马铃薯干片干燥工艺参数优化

王辉，欧阳岁燕，黄珊，刘嘉，熊江

（贵州省生物技术研究所，贵州贵阳550006）

马铃薯（Solanum tuberosum L.），又称土豆、洋芋等，属茄科多年生草本植物，在我国已有400多年种植历史[1]。其块茎中含有丰富的淀粉、蛋白质、膳食纤维、B族维生素等，与小麦、稻谷、玉米、高粱并成为世界五大作物。2015年我国更是提出马铃薯主粮化发展战略，使其渐变成第四大主食作物[2]。然而据农业部统计，虽然2014年我国马铃薯种植总面积约为557.3万hm2，总产量为9 500万t，但仅有产量的14%用于加工，贵州作为南方最大的马铃薯生产基地，目前的加工率甚至仅为5.2%，其余大量用于鲜食或饲用，马铃薯潜在的经济价值并未被完全开发[3-4]。

云贵川地区有喜食“洋芋片片”习惯，做法如沈慧在文献中记录：备料、切片、煮沸、晾晒、贮藏[5]。其外形近似虾片，品质酥、脆，味香爽口，耐保存、方便食用，是提高马铃薯身价的好方法。但目前，这类产品多为自家制作或小作坊生产，多为自然晾晒，干片褐变严重，产品色泽差，品质易受气候影响，原料浪费严重，而且其加工卫生条件往往受到限制。因此发展马铃薯干片加工技术对于促进产品品质、深挖马铃薯经济价值、推进马铃薯主粮化战略具有重要促进作用。

热风干燥是工业生产中使用最普遍的干燥方法，具有成本低廉、操作简单、设备维修方便等优点，在胡萝卜、龙眼等新鲜农产品的干燥储藏中得到了广泛应用[6-9]。基于此，本研究拟采用热风干燥替代自然晾晒法干燥马铃薯片，摆脱气候限制，结合单因素试验和正交设计[10]，优化干燥工艺，生产出色差好、口感好的马铃薯干片，从而为马铃薯干片加工产业化提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯：品种为大西洋，初始含水量为80%，由贵州省生物技术研究所提供；碧源加碘食用盐：贵州盐业（集团）有限责任公司；香满园烹调油（餐饮专用棕榈油）：嘉里粮油（防城港）有限公司；石油醚（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器及设备

NH310便携式电脑色差仪：深圳市三恩时科技有限公司；TMS-PRO食品物性分析仪：美国FTC公司；SOX500粗脂肪测定仪：济南海能仪器股份有限公司；CP213电子天平、MB23水分测定仪：奥豪斯仪器（常州）有限公司；WGL-125B电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 马铃薯干片干燥工艺流程

选取无虫害、无芽眼的新鲜马铃薯，用流动自来水清洗后，去皮，切成一定厚度，放入85℃～90℃热水中漂烫一定时间，然后投入凉水中冷却5 min，转入一定浓度的食盐水中浸泡10 min，沥干水分备用。

将烘箱温度设置到试验所需温度，放入待干燥马铃薯片。每隔10 min测定一次物料质量，直至其质量不再变化。每次试验平行3次，取平均值。干燥结束待其冷却后，装入自封袋中。

将马铃薯干片进行油炸，得到马铃薯脆片，测定其含水量、含油量、脆度、L*值、b*值等指标，进行品质评价。

1.3.2 样品含水量的测定

采用常压干燥法，参考国标GB5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》[11]。

1.3.3 样品含油量的测定

方法参照国标GB5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》[12]。

1.3.4 样品脆度的测定

采用三点弯曲法测定最大剪切力，即为马铃薯脆片脆度[13]。测试条件设置为：测试前后探头速度均为30 mm/min，测试速度为12 mm/min，支点间跨度为20 mm，加载距离25 mm。平行5次测量，取平均值。

1.3.5 样片色差（L*值、b*值）的测定

用便携式色差仪测定，依次读取L*值、b*值，平行6次测量，取平均值。

1.3.6 单因素试验

以切片厚度、漂烫时间、食盐水浓度、干燥温度、干燥时间为单因素，控制其他因素不变进行试验，分别考察它们对L*值、b*值的影响情况。

1.3.7 正交设计试验

在单因素试验基础上，选取切片厚度、漂烫时间、食盐水浓度、干燥温度、干燥时间5个因素，以马铃薯干片油炸后的含水量、含油量、脆度、色差等为考察指标，进行L16（45）正交分析。正交因素水平见表1。

表1 正交设计因素水平表Table 1The factors and levels of orthogonal design L16（45）

1.3.8 数据处理与分析

运用SPSS做单因素显著性分析，Origin 9.0绘图。

2 结果与分析

2.1 单因素对马铃薯干片干燥特性的影响

2.1.1 切片厚度对马铃薯干片热风干燥特性的影响

在干燥温度为75℃、漂烫时间为210 s、食盐水浓度为1.0%的条件下，考察切片厚度为2、2.5、3、4 mm对干片的干燥特性的影响。图1为在不同切片厚度条件下，含水率随时间的变化曲线。

图1 不同切片厚度条件下含水率变化曲线Fig.1 Curve of moisture content change over different slice thickness

由图1可以看出：马铃薯干片干燥过程中，达到平衡含水率需要的时间与切片厚度成正比，切片厚度为4 mm时需要的时间明显高于其他3种切片厚度。切片厚度越厚，经相同时长处理后其含水量最高。因为切片厚度越大，传质阻力越大，干燥速度越慢。因此，较薄的切片对干燥过程有利。

2.1.2 干燥温度对马铃薯干片热风干燥特性的影响

在切片厚度为2.5 mm、漂烫时间为210 s、食盐水浓度为1.0%的条件下，分别测定60、70、80、90℃4个干燥温度对干燥整个过程的影响，绘制其含水率变化曲线。如图2所示。

图2 不同干燥温度条件下含水率变化曲线Fig.2 Curve of moisture content change over different temperature

从图2可以看出，干燥温度与物料的含水率成反比，90℃达到平衡含水率所需的时间明显低于其他3种干燥温度。这是因为温度越高，其产生的传热跟传质的推动力越大，空气湿度就越低，干燥速度越快，达到平衡含水率所需的时间就越短。所以，提高干燥温度对该过程有利，但若温度过高，马铃薯干片的营养成分又可能会被过多地破坏，产品颜色也受到不利影响。

2.2 单因素对马铃薯干片干燥品质的影响

2.2.1 切片厚度对马铃薯干片干燥品质的影响

切片厚度对马铃薯干片干燥品质的影响见图3。

图3 切片厚度对马铃薯干片色差、脆度的影响Fig.3 The effect of slice thickness on colour and crispness of potato chips

从图3可以看出，切片厚度对b*值、脆度具有极显著影响，对L*值具有显著影响。L*值随切片厚度的增加呈缓慢上升的趋势；b*值随切片厚度的增加而上升。随着切片厚度的增加，马铃薯片的脆度显著上升，2.5 mm和3 mm时趋势不明显。

2.2.2 漂烫时间对马铃薯干片干燥品质的影响

漂烫可以钝化马铃薯片中酶的活性，同时清除可能存在的致病菌，并排除组织中的空气。试验采用85 ℃～90 ℃沸水为漂烫温度，选取 30、60、90、120、150、180、210、240 s为漂烫时间，漂烫时间对马铃薯干片干燥品质的影响见图4。

由图4可以看出，漂烫时间对3个指标的影响较小。L*值和脆度各水平间差异不显著。随着漂烫时间的延长，b*值逐渐增大。

2.2.3 干燥温度对马铃薯干片干燥品质的影响

合理的干燥温度可以加快干燥进程，同时保证良好的产品色泽。干燥温度对马铃薯干片干燥品质的影响见图5。

图4 漂烫时间对马铃薯干片色差、脆度的影响Fig.4 The effect of blanching time on colour and crispness of potato chips

图5 干燥温度对马铃薯干片色差、脆度的影响Fig.5 The effect of drying temperature on colour and crispness of potato chips

图5 中可以看出干燥温度对L*值、脆度影响较小，但对b*值影响较大。随着温度的升高，b*值先降低后升高，70℃和80℃差异不明显。这是因为温度越高，单位时间内水分丧失加快，美拉德反应物质生成增多，干片b*值显著提高。

2.2.4 食盐水浓度对马铃薯干片干燥品质的影响

据文献报道，食盐浸泡对产品颜色有一定影响[14]。试验选取浓度为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的食盐水浸泡漂烫冷却后的马铃薯片。食盐水浓度对马铃薯干片干燥品质的影响见图6。

图6 食盐水浓度对马铃薯干片色差、脆度的影响Fig.6 The effect of salt concentration on colour and crispness of potato chips

图6 可以看出食盐浸泡浓度对3个指标影响程度较小。方差显著性分析表明，各水平间脆度差异不显著。随着食盐水浓度的增加，L*值呈上升趋势，在1.0%时达到最大值。b*值在食盐水浓度1.0%时达到最大值。

2.3 正交设计

五因素四水平正交试验结果见表2。

表2显示各试验组指标最大值和最小值之间具有较大极差，其中含水量为8.88%，含油量为13.66%，脆度为 14.68，L*为 30.48，b*为 11.07，从极差大小来看工艺参数对各指标的影响程度大小排序为：L*＞脆度＞含油量＞b*＞含水量，这表明干燥工艺参数对颜色指标的影响最大，其次为脆度、含油量。b*和含水量的误差较小，L*、脆度和含油量的误差较大，这说明干燥工艺可能导致最终产品外观一致性较差，脆度一致性较差，含油量一致性较差，含水量等成分类指标具有良好的一致性。

表2 正交设计试验结果Table 2 The results of orthogonal design

表3 正交设计试验结果极差分析Table 3 Range analysis of the orthogonal design’s results

通过极差分析[15]可知，对于各试验指标，影响因素的主次顺序为表4所示。

表4 各因素主次顺序表Table 4 The orders of experimental factors by means of range analysis

根据各指标下的平均数据，初步确定各因素的最优水平组合为：

对含水量：A2B3C3D4E3（含水率越低越好）

对含油量：A4B1C3D2E1（含油量越低越好）

对脆度：A1B4C1D4E4（脆度越低越好）

对 L*：A2B2C2D4E4（L*越高越好）

对 b*：A2B2C1D3E1（b*越低越好）

由于5个指标单独分析出来的最优条件并不一致，根据因素对5个指标影响的主次顺序综合考虑确定最佳工艺条件为：A2B4C1D4E1，即切片厚度为2.5 mm，漂烫时间为210 s，干燥温度为60℃，干燥时间为150 min，食盐水浓度为1%时，具有最佳加工品质。通过验证试验，在此工艺条件下，马铃薯干片含水量为6.30%，含油量为14.57%，脆度为6.9 N，L*为88.23%，b*为16.25。综合分析，正交试验优化工艺得到的产品优于正交试验中所有产品，说明优化工艺可靠。

3 结论与展望

通过L16（45）正交设计试验得到马铃薯干片的最佳干燥工艺为切片厚度为2.5 mm，漂烫时间为210 s，干燥温度为60℃，干燥时间为150 min，食盐水浓度为1%。通过验证试验表明，优化工艺得到的产品无明显褐变，色泽良好，脆度、盐度适中，适合大众消费。干燥工艺的优化为马铃薯干片加工产业提供了良好的技术支撑。

本试验以大西洋品种为原料，因为大西洋品质还原糖含量偏低，适宜用于薯片加工。然而在我国西南地区，合作88等品种应用范围更广。因此，研究后期可以尝试以当地品种为加工原料，优化干燥工艺参数，建立因地制宜的马铃薯干片加工技术，促使马铃薯产业全面发展。

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