山药片干燥前的柠檬酸护色工艺研究

骆 航，孙兴力，刘金凤，黄 辉

(永州职业技术学院 医学院，湖南 永州 425100)

山药为薯蓣科植物薯蓣 （Dioscorea opposita Thunb.）的干燥根茎，是一种重要的保健食品[1]。山药除作为农产品食用外主要还可作为药材使用，我国将山药作为中药使用已有悠久的历史。中医学认为山药具有补脾养胃，生津益肺，补肾涩精等功能，目前《中国药典》对作药材使用的山药从规格和处理方法上都作了描述，要求山药片为山药除去外皮后趁鲜切片后再干燥所得的厚片，其切面应为白色或黄白色[2]。

山药在加工和贮藏过程中很容易发生褐变，引起色泽、风味和质地的变化，一直以来都是成为影响山药商业价值的一项重要因素。据报道一般山药在削皮后，如果暴露于空气中6小时之后，褐变程度会显著增加。所以必须采取有效措施防止山药褐变，才能获得色泽洁白的山药制品。为保持山药片的色泽洁白，传统的熏硫法处理也可以获得较好的色泽，但熏硫也导致了成品山药片硫超标等系列问题[3]。因此如何进行有效的无硫护色，也成为决定山药片加工的关键技术之一。

现代研究认为山药褐变的主要原因有酶促褐变与非酶促褐变，其中酶促褐变反应迅速，是新鲜果蔬类产品变色的主要原因，而酶促褐变的发生与植物中的PPO（多酚氧化酶）及POD（过氧化物酶）具有重要关联[4,5]，所以目前山药的防褐方法多通过抑制PPO和POD来实现。如亚硫酸盐及其类似物就是一种有效的抑制PPO活性的还原剂，但亚硫酸盐有引起食用者发生过敏性气喘的报道，美国等国家禁止其在果蔬的加工中使用，导致使用上也受到限制[6]。为实现无硫护色，目前国内外使用较多的抑制PPO的化学护色试剂主要有：抗坏血酸、NaCl、CaCl2、L-半胱氨酸、植酸、EDTA等。除化学护色外，尚有物理的热烫杀青处理、真空包装等手段对果蔬来进行防褐。笔者以无硫护色为切入点，并从经济成本和效率考虑，以柠檬酸作为试剂对山药的防褐处理进行了实验研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

山药，购于湖南本地市场。选择同一批次，个体完整、粗细均匀、表皮无霉、无机械损伤的新鲜山药；柠檬酸，市售食品级，湖北鑫润德化学试剂厂。

1.2 主要仪器和试剂

BT125D电子分析天平，德国Sartorius公司；101型电热鼓风干燥箱，东莞市豪邦设备公司；HH—8型数显恒温水浴锅，上海新诺仪器设备有限公司；JW—1A型固体样品粉碎机，江苏姜堰市分析仪器厂产品；X-rite Color I5色差计，美国爱色丽公司。

1.3 样品制备方法

1.3.1 样品制备流程

山药→切去根头→清洗→除去外皮→切片→护色→蒸馏水清洗→沥干→干燥。

1.3.2 护色

选择对人体无害的柠檬酸作为山药的护色剂，按试验需要配成不同浓度溶液，将山药片按浸入其中至规定时间，护色液的使用量与山药片的质量比为3∶1。对比组中复合剂1采用0.25%柠檬酸+0.1%植酸+0.25%氯化钙进行护色；复合剂2采用：1%柠檬酸+1%Vc+1%氯化钙进行护色。

1.3.3 干燥

护色后的山药片沥干后放入烘箱进行干燥试验，烘箱温度设定为50℃的恒温干燥，干燥终点设定为山药片的含水率低于（10±1）%，干燥过程中每30 min迅速取出样本秤重，记录好相关质量数据直至干燥至终点。含水率Mw的测定按以下公式计算：

式中：mt为t时山药的质量（g）；md为干燥恒重后干物质的质量（g）。

1.3.4 质量判定

按文献[7]的方法略做修改，将干燥后的山药片成品后充分粉碎，并过65目筛。以色差计测定干燥样本的L、a、b值。并由L、a、b值计算白色度，作为干燥制品褐变程度的指标。白色度（W.I.）计算公式如下：

式中：L为亮度价，100时为全白，0时为全黑；a为红绿值，大表示趋向红色，小表示趋向绿色；b为黄蓝值，大表示趋向黄色，小表示趋向蓝色。

1.3.5 数据处理与分析

每个实验样品均重复测定3次，取平均值，采用SPSS软件进行显著性分析。

1.4 单因素试验

1.4.1 护色液浓度对山药片色泽的影响

称取100 g切好的山药片（厚度0.5 cm，下同）共5份，分别放入浓度为0.2%、0.6%、1.0%、1.4%、1.8%的柠檬酸溶液中，浸渍2 min，室温下考察柠檬酸浓度对山药片色泽的影响。

1.4.2 浸渍温度对山药片色泽的影响

于10、25、40、55、70℃下配好0.5%浓度的柠檬酸液5份，分别称取100 g山药片浸渍于其中，在浸渍时间均为2 min的条件下，考察护色时温度对山药片色泽的影响。

1.4.3 浸渍时间对山药片色泽的影响

分别称取100 g切好的山药片，浸渍入0.5%浓度的柠檬酸液，室温下分别浸渍1、3、5、7、9 min下考察护色时间对山药片色泽的影响。

1.5 护色正交试验

在单因素实验基础上，以干燥后的山药片白色度度为指标，采用L9(34)正交试验设计对各护色条件进行优化。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 护色液浓度对山药片色泽的影响

如图1所示，不同浓度的柠檬酸液对干燥后山药片的防褐变效果有所不同，说明柠檬酸护色液的浓度是影响干品山药片的因素之一。从图1中我们可以看出，当柠檬酸溶液浓度达到0.6%时，干燥后的山药片白色度最高，继续增加柠檬酸浓度对山药片白色度的影响较小，而且柠檬酸浓度过高有可能使山药片成品的褐变程度加深，可能是高浓度柠檬酸溶液浸渍时，特别在加热条件下所造成的化学反应所致，但具体机理尚不十分清楚。另外柠檬酸浓度过高还可能使山药片酸味偏重而影响口感，故选取0.2%、0.6%、1.0%作为正交试验的三个浓度梯度。

图1 柠檬酸浓度对山药片色泽的影响Fig.1 Effect of citric acid concentration on the color of yam tablets

2.1.2 浸渍温度对山药片色泽的影响

如图2所示，不同浸渍温度下进行柠檬酸护色，对干燥后山药片的防褐变效果有所不同，以25～55℃温阶护色得到的山药片样本白色度相对较好。一般来说反应时升高温度可以提高柠檬酸与山药中相关成分之间的作用效果和反应速率，但70℃后白色度反而较低，可能是温度过高同时也能加速褐变的化学反应速率，说明浸渍温度是影响干品山药片的因素之一。

图2 浸渍温度对山药片色泽的影响Fig.2 Effect of temperature of soaking on the color of yam tablets

2.1.3 护色时间对山药片色泽的影响

图3表明不同浸渍时间下进行柠檬酸护色，对干燥后山药片的防褐变效果有所不同，1 min与3min组之间的样品色泽差异较大，护色3 min后则时间对色泽的影响就不显著了，从生产效率来看故选取1、3、5 min作为正交试验的三个时间梯度。

图3 护色时间对山药片色泽的影响Fig.3 Effect of color protection time on the color of yam tablets

2.2 正交试验结果与分析

按L9(34)正交试验以确定山药片柠檬酸护色的最佳工艺参数。因素水平设置见表1，正交实验结果见表2，方差分析见表3。根据表2正交试验结果的极差分析可知，各因素影响干品山药片的各因素主次因素为:柠檬酸浓度（A）＞护色时间（C）＞浸渍温度（B）；其中柠檬酸浓度（A）和护色时间（C）对山药片的护色效果具有显著性影响，浸渍温度（B）对护色效果影响较小。经综合确定山药片干燥前防褐护色的最优工艺参数为：A2B2C2，即柠檬酸浓度0.6%，浸渍温度40℃，护色时间3 min。

表1 护色单因素水平表Tab.1 Factors and levels of color-protecting experiment

表2 正交试验结果Tab.2 The results of orthogonal experiment

表3 方差分析结果Tab.3 Analysis of variance results

2.3 验证试验

为检验正交设计结果的可靠性，按照上述最优工艺对山药片进行护色试验后再进行干燥，重复3次，测得山药片平均白色度为88.76，高于单因素试验及正交试验组中的最大值；同时做对照试验，对照组不做护色处理，其余过程按1.3.1下的步骤进行，同样重复3次，测得未经护色处理的干品山药片平均白色度为75.63，说明本正交试验筛选出来的护色工艺稳定可靠，效果明显。

2.4 不同护色方法的对比试验

为了解柠檬酸单试剂对山药片成品的护色效果及其质量的影响，本实验将优选出的柠檬酸护色工艺与不同的护色方法进行对比验证。对比组设：杀青处理组、复合剂护色组1、复合剂护色组2。杀青组处理方法为：过80°C热水杀青2分钟，冷水冷卻；复合剂1护色组和复合剂2护色组的方法分别参照文献[8]和文献[9]进行，并分别测定常温储存下第1、3、7、14及第30天的白色度，考虑到山药片的综合质量，增加了干燥成品的龟裂率、复水率作为评价指标。相关结果见表4。

由表4可见，在较短的贮存期内柠檬酸组的护色效果不如复合剂组1和复合剂组2，第7天后三者的护色效果差异逐渐减少，至30天时，柠檬酸组的护色效果甚至优于复合剂组2，但护色效果与复合剂组1和2并没有显著性差异。龟裂率是山药片护色后经干燥后开裂的情况，由表4可见柠檬酸组的龟裂率低于其余4组，与对照组、杀青组及复合剂1有显著性差异；质量复水率方面，柠檬酸组的复水率高于复合剂组2和复合剂组1，但与复合剂组1没有具有显著性，说明不同护色成分浸渍后可能对山药成分造成破坏，从而导致复水率降低；干燥时间方面可以看出杀青处理有利于缩短干燥时间，而在化学护色处理的3组中，柠檬酸组的干燥时间是最短的，主要是因为单一试剂护色后不容易引起山药表面结壳，有利于水分蒸发，从生产效率来讲缩短干燥时间也是一个优势。另外化学护色处理的3组护色效果及质量整体优于对照组和杀青处理组。

表4 不同护色方法处理的山药片质量及贮存期间白色度的变化Tab.4 Quality of yam tablets treated with different color protection methods and changes of whiteness during storage

3 讨论

色泽是评价山药等作为商品或中药材等级的重要指标，传统以色白、无色斑、无霉污为佳。据了解山药产地加工时素有硫熏的习惯，通过硫熏漂白，可以使药材外观更好看，卖相增加[9]。但硫熏也导致了药材质量和品质的变化，如SO2残留超标，有效成分破坏、疗效降低，口感变化等[10-12]。因此，《中国药典》原则上不提倡中药材硫熏处理，并对山药片的SO2含量作了严格的限量规定，要求不得超过10 mg/kg。而常用于抑制山药褐变的化学试剂除亚硫酸盐外还有抗坏血酸、柠檬酸等。其中抗坏血酸也具有PPO抑制作用，但它比酚类物质更易被氧化褐变，其剂量和浓度都难以把控，故也不是防止山药褐变的理想试剂[13]；而本研究中的柠檬酸作为一种天然有机酸，在食品的加工中是一种重要的护色剂，既能调节pH，增加抗氧剂的性能，又能通过螯合PPO活性中心的铜离子而抑制其活性，对各类果蔬的防褐应用多有报道。

本试验护色后的山药片是在50℃的烘箱内进行干燥而得到成品，该干燥温度的选择是在此温度下既可使山药原料中PPO和POD的活性保持较低水平，对干燥过程中的酶促褐变有一定的抑制作用；同时又可避免因干燥温度过高而发生非酶褐变反应，从而使干品山药片能保持较好的色泽[14-15]。而将含水率小于10%时设定为干燥终点，是基于中国药典中规定山药片的水分检查不得超过12.0%而制定。

通过因素试验考察得出护色液浓度、浸渍温度、护色时间均能影响干燥后山药片的色泽，通过正交试验设计，以干燥后山药片的白色度为指标，得出山药片干燥前的最佳柠檬酸护色工艺为：当柠檬酸浓度为0.6%，浸渍温度40℃下，护色时间3 min即可使在50℃下干燥的山药片（含水率10%）平均白色度达到88.76。此方法比未护色的干燥山药片成品在白色度方面有显著提高，并与赵喜亭等[8]及韩涛等[9]所使用的无硫复合试剂护色工艺相比，特别是随着存放时间的延长，其对护色效果并没有明显差异，而在某些质量评价指标上甚至还优于复合试剂的护色。这表明单独使用柠檬酸进行合理护色，具有操作简单、快速、安全、成本低廉的特点，可为今后山药的防褐护色提供参考和借鉴。