李清明 李志雅 張麗茹 趙小梅 熊興耀 蘇小軍

摘要：【目的】優(yōu)化淮山片變溫壓差干制工藝，并研究該工藝對淮山片結(jié)構(gòu)和主要功能成分的影響，為利用變溫壓差干制技術(shù)生產(chǎn)高品質(zhì)淮山干制品提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳詮?fù)水比、色澤和收縮率為評價(jià)指標(biāo)，結(jié)合模糊評判，采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化淮山片變溫壓差干制工藝條件，研究膨化溫度（X1）、抽空溫度（X2）和抽空時(shí)間（X3）對淮山片變溫壓差干制效果的影響規(guī)律，以及變溫壓差干制工藝對淮山片品質(zhì)的影響?！窘Y(jié)果】建立了淮山片綜合評分（Y）的回歸方程：Y=6.97-0.63X1-1.61X2-1.07X3+0.38X1X2-0.14X1X3+0.044X2X3-0.67X12-0.57X22-0.92X32（R2=0.9396），3個因素對淮山片綜合評分均有極顯著影響（P<0.01）。淮山片變溫壓差干制最佳工藝參數(shù)為：膨化溫度87 ℃、抽空溫度74 ℃、抽空時(shí)間138 min，在此條件下所制備的淮山片復(fù)水比為1.82，色澤L為91.32，收縮率為36.12%，綜合評分為8.71分，得到的淮山片片形較好，黃酮和尿囊素保存率高?！窘Y(jié)論】通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化得到的變溫壓差干制工藝能較好地保持淮山片片形、保留淮山活性成分，可有效應(yīng)用于淮山片的干制，建立的模型能用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞： 淮山片；變溫壓差干制；二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)

中圖分類號： TS201.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）10-1743-06

0 引言

【研究意義】淮山為山藥科薯蕷屬植物，是許多熱帶國家人民的重要主食（Hsu et al.，2003；Badmus et al.，2013），在我國屬藥食同源食物，具有補(bǔ)脾、養(yǎng)肺、固腎、益精等多種功效（李樹英等，1994），深受消費(fèi)者青睞。但由于鮮淮山水份含量高，易腐爛，不耐貯藏，為解決淮山的貯藏和周年供應(yīng)問題，可將淮山干制成片或淮山粉（Mestres et al.，2004）。因此，研究淮山片干制工藝，對淮山深加工利用具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】目前國內(nèi)對淮山片干制技術(shù)的研究主要集中在護(hù)色、熱風(fēng)干燥、微波干燥和冷凍干燥等方面。陳艷珍（2009）、任廣躍等（2010）對淮山片的微波干燥特性進(jìn)行了研究，得到淮山片的最佳微波干制條件；黃艷斌等（2014）對淮山干燥過程的無硫工藝進(jìn)行了研究，得到優(yōu)化的無硫護(hù)色配方；任煒和段續(xù)（2016）對鮮切懷山藥的等溫吸濕特性進(jìn)行模擬，得到預(yù)測懷山藥玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與水含率關(guān)系的擬合方程。目前淮山片干制的主要方法是熱風(fēng)干燥，但此法存在干燥時(shí)間長、能耗高、活性成分損失大等問題。變溫壓差干制是一種新型干制技術(shù)，具有節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，已有不少學(xué)者對其機(jī)理、工藝及其應(yīng)用方面開展了研究，該技術(shù)已應(yīng)用于馬鈴薯（畢金峰和魏益民，2008）、菠蘿（畢金峰等，2009）、芒果（賴必輝等，2011）和紅棗（于靜靜等，2011）等果蔬的干燥。【本研究切入點(diǎn)】目前尚無利用變溫壓差技術(shù)干制淮山片的研究報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以復(fù)水比、色澤、收縮率為評價(jià)指標(biāo)，結(jié)合模糊評判，采用二次旋轉(zhuǎn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，考察膨化溫度、抽空溫度和抽空時(shí)間對淮山片變溫壓差干制效果的影響；在前期確定的工藝基礎(chǔ)上，優(yōu)化淮山變溫壓差干制工藝，同時(shí)考察變溫壓差干燥對淮山片主要功能成分和結(jié)構(gòu)的影響，為利用變溫壓差干制技術(shù)生產(chǎn)高品質(zhì)淮山干制品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

淮山購自湖南省雙峰縣青樹坪鎮(zhèn)金土地農(nóng)業(yè)合作社，采挖后立即運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室。主要儀器設(shè)備：變溫壓差果蔬干燥機(jī)（QDPH-V5，天津市勤德新材料科技有限公司）；色彩色差儀（CR-400，柯尼達(dá)美能達(dá)公司）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9246，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；微波爐（KD23B-DA，美的微波電器制造有限公司）；真空冷凍干燥機(jī)（Bencbtop K，美國VirTis公司）；粉碎機(jī)（FW-135，北京市永光明醫(yī)療儀器廠）；掃描電鏡（JSM-6380LV，日本電子株式會社）；高效液相色譜（1260型，美國安捷倫公司）。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 變溫壓差工藝流程 淮山→分選→清洗→去皮→切片→護(hù)色→干燥→冷卻→分級→包裝。

1. 2. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)前期單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇膨化溫度（X1）、抽空溫度（X2）、抽空時(shí)間（X3）3個因素進(jìn)行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)合模糊評判，分析3個因素對淮山片復(fù)水比、色澤和收縮率的影響。因素水平編碼設(shè)計(jì)見表1。

1. 2. 3 不同干燥方式比較 選取新鮮淮山，去除壞損，用清水洗掉表面泥土，去皮切片，分別進(jìn)行不同干燥方式干燥。熱風(fēng)干燥：60 ℃，10 h；微波干燥：600 W，15 min；真空冷凍干燥：預(yù)凍-30 ℃，24 h，凍干時(shí)間9 h；變溫壓差干制：膨化溫度87 ℃，抽空溫度74 ℃，抽空時(shí)間138 min，停滯時(shí)間5 min。比較各干燥方式對淮山片纖維結(jié)構(gòu)、尿囊素和黃酮含量的影響。

1. 3 測定指標(biāo)及方法

水含量和收縮率分別采用直接干燥法和比容法測定。復(fù)水比：在30 ℃條件下，將2.5 g樣品置于50 mL水中浸泡30 min，取出后置于鋼篩上自然瀝水5 min，稱質(zhì)量計(jì)算，復(fù)水比=（m2-m1）/m1，式中，m1、m2分別為復(fù)水前后樣品重量（g）。色澤：用粉碎機(jī)粉碎淮山片，利用色彩色差計(jì)測定；L是明度指數(shù)，可用來表示產(chǎn)品色澤變化；本研究所用淮山為白色，可直接用L反映原料加工后的變色程度。色澤L越大，表示淮山片顏色越接近白色，褐變越輕（Hsu et al.，2003）。掃描電鏡采用MSAJE法（Yeh et al.，2013）；尿囊素（Fu et al.，2006）和黃酮（Yeh et al.，2013）含量采用高效液相色譜法測定。

1. 4 模糊評判

采用模糊評判進(jìn)行綜合評分（王軍鋒等，2012）。

1. 4. 1 確定模糊評判指標(biāo)集 以復(fù)水比（Y1）、色澤L（Y2）、收縮率（Y3）為評價(jià)指標(biāo)集，記為U，U={Y1，Y2，Y3}。

1. 4. 2 確定評價(jià)對象因素集對應(yīng)的隸屬度函數(shù) 采用復(fù)水比、色澤L和收縮率3個指標(biāo)對淮山片的品質(zhì)進(jìn)行評定，每個指標(biāo)評定采用10分為滿分，最低分為0分。3個指標(biāo)中若有一個指標(biāo)記為0分，則該樣品評定為不合格。每個指標(biāo)的品質(zhì)隸屬度函數(shù)分別為：

1. 4. 3 確定被評指標(biāo)權(quán)重集 根據(jù)淮山片特點(diǎn)確定3個單因素在總評判中的比重分別為復(fù)水比45%、色澤L 35%、收縮率20%，即權(quán)重集A={0.45，0.35，0.20}。

1. 5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析，所有數(shù)據(jù)重復(fù)測定3次，計(jì)算平均值。

2 結(jié)果與分析

2. 1 回歸模型及其參數(shù)分析

測定復(fù)水比、色澤L和收縮率，并根據(jù)1.4進(jìn)行綜合評分，結(jié)果見表2。利用Design-Expert 8.0.6對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到復(fù)水比、色澤L、收縮率和綜合評分的模型：Y1=1.78-0.00083X1-0.11X2-0.10X3+0.049X1X2-

0.034X1X3-0.00375X2X3-0.12X12-0.023X22-0.06X32；Y2=

90.80-0.72X1-2.58X2-1.34X3+0.029X1X2+0.059X1X3-

0.036X2X3-0.69X12-1.83X22-1.46X32；Y3=64.97+7.31X1+

5.10X2+7.84X3-1.99X1X2+0.19X1X3+0.084X2X3-5.39X12-

1.88X22-0.65X32；Y4=6.97-0.63X1-1.61X2-1.07X3+0.38

X1X2-0.14X1X3+0.044X2X3-0.67X12-0.57X22-0.92X32。

檢驗(yàn)各方程回歸系數(shù)，可得決定系數(shù)R2（表3），各方程R2均大于或接近于0.8000，說明各方程模擬結(jié)果均有可信度，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由表3可知，影響淮山片復(fù)水比的主次順序依次為：X2>X3>X1，其中X2和X3有極顯著影響（P<0.01，下同），而X1對復(fù)水比影響不顯著（P>0.05，下同）；X2對淮山片的色澤L影響極顯著，X3影響顯著（P<0.05，下同），X1影響不顯著；X1、X2和X3對淮山片的收縮率均有極顯著影響，影響程度排序?yàn)椋篨3>X1>X2。綜合評分模型的R2為0.9396，說明方程具有一定的指導(dǎo)意義，預(yù)測的精確度高。X1、X2、X3和X12、X22、X32對淮山片的綜合評分均有極顯著影響，X1X3和X2X3對綜合評分有顯著影響。

2. 2 各因素效應(yīng)分析

為考察各因素交互作用的影響，固定其中1個因素為0水平，考察另外兩個因素對淮山片復(fù)水比、收縮率、色澤L和綜合評分的影響，繪出交互效應(yīng)圖（圖1～圖4）。

由圖1可以看出，淮山片復(fù)水比隨膨化溫度的升高而增大，當(dāng)膨化溫度達(dá)90 ℃時(shí)，復(fù)水比達(dá)最大值，之后隨膨化溫度升高而下降；復(fù)水比隨抽空溫度的升高而下降；復(fù)水比隨抽空時(shí)間的延長而升高，在132 min時(shí)達(dá)最大值，之后下降。

由圖2可以看出，淮山片色澤L則在膨化溫度84 ℃時(shí)達(dá)最大值后下降；色澤L隨抽空溫度升高呈先上升后下降的變化趨勢，在抽空溫度86 ℃時(shí)達(dá)最大值；色澤L隨抽空時(shí)間延長也呈先升后降的變化規(guī)律，色澤L在抽空時(shí)間為150 min時(shí)達(dá)最大值。

由圖3可以看出，淮山片收縮率隨膨化溫度的升高而上升，當(dāng)膨化溫度為96 ℃時(shí)達(dá)最大值，之后略有下降；淮山片收縮率則隨抽空溫度的升高而上升，隨抽空時(shí)間的延長呈增大趨勢。

由圖4可以看出，3個因素對淮山片的綜合評分均有顯著影響，淮山片的綜合評分隨膨化溫度、抽空溫度的升高和抽空時(shí)間的延長均呈先升后降趨勢。

2. 3 淮山片變溫壓差干制最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

根據(jù)綜合評分回歸方程計(jì)算得到淮山片變溫壓差干燥最優(yōu)工藝參數(shù)：膨化溫度87 ℃、抽空溫度74 ℃、抽空時(shí)間138 min，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到淮山片復(fù)水比為1.82，色澤L為91.32，收縮率為36.12%。根據(jù)1.4計(jì)算得到綜合評分為8.71分，與預(yù)測值8.68分接近，說明模型參數(shù)優(yōu)化合理，擬合模型能較好地應(yīng)用于淮山片變溫壓差干制過程控制和結(jié)果預(yù)測。

2. 4 變溫壓差干制對淮山片顯微結(jié)構(gòu)的影響

目前淮山片主要的干制方式是熱風(fēng)干燥，故對變溫壓差干燥和熱風(fēng)干燥的淮山片進(jìn)行掃描電鏡觀察，結(jié)果見圖5。經(jīng)熱風(fēng)干燥的淮山片內(nèi)部干縮嚴(yán)重，水分散失后其內(nèi)部局部產(chǎn)生空腔，但大部分區(qū)域結(jié)構(gòu)較致密；而經(jīng)過變溫壓差膨化干燥的淮山片內(nèi)部形成多孔狀結(jié)構(gòu)，空腔大且分布較均勻。感官表現(xiàn)為變溫壓差膨化的淮山片收縮不如熱風(fēng)干燥嚴(yán)重，能基本保持良好的片形。

2. 5 變溫壓差干制對淮山片中黃酮和尿囊素等功能成分的影響

尿囊素是淮山的重要功能成分，具有抑菌消炎、鎮(zhèn)痛、抵抗刺激物等作用（Fu et al.，2006），黃酮含量是淮山中抗氧化活性的重要指標(biāo)（Yeh et al.，2013）。對變溫壓差干制的淮山片與熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空冷凍干燥的淮山片中黃酮和尿囊素含量進(jìn)行比較分析，結(jié)果（圖6）表明，4種干燥方式對淮山片中黃酮和尿囊素含量影響顯著，其中，變溫壓差干制淮山片的黃酮保存率僅低于真空冷凍干燥，顯著高于熱風(fēng)干燥和微波干燥；變溫壓差干制淮山片的尿囊素保存最好，顯著高于其他3種干燥方式。

3 討論

本研究選擇復(fù)水比、色澤和收縮率為評價(jià)指標(biāo)，建立隸屬度函數(shù)，采用模糊評判對淮山片品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，并構(gòu)建了淮山片綜合評分的回歸方程。經(jīng)方差分析可知，膨化溫度、抽空溫度和抽空時(shí)間及其平方項(xiàng)對淮山片綜合評分的影響極顯著。優(yōu)化的變溫壓差干制工藝參數(shù)為：膨化溫度87 ℃、抽空溫度74 ℃、抽空時(shí)間138 min，在此條件下，得到的淮山片復(fù)水比為1.82，色澤L為91.32，收縮率為36.12%?；貧w分析結(jié)果表明，回歸模型的決定系數(shù)R2=0.9396，說明該回歸模型顯著，擬合度好。通過優(yōu)化工藝條件制備的淮山片，不僅色澤好，片形良好，黃酮和尿囊素含量也保存良好。相對于冷凍干燥，變溫壓差干制成本低、時(shí)間短；相對于熱風(fēng)干燥，變溫壓差干制能夠產(chǎn)生較均勻的質(zhì)地結(jié)構(gòu)，能有效避免淮山在普通熱風(fēng)干制中出現(xiàn)的外觀嚴(yán)重收縮或開裂現(xiàn)象，制備的產(chǎn)品品質(zhì)更佳。與韓波等（2012）采用無硫方法制作山藥飲片相比較，變溫壓差干制同為無硫方法，但干燥溫度低，更利于活性物質(zhì)的保存。

變溫壓差膨化干制由于膨化溫度相對較低、時(shí)間較短，故能較好地保留淮山中的活性成分。但由于淮山不像菠蘿、芒果等其他果蔬具有濃郁的果香味，因此采用相對低溫的變溫壓差技術(shù)進(jìn)行干制時(shí)，得到的產(chǎn)品難以形成獨(dú)特的淮山風(fēng)味，如何結(jié)合其他干燥工藝進(jìn)行聯(lián)合干制，使制得的淮山片具有良好的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，使之適合作為即食型休閑食品的開發(fā)還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化得到的變溫壓差干制工藝能較好地保持淮山片片形、保留淮山活性成分，可有效應(yīng)用于淮山片的干制，建立的模型能用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

畢金峰，方蕾，丁媛媛，王沛，白沙沙. 2009. 菠蘿變溫壓差膨化干燥工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，25（10）：344-349.

Bi J F，F(xiàn)ang L，Ding Y Y，Wang P，Bai S S. 2009. Optimization of explosion puffing drying for pineapple at variable temperature and pressure difference[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，25（10）：334-339.

畢金峰，魏益民. 2008. 馬鈴薯片變溫壓差膨化干燥影響因素研究[J]. 核農(nóng)學(xué)報(bào)，22（5）：661-664.

Bi J F，Wei Y M. 2008. Effect of processing factors of explosion puffing on potato chips quality[J]. Journal of Nuclear Agricultural Sciences，22（5）：661-664.

陳艷珍. 2009. 微波真空聯(lián)合干燥懷山藥的研究[D]. 鄭州：河南科技大學(xué).

Chen Y Z. 2009. Studies on combination drying of Chinese yam with microwave and vacuum[D]. Zhengzhou：Henan University of Science and Technology.

韓波，馬曉莉，郝麗靜，趙清，曹松云. 2012. 無硫山藥飲片加工工藝優(yōu)選[J]. 中藥材，35（6）：880-883.

Han B，Ma X L，Hao L J，Zhao Q， Cao S Y. 2012. Optimization of processing technology for pieces of sulfur-free Chinese yam[J]. Journal of Chinese Medicinal Materials，35（6）：880-883.

黃艷斌，李星琪，張洵，熊偉成，陳厚榮. 2014. 鮮山藥片干制過程中的無硫護(hù)色劑配方優(yōu)化[J]. 食品工業(yè)科技，35（12）：324-329.

Huang Y B，Li X Q，Zhang X，Xiong W C，Chen H R. 2014. Optimization of non-sulfur color-preservation formulation in the process of the fresh yam slices dried[J]. Science and Technology of Food Industry，35（12）：324-329.

賴必輝，畢金峰，丁媛媛，王沛，白沙沙，呂建. 2011. 變溫壓差膨化干燥對芒果品質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技，27（7）：751-755.

Lai B H，Bi J F，Ding Y Y，Wang P，Bai S S，Lü J. 2011. Effect of explosion puffing drying with modified temperature and pressure on the quality of mango[J]. Modern Food Science and Technology，27（7）：751-755.

李樹英，陳家暢，苗利軍，梁擁軍，王學(xué)超. 1994. 山藥健脾胃作用的研究[J]. 中藥藥理與臨床，10（1）：19-21.

Li S Y，Chen J C，Miao L J，Liang Y J，Wang X C. 1994. Effect of yam on strengthening spleen and stomach[J]. Pharmacology and Clinics of Chinese Materia Medica，10（1）：19-21.

任廣躍，化春光，段續(xù)，朱文學(xué). 2010. 鮮切懷山藥片微波干燥特性及品質(zhì)研究[J]. 食品科學(xué)，31（22）：210-213.

Ren G Y，Hua C G，Duan X，Zhu W X. 2010. Microwave-drying characteristics and quality of cut Dioscorea opposite slices[J]. Food Science，31（22）：210-213.

任煒，段續(xù). 2016. 凍干懷山藥貯藏條件研究[J]. 食品研究與開發(fā)，37（2）：197-200.

Ren W，Duan X. 2016. Study on the critical preservation conditions for freeze dried Chinese yam[J]. Food Research and Development，37（2）：197-200.

王軍鋒，周顯青，張玉榮，張曉瓊. 2012. 基于模糊數(shù)學(xué)的苦瓜飲料矯味及感官評定[J]. 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），33（4）：45-48.

Wang J F，Zhou X Q，Zhang Y R，Zhang X Q. 2012. Flavor correction and sensory assessment of bitter gourd beverage based on Fuzzy mathematics[J]. Journal of Henan University of Technology（Natural Science Edition），33（4）：45-48.

于靜靜，畢金峰，丁媛媛. 2011. 不同干燥方式對紅棗品質(zhì)特性的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技，27（6）：610-614.

Yu J J，Bi J F，Ding Y Y. 2011. Effect of drying treatment me-

thods on the quality properties of red jujube[J]. Modern Food Science and Technology，27（6）：610-614.

Badmus A A，Raji A O，Akinoso R. 2013. Effect of process parameters on work index， milling efficiency and some technological properties of yam flour using attrition mill[J]. Food & Bioprocess Technology，6（1）：160-168.

Fu Y C，LHA F，Huang P Y. 2006. Quantitative analysis of allantoin and allantoic acid in yam tuber，mucilage，skin and bulbil of the Dioscorea species[J]. Food Chemistry，94（4）：541-549.

Hsu C L，Chen W，Weng Y M，Tseng C Y. 2003. Chemical composition，physical properties，and antioxidant activities of yam flours as affected by different drying methods[J]. Food Chemistry，83（1）：85-92.

Mestres C，Dorthe S，Akissoé N，Hounhouigan J D. 2004. Prediction of sensorial properties（color and taste） of amala，a paste from yam chips flour of West Africa，through flour biochemical properties[J]. Plant Foods for Human Nutrition，59（3）：93-99.

Yeh Y H，Hsieh Y L，Lee Y T. 2013. Effects of yam peel extract against carbon tetrachloride-induced hepatotoxicity in rats[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry，61（30）：7387-7396.

（責(zé)任編輯 羅 麗）