馬蹄濕淀粉微波干燥的實驗研究

唐小閑,羅楊合,湯 泉,劉 艷,黎小椿,3，段振華,*

(1.賀州學院 食品科學與工程技術研究院/廣西馬蹄加工工程技術研究中心,廣西賀州 542899;2.賀州學院 化學與生物工程學院,廣西賀州 542899;3.大連工業大學 食品學院,遼寧大連 116034)

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馬蹄濕淀粉微波干燥的實驗研究

唐小閑1,2,3,羅楊合1,湯 泉2,劉 艷1,黎小椿1,3，段振華1,*

(1.賀州學院 食品科學與工程技術研究院/廣西馬蹄加工工程技術研究中心,廣西賀州 542899;2.賀州學院 化學與生物工程學院,廣西賀州 542899;3.大連工業大學 食品學院,遼寧大連 116034)

以馬蹄濕淀粉為實驗對象,研究了不同功率對馬蹄濕淀粉微波干燥中的含水率及品質變化的影響。結果表明馬蹄淀粉的微波干燥曲線呈現出果蔬典型的干燥曲線特征,馬蹄淀粉的含水率隨著微波干燥時間延長而迅速下降。隨著微波干燥時間的延長，馬蹄淀粉白度、酸度均呈現出上升變化的趨勢，而碘藍值呈現先減少后增加的變化趨勢，粘度降低。在一定微波功率范圍內，微波功率越小，干燥速率越慢，酸度越低，碘藍值和粘度越大，白度越高但不顯著。

微波,馬蹄淀粉,微波干燥,品質

馬蹄(Water chestnut),又稱荸薺(Eleocharis tuberose Schult)、地栗、烏芋、鳧茨、通天草,是莎草科、荸薺屬淺水性宿根草本植物[1]。我國現有馬蹄種植面積超過50萬畝,馬蹄產量占全球的95%,年總產量80萬噸以上,且70%的產量在廣西桂東北地區。生產上,根據馬蹄的組成和用途,將馬蹄分為粉馬蹄和水果馬蹄[2]。粉馬蹄中含大量的淀粉,加上低聚糖和單糖,占干重的86%以上,此外,馬蹄含豐富的維生素、植物蛋白、磷質等[3]。粉馬蹄經加工制成淀粉,可沖調食用,可作為食品粘合劑、增稠劑、穩定劑、懸浮劑和改良劑,也可用作釀造、制藥、變性淀粉等工業加工的原輔料,還作為改善某些擠壓膨化食品的沖調劑,應用廣泛。

目前馬蹄淀粉脫水干燥過程中,大多數加工企業通過燃燒木材、煤炭產生熱量,加熱空氣來實現馬蹄淀粉的干燥,甚至有少數企業仍是通過傳統的自然晾曬來實現馬蹄濕淀粉的干燥,這種生產方式不僅干燥效率低,衛生指標難達到要求,進一步影響馬蹄淀粉干品的品質,并且煤炭燃燒會造成嚴重的環境保護壓力。而微波干燥是指以微波作為熱源、由內及外對物料加熱的一種方式,具有獨特的加熱特性,如穿透力強、選擇性加熱、熱慣性小、干燥速度快、熱效率高、干后產品品質高,清潔生產符合環保要求以及易于實現自動控制的特點,因而在農產品加工及食品工業中應用越來越廣泛[4-5]。近十年來,國內外就有不少關于微波干燥農產品的研究,微波干燥已運用到鳙魚[6]、羅非魚片[7]、辣椒[8]、萵筍[9]、蘆筍[10]、黃秋葵[11]、銀杏果[12]松花粉[13]及板栗淀粉[14]等加工領域,但未見在馬蹄濕淀粉干燥中的研究及應用。本文以馬蹄濕淀粉為對象,研究馬蹄淀粉在不同微波功率條件下的干燥曲線及其品質變化,旨在為馬蹄淀粉微波干燥技術應用及推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬蹄 賀州市農貿市場,選擇個體完整、大小均勻、無機械損傷的新鮮粉馬蹄。氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀、鹽酸、重鉻酸鉀、碳酸鈉等均為分析純。

G80D20CN1P-D2(S0)型微波爐 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司;DHG-9240A型電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;BSA124S型分析天平 德國賽多利斯;MA150型水分測定儀,北京賽多利斯儀器系統有限公司;MR-Hei-Tec型加熱型磁力攪拌器 德國海道夫公司;722N型可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;KQ5200DV型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;CR-10型色差計 日本柯尼卡美能達控股株式會社;NDJ-8s型數顯粘度計 邦西儀器科技上海有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預處理 馬蹄經清洗去皮,破碎勻漿,過濾后制作成濕淀粉,其濕基含水率約為44%,在預實驗的基礎上,設定裝載量(2.0 kg/m2)、微波功率(140、280、420 W)和時間(2～26 min范圍內)進行微波干燥實驗,淀粉安全含水率≤13%。

1.2.2 含水率的測定 參照國家標準GB 50093-2010食品中水分的測定方法。

1.2.3 白度的測定 參照文獻[15],利用CR-10色差計進行測定,以儀器白板為標準,測量馬蹄淀粉的明度指數L*。L*稱為明度指數,反映白度和亮度的綜合值,該值越大表明被測物越白亮。L*=0表示黑色,L*=100表示白色;通過L值反映馬蹄淀粉白度,它能較好地反映干燥產品的顏色改變。

1.2.4 馬蹄淀粉的酸度測定 參照國家標準GBT 22427.9-2008 淀粉及其衍生物酸度測定方法,酸度以10 g樣品所耗用0.1 mol/L氫氧化鈉標準溶液的毫升數表示,計算公式如下:

式(1)

式(1)中:X為樣品酸度,mL;c為已標定的氫氧化鈉標準溶液的濃度,mol/L;V1為樣品所耗用的氫氧化鈉標準溶液的體積,mol/L;V0為空白所耗用的氫氧化鈉標準溶液的體積,mol/L;m為樣品的干基質量,g。

1.2.5 馬蹄淀粉的碘藍值測定 根據上官佳等人的方法[16],并作了改進,具體操作如下:準確稱取馬蹄淀粉樣品0.25 g于50 mL 錐形瓶中,加入65.5 ℃預熱的蒸餾水50 mL,將錐形瓶放置在加熱型磁力攪拌器上,待錐形瓶內溶液溫度升至65.5 ℃,停止加熱,靜置1 min后過濾。濾液于65.5 ℃的水浴鍋中保溫,并趁熱吸取1 mL于50 mL顯色管中,加1 mL 0.02 mol/L的碘標準溶液,用蒸餾水定容至刻度;同時取1 mL 0.02 mol/L碘標準溶液,用蒸餾水定容至50 mL作為空白對照,以試劑空白調零點,測定樣品在波長650 nm處的吸光度A650 nm。碘藍值(BVI)的計算公式如下:

BVI=A650 nm×54.2+5

式(2)

1.3 數據分析

所有實驗均設定三個平行,測定結果以平均值±標準偏差(SD)表示,應用origin7.5和Excel 2010軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 馬蹄淀粉在不同微波功率條件下的微波干燥曲線

圖1為馬蹄淀粉在140、280、420 W下的微波干燥曲線。從圖1可知馬蹄淀粉具有典型干燥曲線的特征,物料的含水率隨著微波干燥時間延長而顯著下降。微波的穿透能力較大,可使物料內外同時加熱干燥。隨著微波功率的增加,物料達到安全含水率(含水率≤13%),干燥時間縮短。微波功率為140、280、420 W時,物料達到安全含水率的所耗時分別為21.4、11、5.5 min。表明初始含水率、物料裝載量恒定時,微波功率越大,達到安全含水率的所需時間越短,與文獻[17]研究結論一致。因此,在一定微波功率范圍內,可通過增大微波功率來提高物料干燥速率。在較低的微波功率條件下,馬蹄淀粉達到安全含水率的干燥時間僅僅需要21.4 min,而使用薄層熱風干燥淀粉在干燥溫度60 ℃時所用的時間約為12 h[18]。

圖1 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥曲線Fig.1 Microwave drying curve of water chestnut starch under different microwave power

2.2 馬蹄淀粉在不同功率條件下微波干燥中的白度變化

圖2分別表示馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中的白度變化。從圖2可知,在恒定微波功率條件下,隨著干燥時間的延長,物料白度呈現出上升變化的趨勢。原因可能是隨著干燥時間的延長,物料的含水率逐漸減小,而含水率的大小影響著物料的白度,含水率大白度小[19],含水率減小白度增大。不同功率,物料達到安全含水率時白度不同,當物料含水率為13%,微波功率為140、280、420 W時,對應的白度分別為94.6%、93.9%、90.0%。微波功率越小,淀粉白度越高,但不顯著。白度是判定淀粉等級的一項重要理化指標[20],要使產品白度達到行業標準、市場指標和經濟指標,就要控制馬碲淀粉加工工藝,防止褐變產生,微波干燥時間短,可有效防止馬碲淀粉變色。

圖2 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的白度變化Fig.2 Variation of the white degree of the microwave drying of the water chestnut starch under different microwave power

2.3 在不同功率條件下馬蹄淀粉微波干燥中的酸度變化

酸度是馬蹄淀粉產品的一項重要指標(DBS 45/002-2013),反映了原料的新鮮程度、加工效果、保存時間,淀粉酸性物質含量偏高,則淀粉產品品質下降。圖3表示馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中的酸度變化,在不同微波功率條件下,隨著干燥時間的延長,淀粉酸度隨之增加。酸度增加可能的原因是,微波干燥加熱方式從內向外加熱,可以加快淀粉水解產生脂肪酸,導致馬蹄淀粉酸度升高。微波功率越小,酸度越低,淀粉品質較好。在一定微波功率范圍內干燥的馬蹄淀粉均能控制其酸度在4 mL之內,符合馬蹄淀粉食品安全地方標準DBS 45/002-2013規定。

圖3 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的酸度變化Fig.3 The change of acidity in the microwave drying of water chestnut starch under different microwave power

2.4 不同微波功率條件下馬蹄淀粉微波干燥的碘藍值變化

圖4分別表示馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中的碘藍值變化。碘藍值是評價淀粉類食品品質的一個重要指標[21],它反映了直鏈淀粉的含量,碘藍值較大則直鏈淀粉含量較高[22]。直鏈淀粉與碘結合形成淀粉-碘絡合物,呈藍綠色、藍色或墨綠色,其顏色主要與淀粉的結構及數量有關[23],直鏈淀粉的鏈較長,含量較高,則藍色較深。由圖4可知,在相同的微波功率條件下,隨微波干燥時間延長,碘藍值呈現先減少后增加的變化趨勢;在功率為140、280、420 W,物料含水率為13%時,碘藍值分別為14.6、14.4、12.8,微波功率越小,碘藍值越高。可見淀粉的碘藍值大小與微波功率、干燥時間有關。微波干燥后馬蹄淀粉顆粒破裂,部分支鏈斷裂,支鏈淀粉和中間級分含量降低[24],直鏈淀粉含量升高,增加了可與碘分子結合的數量,使得碘藍值上升。

圖4 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的碘藍值變化Fig.4 Changes of iodine blue value in microwave drying under different microwave power

2.5 微波干燥對馬蹄淀粉粘度的影響

圖5表示為馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中粘度的變化。粘度是淀粉漿的最重要的流變性質,因此粘度是淀粉品質中一項重要的指標。從圖5可知,在一定的微波功率條件下,隨著干燥時間的延長,淀粉粘度隨之減小,呈現先緩慢后快速的趨勢;馬蹄淀粉粘度減小是因為微波干燥加熱方式從內向外加熱,淀粉含水率逐漸降低,溶脹減少,顆粒逐漸減小,流變性能降低,導致馬蹄淀粉粘度下降。不同功率下微波干燥淀粉粘度不同,其主要原因可能是功率越大,淀粉分子高頻振動,相互碰撞、擠壓的劇烈程度越大[25],使得淀粉分子鏈發生大量的遷移運動,淀粉的結構、性質改變明顯;而微波功率較小,淀粉分子鏈的遷移運動較緩慢,更好地保持了淀粉粘度。因此,功率越小,粘度越大。

圖5 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的粘度變化Fig.5 Changes of iodine viscosity in microwave drying under different microwave power

3 結論

馬蹄淀粉微波干燥曲線呈現出果蔬典型的干燥特征,馬蹄濕淀粉中的含水率隨著微波干燥時間增加而下降;馬蹄淀粉隨著時間的延長,白度、酸度呈現出上升變化的趨勢,碘藍值呈現先減少后增加的變化,粘度降低;在一定的微波功率干燥范圍內,微波功率越小,干燥速率越慢,酸度越低,碘藍值越大,粘度越大,白度越高但不明顯。

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Experiment study on the microwave drying for water chestnut starch

TANG Xiao-xian1,2,3,LUO Yang-he1,TANG Quan2,LIU Yan1,LI Xiao-chun1,3,DUAN Zhen-hua1,*

(1.Institute of Food Science and Engineering Technology/Guangxi Water Chestnut Process Engineering Technology Research Center,Hezhou University,Hezhou 542899,China;2.College of Chemical and Biological Engineer,Hezhou University,Hezhou 542899,China;3.School of Food Science and Technology,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

With the water chestnut wet starch as the experimental object,the effects of water content and quality changes were studied in three different microwave power conditions. The results indicate that the drying curves of the water chestnut starch show the characteristic of the fruits and vegetables typical drying curve. The water content decreases with the increasing of the drying time,the white degree and acidity of the water chestnut show a rising trend with the increase of microwave drying time,while the iodine blue value decreases and then increases. The viscosity decreases. Under the certain range of microwave drying power,with the power smaller,the drying rate is more slowly,acidity is lower,iodine blue value and viscosity are bigger,whiteness has no significant change.

microwave;water chestnut starch;microwave drying;quality

2016-11-17

唐小閑(1984-)，女，碩士研究生，研究實習員，研究方向：食品加工新技術，E-mail:tangxiaoxian2016@163.com。

*通訊作者:段振華(1965-)，男，博士，教授，研究方向：熱帶食用資源加工，貯藏，E-mail:dzh65@126.com。

廣西特色果蔬深加工與保鮮技術研究(YS201601)；賀州學院“果蔬深加工與保鮮團隊建設”項目(YS201602)。

TS 255.1

A

1002-0306(2017)11-0107-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.012