山药粉制备方法及理化性质研究

王晓民，于章龙，胡晓丽，许爱玲，关望辉，韩丽丽

山西农业大学棉花研究所（运城 044000）

山药属于薯蓣科植物薯蓣（Dioscorea opposita），为多年生缠绕性藤本植物，广泛种植于我国长江以北[1]。山药中含多糖、蛋白质、淀粉、氨基酸、维生素、矿物质、胆碱、薯蓣皂苷、尿囊素等多种营养及功能成分，对调节脾胃、增强免疫、延缓衰老等有重要药理作用[2-3]。《中国药典》收载的山药基原品种专指薯蓣科植物薯蓣（Dioscorea opposita）的干燥根茎，其营养价值、药用价值和经济价值高，是一种具有良好市场前景和产业开发潜力的药食同源的经济食物[4]。随着山药产业规模不断扩大和人们健康消费理念快速升级，如何进一步提升山药营养品质，方便贮存运输及食用性能，实现山药优质化发展，成为科研工作者日益关注的问题。山药大多以鲜品为主，市面上流通的山药产品种类少、口味单一，且因其水分多、易褐变、易断等特点而不利于长期保存和运输[5-6]。为延长保存期并方便食用，通过不同加工方式开发系列山药产品，如山药粉、山药饮料、山药酒、山药醋、山药馒头等[7-15]。山药粉由山药经切片、烘干、粉碎等工艺制成，富含淀粉、多糖等碳水化合物，但多数山药粉均为去皮山药粉，可部分替代淀粉使用，降低了山药的功能特性[16-17]。试验以铁棍山药为材料，通过不同干燥方式加工山药粉及山药全粉，且对其不同理化性质指标进行比较，以期为山药粉、山药全粉加工及山药产品的开发提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

铁棍山药（试验地取材）；硼酸、甲基红、溴甲酚绿、氢氧化钠、硫酸铜、硫酸钾、石油醚、蒽酮、无水葡萄糖、浓硫酸（均为分析纯，天津市大茂化学试剂厂）。

1.2 试验仪器与设备

18ND真空冷冻干燥机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；2 L喷雾干燥机（上海蓝盔电子有限公司）；MA160-1CN水分测定仪（赛多利斯科学仪器有限公司）；HYP-304消化炉（上海纤检仪器有限公司）；K06全自动凯氏定氮仪（上海晟声自动化分析仪器有限公司）；L5紫外分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）；3nh色差计（深圳市三恩时科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 山药粉制备工艺

选料→清洗→沸水煮制→冷却→去皮（不去皮）→切片→护色→干燥→粉碎

1.3.1.1 沸水煮制

将洗净、切段的山药放在沸水中煮30 min。

1.3.1.2 冷却

将煮制好的山药捞出立即放入冷水中冷却至室温。

1.3.1.3 去皮

将沥干水分的山药刮去外皮，挖出黑色斑眼。

1.3.1.4 切片

将去皮后的山药切成2～3 mm薄片。

1.3.1.5 护色

切片后的山药浸泡在0.3%的Na2SO3护色剂中浸泡30 min。

1.3.1.6 干燥

将护色后的山药经喷雾干燥、真空冷冻干燥、热风干燥、微波干燥后制粉，每种处理方式以未去皮为对照。

1.3.1.6.1 喷雾干燥

新鲜铁棍山药经清洗后沸水浴30 min→冷水冷却至室温→沥干→护色30 min打浆（配制料水比1∶2）→过胶体磨→α-淀粉酶酶解、灭酶（100 ℃、15 min）→加入铁棍山药酶解液总固形物含量50%的麦芽糊精→均质（10 min）→浓缩（-0.1 MPa，55 ℃旋转蒸发）→喷雾制粉→成品收集

操作要点：混合护色液的配制（2.0 g/100 g柠檬酸和0.1 g/100 g VC混合均匀）；将清洗过的新鲜怀山药原料于沸水中水浴30 min。

1.3.1.6.2 真空冷冻干燥

将护色好的山药于-80 ℃超低温冰箱预冻12 h，而后置于真空冷冻干燥机冷冻干燥48 h后制粉。

1.3.1.6.3 热风干燥

将洁净铁棍山药切成厚度均匀的片状平铺于干燥网上，放入已设定温湿度的恒温恒湿箱中进行高湿处理（40%相对湿度），进行热风干燥处理。干燥过程中，定时快速取出称重，记录试样随干燥时间质量的变化，直至干基含水率达到安全含水率0.12 g/g时，干燥结束，每个试验点重复3次（换算成干基含水率），取其平均值。

1.3.1.6.4 微波干燥

微波功率580 W、时间104 min。

1.3.1.7 粉碎

将干燥后的切片粉碎后过0.180 mm孔径（80目）筛，置于密封袋中于-20 ℃保存备用。

1.3.2 理化指标测定方法

1.3.2.1 含水率

参考GB 5009.3—2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》方法。

1.3.2.2 蛋白质、脂肪

参考GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》方法。

1.3.2.3 总糖

参考蒽酮比色法。

1.3.2.4 色泽测定方法

用色差计分别测定样品的L、a*、b*值。同时，根据L、a*、b*值算出白度W，试验主要以L值和W值作为山药褐变程度的指标，L值和W值越大，表示颜色越白，褐变越轻。

式中：L为颜色透明度；a*为红绿方向；b*为黄蓝方向。

1.3.2.5 流动性测定方法。

将漏斗固定在铁架台上并与桌面保持垂直，桌面铺张洁净的白纸，纸张不能褶皱，测量漏斗口到白纸的距离（记作H），缓缓将怀山药全粉沿漏斗内壁均匀倒入，测定纸张上形成圆锥体的底部半径（记作R），按照式（2）计算所形成圆锥体与平面的夹角，即休止角（°）。

1.3.2.6 堆积密度测定方法。

将山药粉倒入10 mL量筒中并不断振匀摇实，直至山药粉填充至量筒刻度线处，记录量筒内填充的山药全粉的质量（m），量筒的填充体积（V），并根据式（3）计算怀山药全粉的堆积密度（ρdo）。

1.3.2.7 复水性测定方法

用分析天平称取1 g（精确到0.001 g）怀山药全粉（w）于50 mL离心管中，缓缓加入20 mL蒸馏水后，置于25 ℃恒温水浴锅中静置1 h，以3 000 r/min速度离心25 min，分离上清液和沉淀物，称取沉淀物的质量（w2），即为复水怀山药全粉的质量，复水性（RR）按式（4）计算。

式中：RR为怀山药全粉复水性；w1为复水前怀山药全粉质量，g；w2为复水后怀山药全粉质量，g。

1.3.2.8 冲调性测定方法。

称5.0 g山药粉，采用80 ℃的水配制浓度5%（w/w）的山药粉悬浮液，用玻璃棒搅拌，同时记录从加水开始到完全分散所需时间，以此作为样品分散时间；将液体搅拌均匀，静置的同时计时，待液体完全分层后停止计时，以此作为样品分散稳定时间。冲调过程中观察有无团块，杯底有无沉淀，体系是否稳定。每项测定均重复3次，取其平均值。

1.3.2.9 溶解度测定方法。

称取5.0 g山药粉（m），采用80 ℃的水将其配制成5%的粉悬浮液，在80 ℃恒温水浴中搅拌30 min，离心取上清液，在105 ℃烘箱中烘制恒重，称重（m2）。

1.4 数据分析

对每项指标均设独立重复试验3次。用SPSS 22.0 Duncan方差分析比较处理组间差异显著性，显著性水平P＜0.05。用Excel作图。

2 结果与分析

2.1 含水率

由图1可知，在不同干燥方式下，未去皮山药粉的含水率均高于去皮山药粉，且热风干燥未去皮山药粉含水率最高，显著高于其他处理组。在不同干燥方式下去皮山药粉含水率差别不显著。真空冷冻干燥、微波干燥法未去皮与去皮山药粉差异不大，说明此两种方法对未去皮与去皮山药粉干燥效果相近且较好。

图1 不同干燥方式及去不去皮对山药粉含水率的影响

2.2 蛋白质含量

由图2可知，在不同干燥方式下，未去皮山药粉蛋白质含量均显著高于去皮山药粉，但不同干燥方式处理组间，山药粉蛋白质含量差异不显著。

图2 不同干燥方式及去不去皮对山药粉蛋白质含量的影响

2.3 脂肪含量

由图3可知，真空冷冻干燥去皮山药粉中脂肪含量最高，热风干燥去皮山药粉中脂肪含量最低。除热风干燥外，在不同干燥处理下，未去皮山药粉脂肪含量均低于去皮山药粉。说明热风干燥对脂肪损失影响严重，且去皮与否对山药粉脂肪含量影响也较大。

图3 不同干燥方式及去不去皮对山药粉脂肪含量的影响

2.4 总糖含量

由图4可知，在不同干燥方式下，未去皮山药粉总糖含量均显著高于去皮山药粉。在不同干燥方式下，未去皮山药粉之间总糖含量差异不显著，且去皮山药粉之间差别不大。

图4 不同干燥方式及去不去皮对山药粉总糖含量的影响

2.5 色泽

由图5可知，真空冷冻干燥去皮山药粉白度最高，喷雾干燥去皮山药粉白度次之，且显著高于其他处理组，其余干燥方式下山药粉白度较低，均在50以下。说明皮层对山药粉色泽影响较大，且热风干燥和微波干燥处理方式对山药粉色泽影响严重。

图5 不同干燥方式及去不去皮对山药粉白度的影响

2.6 流动性

由图6可知，不同干燥方式及去皮与未去皮的山药粉流动性差异不显著，说明不同干燥方式对流动性影响不强。

图6 不同干燥方式及去不去皮对山药粉流动性的影响

2.7 堆积密度

由图7可知，堆积密度表示相同体积下，粉末质量不同。热风干燥法未去皮山药粉堆积密度最高，且显著高于其他处理组，喷雾干燥去皮山药粉堆积密度最低。

图7 不同干燥方式及去不去皮对山药粉堆积密度的影响

2.8 复水性

由图8可知，不同干燥方式及去皮与未去皮山药粉复水性差异不显著。

图8 不同干燥方式及去不去皮对山药粉复水性的影响

2.9 冲调性

由图9可知，在4种干燥方式中，喷雾干燥山药粉分散时间最长，其他3种干燥方式的分散时间差异不大。同一种干燥方式下，均以去皮的山药粉分散时间长。真空冷冻干燥和微波干燥方式下，去皮和未去皮的山药粉所需的分散时间差异较小。

图9 不同干燥方式及去不去皮对山药粉分散时间的影响

由图10可知，在喷雾干燥和真空冷冻干燥方式下，冲调未去皮山药粉所需的稳定时间较长，其余2种干燥方式下所需的稳定时间较短。去皮山药粉在喷雾干燥下所需的稳定时间最长，其余3种干燥方式下稳定时间均较短，且差异不大。同一种干燥方式下，均以冲调未去皮的山药粉稳定时间长，喷雾干燥和真空冷冻干燥方式下，冲调去皮与未去皮山药粉所需的稳定时间差异较大，其余2种干燥方式下所需的稳定时间差异不大。

图10 不同干燥方式及去不去皮对山药粉稳定时间的影响

在喷雾干燥处理下，冲调山药粉所需的分散时间和稳定时间最长，喷雾干燥未去皮山药粉所需的冲调时间长于去皮山药粉。而微波去皮干燥法下冲调山药粉所需的分散时间和稳定时间最短，且去皮与未去皮的山药粉在微波干燥法下冲调所需的时间差异不大。

2.10 溶解度

由图11可知，热风干燥未去皮山药粉溶解度最高，喷雾干燥未去皮山药粉溶解度最低。去皮山药粉在4种干燥方式下溶解度差异不显著。喷雾干燥和真空冷冻干燥方式下，去皮山药粉溶解度高，热风干燥和微波干燥方式下，未去皮的山药粉溶解度高。说明不同处理方式对溶解影响较大。

图11 不同干燥方式及去不去皮对山药粉溶解度的影响

3 讨论

以铁棍山药为试验材料，将未去皮和去皮山药分别经喷雾干燥、真空冷冻干燥、热风干燥和微波干燥后制备熟粉，探究4种干燥方式对山药粉含水率、蛋白质等理化性质的影响。结果表明，在同种干燥方式下，去皮后相对未去皮的山药，含水量、蛋白质含量和总糖含量均减少且差异显著，流动性、复水性和分散时间无明显差异。去皮后稳定时间相对减少，其中喷雾干燥和真空冷冻干燥差异显著，可见去皮后更容易干燥粉碎，但会流失部分营养成分。除了热风干燥，其余3种干燥方式下去皮后的脂肪含量均增加。同时去皮后的山药在喷雾干燥和真空冷冻干燥条件下的白度增加极显著，溶解度也增加，而热风干燥与微波干燥去皮后的山药粉白度不增反减，溶解度也减少，可能是因为热风干燥和微波干燥均需经过高温，易造成产品糊化，同时影响果胶质地特性和分子间结合力，易造成颗粒聚合，形成凝胶，减少溶解度[18]。除了微波干燥，其余干燥方式下去皮的堆积密度均减少，这可能是因为微波干燥在干燥过程中就施加一定振压，故粉体紧实度较高。

具体比较4种干燥方式发现，4种干燥方式下的蛋白质含量、流动性、去皮后的溶解度差异不大。其中，喷雾干燥稳定时间最长且差异极显著，脂肪含量较高，去皮后的含水量较低，白度相对热风干燥和微波干燥差异极明显，但其冲调山药粉所需的分散时间最长，堆积密度和复水性最低，说明该方法可能使堆积群内空气增多，粉颗粒形成的团粒增大进而影响产品包装、运输和使用，这与彭涛等[19]所得的喷雾干燥法相对热风干燥法复水性高、分散时间短的结果有出入，分析原因可能是山药浆料液黏度较大，造成设备喷头堵塞、产生挂壁现象，或者进口温度不合适，影响产品性质[20]。可见喷雾干燥法基本能保护产品特性，有效保留食物的色泽、营养。

真空冷冻干燥的优越性集中表现在色泽上，白度是喷雾干燥近2倍，是热风和微波干燥的7倍左右。同时，脂肪、蛋白质含量最高，相对喷雾干燥，该方法虽然稳定时间缩短，但复水性、堆积密度明显提高，分散时间大大缩短，说明制得的粉粒更小，表面积增大，冲调性提高。整体来说，真空冷冻干燥所得粉的营养成分损失是最少的，质量是最好的，这与金金[21]、聂希瑞等[22]、彭涛等[19]的研究结果一致。此外，该方法有效规避喷雾干燥的弊端，冲调性提高，更方便携带、运输。

热风干燥含水量最低，脱水效果最好，且去皮、未去皮差异最大，未去皮时的溶解度最高，堆积密度相对前两种方法增加明显，尤其未去皮时是最高的，复水性和冲调性的相关指标和真空冷冻干燥的差异不明显，但脂肪含量最低，白度较低，对粉质影响较大。其中，复水性和冲调性相对彭涛等[19]的结果要好，可能是山药品种不同，也可能是试验使用的是优化后的干燥技术。

微波干燥分散时间最短，去皮后的堆积密度最高，总糖、脂肪含量较高，溶解度和热风干燥差异不大，均较高，但其白度最低。可见该方法对粉的色泽影响最大，但对粉营养成分的影响相对热风干燥小，而且整体冲调性和便携性较好。

4 结论

综上比较，真空冷冻干燥技术最佳，制出的粉色泽好，营养成分损失少，冲调性较好。微波干燥次之，虽然制粉色泽不如其他3种干燥技术，但其余指标均表现尚佳。再次是热风干燥，其脱水效果较好，但对营养成分的损害相对较大。未去皮山药粉营养较高，可考虑不去皮制粉，减少工艺，加之设备操作简单，制粉成本较低。喷雾干燥相对优势不明显，仅表现在制粉白度及稳定时间相对较好。不同的干燥技术各有利弊，可根据不同的生产需求，选择适宜的干燥技术。同时不断改进或者创造新技术在山药加工中的应用仍是大势所趋。