马蹄湿淀粉微波干燥的实验研究

唐小闲,罗杨合,汤 泉,刘 艳,黎小椿,3，段振华,*

(1.贺州学院 食品科学与工程技术研究院/广西马蹄加工工程技术研究中心,广西贺州 542899;2.贺州学院 化学与生物工程学院,广西贺州 542899;3.大连工业大学 食品学院,辽宁大连 116034)



马蹄湿淀粉微波干燥的实验研究

唐小闲1,2,3,罗杨合1,汤 泉2,刘 艳1,黎小椿1,3，段振华1,*

(1.贺州学院 食品科学与工程技术研究院/广西马蹄加工工程技术研究中心,广西贺州 542899;2.贺州学院 化学与生物工程学院,广西贺州 542899;3.大连工业大学 食品学院,辽宁大连 116034)

以马蹄湿淀粉为实验对象,研究了不同功率对马蹄湿淀粉微波干燥中的含水率及品质变化的影响。结果表明马蹄淀粉的微波干燥曲线呈现出果蔬典型的干燥曲线特征,马蹄淀粉的含水率随着微波干燥时间延长而迅速下降。随着微波干燥时间的延长，马蹄淀粉白度、酸度均呈现出上升变化的趋势，而碘蓝值呈现先减少后增加的变化趋势，粘度降低。在一定微波功率范围内，微波功率越小，干燥速率越慢，酸度越低，碘蓝值和粘度越大，白度越高但不显著。

微波,马蹄淀粉,微波干燥,品质

马蹄(Water chestnut),又称荸荠(Eleocharis tuberose Schult)、地栗、乌芋、凫茨、通天草,是莎草科、荸荠属浅水性宿根草本植物[1]。我国现有马蹄种植面积超过50万亩,马蹄产量占全球的95%,年总产量80万吨以上,且70%的产量在广西桂东北地区。生产上,根据马蹄的组成和用途,将马蹄分为粉马蹄和水果马蹄[2]。粉马蹄中含大量的淀粉,加上低聚糖和单糖,占干重的86%以上,此外,马蹄含丰富的维生素、植物蛋白、磷质等[3]。粉马蹄经加工制成淀粉,可冲调食用,可作为食品粘合剂、增稠剂、稳定剂、悬浮剂和改良剂,也可用作酿造、制药、变性淀粉等工业加工的原辅料,还作为改善某些挤压膨化食品的冲调剂,应用广泛。

目前马蹄淀粉脱水干燥过程中,大多数加工企业通过燃烧木材、煤炭产生热量,加热空气来实现马蹄淀粉的干燥,甚至有少数企业仍是通过传统的自然晾晒来实现马蹄湿淀粉的干燥,这种生产方式不仅干燥效率低,卫生指标难达到要求,进一步影响马蹄淀粉干品的品质,并且煤炭燃烧会造成严重的环境保护压力。而微波干燥是指以微波作为热源、由内及外对物料加热的一种方式,具有独特的加热特性,如穿透力强、选择性加热、热惯性小、干燥速度快、热效率高、干后产品品质高,清洁生产符合环保要求以及易于实现自动控制的特点,因而在农产品加工及食品工业中应用越来越广泛[4-5]。近十年来,国内外就有不少关于微波干燥农产品的研究,微波干燥已运用到鳙鱼[6]、罗非鱼片[7]、辣椒[8]、莴笋[9]、芦笋[10]、黄秋葵[11]、银杏果[12]松花粉[13]及板栗淀粉[14]等加工领域,但未见在马蹄湿淀粉干燥中的研究及应用。本文以马蹄湿淀粉为对象,研究马蹄淀粉在不同微波功率条件下的干燥曲线及其品质变化,旨在为马蹄淀粉微波干燥技术应用及推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马蹄 贺州市农贸市场,选择个体完整、大小均匀、无机械损伤的新鲜粉马蹄。氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾、硫代硫酸钠、碘、碘化钾、盐酸、重铬酸钾、碳酸钠等均为分析纯。

G80D20CN1P-D2(S0)型微波炉 广东格兰仕微波炉电器制造有限公司;DHG-9240A型电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;BSA124S型分析天平 德国赛多利斯;MA150型水分测定仪,北京赛多利斯仪器系统有限公司;MR-Hei-Tec型加热型磁力搅拌器 德国海道夫公司;722N型可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;KQ5200DV型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;CR-10型色差计 日本柯尼卡美能达控股株式会社;NDJ-8s型数显粘度计 邦西仪器科技上海有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理 马蹄经清洗去皮,破碎匀浆,过滤后制作成湿淀粉,其湿基含水率约为44%,在预实验的基础上,设定装载量(2.0 kg/m2)、微波功率(140、280、420 W)和时间(2～26 min范围内)进行微波干燥实验,淀粉安全含水率≤13%。

1.2.2 含水率的测定 参照国家标准GB 50093-2010食品中水分的测定方法。

1.2.3 白度的测定 参照文献[15],利用CR-10色差计进行测定,以仪器白板为标准,测量马蹄淀粉的明度指数L*。L*称为明度指数,反映白度和亮度的综合值,该值越大表明被测物越白亮。L*=0表示黑色,L*=100表示白色;通过L值反映马蹄淀粉白度,它能较好地反映干燥产品的颜色改变。

1.2.4 马蹄淀粉的酸度测定 参照国家标准GBT 22427.9-2008 淀粉及其衍生物酸度测定方法,酸度以10 g样品所耗用0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液的毫升数表示,计算公式如下:

式(1)

式(1)中:X为样品酸度,mL;c为已标定的氢氧化钠标准溶液的浓度,mol/L;V1为样品所耗用的氢氧化钠标准溶液的体积,mol/L;V0为空白所耗用的氢氧化钠标准溶液的体积,mol/L;m为样品的干基质量,g。

1.2.5 马蹄淀粉的碘蓝值测定 根据上官佳等人的方法[16],并作了改进,具体操作如下:准确称取马蹄淀粉样品0.25 g于50 mL 锥形瓶中,加入65.5 ℃预热的蒸馏水50 mL,将锥形瓶放置在加热型磁力搅拌器上,待锥形瓶内溶液温度升至65.5 ℃,停止加热,静置1 min后过滤。滤液于65.5 ℃的水浴锅中保温,并趁热吸取1 mL于50 mL显色管中,加1 mL 0.02 mol/L的碘标准溶液,用蒸馏水定容至刻度;同时取1 mL 0.02 mol/L碘标准溶液,用蒸馏水定容至50 mL作为空白对照,以试剂空白调零点,测定样品在波长650 nm处的吸光度A650 nm。碘蓝值(BVI)的计算公式如下:

BVI=A650 nm×54.2+5

式(2)

1.3 数据分析

所有实验均设定三个平行,测定结果以平均值±标准偏差(SD)表示,应用origin7.5和Excel 2010软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 马蹄淀粉在不同微波功率条件下的微波干燥曲线

图1为马蹄淀粉在140、280、420 W下的微波干燥曲线。从图1可知马蹄淀粉具有典型干燥曲线的特征,物料的含水率随着微波干燥时间延长而显著下降。微波的穿透能力较大,可使物料内外同时加热干燥。随着微波功率的增加,物料达到安全含水率(含水率≤13%),干燥时间缩短。微波功率为140、280、420 W时,物料达到安全含水率的所耗时分别为21.4、11、5.5 min。表明初始含水率、物料装载量恒定时,微波功率越大,达到安全含水率的所需时间越短,与文献[17]研究结论一致。因此,在一定微波功率范围内,可通过增大微波功率来提高物料干燥速率。在较低的微波功率条件下,马蹄淀粉达到安全含水率的干燥时间仅仅需要21.4 min,而使用薄层热风干燥淀粉在干燥温度60 ℃时所用的时间约为12 h[18]。

图1 马蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥曲线Fig.1 Microwave drying curve of water chestnut starch under different microwave power

2.2 马蹄淀粉在不同功率条件下微波干燥中的白度变化

图2分别表示马蹄淀粉在140、280、420 W条件下的微波干燥中的白度变化。从图2可知,在恒定微波功率条件下,随着干燥时间的延长,物料白度呈现出上升变化的趋势。原因可能是随着干燥时间的延长,物料的含水率逐渐减小,而含水率的大小影响着物料的白度,含水率大白度小[19],含水率减小白度增大。不同功率,物料达到安全含水率时白度不同,当物料含水率为13%,微波功率为140、280、420 W时,对应的白度分别为94.6%、93.9%、90.0%。微波功率越小,淀粉白度越高,但不显著。白度是判定淀粉等级的一项重要理化指标[20],要使产品白度达到行业标准、市场指标和经济指标,就要控制马碲淀粉加工工艺,防止褐变产生,微波干燥时间短,可有效防止马碲淀粉变色。

图2 马蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的白度变化Fig.2 Variation of the white degree of the microwave drying of the water chestnut starch under different microwave power

2.3 在不同功率条件下马蹄淀粉微波干燥中的酸度变化

酸度是马蹄淀粉产品的一项重要指标(DBS 45/002-2013),反映了原料的新鲜程度、加工效果、保存时间,淀粉酸性物质含量偏高,则淀粉产品品质下降。图3表示马蹄淀粉在140、280、420 W条件下的微波干燥中的酸度变化,在不同微波功率条件下,随着干燥时间的延长,淀粉酸度随之增加。酸度增加可能的原因是,微波干燥加热方式从内向外加热,可以加快淀粉水解产生脂肪酸,导致马蹄淀粉酸度升高。微波功率越小,酸度越低,淀粉品质较好。在一定微波功率范围内干燥的马蹄淀粉均能控制其酸度在4 mL之内,符合马蹄淀粉食品安全地方标准DBS 45/002-2013规定。

图3 马蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的酸度变化Fig.3 The change of acidity in the microwave drying of water chestnut starch under different microwave power

2.4 不同微波功率条件下马蹄淀粉微波干燥的碘蓝值变化

图4分别表示马蹄淀粉在140、280、420 W条件下的微波干燥中的碘蓝值变化。碘蓝值是评价淀粉类食品品质的一个重要指标[21],它反映了直链淀粉的含量,碘蓝值较大则直链淀粉含量较高[22]。直链淀粉与碘结合形成淀粉-碘络合物,呈蓝绿色、蓝色或墨绿色,其颜色主要与淀粉的结构及数量有关[23],直链淀粉的链较长,含量较高,则蓝色较深。由图4可知,在相同的微波功率条件下,随微波干燥时间延长,碘蓝值呈现先减少后增加的变化趋势;在功率为140、280、420 W,物料含水率为13%时,碘蓝值分别为14.6、14.4、12.8,微波功率越小,碘蓝值越高。可见淀粉的碘蓝值大小与微波功率、干燥时间有关。微波干燥后马蹄淀粉颗粒破裂,部分支链断裂,支链淀粉和中间级分含量降低[24],直链淀粉含量升高,增加了可与碘分子结合的数量,使得碘蓝值上升。

图4 马蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的碘蓝值变化Fig.4 Changes of iodine blue value in microwave drying under different microwave power

2.5 微波干燥对马蹄淀粉粘度的影响

图5表示为马蹄淀粉在140、280、420 W条件下的微波干燥中粘度的变化。粘度是淀粉浆的最重要的流变性质,因此粘度是淀粉品质中一项重要的指标。从图5可知,在一定的微波功率条件下,随着干燥时间的延长,淀粉粘度随之减小,呈现先缓慢后快速的趋势;马蹄淀粉粘度减小是因为微波干燥加热方式从内向外加热,淀粉含水率逐渐降低,溶胀减少,颗粒逐渐减小,流变性能降低,导致马蹄淀粉粘度下降。不同功率下微波干燥淀粉粘度不同,其主要原因可能是功率越大,淀粉分子高频振动,相互碰撞、挤压的剧烈程度越大[25],使得淀粉分子链发生大量的迁移运动,淀粉的结构、性质改变明显;而微波功率较小,淀粉分子链的迁移运动较缓慢,更好地保持了淀粉粘度。因此,功率越小,粘度越大。

图5 马蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的粘度变化Fig.5 Changes of iodine viscosity in microwave drying under different microwave power

3 结论

马蹄淀粉微波干燥曲线呈现出果蔬典型的干燥特征,马蹄湿淀粉中的含水率随着微波干燥时间增加而下降;马蹄淀粉随着时间的延长,白度、酸度呈现出上升变化的趋势,碘蓝值呈现先减少后增加的变化,粘度降低;在一定的微波功率干燥范围内,微波功率越小,干燥速率越慢,酸度越低,碘蓝值越大,粘度越大,白度越高但不明显。

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Experiment study on the microwave drying for water chestnut starch

TANG Xiao-xian1,2,3,LUO Yang-he1,TANG Quan2,LIU Yan1,LI Xiao-chun1,3,DUAN Zhen-hua1,*

(1.Institute of Food Science and Engineering Technology/Guangxi Water Chestnut Process Engineering Technology Research Center,Hezhou University,Hezhou 542899,China;2.College of Chemical and Biological Engineer,Hezhou University,Hezhou 542899,China;3.School of Food Science and Technology,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

With the water chestnut wet starch as the experimental object,the effects of water content and quality changes were studied in three different microwave power conditions. The results indicate that the drying curves of the water chestnut starch show the characteristic of the fruits and vegetables typical drying curve. The water content decreases with the increasing of the drying time,the white degree and acidity of the water chestnut show a rising trend with the increase of microwave drying time,while the iodine blue value decreases and then increases. The viscosity decreases. Under the certain range of microwave drying power,with the power smaller,the drying rate is more slowly,acidity is lower,iodine blue value and viscosity are bigger,whiteness has no significant change.

microwave;water chestnut starch;microwave drying;quality

2016-11-17

唐小闲(1984-)，女，硕士研究生，研究实习员，研究方向：食品加工新技术，E-mail:tangxiaoxian2016@163.com。

*通讯作者:段振华(1965-)，男，博士，教授，研究方向：热带食用资源加工，贮藏，E-mail:dzh65@126.com。

广西特色果蔬深加工与保鲜技术研究(YS201601)；贺州学院“果蔬深加工与保鲜团队建设”项目(YS201602)。

TS 255.1

A

1002-0306(2017)11-0107-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.012