紫甘薯飲料制備工藝研究

母麗萍，雷 激*，李 博，李小江

(西華大學生物工程學院，四川 成都 610039)

紫甘薯飲料制備工藝研究

母麗萍，雷 激*，李 博，李小江

(西華大學生物工程學院，四川 成都 610039)

以紫甘薯為原料探討紫甘薯飲料制備的工藝條件。比較α-淀粉酶液化和高溫液化兩種方式對淀粉液化的效果，并進一步添加糖化酶進行淀粉糖化，同時探討各工序?qū)ㄉ盏挠绊?，以飲料的可溶性固形物增長率、吸光度及色差值為考察指標。結(jié)果表明：鮮薯用兩倍水打漿，加入0.020g/100mLα-淀粉酶于70℃條件下酶解40min，再添加0.04g/100mL的糖化酶在pH5.0條件下糖化40min，既可獲得理想的淀粉水解效果，又可盡量減少花色苷的損失。較好的飲料配方為30%甘薯原汁、8%蔗糖、0.05%檸檬酸，其余為軟水。采用該工藝條件可制備色香味俱佳的紫甘薯飲料。

紫甘薯；飲料；花色苷；α-淀粉酶；糖化酶

甘薯是列于小麥、水稻、玉米之后的第四大農(nóng)作物，中國甘薯種植面積和總產(chǎn)量分別占世界的70%和85%，居世界首位[1]。紫甘薯肉呈紫至深紫色，除具有普通甘薯的營養(yǎng)成分外，富含花青素[2]，自然狀態(tài)下多以花色苷的形式存在，花青素不但色澤鮮亮，還具有很強的抗氧化活性，是一種優(yōu)良的天然抗氧化劑和自由基清除劑[3]，具有抗氧化、抗突變、保護肝臟、預(yù)防心血管疾病等功效[4]。近幾年來，國內(nèi)外對紫甘薯的研究報告日益增多，包括對紫甘薯花色苷提取及穩(wěn)定性分析[5-8]、甘薯全粉[9-10]、甘薯飲料[11-12]的制備等，但對紫甘薯飲料的報道還相對較少。本實驗重點探討紫甘薯飲料制備的關(guān)鍵技術(shù)，在達到常規(guī)甘薯飲料質(zhì)量的基礎(chǔ)上最大限度保存紫甘薯色素，從而為紫甘薯深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗紫甘薯品種為川山紫，其肉及皮均為深紫色，由四川省綠山農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司提供。

α-淀粉酶、糖化酶 北京索萊寶科技有限公司；α-淀粉酶來源于枯草桿菌深沉發(fā)酵所得，其酶活力≥3700U/g；糖化酶來源于黑曲霉發(fā)酵所得，其酶活力≥100000U/g；木糖醇 上海德津?qū)崢I(yè)有限公司第五公司；奶精 江蘇連云港市康達食品添加劑廠；芝麻粉精 廣東陽東縣中大香料有限公司；核桃粉精 廣東陽東縣合山鎮(zhèn)第二工業(yè)區(qū)。

1.2 儀器與設(shè)備

A-88型組織搗碎機 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；HH-S4型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市金城國勝實驗儀器廠；BS-200S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；ZWE-U型阿貝折射儀 上海精密儀器儀表公司；DC-P3新型全自動測色色差計 北京市光光測色儀器公司；UV-1系列紫外可見分光光度計 上海精密儀器儀表有限公司；DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱 黃石市恒豐醫(yī)療器械有限公司；PHS-25C數(shù)字酸度計 上海鵬順科學儀器有限公司；LDZX-75KB立式壓力蒸汽滅菌器 上海中安醫(yī)療器械廠。

1.3 紫甘薯飲料工藝流程

原料選擇→清洗切分→蒸煮→去皮→打漿→淀粉液化→加糖化酶糖化→過濾→成分調(diào)配→裝瓶密封→殺菌→冷卻→保溫檢驗→包裝

1.3.1 蒸煮

將切好的紫薯片(厚約1.0～1.5cm)放于裝有沸水的蒸鍋上蒸約8min，蒸至紫薯片中無硬塊。

1.3.2 打漿

采用打漿比例為紫甘薯(g):水(g)=1:2。

1.3.3 淀粉液化

分別采用高溫液化及α-淀粉酶液化，比較不同液化方式對淀粉液化效果以及色素影響，優(yōu)選液化條件。

1.3.3.1 高溫液化

取100mL紫甘薯漿共4份，121℃條件下分別液化5、10、15、20min，以液化后可溶性固形物含量增長率及甘薯漿液吸光度為考察指標。

1.3.3.2α-淀粉酶液化

取100mL紫甘薯漿，以α-淀粉酶用量、酶解溫度、酶解時間做正交試驗，見表1，以可溶性固形物增長率為考察指標。

表1 α-淀粉酶液化因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for α-amylase liquefaction

1.3.4 糖化酶糖化試驗設(shè)計

根據(jù)1.2.3節(jié)結(jié)果優(yōu)選出較好的淀粉液化條件，液化后進行糖化試驗。取液化后的紫甘薯漿100mL，以糖化酶用量、pH值、糖化時間做正交試驗，見表2，以可溶性固形物增長率為考察指標。

表2 糖化酶處理正交試驗設(shè)計Table 2 Factors and levels of glycosylation using glucoamylase treatment

1.3.5 飲料成分調(diào)整

通過預(yù)試驗，確定各成分的大致范圍，再進一步確定各成分優(yōu)選配方，見表3。

表3 飲料配方設(shè)計表Table 3 Design table for the formula of purple sweet potato beverage%(m/m)

紫甘薯飲料感官評定標準見表4。最佳配方的評判用3個指標，即色澤、香味和滋味(其權(quán)重分別為40%、20%、40%)，請本校10名有一定感官評定知識的同學及老師打分，每一指標均采用5分制。計算每一處理的各指標平均得分后，乘以權(quán)重，再把每項分相加，即得這一處理的總得分[13]。

表4 紫甘薯飲料感官評分標準Table 4 Criteria of sensory evaluation for purple sweet potato beverage

1.3.6 飲料殺菌、冷卻及保溫檢驗

將調(diào)配后的紫薯飲料灌裝密封后于121℃條件下處理20min后冷卻，達到滅菌和滅酶的目的。

1.4 色差的測定及計算

將經(jīng)過高溫液化、α-淀粉酶液化的紫薯汁過濾，濾液稀釋5倍；滅菌前后的紫薯汁已為澄清溶液，無需過濾；選擇打漿后未經(jīng)液化糖化處理的紫薯濾液為標準液，用色差儀測定明度L、色度a和色度b，其中L是判定溶液明度的指標，L＞0，值越大，溶液越明亮；a是反映溶液紅綠值的指標，+a代表紅色，－a代表綠色；b是反映溶液黃藍值的指標，+b代表黃色，－b代表藍色。

1.5 其他指標分析測試

樣品吸光度的測定使用分光光度計，測定波長采用原料加2倍水打漿后的紫薯濾液在可見光區(qū)掃描的吸光度最大峰值對應(yīng)的波長(540.5nm)；pH值采用pH酸度計測定；可溶性固形物含量的測定使用阿貝折射儀。

式中：A1為原甘薯打漿后可溶性固形物含量；A2為酶解后可溶性固形物含量。

1.6 統(tǒng)計方法

實驗數(shù)據(jù)以“均數(shù)±標準差”(x±s)表示，用Microsoft Excel 2003和SPSS l0.0統(tǒng)計軟件分析，多個樣本間的顯著性差異用方差分析檢驗，兩個樣本之間的顯著性差異用t檢驗分析，P＜0.05差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫液化效果

圖1 高溫液化時間對紫薯漿液可溶性固形物增長率的影響Fig.1 Effect of liquefaction time at high temperature on soluble solids in purple sweet potato slurry

在高溫條件下，淀粉會發(fā)生液化，使可溶性固形物含量增加，但對紫薯中的色素會有降解作用[14]。如圖1、2所示，隨著時間的延長，可溶性固形物增長率呈上升趨勢，在0～5min上升較快，10min以后增長較慢；同時，原料受熱后吸光度增加，在0～5min吸光度上升較快，但隨著時間的延長，吸光度呈下降趨勢。這是由于高溫液化可以促進紫薯色素的溶出，但色素對熱不穩(wěn)定，所以隨著高溫時間的延長，吸光度又會有所下降。綜合圖1、2的實驗結(jié)果，選取高溫液化時間為10min，液化后可溶性固形物含量及其增長率分別為6.95%和95.86%，吸光度為0.656。

圖2 高溫液化時間對紫薯漿液吸光度的影響Fig.2 Effect of liquefaction time at high temperature on absorbance of purple sweet potato slurry

2.2α-淀粉酶液化效果

表5 α-淀粉酶液化正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 5 Orthogonal experimental results forα-amylase liquefaction

由表5可知，影響α-淀粉酶水解的主要因素是酶用量，其次是酶解溫度，最后是酶解時間。綜合考慮，取因素組合A3B3C2，即α-淀粉酶用量0.020g/100mL、液化溫度70℃、酶解時間40min。對該因素組合進行驗證實驗，液化后可溶性固形物含量及其增長率分別為7.75%和118.44%，吸光度為0.630。

2.3 高溫及α-淀粉酶液化效果比較

表6 高溫及α-淀粉酶液化效果比較結(jié)果分析(n=3)Table 6 Comparison on liquefaction effects between high temperature andα-amylase (n=3)

紫甘薯中淀粉含量較高，經(jīng)過液化，不但可以增強飲料的口感，還可提高原料的利用率。常見的液化方式通常為淀粉酶液化，有關(guān)高溫液化的報道還較少。高溫可以在一定程度上液化淀粉，增加可溶性固形物的含量，但過度高溫會降解紫薯中的花色苷。高溫液化與α-淀粉酶液化效果主要從可溶性固形物、吸光度及色差進行比較，結(jié)果見表6。對于可溶性固形物增長率，液化前后以及α-淀粉酶液化與高溫液化間存在著顯著性差異，α-淀粉酶液化效果較好。對于吸光度，液化前后及兩種液化方式間存在顯著性差異。這是因為液化處理會增加可溶性固形物的含量以及色素含量，通過表6數(shù)據(jù)分析，α-淀粉酶液化能較大程度提高可溶性固形物的含量，而一定程度的高溫液化更能促進色素的溶出，從而引起兩種液化方式吸光度的差異。對于色差值L、a、b，液化前后都存在顯著性差異，而兩種液化方式間，只有明度值L及藍值b有顯著性差異。對于明度值L，兩種方式液化后都有所降低；對于紅值a，兩種方式液化后都有所增加；對于藍值b，α-淀粉酶液化液的藍值增加，而高溫液化液的則降低。

綜合可溶性固形物增長率、吸光度、色差以及操作條件的便利性等方面考慮，試驗采用α-淀粉酶液化方式。

2.4 糖化酶試驗

由表7可知，影響糖化的主要因素是糖化酶的用量，其次是酶解時間，最后是pH值的影響。綜合考慮選取糖化因素組合A2B3C2，即糖化酶用量0.04g/100mL、pH5.0、酶解時間40min。對該因素組合進行驗證實驗，所得可溶性固形物含量及其增長率分別為10.50%和207.68%。

表7 糖化酶L9(34)正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 7 Result analysis of orthogonal experiments for glycosylation by glucoamylase

2.5 紫甘薯飲料成分調(diào)整感官評分結(jié)果

加入不同種類或不同質(zhì)量的添加成分對紫薯飲料的色香味有較大的影響，評分結(jié)果如表8所示，成分調(diào)整對滋味的影響最大，加檸檬酸與不加檸檬酸及不同添加水平都存在顯著性差異，加入不同量的檸檬酸對感官及滋味都有較大的影響。加入其他添加劑，與加檸檬酸試驗組的差異性顯著，效果不理想。按試驗結(jié)果選擇較優(yōu)配方為1號，即紫甘薯原汁30%、蔗糖添加量8%、檸檬酸添加量0.05%。

表8 感官評分結(jié)果(n=10)Table 8 Sensory evaluation results (n=10)

2.6 熱力殺菌對飲料的影響

由表9可知，飲料滅菌后紅值、藍值及吸光度均下降，而明度值增加，其原因是在滅菌前后對吸光度及色差產(chǎn)生影響的主要是紫薯花色苷，由于花色苷對熱不穩(wěn)定，經(jīng)過長時間的高溫滅菌后，色素在一定程度上發(fā)生了降解。

表9 殺菌對紫薯飲料色澤的影響(n=10)Table 9 Effect of sterilization on the color of purple sweet potato beverage (n=10)

試驗中添加的α-淀粉酶和糖化酶，其熱穩(wěn)定性范圍分別是60～90℃和55～60℃[15-16]，在殺菌的同時也達到了滅酶的目的。比較高溫液化與殺菌前后色差值a的變化可看出，經(jīng)高溫液化后紅值增加，而殺菌后紅值降低，這可能是由于液化過程中色素的溶出量大于其降解量，而在滅菌過程中，色素就僅存在降解，并且隨著時間的延長，色素受損程度越大降解就越多。

2.7 產(chǎn)品感官及理化指標評定

所制飲料呈紫紅色，澄清透明，具有一定的紫薯清香，酸甜可口，并有紫薯的特有滋味。對所制作的飲料進行分析，其可溶性固形物含量達8.2%以上，pH5.53，經(jīng)121℃、20min滅菌后，未見沉淀生成，飲料成分穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

3.1 紫甘薯原料蒸煮后淀粉液化采用以下工藝條件：α-淀粉酶用量0.020g/100mL，液化溫度70℃，酶解時間40min，液化后可溶性固形物增長率118%；然后進行糖化，糖化酶用量0.04g/100mL，pH5.0，酶解時間40min，糖化后可溶性固形物增長率為207%。

3.2 飲料配方為紫甘薯原汁30%、添加8%的蔗糖和0.05%的檸檬酸，其余為軟水。

3.3 采用本工藝條件制備的紫甘薯飲料既可獲得理想的淀粉水解效果，又可盡量減少色素的損失，成品可溶性固形物含量達8.2%以上，滅菌后保溫檢驗合格，色香味俱好。

[1] 董加寶, 張長貴, 王禎旭. 甘薯在食品工業(yè)中的開發(fā)利用現(xiàn)狀、存在問題及對策[J]. 中國食物與營養(yǎng), 2006(3): 31-34.

[2] 李春陽, 張紅城, 李建軍, 等. 酶處理工藝對紫心甘薯飲料品質(zhì)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報, 2008, 24(1): 80-84.

[3] 吳敏, 張杰, 曾凡駿, 等. 天然花青素穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀[J]. 中國食品添加劑, 2008(5): 50-53.

[4] 方忠祥, 倪元穎, 李洪民. 紫肉甘薯中花青素在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定性的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2002, 28(10): 31-34.

[5] 顧紅梅, 張新申, 蔣小萍. 紫薯中花青素的超聲波提取工藝[J]. 化學研究與應(yīng)用, 2004, 16(3): 404-405; 408.

[6] 王關(guān)林, 岳靜, 李洪艷, 等. 甘薯花青素的提取及其抑菌效果分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學, 2005, 38(11): 2321-2326.

[7] 王杉, 鄧澤元, 曹樹穩(wěn). 紫薯色素的研究進展[J]. 糧油食品科技, 2004,12(2): 45-46.

[8] 尹晴紅, 劉郵洲, 謝一芝. 紫甘薯花色甙的穩(wěn)定性分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報, 2004, 20(2): 111-115.

[9] 周虹, 張超凡, 黃光榮, 等. 甘薯全粉的加工與應(yīng)用[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學, 2006(5): 106-108.

[10] 陳平. 甘薯全粉加工工藝研究及質(zhì)量標準研究[J]. 糧油食品科技,2008, 2(16): 14-15; 17.

[11] 何勝生. 甘薯飲料加工工藝研究及綜合利用[J]. 福建輕紡, 2005(10):5-8.

[12] 李祥印, 譚道亮, 王曉, 等. 甘薯飲料生產(chǎn)工藝應(yīng)用研究[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學, 2004(2): 42-43.

[13] 方忠祥, 倪元穎. 紫肉甘薯飲料加工技術(shù)[J]. 食品工業(yè), 2004(2):9-10.

[14] 杜連啟, 李潤豐, 程浩, 等. 紫甘薯色素的提取工藝及其穩(wěn)定性研究[J]. 中國調(diào)味品, 2006(6): 46-50.

[15] 劉亞偉. 淀粉基食品添加劑[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2008: 78-82; 148-156.

[16] 何國慶, 丁立孝. 食品酶學[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2006: 105-110.

Development of a Purple Sweet Potato Beverage

MU Li-ping，LEI Ji*，LI Bo，LI Xiao-jiang
(School of Bioengineering, Xihua University, Chengdu 610039, China)

Purple sweet potato was used as the raw material to investigate the preparation processing of purple sweet potato beverage. The effects of sweet potato starch liquefaction byα-amylase and high temperature were compared, and then the starch was glycosylated by glucoamylase. The effect of treatment processing on anthocyanin was also explored on the basis of soluble solids, absorbance and color difference. Results indicated that the favorable hydrolysis of starch and the minimal loss of anthocyanin in purple sweet potato beverage could be achieved through following process: pulping of steamed sweet potato with water in double mass, then treating with 0.020 g/100mLα-amylase hydrolysis at 70 ℃ for 40 min, and followed by glycosylating with 0.04 g/100mL glucoamylase for hydrolysis at pH 5.0 for 40 min. An excellent beverage with attractive color,flavor and taste was developed by 30% purple sweet potato juice, 8% sucrose and 0.05% citric acid in soft water.

purple sweet potato；beverage；anthocyanin；α-amylase；glucoamylase

TS252

B

1002-6630(2010)20-0513-05

2010-06-29

四川省統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展科技行動重大科技計劃項目(2009NZ0077)

母麗萍(1987—)，女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：493007491@qq.com

*通信作者：雷激(1966—)，女，教授，博士，研究方向為食品科學。E-mail：jil765@163.com