紫薯花青素固體飲料生產工藝研究

徐飛++鈕福祥++孫建++朱紅++岳瑞雪++張毅++張文婷

摘要 本文研究以紫薯為原料制作花青素固體飲料的工藝。為避免組織破碎，利用薯塊自身酶系統作用，在一定條件下降解淀粉，消除產品渾濁、沉淀現象；為提高產品溶解性，配料中添加了分散劑；在制備固體顆粒或粉末時，采用噴霧干燥法。試驗確定酶解溫度、酶解時間、噴霧干燥溫度及分散劑添加量為影響工藝和產品質量的4個關鍵因素，采用4因素3水平的正交試驗。結果表明，酶解溫度對產品質量的影響最大，分散劑因素影響最小。優化分析后，最佳工藝條件為酶解溫度條件為80 ℃，酶解時間60 min；噴霧干燥溫度105 ℃；β-環狀糊精添加量為10%。提取濾渣可開利用發膳食纖維產品。

關鍵詞 花青素固體飲料；溶解性；自身酶解；噴霧干燥；紫薯

中圖分類號 TS275.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）23-0243-03

紫薯中富含花青素，花青素具有抗氧化、抗腫瘤、降血壓、降血糖和增強免疫力等眾多醫療價值和營養保健價值[1-2]。目前，紫薯加工產品的開發如火如荼，如紫薯全粉、紫薯條、紫薯飲料以及添加了紫薯成分的面包、蛋糕、饅頭、餅干、掛面等[3]，以期增加花青素含量，提高產品保健功能，開發賣點，吸引消費。紫薯飲料、紫薯汁是老百姓喜聞樂見的產品，市場廣闊，消費人群廣泛，紫薯汁飲料生產和開發受到業內的廣泛關注，創建了一批生產企業，形成了一系列產品，如“又聞薯香”“李婆婆”“梅園三寶”的紫薯汁，“上洛”“自然尚品”的紫薯固體飲料等，發展形勢良好。就產品形式而言，紫薯飲料有渾汁果肉型和清汁型，清汁型清涼爽口，適宜夏季飲用，更受消費者喜愛。

紫薯不同于一般水果，其不溶性固形物含量高，達到25%～40%，不宜直接壓榨取汁，需要采用酶解技術，降解淀粉，使之變為可溶性，以便生產出澄清紫薯汁。酶解需要破碎或打漿，以提高酶解效率[4-5]。而打漿使得果肉組織各種物質得以細化和分離，這必然造成過濾的困難，增加過濾成本，降低工藝效率，同時也很難過濾徹底，影響產品感官品質。

本研究利用紫薯薯塊自身酶系統的作用，在不破碎薯塊組織的情況下，實現組織中淀粉的降解糖化，然后切丁提取，分離出可溶性糖、花青素、氨基酸等全部可溶性物質，再經過濃縮和噴霧干燥，制得顆粒或粉末狀花青素固體飲料[6]。一方面，由于酶解作用，淀粉降解為可溶性糖，組織結構松動，有利于花青素溶解和提取；另一方面，薯塊免打漿的切丁處理，避免組織細碎化，便于汁液過濾分離，提高效率以及產品透明度。利用該方法生產紫薯飲料的研究鮮見報道。

新鮮的薯塊生物體是一個復雜的酶系統，其中α-淀粉酶和β-淀粉酶能夠將淀粉轉化為糖，為薯塊生命活動提供能量[7]，是實現薯塊淀粉自身降解的動力源泉。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：徐紫薯8、碘化鉀指示劑、白砂糖、麥芽糊精、β-環狀糊精；儀器：200目尼龍濾布、不銹鋼容器、旋轉蒸發儀、水浴鍋、組織破碎機、高速離心機、噴霧干燥機。

1.2 試驗方法

1.2.1 預備試驗。作為固體飲料，分散溶解性是首要的質量指標，分散溶解性便于沖調飲用。因此，生產固體飲料一般需要添加分散劑，以提高產品溶解性。參考相關研究[8]，本試驗以白砂糖、麥芽糊精、β-環狀糊精3種可溶性物質為分散劑，進行溶解性試驗，選擇最適宜的分散劑。試驗設計用50 mL水溶解5 g分散劑，在不同的溫度下觀察攪拌后溶解情況，并記錄完全溶解時間（表1）。

由表1可以看出，不同的溫度下β-環狀糊精完全溶解時間最短，是較理想的分散劑，能夠提高紫薯固體飲料的分散性和溶解性，這與黃 卉等[8]研究結果一致。白砂糖不僅溶解較緩慢，而且添加后增加了甜度，影響口感，可作為風味調節使用，添加5%即可，對溶解有輔助作用。

1.2.2 試驗工藝流程。紫薯花青素固體飲料生產工藝流程紫薯→預處理→生物降解→提取→過濾→濃縮→調配→噴霧干燥。

1.2.3 試驗步驟。試驗具體有以下6個步驟。

（1）生物降解。選擇大小均勻的徐紫薯8薯塊，置于加熱到設定溫度的水浴鍋中，使水位淹沒薯塊，在設定溫度下，依靠自身酶系統進行自然降解。

（2）提取。薯塊酶解達到設定時間后取出，切成邊長3～5 mm的丁狀，加水1～3倍，在40～60 ℃條件下提取20～40 min，使花青素溶解平衡，此時薯丁內外色澤一致。

（3）過濾。花青素溶解平衡后，先后進行80～200目過濾，去除雜質，得到澄清花青素濾液。為使汁液分離徹底，濾渣可用離心機（2 000 r/min）進行汁液分離。視情況，濾渣可進行二次提取。

（4）濃縮。為提高噴霧干燥效率，采用旋轉蒸發儀對提取濾液進行真空濃縮，濃縮至原汁液可溶性固形物含量的2倍。

（5）調配與滅酶。濃縮后，按比例調節分散劑，為調節口感，適量添加白砂糖（5%左右），然后加熱沸騰5～8 min，冷卻后噴霧干燥。

（6）噴霧干燥。為保持噴霧干燥參數的穩定性，將料液保持在40 ℃左右，同時可節約能耗。當進風口溫度達到設定溫度時，開啟蠕動泵并調節轉速為35 r/min。上料前先用空水作空白樣進行噴霧，待參數穩定后，切換為試驗料液。

1.2.4 正交試驗。正交試驗具體有以下幾個步驟。

（1）正交試驗因素水平的確定。除分散劑影響產品溶解性外，自然酶解條件對產品質量產生重要影響。自然酶解溫度低、時間長，酶解不徹底，薯塊也會生產不適宜味道；酶解溫度高、時間短，薯塊變軟爛，汁液分離困難，顆粒殘留多，影響產品感官質量。因此，自然酶解溫度和時間是影響產品質量的關鍵因素。除此之外，在產品噴霧干燥階段，噴霧干燥的溫度對產品質量產生重要影響。因此，β-環狀糊精添加量、自然生物降解溫度和時間及噴霧干燥溫度是影響紫薯固體飲料的4個關鍵因素，并設計3個變量水平進行正交試驗（表2）。

（2）酶解終點的確定。取少許酶解物薯塊，于組織破碎機加足量的水中充分破碎，與高速離心機中進行固液分離，去除上清液的固體物質，然后滴加碘化鉀指示劑，觀察顏色反應，確定淀粉酶解情況。

（3）感官質量評價方法。以產品溶解性、色澤（透明度）、沉淀物狀況及口感4個方面為感官質量評價指標，每項指標滿分25分，總分100分，記錄評分的平均值（表3）。

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果

正交試驗結果如表3所示。可以看出，最佳組合為A3B1C3D2，即試驗的第7個組合，極差分析顯示，影響因素大小順序為B>D>C>A，酶解溫度是最大的影響因素，分散劑比例影響程度最小。

2.2 結果分析

2.2.1 自身酶解作用的優勢。利用薯塊自身酶系統作用實現淀粉降解是本研究的工藝特點，具有明顯的優勢。首先，避免了常規酶解方法對組織的破碎打漿處理造成過濾的困難，簡化工藝，提高效率；其次，淀粉降解后，組織結構發生松動，空隙增大，有利于糖類、花青素等內容物的溶出，提高提取效果；第三，免去皮全薯塊酶解，避免組織液流失；第四，酶解后，薯塊切成細丁狀，既有利于提取，也有利于過濾。紫薯自身酶解溫度控制失當，會生產異味或組織軟爛，均影響產品感官質量。

2.2.2 酶解溫度對產品質量的影響。利用薯塊自身酶系統的作用降解淀粉，是一種新的嘗試和探索，酶解溫度和時間是相輔相成的2個變量，溫度是主變量，決定酶的活性及酶解的效率，而時間是應變量，影響酶解的程度即徹底性。甘薯自身生物酶系統是一個復雜的生物代謝過程，有糖化酶、多酚酶、呼吸酶等，各種酶活性的最適宜條件（溫度）也不盡相同，從而產生不同的代謝結果。如表4所示，淀粉降解糖化后，薯塊組織變得柔軟，切開后，稍擠壓，有汁液流出，便于汁液分離。可以看出，當酶解溫度為40～60 ℃時，由于呼吸酶系統作用旺盛，無氧呼吸生產乙醇、甲醇等，有異味產生；在90 ℃條件下，各種酶活性得以抑制，熱使得淀粉糊化，組織變得軟爛；在70～80 ℃之間，正是淀粉糖化酶最適宜的溫度區域，而其他酶活性受到抑制，組織軟而不爛，保持產品風味純正、感官透明的品質，進一步驗證了試驗結果。在80 ℃酶解60 min條件下，時間短、效果好，既提高了效率，又保證了質量，是優化的酶解工藝條件。

2.2.3 噴霧干燥溫度對產品質量的影響。噴霧干燥作為工藝的最后環節，對產品質量有決定作用。在一定的流量下，噴霧干燥溫度不僅影響產品風味，而且影響產品的組織狀態和溶解性。溫度低，液體物料中水分不能充分汽化，呈小液滴落入收集器底部，干燥后變為硬塊，失去產品應有的顆粒分散狀態，即使適當粉碎，由于密度增大，溶解緩慢；溫度高，水分充分汽化，產品顆粒分散性較好，但汁液中的可溶性糖、蛋白質、氨基酸等物質容易焦化或發生美拉德反應，而果膠等可溶性膳食纖維由于長時間受熱而改變分子結構，造成不可逆變性[9]，降低溶解性，影響產品感官質量。有關研究顯示，進風口溫度>170 ℃時，產品溶解性和花青素含量均有所降低[10]。

2.2.4 分散劑對產品質量的影響。薯塊中的淀粉經酶解糖化后，變為可溶性固形物，可溶性固形物能夠促進顆粒溶解作用；為調節口感，配料添加的白砂糖，也促進了溶解作用；分散劑β-環狀糊精的添加，加速了固體顆粒的分散、裂解和溶解的速度，使產品具備適宜的沖調性。分散劑的進一步添加，溶解速度進一步加快，而不影響產品品質。鑒于β-環狀糊精的成本因素，在配料中添加10%即可。

3 結論與討論

利用薯塊自身酶系統作用，降解淀粉，生產紫薯花青素固體飲料。經過正交試驗和優化分析最佳工藝條件為酶解條件為80 ℃ 酶解60 min，噴霧干燥溫度105 ℃，β-環狀糊精添加量為10%，其中，酶解溫度因素影響最大，分散劑因素影響最小。生產的紫薯花青素固體飲料溶解性好，色澤澄清、均一透明，紫薯風味濃郁，具有一定保健功能。

工藝廢棄物的處理情況決定工藝的優劣及生產可持續的程度。薯塊在降解并提取可溶性物質后，除濾渣廢料外，并無其他廢棄物或有機廢水產生。濾渣廢料主要成分是膳食纖維。有研究顯示，薯渣中膳食纖維含量高達85.32%[11]，含量豐富，可用來開發膳食纖維產品，作為強化膳食纖維食品的配料，改善人們的膳食結構，變廢為寶[12]。膳食纖維強化食品是近年來國際流行趨勢，并逐漸向主食化產品發展，市場潛力巨大。膳食纖維產品開發工藝流程為濾渣→干燥→粉碎（或超微粉碎）→包裝。在甘薯雪花全粉生產工藝中，添加部分膳食纖維產品，可降低黏度和糖度，易于刮片成形，工藝流程為甘薯→熟化→制泥→調配（添加薯渣膳食纖維）→滾筒干燥→過目→包裝→雪花全粉[13]。通過綜合利用，變廢為寶，有利于實現紫薯花青素固體飲料的生產的可持續性。

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