馬鈴薯干片干燥工藝參數(shù)優(yōu)化

王輝，歐陽歲燕，黃珊，劉嘉，熊江

（貴州省生物技術(shù)研究所，貴州貴陽550006）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.），又稱土豆、洋芋等，屬茄科多年生草本植物，在我國已有400多年種植歷史[1]。其塊莖中含有豐富的淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、B族維生素等，與小麥、稻谷、玉米、高粱并成為世界五大作物。2015年我國更是提出馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略，使其漸變成第四大主食作物[2]。然而據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，雖然2014年我國馬鈴薯種植總面積約為557.3萬hm2，總產(chǎn)量為9 500萬t，但僅有產(chǎn)量的14%用于加工，貴州作為南方最大的馬鈴薯生產(chǎn)基地，目前的加工率甚至僅為5.2%，其余大量用于鮮食或飼用，馬鈴薯潛在的經(jīng)濟(jì)價值并未被完全開發(fā)[3-4]。

云貴川地區(qū)有喜食“洋芋片片”習(xí)慣，做法如沈慧在文獻(xiàn)中記錄：備料、切片、煮沸、晾曬、貯藏[5]。其外形近似蝦片，品質(zhì)酥、脆，味香爽口，耐保存、方便食用，是提高馬鈴薯身價的好方法。但目前，這類產(chǎn)品多為自家制作或小作坊生產(chǎn)，多為自然晾曬，干片褐變嚴(yán)重，產(chǎn)品色澤差，品質(zhì)易受氣候影響，原料浪費(fèi)嚴(yán)重，而且其加工衛(wèi)生條件往往受到限制。因此發(fā)展馬鈴薯干片加工技術(shù)對于促進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)、深挖馬鈴薯經(jīng)濟(jì)價值、推進(jìn)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略具有重要促進(jìn)作用。

熱風(fēng)干燥是工業(yè)生產(chǎn)中使用最普遍的干燥方法，具有成本低廉、操作簡單、設(shè)備維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在胡蘿卜、龍眼等新鮮農(nóng)產(chǎn)品的干燥儲藏中得到了廣泛應(yīng)用[6-9]。基于此，本研究擬采用熱風(fēng)干燥替代自然晾曬法干燥馬鈴薯片，擺脫氣候限制，結(jié)合單因素試驗(yàn)和正交設(shè)計(jì)[10]，優(yōu)化干燥工藝，生產(chǎn)出色差好、口感好的馬鈴薯干片，從而為馬鈴薯干片加工產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：品種為大西洋，初始含水量為80%，由貴州省生物技術(shù)研究所提供；碧源加碘食用鹽：貴州鹽業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司；香滿園烹調(diào)油（餐飲專用棕櫚油）：嘉里糧油（防城港）有限公司；石油醚（分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

NH310便攜式電腦色差儀：深圳市三恩時科技有限公司；TMS-PRO食品物性分析儀：美國FTC公司；SOX500粗脂肪測定儀：濟(jì)南海能儀器股份有限公司；CP213電子天平、MB23水分測定儀：奧豪斯儀器（常州）有限公司；WGL-125B電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 馬鈴薯干片干燥工藝流程

選取無蟲害、無芽眼的新鮮馬鈴薯，用流動自來水清洗后，去皮，切成一定厚度，放入85℃～90℃熱水中漂燙一定時間，然后投入涼水中冷卻5 min，轉(zhuǎn)入一定濃度的食鹽水中浸泡10 min，瀝干水分備用。

將烘箱溫度設(shè)置到試驗(yàn)所需溫度，放入待干燥馬鈴薯片。每隔10 min測定一次物料質(zhì)量，直至其質(zhì)量不再變化。每次試驗(yàn)平行3次，取平均值。干燥結(jié)束待其冷卻后，裝入自封袋中。

將馬鈴薯干片進(jìn)行油炸，得到馬鈴薯脆片，測定其含水量、含油量、脆度、L*值、b*值等指標(biāo)，進(jìn)行品質(zhì)評價。

1.3.2 樣品含水量的測定

采用常壓干燥法，參考國標(biāo)GB5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》[11]。

1.3.3 樣品含油量的測定

方法參照國標(biāo)GB5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》[12]。

1.3.4 樣品脆度的測定

采用三點(diǎn)彎曲法測定最大剪切力，即為馬鈴薯脆片脆度[13]。測試條件設(shè)置為：測試前后探頭速度均為30 mm/min，測試速度為12 mm/min，支點(diǎn)間跨度為20 mm，加載距離25 mm。平行5次測量，取平均值。

1.3.5 樣片色差（L*值、b*值）的測定

用便攜式色差儀測定，依次讀取L*值、b*值，平行6次測量，取平均值。

1.3.6 單因素試驗(yàn)

以切片厚度、漂燙時間、食鹽水濃度、干燥溫度、干燥時間為單因素，控制其他因素不變進(jìn)行試驗(yàn)，分別考察它們對L*值、b*值的影響情況。

1.3.7 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取切片厚度、漂燙時間、食鹽水濃度、干燥溫度、干燥時間5個因素，以馬鈴薯干片油炸后的含水量、含油量、脆度、色差等為考察指標(biāo)，進(jìn)行L16（45）正交分析。正交因素水平見表1。

表1 正交設(shè)計(jì)因素水平表Table 1The factors and levels of orthogonal design L16（45）

1.3.8 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用SPSS做單因素顯著性分析，Origin 9.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素對馬鈴薯干片干燥特性的影響

2.1.1 切片厚度對馬鈴薯干片熱風(fēng)干燥特性的影響

在干燥溫度為75℃、漂燙時間為210 s、食鹽水濃度為1.0%的條件下，考察切片厚度為2、2.5、3、4 mm對干片的干燥特性的影響。圖1為在不同切片厚度條件下，含水率隨時間的變化曲線。

圖1 不同切片厚度條件下含水率變化曲線Fig.1 Curve of moisture content change over different slice thickness

由圖1可以看出：馬鈴薯干片干燥過程中，達(dá)到平衡含水率需要的時間與切片厚度成正比，切片厚度為4 mm時需要的時間明顯高于其他3種切片厚度。切片厚度越厚，經(jīng)相同時長處理后其含水量最高。因?yàn)榍衅穸仍酱螅瑐髻|(zhì)阻力越大，干燥速度越慢。因此，較薄的切片對干燥過程有利。

2.1.2 干燥溫度對馬鈴薯干片熱風(fēng)干燥特性的影響

在切片厚度為2.5 mm、漂燙時間為210 s、食鹽水濃度為1.0%的條件下，分別測定60、70、80、90℃4個干燥溫度對干燥整個過程的影響，繪制其含水率變化曲線。如圖2所示。

圖2 不同干燥溫度條件下含水率變化曲線Fig.2 Curve of moisture content change over different temperature

從圖2可以看出，干燥溫度與物料的含水率成反比，90℃達(dá)到平衡含水率所需的時間明顯低于其他3種干燥溫度。這是因?yàn)闇囟仍礁撸洚a(chǎn)生的傳熱跟傳質(zhì)的推動力越大，空氣濕度就越低，干燥速度越快，達(dá)到平衡含水率所需的時間就越短。所以，提高干燥溫度對該過程有利，但若溫度過高，馬鈴薯干片的營養(yǎng)成分又可能會被過多地破壞，產(chǎn)品顏色也受到不利影響。

2.2 單因素對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響

2.2.1 切片厚度對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響

切片厚度對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 切片厚度對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.3 The effect of slice thickness on colour and crispness of potato chips

從圖3可以看出，切片厚度對b*值、脆度具有極顯著影響，對L*值具有顯著影響。L*值隨切片厚度的增加呈緩慢上升的趨勢；b*值隨切片厚度的增加而上升。隨著切片厚度的增加，馬鈴薯片的脆度顯著上升，2.5 mm和3 mm時趨勢不明顯。

2.2.2 漂燙時間對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響

漂燙可以鈍化馬鈴薯片中酶的活性，同時清除可能存在的致病菌，并排除組織中的空氣。試驗(yàn)采用85 ℃～90 ℃沸水為漂燙溫度，選取 30、60、90、120、150、180、210、240 s為漂燙時間，漂燙時間對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響見圖4。

由圖4可以看出，漂燙時間對3個指標(biāo)的影響較小。L*值和脆度各水平間差異不顯著。隨著漂燙時間的延長，b*值逐漸增大。

2.2.3 干燥溫度對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響

合理的干燥溫度可以加快干燥進(jìn)程，同時保證良好的產(chǎn)品色澤。干燥溫度對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響見圖5。

圖4 漂燙時間對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.4 The effect of blanching time on colour and crispness of potato chips

圖5 干燥溫度對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.5 The effect of drying temperature on colour and crispness of potato chips

圖5 中可以看出干燥溫度對L*值、脆度影響較小，但對b*值影響較大。隨著溫度的升高，b*值先降低后升高，70℃和80℃差異不明顯。這是因?yàn)闇囟仍礁撸瑔挝粫r間內(nèi)水分喪失加快，美拉德反應(yīng)物質(zhì)生成增多，干片b*值顯著提高。

2.2.4 食鹽水濃度對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，食鹽浸泡對產(chǎn)品顏色有一定影響[14]。試驗(yàn)選取濃度為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的食鹽水浸泡漂燙冷卻后的馬鈴薯片。食鹽水濃度對馬鈴薯干片干燥品質(zhì)的影響見圖6。

圖6 食鹽水濃度對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.6 The effect of salt concentration on colour and crispness of potato chips

圖6 可以看出食鹽浸泡濃度對3個指標(biāo)影響程度較小。方差顯著性分析表明，各水平間脆度差異不顯著。隨著食鹽水濃度的增加，L*值呈上升趨勢，在1.0%時達(dá)到最大值。b*值在食鹽水濃度1.0%時達(dá)到最大值。

2.3 正交設(shè)計(jì)

五因素四水平正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2顯示各試驗(yàn)組指標(biāo)最大值和最小值之間具有較大極差，其中含水量為8.88%，含油量為13.66%，脆度為 14.68，L*為 30.48，b*為 11.07，從極差大小來看工藝參數(shù)對各指標(biāo)的影響程度大小排序?yàn)椋篖*＞脆度＞含油量＞b*＞含水量，這表明干燥工藝參數(shù)對顏色指標(biāo)的影響最大，其次為脆度、含油量。b*和含水量的誤差較小，L*、脆度和含油量的誤差較大，這說明干燥工藝可能導(dǎo)致最終產(chǎn)品外觀一致性較差，脆度一致性較差，含油量一致性較差，含水量等成分類指標(biāo)具有良好的一致性。

表2 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of orthogonal design

表3 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果極差分析Table 3 Range analysis of the orthogonal design’s results

通過極差分析[15]可知，對于各試驗(yàn)指標(biāo)，影響因素的主次順序?yàn)楸?所示。

表4 各因素主次順序表Table 4 The orders of experimental factors by means of range analysis

根據(jù)各指標(biāo)下的平均數(shù)據(jù)，初步確定各因素的最優(yōu)水平組合為：

對含水量：A2B3C3D4E3（含水率越低越好）

對含油量：A4B1C3D2E1（含油量越低越好）

對脆度：A1B4C1D4E4（脆度越低越好）

對 L*：A2B2C2D4E4（L*越高越好）

對 b*：A2B2C1D3E1（b*越低越好）

由于5個指標(biāo)單獨(dú)分析出來的最優(yōu)條件并不一致，根據(jù)因素對5個指標(biāo)影響的主次順序綜合考慮確定最佳工藝條件為：A2B4C1D4E1，即切片厚度為2.5 mm，漂燙時間為210 s，干燥溫度為60℃，干燥時間為150 min，食鹽水濃度為1%時，具有最佳加工品質(zhì)。通過驗(yàn)證試驗(yàn)，在此工藝條件下，馬鈴薯干片含水量為6.30%，含油量為14.57%，脆度為6.9 N，L*為88.23%，b*為16.25。綜合分析，正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝得到的產(chǎn)品優(yōu)于正交試驗(yàn)中所有產(chǎn)品，說明優(yōu)化工藝可靠。

3 結(jié)論與展望

通過L16（45）正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)得到馬鈴薯干片的最佳干燥工藝為切片厚度為2.5 mm，漂燙時間為210 s，干燥溫度為60℃，干燥時間為150 min，食鹽水濃度為1%。通過驗(yàn)證試驗(yàn)表明，優(yōu)化工藝得到的產(chǎn)品無明顯褐變，色澤良好，脆度、鹽度適中，適合大眾消費(fèi)。干燥工藝的優(yōu)化為馬鈴薯干片加工產(chǎn)業(yè)提供了良好的技術(shù)支撐。

本試驗(yàn)以大西洋品種為原料，因?yàn)榇笪餮笃焚|(zhì)還原糖含量偏低，適宜用于薯片加工。然而在我國西南地區(qū)，合作88等品種應(yīng)用范圍更廣。因此，研究后期可以嘗試以當(dāng)?shù)仄贩N為加工原料，優(yōu)化干燥工藝參數(shù)，建立因地制宜的馬鈴薯干片加工技術(shù)，促使馬鈴薯產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。

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