冻融处理对变温压差膨化干燥甘薯粉特性的影响

郭 婷 何新益 邓放明 陈振林 段振华 黄柳慧

(贺州学院化学与生物工程学院1，贺州 542899) (天津农学院食品科学与生物工程学院2，天津 300384) (贺州学院食品科学与工程技术研究院3，贺州 542899) (天津市农副产品深加工技术工程中心4，天津 300384) (湖南农业大学食品科技学院5，长沙 410128)

冻融处理对变温压差膨化干燥甘薯粉特性的影响

郭 婷1,2,3何新益2,4邓放明5陈振林3段振华3黄柳慧1

(贺州学院化学与生物工程学院1，贺州 542899) (天津农学院食品科学与生物工程学院2，天津 300384) (贺州学院食品科学与工程技术研究院3，贺州 542899) (天津市农副产品深加工技术工程中心4，天津 300384) (湖南农业大学食品科技学院5，长沙 410128)

为探究冻融处理对变温压差膨化干燥甘薯粉品质特性的影响，比较了冻融次数对甘薯粉的持水性、持油性、色泽、黏度、透光度、胶凝特性和冻融稳定性等品质特性的影响。结果表明：冻融处理对甘薯粉的持水性、持油性、黏度和冻融稳定性有较大影响；随着冻融次数增加，冻融稳定性越好，持水和持油性增加，黏度降低，冻融甘薯粉糊为假塑性流体；甘薯粉的冻融稳定性与凝胶特性呈显著正相关(P<0.05)，与冻融次数呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为0.645、0.770；冻融处理次数不同，所制得甘薯粉品质不同，具有不同的用途。

冻融处理 甘薯粉 膨化干燥 品质特性

冻融(Freeze-Thaw，FT)处理是一种新型的预处理方式，包括冻结和解冻2个过程，冻结会对食品品质产生影响，使食品发生物性变化、溶液溶质重新分布，融解过程中也容易对食品品质产生影响[1]。冻融预处理对变温压差膨化干燥产品品质影响较大，研究发现冻融处理可改善胡萝卜[2]、苹果[3]和黑毛豆仁[4]等果蔬变温压差膨化干燥产品的膨化度、色泽和酥脆度。目前，关于冻融处理对果蔬脱水影响的研究主要集中在改善变温压差膨化干燥脆片(脆条)产品的品质，鲜有针对冻融处理对变温压差膨化干燥果蔬粉的影响展开研究。变温压差膨化干燥是将预处理好的果蔬原料置于膨化罐中升温加压，保温一段时间后瞬间泄压，物料内部瞬间膨胀、水分瞬间汽化，并在真空状态下脱水的一种新型干燥方法。

膨化干燥果蔬粉既可以较好保持果蔬原有风味，又能满足人们对果蔬多样化、高档化和新鲜化趋势的需求[5]，具有广阔的开发前景。加工果蔬粉的方法主要有干法和湿法，即：果蔬干制后制粉和浓缩果蔬汁干燥制粉。毕金峰等[6]对比了变温压差膨化干燥、中短波红外干燥、热风干燥和真空冷冻干燥4种干燥方式对枣粉品质的影响，结果表明变温压差膨化干燥枣粉粒径小，且色泽、溶解性较好，总糖含量较高，环磷酸腺苷保存率较好，该工艺生产效率高、成本低。研究发现，干燥温度及方式对苦瓜粉[7]、甘薯茎叶粉[8]、胡萝卜粉[9]、甘薯粉[10]等果蔬粉的物理特性、营养成分、活性成分和风味物质等品质指标影响较大。干燥加工后的果蔬粉易于消化吸收，不仅具有丰富的营养价值，还具有良好的理化特性和功能性质。现阶段研究较多的为干燥方式对果蔬粉品质的影响，而关于冻融处理对果蔬粉品质的影响鲜有报道。目前，利用膨化干燥技术，已制得膨化甘薯片[11]、甘薯条[12]等加工制品，而利用膨化干燥技术加工甘薯粉的研究较少。

本研究以甘薯为研究对象，探讨冻融处理对甘薯粉加工特性的影响，以期为工业上通过冻融处理改善变温压差膨化干燥甘薯粉品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

甘薯：济黑1号，市售。

1.2 试验仪器与设备

QDPH-20果蔬变温压差膨化干燥机：天津勤德新材料科技有限公司；Ls-POP(6)激光粒度分析仪：珠海欧美克仪器有限公司；TCP2全自动测色色差计：北京奥依克光电仪器有限公司；YXJ-A高速大容量电动离心机：江苏环宇科学仪器厂；NDJ-5S数显黏度计：上海舜宇恒平科学仪器有限公司； JP-250A-8高速多功能粉碎机：浙江久品工贸有限公司；JSM-6380L扫描电子显微镜：日本电子株式会社。

1.3 甘薯粉制备

鲜甘薯→清洗→去皮→切条→热烫→冷却→冻融处理→变温压差膨化干燥→膨化甘薯条→粉碎→甘薯粉

切条：鲜甘薯洗净去皮后0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的条状；

热烫：将切条后的鲜甘薯置于沸水中，漂烫处理2～3 min；

冻融处理：先将物料置于-18 ℃的条件下冷冻12 h，再置于室温(20 ℃)自然解冻4 h，使其达到完全解冻的状态，整个完整的过程即称为冻融1次。根据反复循环冻融的次数进行了冻融0(FT0)、1(FT1)、2(FT2)、3次(FT3)的冻融处理。以鲜样为对照，鲜样是指去皮切条后，进行真空冷冻干燥，再打粉过筛所得甘薯粉。

变温压差膨化干燥：将冻融后的甘薯条置于变温压差膨化干燥罐内，膨化温度为103～105 ℃，保温5 min，抽空温度为85～90 ℃，膨化压力为0.18～0.2 MPa，通过在线监测甘薯膨化干燥过程含水量，干至物料干基含水量≤7%时为干燥终点。

粉碎：将膨化干燥甘薯条投入高速万能粉碎机中制粉，每次打粉15 s，重复3次，每次间隔5 min，以降低粉碎机温度，共打粉45 s后将样品过80目筛。

1.4 甘薯粉品质的测定

1.4.1 持水与持油特性的测定

甘薯粉的持水性与持油性测定根据文献[13]进行。

1.4.2 色泽的测定

以白板为标准，根据CIELAB表色系统测量甘薯粉的亮度、红度、黄度和色差值ΔE，ΔE为样品与白板的差值，值越大表示与白板差别越大，能较好地反映色泽变化。每组样品重复测定3次，结果取平均值。

1.4.3 复水性测定

根据文献[14]修改，将含有1 g绝干物的甘薯粉至于50 mL的离心管中，加入20 mL蒸馏水后静置1 h(20 ℃)；再以10 000 r/min离心25 min，所得沉淀物的质量即为甘薯粉复水后的质量。甘薯粉复水性按式(1)计算：

(1)

式中：R为甘薯粉复水性/%；m1为甘薯粉复水前总质量/g；m2为甘薯粉复水后的质量/g。

复水前总质量的测定：各试验组甘薯粉复水前的水分含量如表1所示，取样时使各待测样品的绝干物质均为1 g，甘薯粉复水前总质量计算公式如式(2)所示:

(2)

式中：M为甘薯粉含水量/g/g；m干为甘薯粉中绝干物的质量/g。

表1 甘薯粉复水前的含水量

1.4.4 粒度测定

用激光粒度仪测粒径[15]。

1.4.5 流变特性测定

配制质量分数为25%的甘薯全粉糊，选用4号转子，在室温(20 ℃)下使用旋转黏度计测定其在不同转速下的黏度变化。

1.4.6 透光性测定

甘薯粉的透光性测定根据文献[16]进行。

1.4.7 胶凝性质测定

甘薯粉的胶凝性质测定根据文献[17]进行。

1.4.8 冻融稳定性测定

甘薯粉的冻融稳定性测定根据文献[18]进行。

1.4.9 冻融甘薯细胞微结构

将预处理的甘薯样品经离子溅射喷金后，置于100倍扫描电镜(SEM)下观察其超微结构，加速电压为10 kV。

1.5 数据的统计分析

试验所得数据均为3次重复试验的平均值，试验数据应用SPSS18.0软件进行方差分析,用SigmaPlot 10.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 冻融处理对膨化干燥甘薯粉的持水与持油特性影响

持水性与持油性是果蔬粉功能特性的主要指标。不同冻融处理所得膨化干燥甘薯粉的持水性与持油特性的测定结果如表2所示。

表2 冻融处理对膨化干燥甘薯粉的持水与持油性影响

注：同列中不同小写字母表示差异显著(P<0.05),同列中不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),下同。

由表2可以看出，冻融处理的膨化甘薯粉的持水性与持油性均大于未经冻融处理的生甘薯粉，鲜样与其他试验组均存在极显著性差异(P<0.01)。持水性强弱主要受甘薯粉中淀粉内部束水的位置影响，随着冻融次数的增加，膨化甘薯粉的持水能力呈先增大，后基本不变，冻融2次所得甘薯粉的持水性最大，冻融2次与冻融3次之间不存在显著差异，但与其他试验组间存在极显著差异(P<0.01)；鲜样试验组未经热烫、冻融等预处理，甘薯中的淀粉糊化程度低，故表现出较低的持水能力，该结果与叶兴乾等[19]研究结果一致。

表2中甘薯粉的持油能力随着冻融次数的增加而增大，且不同冻融预处理之间存在显著性差异(P<0.05)，冻融3次所得甘薯粉的持油能力最强，且与其他试验组存在极显著差异(P<0.01)，冻融2次的甘薯粉次之；导致该变化的原因可能是随着冻融次数的增加，含非极性尾端较多的蛋白质含量逐渐增加[17]，故甘薯粉吸油能力也逐渐增加。

2.2 冻融处理对膨化干燥甘薯粉色泽影响

图1为冻融0、1、2、3次膨化甘薯粉及对照组的鲜样甘薯粉亮度、红度、黄度和色差值(ΔE)的测定值。

注：图中不同小写字母表示差异显著(P<0.05),图中不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),下同。
图1 冻融处理对膨化干燥甘薯粉色泽的影响

由图1可知，冻融2次所得膨化甘薯粉色泽与鲜样的甘薯粉色泽最接近，且色差值无显著性差异(P﹥0.05)；随着冻融次数增加，亮度值先减小后稍有增加，冻融0次的膨化甘薯粉亮度最大，其他3个冻融试验组间差异显著(P<0.05)，可能是由于反复冻融过程中甘薯细胞结构的完整性被破坏，部分色素随着汁液流失，渗透过程中部分色素与淀粉颗粒结合[1]，导致甘薯粉颜色加深；冻融1次的甘薯粉红度值最大，黄度值随着冻融次数的增加逐渐增大；不同冻融处理试验组间的黄度值与ΔE值均存在显著差异(P<0.05)。

2.3 冻融处理对膨化干燥甘薯粉粒径及复水性的影响

不同冻融次数对膨化干燥甘薯粉的中粒径(D50)及复水性影响如表3所示。

表3 冻融处理对膨化干燥甘薯粉粒径及复水性影响

由表3可以看出，鲜样甘薯粉的复水性最差，当冻融次数小于2次时，膨化干燥甘薯粉的粒径越小，其表现出的复水性相对较强；冻融2次甘薯粉的复水比与冻融3次甘薯粉的复水比差异不显著(P>0.05)。表3说明冻融处理甘薯粉粒径均大于鲜样甘薯的粒径，不同冻融次数制得甘薯粉的粒径由大到小依次为：冻融1次>冻融3次>冻融0次>冻融2次；冻融1次甘薯粉粒径较大，与其他试验组存在显著差异(P<0.05)；冻融2次甘薯粉的粒径较小，与其他试验组间差异极显著(P<0.01)，可能是由于在膨化甘薯条质量和粉碎条件相同的条件下，冻融2次膨化甘薯条的体积较大，多孔性较其他组好，在粉碎过程中物料相互碰撞频率增加，接触面积增大[8]，故粉碎所得甘薯粉粒径较小。

表3中不同冻融处理甘薯粉的复水性均大于新鲜甘薯粉，为冻融3次>冻融2次>冻融0次>冻融1次>鲜样；冻融2次和冻融3次甘薯粉的复水性较好，且差异不显著(P﹥0.05)；冻融0次和冻融1次的复水性较差，且无极显著差异。这一结果可能是由于新鲜甘薯在经过热烫和冻融处理后，细胞结构被破坏，细胞通透性增加，使水分更容易重新吸回。

2.4 冻融处理对膨化干燥甘薯粉流变特性的影响

图2为不同冻融处理甘薯粉在恒定温度下，黏度计转子的转速从0 r/min逐渐增加到60 r/min的黏度变化曲线。

图2 冻融处理对膨化干燥甘薯粉黏度特性的影响

从图2中可以看出，不同冻融处理的甘薯粉黏度差异极显著(P<0.01)，黏度大小依次为冻融1次>冻融2次>冻融3次>冻融0次，4组甘薯粉黏度曲线变化均是随着转速加快，黏度呈下降的趋势，表现出剪切稀化现象，为假塑性流体；未经冻融处理所得甘薯粉黏度最低，表现出较好的耐剪切性；经反复冻融后，甘薯粉黏度有所降低，并随冻融次数增加呈逐渐降低的变化趋势，说明甘薯粉与水结合的能力逐渐减弱，且游离淀粉含量也逐渐减少，该结果与严娟等[20]研究结果一致。

2.5 冻融处理对膨化干燥甘薯粉透光度的影响

冻融处理对甘薯粉透光率的影响如图3所示；图4所示为不同冻融处理对甘薯细胞微结构变化情况，并以新鲜甘薯作对照。

从图3可以看出，随着冻融次数增加，透光率先减小后逐渐增加，冻融0次与冻融1次的甘薯粉透光率差异显著(P<0.05)，与其他冻融试验组间差异不显著(P﹥0.05)；冻融1次甘薯粉透光率较低，可能是直链淀粉分子形成了分子内氢键使其透明度较差，并表现出较易老化的特性。

图3 冻融处理对膨化干燥甘薯粉透光率影响

图4 甘薯的电镜扫描(×100倍)

结合图3、图4分析可知，新鲜甘薯细胞间连接紧密且均匀分布着大量独立完整的淀粉圆形小颗粒，经过热烫预处理，甘薯中淀粉吸水膨胀并充分糊化，再经过变温压差膨化干燥，可使冻融0次的甘薯粉中的淀粉彻底α化，故冻融0次甘薯粉透光度较好，且不易老化，可能是由于膨化干燥过程中，产生的较大压差会破坏淀粉的结构，使淀粉长链被切断，使其不易于定向排列；热烫后的甘薯经冻融预处理，透光度有所下降，一方面可能是由于淀粉在糊化后经过反复冻融处理，分子重新排列，使其相互缔合的程度发生改变，另一方面可能是由于甘薯在冻结过程中细胞内产生的较大冻结膨胀压力，造成细胞机械损伤，使细胞壁破裂，使部分淀粉颗粒游离出来，若游离出来的直链淀粉越多，在低温条件下，使其越易形成交联的网状，故表现出较低的透明度[21]；由此推算，可能冻融1次的甘薯中游离出的直链淀粉较多，其次为冻融2次甘薯，而冻融0次甘薯中游离出的直链淀粉较少。

2.6 冻融处理对膨化干燥甘薯粉的胶凝特性影响

图5为不同冻融处理膨化甘薯粉及对照组的鲜样甘薯粉的流程，用以表示其胶凝特性。

图5 冻融处理对膨化干燥甘薯粉凝胶特性的影响

凝胶液流程越短，说明凝结性越好，具有较好胶凝性的甘薯粉可结合较多的水，提高吸水性，增加稠度。从图5中可以看出，冻融甘薯粉的凝胶液流程均比鲜样甘薯粉的流程短，其凝胶强弱的顺序为：冻融2次>冻融3次>冻融1次>冻融0次>鲜样，但各试验组间差异不显著(P>0.05)。

2.7 冻融处理对膨化干燥甘薯粉冻融稳定性的影响

图6为不同冻融处理膨化甘薯粉及对照组的鲜样甘薯粉经过反复冻融处理后的析水率，用以表示其冻融稳定性。

图6 冻融处理对膨化干燥甘薯粉冻融稳定性的影响

甘薯粉的析水率越小，说明冻融稳定性越好。从图6可知，随着冻融次数增加，甘薯粉的析水率逐渐降低，鲜样与冻融处理样品间有着极显著差异(P<0.01)；在冻融样品中，冻融0次甘薯粉的析水率较其他冻融处理样品大，可能在干燥前经过冻融预处理，甘薯内部分子重新组合，内部结构随着冻融次数增加发生了相应的变化，从而导致了不同冻融次数所得甘薯粉冻融稳定性的差异。结合图5分析可知，该结果与图5得出的结论符合，即凝结特性较强的甘薯粉，冻融稳定性也较好；通过相关性分析，发现甘薯粉的冻融稳定性与凝胶特性有显著相关性(P<0.05)，相关系数为0.645；冻融稳定性与冻融次数之间存在极显著的相关性(P<0.01)，相关系数为0.770。

3 结论

冻融处理甘薯粉与新鲜甘薯粉样品在色泽、透光率、胶凝性上差异较小，但冻融处理甘薯粉比鲜样甘薯粉具有更好的持水性、持油性、复水性和冻融稳定性。

冻融处理所得甘薯粉具有较优的冻融稳定性，可用于冷冻食品的加工；冻融0次甘薯粉中淀粉不易老化，可用于提高面团水合力，延缓焙烤食品变质；冻融1次甘薯粉中游离直链淀粉较多，具有较好的成型性与抗拉伸性，可将其用于增加产品的脆性；冻融2～3次甘薯粉的持水性与持油性较好，可用于面条、面包等保水含油能力较高的产品加工。不同冻融处理所得甘薯粉的加工特性存在一定的差异，在生产应用中应根据不同产品要求进行选择。

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Effect of Freeze-Thaw Treatment on the Product Quality of Explosion Puffing Drying Sweet Potato Powder

Guo Ting1,2,3He Xinyi2,4Deng Fangming5Chen Zhenlin3Duan Zhenhua3Huang Liuhui1
(College of Chemical and Biological Engineer, Hezhou University1,Hezhou 542899) (College of Food Science and Biological Engineering, Tianjin Agricultural University2,Tianjin 300384) (Institute of Food Science and Engineering Technology, Hezhou University3, Hezhou 542899) (Tianjin Engineering Research Center of Agricultural Products Processing4, Tianjin 300384) (College of Food Science and Technology, Hunan Agriculture University5, Changsha 410128)

In order to investigate the effects of freeze-thaw on the quality of sweet potato powder by explosion puffing drying at variable temperature and pressure difference, the times of freeze-thaw on the water/oil holding capacity, color, viscosity, diaphaneity, gel properties and freeze-thaw stability of the sweet potato powder were compared. Results showed that the times of freeze-thaw had a great influence on the water/oil holding capacity, viscosity and freeze-thaw stability of sweet potato powder. With the increasing of freeze-thaw cycles, the viscosity decreased faster, the water/oil holding capacity and freeze-thaw stability increased. All the sweet potato powder behaved as a pseudo plastic fluid. The correlation analysis showed that freeze-thaw stability had significant relationship with gel properties (P<0.05) and the times of freeze-thaw (P<0.01), and the correlation coefficients were 0.645, 0.770, respectively. Different times of freeze-thaw treatment affected the quality of sweet potato powder, which had different using purposes.

freeze-thaw treatment, sweet potato powder, explosion puffing drying, quality properties

TS255.1

A

1003-0174(2017)12-0012-07

广西高校中青年教师基础能力提升(KY2016LX378)，贺州市科学研究与技术开发计划(1541010)，广西科学研究与技术开发计划(14251003)

2016-07-28

郭婷，女，1988年出生，讲师，农产品研究与开发

何新益，男，1974年出生，教授，农产品研究与开发