淮山片变温压差干制工艺优化及其特性研究

李清明 李志雅 张丽茹 赵小梅 熊兴耀 苏小军

摘要：【目的】优化淮山片变温压差干制工艺，并研究该工艺对淮山片结构和主要功能成分的影响，为利用变温压差干制技术生产高品质淮山干制品提供理论依据。【方法】以复水比、色泽和收缩率为评价指标，结合模糊评判，采用二次回归正交旋转组合试验设计优化淮山片变温压差干制工艺条件，研究膨化温度（X1）、抽空温度（X2）和抽空时间（X3）对淮山片变温压差干制效果的影响规律，以及变温压差干制工艺对淮山片品质的影响。【结果】建立了淮山片综合评分（Y）的回归方程：Y=6.97-0.63X1-1.61X2-1.07X3+0.38X1X2-0.14X1X3+0.044X2X3-0.67X12-0.57X22-0.92X32（R2=0.9396），3个因素对淮山片综合评分均有极显著影响（P<0.01）。淮山片变温压差干制最佳工艺参数为：膨化温度87 ℃、抽空温度74 ℃、抽空时间138 min，在此条件下所制备的淮山片复水比为1.82，色泽L为91.32，收缩率为36.12%，综合评分为8.71分，得到的淮山片片形较好，黄酮和尿囊素保存率高。【结论】通过二次回归正交旋转组合设计优化得到的变温压差干制工艺能较好地保持淮山片片形、保留淮山活性成分，可有效应用于淮山片的干制，建立的模型能用于指导实际生产。

关键词： 淮山片；变温压差干制；二次回归正交旋转组合设计

中图分类号： TS201.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）10-1743-06

0 引言

【研究意义】淮山为山药科薯蓣属植物，是许多热带国家人民的重要主食（Hsu et al.，2003；Badmus et al.，2013），在我国属药食同源食物，具有补脾、养肺、固肾、益精等多种功效（李树英等，1994），深受消费者青睐。但由于鲜淮山水份含量高，易腐烂，不耐贮藏，为解决淮山的贮藏和周年供应问题，可将淮山干制成片或淮山粉（Mestres et al.，2004）。因此，研究淮山片干制工艺，对淮山深加工利用具有重要意义。【前人研究进展】目前国内对淮山片干制技术的研究主要集中在护色、热风干燥、微波干燥和冷冻干燥等方面。陈艳珍（2009）、任广跃等（2010）对淮山片的微波干燥特性进行了研究，得到淮山片的最佳微波干制条件；黄艳斌等（2014）对淮山干燥过程的无硫工艺进行了研究，得到优化的无硫护色配方；任炜和段续（2016）对鲜切怀山药的等温吸湿特性进行模拟，得到预测怀山药玻璃化转变温度与水含率关系的拟合方程。目前淮山片干制的主要方法是热风干燥，但此法存在干燥时间长、能耗高、活性成分损失大等问题。变温压差干制是一种新型干制技术，具有节能环保、产品品质好等优点，已有不少学者对其机理、工艺及其应用方面开展了研究，该技术已应用于马铃薯（毕金峰和魏益民，2008）、菠萝（毕金峰等，2009）、芒果（赖必辉等，2011）和红枣（于静静等，2011）等果蔬的干燥。【本研究切入点】目前尚无利用变温压差技术干制淮山片的研究报道。【拟解决的关键问题】以复水比、色泽、收缩率为评价指标，结合模糊评判，采用二次旋转正交试验设计，考察膨化温度、抽空温度和抽空时间对淮山片变温压差干制效果的影响；在前期确定的工艺基础上，优化淮山变温压差干制工艺，同时考察变温压差干燥对淮山片主要功能成分和结构的影响，为利用变温压差干制技术生产高品质淮山干制品提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

淮山购自湖南省双峰县青树坪镇金土地农业合作社，采挖后立即运至实验室。主要仪器设备：变温压差果蔬干燥机（QDPH-V5，天津市勤德新材料科技有限公司）；色彩色差仪（CR-400，柯尼达美能达公司）；电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9246，上海精宏实验设备有限公司）；微波炉（KD23B-DA，美的微波电器制造有限公司）；真空冷冻干燥机（Bencbtop K，美国VirTis公司）；粉碎机（FW-135，北京市永光明医疗仪器厂）；扫描电镜（JSM-6380LV，日本电子株式会社）；高效液相色谱（1260型，美国安捷伦公司）。

1. 2 试验方法

1. 2. 1 变温压差工艺流程 淮山→分选→清洗→去皮→切片→护色→干燥→冷却→分级→包装。

1. 2. 2 试验设计 根据前期单因素试验结果，选择膨化温度（X1）、抽空温度（X2）、抽空时间（X3）3个因素进行二次回归正交旋转组合设计优化试验，结合模糊评判，分析3个因素对淮山片复水比、色泽和收缩率的影响。因素水平编码设计见表1。

1. 2. 3 不同干燥方式比较 选取新鲜淮山，去除坏损，用清水洗掉表面泥土，去皮切片，分别进行不同干燥方式干燥。热风干燥：60 ℃，10 h；微波干燥：600 W，15 min；真空冷冻干燥：预冻-30 ℃，24 h，冻干时间9 h；变温压差干制：膨化温度87 ℃，抽空温度74 ℃，抽空时间138 min，停滞时间5 min。比较各干燥方式对淮山片纤维结构、尿囊素和黄酮含量的影响。

1. 3 测定指标及方法

水含量和收缩率分别采用直接干燥法和比容法测定。复水比：在30 ℃条件下，将2.5 g样品置于50 mL水中浸泡30 min，取出后置于钢筛上自然沥水5 min，称质量计算，复水比=（m2-m1）/m1，式中，m1、m2分别为复水前后样品重量（g）。色泽：用粉碎机粉碎淮山片，利用色彩色差计测定；L是明度指数，可用来表示产品色泽变化；本研究所用淮山为白色，可直接用L反映原料加工后的变色程度。色泽L越大，表示淮山片颜色越接近白色，褐变越轻（Hsu et al.，2003）。扫描电镜采用MSAJE法（Yeh et al.，2013）；尿囊素（Fu et al.，2006）和黃酮（Yeh et al.，2013）含量采用高效液相色谱法测定。

1. 4 模糊评判

采用模糊评判进行综合评分（王军锋等，2012）。

1. 4. 1 确定模糊评判指标集 以复水比（Y1）、色泽L（Y2）、收缩率（Y3）为评价指标集，记为U，U={Y1，Y2，Y3}。

1. 4. 2 确定评价对象因素集对应的隶属度函数 采用复水比、色泽L和收缩率3个指标对淮山片的品质进行评定，每个指标评定采用10分为满分，最低分为0分。3个指标中若有一个指标记为0分，则该样品评定为不合格。每个指标的品质隶属度函数分别为：

1. 4. 3 确定被评指标权重集 根据淮山片特点确定3个单因素在总评判中的比重分别为复水比45%、色泽L 35%、收缩率20%，即权重集A={0.45，0.35，0.20}。

1. 5 统计分析

采用Design-Expert 8.0.6进行响应面分析，所有数据重复测定3次，计算平均值。

2 结果与分析

2. 1 回归模型及其参数分析

测定复水比、色泽L和收缩率，并根据1.4进行综合评分，结果见表2。利用Design-Expert 8.0.6对表2数据进行分析，得到复水比、色泽L、收缩率和综合评分的模型：Y1=1.78-0.00083X1-0.11X2-0.10X3+0.049X1X2-

0.034X1X3-0.00375X2X3-0.12X12-0.023X22-0.06X32；Y2=

90.80-0.72X1-2.58X2-1.34X3+0.029X1X2+0.059X1X3-

0.036X2X3-0.69X12-1.83X22-1.46X32；Y3=64.97+7.31X1+

5.10X2+7.84X3-1.99X1X2+0.19X1X3+0.084X2X3-5.39X12-

1.88X22-0.65X32；Y4=6.97-0.63X1-1.61X2-1.07X3+0.38

X1X2-0.14X1X3+0.044X2X3-0.67X12-0.57X22-0.92X32。

检验各方程回归系数，可得决定系数R2（表3），各方程R2均大于或接近于0.8000，说明各方程模拟结果均有可信度，具有统计学意义。由表3可知，影响淮山片复水比的主次顺序依次为：X2>X3>X1，其中X2和X3有极显著影响（P<0.01，下同），而X1对复水比影响不显著（P>0.05，下同）；X2对淮山片的色泽L影响极显著，X3影响显著（P<0.05，下同），X1影响不显著；X1、X2和X3对淮山片的收缩率均有极显著影响，影响程度排序为：X3>X1>X2。综合评分模型的R2为0.9396，说明方程具有一定的指导意义，预测的精确度高。X1、X2、X3和X12、X22、X32对淮山片的综合评分均有极显著影响，X1X3和X2X3对综合评分有显著影响。

2. 2 各因素效应分析

为考察各因素交互作用的影响，固定其中1个因素为0水平，考察另外两个因素对淮山片复水比、收缩率、色泽L和综合评分的影响，绘出交互效应图（图1～图4）。

由图1可以看出，淮山片复水比随膨化温度的升高而增大，当膨化温度达90 ℃时，复水比达最大值，之后随膨化温度升高而下降；复水比随抽空温度的升高而下降；复水比随抽空时间的延长而升高，在132 min时达最大值，之后下降。

由图2可以看出，淮山片色泽L则在膨化温度84 ℃时达最大值后下降；色泽L随抽空温度升高呈先上升后下降的变化趋势，在抽空温度86 ℃时达最大值；色泽L随抽空时间延长也呈先升后降的变化规律，色泽L在抽空时间为150 min时达最大值。

由图3可以看出，淮山片收缩率随膨化温度的升高而上升，当膨化温度为96 ℃时达最大值，之后略有下降；淮山片收缩率则随抽空温度的升高而上升，随抽空时间的延长呈增大趋势。

由图4可以看出，3个因素对淮山片的综合评分均有显著影响，淮山片的综合评分随膨化温度、抽空温度的升高和抽空时间的延长均呈先升后降趋势。

2. 3 淮山片变温压差干制最优工艺参数的确定

根据综合评分回归方程计算得到淮山片变温压差干燥最优工艺参数：膨化温度87 ℃、抽空温度74 ℃、抽空时间138 min，在此条件下进行验证试验，得到淮山片复水比为1.82，色泽L为91.32，收缩率为36.12%。根据1.4计算得到综合评分为8.71分，与预测值8.68分接近，说明模型参数优化合理，拟合模型能较好地应用于淮山片变温压差干制过程控制和结果预测。

2. 4 变温压差干制对淮山片显微结构的影响

目前淮山片主要的干制方式是热风干燥，故对变温压差干燥和热风干燥的淮山片进行扫描电镜观察，结果见图5。经热风干燥的淮山片内部干缩严重，水分散失后其内部局部产生空腔，但大部分区域结构较致密；而经过变温压差膨化干燥的淮山片内部形成多孔状结构，空腔大且分布较均匀。感官表现为变温压差膨化的淮山片收缩不如热风干燥严重，能基本保持良好的片形。

2. 5 变温压差干制对淮山片中黄酮和尿囊素等功能成分的影响

尿囊素是淮山的重要功能成分，具有抑菌消炎、镇痛、抵抗刺激物等作用（Fu et al.，2006），黄酮含量是淮山中抗氧化活性的重要指標（Yeh et al.，2013）。对变温压差干制的淮山片与热风干燥、微波干燥、真空冷冻干燥的淮山片中黄酮和尿囊素含量进行比较分析，结果（图6）表明，4种干燥方式对淮山片中黄酮和尿囊素含量影响显著，其中，变温压差干制淮山片的黄酮保存率仅低于真空冷冻干燥，显著高于热风干燥和微波干燥；变温压差干制淮山片的尿囊素保存最好，显著高于其他3种干燥方式。

3 讨论

本研究选择复水比、色泽和收缩率为评价指标，建立隶属度函数，采用模糊评判对淮山片品质进行评价，并构建了淮山片综合评分的回归方程。经方差分析可知，膨化温度、抽空温度和抽空时间及其平方项对淮山片综合评分的影响极显著。优化的变温压差干制工艺参数为：膨化温度87 ℃、抽空温度74 ℃、抽空时间138 min，在此条件下，得到的淮山片复水比为1.82，色泽L为91.32，收缩率为36.12%。回归分析结果表明，回归模型的决定系数R2=0.9396，说明該回归模型显著，拟合度好。通过优化工艺条件制备的淮山片，不仅色泽好，片形良好，黄酮和尿囊素含量也保存良好。相对于冷冻干燥，变温压差干制成本低、时间短；相对于热风干燥，变温压差干制能够产生较均匀的质地结构，能有效避免淮山在普通热风干制中出现的外观严重收缩或开裂现象，制备的产品品质更佳。与韩波等（2012）采用无硫方法制作山药饮片相比较，变温压差干制同为无硫方法，但干燥温度低，更利于活性物质的保存。

变温压差膨化干制由于膨化温度相对较低、时间较短，故能较好地保留淮山中的活性成分。但由于淮山不像菠萝、芒果等其他果蔬具有浓郁的果香味，因此采用相对低温的变温压差技术进行干制时，得到的产品难以形成独特的淮山风味，如何结合其他干燥工艺进行联合干制，使制得的淮山片具有良好的质构和风味，使之适合作为即食型休闲食品的开发还有待进一步研究。

4 结论

通过二次回归正交旋转组合设计优化得到的变温压差干制工艺能较好地保持淮山片片形、保留淮山活性成分，可有效应用于淮山片的干制，建立的模型能用于指导实际生产。

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（責任编辑 罗 丽）