紫薯果干加工優化及護色

劉小琴，張楠，羅小丹，謝順菊，王洋，葉陽*

（1.四川輕化工大學生物工程學院，四川宜賓 644005；2.四川宜賓國家農業科技園區企業服務中心，四川宜賓 644000）

紫薯[Ipomoea batatas（L.）Lam]，屬旋花科番薯屬草本植物，薯肉呈紫色至深紫色，是甘薯的特殊品種之一[1-2]。紫薯富含蛋白質、淀粉、果膠、纖維素、氨基酸、維生素和多種礦物質，同時還富含抗癌物質硒元素和豐富的花青素[3-4]，長期食用具有預防癌癥、抗疲勞、抗衰老、補血、保肝、預防心血管病等功效[5-7]。紫薯的栽培成本低、生長周期短、對不同環境的適應性強，且可全年種植，使得其廣泛應用于食品工業中[8]。目前紫薯應用主要集中在食品研發以及功能性成分提取兩個方面。食品研發主要包括紫薯休閑食品、紫薯酒、紫薯乳制品、紫薯汁和紫薯速溶固體飲料等。然而紫薯中富含花色苷和多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO），在加工中易受外界因素影響而發生降解和酶促褐變，造成產品顏色劣變[9-10]。除此之外，紫薯果干在烘烤過程中發生羰胺反應，產生黑色物質，也會影響產品色澤[11]。因此，保持紫薯干產品顏色穩定性是紫薯加工業亟待解決的重要問題。

有關紫薯制品護色問題，大多采用對新鮮紫薯進行護色后再進行加工處理，包括護色劑[12-13]（蘋果酸、抗壞血酸、L-半胱氨酸等）、超聲波[14]、熱燙、微波[15]、復合處理等。于筠[16]采用0.25%檸檬酸、0.05%L-半胱氨酸和0.35%抗壞血酸處理鮮切紫薯15 min 后，基本維持鮮切紫薯原有色澤；胡霞等[17]采用0.05%乙二胺四乙酸二鈉和0.4%D-異抗壞血酸復配使用，在蒸煮前對新鮮紫薯進行護色處理30 min，制得紫薯丸顏色最佳；陳亞利[18]采用1.0%氯化鈉對紫薯片進行護色處理，制出的飲料色澤鮮艷。

目前關于紫薯果干的護色研究較少，因此本試驗在進行護色研究的同時加入質構分析，通過質地特征、感官評價等方法優化紫薯果干的護色及加工工藝，為紫薯果干加工行業提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

新鮮紫薯：市售；氯化鈉、氯化鈣、亞硫酸鈉、檸檬酸、抗壞血酸（均為分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

1.1.2 儀器設備

WGZ907013 電熱鼓風干燥箱：上海科恒實業發展有限公司；MC-SH209 電磁爐：廣州美的生活電器制造有限公司；TA-XT Plus 物性分析儀：英國Stable Micro System 公司；NS800 分光測色儀：深圳市三恩馳科技有限公司。

1.2 紫薯干制作工藝流程

選擇新鮮紫薯→清洗→切片（厚度約1 cm）→護色→蒸煮→切條→烘烤→上霜。

1.3 試驗設計

1.3.1 紫薯果干工藝優化

1.3.1.1 確定紫薯最佳蒸煮時間

分別在蒸煮紫薯6、8、10、12 min 時，依次從蒸格中取出1 片紫薯冷卻5 min。將取出的1 片紫薯一半進行紫薯蒸煮后的感官評價，一半切為小方塊，用物性分析儀對其進行物性質構檢測，考察蒸煮時間對紫薯果干感官及質構的影響。

1.3.1.2 確定紫薯的最佳烘烤溫度與時間

在最佳蒸煮時間的條件下，將紫薯蒸煮后，對其進行烘烤，以確定最佳烘烤時間與溫度。將烘烤溫度設置從50 ℃開始，每次遞增5 ℃，直到80 ℃停止，烘烤時間為30、60、90 min。考察烘烤溫度與時間對紫薯果干感官及質構的影響。

1.3.2 紫薯果干護色工藝

1.3.2.1 護色單因素試驗

選取5 種護色劑（氯化鈉、氯化鈣、亞硫酸鈉、檸檬酸、抗壞血酸）進行單因素試驗。各因素變量的濃度配制為氯化鈉0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，氯化鈣0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，亞硫酸鈉0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，檸檬酸0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，抗壞血酸0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%。將紫薯分切后，投入護色液中處理，用分光測色儀測定護色前后紫薯塊的色差。

1.3.2.2 護色條件優化

從單因素試驗中選出3 種效果較好的護色劑，進行正交試驗，選出最優護色條件。正交試驗設計見表1。

表1 正交試驗設計Table 1 Orthogonal test design

1.3.3 指標測定

1.3.3.1 感官評價

紫薯蒸煮下和烘烤下的感官評價標準見表2 和表3。

表2 紫薯蒸煮下感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of purple sweet potato in cooking

表3 紫薯烘烤下感官評價標準Table 3 Sensory evaluation standards of purple sweet potato in baking

1.3.3.2 質構特性測定

采用物性分析儀進行質構測定，使用P36R 的圓柱形探頭，下壓前速度為1 mm/s，下壓時速度1 mm/s，下壓后上升速度為3 mm/s，下壓時距離：蒸煮的樣品設置為2 mm、烘烤的樣品設置為3 mm。測試薯干的黏性、回復性、咀嚼性、硬度，每個樣品測3 次，取其平均值。

1.3.3.3 紫薯色度測定

根據CIE 系統，利用分光測色儀測量薯塊的L*值、a*值和b*值，其中L*值表示顏色的黑暗度和亮度，a* 值從負到正表示綠色到紅色，而b* 值從負到正表示藍色到黃色[19]。ΔE表示總色差的大小，計算公式如下，其值越小，護色效果越好。選擇D65 光源，白板校正后，測量紫薯塊的色差，以新鮮紫薯作為標準樣品比對，測得其L0值為35.84、a0值為25.80、b0值為-6.91。

1.4 數據處理

所有數據平行測定3 次，采用IBM SPSS Statistics 26.0 進行ANOVA 檢驗，各組數據之間采用最小顯著差異法比較，P<0.05 表示差異顯著。采用Origin 2021進行繪圖。

2 結果與討論

2.1 紫薯最佳蒸煮時間的確定

蒸煮的目的一是為了降低PPO 活性[12]、減少酶促褐變的發生、保護產品色澤；二是促進淀粉糊化的發生、改善紫薯口感。紫薯中含有大量淀粉[20]，且直鏈淀粉比支鏈淀粉含量高，在高溫下對紫薯進行蒸制，易發生糊化。然而淀粉完全糊化需要一定時間，所以紫薯熟制需要一段熟化時間[21]。紫薯淀粉的糊化溫度為61.5～78.0 ℃[22]。紫薯蒸煮單因素試驗結果見表4。

表4 紫薯蒸煮單因素試驗結果Table 4 Single factor test results of purple sweet potato in cooking

由表4 可知，經歷糊化后，紫薯細胞壁結構被破壞，質地變軟[23]，其硬度、回復性、咀嚼性均隨之減小，紫薯的黏性越來越大，口感更佳。同時，糊化后的淀粉更容易被淀粉酶水解，因此更易被人體消化吸收。

由表4 可知，不同蒸煮時間下的紫薯硬度、咀嚼性存在顯著性差異（P<0.05），黏性、回復性各蒸煮時間段之間差異不大。蒸煮前10 min，紫薯硬度過高且生味較重；蒸煮12 min 時紫薯過于軟爛，結構松散，不利于后續加工。紫薯在蒸煮10 min 時，紫薯無生味且紫薯味濃，結構不過于堅硬或松散軟爛，易于后續加工。曹亞裙等[21]的研究表明在紫薯蒸制20 min 時感官品質較好，但比本試驗所需蒸制時間更長，對口感方面會有一定的影響。綜上所述，紫薯順紋理切片1 cm 厚度，蒸煮的最適時間為10 min。

2.2 烘烤溫度與時間的確定

烘烤一方面可以降低薯干中的水分含量，對薯干的質地有重要影響；另一方面可以使蒸煮后紫薯中殘存的PPO 進一步失活，使得紫薯果干在儲存過程中具有穩定的顏色。紫薯在不同烘烤溫度、時間下的硬度、黏性、回復性、咀嚼性的變化見圖1～圖4。紫薯烘烤試驗感官評分結果見表5。

圖1 紫薯在不同烘烤溫度、時間下的硬度變化Fig.1 Hardness of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

圖2 紫薯在不同烘烤溫度、時間下的黏性變化Fig.2 Viscosity of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

圖3 紫薯在不同烘烤溫度、時間下的回復性變化Fig.3 Recovery of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

圖4 紫薯在不同烘烤溫度、時間下的咀嚼性變化Fig.4 Chewing resistance of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

表5 紫薯烘烤試驗感官評分結果Table 5 Sensory scores of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

由圖1～圖4 可知，在同一時間下，隨著烘烤溫度的升高，50～75 ℃時黏性減小，硬度、咀嚼性、回復性總體上呈現先增后減的趨勢，主要是因為溫度升高，紫薯中水分減少硬度增大；烘烤溫度繼續升高，紫薯果干縫隙增加，形成顆粒中空區降低其硬度、咀嚼性等；當烘烤溫度為80 ℃時，過高的溫度導致紫薯硬化、卷曲，皺縮度增大，因此在加工紫薯果干時溫度應避免超過75 ℃。田晴等[24]研究發現隨烘烤時間延長，甘薯硬度、回復性呈先增后減的趨勢，這可能與其直接用鮮薯進行烘烤有關，但在實際加工中容易出現受熱不均勻，致使產品有生味。

由圖1～圖4 和表5 可知，在同一溫度下時，隨烘烤時間的延長，硬度減小，黏性和回復性則呈上升趨勢。回復性決定了產品在咀嚼時給品嘗者帶來的飽滿的口感[25]，在65 ℃下，高硬度和高回復性的結合對口感造成不好影響，這點從感官評價結果中可證。綜上，選擇75 ℃烘烤90 min，此時果干的硬度最低（241.664 g），咀嚼性最小（144.897），由表5 可知，紫薯果干在此條件下得分最高（84.8 分），口感最佳。綜上所述，紫薯果干的最佳烘烤溫度與時間為75 ℃、90 min。

2.3 紫薯護色條件的確定

果干制品的色澤是判斷其商業價值的一個重要指標。因此對紫薯果干采用護色處理，護色效果如圖5所示。

由圖5 可知，同一護色劑濃度下，亞硫酸鈉處理過的樣品的ΔE值高于其它幾種護色劑，主要是因其產生的SO2具有漂白的作用。但是SO2的存在既對人體有害還會影響花青素的穩定性，使花青素褪色，破壞其功效[26]；檸檬酸處理過的樣品其ΔE值僅次于同一濃度下的亞硫酸鈉，原因是檸檬酸可以與PPO 的金屬離子結合形成螯合物，降低酶活性，從而達到抑制褐變的效果[27]。同時，檸檬酸提供的較低pH 值有利于提高花色苷的穩定性[28]，使紫薯更為鮮亮，接近紫粉色，所以色差值較大。但檸檬酸濃度不宜過高，因為pH 值降低不僅會促進褐變的發生，且對果干的口感有不良影響，這與趙欣等[29]的研究結果一致。

抗壞血酸處理后的色差值最小，主要是因為抗壞血酸有強還原性，在果蔬酶促褐變中抑制PPO 活性，阻斷黑色素的生成，且在護色劑濃度0.40%～0.60%時，ΔE值較小，護色效果較好。

氯化鈉濃度為0.10%～0.40%時，隨濃度上升，ΔE值減小，這是因為在一定范圍內，氯化鈉溶于水后可降低水中的氧含量，避免PPO 與O2直接接觸。此后濃度繼續上升，ΔE值出現上升情況，可能是氯化鈉濃度過大引起組織細胞脫水，使液泡中的酚類物質與質體及其他細胞器中的PPO 更易接觸，從而造成褐變[30]。

氯化鈣中的鈣離子可以與PPO 中的Cu2+競爭結合到酶活性中心，控制PPO 的酶活，從而加強果蔬的抗褐變效果[31]。由圖5 可知，隨氯化鈣濃度增加，ΔE值減小且在0.20%濃度達到最小值7.27。然而，氯化鈣在護色時會起到硬化漂白的作用，且其帶有苦味，降低紫薯果干的口感。

由圖5 可知，幾種護色劑的ΔE值在降至最低值后隨濃度的繼續增加會有上升趨勢，推測是因為每種護色劑均有有效范圍；當超過護色劑濃度的臨界值后，其護色效果減弱，再加上紫薯果干本身發生非酶褐變，會使得褐變程度加深，ΔE值變大。綜上，選擇氯化鈉、抗壞血酸、檸檬酸3 種護色劑進行復配。

2.4 護色劑配方優化試驗

根據護色單因素試驗結果，以色差值ΔE和感官評分為指標，A（氯化鈉濃度）、B（抗壞血酸濃度）、C（檸檬酸濃度）、D（護色時間）4 個因素進行正交試驗，篩選出最佳護色方案與時間。正交試驗結果分析見表6。

表6 紫薯復合護色正交試驗結果Table 6 Orthogonal test results of color protection conditions for purple sweet potato

由表6 可知，影響紫薯色差的各因素的主次關系為氯化鈉濃度＞護色時間＞抗壞血酸濃度＞檸檬酸濃度。將9 組經過護色處理的薯塊蒸煮10 min、75 ℃下烘烤90 min 后，進行紫薯烘烤下感官評價，得出4 個因素的主次關系為氯化鈉濃度＞檸檬酸濃度＞護色時間＞抗壞血酸濃度。從表6 中得出最佳試驗條件為A3B2C1D1，即氯化鈉濃度0.40%、抗壞血酸濃度0.50%、檸檬酸濃度0.30%、護色時間10 min。但此條件未出現在正交試驗中，因此進行驗證實驗，將其與表中最優實驗組A3B2C1D3進行對比可知，后者的ΔL* 值為-0.33，Δa*值為0.16，Δb* 值為1.77，ΔE值（1.81）小于A3B2C1D1組。此外，蒸煮10 min 后在75 ℃下烘烤90 min，對成品進行感官評價，其得分最高（94.0 分）。

3 結論

在紫薯果干護色工藝研究中，通過單因素和正交優化試驗結果表明，在氯化鈉濃度0.40%、抗壞血酸濃度0.50%、檸檬酸濃度0.30%、護色時間30 min 的條件下，護色效果最佳。紫薯干的最優加工工藝為紫薯順紋理切片1 cm，護色后蒸煮10 min，75 ℃下烘烤90 min。此條件下生產的紫薯果干，色差值ΔE最小，為1.81，感官評分最高為94.0。