渗透预处理对紫薯果脯品质的影响

潘真清

(安徽工程大学 生物与食品工程学院，安徽 芜湖 241000)

紫薯又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色。紫薯是我国从日本引种、改良、驯化、培育成功的甘薯新品种。紫薯含有大量药用价值高的花青素，花青素是目前发现的防治疾病、维护人类健康最直接、最有效、最安全的自由基清除剂，其清除自由基的能力是维生素C的20倍、维生素E的50倍。由此可知，紫薯具有独特的营养价值和保健功能。实验以紫薯为原料，研究渗透预处理方法对紫薯果脯品质的影响。渗透脱水是把物料存放于高渗溶液中以移出部分水分的过程，水分扩散的推动力是溶液与物料之间的渗透差。渗透脱水中水的转移不发生相变，能够避免由于高温引起的食品色泽、风味和质地的变化，是提高食品营养、感官品质和功能特性的前处理方法。通过研究渗透预处理对紫薯果脯品质的影响，为进一步开发出一种低糖、保健的紫薯果脯提供基础,为开发利用紫薯资源，提高紫薯的价值提供更多途径。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

紫薯(市售);盐酸(南京化学试剂有限公司)；无水乙醇(无锡市苏强化工有限公司)；葡萄糖、蔗糖、氯化钠(天津市科密欧化学试剂有限公司)；所有试剂均为分析纯。

JY1002电子天平(上海良平仪器仪表有限公司)；FSH-2可调高速匀浆(金坛市瑞尔电器有限公司)；DHG-9023电热恒温鼓风干燥(上海三发科学仪器有限公司)；KJ23C-AN2微波炉(广东美的微波炉制造有限公司)；W-100高速万能粉碎机(黄骅市振兴机电仪器厂)；JK-400CDB超声波清洗机(合肥金尼克机械制造有限公司)；723N可见分光光度计(上海精科有限公司)；HH-2恒温水浴锅(金坛市杰瑞尔电器有限公司)；SHA-CA水域恒温振荡器(金坛市杰瑞尔电器有限公司)；L-550大容量离心机(湖南湘仪离心机仪器有限公司)；CR-400色差仪(日本美能达有限公司)。

1.2 试验方法

工艺流程：紫薯→挑选→冲洗、沥水→预处理(烫漂、渗透)→沥水→干燥→测定。

(1)花色苷含量测定。称取紫薯干样2 g(新鲜紫薯3 g)，经粉碎后，加入100 mL(新鲜的加入50 mL)95%酸性乙醇：1.5 mol/L氯化氢(85∶15)，50 ℃、240 W功率下，超声提取60 min后，提取液倒入离心管中离心15 min(4 000 r/min)，收集上层清液，滤液定容、稀释一定倍数后，在535 nm波长处测定吸光度，计算花色苷含量(花色苷的含量均为干基含量)。

(

1

)

式中

,A

为波长535 nm处吸光度；

V

为花色苷溶液的定容体积

(

mL

)

；

N

为稀释倍数；

W

为提取物干质量

(

g

)

；98.2为花色苷色素的平均消光系数。

(

2

)

色泽测定。采用色差计测定。以仪器白板色泽为标准，依CIELAB表色系统测量样品的

L

、

a

和

b

值。其中

L

、

a

和

b

分别代表试样的明度、红绿度和黄蓝度(

L

=

0表示黑色，

L

=

100表示白色。+

a

为偏红，-

a

为偏绿，值越大表示偏向越严重；+

b

为偏黄，-

b

为偏蓝)6。以新鲜紫薯作为参照，利用色差仪测定鲜样与样品的值，并进行比较分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验[5]

(1)烫漂对紫薯花色苷含量的影响。烫漂对紫薯花色苷含量的影响如图1所示。不同烫漂时间对紫薯的影响如图2所示。紫薯在97 ℃水域中烫漂60 s后，呈现出紫红色并带有一定硬度，既起到了控制细胞内酶活防止紫薯氧化色变的作用，又软化了紫薯片，为后续紫薯渗透工艺提供有利条件。若烫漂时间过长，则花色苷损失严重，而且紫薯片容易开裂。紫薯经烫漂后花色苷含量比未烫漂的花色苷含量减少，主要是因为紫薯花色苷分子结构中具有多个酚羟基，是水溶性色素，在烫漂过程中有部分花色苷溶入水中，从而导致烫漂后紫薯花色苷含量减少。

图1 烫漂对紫薯花色苷含量的影响 图2 不同烫漂时间对紫薯的影响

(2)渗透对紫薯含水量的影响。紫薯渗透前后的总含水量如图3所示。新鲜紫薯经渗透剂渗透后总含水量减少，同时，由于渗透剂浓度比细胞液泡浓度高，因此渗透剂进入细胞中，而细胞中的水则进入渗透剂中，从而导致渗透后的紫薯的总含水量降低。

(3)渗透剂对紫薯花色苷含量的影响。渗透剂对紫薯花色苷含量的影响如图4所示。由图4可知，就单一渗透剂而言，随着葡萄糖、氯化钠溶液浓度的增加，紫薯中花色苷的含量也随之缓慢增加；而随着蔗糖溶液浓度的增加，紫薯中花色苷的含量呈现先增加后减少的趋势。而经复合渗透剂处理的紫薯，花色苷含量要比单一渗透剂高，故将最佳渗透剂定为：10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化钠。此时紫薯渗透后呈紫红色，表面明亮有光泽。

(4)渗透时间对紫薯花色苷含量的影响。渗透时间对紫薯花色苷含量的影响如图5所示。随着渗透时间的增长，紫薯花色苷的含量呈现先增加后减少的数据曲线。从图5中可以看出，渗透时间在1h时花色苷的含量最高，此时的产品组织均匀，软硬适中。当渗透时间小于1 h时，产品比较硬，渗透剂只有少量渗入；而渗透时间大于1h时，产品太软，甚至会出现开裂现象，同时花色苷的损失也会增多，使产品颜色出现不均匀的状态。因此，紫薯果脯的最佳渗透时间为1 h。

(5)渗透温度对紫薯花色苷含量的影响。渗透温度对紫薯花色苷含量的影响如图6所示。随着渗透温度的升高，紫薯花色苷的含量呈现先增加后减小的数据曲线，图6显示在温度为60 ℃的时候，紫薯片花色苷的含量最高。此温度的成品组织均一，硬度适中，颜色也较好。在渗透脱水时，因为高浓度溶质(糖和盐)，再加上水和溶质的化学势梯度的设立，促进两个过程同时在逆流流动，一个是从食物流出的水，另一个是溶质流入食品，在这个过程中，更多的水比溶质转移通常是由于细胞膜的渗透性。如果温度过低，渗透速度低，紫薯片较硬；温度过高，产品太软，并且伴有开裂现象，花色苷溶出也多，颜色偏淡。因此把最佳渗透温度定为60 ℃。

图3 紫薯渗透前后的总含水量 图4 渗透剂对紫薯花色苷含量的影响

图5 渗透时间对紫薯花色苷含量的影响 图6 渗透温度对紫薯花色苷含量的影响

(6)振荡速度对紫薯花色苷含量的影响。振荡速度对紫薯花色苷含量的影响如图7所示。随着水域振荡器的振荡速度加快，紫薯花色苷的含量呈现先增加后减小的数据曲线。由图7可知，产品在振荡速度为100 r/min的时候，花色苷的含量最高。此振荡速度的成品组织均一，颜色紫红而有光泽。如果振荡速度过慢，渗透速度慢，产品表面黏性小；振荡速度过快，产品的颜色太淡，主要是因为剧烈的振荡，紫薯的花色苷损失太多，导致产品的颜色受到很大的影响。故紫薯振荡渗透时的最佳振荡速度为100 r/min。

图7 振荡速度对紫薯花色苷含量的影响

2.2 渗透正交试验结果及分析

根据2.1的实验结果，最佳渗透温度为60 ℃，时间为1 h，振荡速度为100 r/min，设计一个L(3)优化试验。将紫薯果脯渗透温度、渗透时间、振荡速度在最佳渗透剂(10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化钠)下设计一个三因素三水平的正交优化实验，通过正交实验得出各实验号的紫薯果脯花色苷的含量，确定最佳工艺条件，结果如表1所示。由表1可知，各实验号中紫薯果脯的花色苷含量最高的为2号，即ABC。为检验实验结果的正确性，将2号ABC与3号ABC进行一组验证实验，结果与正交实验结果相符。故渗透对紫薯果脯品质的影响因素主次顺序为：A>C>B,即影响的程度由大到小依次为温度、振荡速度、时间，最优组合为：ABC，即渗透温度为50 ℃，时间为1 h，振荡速度为100 r/min。此时所得产品花色苷的含量最高，颜色为紫红而有光泽，组织状态均匀一致，软硬适宜，口感较好。

表1 紫薯果脯渗透处理的正交实验设计及结果

2.3 不同预处理对紫薯果脯干燥动力学及干制品品质的影响[6]

(1) 含水量对紫薯果脯品质的影响。根据2.2的实验结果，将紫薯在10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化钠溶液中以最佳工艺条件(50 ℃,1 h，100 r/min)渗透。然后冲洗、沥干水分，用热风干燥(80 ℃)方法烘干到一定含水量，计算紫薯果脯的含水量，并观察产品品质。含水量对紫薯果脯品质的影响如表2所示，干燥到不同含水量的紫薯如图8所示。由表2和图8可知，用热风干燥在80 ℃时烘烤紫薯果脯，产品含水量在20%时，所得到的产品组织状态均一，其硬度、光泽度都比较好，有嚼劲，口感醇厚，含水量在低于和高于20%的时候所得到的产品感官评定均没有20%的好，因此，紫薯果脯含水量最佳值为20%。

表2 含水量对紫薯果脯品质的影响

图8 干燥到不同含水量的紫薯(渗透后)

(2)不同预处理下紫薯热风、微波干燥动力学曲线。将紫薯在最佳工艺条件下渗透，然后冲洗、沥干水分，分别采用微波干燥(中低火)和热风干燥(80 ℃)方法烘干到含水量在20%时，计算紫薯果脯的含水量，做出不同预处理紫薯果脯的干燥曲线。

不同预处理紫薯热风干燥曲线如图9所示，不同预处理紫薯微波干燥曲线如图10所示。由图9、图10可知，无论哪种干燥方法对于紫薯的基本成分都会造成一定程度的损失，紫薯干燥特性受烫漂的影响较大。热风干燥时，较高温度下干制品的失色较大，味道较淡且形状卷曲严重，说明其色香味较差，收缩变形较大，干制品的综合评价质量差。与热风干燥相比，采用微波中低火干燥大大缩短了干燥时间，操作简单，而且颜色变化小，产品质量好。但由于微波干燥脱水速度太快，产品易出现开裂现象，因此要严格控制微波干燥的功率和时间。

图9 不同预处理紫薯热风干燥曲线 图10 不同预处理紫薯微波干燥曲线

(3)不同预处理下热风和微波干燥方法对紫薯果脯花色苷含量的影响。不同预处理对紫薯花色苷含量的影响如图11所示。由图11可知，干燥方式不同，相同预处理的紫薯的花色苷的含量也不同。热风干燥条件下，未烫漂、未渗透(烫漂后)和渗透这三种预处理方式，紫薯花色苷的含量呈现上升的趋势,而微波干燥条件下，则呈现先上升后下降的趋势。

(4)不同预处理下热风和微波干燥方法对紫薯果脯复水性的影响。将干燥后的紫薯片放入60 ℃水域中复水30 min，所得到的产品细胞吸水膨胀，颜色变淡，含水量增加。若复水时温度过高或者时间过长，则容易导致紫薯片开裂，甚至完全不成形。不同预处理紫薯的复水性如图12所示。由图12可以看出，在两种干燥方法下，三种预处理方式的紫薯果脯的复水性的趋势是一致的，其复水比从大到小依次为未渗透(烫漂后)、未烫漂、渗透。但相同的预处理方式下微波干燥的紫薯的复水性明显高于热风干燥方法。

图11 不同预处理对紫薯花色苷含量的影响 图12 不同预处理紫薯的复水性

(5)不同预处理下热风和微波干燥方法对紫薯果脯色泽的影响。不同预处理对紫薯果脯色泽的影响如表3所示。由表3可知，紫薯经过未烫漂、烫漂和渗透三种预处理后，其热风干燥后的紫薯果脯的色泽有着显著的变化。其中，热风干燥的紫薯果脯色泽的

L

值从大到小依次为未烫漂处理、烫漂处理、渗透处理，而

a

、

b

和△

E

值的变化趋势与

L

值趋势相同，说明渗透处理后的紫薯果脯色泽亮度降低、红色值变浅。不同预处理干燥后的紫薯如图13所示。经过三种方法处理的紫薯果脯，其微波干燥后的干制品的色泽

L

、

a

、

b

和△

E

值的变化趋势与热风干燥相同，但是均高于热风干燥，说明微波干燥能够较好地保持紫薯的紫红色，产品品质更高。

表3 不同预处理对紫薯果脯色泽的影响

图13 不同预处理干燥后的紫薯

3 结论

通过单因素实验和正交实验可知，紫薯果脯最佳渗透工艺为：渗透剂为10%葡萄糖+20%蔗糖+5%氯化钠，渗透温度为50 ℃，渗透时间为1 h，恒温水域振荡器的速度为100 r/min。该工艺条件下所得的产品颜色为紫红而有光泽，组织状态均匀一致，硬度和韧性均比较适宜，并且具有紫薯独特的风味。

通过实验可知，紫薯果脯干燥到含水量为20%时品质最佳，此时所得到的产品组织状态均一，其硬度、光泽度都比较好，有嚼劲口感醇。紫薯干燥特性受渗透的影响较大，而未烫漂和未渗透的紫薯的干燥曲线则很相近，都比较平稳。与热风干燥相比，采用微波干燥大大缩短了干燥时间，达到相同含水率的时间明显短；同时，采用微波干燥所得的产品花色苷的含量、复水性和色泽等方面都比热风干燥效果好。