張 淼 李燮昕 張振宇 李曉賓

ZHANGMiao1 LIXie-xin1 ZHANG Zheng-yu1 LIXiao-bin2

（1.四川烹飪高等?？茖W(xué)校，四川 成都 610100；2.四川紫金都市農(nóng)業(yè)有限公司，四川 成都 610100）

(1.Food Science Department,Sichuan Higher Institute of Cuisine,Chengdu,Sichuan 610100,China;2.Sichuan Zijin Urban Agriculture Co.,Ltd,Chengdu,Sichuan 610100,China)

紫薯又名黑紫薯，富含豐富的花色素苷、紫色素、硒等營養(yǎng)物質(zhì)，在中國種植品種較多。紫薯顆粒全粉是新鮮紫薯經(jīng)去皮、護(hù)色、蒸煮、破碎和干燥后得到的包含除薯皮外全部干物質(zhì)的粉狀產(chǎn)品，不僅能保持紫薯的特有風(fēng)味和營養(yǎng)成分，且具有良好的再加工性能[1]，可添加到糕點(diǎn)、面食、嬰兒食品中，既豐富了食品的色澤，又提高了食品的營養(yǎng)價(jià)值。目前中國對紅薯全粉加工工藝的研究較多[2-4]，而對紫薯顆粒全粉加工工藝的研究較少，僅鄧資靖[5]、湯富蓉[6]等對其蒸煮時(shí)間、乳化劑用量和干燥方式等工藝進(jìn)行了相關(guān)研究。由于紫薯顆粒全粉在加工過程中細(xì)胞破碎度較高，營養(yǎng)物質(zhì)保留受到限制，且鮮紫薯中還原糖含量高，干燥過程中紫薯表面易成膜硬化，給紫薯的加工干制造成困難，因此限制了中國紫薯顆粒全粉的加工。

在紫薯顆粒全粉加工過程中，顆粒越完整，復(fù)水后越接近鮮薯泥。細(xì)胞破碎度越大，釋放出游離淀粉的含量越多，薯泥黏度也就越大。因此，游離淀粉的含量是作為判斷紫薯顆粒全粉品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)。研究[7]表明，碘藍(lán)值可以作為紫薯顆粒全粉細(xì)胞破碎度的判別指標(biāo)，紫薯顆粒全粉的碘藍(lán)值和細(xì)胞破碎度成正比。碘藍(lán)值越大，成品全粉游離淀粉的含量越高，則加工過程中細(xì)胞被破壞的程度越高。碘藍(lán)值越小，證明全粉的細(xì)胞完整度越高，品質(zhì)越好。

山川紫是中國從日本引進(jìn)的保健型甘薯新品種，顏色鮮艷，富含抗癌稀有元素和多種維生素，營養(yǎng)豐富，具有較好的保健功能。本項(xiàng)目前期研究[8]發(fā)現(xiàn)，山川紫薯顆粒全粉復(fù)水性較強(qiáng)，支鏈淀粉含量較高，添加到面點(diǎn)制品中能增強(qiáng)水合能力，延緩老化。本試驗(yàn)選擇山川紫作為原料，以碘藍(lán)值和感官評分作為評價(jià)指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)法和Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)對紫薯顆粒全粉加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在為中國紫薯顆粒全粉的加工提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

鮮紫薯：山川紫，四川紫金都市農(nóng)業(yè)有限公司。

1.1.2 試劑

固體碘：分析純，重慶品譽(yù)化工公司；

無水氯化鈣：分析純，天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司。

1.1.3 設(shè)備

電子天平：BS224S型，上海萬能電子儀器廠；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：101型，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；

高速萬能粉碎機(jī)：FW80微型，鄭州華德機(jī)械廠；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：HH-S4型，南通金石試驗(yàn)儀器有限公司；

紫外可見分光光度計(jì)：TU-1800PC型，北京普析通用儀器有限公司；

蒸鍋：CFK-120AG型，格蘭仕集團(tuán)有限公司；

顯微鏡：DS-5M-L1型，尼康公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 紫薯顆粒全粉的制備 按照本項(xiàng)目前期試驗(yàn)[6]得出的最佳制作工藝制備紫薯顆粒全粉。

(1)工藝流程：

原料→清洗→去皮修整→切分→蒸制→瀝水冷卻→浸鈣制泥→干燥→粉碎→篩分→成品

(2)操作要點(diǎn)：①清洗去皮：將鮮薯表皮的污垢沖洗干凈，去皮后將薯塊用流動水洗凈，剔除芽眼及病變部；②切分熟制：將洗好的紫薯切成小塊，體積為4 cm×4 cm×4 cm，在蒸鍋中整制8min，待紫薯塊充分熟化后取出冷卻，冷卻瀝水后薯丁的中心溫度降至25℃以下；③浸鈣制泥：稱取一定質(zhì)量的薯塊，擠壓制成薯泥，加入50μg/mg的鈣離子溶液，充分混勻；④熱風(fēng)干燥：采用熱風(fēng)干燥，干燥溫度控制在60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內(nèi)；⑤粉碎篩分：將干燥后的紫薯粉碎過篩（80目），即得到紫薯顆粒全粉樣品。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)：①蒸煮時(shí)間對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值及感官評分的影響：選擇6，8，10，12，14 min作為蒸制時(shí)間，蒸制后加入50μg/mg的鈣離子溶液制泥，干燥溫度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內(nèi)，篩分粒度80目；②浸鈣濃度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值及感官評分的影響：蒸制時(shí)間 8 min，選擇浸鈣濃度 0，25，50，75，100 μg/mg 制泥。干燥溫度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內(nèi)，篩分粒度80目；③干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值及感官評分的影響：蒸制時(shí)間8min，蒸制后加入50μg/mg的鈣離子溶液制泥，干燥溫度選擇 45，50，55，60，65 ℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內(nèi)，篩分粒度80目；④篩分粒度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值及感官評分的影響：蒸制時(shí)間8min，蒸制后加入50μg/mg的鈣離子溶液制泥，干燥溫度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以內(nèi)，選擇篩分粒度為70，80，90，100，110 目。

(2)響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)：在單因素試驗(yàn)確定最優(yōu)參數(shù)范圍的基礎(chǔ)上，以蒸煮時(shí)間、浸鈣濃度、干燥溫度作為自變量，以碘藍(lán)值為響應(yīng)值，選用U15(15)3均勻設(shè)計(jì)表，進(jìn)行Box-Behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)[9]。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 碘藍(lán)值測定 取2個(gè)50mL容量瓶，加入蒸餾水，加熱至65.5℃，并定容至刻度，同時(shí)做平行試驗(yàn)；稱取0.25 g樣品于燒杯中，倒入預(yù)熱的50mL蒸餾水，在65.5℃水浴鍋中攪拌5min，靜置1min后過濾。濾液保持于65.5℃，并趁熱吸取1 mL于50 mL顯色管，加1 mL 0.02 mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容至刻度，同時(shí)取1mL 0.02mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容至50 mL做試劑空白對照，測定樣品在波長650 nm的吸光度E[10]。按式（1）計(jì)算碘藍(lán)值。

式中：

B——碘藍(lán)值；

E——吸光度。

1.3.2 感官評價(jià)指標(biāo) 稱取10 g干燥篩分后的紫薯顆粒全粉樣品置于燒杯中，每份添加等量的沸水?dāng)嚢杈鶆颍怪浞謴?fù)水成泥。由8人感官評價(jià)小組對紫薯泥進(jìn)行感官評定。感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 紫薯顆粒全粉感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table1 Sensory standard of Purple Sweet Potato Flour

2 結(jié)果與分析

2.1 蒸煮時(shí)間對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響

由圖1可知，隨著蒸煮時(shí)間的延長，碘藍(lán)值呈上升趨勢。前8min上升較快，當(dāng)蒸煮時(shí)間超過12min時(shí)，碘藍(lán)值明顯增加。分析原因，在蒸制的前一段時(shí)間內(nèi)，淀粉顆粒糊化，導(dǎo)致淀粉形狀變化從而擠壓細(xì)胞壁，細(xì)胞結(jié)構(gòu)變成圓形有利于分離，細(xì)胞破碎度較低，但紫薯并未完全熟化，感官評分較低。而長時(shí)間的蒸制后，細(xì)胞壁間的果膠物質(zhì)過度溶出，細(xì)胞壁變脆，在淀粉糊化的壓力下，導(dǎo)致細(xì)胞破碎，成品紫薯顆粒全粉中的游離淀粉含量增加[11]。蒸煮時(shí)間在8～12min時(shí)，碘藍(lán)值上升平緩，紫薯顆粒全粉感官評分較高，因此選擇該時(shí)間段做下一步的研究。

2.2 浸鈣濃度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響

鈣離子可增大果膠鏈間的結(jié)合度，結(jié)合淀粉的磷酸根從而降低其膨脹率，減少對細(xì)胞壁的壓力，有利于保持細(xì)胞的完整性[11,12]。由圖2可知，隨著浸鈣濃度的增加，碘藍(lán)值呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當(dāng)濃度低于50μg/mg時(shí)，二價(jià)鈣離子與果膠鏈上未甲酯化的羧基形成離子鍵，橋架在兩條果膠鏈間，而明顯增強(qiáng)細(xì)胞壁的強(qiáng)度，降低加工過程對紫薯細(xì)胞的破碎[13]；當(dāng)濃度高于75μg/mg時(shí)，由于添加過多鈣離子反而會降低細(xì)胞壁的韌度，使得細(xì)胞壁在蒸煮過程中易被損壞[14]，碘藍(lán)值略有上升。浸鈣濃度在25～75μg/mg時(shí)，紫薯顆粒全粉感官評分較高，因此選擇該濃度范圍做下一步的研究。

圖1 蒸煮時(shí)間對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響Figure 1 Influence on starch-iodine-blue and sensory scorewith cooking time

2.3 干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響

由圖3可知，當(dāng)干燥溫度低于55℃時(shí)，淀粉酶活性較高，在淀粉酶的作用下，紫薯細(xì)胞游離淀粉被分解，碘藍(lán)值隨溫度的升高而降低。當(dāng)溫度大于60℃時(shí)，高溫下紫薯薯泥外表水分蒸發(fā)，而內(nèi)部的水分未及時(shí)擴(kuò)散到表面，導(dǎo)致物料表面的水分過度蒸發(fā)，細(xì)胞收縮變形，出現(xiàn)干裂和破碎現(xiàn)象[15]，碘藍(lán)值呈增加的趨勢。同時(shí)，干燥溫度過高易造成熱敏性營養(yǎng)成分的損失。干燥溫度在55～65℃時(shí)，紫薯顆粒全粉感官評分變化平穩(wěn)，故選擇該溫度范圍做進(jìn)一步研究。

2.4 篩分粒度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響

當(dāng)篩分目數(shù)越大，篩分粒度越小，磨粉細(xì)度越高，對紫薯細(xì)胞結(jié)構(gòu)的機(jī)械破損程度越大，造成大量的游離淀粉的流失，因此碘藍(lán)值越大。由圖4可知，隨著篩分目數(shù)的增加，碘藍(lán)值呈現(xiàn)上升的趨勢。而篩分目數(shù)在100目時(shí)，紫薯顆粒全粉感官評分最高，原因是當(dāng)全粉顆粒較細(xì)時(shí)更容易復(fù)水成泥，而篩分目數(shù)過低，全粉顆粒較大時(shí)，復(fù)水不均勻且顆粒感明顯。但當(dāng)篩分目數(shù)高于100目時(shí)，磨粉難度提高，出粉率較低。因此選擇篩分目數(shù)為100目，進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化工藝參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)確定最優(yōu)參數(shù)范圍的基礎(chǔ)上，篩分粒度確定為100目，選擇蒸煮時(shí)間、浸鈣濃度、干燥溫度3個(gè)因素為自變量，以碘藍(lán)值為響應(yīng)值，進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，方案見表2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件，通過其響應(yīng)面回歸（RSREG）過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立關(guān)于紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值的二階響應(yīng)回歸模型，進(jìn)而尋求最優(yōu)響應(yīng)因子水平。經(jīng)整理，所得分析結(jié)果見表4和表5。

由表4、5可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，3個(gè)工藝參數(shù)中：干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值的影響最大，其次是蒸煮時(shí)間和浸鈣濃度，碘藍(lán)值回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=91.96%，模型P值為0.011 5，說明回歸的擬合程度較高。

由表4可知，常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)各因子對響應(yīng)值的影響可用回歸方程表示為：

圖2 浸鈣濃度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響Figure 2 Influence on starch-iodine-blue and sensory score with calcium concentration soaking

圖3 干燥溫度對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響Figure 3 Influence on starch-iodine-blue and sensory score with drying temperature

圖4 篩分目數(shù)對紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值和感官評分的影響Figure 4 Influence on starch-iodine-blue and sensory scorewith grain size

以干燥溫度為定值，進(jìn)行降維分析，得到蒸煮時(shí)間和浸鈣濃度對碘藍(lán)值的響應(yīng)曲面，見圖5。由圖5可知，蒸煮時(shí)間和浸鈣濃度對碘藍(lán)值的影響呈一拋物面，曲面有一穩(wěn)定點(diǎn)，且穩(wěn)定點(diǎn)為最小值。采用嶺跡分析[16]，其穩(wěn)定點(diǎn)處的碘藍(lán)值估計(jì)值見表6。

表2 工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table2 Design of optimization for process parameters

表3 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table3 Resultof optimization for process parameters

表4 二次回歸模型參數(shù)Table4 Parameters of quadratic regressionmodel

表5 回歸方程方差分析Table5 Analysis of variance of the regression equation

按照表6的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為操作方便，設(shè)定紫薯蒸煮時(shí)間9min，浸鈣濃度37.5μg/mg，干燥溫度61℃，以此工藝制得的紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值為18.37，感官評分值為9.2。由此可得出，以紫薯顆粒全粉碘藍(lán)值回歸方程優(yōu)化出的結(jié)果最佳，模型預(yù)測值與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致性較好，此模型具有良好的實(shí)踐指導(dǎo)效果。

圖5 蒸煮時(shí)間和浸鈣濃度對碘藍(lán)值影響的響應(yīng)曲面圖Figure 5 Response surface plot for starch-iodine-blue from cooking time and calcium concentration soaking

表6 穩(wěn)定點(diǎn)處碘藍(lán)值估計(jì)值Table6 Estimated value of starch-iodine-blue at the stable point

3 結(jié)論

(1)單因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蒸煮時(shí)間、浸鈣濃度、干燥溫度和篩分粒度對紫薯顆粒全粉的碘藍(lán)值都有較大的影響。隨著蒸煮時(shí)間的延長，碘藍(lán)值呈持續(xù)增加的趨勢；隨者浸鈣濃度和干燥溫度的增加，碘藍(lán)值均呈現(xiàn)先減小后增大；篩分粒度越小，磨粉越細(xì)，碘藍(lán)值越大。

(2)采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)對紫薯顆粒全粉加工工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)工藝參數(shù)為蒸煮時(shí)間9min，浸鈣濃度37.5μg/mg，干燥溫度61℃。按照此工藝參數(shù)制備的紫薯顆粒全粉感官評分最高，碘藍(lán)值最低，說明紫薯顆粒全粉品質(zhì)較好，細(xì)胞破碎度較小。

(3)本試驗(yàn)僅以山川紫為原料，對紫薯顆粒全粉加工工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，具有一定的局限性。下一步還應(yīng)將研究的原料品種擴(kuò)大，以便于更好的應(yīng)用于紫薯顆粒全粉的加工和生產(chǎn)。

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