劉 旺，李于瀟婧，姜魯鑫，李淑婷，王 萱，吳 楚，魏夢(mèng)澤，王 浩，吳 京，秦 洋，趙 敏，陳慶敏，于 輝*

（1.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250100；2.昌邑市惠昌水務(wù)集團(tuán)有限公司，山東濰坊 261000）

馬鈴薯是重要的蔬菜、糧食作物，更是重要的食品工業(yè)原料，內(nèi)部含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、有機(jī)酸、微量元素和多種維生素，因而有著“地下蘋(píng)果”的美稱(chēng)。2015 年，中央正式通過(guò)關(guān)于推進(jìn)馬鈴薯主糧化的決議，增加馬鈴薯在主糧中所占的比重[1]。2017 年，國(guó)內(nèi)馬鈴薯種植面積達(dá)579.7 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)9 682 萬(wàn)t。而目前，我國(guó)馬鈴薯人均年消費(fèi)量?jī)H14 kg，為世界平均水平的一半，不到發(fā)達(dá)國(guó)家的1/5。我國(guó)馬鈴薯消費(fèi)多以菜用、零食加工為主，主食化進(jìn)程緩慢，因此，馬鈴薯主食化加工潛力巨大[2-3]。

在眾多馬鈴薯新品種中，紫色馬鈴薯因其富含大量抗氧化物質(zhì)（如花青素、多酚等）在國(guó)內(nèi)種植面積增長(zhǎng)迅猛[4]，其已經(jīng)分離出的花青素種類(lèi)多達(dá)20 余種，對(duì)清除人體自由基、抗氧化、延緩衰老效果顯著[5]，這使得紫色馬鈴薯深受大眾的青睞。然而，新鮮的紫色馬鈴薯水分含量高，極易受到機(jī)械損傷，出現(xiàn)腐爛、病變、發(fā)芽等問(wèn)題，不易儲(chǔ)存。通過(guò)制備馬鈴薯全粉的方式，可以降低紫色馬鈴薯的水分含量，抑制自身微生物的活性，延長(zhǎng)其貯藏期。紫色馬鈴薯全粉有效拓展了其食用途徑，童丹等[6-7]以3∶2 比例的小麥面粉與紫色馬鈴薯全粉為主料，研發(fā)了紫色馬鈴薯全粉桃酥和紫色馬鈴薯全粉蛋糕[7]，其薯香濃郁、口感上佳，將馬鈴薯應(yīng)用由傳統(tǒng)的饅頭、面條拓展到了糕點(diǎn)的方向。但在加工過(guò)程中的汽蒸和干燥溫度會(huì)對(duì)花青素產(chǎn)生極大的破壞，造成花青素的損失，嚴(yán)重影響紫色馬鈴薯粉的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。因此，優(yōu)化紫色馬鈴薯全粉加工工藝，減少功效成分損失，成為了紫色馬鈴薯全粉開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。

本文以紫色馬鈴薯為研究對(duì)象，探究汽蒸時(shí)間、干燥溫度、粉碎粒度對(duì)紫色馬鈴薯全粉品質(zhì)的影響，并通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化二次干燥法加工工藝，以期為紫色馬鈴薯全粉的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考，對(duì)紫色馬鈴薯全粉的后續(xù)加工應(yīng)用提供支撐，助力馬鈴薯主食化戰(zhàn)略實(shí)施。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

紫色馬鈴薯，品種為‘濟(jì)紫薯1 號(hào)’，產(chǎn)地為淄博博山，市售。

37%鹽酸，分析純，萊陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)鐵塔公司；無(wú)水乙醇，分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；無(wú)水碳酸鈉、檸檬酸、冰乙酸、無(wú)水乙酸鈉、碘，分析純，天津市北辰方正試劑廠(chǎng)；碘化鉀，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠(chǎng)；氯化鉀、重鉻酸鉀，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠(chǎng)；硫代硫酸鈉，分析純，天津市博迪化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9203A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；恒溫水浴鍋，HH-4，常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠(chǎng)；紫外分光光度計(jì)，TU-1810，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；電子分析天平，AL104，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；料理機(jī)，JYL-C93T，九陽(yáng)股份有限公司；錘式旋風(fēng)磨，JXFM110，上海賽霸精密儀器有限公司；電子溫度計(jì)，TP677，樂(lè)清市米特爾電氣有限公司；冷凍離心機(jī)，TGL-20M，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；超聲波微波聯(lián)動(dòng)器，XO-SM200，南京先歐儀器制造有限公司；水分測(cè)定儀，DP-SFY-60C，北京亞歐德鵬科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

在參考普通馬鈴薯全粉加工工藝[8-10]的基礎(chǔ)上，選取新鮮無(wú)病變的紫色馬鈴薯，清洗、汽蒸熟化后冷卻至室溫，用手搖切片機(jī)切成厚度為3～5 mm 的片狀，在一定溫度下使用兩次干燥法制備紫色馬鈴薯干。初次干燥至薯干水分含量為20%左右，取出后粗粉碎；二次干燥，水分降到9%～10%后取出，進(jìn)行細(xì)粉碎、過(guò)篩，得到不同目數(shù)的紫色馬鈴薯粉。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)好的工藝路線(xiàn)，選取汽蒸時(shí)間10、15、20、25、30 min，干燥溫度50、55、60、65、70 ℃，粉碎目數(shù)60～80、80～100、100～200、200～300、300 目以上進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分別以游離淀粉量、花青素總量、感官品質(zhì)等為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)選最佳工藝條件[11-13]。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

對(duì)單因素試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲取顯著影響因素及其影響水平范圍，對(duì)紫色馬鈴薯加工工藝進(jìn)行3 因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，以紫色馬鈴薯粉的感官品質(zhì)作為響應(yīng)值，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而確定最佳工藝配方[14-15]。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3.4 測(cè)定方法

（1）紫色馬鈴薯全粉成分測(cè)定

紫色馬鈴薯全粉中水分含量參照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定》直接干燥法測(cè)定；蛋白質(zhì)含量參照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》測(cè)定；淀粉含量參照GB/T 5009.9—2016《食品中淀粉的測(cè)定》測(cè)定；總糖及還原糖含量參照3,5-二硝基水楊酸（DNS）比色法測(cè)定[12-15]。

（2）色差值

以?xún)x器白板色澤為標(biāo)準(zhǔn)，用色差計(jì)測(cè)定明度指數(shù)L值（L=100 表示白色；L=0 表示黑色）、彩度指數(shù)a（正數(shù)代表紅色，負(fù)數(shù)代表綠色）和b（正數(shù)代表黃色，負(fù)數(shù)代表藍(lán)色），對(duì)樣品表觀色彩進(jìn)行比較。

（3）花青素含量

參考武中庸等[16]的方法。按料液比1∶28 將制成的紫馬鈴薯粉與檸檬酸-乙醇提取液混勻，稱(chēng)量質(zhì)量，在超聲波功率380 W、提取溫度45 ℃下提取18 min，冷卻至室溫，4 ℃下5 000 r/min 離心10 min，取2.0 mL 濾液，分別用pH=1.0 和pH=4.5 的緩沖劑稀釋至20 mL 容量瓶中。測(cè)定兩種溶液在528 nm 和700 nm 波長(zhǎng)處的吸光度值（A）。每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次，取平均值，計(jì)算花青素含量。

（4）藍(lán)值

參考崔璐璐[13]的方法。取0.25 g 樣品加入50 mL 水中，在65.5 ℃下攪拌5 min，靜置1 min 后過(guò)濾定容。趁熱吸取1.0 mL 濾液于50 mL 比色管中，加入0.02 mol/L 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0 mL，常溫蒸餾水定容。以空白溶液為對(duì)照，在波長(zhǎng)650 nm 處測(cè)定溶液的吸光度值A(chǔ)，代入公式計(jì)算藍(lán)值。

（5）紫色馬鈴薯薯干及全粉感官評(píng)分

參考李鐵梅等[17]的方法，制定感官評(píng)價(jià)表。邀請(qǐng)有食品感官評(píng)價(jià)基礎(chǔ)的學(xué)生50 人，作為感官評(píng)價(jià)人員。從產(chǎn)品的色澤、氣味、風(fēng)味、組織形態(tài)和質(zhì)地四個(gè)方向?qū)悠愤M(jìn)行獨(dú)立的感官評(píng)價(jià)，滿(mǎn)分100 分，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和分值如表2 所示。各產(chǎn)品的感官評(píng)分由50 名學(xué)生的感官得分取平均值得出。

表2 紫色馬鈴薯全粉感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of purple potato powder

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)Excel 2019、Origin 2021 繪制圖表，SPSS 26.0 進(jìn)行顯著性分析（α＜0.05），Design-expert 8.0完成響應(yīng)面設(shè)計(jì)。所有樣品重復(fù)測(cè)試3 次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素結(jié)果分析

2.1.1 汽蒸處理對(duì)紫色馬鈴薯中花青素及游離淀粉的影響

由圖1 可知，紫色馬鈴薯全粉的藍(lán)值隨汽蒸時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減少；當(dāng)汽蒸時(shí)間在25 min 以?xún)?nèi)時(shí)，其藍(lán)值變化不顯著，約為5.17，其后隨著時(shí)間延長(zhǎng)藍(lán)值變化顯著，最大值為6.07；之后，花青素含量持續(xù)降低。汽蒸時(shí)間為15～25 min 時(shí)，花青素含量隨降低幅度不顯著，含量75～82 mg/100 g；而在25 min 之后，花青素含量降低顯著且幅度大。馬鈴薯細(xì)胞壁遭受破壞后釋放出游離淀粉，故可通過(guò)藍(lán)值反映馬鈴薯細(xì)胞壁所受的破壞程度，藍(lán)值越低表示馬鈴薯細(xì)胞壁在加工過(guò)程所受的破壞越小[13]。而花青素在完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)時(shí)，其穩(wěn)定性較好，難以被氧化破壞。由此可推斷出，紫色馬鈴薯的細(xì)胞在汽蒸時(shí)間25 min 內(nèi)，能保持較好的完整性，此階段其細(xì)胞結(jié)構(gòu)能夠較好地保護(hù)花青素，包埋游離淀粉，使得紫色馬鈴薯粉能夠保持較好的色澤，有利于馬鈴薯粉復(fù)水后獲得更多的原有風(fēng)味，得到更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。因此，從產(chǎn)品品質(zhì)提升的角度考慮，在汽蒸溫度恒定的前提下，縮減蒸煮時(shí)間是有效提高紫色馬鈴薯全粉品質(zhì)的手段，其時(shí)間不宜超過(guò)25 min。

圖1 汽蒸時(shí)間對(duì)藍(lán)值及花青素含量的影響Fig.1 Influence of steaming time on blue value and anthocyanin content

2.1.2 干燥處理對(duì)紫色馬鈴薯粉品質(zhì)的影響

經(jīng)過(guò)13 h 干燥后，不同干燥處理得到的紫色馬鈴薯切片的水分含量在9%～10%之間，組間差異不顯著，且水分含量符合后續(xù)加工的條件。干燥完成后，由于水分的減少，薯干中其他組分的含量比例提升。由圖2 可知，干燥溫度對(duì)紫色馬鈴薯的花青素含量影響顯著。在干燥溫度為55 ℃時(shí)花青素留存量最大，為566.57 mg/100 g，隨溫度繼續(xù)升高，花青素的含量下降顯著，推測(cè)原因是60 ℃以上的溫度加快了馬鈴薯細(xì)胞的破碎，使花青素大量釋放，并且在高溫下快速氧化，導(dǎo)致其留存率降低[18-19]。這導(dǎo)致了高溫條件下制備的馬鈴薯干在感官上皺縮明顯，紫色馬鈴薯自身的顏色變淺，棕褐色增加；質(zhì)地硬脆，馬鈴薯香味消失，焦糊味道增重。因此，其感官評(píng)分逐漸降低。當(dāng)干燥溫度為55 ℃，感官評(píng)分最高分為87.0。此時(shí)馬鈴薯細(xì)胞保存相對(duì)完整，美拉德反應(yīng)程度較小，紫色馬鈴薯原色澤、薯香味保持較好。

圖2 干燥溫度對(duì)花青素含量及感官評(píng)分的影響Fig.2 Influence of drying temperature on anthocyanins content and sensory evaluation

由表3 可知，紫色馬鈴薯全粉在加工過(guò)程中干燥溫度的增加對(duì)產(chǎn)品的明度指數(shù)L值影響顯著，當(dāng)干燥溫度在50～55 ℃時(shí)，ΔL、Δa值變化不明顯，樣品顏色較深；當(dāng)溫度超過(guò)60 ℃時(shí)數(shù)值增長(zhǎng)顯著，紫色馬鈴薯的表觀逐漸呈現(xiàn)灰白，并向紅褐色轉(zhuǎn)變，紫色褪色明顯；Δb整體呈現(xiàn)隨溫度升高而增大的趨勢(shì)，表明隨著溫度的升高，馬鈴薯干由藍(lán)紫轉(zhuǎn)變?yōu)槠S褐色的狀態(tài)，說(shuō)明紫色馬鈴薯干中的色素?fù)p失嚴(yán)重，且部分位置出現(xiàn)干燥過(guò)度的現(xiàn)象；并且伴隨美拉德反應(yīng)的進(jìn)行，褐色加重，這與感官評(píng)價(jià)的結(jié)果相一致。

表3 干燥溫度對(duì)色差的影響Table 3 Influence of drying conditions on chromatic aberration

2.1.3 粉碎目數(shù)對(duì)紫色馬鈴薯全粉的影響

由表4 可知，紫色馬鈴薯全粉的ΔL在60～100 目范圍內(nèi)變化較小，當(dāng)粉體目數(shù)大于100 目時(shí)，樣品ΔL值顯著增大，樣品表觀偏白。而色彩指數(shù)Δa隨著粉體目數(shù)的增大而逐漸增大，當(dāng)粉碎粒度大于100 目時(shí)其變化趨于平緩，呈現(xiàn)出偏紅缺綠的現(xiàn)象；但當(dāng)粉碎目數(shù)超過(guò)300目后，樣品偏紅褐色明顯。色彩指數(shù)Δb隨著粉體目數(shù)的增大而逐漸減小，呈現(xiàn)出偏藍(lán)現(xiàn)象。這種變化可能由于粉體在粉碎過(guò)程中，溫度升高，對(duì)花青素的破壞有關(guān)；同時(shí)也與粉碎目數(shù)增大、粒徑減小，對(duì)光的反射發(fā)生變化有關(guān)[20]。

隨著粉碎目數(shù)的增加，紫色馬鈴薯全粉的感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)（表4），評(píng)分最佳的目數(shù)在80～100 目之間，得分為84.6。隨著目數(shù)的增加，全粉粒度越小，全粉的質(zhì)感趨于細(xì)膩均勻，顆粒感逐漸降低，但其色澤變淺、產(chǎn)品結(jié)塊現(xiàn)象加劇、吸潮速度加快，從而影響了其感官得分。由此可以得出，如單純制備紫色馬鈴薯全粉，則不宜對(duì)其進(jìn)行超細(xì)粉碎；超細(xì)粉碎的全粉的加工仍待進(jìn)一步研究。

表4 粉碎粒度對(duì)感官得分及色差的影響Table 4 Influence of particle size on sensory evaluation and chromatic aberration

2.2 工藝參數(shù)優(yōu)化

以感官評(píng)分作為試驗(yàn)指標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)評(píng)分進(jìn)行分析，得到紫色馬鈴薯全粉的最優(yōu)工藝參數(shù)，并對(duì)各個(gè)參數(shù)影響作用進(jìn)行顯著性分析。表5 為響應(yīng)面試驗(yàn)及結(jié)果。

表5 Box-Behnken 試驗(yàn)及結(jié)果Table 5 Box-Behnken experiment and results

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸模型優(yōu)化，得到感官評(píng)分R1 與3個(gè)因素間的二次多元回歸方程為：R1=84.17-0.38A-2.81B-1.81C+1.55AB+1.85AC-0.52BC-8.00A2-7.37B2-8.07C2。

對(duì)該模型的方差分析結(jié)果見(jiàn)表6（見(jiàn)下頁(yè)）。

由表6 可知，模型的P值小于0.000 1，說(shuō)明該模型是極顯著的。失擬項(xiàng)P值為0.934 9，大于0.05，失擬項(xiàng)與純誤差之間大小接近，可以接受該模型。干燥溫度（B）的影響P＜0.000 1（極顯著），粉碎粒度（C）的影響P＜0.05（顯著），汽蒸時(shí)間（A）與干燥溫度（B）的交互相AB 的影響P＜0.05（顯著），汽蒸時(shí)間（A）與粉碎粒度（C）的交互相AC 的影響P＜0.05（顯著），由回歸方程可知，各因素對(duì)綜合評(píng)分的影響由大至小的排序?yàn)楦稍餃囟?、粉碎粒度、汽蒸時(shí)間。

表6 感官評(píng)定響應(yīng)面方差分析結(jié)果Table 6 Anova results of sensory evaluation response surface

根據(jù)回歸模型，預(yù)測(cè)出紫色馬鈴薯全粉感官評(píng)分最高的配方為汽蒸時(shí)間24.72 min，干燥溫度54 ℃，粉碎粒度97.6 目，此條件下全粉感官評(píng)分的預(yù)測(cè)值為84.56。為方便操作，將上述參數(shù)修改為汽蒸時(shí)間25 min，干燥溫度54 ℃，粉碎粒度100 目，按照上述工藝條件制成的紫色馬鈴薯全粉感官評(píng)分為84.1，出粉率為21.36%，水分含量為8.3%，蛋白質(zhì)含量為6.9%，淀粉含量為55.32%，總糖含量為59.40%，花青素含量為570.32 mg/100 g。

3 結(jié)論

短時(shí)汽蒸、低溫干燥有利于保持紫色馬鈴薯細(xì)胞的完整性，使花青素、馬鈴薯風(fēng)味留存效果好。新鮮紫色馬鈴薯在汽蒸25 min、54 ℃下熱風(fēng)干燥，經(jīng)旋風(fēng)粉碎機(jī)粉碎成80～100 目，可得到品質(zhì)較好的紫色馬鈴薯全粉，水分8.3%，蛋白質(zhì)6.9%，淀粉55.32%，總糖59.40%，花青素含量570.32 mg/100 g；出粉率為21.36%，外觀深紫色，具有濃濃的薯香味，口感良好，無(wú)其他雜質(zhì)；感官評(píng)分為84.1 分，有較好的感官品質(zhì)。此方法為紫色馬鈴薯全粉的快速高效制備提供了可行的技術(shù)支撐。