山藥粉制備方法及理化性質研究

王曉民，于章龍，胡曉麗，許愛玲，關望輝，韓麗麗

山西農業大學棉花研究所（運城 044000）

山藥屬于薯蕷科植物薯蕷（Dioscorea opposita），為多年生纏繞性藤本植物，廣泛種植于我國長江以北[1]。山藥中含多糖、蛋白質、淀粉、氨基酸、維生素、礦物質、膽堿、薯蕷皂苷、尿囊素等多種營養及功能成分，對調節脾胃、增強免疫、延緩衰老等有重要藥理作用[2-3]。《中國藥典》收載的山藥基原品種專指薯蕷科植物薯蕷（Dioscorea opposita）的干燥根莖，其營養價值、藥用價值和經濟價值高，是一種具有良好市場前景和產業開發潛力的藥食同源的經濟食物[4]。隨著山藥產業規模不斷擴大和人們健康消費理念快速升級，如何進一步提升山藥營養品質，方便貯存運輸及食用性能，實現山藥優質化發展，成為科研工作者日益關注的問題。山藥大多以鮮品為主，市面上流通的山藥產品種類少、口味單一，且因其水分多、易褐變、易斷等特點而不利于長期保存和運輸[5-6]。為延長保存期并方便食用，通過不同加工方式開發系列山藥產品，如山藥粉、山藥飲料、山藥酒、山藥醋、山藥饅頭等[7-15]。山藥粉由山藥經切片、烘干、粉碎等工藝制成，富含淀粉、多糖等碳水化合物，但多數山藥粉均為去皮山藥粉，可部分替代淀粉使用，降低了山藥的功能特性[16-17]。試驗以鐵棍山藥為材料，通過不同干燥方式加工山藥粉及山藥全粉，且對其不同理化性質指標進行比較，以期為山藥粉、山藥全粉加工及山藥產品的開發提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

鐵棍山藥（試驗地取材）；硼酸、甲基紅、溴甲酚綠、氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、石油醚、蒽酮、無水葡萄糖、濃硫酸（均為分析純，天津市大茂化學試劑廠）。

1.2 試驗儀器與設備

18ND真空冷凍干燥機（寧波新芝生物科技股份有限公司）；2 L噴霧干燥機（上海藍盔電子有限公司）；MA160-1CN水分測定儀（賽多利斯科學儀器有限公司）；HYP-304消化爐（上海纖檢儀器有限公司）；K06全自動凱氏定氮儀（上海晟聲自動化分析儀器有限公司）；L5紫外分光光度計（上海儀電分析儀器有限公司）；3nh色差計（深圳市三恩時科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 山藥粉制備工藝

選料→清洗→沸水煮制→冷卻→去皮（不去皮）→切片→護色→干燥→粉碎

1.3.1.1 沸水煮制

將洗凈、切段的山藥放在沸水中煮30 min。

1.3.1.2 冷卻

將煮制好的山藥撈出立即放入冷水中冷卻至室溫。

1.3.1.3 去皮

將瀝干水分的山藥刮去外皮，挖出黑色斑眼。

1.3.1.4 切片

將去皮后的山藥切成2～3 mm薄片。

1.3.1.5 護色

切片后的山藥浸泡在0.3%的Na2SO3護色劑中浸泡30 min。

1.3.1.6 干燥

將護色后的山藥經噴霧干燥、真空冷凍干燥、熱風干燥、微波干燥后制粉，每種處理方式以未去皮為對照。

1.3.1.6.1 噴霧干燥

新鮮鐵棍山藥經清洗后沸水浴30 min→冷水冷卻至室溫→瀝干→護色30 min打漿（配制料水比1∶2）→過膠體磨→α-淀粉酶酶解、滅酶（100 ℃、15 min）→加入鐵棍山藥酶解液總固形物含量50%的麥芽糊精→均質（10 min）→濃縮（-0.1 MPa，55 ℃旋轉蒸發）→噴霧制粉→成品收集

操作要點：混合護色液的配制（2.0 g/100 g檸檬酸和0.1 g/100 g VC混合均勻）；將清洗過的新鮮懷山藥原料于沸水中水浴30 min。

1.3.1.6.2 真空冷凍干燥

將護色好的山藥于-80 ℃超低溫冰箱預凍12 h，而后置于真空冷凍干燥機冷凍干燥48 h后制粉。

1.3.1.6.3 熱風干燥

將潔凈鐵棍山藥切成厚度均勻的片狀平鋪于干燥網上，放入已設定溫濕度的恒溫恒濕箱中進行高濕處理（40%相對濕度），進行熱風干燥處理。干燥過程中，定時快速取出稱重，記錄試樣隨干燥時間質量的變化，直至干基含水率達到安全含水率0.12 g/g時，干燥結束，每個試驗點重復3次（換算成干基含水率），取其平均值。

1.3.1.6.4 微波干燥

微波功率580 W、時間104 min。

1.3.1.7 粉碎

將干燥后的切片粉碎后過0.180 mm孔徑（80目）篩，置于密封袋中于-20 ℃保存備用。

1.3.2 理化指標測定方法

1.3.2.1 含水率

參考GB 5009.3—2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定》方法。

1.3.2.2 蛋白質、脂肪

參考GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》方法。

1.3.2.3 總糖

參考蒽酮比色法。

1.3.2.4 色澤測定方法

用色差計分別測定樣品的L、a*、b*值。同時，根據L、a*、b*值算出白度W，試驗主要以L值和W值作為山藥褐變程度的指標，L值和W值越大，表示顏色越白，褐變越輕。

式中：L為顏色透明度；a*為紅綠方向；b*為黃藍方向。

1.3.2.5 流動性測定方法。

將漏斗固定在鐵架臺上并與桌面保持垂直，桌面鋪張潔凈的白紙，紙張不能褶皺，測量漏斗口到白紙的距離（記作H），緩緩將懷山藥全粉沿漏斗內壁均勻倒入，測定紙張上形成圓錐體的底部半徑（記作R），按照式（2）計算所形成圓錐體與平面的夾角，即休止角（°）。

1.3.2.6 堆積密度測定方法。

將山藥粉倒入10 mL量筒中并不斷振勻搖實，直至山藥粉填充至量筒刻度線處，記錄量筒內填充的山藥全粉的質量（m），量筒的填充體積（V），并根據式（3）計算懷山藥全粉的堆積密度（ρdo）。

1.3.2.7 復水性測定方法

用分析天平稱取1 g（精確到0.001 g）懷山藥全粉（w）于50 mL離心管中，緩緩加入20 mL蒸餾水后，置于25 ℃恒溫水浴鍋中靜置1 h，以3 000 r/min速度離心25 min，分離上清液和沉淀物，稱取沉淀物的質量（w2），即為復水懷山藥全粉的質量，復水性（RR）按式（4）計算。

式中：RR為懷山藥全粉復水性；w1為復水前懷山藥全粉質量，g；w2為復水后懷山藥全粉質量，g。

1.3.2.8 沖調性測定方法。

稱5.0 g山藥粉，采用80 ℃的水配制濃度5%（w/w）的山藥粉懸浮液，用玻璃棒攪拌，同時記錄從加水開始到完全分散所需時間，以此作為樣品分散時間；將液體攪拌均勻，靜置的同時計時，待液體完全分層后停止計時，以此作為樣品分散穩定時間。沖調過程中觀察有無團塊，杯底有無沉淀，體系是否穩定。每項測定均重復3次，取其平均值。

1.3.2.9 溶解度測定方法。

稱取5.0 g山藥粉（m），采用80 ℃的水將其配制成5%的粉懸浮液，在80 ℃恒溫水浴中攪拌30 min，離心取上清液，在105 ℃烘箱中烘制恒重，稱重（m2）。

1.4 數據分析

對每項指標均設獨立重復試驗3次。用SPSS 22.0 Duncan方差分析比較處理組間差異顯著性，顯著性水平P＜0.05。用Excel作圖。

2 結果與分析

2.1 含水率

由圖1可知，在不同干燥方式下，未去皮山藥粉的含水率均高于去皮山藥粉，且熱風干燥未去皮山藥粉含水率最高，顯著高于其他處理組。在不同干燥方式下去皮山藥粉含水率差別不顯著。真空冷凍干燥、微波干燥法未去皮與去皮山藥粉差異不大，說明此兩種方法對未去皮與去皮山藥粉干燥效果相近且較好。

圖1 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉含水率的影響

2.2 蛋白質含量

由圖2可知，在不同干燥方式下，未去皮山藥粉蛋白質含量均顯著高于去皮山藥粉，但不同干燥方式處理組間，山藥粉蛋白質含量差異不顯著。

圖2 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉蛋白質含量的影響

2.3 脂肪含量

由圖3可知，真空冷凍干燥去皮山藥粉中脂肪含量最高，熱風干燥去皮山藥粉中脂肪含量最低。除熱風干燥外，在不同干燥處理下，未去皮山藥粉脂肪含量均低于去皮山藥粉。說明熱風干燥對脂肪損失影響嚴重，且去皮與否對山藥粉脂肪含量影響也較大。

圖3 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉脂肪含量的影響

2.4 總糖含量

由圖4可知，在不同干燥方式下，未去皮山藥粉總糖含量均顯著高于去皮山藥粉。在不同干燥方式下，未去皮山藥粉之間總糖含量差異不顯著，且去皮山藥粉之間差別不大。

圖4 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉總糖含量的影響

2.5 色澤

由圖5可知，真空冷凍干燥去皮山藥粉白度最高，噴霧干燥去皮山藥粉白度次之，且顯著高于其他處理組，其余干燥方式下山藥粉白度較低，均在50以下。說明皮層對山藥粉色澤影響較大，且熱風干燥和微波干燥處理方式對山藥粉色澤影響嚴重。

圖5 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉白度的影響

2.6 流動性

由圖6可知，不同干燥方式及去皮與未去皮的山藥粉流動性差異不顯著，說明不同干燥方式對流動性影響不強。

圖6 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉流動性的影響

2.7 堆積密度

由圖7可知，堆積密度表示相同體積下，粉末質量不同。熱風干燥法未去皮山藥粉堆積密度最高，且顯著高于其他處理組，噴霧干燥去皮山藥粉堆積密度最低。

圖7 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉堆積密度的影響

2.8 復水性

由圖8可知，不同干燥方式及去皮與未去皮山藥粉復水性差異不顯著。

圖8 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉復水性的影響

2.9 沖調性

由圖9可知，在4種干燥方式中，噴霧干燥山藥粉分散時間最長，其他3種干燥方式的分散時間差異不大。同一種干燥方式下，均以去皮的山藥粉分散時間長。真空冷凍干燥和微波干燥方式下，去皮和未去皮的山藥粉所需的分散時間差異較小。

圖9 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉分散時間的影響

由圖10可知，在噴霧干燥和真空冷凍干燥方式下，沖調未去皮山藥粉所需的穩定時間較長，其余2種干燥方式下所需的穩定時間較短。去皮山藥粉在噴霧干燥下所需的穩定時間最長，其余3種干燥方式下穩定時間均較短，且差異不大。同一種干燥方式下，均以沖調未去皮的山藥粉穩定時間長，噴霧干燥和真空冷凍干燥方式下，沖調去皮與未去皮山藥粉所需的穩定時間差異較大，其余2種干燥方式下所需的穩定時間差異不大。

圖10 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉穩定時間的影響

在噴霧干燥處理下，沖調山藥粉所需的分散時間和穩定時間最長，噴霧干燥未去皮山藥粉所需的沖調時間長于去皮山藥粉。而微波去皮干燥法下沖調山藥粉所需的分散時間和穩定時間最短，且去皮與未去皮的山藥粉在微波干燥法下沖調所需的時間差異不大。

2.10 溶解度

由圖11可知，熱風干燥未去皮山藥粉溶解度最高，噴霧干燥未去皮山藥粉溶解度最低。去皮山藥粉在4種干燥方式下溶解度差異不顯著。噴霧干燥和真空冷凍干燥方式下，去皮山藥粉溶解度高，熱風干燥和微波干燥方式下，未去皮的山藥粉溶解度高。說明不同處理方式對溶解影響較大。

圖11 不同干燥方式及去不去皮對山藥粉溶解度的影響

3 討論

以鐵棍山藥為試驗材料，將未去皮和去皮山藥分別經噴霧干燥、真空冷凍干燥、熱風干燥和微波干燥后制備熟粉，探究4種干燥方式對山藥粉含水率、蛋白質等理化性質的影響。結果表明，在同種干燥方式下，去皮后相對未去皮的山藥，含水量、蛋白質含量和總糖含量均減少且差異顯著，流動性、復水性和分散時間無明顯差異。去皮后穩定時間相對減少，其中噴霧干燥和真空冷凍干燥差異顯著，可見去皮后更容易干燥粉碎，但會流失部分營養成分。除了熱風干燥，其余3種干燥方式下去皮后的脂肪含量均增加。同時去皮后的山藥在噴霧干燥和真空冷凍干燥條件下的白度增加極顯著，溶解度也增加，而熱風干燥與微波干燥去皮后的山藥粉白度不增反減，溶解度也減少，可能是因為熱風干燥和微波干燥均需經過高溫，易造成產品糊化，同時影響果膠質地特性和分子間結合力，易造成顆粒聚合，形成凝膠，減少溶解度[18]。除了微波干燥，其余干燥方式下去皮的堆積密度均減少，這可能是因為微波干燥在干燥過程中就施加一定振壓，故粉體緊實度較高。

具體比較4種干燥方式發現，4種干燥方式下的蛋白質含量、流動性、去皮后的溶解度差異不大。其中，噴霧干燥穩定時間最長且差異極顯著，脂肪含量較高，去皮后的含水量較低，白度相對熱風干燥和微波干燥差異極明顯，但其沖調山藥粉所需的分散時間最長，堆積密度和復水性最低，說明該方法可能使堆積群內空氣增多，粉顆粒形成的團粒增大進而影響產品包裝、運輸和使用，這與彭濤等[19]所得的噴霧干燥法相對熱風干燥法復水性高、分散時間短的結果有出入，分析原因可能是山藥漿料液黏度較大，造成設備噴頭堵塞、產生掛壁現象，或者進口溫度不合適，影響產品性質[20]。可見噴霧干燥法基本能保護產品特性，有效保留食物的色澤、營養。

真空冷凍干燥的優越性集中表現在色澤上，白度是噴霧干燥近2倍，是熱風和微波干燥的7倍左右。同時，脂肪、蛋白質含量最高，相對噴霧干燥，該方法雖然穩定時間縮短，但復水性、堆積密度明顯提高，分散時間大大縮短，說明制得的粉粒更小，表面積增大，沖調性提高。整體來說，真空冷凍干燥所得粉的營養成分損失是最少的，質量是最好的，這與金金[21]、聶希瑞等[22]、彭濤等[19]的研究結果一致。此外，該方法有效規避噴霧干燥的弊端，沖調性提高，更方便攜帶、運輸。

熱風干燥含水量最低，脫水效果最好，且去皮、未去皮差異最大，未去皮時的溶解度最高，堆積密度相對前兩種方法增加明顯，尤其未去皮時是最高的，復水性和沖調性的相關指標和真空冷凍干燥的差異不明顯，但脂肪含量最低，白度較低，對粉質影響較大。其中，復水性和沖調性相對彭濤等[19]的結果要好，可能是山藥品種不同，也可能是試驗使用的是優化后的干燥技術。

微波干燥分散時間最短，去皮后的堆積密度最高，總糖、脂肪含量較高，溶解度和熱風干燥差異不大，均較高，但其白度最低。可見該方法對粉的色澤影響最大，但對粉營養成分的影響相對熱風干燥小，而且整體沖調性和便攜性較好。

4 結論

綜上比較，真空冷凍干燥技術最佳，制出的粉色澤好，營養成分損失少，沖調性較好。微波干燥次之，雖然制粉色澤不如其他3種干燥技術，但其余指標均表現尚佳。再次是熱風干燥，其脫水效果較好，但對營養成分的損害相對較大。未去皮山藥粉營養較高，可考慮不去皮制粉，減少工藝，加之設備操作簡單，制粉成本較低。噴霧干燥相對優勢不明顯，僅表現在制粉白度及穩定時間相對較好。不同的干燥技術各有利弊，可根據不同的生產需求，選擇適宜的干燥技術。同時不斷改進或者創造新技術在山藥加工中的應用仍是大勢所趨。