前處理和干燥對甘薯全粉品質影響的研究進展

鐘雪婷，張星燦，劉 建，鄒 育，任元元

1.四川東方主食產業技術研究院 (成都 611130) 2.四川省食品發酵工業研究設計院 (成都 611130)

甘薯又名地瓜、紅苕、紅薯和番薯，為旋花科一年生植物，起源于南美洲，為世界第七大農作物。我國是世界上最大的甘薯生產國，甘薯總產量約占世界總產量的4/5[1]。甘薯中不僅富含碳水化合物，還含有膳食纖維、胡蘿卜素、VA、VB、VC各種維生素和亞油酸等，營養價值極高[2]。近年來，甘薯的抗癌作用更是引起了廣泛關注。由于新鮮甘薯易腐爛，保質期短，占用貯存空間大，運輸不便，其推廣和應用受到一定限制[3]。

甘薯全粉是甘薯脫水制品中的一種，是以新鮮甘薯為原料，通過一系列工藝處理并經干燥而得到的顆粒狀、粉末狀和片屑狀產品。目前市面上有顆粒全粉和雪花全粉兩種產品[4]。甘薯全粉水分含量較低(一般7%～8%)，易于貯存，不僅解決了薯類儲藏期間易霉爛，儲藏期短的問題，且其加工過程環保、用水少、無廢料。甘薯全粉用途廣泛，既可用于煎炸、焙烤類食品的內餡配料，又可作為增稠劑用于果醬、果凍食品中，還可直接做成即食甘薯糊，開發成早餐食品或嬰兒食品[5]。

目前，國內甘薯多為鮮食，加工轉化利用率還很低。要推動甘薯的工業化，勢必需要研發營養、健康、感官可以被消費者接受的主食類產品，而品質優良的甘薯全粉是研發出優質甘薯類產品的重要保障，本文將綜合論述不同前處理方式和干燥手段對甘薯全粉感官品質、營養品質及加工特性的影響。

1 前處理對甘薯全粉品質的影響

甘薯在去皮后容易發生褐變，為了降低加工過程中褐變對甘薯全粉品質的影響，通常會優化去皮工藝，并對甘薯切片(薯丁或絲)進行漂燙、護色等前處理，這些工序也影響著甘薯全粉的色澤、營養成分以及感官品質。去皮和護色是甘薯前處理過程中最重要的兩步，下文將分別重點論述這兩個工序對甘薯全粉品質的影響。

1.1 去皮對甘薯全粉品質的影響

去皮是甘薯全粉加工過程中的第一道工序。由于薯皮會對其產品口感及品質產生較大影響，因此，去皮技術的突破是發展我國薯類加工業的一個關鍵所在[6]。經調查研究，甘薯皮含有豐富的維生素、黃酮類化合物和多酚類化合物等成分[7]，甘薯皮可被用作提取膳食纖維的優質原料。去皮技術直接影響甘薯的損耗率和脫皮甘薯營養價值的完整性。目前甘薯工業上去皮的方法主要有3種，分別是機械去皮、化學去皮和蒸汽去皮[8]。

1.1.1機械去皮

機械去皮是一種通過機械摩擦作用將薯類表皮去掉的工藝方法。目前食品工業上的去皮設備分為間歇式和連續式，其設計理念是讓薯類塊莖表面與機械的摩擦面均勻一致地接觸，通過薯類和研磨筒壁、盤底和輥面產生的摩擦力來去除表皮，并盡量控制質量損失。去皮過程中，為去除薯類表面的皮渣，需要不斷用水對去皮薯類進行沖洗。工業上為了提高去皮率和保持設備清潔，往往會耗費大量水資源清洗，并不節能環保。

早在1941年，美國科學家就研制出了一種干式摩擦去皮設備，不但能高效去皮，還能在無水的條件下將干燥的薯皮直接排出并作為飼料利用，之后僅需要少量水就可將甘薯清洗干凈，達到了節約能源和提高干薯皮的綜合利用率的目的。孟慶書[9]做過馬鈴薯連續式機械化去皮關鍵技術研究，但在整機實用性和對渣水進行過濾方面仍有所欠缺，未能滿足馬鈴薯工業化產業化的要求，亦不能推廣至甘薯加工。

1.1.2化學去皮

化學去皮是利用化學腐蝕原理，通過強堿或者化學去皮劑作用使薯類表皮軟化，再通過機械作用或者噴水沖洗去掉軟化層，最終達到去皮目的的一種工藝。

工業上最常用的是熱堿法；為能更有效地去皮，通常會將待去皮薯類置于水或蒸汽中進行均勻預熱，或者直接對堿液進行加熱，以此提升去皮效果。如果不能良好地控制預熱，反而會增加去皮損失率；直接加熱堿液則會在某種程度上造成環境污染和建筑腐蝕。據此，研究者在熱堿去皮時添加洗滌劑或濕潤劑，來提高去皮效率；科學家發明了一種低溫堿液去皮法，既能避免高溫堿液法存在的問題，又能有效地降低去皮損失率。

1.1.3蒸汽去皮

蒸汽去皮是利用高壓蒸汽對反應釜中的薯類進行熟化，再通過機械摩擦和高壓水沖洗而達到去皮目的的一種工藝方法[10]。經過長期的試驗以及應用研究，目前英、美等西方發達國家在蒸汽去皮方面的技術已達到了先進水平。早在1980年，Smith[11]通過對堿液去皮、蒸汽冷卻和閃蒸冷卻三種方式的對比研究，發現在去皮過程中通過閃蒸冷的手段能夠有效去除甘薯外皮，不但能減少甘薯損失，還能大幅降低人工成本，最終獲得了更高品質的甘薯，并可用于進一步加工。2014年，Ayobami等研究者進行了響應面法優化蒸汽去皮和堿液去皮對甘薯影響的研究[12]，結果表明，當烹飪溫度達到100 ℃，且烹飪時間為5 min時，去皮效果最好，薯皮損耗最少。

1.2 護色對甘薯全粉品質的影響

褐變是影響甘薯全粉品質的重要原因。由于甘薯中多酚氧化酶和還原糖含量較高，更容易在加工過程中發生褐變反應，下文將分別對甘薯加工過程中的兩種褐變現象——酶促褐變和非酶褐變的控制措施進行論述。

1.2.1酶促褐變的控制研究進展

酶促褐變是指在有氧條件下，甘薯內部的酚類物質在多酚氧化酶的作用下轉化為醌，并進一步形成黑褐色聚合物所導致的褐變反應[13]。控制酶促褐變可從驅除氧氣、去除底物和抑制PPO的活性三方面著手。

在甘薯加工中，通常是將甘薯切片置于一定濃度的護色液中浸泡一段時間，達到護色的效果。在甘薯全粉生產過程中，韋雪飛[14]等人通過0.58%的檸檬酸和0.5%亞硫酸鈉的復配，可使PPO的抑制率達87.52%，經過護色處理的甘薯全粉白度更高，品質更優。趙梅[15]等通過甘薯全粉的護色研究，得出最佳護色的復配劑配方為檸檬酸0.8%，亞硫酸氫鈉0.6%，抗壞血酸0.4%，此時甘薯中的PPO活性最低；此外，甘薯貯藏加工的溫度不得高于25 ℃，并且護色時間在1 h最佳。

1.2.2非酶褐變的控制研究進展

由于甘薯中含有大量還原糖，在熱加工時容易發生美拉德反應造成非酶褐變，影響成品品質[16]。一方面，可挑選還原糖含量較低的薯種，另一方面，還可采用低溫干燥技術或用特定酸液(如醋酸、抗壞血酸)浸泡甘薯切片一段時間，使還原糖流失[17]來抑制美拉德反應。研究表明，加工時加入一些還原型物質，如兒茶酚、半胱氨酸等也可抑制美拉德反應，它們能使氧化褐變中間產物還原，從而阻止褐變進行;也可加入鈣鹽，使其與氨基酸結合形成沉淀，從而抑制非酶褐變。Krishnan研究發現[18]，將甘薯切片浸泡于1%的醋酸溶液中，可導致還原糖大量流失，并且組織中的酚類物質和游離氨基酸含量也大幅下降，從而抑制褐變反應。

2 干燥條件對甘薯全粉品質的影響

在甘薯全粉的加工過程中，采用不同的干燥方式會影響甘薯全粉的感官品質、加工特性以及基本的化學成分。甘薯全粉加工制備過程中，常用的干燥方式有熱風干燥、滾筒干燥、噴霧干燥、冷凍干燥、真空油炸低溫干燥[19]等。不同干燥方式對全粉的化學成分(淀粉、蛋白質、還原糖、β胡蘿卜素、VC等)、物理特性(硬度、色澤)、碘藍值、加工品質(持水性、膠凝特性、凍融穩定性)等品質指標均有影響[20]。

2.1 熱風干燥對甘薯全粉品質的影響

在不同的干燥技術中，熱風干燥工藝簡單，成本低廉，被廣泛應用于果蔬制品加工中，但其干燥時間較長，易使物料細胞受損，出現產品復水性不好的品質問題[21]。近年來，熱風干燥技術不斷地發展革新，但仍存在脫水速度慢、產品品質參差不齊等問題。潘悠優等[22]以碘藍值為指標，通過單因素試驗和響應面法相結合，研究制備甘薯全粉的最佳熱處理工藝。結果表明：熱風干燥溫度為60 ℃時，碘藍值最低，淀粉細胞破損程度較低，淀粉游離現象較少，在此干燥條件下制備的甘薯全粉品質較好。李珂等[23]對熟化甘薯全粉的研究發現，熱風干燥的最佳工藝參數是干燥溫度73.89 ℃，干燥風速4.91 m/s，輔料密度2.54 kg/m2，在此條件下生產的甘薯全粉營養成分損失較少，加工品質較好。

2.2 滾筒干燥對甘薯全粉品質的影響

滾筒干燥工藝是在單個或多個內部加熱的旋轉滾筒上完成，將調配好的漿料均勻涂布在滾筒外表面，通過物料下表面與筒壁的熱傳導作用以及物料上表面和環境的熱對流作用，使滾筒中的物料水分受熱蒸發后制得脫水產品[24]的一種工藝。在眾多干燥方式中，滾筒干燥裝置可以加工黏度高的食品，干燥速率高，操作成本低，可連續作業，物料在滾筒表面停留不到30 s。段欣等[25]基于上述優點，對甘薯全粉滾筒干燥工藝進行響應面分析，最終得到最佳工藝參數組合為進料溫度42 ℃，進料質量分數13.6%，滾筒轉速30 r/min，滾筒表面溫度143 ℃。該條件下生產的甘薯全粉顏色呈淺黃，顆粒較細致，流動性較好，可用作進一步生產加工的原輔料。

與傳統干燥方式(如熱風干燥)相比，滾筒干燥加熱時間更短，可減少風味物質和熱敏成分的損失，因此滾筒干燥法生產的甘薯全粉能更好地保留甘薯本身特有的色澤、香氣和滋味。但在加工過程中，物料顆粒破碎情況較嚴重，顆粒結構被嚴重破壞，使得產品缺乏甘薯固有的顆粒質地。

2.3 噴霧干燥對甘薯全粉品質的影響

噴霧干燥技術是一種從料液中獲得超微干粉的有效手段。其工作原理是將液體物料濃縮到一定濃度后，經霧化器噴成細小液滴，使其遇到熱空氣時進行熱交換，并在數秒內完成水分的蒸發，從而獲得粉狀或顆粒狀制品[26,27]。近年來，由于噴霧干燥具有水分蒸發迅速、干燥時間短、產品質量高等優點，已成為蔬菜粉脫水應用最為廣泛的方法之一[28]。這種技術有如下幾個特點：干燥速度快，適合熱敏成分的干燥；得到的產品流動性較好、純度高、質量優；生產過程連續，操作控制簡便。

王藝杉等以新鮮紫薯為原料[29]，采用噴霧干燥法制備紫薯全粉，研究進風溫度、出風溫度、進料濃度及噴霧壓力對紫薯全粉基本成分及品質特性的影響。結果表明：噴霧干燥法制備紫薯全粉的最佳工藝條件為噴霧壓力1.8 kg/m3，進風溫度180 ℃、進料濃度14 g/100 g、出風溫度90 ℃，此時全粉的碘藍值為27.01。與熱風干燥相比，噴霧干燥的紫薯全粉細胞破損程度較低，花色苷損失較少，加工特性良好，產品品質較優。宋秀潔[30]等以新鮮甘薯為原料，采用噴霧干燥法，對可能影響甘薯烤制全粉中游離淀粉含量的因素進行了探討，并采用正交試驗優化了工藝參數。實驗表明，采用噴霧干燥制備甘薯烤制全粉的最佳工藝條件為：進風溫度為160 ℃，蒸煮時間為9 min，料液比1∶4，在此條件下生產的甘薯全粉細胞結構最完整，直鏈淀粉含量較高，產品的脆性和強度有所提高，適合深加工，可用于加工干薯皮、薯脯等副食。

3 討論及展望

綜上所述，熱加工過程對甘薯全粉成品品質影響較大，主要是因為甘薯作為一種熱敏性物質，受熱時間過長易引發褐變現象，導致成品品質下降。前處理(去皮和護色處理)和后段干燥等加工工藝會在不同程度上影響甘薯全粉的加工特性、感官品質和營養特性等。

與其他去皮技術相比，機械去皮是應用較早、范圍較廣的一種技術手段。由于機械去皮方法原理簡單且成本較低，因此在甘薯加工中得到了很好的推廣與應用。總的來說，機械去皮在國內更多的是單獨研究，未來可結合堿液或蒸汽去皮深入研究其去皮效果和應用模式。目前甘薯的護色手段多是針對PPO引起的酶促褐變，研究者嘗試用不同濃度的護色劑來抑制酶的活性。但對美拉德反應或焦糖反應引起的非酶褐變的護色措施研究較少，未來可對甘薯非酶褐變的控制措施進行深入研究。

甘薯加工中，熱風干燥仍是目前應用最廣，最為經濟實用的干燥方法。缺點是對甘薯全粉的細胞容易破損，影響成品質量，色香味也難以保留，維生素等熱敏性營養成分的損失大。近年來滾筒干燥和噴霧干燥也被應用于塊莖類果蔬的生產中，但通過滾筒干燥處理的產品細胞結構被嚴重破壞，使得產品缺乏甘薯固有的顆粒質地感，并且容易發生非酶褐變。而甘薯富含淀粉，熟化制泥后黏度大，對生產設備要求高，嚴重制約了噴霧干燥技術在甘薯全粉生產上的推廣和應用。未來甘薯干燥技術應向著干燥效率高、產品品質更好、營養損失少、更節能的方向發展。近些年發展起來的新型干燥技術如微波干燥、紅外干燥、擠壓膨化干燥以及兩種或兩種以上結合使用的聯合干燥技術在甘薯加工中可能具有良好的應用前景，需要研究者做進一步的深入研究。