熱風(fēng)干燥法生產(chǎn)山藥粉工藝優(yōu)化研究

楊兆艷，王玲麗，田艷花，張琪林，李念慈

（1.山西藥科職業(yè)學(xué)院食品工程系，山西 太原 030031；2.運(yùn)城學(xué)院生命科學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000）

山藥營養(yǎng)豐富，具有良好的保健功效，但鮮山藥因水分含量高，不宜長時(shí)間貯運(yùn)，且加工過程中極易發(fā)生褐變，嚴(yán)重影響了山藥及其深加工產(chǎn)品的發(fā)展。將鮮山藥加工成粉質(zhì)產(chǎn)品后食用方便，易儲(chǔ)存，延長了儲(chǔ)藏期，市場前景廣闊。常壓熱風(fēng)干燥工藝簡單，生產(chǎn)方便。目前，山藥粉生產(chǎn)研究應(yīng)用較多，徐馨等[1]研究了山藥在熱風(fēng)干燥過程中的水分狀態(tài)及遷移規(guī)律；湯尚文等[2]研究了山藥紅外干燥特性與數(shù)學(xué)模型，但集中于理論分析；龔麗等[3]和聶希瑞等[4]對(duì)山藥熱風(fēng)干燥工藝結(jié)合感官評(píng)定進(jìn)行了研究，但結(jié)合產(chǎn)品營養(yǎng)成分分析較少。本研究將感官評(píng)定與成分分析相結(jié)合，將現(xiàn)行山藥粉熱風(fēng)干燥工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期在兼顧生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上，獲得最優(yōu)生產(chǎn)方案。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

新鮮平遙長山藥：購于平遙東泉鎮(zhèn)東源祠村；葡萄糖、檸檬酸、偏磷酸、硫酸、苯酚、2,6-二氯靛酚、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2）、草酸、碳酸氫鈉、鹽酸、氫氧化鈉、甲基紅指示劑、乙酸鉛、石油醚、硫酸鈉、乙醇、硫酸銅、亞甲藍(lán)：均為分析純；L(+)-抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品（純度≥99%）。

1.1.2 儀器與設(shè)備

ME104E/02 型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；V1800 型可見分光光度計(jì)，尤尼柯（上海）儀器有限公司；SZ-1 型快速混勻器，常州普天儀器制造有限公司；GT10-1 型高速臺(tái)式離心機(jī)，北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司；HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，杭州艾普儀器設(shè)備有限公司；SHB-III 型循環(huán)水式多用真空泵，鞏義市科瑞儀器有限公司；KQ-250DE型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；DS-1 型組織搗碎勻漿機(jī)，常州市金壇友聯(lián)儀器研究所；FW-177型中草藥粉碎機(jī)，天津市泰斯勒儀器有限公司；DHG-9076A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料選擇→去皮→切片→護(hù)色→干燥→粉碎

1.2.2 切片厚度的考察

將山藥表皮的泥沙用清水清洗干凈，紗布吸干水分，然后將山藥分別切成2、4、6 mm 的薄片，置于溫度為60 ℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱，每隔2 h 取出，測定山藥切片中的水分含量。

1.2.3 護(hù)色劑的篩選

1.2.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參閱文獻(xiàn)[5-8]，將山藥洗凈后用紗布吸干水分，切成4 mm 厚度的薄片，分別置于抗壞血酸溶液（0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%（m/V））、檸檬酸溶液（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%（m/V））、EDTA-Na2溶液（0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%（m/V））中，浸泡15 min，用清水沖洗干凈后于60 ℃干燥箱中干燥8 h，取出放涼，粉碎后過120 目篩，測定褐變度。

1.2.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以山藥褐變度作為檢測指標(biāo)，對(duì)單因素試驗(yàn)篩選出的護(hù)色劑濃度范圍進(jìn)行正交試驗(yàn)，篩選出最優(yōu)復(fù)合護(hù)色劑組合，并對(duì)篩選出的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，正交試驗(yàn)因素水平如表1 所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor and level of orthogonal test

1.2.4 干燥溫度的考察

設(shè)置干燥箱的溫度分別為50、60、70、80 ℃，將經(jīng)過護(hù)色處理的4 mm 山藥薄片分別放入不同溫度的恒溫鼓風(fēng)干燥箱，每隔2 h 測定山藥切片的水分含量，在不同溫度下干燥6 h 后粉碎過篩，測定不同溫度下山藥片中淀粉、VC 和多糖的含量，記錄感官性狀并進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定山藥片最佳干燥溫度。結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)和試驗(yàn)結(jié)果，選取對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響較大的色澤、氣味和表面狀態(tài)3 個(gè)指標(biāo)制定感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，滿分為90 分，結(jié)果取總分最高分值。山藥片感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 山藥片感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of Chinese yam slice

1.2.5 干燥時(shí)間的考察

將山藥片（厚度4 mm）放入溫度為60 ℃的鼓風(fēng)干燥箱，每隔2 h 取出，測定山藥切片的含水量，并測定干燥6、8、10 h 時(shí)山藥片中的淀粉、多糖及VC 含量，記錄不同干燥時(shí)間的感官性狀并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定最佳干燥時(shí)間。

1.2.6 粉碎工藝參數(shù)的考察

參照文獻(xiàn)[9-10]，通過測定過65、80、100、120、140、160、180 目篩網(wǎng)山藥粉休止角的大小，判斷過不同目篩的山藥粉的流動(dòng)性好壞。

1.2.7 測定項(xiàng)目與方法

1.2.7.1 褐變度

準(zhǔn)確稱取1.000 g 山藥粉，按料液比1∶10（g/mL）加入甲醇，在50 ℃條件下水浴浸提30 min。取出迅速冷卻，4 ℃離心10 min（1 200 r/min），取上清液，在420 nm 波長處測定其吸光度，褐變度用A420nm表示，蒸餾水為空白對(duì)照組。褐變度越小，表明護(hù)色效果越好[7]。

1.2.7.2 水分含量

參照GB 5009.3—2016[11]中的“第一法直接干燥法”測定。

1.2.7.3 可溶性多糖含量

參照徐廣忠等[12]選用苯酚-硫酸法測定。

1.2.7.4 淀粉含量

參照GB 5009.9—2016[13]中“第二法 酸水解法”測定。

1.2.7.5 VC 含量

參照GB 5009.86—2016[14]中的“第三法2,6-二氯靛酚滴定法”測定。

1.2.7.6 休止角休止角的大小可以檢驗(yàn)粉體流動(dòng)性的好壞[9-10]。將漏斗固定在鐵架臺(tái)上，在漏斗下方放上坐標(biāo)紙，漏斗底端與試驗(yàn)臺(tái)距離調(diào)整為2 cm，分別將過65、80、100、120、140、160、180 目篩的山藥粉沿漏斗內(nèi)壁均勻倒入，當(dāng)山藥粉圓錐頂端碰到漏斗底端時(shí)，測定山藥粉所形成的圓錐半徑r，按下列公式計(jì)算休止角。

式中：θ 為休止角，°；h為白紙到漏斗口的距離，cm；r為圓錐半徑，cm。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 切片厚度的確定

由圖1 可以看出，不同厚度的山藥切片在同一干燥條件下，水分含量差異較大。山藥切片越薄，干燥速度越快，切片越厚，所需要的干燥時(shí)間越長，但山藥干燥的時(shí)間過長，會(huì)對(duì)其營養(yǎng)成分造成一定的損失，切片厚度2、4、6 mm 分別在8、10、12 h 完成干燥，記錄不同厚度的切片干燥完成后的感官性狀并給予評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)2 mm 厚度的山藥片出現(xiàn)表面結(jié)殼和焦化現(xiàn)象，分析原因可能是由于切片厚度過小，物料表面收縮過快所導(dǎo)致。綜合考慮當(dāng)山藥切片厚度為4 mm 時(shí)，干燥得到的山藥粉效果較好。

圖1 山藥片厚度與水分含量的關(guān)系Fig.1 Relationship between thickness and moisture content of Chinese yam slice

2.2 最佳護(hù)色劑的篩選

2.2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1.1 抗壞血酸濃度對(duì)山藥褐變度的影響

抗壞血酸能絡(luò)合多酚氧化酶輔基，直接作用于酶，同時(shí)具有很強(qiáng)的還原作用，能防止由于氧化而引起的品質(zhì)劣變。從圖2 可以看出，山藥的褐變度隨著抗壞血酸溶液濃度的增加而逐漸減小，當(dāng)抗壞血酸濃度為0.25%時(shí)，抑制褐變效果最佳，但繼續(xù)增加抗壞血酸濃度，山藥褐變程度反而增加，因?yàn)榭箟难犭m然可以抑制多酚氧化酶（PPO）活性，但其本身作為一種還原劑，在濃度較高時(shí)，比酚類物質(zhì)更容易被氧化，因此濃度不宜過高，選取0.20%、0.25%、0.30%作為正交試驗(yàn)的3 個(gè)濃度梯度。

圖2 抗壞血酸濃度對(duì)山藥褐變度的影響Fig.2 Effect of ascorbic acid concentration on browning degree of Chinese yam

2.2.1.2 檸檬酸濃度對(duì)山藥褐變度的影響

在酸性條件下，PPO 和過氧化物酶（POD）活性均會(huì)受到抑制，檸檬酸具有降低護(hù)色液pH 的作用，因此可以有效改善山藥褐變。由圖3 可以看出，當(dāng)檸檬酸濃度為0.6%時(shí)，山藥的褐變度最低，當(dāng)溶液濃度繼續(xù)增加時(shí)，褐變度升高不明顯，而且過高濃度的檸檬酸溶液會(huì)影響山藥的口感，故選取0.4%、0.6%、0.8%為正交試驗(yàn)的3 個(gè)濃度梯度。

圖3 檸檬酸濃度對(duì)山藥褐變度的影響Fig.3 Effect of citric acid concentration on browning degree of Chinese yam

2.2.1.3 EDTA-Na2濃度對(duì)山藥褐變度的影響

EDTA-Na2可以和多酚氧化酶發(fā)生螯合反應(yīng)，降低多酚氧化酶活性，從而抑制褐變反應(yīng)。由圖4 可以看出，當(dāng)EDTA-Na2濃度為0.4%時(shí)，護(hù)色效果最佳，高于此濃度后，褐變度反而呈上升趨勢，但具體原因待進(jìn)一步深入研究。故選取0.3%、0.4%、0.5%為正交試驗(yàn)的3 個(gè)濃度梯度。

圖4 EDTA-Na2 濃度對(duì)山藥褐變度的影響Fig.4 Effect of EDTA-Na2 concentration on browning degree of Chinese yam

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3 可以看出，3 種護(hù)色劑對(duì)山藥褐變度影響的主次順序?yàn)椋篈＞B＞C，即檸檬酸＞抗壞血酸＞EDTA-Na2，最佳護(hù)色劑組合為：A3B2C2，即檸檬酸濃度0.8%，抗壞血酸濃度0.25%，EDTA-Na2濃度0.4%。

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

以正交試驗(yàn)篩選出的最優(yōu)復(fù)合護(hù)色劑組合進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)3 次，測得山藥粉的褐變度分別為0.057、0.060 和0.061，平均值為0.059，3 次測得結(jié)果均低于正交試驗(yàn)結(jié)果的最低值0.064，說明篩選出的復(fù)合護(hù)色劑組合護(hù)色效果較好。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results

2.3 干燥溫度的確定

干燥溫度的高低對(duì)山藥中多糖、淀粉和VC 含量有顯著影響[4]，因此干燥是制備山藥粉的關(guān)鍵步驟。當(dāng)干燥溫度較高時(shí)，山藥中的營養(yǎng)物質(zhì)容易遭到破壞，導(dǎo)致含量大大減少；當(dāng)溫度過低時(shí)，需要干燥時(shí)間過長，而且達(dá)不到干燥要求，因此，選擇合適的干燥溫度對(duì)山藥粉的制備十分重要。

由圖5 可以看出，隨著干燥溫度逐漸升高，山藥片完成干燥（當(dāng)山藥粉含水率到達(dá)安全含水率5%～7%，干燥完成）所需的時(shí)間越來越短。干燥溫度為60、70 ℃的水分含量下降趨勢較為接近，分別在10、8 h完成干燥。干燥溫度為50 ℃時(shí)，水分下降趨勢較平緩，需要12 h 才能完成干燥；當(dāng)干燥溫度為80 ℃時(shí)，水分的下降速度最快，山藥片只需5 h 即可完成干燥。

如圖6～7 所示，烘干溫度對(duì)山藥片多糖、淀粉和VC 含量有顯著影響，干燥溫度越高，多糖、淀粉和VC 含量越低。80 ℃時(shí)，三者含量最低；50 ℃時(shí)，三者含量均為最高，其中淀粉和VC 含量是80 ℃干燥組的2 倍；60 ℃干燥組淀粉和多糖含量與50 ℃接近。

圖6 不同干燥溫度對(duì)山藥片淀粉和多糖含量的影響Fig.6 Effects of different drying temperatures on starch and polysaccharide contents in Chinese yam slice

圖7 不同干燥溫度對(duì)山藥片VC 含量的影響Fig.7 Effect of different drying temperatures on VC contents in Chinese yam slice

由圖8 可以看出，干燥溫度對(duì)山藥片的色澤、氣味和表面狀態(tài)3 個(gè)方面有顯著影響。50 ℃干燥組和60 ℃干燥組感官得分較為接近，感官總分分別為81分和78 分，山藥片總體感官較好；80 ℃干燥的山藥片感官分值整體較低，可能是由于干燥溫度過高，水分和營養(yǎng)成分流失較多。考慮品質(zhì)因素和干燥速度，選擇60 ℃作為山藥片的干燥溫度。

圖8 不同干燥溫度對(duì)山藥片感官評(píng)分的影響Fig.8 Effect of different drying temperatures on sensory score of Chinese yam slice

2.4 干燥時(shí)間的確定

山藥干燥時(shí)間過長或過短都會(huì)對(duì)山藥粉的品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。由圖9 可以看出，在0～6 h 時(shí)，山藥干燥速率較快，6 h 以后干燥速率逐漸降低，10 h 時(shí)完成干燥，此時(shí)切片含水量為6%。

圖9 干燥時(shí)間與山藥片水分含量的關(guān)系Fig.9 Relationship between drying time and moisture content of Chinese yam slice

由圖10～11 可以看出，干燥時(shí)間對(duì)山藥多糖、淀粉和VC 含量有顯著影響。干燥時(shí)間越短，多糖、淀粉和VC 含量越高，表明干燥時(shí)間越長，山藥有效成分損失越多，山藥粉品質(zhì)越差。

圖10 不同干燥時(shí)間對(duì)山藥片淀粉和多糖含量的影響Fig.10 Effects of different drying times on starch and polysaccharide contents in Chinese yam slice

圖11 不同干燥時(shí)間對(duì)山藥片VC 含量的影響Fig.11 Effects of different drying times on VC contents in Chinese yam slice

由圖12 可以看出，不同干燥時(shí)間對(duì)山藥片的色澤、氣味和表面狀態(tài)三個(gè)方面均有顯著影響。6 h 干燥組與8 h 干燥組山藥片感官總分較為接近，分別是為63 分和68 分，但6 h 干燥組由于干燥時(shí)間太短，氣味分值較低，僅為16 分；8 h 干燥組的山藥片色澤、氣味和表面狀態(tài)分均較高，整體感官較好；干燥10 h 的山藥片感官總分大大降低，而且山藥片表面凹陷嚴(yán)重，綜合上述分析，并考慮到山藥粉的品質(zhì)和節(jié)能等因素，選擇8 h 為山藥片的最佳干燥時(shí)間。

圖12 不同干燥時(shí)間對(duì)山藥片感官評(píng)分的影響Fig.12 Effect of different drying times on sensory score ofChinese yam slice

2.5 粉碎工藝參數(shù)的確定

休止角越小，表明流動(dòng)性越小，抗結(jié)性越好，越不易結(jié)塊[16]。流動(dòng)性的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：休止角＞45°，流動(dòng)性差；休止角35°～45°，流動(dòng)性中等；休止角30°～35°，流動(dòng)性好；休止角＜30°，流動(dòng)性極好[15]。由表4 可以看出，山藥粉顆粒度對(duì)流動(dòng)性影響較大，顆粒度太大或太小，都會(huì)造成休止角增大，降低其流動(dòng)性，當(dāng)粒度為120 目篩時(shí)，休止角最小，為29.7°，流動(dòng)性極好，故選擇120 目篩。

表4 不同粒度山藥粉休止角結(jié)果Table 4 Angle of repose for Chinese yam powder with different particle sizes

3 結(jié)論

本文以山藥為試材，研究了山藥粉的生產(chǎn)工藝過程，主要探究了山藥切片厚度、護(hù)色、干燥及粉碎工藝，最終得出如下結(jié)論：

（1）當(dāng)山藥切片厚度為4 mm 時(shí)，山藥片的干燥效果最好。

（2）在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)得出最優(yōu)護(hù)色劑組合為：0.8%檸檬酸+0.25%抗壞血酸+0.4%EDTA-Na2，在該條件下，3 次工藝驗(yàn)證試驗(yàn)的褐變指數(shù)平均值為0.059，低于正交試驗(yàn)中各試驗(yàn)組的褐變指數(shù)，表明復(fù)合護(hù)色劑對(duì)山藥護(hù)色效果最好。

（3）不同干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)山藥粉的品質(zhì)有顯著影響，通過測定不同溫度和時(shí)間下山藥片水分以及營養(yǎng)成分的含量，得出山藥片最佳干燥條件為60 ℃，干燥8 h，此干燥條件下山藥中水分含量為6.76%，多糖、淀粉和VC 的含量分別為0.113 g/g、0.187 g/g 及1.67 mg/g。

（4） 將山藥粉分別通過65、80、100、120、140、160、180 目篩網(wǎng)，測定休止角的大小，結(jié)果表明當(dāng)粒度為120 目篩時(shí)，休止角最小，流動(dòng)性最好。