马铃薯颗粒粉真空冷冻干燥工艺研究

杨婷，李娜，郭红月，张扬，钟宝

（吉林农业科技学院食品工程学院，吉林吉林132101）

马铃薯颗粒粉真空冷冻干燥工艺研究

杨婷，李娜，郭红月，张扬，钟宝*

（吉林农业科技学院食品工程学院，吉林吉林132101）

以新鲜马铃薯为原料，制作马铃薯颗粒粉，在单因素试验的基础上，利用响应面对冻干条件进行优化，结果表明：预冷冻时间为2.5h，搁板温度为50℃，装料量1.4kg，对应的冻干时间为4.41h时成品品质最佳。

马铃薯；颗粒粉；真空冷冻干燥；响应面

马铃薯（Solanumtuberosum）属茄科（Solanaceae），又名“土豆”。果实呈圆、椭圆等形状，外皮颜色有红色、黄色、紫色3种。马铃薯的营养价值较高，其中球蛋白占总蛋白含量的2/3，此外，马铃薯中所含的半纤维素，能增加肠道的蠕动次数，具有保健抗癌作用[1-2]。2015年初我国开始实施马铃薯主粮化发展战略，所谓马铃薯主粮化，是将马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食产品，实现马铃薯由副食向主食消费转变，由原料产品向产业化系列制成品转变，由温饱消费向营养健康消费转变，使其逐渐成为第四大主粮[3-8]。马铃薯颗粒粉是利用新鲜的马铃薯经过切片、蒸煮、干燥、粉碎制成的[9-10]。

真空冷冻干燥技术（简称：冻干）：是指将含有大量水分的物质，先进行降温冻结成固体形态，再利用真空条件使原料中的水蒸汽直接升华散发出来，而原料本身保留在冰架中。经过此种工艺干燥的产品，干燥后形状、体积不变，同时整个干燥过程是在较低的温度下进行的，可以最大限度地保存原料的营养成分，是近些年来新兴的食品高新技术之一[11-15]。

以吉林地区种植的新鲜马铃薯为原料，利用冻干技术，制作马铃薯颗粒粉，将马铃薯深加工与食品高新技术结合，使其成品可以最大限度地保存马铃薯原有的特性。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜马铃薯：吉林市农贸市场。

1.2 仪器与设备

MZ30中药粉粹机：青岛迈科隆粉体技术设备有限公司；FA1004电子天平：沈阳瑞丰精细化学品有限公司；LG-0.2真空冷冻干燥机：沈阳航天新阳速冻设备制造有限责任公司；WI83805共晶点测试仪：东西仪（北京）科技有限公司；Midea微波炉：美的集团股份有限公司。

1.3 工艺流程

新鲜马铃薯→去皮、清洗→切片→熟制→冷却→预冷冻→真空冷冻干燥→磨粉→过筛→包装→成品

1.4 操作要点

选择新鲜马铃薯，去皮、清洗后切成5 mm厚的片，平铺在盘中，用保鲜膜封盖，放入微波炉中加热2 min，冷却待用；将熟制的马铃薯平铺至干燥盘上，在-35℃的条件下进行预冷冻，之后调节真空仓压力为50 Pa的条件下，进行冻干。

1.5 试验设计

1.5.1 单因素试验

在预冻时间为2.5 h，搁板温度为50℃的条件下，分别选取装料量为1、1.2、1.4、1.6、1.8 kg，考察装料量对冻干时间的影响。

在预冻时间为2.5 h，装料量为1.4 kg的条件下，分别选取搁板温度为40、45、50、55、60℃，考察搁板温度对冻干时间的影响。

在搁板温度为50℃，装料量为1.4 kg的条件下，分别选取预冻时间为1.5、2、2.5、3、3.5 h，考察预冻时间对冻干时间的影响。

1.5.2 响应面分析

以预冻时间（A）、搁板温度（B）、装料量（C）为因素，以冻干所需要的时间为响应值（R1），进行响应面分析，每一组试验设计两个重复，计算其平均值。使用辅助软件Design-Expert 8.0.6，进行随机试验，结果见表1。

表1 响应面分析因素与水平Table 1 Factors and levels for respone surface methodology

2 结果与分析

2.1 预冻时间对冻干时间的影响

在搁板温度为50℃，装料量为1.4 kg的条件下，分别选取1.5、2、2.5、3、3.5 h，进行预冻，考察预冻时间对冻干时间的影响，结果见图1。

图1 预冷冻时间对真空冷冻干燥时间的影响Fig.1 Effect of pre freezing time on for freeze-drying time

由图1可知，预冻时间过短，物料冻结不彻底，存在液体水，液体水在干燥时会迅速蒸发，在真空条件下会形成气泡，打破平衡的升华通道，进而影响冻干时间，预冻时间过长，增加制冷和负荷，耗能大，影响冻干时间。预冷冻时间适中时，物料冻得越透，分子的流动性极小，能够保持物料的稳定，因此选择预冷冻时间为2 h～3 h时进行试验。

2.2 搁板温度对冻干时间的影响

在预冷冻时间为2.5 h，装料量为1.4 kg的条件下，分别选取搁板温度为40、45、50、55、60℃，考察搁板温度对冻干时间的影响，结果见图2。

图2 搁板温度对真空冷冻干燥时间的影响Fig.2 Effect of diaphragm temperature on for freeze-drying time

由2可知，当搁板温度较低时，固体水的升华受阻，使冻干时间延长，当搁板温度过高时，由于超过共熔点温度，结晶水融化，干燥后物料结块变形收缩，与干燥盘接触面积变小，导致传热受阻，干燥时间延长，搁板温度适当时，物料升华界面温度逐渐升高，热通量增加，从而传质推动力增大，所以水蒸气逸出速度变快，干燥速率增加，物料干燥的时间缩短，因此选择搁板温度为45℃～55℃时进行试验。

2.3 装料量对冻干时间的影响

在预冷冻时间为2.5 h，搁板温度为50℃的条件下，分别选取装料量为1、1.2、1.4、1.6、1.8 kg，考察装料量对冻干时间的影响，结果见图3。

图3 装料量对真空冷冻干燥时间的影响Fig.3 Effect of loading on the for freeze-drying time

由图3可知，装料量较少时，虽然冻干所用时间较少，但是生产效率及设备的利用率会降低，使得干燥速率下降，装料量过多时，冻干所需的时间延长，并且装料过多时，成品品质稍差，因此综合分析，选择装料量为1.2 kg～1.6 kg时进行试验。

2.4 响应面工艺优化

2.4.1 响应面分析试验设计

根据单因素试验结果进行响应面分析，使用辅助软件Design-Expert8.0.6，进行随机试验。安排17组处理组合，分别考察预冻时间/h（A），搁板温度/℃（B），装料量/kg（C），对冻干时间R1值的影响，结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果Table 2 Composite design arrangement and experimental results

续表2 响应面试验设计与结果Continue table 2 Composite design arrangement and experimental results

2.4.2 回归模型方差分析及显著性检验

采用Design-Expert8.0.6软件对多元回归模型拟合、方差分析及显著性检验。得到初步回归方程模型为：

R1=+4.44-0.29A+0.14B+0.21C+0.063AB+0.025AC+ 0.025BC+0.26A2+0.35B2-4.75×10-3C2。对该模型进行显著性检验，可得到方差分析见表3，模型的可信度分析见表4。

表3 回归方程ANOVA分析Table 3 Analysis of variance for fitted quadratic regression equation

表4 回归模型的可信度分析Table 4 Reliability analysis of the established regression model

由表3、表4可知，模型的P值＜0.000 1，说明该模型极显著，回归模型设计与实际测定值能够最大限度的拟合，试验误差较小，因此，可以用该回归方程代替试验真实值对试验结果进行分析，得到R2=99.02%，预测值与实测值之间存在着高度相关性，说明该方程具有较高的可靠性。回归模型中，一次项中B、C，二次项中A2、B2均表现出了极显著水平；二次项AB表现出显著水平。

2.4.3 各因素间交互作用对真空冷冻干燥时间的影响分析

在回归模型方差分析结果的基础上，利用软件做预冷冻时间、搁板温度、装料量的等高线图和响应面图，结果见图4。

在单因素试验基础上，利用响应面对冻干条件进行优化，由回归方程可知最佳组合为：预冷冻时间2.5 h，搁板温度50℃，装料量1.4 kg。对应的冻干时间为4.41 h，与理论预测值较接近，表明响应面得到的数学模型是可靠的，具有实用价值。

图4 预冷冻时间、搁板温度、装料量对冻干影响的等高线和响应面图Fig.4 Response surface plots and contour line of effect of pre freezing time and diaphragm temperature and loading

3 讨论与结论

3.1 讨论

1）为保证颗粒粉的色泽，选料时应选择白色肉质的马铃薯。

2）采用微波方式熟制马铃薯，与其他熟制方法相比，微波熟制可以最大限度减少马铃薯内的水分，同时可以缩短熟制时间。

3.2 结论

在单因素试验基础上，利用响应面对冻干条件进行了优化，由回归方程可知最佳组合为：预冷冻时间2.5 h，搁板温度50℃，装料量1.4 kg。对应的冻干时间为4.41 h。

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Study on Techology for Freeze-drying of Potato Granule Powder

YANG Ting，LI Na，GUO Hong-yue，ZHANG Yang，ZHONG Bao*
（School of Food Technology，Jilin Agricultural Science and Technology College，Jilin 132101，Jilin，China）

Used with potato as the main raw material to produce potato granule powder.According to the single factor experiments，optimization of freeze-drying conditions using response.The results showed：pre freezing time 2.5 h，diaphragm temperature 50℃，loading on 1.4 kg，corresponding for freeze-drying time 4.41 h，best quality.

potato；granule powder；techology paiameters for freeze-drying；response surface methodology

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.020

2016-09-28

吉林农业科技学院大学生科技创新项目（吉农院合字[2016]第038号）

杨婷（1993—），女（汉），在读学士，研究方向：农产品加工。

*通信作者：钟宝（1987—），男，硕士，研究方向：农产品加工及贮藏。