紫薯颗粒全粉加工工艺优化

张 淼 李燮昕 张振宇 李晓宾

ZHANGMiao1 LIXie-xin1 ZHANG Zheng-yu1 LIXiao-bin2

（1.四川烹饪高等专科学校，四川 成都 610100；2.四川紫金都市农业有限公司，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，富含丰富的花色素苷、紫色素、硒等营养物质，在中国种植品种较多。紫薯颗粒全粉是新鲜紫薯经去皮、护色、蒸煮、破碎和干燥后得到的包含除薯皮外全部干物质的粉状产品，不仅能保持紫薯的特有风味和营养成分，且具有良好的再加工性能[1]，可添加到糕点、面食、婴儿食品中，既丰富了食品的色泽，又提高了食品的营养价值。目前中国对红薯全粉加工工艺的研究较多[2-4]，而对紫薯颗粒全粉加工工艺的研究较少，仅邓资靖[5]、汤富蓉[6]等对其蒸煮时间、乳化剂用量和干燥方式等工艺进行了相关研究。由于紫薯颗粒全粉在加工过程中细胞破碎度较高，营养物质保留受到限制，且鲜紫薯中还原糖含量高，干燥过程中紫薯表面易成膜硬化，给紫薯的加工干制造成困难，因此限制了中国紫薯颗粒全粉的加工。

在紫薯颗粒全粉加工过程中，颗粒越完整，复水后越接近鲜薯泥。细胞破碎度越大，释放出游离淀粉的含量越多，薯泥黏度也就越大。因此，游离淀粉的含量是作为判断紫薯颗粒全粉品质好坏的重要指标。研究[7]表明，碘蓝值可以作为紫薯颗粒全粉细胞破碎度的判别指标，紫薯颗粒全粉的碘蓝值和细胞破碎度成正比。碘蓝值越大，成品全粉游离淀粉的含量越高，则加工过程中细胞被破坏的程度越高。碘蓝值越小，证明全粉的细胞完整度越高，品质越好。

山川紫是中国从日本引进的保健型甘薯新品种，颜色鲜艳，富含抗癌稀有元素和多种维生素，营养丰富，具有较好的保健功能。本项目前期研究[8]发现，山川紫薯颗粒全粉复水性较强，支链淀粉含量较高，添加到面点制品中能增强水合能力，延缓老化。本试验选择山川紫作为原料，以碘蓝值和感官评分作为评价指标，采用单因素试验法和Box-Behnken试验设计对紫薯颗粒全粉加工工艺进行优化，旨在为中国紫薯颗粒全粉的加工提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

鲜紫薯：山川紫，四川紫金都市农业有限公司。

1.1.2 试剂

固体碘：分析纯，重庆品誉化工公司；

无水氯化钙：分析纯，天津金汇太亚化学试剂有限公司。

1.1.3 设备

电子天平：BS224S型，上海万能电子仪器厂；

电热鼓风干燥箱：101型，北京中兴伟业仪器有限公司；

高速万能粉碎机：FW80微型，郑州华德机械厂；

数显恒温水浴锅：HH-S4型，南通金石试验仪器有限公司；

紫外可见分光光度计：TU-1800PC型，北京普析通用仪器有限公司；

蒸锅：CFK-120AG型，格兰仕集团有限公司；

显微镜：DS-5M-L1型，尼康公司。

1.2 试验方法

1.2.1 紫薯颗粒全粉的制备 按照本项目前期试验[6]得出的最佳制作工艺制备紫薯颗粒全粉。

(1)工艺流程：

原料→清洗→去皮修整→切分→蒸制→沥水冷却→浸钙制泥→干燥→粉碎→筛分→成品

(2)操作要点：①清洗去皮：将鲜薯表皮的污垢冲洗干净，去皮后将薯块用流动水洗净，剔除芽眼及病变部；②切分熟制：将洗好的紫薯切成小块，体积为4 cm×4 cm×4 cm，在蒸锅中整制8min，待紫薯块充分熟化后取出冷却，冷却沥水后薯丁的中心温度降至25℃以下；③浸钙制泥：称取一定质量的薯块，挤压制成薯泥，加入50μg/mg的钙离子溶液，充分混匀；④热风干燥：采用热风干燥，干燥温度控制在60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以内；⑤粉碎筛分：将干燥后的紫薯粉碎过筛（80目），即得到紫薯颗粒全粉样品。

1.2.2 试验设计

(1)单因素试验设计：①蒸煮时间对紫薯颗粒全粉碘蓝值及感官评分的影响：选择6，8，10，12，14 min作为蒸制时间，蒸制后加入50μg/mg的钙离子溶液制泥，干燥温度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以内，筛分粒度80目；②浸钙浓度对紫薯颗粒全粉碘蓝值及感官评分的影响：蒸制时间 8 min，选择浸钙浓度 0，25，50，75，100 μg/mg 制泥。干燥温度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以内，筛分粒度80目；③干燥温度对紫薯颗粒全粉碘蓝值及感官评分的影响：蒸制时间8min，蒸制后加入50μg/mg的钙离子溶液制泥，干燥温度选择 45，50，55，60，65 ℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以内，筛分粒度80目；④筛分粒度对紫薯颗粒全粉碘蓝值及感官评分的影响：蒸制时间8min，蒸制后加入50μg/mg的钙离子溶液制泥，干燥温度60℃，干燥后物料的水分含量控制在10%以内，选择筛分粒度为70，80，90，100，110 目。

(2)响应面法优化试验设计：在单因素试验确定最优参数范围的基础上，以蒸煮时间、浸钙浓度、干燥温度作为自变量，以碘蓝值为响应值，选用U15(15)3均匀设计表，进行Box-Behnken 试验设计[9]。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 碘蓝值测定 取2个50mL容量瓶，加入蒸馏水，加热至65.5℃，并定容至刻度，同时做平行试验；称取0.25 g样品于烧杯中，倒入预热的50mL蒸馏水，在65.5℃水浴锅中搅拌5min，静置1min后过滤。滤液保持于65.5℃，并趁热吸取1 mL于50 mL显色管，加1 mL 0.02 mol/L碘标准溶液，定容至刻度，同时取1mL 0.02mol/L碘标准溶液，定容至50 mL做试剂空白对照，测定样品在波长650 nm的吸光度E[10]。按式（1）计算碘蓝值。

式中：

B——碘蓝值；

E——吸光度。

1.3.2 感官评价指标 称取10 g干燥筛分后的紫薯颗粒全粉样品置于烧杯中，每份添加等量的沸水搅拌均匀，使之充分复水成泥。由8人感官评价小组对紫薯泥进行感官评定。感官评分标准见表1。

表1 紫薯颗粒全粉感官评分标准Table1 Sensory standard of Purple Sweet Potato Flour

2 结果与分析

2.1 蒸煮时间对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响

由图1可知，随着蒸煮时间的延长，碘蓝值呈上升趋势。前8min上升较快，当蒸煮时间超过12min时，碘蓝值明显增加。分析原因，在蒸制的前一段时间内，淀粉颗粒糊化，导致淀粉形状变化从而挤压细胞壁，细胞结构变成圆形有利于分离，细胞破碎度较低，但紫薯并未完全熟化，感官评分较低。而长时间的蒸制后，细胞壁间的果胶物质过度溶出，细胞壁变脆，在淀粉糊化的压力下，导致细胞破碎，成品紫薯颗粒全粉中的游离淀粉含量增加[11]。蒸煮时间在8～12min时，碘蓝值上升平缓，紫薯颗粒全粉感官评分较高，因此选择该时间段做下一步的研究。

2.2 浸钙浓度对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响

钙离子可增大果胶链间的结合度，结合淀粉的磷酸根从而降低其膨胀率，减少对细胞壁的压力，有利于保持细胞的完整性[11,12]。由图2可知，随着浸钙浓度的增加，碘蓝值呈现先减小后增大的趋势。当浓度低于50μg/mg时，二价钙离子与果胶链上未甲酯化的羧基形成离子键，桥架在两条果胶链间，而明显增强细胞壁的强度，降低加工过程对紫薯细胞的破碎[13]；当浓度高于75μg/mg时，由于添加过多钙离子反而会降低细胞壁的韧度，使得细胞壁在蒸煮过程中易被损坏[14]，碘蓝值略有上升。浸钙浓度在25～75μg/mg时，紫薯颗粒全粉感官评分较高，因此选择该浓度范围做下一步的研究。

图1 蒸煮时间对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响Figure 1 Influence on starch-iodine-blue and sensory scorewith cooking time

2.3 干燥温度对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响

由图3可知，当干燥温度低于55℃时，淀粉酶活性较高，在淀粉酶的作用下，紫薯细胞游离淀粉被分解，碘蓝值随温度的升高而降低。当温度大于60℃时，高温下紫薯薯泥外表水分蒸发，而内部的水分未及时扩散到表面，导致物料表面的水分过度蒸发，细胞收缩变形，出现干裂和破碎现象[15]，碘蓝值呈增加的趋势。同时，干燥温度过高易造成热敏性营养成分的损失。干燥温度在55～65℃时，紫薯颗粒全粉感官评分变化平稳，故选择该温度范围做进一步研究。

2.4 筛分粒度对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响

当筛分目数越大，筛分粒度越小，磨粉细度越高，对紫薯细胞结构的机械破损程度越大，造成大量的游离淀粉的流失，因此碘蓝值越大。由图4可知，随着筛分目数的增加，碘蓝值呈现上升的趋势。而筛分目数在100目时，紫薯颗粒全粉感官评分最高，原因是当全粉颗粒较细时更容易复水成泥，而筛分目数过低，全粉颗粒较大时，复水不均匀且颗粒感明显。但当筛分目数高于100目时，磨粉难度提高，出粉率较低。因此选择筛分目数为100目，进行下一步试验。

2.5 响应面法优化工艺参数试验结果

在单因素试验确定最优参数范围的基础上，筛分粒度确定为100目，选择蒸煮时间、浸钙浓度、干燥温度3个因素为自变量，以碘蓝值为响应值，进行Box-Behnken试验设计，方案见表2，试验结果见表3。采用SAS统计软件，通过其响应面回归（RSREG）过程进行数据分析，建立关于紫薯颗粒全粉碘蓝值的二阶响应回归模型，进而寻求最优响应因子水平。经整理，所得分析结果见表4和表5。

由表4、5可知，在试验范围内，3个工艺参数中：干燥温度对紫薯颗粒全粉碘蓝值的影响最大，其次是蒸煮时间和浸钙浓度，碘蓝值回归方程的相关系数R2=91.96%，模型P值为0.011 5，说明回归的拟合程度较高。

由表4可知，常数项、一次项、二次项及交互项各因子对响应值的影响可用回归方程表示为：

图2 浸钙浓度对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响Figure 2 Influence on starch-iodine-blue and sensory score with calcium concentration soaking

图3 干燥温度对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响Figure 3 Influence on starch-iodine-blue and sensory score with drying temperature

图4 筛分目数对紫薯颗粒全粉碘蓝值和感官评分的影响Figure 4 Influence on starch-iodine-blue and sensory scorewith grain size

以干燥温度为定值，进行降维分析，得到蒸煮时间和浸钙浓度对碘蓝值的响应曲面，见图5。由图5可知，蒸煮时间和浸钙浓度对碘蓝值的影响呈一抛物面，曲面有一稳定点，且稳定点为最小值。采用岭迹分析[16]，其稳定点处的碘蓝值估计值见表6。

表2 工艺参数优化试验设计方案Table2 Design of optimization for process parameters

表3 优化试验设计结果Table3 Resultof optimization for process parameters

表4 二次回归模型参数Table4 Parameters of quadratic regressionmodel

表5 回归方程方差分析Table5 Analysis of variance of the regression equation

按照表6的优化结果进行验证实验，为操作方便，设定紫薯蒸煮时间9min，浸钙浓度37.5μg/mg，干燥温度61℃，以此工艺制得的紫薯颗粒全粉碘蓝值为18.37，感官评分值为9.2。由此可得出，以紫薯颗粒全粉碘蓝值回归方程优化出的结果最佳，模型预测值与验证实验结果一致性较好，此模型具有良好的实践指导效果。

图5 蒸煮时间和浸钙浓度对碘蓝值影响的响应曲面图Figure 5 Response surface plot for starch-iodine-blue from cooking time and calcium concentration soaking

表6 稳定点处碘蓝值估计值Table6 Estimated value of starch-iodine-blue at the stable point

3 结论

(1)单因素试验发现，蒸煮时间、浸钙浓度、干燥温度和筛分粒度对紫薯颗粒全粉的碘蓝值都有较大的影响。随着蒸煮时间的延长，碘蓝值呈持续增加的趋势；随者浸钙浓度和干燥温度的增加，碘蓝值均呈现先减小后增大；筛分粒度越小，磨粉越细，碘蓝值越大。

(2)采用Box-Behnken试验设计对紫薯颗粒全粉加工工艺参数进行优化，得出最优工艺参数为蒸煮时间9min，浸钙浓度37.5μg/mg，干燥温度61℃。按照此工艺参数制备的紫薯颗粒全粉感官评分最高，碘蓝值最低，说明紫薯颗粒全粉品质较好，细胞破碎度较小。

(3)本试验仅以山川紫为原料，对紫薯颗粒全粉加工工艺参数进行优化，具有一定的局限性。下一步还应将研究的原料品种扩大，以便于更好的应用于紫薯颗粒全粉的加工和生产。

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