不同干燥方式對甘薯產品品質的影響

丁媛媛，畢金峰*，木泰華，于靜靜，賴必輝

(中國農業科學院農產品加工研究所，農業部農產品加工與質量控制重點開放試驗室，北京 100193)

不同干燥方式對甘薯產品品質的影響

丁媛媛，畢金峰*，木泰華，于靜靜，賴必輝

(中國農業科學院農產品加工研究所，農業部農產品加工與質量控制重點開放試驗室，北京 100193)

研究熱風干燥、真空干燥、真空微波干燥、真空冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥5種不同干燥方式對甘薯干燥產品物理性質、營養成分和微觀結構的影響。結果表明：硬度：熱風干燥＞變溫壓差膨化干燥＞真空微波干燥＞真空干燥＞真空冷凍干燥；色澤：熱風干燥＞真空干燥＞變溫壓差膨化干燥＞真空微波干燥＞真空冷凍干燥；粗蛋白和粗纖維含量經過干燥加工后無明顯變化；5種干燥加工處理均可使甘薯產品粗淀粉含量減少，還原糖含量增加；干燥處理后甘薯β-胡蘿卜素和VC都大幅度下降；真空冷凍干燥產品與變溫壓差膨化樣品的細胞結構孔隙較大且均勻一致，呈現出較好的蜂窩狀結構；熱風干燥與真空干燥產品結構緊密；真空微波干燥產品細胞結構致密，密度較大。綜合看來，變溫壓差膨化干燥產品品質優良且生產成本也較低，適宜于進行甘薯干燥加工的工業化生產。

甘薯；干燥方法；理化性質；品質特性

干燥作為一種重要的加工操作單元在現代食品工業中被廣泛的應用[3]。果蔬干制品作為果蔬加工的主要產品，近些年發展速度很快，出口增長勢頭明顯。目前，主要的果蔬干燥方法有傳統熱風干燥、真空低溫油炸干燥、真空冷凍干燥等。傳統熱風干燥技術近些年有了較快地發展，但脫水速度慢、產品品質較差等問題仍沒有得到很好地解決[4-5]；油炸果蔬產品是目前生產果蔬產品的主要加工技術，但是經過加工的果蔬產品含油量仍較高，難以解決油脂氧化對產品質量造成的不良影響[6-8]；果蔬真空冷凍干燥產品具有良好的產品品質，但冷凍干燥時間長、能耗大、設備較貴，限制了該項技術在果蔬干燥行業的推廣[9]。果蔬變溫壓差膨化干燥是近幾年剛剛興起的一種新型果蔬干燥技術，它結合了熱風干燥和真空冷凍干燥的優點、克服了真空低溫油炸干燥等的缺點。變溫壓差膨化生產的膨化果蔬產品是繼油炸果蔬產品、真空低溫油炸果蔬產品之后的第3代產品，其味道鮮美、口感酥脆、營養豐富、易于貯存、攜帶方便，已經成為時下流行的果蔬休閑食品[8-9]。本實驗采用甘薯為原料，以干燥后產品的物理性質、營養成分、組織結構為對象，探討了熱風干燥、真空干燥、真空微波干燥、真空冷凍干燥、變溫壓差膨化干燥5種工藝對甘薯產品品質特性的影響，為甘薯干燥加工方式的選取和應用提供技術支持和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯實驗品種為遺字138甘薯，購于北京市海淀區上地小營果品批發市場，選擇大小相近且表皮無損傷的甘薯，購買后于10℃條件貯藏待用。

1.2 儀器與設備

FA-200切片機 廣東省南海市德豐電熱設備廠；CR-400/410色彩色差計 日本美能達公司；Ta. XT 2i/50物性分析儀 英國 Stable Micro Systems；FW100 型萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；AUW220 型萬分之一天平 日本Shimadzu公司；S-570掃描電鏡 日本日立公司；QDPH10-1變溫壓差果蔬膨化機 天津市勤德新材料科技有限公司；CNWB-3ZKP微波真空干燥設備 廣州萬程微波設備有限公司；DHG-9123A電熱恒溫鼓風箱、DZF-6020真空干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；Virtis凍干機。

1.3 方法

1.3.1 甘薯產品不同干燥工藝

變溫壓差膨化干燥過程：膨化溫度110℃，抽空溫度100℃，膨化壓力0.2MPa，停滯時間5min，抽空時間90min，產品含水率控制在5%[10-12]；真空冷凍干燥條件：冷阱溫度－45℃，真空度0.1kPa，干燥時間16h，最終含水率控制在5%；熱風干燥條件： 溫度70℃，風速2.3m/s，干燥約12h，最終含水率控制在5%；真空干燥過程條件：干燥溫度80℃，干燥時間2h，真空度－0.098MPa，最終含水率控制在5%；真空微波干燥條件：溫度65～70℃，時間60min，真空度－0.098MPa，最終含水率控制在5%。

1.3.2 分析測定

1.3.2.1 硬度測定

用TA.XT2i/50型物性測定儀測定，對于不同處理的甘薯產品，均取形狀、大小盡量一致的樣品測定質構。從包裝袋中迅速取出后，逐個在質構儀上做壓縮試驗，重復10次，最后取平均值。其測定條件為：模式：下壓過程中測量力；測試前速度：1.0mm/s；測試速度：1.0mm/s；測試后速度：1.0mm/s；測試距離：3.0mm；啟動模式：自動；數據采集速率：500次/s；探頭：HDP/CFS。

硬度值為質構圖中顯示力的最高峰值，即使膨化產品斷裂所需要的最大力，單位為g。數值越大，產品越硬；硬度值在一定范圍內與產品酥脆性呈正相關[13]。

1.3.2.2 色澤測定

本實驗采用色彩色差計進行色澤測定和評價。這種儀器采用的色彩圖稱為CIELAB 表色系統，亦稱L*a*b*表色系。L*稱為明度指數，L*=0表示黑色，L*=100表示白色；a*、b*代表一個直角坐標的兩個方向，a*值為正值時越大，顏色越接近純紅色；a*=0時為灰色；a*為負值時絕對值越大，顏色越接近純綠色。b*為正值時值越大，顏色越接近純黃色；b*=0時為灰色；b*為負值時絕對值越大，顏色越接近純藍色。L*a*b*表色系還可以表示兩種色調之間的差值，即色差，可用ΔE表示，它表示所測物體的L、a、b值與標準白板之間色差值。本實驗通過使用CR-400型色彩色差計進行色澤測定，通過比較ΔE值評價甘薯變溫壓差膨化干燥產品的顏色改變。

式中：L*、a*、b* 為標準白色板的測定值；L、a、b為樣品的測定值[14]。

1.3.2.3 營養成分測定

蛋白質：凱氏定氮法；粗淀粉：采用近紅外光譜分析，參比方法分別是氯化鈣-旋光法；粗纖維：采用重量法；還原糖：采用3′，5′-二硝基水楊酸比色法(540nm)測定；β-胡蘿卜素：采用高效液相色譜法測定；抗壞血酸：采用2,6-二氯靛酚滴定法測定。

1.3.2.4 電子顯微鏡觀察

制作程序：取甘薯鮮樣及經過5種干燥方式的甘薯產品貼到掃描樣品臺E，在IB-V離子噴涂儀上鍍膜，再通過JEM-l20OEX透射電鏡掃描附件進行掃描觀察，拍照。

觀察：在掃描電鏡下采用放大50倍數觀察并采集圖譜。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對甘薯產品物理性質的影響

對甘薯分別進行變溫壓差膨化干燥、真空干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥和真空微波干燥，干燥方式對產品硬度和脆度的影響如表1所示。

表1 不同干燥方法對甘薯片硬度和色澤的影響Table 1 Effect of different drying methods on hardness andΔE*of dried sweet potato chips

從表1可以看出，經過不同干燥方式處理后，產品的硬度分別是熱風干燥＞變溫壓差膨化干燥＞真空微波干燥＞真空干燥＞真空冷凍干燥；分析其原因是原料在熱風干燥時，表面溫度較內部高，使甘薯內部水分未能及時轉移到表面，隨著表面水分的蒸發遷移，細胞收縮在表面迅速形成一層干硬膜。當顆粒中心干燥和收縮時，又會出現內裂空隙，從而形成表皮起皺、開裂破損、干癟堅硬等現象，表現為口感堅硬，酥脆度差；經過變溫壓差膨化干燥后的樣品，由于經歷了滲透處理，甘薯的固形物含量增加，故其硬度較大；在真空微波干燥中，物料內部的水分吸收微波后汽化而產生由內向外的傳質梯度，對物料有一定的膨化作用，但是可能是由于溫度較低使得產品硬度較大[15]；真空干燥可縮短干燥時間、加快蒸發，能有效降低物料表面溫度，使產品品質有所改善，產品硬度較低；在冷凍干燥下物料中水分從冰晶狀態下直接升華，所占空間仍然保留，可基本保持其原有形狀，形成多孔性結構，故收縮也最小，產品硬度最小，但作為休閑食品食用，質構過于松軟，口感并不好，并且不利于貯藏運輸。綜合看來，變溫壓差膨化干燥產品由于麥芽糖滲透處理和變溫壓差膨化加工，產品硬度和脆度都比較適中。

經過不同干燥方式處理后的甘薯產品色澤差異明顯，表現為熱風干燥＞真空干燥＞變溫壓差膨化干燥＞真空微波干燥＞真空冷凍干燥。膨化干燥處理后的產品色澤低于熱風干燥產品，可能由于物料在膨脹狀態下，表面積增大導致在高溫下色澤變化快于熱風干燥處理；經過冷凍干燥后的產品；真空冷凍干燥產品的色澤ΔE*低于鮮樣，說明甘薯經冷凍脫水后，物料顏色對比鮮樣顏色有變淺的趨勢；微波真空干燥產品和真空冷凍干燥產品的色澤值較為接近，這顯然與真空低溫的操作環境等因素有關，在真空冷凍和真空微波條件下可減少氧化褐變；經熱風干燥和真空干燥的產品色澤較暗、較黃，這與熱風干燥的時間長、干燥溫度高有關，操作時間越長，干燥溫度越高，產品的褐變越嚴重；在真空干燥條件下，由于干燥時間長，產品褐變也較嚴重。

2.2 干燥方式對甘薯產品片營養成分的影響

2.2.1 干燥方式對甘薯產品蛋白質和粗纖維含量的影響對甘薯分別進行變溫壓差膨化干燥、真空干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥和真空微波干燥，干燥方式

對產品蛋白質和粗纖維含量的影響如表2所示。

表2 不同干燥方法對甘薯片蛋白質和粗纖維含量的影響Table 2 Effect of different drying methods on crude protein and crude fiber contents of dried sweet potato chips %

據表2可知，變溫壓差膨化干燥樣品的粗蛋白含量明顯低于鮮樣及其他干燥產品，其他干燥產品粗蛋白含量差異不明顯。這可能是因為變溫壓差膨化干燥在前處理階段用果葡糖漿進行過浸漬處理，增加了產品最終的干物質含量，而粗蛋白含量是以干基計，因此，會使最終的粗蛋白含量在數值上較低，但實際上粗蛋白的絕對含量并未明顯減少。

甘薯產品的粗纖維從高到低依次是真空干燥、熱風干燥、真空微波干燥、真空冷凍干燥、變溫壓差膨化干燥，與鮮樣相比，干燥產品粗纖維含量有增加趨勢，但是增加的幅度未達到顯著水平，粗纖維含量并無明顯變化。其原因可能是粗纖維化學成分本身穩定性較好，常規溫度加工不易造成損失[16]。

2.2.2 干燥方法對甘薯產品粗淀粉和還原糖含量的影響

對甘薯分別進行變溫壓差膨化干燥、真空干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥和真空微波干燥，干燥方式對產品粗淀粉和還原糖含量的影響如表3所示。

表3 不同處理對干燥甘薯片粗淀粉和還原糖含量的影響Table 3 Effect of different drying methods on crude starch and reducing sugar contents of dried sweet potato chips %

據表3可知，與鮮薯相比，5種干燥加工處理均可使粗淀粉含量減少，還原糖含量增加。這表明，在干燥過程中甘薯塊根有部分淀粉被酶解轉化成糖。與其他4種干燥方法相比，變溫壓差膨化干燥引起淀粉含量減少和還原糖含量增加的變化幅度相差較大。究其原因可能與干燥溫度和淀粉酶活性有關。據Yadav等[17]報道，甘薯塊根含量A-淀粉酶和B-淀粉酶，前者熱穩定性好，能水解淀粉粒，最適溫度70～75℃；而后者只能水解糊化淀粉，甘薯淀粉糊化溫度為73～75℃，所以，在70～80℃干燥條件下兩種淀粉酶活性最大。熟化雖然能使淀粉酶很快被鈍化，但仍有一定的作用過程，在加熱過程中尚未失去活性的淀粉酶作用于淀粉，使淀粉降解為糖和糊精，導致淀粉含量下降，還原糖含量的上升。在本研究中，變溫壓差膨化干燥一般是先將甘薯片放在膨化罐中，隨著膨化罐的升溫，甘薯經歷了由低溫逐漸到高溫110℃的過程，整個膨化過程極有利于淀粉酶發揮作用，從而使膨化后的甘薯產品淀粉含量下降明顯，另外，由于變溫壓差膨化干燥產品在前處理階段用果葡糖漿進行過浸漬處理，在高溫條件下，也可能發生糖類分解作用，產生還原糖，從而導致膨化產品中還原糖含量明顯增加。

2.2.3 干燥方式對甘薯產品β-胡蘿卜素和VC含量影響

對甘薯分別進行變溫壓差膨化干燥、真空干燥、熱風干燥、真空冷凍干燥和真空微波干燥，干燥方式對產品β-胡蘿卜素和VC含量的影響如表4所示。

表4 不同處理對干燥甘薯片β-胡蘿卜素和VC含量的影響Table 4 Effect of different drying methods onβ-carotene and ascorbic acid contents of dried sweet potato chips

由表4可知，干燥處理后甘薯β-胡蘿卜素和VC都大幅度下降，表明其加工穩定性極差。究其原因與β-胡蘿卜素和VC本身理化穩定性差有關。當甘薯經受熱、見光和機械粉碎等處理時，β-胡蘿卜素和VC會很快氧化分解[18]。與鮮樣相比，真空冷凍干燥對兩者的保留率最高；變溫壓差膨化干燥和真空干燥產品的VC和總胡蘿卜素的保留率，雖與真空冷凍干燥的差距較大，但遠高于常規熱風干燥；以上數據證實了在低溫和真空下操作的真空冷凍干燥，有效地防止了產品物質的分解，保護了易氧化成分；真空干燥也是在真空及相對較低的溫度下進行的，對產品β-胡蘿卜素和VC等成分的破壞也較小；而變溫壓差膨化干燥操作溫度較高，導致其對產品β-胡蘿卜素和VC的破壞較大；熱風干燥則屬高溫及長時間的干燥，故對其β-胡蘿卜素和VC的破壞最大，保留率也最低。

2.3 干燥方式對甘薯產品微觀結構的影響

借助掃描電鏡，觀察鮮樣及不同干燥方式對甘薯的微觀結構的影響，掃描圖片見圖1。

圖1 不同干燥方式下甘薯樣品的掃描電鏡Fig.1 SEM photos of sweet potato chips prepared by different drying methods

從圖1可以看出，甘薯經過干燥加工后的細胞組織結構與鮮樣相比變化很大。甘薯鮮樣的組織細胞結構松散，包含著大量的淀粉顆粒，經過干燥處理之后，淀粉顆粒消失，細胞組織受到破壞，發生變化。并且由于不同的干燥方法原理不同，造成甘薯細胞中水分分布不同，且淀粉與水之間的結合力改變，從而導致甘薯細胞結構發生變化。變溫壓差膨化干燥后的甘薯產品細胞呈多孔海綿狀，組織結構疏松，具有均勻的多孔結構；真空冷凍干燥產品與變溫壓差膨化樣品的細胞結構較為相似，孔隙較大且均勻一致，也呈現出較好的蜂窩狀結構；經過熱風干燥的甘薯產品內部干縮嚴重，水分散失后其內部可以看到小部分產生空腔，但是大部分結構比較致密，產品感官表現為較為堅硬；真空干燥的甘薯產品在超微結構圖上可觀察到存在一定的水分蒸發通道，與熱風干燥產品較為相似，結構致密；真空微波干燥產品表面較平整，并且平面輪廓也較清晰，說明微波干燥能較好地保持甘薯原有外觀，但細胞組織結構較變溫壓差膨化干燥致密，密度較大。

對產生上述現象的原因初步分析如下：變溫壓差膨化干燥是在密閉環境中對物料加壓加熱，使物料內部水分處于過熱狀態，然后突然釋放壓力，過熱蒸汽瞬間蒸發、減壓膨脹，并依靠氣體的膨脹力，帶動組織中高分子物質的結構變性，從而能夠形成多孔狀網絡結構[19]，這賦予產品很好的酥脆性，但膨化干燥后形成的空腔壁略厚于冷凍干燥產品，體現在口感上為膨化干燥產品硬度大于冷凍干燥產品；冷凍干燥是將含水物料凍結后，置于真空之下，并供給一定的熱量，使物料中的冰直接升華并排走，升華后的原料冰晶在物料會留下很多空穴，能形成較均勻的多孔結構，但冷凍干燥產品結構疏松，在運輸和包裝過程中容易形成粉末；熱風以及真空干燥的過程都是由表及里進行的，在干燥過程中存在著濕度梯度和溫度梯度，兩種梯度的方向相反，故干燥速度較慢、干燥時間長，破壞了產品的組織結構，造成物料內部組織結構塌陷[20]；微波加熱是通過微波輻射到干燥的物料并穿透到物料內部時，誘使水等極性分子隨之同步旋轉，使物料瞬時產生摩擦熱，導致物料表面和內部同時升溫，且內部溫度高于物料表面，使大量的水分子從物料中逸出而被蒸發掉，水分急速蒸發后在組織結構中出現較多細小通道，由于干燥中脫水速度快，致使組織畸變。

3 結 論

3.1 不同干燥方式處理的甘薯產品物理特性分別表現為：硬度：熱風干燥＞變溫壓差膨化干燥＞真空微波干燥＞真空干燥＞真空冷凍干燥；色澤：熱風干燥＞真空干燥＞變溫壓差膨化干燥＞真空微波干燥＞真空冷凍干燥。

3.2 粗蛋白和粗纖維含量經過干燥加工后無明顯變化；5種干燥加工處理均可使甘薯產品粗淀粉含量減少,還原糖含量增加；干燥處理后甘薯β-胡蘿卜素和VC都大幅度下降。

3.3 真空冷凍干燥產品與變溫壓差膨化樣品的細胞結構孔隙較大且均勻一致，呈現出較好的蜂窩狀結構；熱風干燥與真空干燥產品結構緊密；真空微波干燥產品細胞結構致密，密度較大。

綜合看來，變溫壓差膨化干燥產品品質優良且生產成本也較低，適宜于進行甘薯干燥加工的工業化生產。

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Effect of Different Drying Methods on Quality of Sweet Potato Products

DING Yuan-yuan，BI Jin-feng*，MU Tai-hua，YU Jing-jing，LAI Bi-hui
(Key Laboratory of Agricultural Product Processing and Quality Control, Ministry of Agriculture, Institute of Agro-products Processing Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193, China)

The effects of 5 drying methods including hot air drying, vacuum microwave drying, extrusion drying with variable temperature and pressure difference, vacuum freeze drying and vacuum drying on physical properties, nutritional composition and microstructure of sweet potato products were investigated. Hot air drying resulted in the largest harness followed by extrusion drying with variable temperature and pressure difference, vacuum microwave drying, vacuum drying and vacuum freeze drying. Hot air-dried sweet potato products exhibited the largest ΔE* followed by those dried by vacuum drying, extrusion drying with variable temperature and pressure difference, vacuum microwave drying and vacuum freeze drying. Sweet potato products showed no remarkable change in their crude protein or crude fiber contents before and after drying. All of the five drying methods could result in a decrease in the crude starch content and an increase in the reducing sugar content of sweet potato products, and moreover,β-carotene and VC contents were both substantially decreased. After vacuum freeze drying and extrusion drying with variable temperature and pressure difference, the excellent honeycomb structure of sweet potato products was observed with evenly widened intercellular spaces. Hot air dried and vacuum dried sweet potato products displayed a compact structure. The structure of vacuum microwave dried sweet potato products was very compact. The results collectively indicate that extrusion drying with variable temperature and pressure difference can result in both better product quality and lower production cost and is therefore suitable for industrial-scale production of dried sweet potato products.

sweet potato；drying method；physicochemical properties；quality characteristics

TS255.44

A

1002-6630(2011)16-0108-05