噴霧干燥法制備紫薯全粉的研究

王藝杉　顧晶晶　屈慧如　劉芳　郭靚　高路

摘要：以紫薯為原料，采用噴霧干燥法制備紫薯全粉，研究進風溫度、出風溫度、進料濃度及噴霧壓力對紫薯全粉碘藍值及基本成分、品質特性的影響。通過正交試驗確定噴霧干燥法制備紫薯全粉的最優工藝條件為噴霧壓力1.8 kg/cm2、進風溫度180 ℃、進料濃度14 g/100 g、出風溫度90 ℃，此時碘藍值為27.01。與熱風干燥相比，噴霧干燥法制備的紫薯全粉粗蛋白、淀粉、花色苷損失較少。進一步測定紫薯全粉的加工特性，其持水性比持油性好；3%鹽溶液、9%糖溶液或pH 值3溶液均有助于提高其膠凝特性；添加一定量的食鹽可提高其凝膠的凍融穩定性。

關鍵詞：紫薯全粉；噴霧干燥；成分；特性

中圖分類號：TS215 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2019）01-0060-04

紫薯除含有普通紅薯的營養成分外，還富含花青素、硒元素、纖維素等。紫薯全粉是一種脫水制品，在加工中基本保持了細胞的完整性，復水即可獲得新鮮的薯泥，具有新鮮紫薯的營養、風味、口感，并具有良好的再加工性。紫薯全粉在常溫下能安全儲藏18個月，儲存期是鮮紫薯的2倍。企業可采用紫薯全粉的形式來大規模保存紫薯，大幅減少庫容，節約固定資產投入。目前，我國對紫薯全粉加工研究較少，本課題研究噴霧干燥法制備紫薯全粉，以期為紫薯深加工提供理論與技術支持，促進特色農產品綜合利用及產業化開發。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紫薯：紫羅蘭品種，購自華潤萬家。碘：濟寧宏明化學試劑有限公司；檸檬酸：蘇州呈宇晨化工科技有限公司；亞硫酸鈉：吳江杰達化工有限公司；磷酸氫二鈉：北京世紀拓鑫精細化工有限公司；氯化鈉：無錫亞泰聯合化工有限公司；蔗糖：北京康普匯維科技有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器設備

YP2001N型電子天平：上海精密科學儀器有限公司；DZKW-4型電子恒溫水浴鍋：成都禹道商貿有限公司；722s型可見分光光度計：上海棱光技術有限公司；FC5706小型臺式多功能離心機：廣州深華公司；SD-1500型噴霧干燥機：上海沃迪智能裝備股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫薯全粉制備工藝 新鮮紫薯→篩選→清洗→去皮→切片→護色→浸鈣→添加乳化劑→噴霧干燥→粉碎→過篩→成品。

1.3.2 紫薯全粉基本成分的測定 1） 水分的測定參照GB 5009.3—2010；灰分的測定參照GB/T 5505—2008；淀粉的測定參照 GB/T 5009.9—2008中的酸水解法；蛋白質的測定參照GB 5009.5—2010中的凱氏定氮法；粗纖維的測定參照GB/T 5009.10—2003植物類食品中粗纖維的測定。2） 花色苷含量的測定：稱取紫薯全粉樣品1.0 g，加入50 mL 0.1 mol/L檸檬酸水溶液中，于60 ℃水浴浸提1 h后移入塑料離心管，在5 000 r/min條件下離心10 min。取5 mL上清液于試管中，用0.1 mol/L檸檬酸水溶液稀釋至10 mL。對照空白組在定容前加入0.5 mL 100 g/L亞硫酸鈉溶液。將樣品于400～600 nm范圍內掃描，在最大波長下測定吸光值。

1.3.3 紫薯全粉碘藍值的測定 取100 mL容量瓶，加蒸餾水至近刻度，于65.5 ℃預熱，準確稱取0.50 g樣品倒入容量瓶，定容，攪拌5 min，靜置1 min，過濾。吸取5 mL的濾液于50 mL容量瓶中，加入1 mL 0.02 mol/L的碘標準溶液，定容，以空白試劑作為對照組。在650 nm波長下測定樣品的吸光值A，并按經驗公式計算碘藍值。碘藍值=A×54.2+5。

1.3.4 紫薯全粉制備工藝參數的確定 在單因素試驗的基礎上，以對紫薯全粉細胞破損程度影響較大的進風溫度、出風溫度、進料溫度及噴霧壓力為考察因素，以紫薯全粉碘藍值為指標，采用L9（34）正交試驗，確定噴霧干燥制備紫薯全粉的最佳工藝參數。碘藍值越高表明細胞中游離的淀粉越多，全粉細胞被破壞的程度就越高，產品的品質相對較差。

1.3.5 紫薯全粉品質性質的研究 1） 紫薯全粉的持水性與持油性。① 準確稱取1.0 g樣品加入離心管中，稱質量W1，用移液管加入30 mL蒸餾水，在沸水加熱下攪拌15 min 后冷卻至室溫，3 000 r/min離心20 min，上清液倒出，離心管倒置于桌面上，下面墊吸水紙，靜置10 min，水分瀝清后稱質量W2。按公式計算持水性。

WHC=（W2-W1）/樣品質量

式中：W1為樣品和離心管總質量，g；W2為瀝干水分后物料與離心管總質量，g。

② 準確稱取1.0 g樣品于離心管中，稱質量W1，用移液管加入30 mL芝麻油，在沸水加熱下攪拌20 min，冷卻至室溫，3 000 r/min離心15 min，將上層液體小心倒出，將離心管倒置15 min，油瀝盡后稱質量W2。按公式計算持油性。

OHC=（W2-W1）/樣品質量

式中：W1為樣品和離心管總質量，g；W2為瀝干水分后物料與離心管總質量，g。

2） 紫薯全粉的膠凝特性。取5支試管，各加入0.1 g樣品，再分別加入2 mL pH值為3，4，5，6，7的檸檬酸—磷酸氫二鈉緩沖溶液、濃度為1%，2%，3%，4%，5%的氯化鈉溶液及濃度為5%，7%，9%，10%，13%的蔗糖溶液混勻。于沸水浴加熱8 min后取出，室溫下冷卻5 min后置于冰水中冷卻20 min，放平試管1 h，測定凝膠液流程。

3） 紫薯全粉的凍融穩定性。取離心管稱質量W1，準確稱取2.0 g樣品加入離心管中，用移液管分別準確加入20 mL pH值為3，4，5，6，7的檸檬酸—磷酸氫二納緩沖溶液、濃度為1%，2%，3%，4%，5%的氯化鈉溶液及濃度為5%，7%，9%，10%，13%的蔗糖溶液。于沸水浴中加熱8 min后取出，冷卻后置于

-18 ℃冰箱中凍結24 h，于室溫下完全解凍后，3 000 r/min離心15 min，取出稱質量W2，仔細倒出上層液體，瀝盡水后稱質量W3。以析水率表示凍融穩定性的大小。

析水率=（W2-W3）/（W2-W1）

式中：W1為離心管質量，g；W2為解凍離心后物料與離心管總質量，g；W3為瀝盡水后物料與離心管總質量，g。

2 結果與分析

2.1 噴霧干燥工藝

2.1.1 噴霧干燥工藝條件的優化 噴霧干燥工藝條件正交試驗結果及極差分析見表1。

極差R反映因素水平的波動和試驗指標的變動幅度，R越大，說明該因素對試驗指標的影響越大。由表1可知：RD>RA>RC>RB，說明因素D對紫薯全粉破損影響最大，因素A次之，因素B影響最小。由極差分析得到，噴霧干燥制備紫薯全粉的最優水平組合為D3A1C2B2，即優化的最佳工藝條件為噴霧壓力1.8

kg/cm2、進風溫度180 ℃、進料濃度14 g/100 g、出風溫度90 ℃；在此條件下進行驗證試驗，得到的紫薯全粉碘藍值為27.01。

2.1.2 干燥對紫薯全粉基本成分的影響 經噴霧干燥和熱風干燥后紫薯全粉基本成分的變化情況見表2。

由表2可知：熱風干燥（95～105 ℃）產品的粗纖維含量較高，這可能是因為粗纖維穩定性較好，常規溫度下加工損失少；而噴霧干燥（100～200 ℃）溫度較高，對纖維有破壞作用。但噴霧干燥對紫薯全粉粗蛋白和淀粉均有較好的保護作用，因為其干燥時間很短。與熱風干燥相比，噴霧干燥過程中紫薯全粉的花色苷損失較少，這是因為瞬間高溫干燥對花色苷破壞程度較小，而熱風干燥可能由于酶或熱降解而導致花色苷損失。

2.2 紫薯全粉加工特性

2.2.1 持水性和持油性 噴霧干燥法制備的紫薯全粉的持水性與持油性測定結果如圖1所示。

由圖1可以看出：噴霧干燥法制備紫薯全粉的持水性比持油性好，可將其添加到飲料、餅干、糕點中。

2.2.2 膠凝特性 凝膠液流程越遠表示其膠凝特性越差。不同條件下紫薯全粉的膠凝特性測定結果如圖2所示。

由圖2可以看出：pH值3溶液、3%鹽溶液、9%糖溶液膠凝流程分別最短，即這3種溶液可提高紫薯全粉的膠凝特性。適當條件下溶膠轉變為凝膠在食品加工中可用來增稠，提高產品的吸水性，對穩定顆粒粘結、乳濁液及泡沫有積極作用。

2.2.3 凍融穩定性 凍融析水率可以反映產品低溫條件下的穩定性，析水率低則凍融穩定性好。不同條件下紫薯全粉的析水率測定結果如圖3所示。

由圖3可以看出：酸性條件下紫薯全粉凍融穩定性較高，且隨pH 值減小，凍融穩定性提高；添加一定量食鹽可以提高紫薯全粉凝膠的凍融穩定性，而添加蔗糖幾乎無影響。

3 結論

通過正交試驗得到噴霧干燥法制備紫薯全粉的最優工藝條件為噴霧壓力1.8 kg/cm2、進風溫度180 ℃、進料濃度14 g/100 g、出風溫度90 ℃，此時全粉碘藍值為27.01；與熱風干燥法相比，噴霧干燥法制備的紫薯全粉基本成分損失較少。這說明噴霧干燥能夠盡可能地保持紫薯營養及結構的完整性，使紫薯全粉表現出較好的品質特性，拓寬其作為食品原料或輔料等方面的應用前景。

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