據文獻[14]修改如下：稱取5.0 g 膨化紫色馬鈴薯脆片，放入300 mL燒杯中，加入100 mL蒸餾水完全浸沒脆片，靜置30 min后取出置竹篩上，自然瀝水5 min，稱重，重復3次，取平均值。按式(2)計算復水比。

(2)

式中：

m——復水比，g/g；

m1——復水后樣品的質量，g；

m0——復水前樣品的質量，g。

(5) 表觀密度：參照文獻[5-6]。

(6) 花青素：根據文獻[15]修改如下，稱取樣品約1.0 g，加入提取劑30 mL(1% HCl∶95%乙醇=40∶60)，60 ℃水浴20 min，取出冷卻至室溫，超聲30 min，再60 ℃水浴10 min，取出冷卻至室溫，4 000 r/min 離心15 min。吸取1.0 mL上清液，分別加入pH 1.0，4.5緩沖液定容至10 mL，靜置2 h后，分別在525，700 nm處測其吸光值。按式(3)、(4)計算樣品中花青素含量。

A=(A525-A700)pH 1.0-(A525-A700)pH 4.5，

(3)

(4)

式中：

A——吸光度值；

X——花青素含量，mg/mL；

Mw——矢車菊-3-葡萄糖苷的分子質量，449.2；

DF——稀釋因子；

ε——矢車菊-3-葡萄糖苷的摩爾吸光系數，26 900；

L——光程，1 cm；

Wt——取樣體積，mL。

1.2.5 產品質量評價方法 含水率5%，硬度在[300，500]范圍，△E值在[29，38]范圍內且越小，復水比越高，表觀密度越低，花青素含量越高，則膨化紫色馬鈴薯脆片的質量越好。各項指標評價的先后順序為色澤、硬度、花青素含量、含水率、表觀密度、復水比。

1.3 統計分析

采用SPSS 17.0進行分析；各處理間差異采用Duncan新復極差比較法分析。

2 結果與分析

2.1 切片厚度對膨化產品的影響

由表1可知，隨著紫色馬鈴薯切片厚度的增加，膨化產品的含水率呈上升趨勢，切片厚度為1，2 mm的膨化產品含水率<5%，且差異不顯著，切片厚度為3，4，5 mm的膨化產品含水率>5%，口感軟，不符合膨化果蔬脆片含水率的基本要求。在其他條件相同的情況下，膨化馬鈴薯脆片的硬度在2 mm時最大，△E值最小，復水比和表觀密度適中，花青素含量最高，干燥品質最佳。故確定紫色馬鈴薯最佳切片厚度為2 mm。

表1 切片厚度對膨化產品品質的影響?

? 字母不同表示在0.05水平上差異顯著。

2.2 檸檬酸護色濃度對膨化產品品質的影響

由表2可知，檸檬酸對膨化產品的含水率、硬度、表觀密度及復水比影響較小，主要對其色澤和花青素含量影響較大。隨著檸檬酸濃度的增加，膨化產品的△E值呈先下降后上升的趨勢，經過0.2%檸檬酸護色的紫色馬鈴薯片與其他濃度護色的紫色馬鈴薯片△E值差異顯著，且檸檬酸濃度為0.2%時膨化紫色馬鈴薯脆片的色差值最低，色澤最好。酸性條件可以抑制酶的活性，從而抑制酶促褐變，并且檸檬酸還可同物料中的銅離子螯合，降低酚酶的活性。當濃度為0.2%時，銅離子基本全部被螯合，繼續增加檸檬酸濃度對物料的護色作用影響不大；當加入0.1%檸檬酸溶液護色時，膨化產品花青素含量明顯提高，當檸檬酸濃度繼續增加時，花青素含量增加不明顯。綜上所述，紫色馬鈴薯最佳檸檬酸護色濃度為0.2%。

2.3 熱燙時間對膨化產品品質的影響

由表3可知，隨著熱燙時間的增加，膨化產品的含水率呈下降趨勢，說明適當增加熱燙時間可以加快物料的失水速率；隨著熱燙時間的增加，膨化產品的硬度總體呈上升趨勢，熱燙處理和未熱燙處理得到的膨化產品的硬度差異顯著，熱燙處理使細胞中果膠甲酯酶活性鈍化，從而抑制果膠分解作用，使果膠中甲醇含量減少，自由羧基明顯降低，并且抑制了與鈣、鎂等金屬離子交聯作用，保持了果蔬組織結構的硬度，由此說明熱燙可以明顯提高產品的硬度；隨著熱燙時間的增加，膨化產品的△E值呈先下降后上升的趨勢，當熱燙1 min時，膨化產品的色差值最低，色澤最好；熱燙時間過長，細胞壁破裂，又會使物料中花青素遭到更大的損失，故1 min左右熱燙最佳；隨著熱燙時間的增加，膨化產品的復水比呈上升趨勢，可能是膨化產品的含水率低，有利于提高復水能力。綜上所述，當熱燙1 min時，膨化產品的硬度可達到較好的水平，色澤最好，花青素含量相對較高。結合能耗、成本等方面，選擇熱燙1 min為宜。

表2 檸檬酸濃度對膨化產品品質的影響?

? 字母不同表示在0.05水平上差異顯著。

表3 熱燙時間對膨化產品品質的影響?

? 字母不同表示在0.05水平上差異顯著。

2.4 凍融處理對膨化產品品質的影響

由表4可知，未經凍融處理的膨化產品含水率>5%，口感硬，色澤暗淡，復水比低，表觀密度大；而經凍融處理的膨化產品各指標都明顯改善，含水率降低，硬度適中，色差變小，色澤明亮，復水比變大，表觀密度變小，花青素含量變化不大。說明凍融處理有利于提高膨化產品的品質。對物料進行低溫處理，固化了物料內部的纖維結構同時也使其細胞透性增強，從而有利于干燥脫水和保持產品形狀。

表4 凍融處理對膨化產品品質的影響

2.5 預干燥時間對膨化產品品質的影響

由表5可知，隨著預干燥時間的增加，膨化產品的含水率呈下降趨勢，均<5%；隨著預干燥時間的增加，膨化產品的硬度總體呈上升趨勢，預干燥3，4 h的膨化產品硬度>500 g，口感較硬；隨著預干燥時間的增加，膨化產品的△E值呈上升趨勢，未預干燥的膨化產品的△E值最小，色澤最鮮艷；預干燥時間超過2 h時，膨化產品發生焦糊，感官色澤差，花青素含量明顯下降，預干燥處理使紫色馬鈴薯的組織遭到不同程度的破壞，導致花青素流失，含量下降，同時也發生了一定程度的褐變，從而使產品色澤變差；隨著預干燥時間的增加，膨化產品的復水比呈下降趨勢，0 h的復水比最高；隨著預干燥時間的增加，膨化產品的表觀密度呈上升趨勢，即膨化度呈下降趨勢，由于長時間的干燥使原料含水率過低，導致缺乏足夠的膨化動力使產品膨化效果變差。綜上所述，紫色馬鈴薯無需經過預干燥處理，可直接進行變溫壓差膨化，且得到的膨化產品品質較好。

表5 預干燥時間對膨化產品品質的影響?

? 字母不同表示在0.05水平上差異顯著。

2.6 最佳預處理工藝條件的驗證

根據單因素試驗結果，可以確定紫色馬鈴薯最佳組合預處理條件為切片厚度2 mm，0.2%檸檬酸護色20 min，熱燙1 min，-18 ℃下凍融12 h。與對照組相比，紫色馬鈴薯經最佳預處理工藝處理后，在相同的膨化工藝參數下進行膨化干燥，所得產品品質分析結果見表6。

由表6可知，原料未經預處理制備的膨化產品含水率>5%，硬度>500 g，△E>38，復水比小，表觀密度大，花青素含量低，感官為口感硬，色澤差，膨化效果差；而經最佳預處理工藝制備的膨化產品含水率、硬度、△E值、表觀密度均小于對照組，復水比和花青素含量大于對照組，產品的感官品質較好。由此說明，紫色馬鈴薯在變溫壓差膨化干燥前，經過適當的護色、熱燙以及凍融等組合預處理可明顯提高膨化產品的品質。

表6 最佳預處理條件的驗證實驗結果

3 結論

研究表明，最佳預處理工藝為紫色馬鈴薯切片厚度2 mm，不需要預干燥處理，0.2%檸檬酸護色20 min，熱燙1 min，冷卻，-18 ℃下凍融12 h，再自然解凍后直接進行膨化。該條件下制備的非油炸膨化產品綠色天然，營養豐富，口感酥脆，品質較好。后續可對變溫壓差膨化干燥工藝進行優化，從而生產出品質更好的非油炸膨化紫色馬鈴薯脆片。