滲透預處理對紫薯果脯品質的影響

潘真清

(安徽工程大學 生物與食品工程學院，安徽 蕪湖 241000)

紫薯又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色。紫薯是我國從日本引種、改良、馴化、培育成功的甘薯新品種。紫薯含有大量藥用價值高的花青素，花青素是目前發現的防治疾病、維護人類健康最直接、最有效、最安全的自由基清除劑，其清除自由基的能力是維生素C的20倍、維生素E的50倍。由此可知，紫薯具有獨特的營養價值和保健功能。實驗以紫薯為原料，研究滲透預處理方法對紫薯果脯品質的影響。滲透脫水是把物料存放于高滲溶液中以移出部分水分的過程，水分擴散的推動力是溶液與物料之間的滲透差。滲透脫水中水的轉移不發生相變，能夠避免由于高溫引起的食品色澤、風味和質地的變化，是提高食品營養、感官品質和功能特性的前處理方法。通過研究滲透預處理對紫薯果脯品質的影響，為進一步開發出一種低糖、保健的紫薯果脯提供基礎,為開發利用紫薯資源，提高紫薯的價值提供更多途徑。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

紫薯(市售);鹽酸(南京化學試劑有限公司)；無水乙醇(無錫市蘇強化工有限公司)；葡萄糖、蔗糖、氯化鈉(天津市科密歐化學試劑有限公司)；所有試劑均為分析純。

JY1002電子天平(上海良平儀器儀表有限公司)；FSH-2可調高速勻漿(金壇市瑞爾電器有限公司)；DHG-9023電熱恒溫鼓風干燥(上海三發科學儀器有限公司)；KJ23C-AN2微波爐(廣東美的微波爐制造有限公司)；W-100高速萬能粉碎機(黃驊市振興機電儀器廠)；JK-400CDB超聲波清洗機(合肥金尼克機械制造有限公司)；723N可見分光光度計(上海精科有限公司)；HH-2恒溫水浴鍋(金壇市杰瑞爾電器有限公司)；SHA-CA水域恒溫振蕩器(金壇市杰瑞爾電器有限公司)；L-550大容量離心機(湖南湘儀離心機儀器有限公司)；CR-400色差儀(日本美能達有限公司)。

1.2 試驗方法

工藝流程：紫薯→挑選→沖洗、瀝水→預處理(燙漂、滲透)→瀝水→干燥→測定。

(1)花色苷含量測定。稱取紫薯干樣2 g(新鮮紫薯3 g)，經粉碎后，加入100 mL(新鮮的加入50 mL)95%酸性乙醇：1.5 mol/L氯化氫(85∶15)，50 ℃、240 W功率下，超聲提取60 min后，提取液倒入離心管中離心15 min(4 000 r/min)，收集上層清液，濾液定容、稀釋一定倍數后，在535 nm波長處測定吸光度，計算花色苷含量(花色苷的含量均為干基含量)。

(

1

)

式中

,A

為波長535 nm處吸光度；

V

為花色苷溶液的定容體積

(

mL

)

；

N

為稀釋倍數；

W

為提取物干質量

(

g

)

；98.2為花色苷色素的平均消光系數。

(

2

)

色澤測定。采用色差計測定。以儀器白板色澤為標準，依CIELAB表色系統測量樣品的

L

、

a

和

b

值。其中

L

、

a

和

b

分別代表試樣的明度、紅綠度和黃藍度(

L

=

0表示黑色，

L

=

100表示白色。+

a

為偏紅，-

a

為偏綠，值越大表示偏向越嚴重；+

b

為偏黃，-

b

為偏藍)6。以新鮮紫薯作為參照，利用色差儀測定鮮樣與樣品的值，并進行比較分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗[5]

(1)燙漂對紫薯花色苷含量的影響。燙漂對紫薯花色苷含量的影響如圖1所示。不同燙漂時間對紫薯的影響如圖2所示。紫薯在97 ℃水域中燙漂60 s后，呈現出紫紅色并帶有一定硬度，既起到了控制細胞內酶活防止紫薯氧化色變的作用，又軟化了紫薯片，為后續紫薯滲透工藝提供有利條件。若燙漂時間過長，則花色苷損失嚴重，而且紫薯片容易開裂。紫薯經燙漂后花色苷含量比未燙漂的花色苷含量減少，主要是因為紫薯花色苷分子結構中具有多個酚羥基，是水溶性色素，在燙漂過程中有部分花色苷溶入水中，從而導致燙漂后紫薯花色苷含量減少。

圖1 燙漂對紫薯花色苷含量的影響 圖2 不同燙漂時間對紫薯的影響

(2)滲透對紫薯含水量的影響。紫薯滲透前后的總含水量如圖3所示。新鮮紫薯經滲透劑滲透后總含水量減少，同時，由于滲透劑濃度比細胞液泡濃度高，因此滲透劑進入細胞中，而細胞中的水則進入滲透劑中，從而導致滲透后的紫薯的總含水量降低。

(3)滲透劑對紫薯花色苷含量的影響。滲透劑對紫薯花色苷含量的影響如圖4所示。由圖4可知，就單一滲透劑而言，隨著葡萄糖、氯化鈉溶液濃度的增加，紫薯中花色苷的含量也隨之緩慢增加；而隨著蔗糖溶液濃度的增加，紫薯中花色苷的含量呈現先增加后減少的趨勢。而經復合滲透劑處理的紫薯，花色苷含量要比單一滲透劑高，故將最佳滲透劑定為：10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化鈉。此時紫薯滲透后呈紫紅色，表面明亮有光澤。

(4)滲透時間對紫薯花色苷含量的影響。滲透時間對紫薯花色苷含量的影響如圖5所示。隨著滲透時間的增長，紫薯花色苷的含量呈現先增加后減少的數據曲線。從圖5中可以看出，滲透時間在1h時花色苷的含量最高，此時的產品組織均勻，軟硬適中。當滲透時間小于1 h時，產品比較硬，滲透劑只有少量滲入；而滲透時間大于1h時，產品太軟，甚至會出現開裂現象，同時花色苷的損失也會增多，使產品顏色出現不均勻的狀態。因此，紫薯果脯的最佳滲透時間為1 h。

(5)滲透溫度對紫薯花色苷含量的影響。滲透溫度對紫薯花色苷含量的影響如圖6所示。隨著滲透溫度的升高，紫薯花色苷的含量呈現先增加后減小的數據曲線，圖6顯示在溫度為60 ℃的時候，紫薯片花色苷的含量最高。此溫度的成品組織均一，硬度適中，顏色也較好。在滲透脫水時，因為高濃度溶質(糖和鹽)，再加上水和溶質的化學勢梯度的設立，促進兩個過程同時在逆流流動，一個是從食物流出的水，另一個是溶質流入食品，在這個過程中，更多的水比溶質轉移通常是由于細胞膜的滲透性。如果溫度過低，滲透速度低，紫薯片較硬；溫度過高，產品太軟，并且伴有開裂現象，花色苷溶出也多，顏色偏淡。因此把最佳滲透溫度定為60 ℃。

圖3 紫薯滲透前后的總含水量 圖4 滲透劑對紫薯花色苷含量的影響

圖5 滲透時間對紫薯花色苷含量的影響 圖6 滲透溫度對紫薯花色苷含量的影響

(6)振蕩速度對紫薯花色苷含量的影響。振蕩速度對紫薯花色苷含量的影響如圖7所示。隨著水域振蕩器的振蕩速度加快，紫薯花色苷的含量呈現先增加后減小的數據曲線。由圖7可知，產品在振蕩速度為100 r/min的時候，花色苷的含量最高。此振蕩速度的成品組織均一，顏色紫紅而有光澤。如果振蕩速度過慢，滲透速度慢，產品表面黏性小；振蕩速度過快，產品的顏色太淡，主要是因為劇烈的振蕩，紫薯的花色苷損失太多，導致產品的顏色受到很大的影響。故紫薯振蕩滲透時的最佳振蕩速度為100 r/min。

圖7 振蕩速度對紫薯花色苷含量的影響

2.2 滲透正交試驗結果及分析

根據2.1的實驗結果，最佳滲透溫度為60 ℃，時間為1 h，振蕩速度為100 r/min，設計一個L(3)優化試驗。將紫薯果脯滲透溫度、滲透時間、振蕩速度在最佳滲透劑(10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化鈉)下設計一個三因素三水平的正交優化實驗，通過正交實驗得出各實驗號的紫薯果脯花色苷的含量，確定最佳工藝條件，結果如表1所示。由表1可知，各實驗號中紫薯果脯的花色苷含量最高的為2號，即ABC。為檢驗實驗結果的正確性，將2號ABC與3號ABC進行一組驗證實驗，結果與正交實驗結果相符。故滲透對紫薯果脯品質的影響因素主次順序為：A>C>B,即影響的程度由大到小依次為溫度、振蕩速度、時間，最優組合為：ABC，即滲透溫度為50 ℃，時間為1 h，振蕩速度為100 r/min。此時所得產品花色苷的含量最高，顏色為紫紅而有光澤，組織狀態均勻一致，軟硬適宜，口感較好。

表1 紫薯果脯滲透處理的正交實驗設計及結果

2.3 不同預處理對紫薯果脯干燥動力學及干制品品質的影響[6]

(1) 含水量對紫薯果脯品質的影響。根據2.2的實驗結果，將紫薯在10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化鈉溶液中以最佳工藝條件(50 ℃,1 h，100 r/min)滲透。然后沖洗、瀝干水分，用熱風干燥(80 ℃)方法烘干到一定含水量，計算紫薯果脯的含水量，并觀察產品品質。含水量對紫薯果脯品質的影響如表2所示，干燥到不同含水量的紫薯如圖8所示。由表2和圖8可知，用熱風干燥在80 ℃時烘烤紫薯果脯，產品含水量在20%時，所得到的產品組織狀態均一，其硬度、光澤度都比較好，有嚼勁，口感醇厚，含水量在低于和高于20%的時候所得到的產品感官評定均沒有20%的好，因此，紫薯果脯含水量最佳值為20%。

表2 含水量對紫薯果脯品質的影響

圖8 干燥到不同含水量的紫薯(滲透后)

(2)不同預處理下紫薯熱風、微波干燥動力學曲線。將紫薯在最佳工藝條件下滲透，然后沖洗、瀝干水分，分別采用微波干燥(中低火)和熱風干燥(80 ℃)方法烘干到含水量在20%時，計算紫薯果脯的含水量，做出不同預處理紫薯果脯的干燥曲線。

不同預處理紫薯熱風干燥曲線如圖9所示，不同預處理紫薯微波干燥曲線如圖10所示。由圖9、圖10可知，無論哪種干燥方法對于紫薯的基本成分都會造成一定程度的損失，紫薯干燥特性受燙漂的影響較大。熱風干燥時，較高溫度下干制品的失色較大，味道較淡且形狀卷曲嚴重，說明其色香味較差，收縮變形較大，干制品的綜合評價質量差。與熱風干燥相比，采用微波中低火干燥大大縮短了干燥時間，操作簡單，而且顏色變化小，產品質量好。但由于微波干燥脫水速度太快，產品易出現開裂現象，因此要嚴格控制微波干燥的功率和時間。

圖9 不同預處理紫薯熱風干燥曲線 圖10 不同預處理紫薯微波干燥曲線

(3)不同預處理下熱風和微波干燥方法對紫薯果脯花色苷含量的影響。不同預處理對紫薯花色苷含量的影響如圖11所示。由圖11可知，干燥方式不同，相同預處理的紫薯的花色苷的含量也不同。熱風干燥條件下，未燙漂、未滲透(燙漂后)和滲透這三種預處理方式，紫薯花色苷的含量呈現上升的趨勢,而微波干燥條件下，則呈現先上升后下降的趨勢。

(4)不同預處理下熱風和微波干燥方法對紫薯果脯復水性的影響。將干燥后的紫薯片放入60 ℃水域中復水30 min，所得到的產品細胞吸水膨脹，顏色變淡，含水量增加。若復水時溫度過高或者時間過長，則容易導致紫薯片開裂，甚至完全不成形。不同預處理紫薯的復水性如圖12所示。由圖12可以看出，在兩種干燥方法下，三種預處理方式的紫薯果脯的復水性的趨勢是一致的，其復水比從大到小依次為未滲透(燙漂后)、未燙漂、滲透。但相同的預處理方式下微波干燥的紫薯的復水性明顯高于熱風干燥方法。

圖11 不同預處理對紫薯花色苷含量的影響 圖12 不同預處理紫薯的復水性

(5)不同預處理下熱風和微波干燥方法對紫薯果脯色澤的影響。不同預處理對紫薯果脯色澤的影響如表3所示。由表3可知，紫薯經過未燙漂、燙漂和滲透三種預處理后，其熱風干燥后的紫薯果脯的色澤有著顯著的變化。其中，熱風干燥的紫薯果脯色澤的

L

值從大到小依次為未燙漂處理、燙漂處理、滲透處理，而

a

、

b

和△

E

值的變化趨勢與

L

值趨勢相同，說明滲透處理后的紫薯果脯色澤亮度降低、紅色值變淺。不同預處理干燥后的紫薯如圖13所示。經過三種方法處理的紫薯果脯，其微波干燥后的干制品的色澤

L

、

a

、

b

和△

E

值的變化趨勢與熱風干燥相同，但是均高于熱風干燥，說明微波干燥能夠較好地保持紫薯的紫紅色，產品品質更高。

表3 不同預處理對紫薯果脯色澤的影響

圖13 不同預處理干燥后的紫薯

3 結論

通過單因素實驗和正交實驗可知，紫薯果脯最佳滲透工藝為：滲透劑為10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化鈉，滲透溫度為50 ℃，滲透時間為1 h，恒溫水域振蕩器的速度為100 r/min。該工藝條件下所得的產品顏色為紫紅而有光澤，組織狀態均勻一致，硬度和韌性均比較適宜，并且具有紫薯獨特的風味。

通過實驗可知，紫薯果脯干燥到含水量為20%時品質最佳，此時所得到的產品組織狀態均一，其硬度、光澤度都比較好，有嚼勁口感醇。紫薯干燥特性受滲透的影響較大，而未燙漂和未滲透的紫薯的干燥曲線則很相近，都比較平穩。與熱風干燥相比，采用微波干燥大大縮短了干燥時間，達到相同含水率的時間明顯短；同時，采用微波干燥所得的產品花色苷的含量、復水性和色澤等方面都比熱風干燥效果好。