紫色马铃薯全粉加工工艺探究

刘 旺，李于潇婧，姜鲁鑫，李淑婷，王 萱，吴 楚，魏梦泽，王 浩，吴 京，秦 洋，赵 敏，陈庆敏，于 辉*

（1.山东农业工程学院食品科学与工程学院，山东济南 250100；2.昌邑市惠昌水务集团有限公司，山东潍坊 261000）

马铃薯是重要的蔬菜、粮食作物，更是重要的食品工业原料，内部含有丰富的淀粉、蛋白质、纤维素、有机酸、微量元素和多种维生素，因而有着“地下苹果”的美称。2015 年，中央正式通过关于推进马铃薯主粮化的决议，增加马铃薯在主粮中所占的比重[1]。2017 年，国内马铃薯种植面积达579.7 万hm2，产量达9 682 万t。而目前，我国马铃薯人均年消费量仅14 kg，为世界平均水平的一半，不到发达国家的1/5。我国马铃薯消费多以菜用、零食加工为主，主食化进程缓慢，因此，马铃薯主食化加工潜力巨大[2-3]。

在众多马铃薯新品种中，紫色马铃薯因其富含大量抗氧化物质（如花青素、多酚等）在国内种植面积增长迅猛[4]，其已经分离出的花青素种类多达20 余种，对清除人体自由基、抗氧化、延缓衰老效果显著[5]，这使得紫色马铃薯深受大众的青睐。然而，新鲜的紫色马铃薯水分含量高，极易受到机械损伤，出现腐烂、病变、发芽等问题，不易储存。通过制备马铃薯全粉的方式，可以降低紫色马铃薯的水分含量，抑制自身微生物的活性，延长其贮藏期。紫色马铃薯全粉有效拓展了其食用途径，童丹等[6-7]以3∶2 比例的小麦面粉与紫色马铃薯全粉为主料，研发了紫色马铃薯全粉桃酥和紫色马铃薯全粉蛋糕[7]，其薯香浓郁、口感上佳，将马铃薯应用由传统的馒头、面条拓展到了糕点的方向。但在加工过程中的汽蒸和干燥温度会对花青素产生极大的破坏，造成花青素的损失，严重影响紫色马铃薯粉的感官品质和营养价值。因此，优化紫色马铃薯全粉加工工艺，减少功效成分损失，成为了紫色马铃薯全粉开发的关键问题。

本文以紫色马铃薯为研究对象，探究汽蒸时间、干燥温度、粉碎粒度对紫色马铃薯全粉品质的影响，并通过响应面法优化二次干燥法加工工艺，以期为紫色马铃薯全粉的产业化生产提供理论依据和技术参考，对紫色马铃薯全粉的后续加工应用提供支撑，助力马铃薯主食化战略实施。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

紫色马铃薯，品种为‘济紫薯1 号’，产地为淄博博山，市售。

37%盐酸，分析纯，莱阳经济技术开发区铁塔公司；无水乙醇，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；无水碳酸钠、柠檬酸、冰乙酸、无水乙酸钠、碘，分析纯，天津市北辰方正试剂厂；碘化钾，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；氯化钾、重铬酸钾，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；硫代硫酸钠，分析纯，天津市博迪化工有限公司。

1.2 仪器与设备

鼓风干燥箱，DHG-9203A，上海一恒科学仪器有限公司；恒温水浴锅，HH-4，常州博远实验分析仪器厂；紫外分光光度计，TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司；电子分析天平，AL104，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；料理机，JYL-C93T，九阳股份有限公司；锤式旋风磨，JXFM110，上海赛霸精密仪器有限公司；电子温度计，TP677，乐清市米特尔电气有限公司；冷冻离心机，TGL-20M，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；超声波微波联动器，XO-SM200，南京先欧仪器制造有限公司；水分测定仪，DP-SFY-60C，北京亚欧德鹏科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品制备

在参考普通马铃薯全粉加工工艺[8-10]的基础上，选取新鲜无病变的紫色马铃薯，清洗、汽蒸熟化后冷却至室温，用手摇切片机切成厚度为3～5 mm 的片状，在一定温度下使用两次干燥法制备紫色马铃薯干。初次干燥至薯干水分含量为20%左右，取出后粗粉碎；二次干燥，水分降到9%～10%后取出，进行细粉碎、过筛，得到不同目数的紫色马铃薯粉。

1.3.2 单因素试验

按照设计好的工艺路线，选取汽蒸时间10、15、20、25、30 min，干燥温度50、55、60、65、70 ℃，粉碎目数60～80、80～100、100～200、200～300、300 目以上进行单因素试验，分别以游离淀粉量、花青素总量、感官品质等为评价指标，优选最佳工艺条件[11-13]。

1.3.3 响应面试验

对单因素试验进行数据分析，获取显著影响因素及其影响水平范围，对紫色马铃薯加工工艺进行3 因素3水平的响应面试验设计见表1，以紫色马铃薯粉的感官品质作为响应值，进行数据分析，从而确定最佳工艺配方[14-15]。

表1 响应面设计因素水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3.4 测定方法

（1）紫色马铃薯全粉成分测定

紫色马铃薯全粉中水分含量参照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》直接干燥法测定；蛋白质含量参照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》测定；淀粉含量参照GB/T 5009.9—2016《食品中淀粉的测定》测定；总糖及还原糖含量参照3,5-二硝基水杨酸（DNS）比色法测定[12-15]。

（2）色差值

以仪器白板色泽为标准，用色差计测定明度指数L值（L=100 表示白色；L=0 表示黑色）、彩度指数a（正数代表红色，负数代表绿色）和b（正数代表黄色，负数代表蓝色），对样品表观色彩进行比较。

（3）花青素含量

参考武中庸等[16]的方法。按料液比1∶28 将制成的紫马铃薯粉与柠檬酸-乙醇提取液混匀，称量质量，在超声波功率380 W、提取温度45 ℃下提取18 min，冷却至室温，4 ℃下5 000 r/min 离心10 min，取2.0 mL 滤液，分别用pH=1.0 和pH=4.5 的缓冲剂稀释至20 mL 容量瓶中。测定两种溶液在528 nm 和700 nm 波长处的吸光度值（A）。每个样品平行测定3 次，取平均值，计算花青素含量。

（4）蓝值

参考崔璐璐[13]的方法。取0.25 g 样品加入50 mL 水中，在65.5 ℃下搅拌5 min，静置1 min 后过滤定容。趁热吸取1.0 mL 滤液于50 mL 比色管中，加入0.02 mol/L 碘标准溶液1.0 mL，常温蒸馏水定容。以空白溶液为对照，在波长650 nm 处测定溶液的吸光度值A，代入公式计算蓝值。

（5）紫色马铃薯薯干及全粉感官评分

参考李铁梅等[17]的方法，制定感官评价表。邀请有食品感官评价基础的学生50 人，作为感官评价人员。从产品的色泽、气味、风味、组织形态和质地四个方向对样品进行独立的感官评价，满分100 分，评价标准和分值如表2 所示。各产品的感官评分由50 名学生的感官得分取平均值得出。

表2 紫色马铃薯全粉感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria of purple potato powder

1.4 数据分析

试验数据通过Excel 2019、Origin 2021 绘制图表，SPSS 26.0 进行显著性分析（α＜0.05），Design-expert 8.0完成响应面设计。所有样品重复测试3 次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 单因素结果分析

2.1.1 汽蒸处理对紫色马铃薯中花青素及游离淀粉的影响

由图1 可知，紫色马铃薯全粉的蓝值随汽蒸时间的延长先增大后减少；当汽蒸时间在25 min 以内时，其蓝值变化不显著，约为5.17，其后随着时间延长蓝值变化显著，最大值为6.07；之后，花青素含量持续降低。汽蒸时间为15～25 min 时，花青素含量随降低幅度不显著，含量75～82 mg/100 g；而在25 min 之后，花青素含量降低显著且幅度大。马铃薯细胞壁遭受破坏后释放出游离淀粉，故可通过蓝值反映马铃薯细胞壁所受的破坏程度，蓝值越低表示马铃薯细胞壁在加工过程所受的破坏越小[13]。而花青素在完整的细胞结构内时，其稳定性较好，难以被氧化破坏。由此可推断出，紫色马铃薯的细胞在汽蒸时间25 min 内，能保持较好的完整性，此阶段其细胞结构能够较好地保护花青素，包埋游离淀粉，使得紫色马铃薯粉能够保持较好的色泽，有利于马铃薯粉复水后获得更多的原有风味，得到更优质的产品。因此，从产品品质提升的角度考虑，在汽蒸温度恒定的前提下，缩减蒸煮时间是有效提高紫色马铃薯全粉品质的手段，其时间不宜超过25 min。

图1 汽蒸时间对蓝值及花青素含量的影响Fig.1 Influence of steaming time on blue value and anthocyanin content

2.1.2 干燥处理对紫色马铃薯粉品质的影响

经过13 h 干燥后，不同干燥处理得到的紫色马铃薯切片的水分含量在9%～10%之间，组间差异不显著，且水分含量符合后续加工的条件。干燥完成后，由于水分的减少，薯干中其他组分的含量比例提升。由图2 可知，干燥温度对紫色马铃薯的花青素含量影响显著。在干燥温度为55 ℃时花青素留存量最大，为566.57 mg/100 g，随温度继续升高，花青素的含量下降显著，推测原因是60 ℃以上的温度加快了马铃薯细胞的破碎，使花青素大量释放，并且在高温下快速氧化，导致其留存率降低[18-19]。这导致了高温条件下制备的马铃薯干在感官上皱缩明显，紫色马铃薯自身的颜色变浅，棕褐色增加；质地硬脆，马铃薯香味消失，焦糊味道增重。因此，其感官评分逐渐降低。当干燥温度为55 ℃，感官评分最高分为87.0。此时马铃薯细胞保存相对完整，美拉德反应程度较小，紫色马铃薯原色泽、薯香味保持较好。

图2 干燥温度对花青素含量及感官评分的影响Fig.2 Influence of drying temperature on anthocyanins content and sensory evaluation

由表3 可知，紫色马铃薯全粉在加工过程中干燥温度的增加对产品的明度指数L值影响显著，当干燥温度在50～55 ℃时，ΔL、Δa值变化不明显，样品颜色较深；当温度超过60 ℃时数值增长显著，紫色马铃薯的表观逐渐呈现灰白，并向红褐色转变，紫色褪色明显；Δb整体呈现随温度升高而增大的趋势，表明随着温度的升高，马铃薯干由蓝紫转变为偏黄褐色的状态，说明紫色马铃薯干中的色素损失严重，且部分位置出现干燥过度的现象；并且伴随美拉德反应的进行，褐色加重，这与感官评价的结果相一致。

表3 干燥温度对色差的影响Table 3 Influence of drying conditions on chromatic aberration

2.1.3 粉碎目数对紫色马铃薯全粉的影响

由表4 可知，紫色马铃薯全粉的ΔL在60～100 目范围内变化较小，当粉体目数大于100 目时，样品ΔL值显著增大，样品表观偏白。而色彩指数Δa随着粉体目数的增大而逐渐增大，当粉碎粒度大于100 目时其变化趋于平缓，呈现出偏红缺绿的现象；但当粉碎目数超过300目后，样品偏红褐色明显。色彩指数Δb随着粉体目数的增大而逐渐减小，呈现出偏蓝现象。这种变化可能由于粉体在粉碎过程中，温度升高，对花青素的破坏有关；同时也与粉碎目数增大、粒径减小，对光的反射发生变化有关[20]。

随着粉碎目数的增加，紫色马铃薯全粉的感官评分呈现先升高后降低的趋势（表4），评分最佳的目数在80～100 目之间，得分为84.6。随着目数的增加，全粉粒度越小，全粉的质感趋于细腻均匀，颗粒感逐渐降低，但其色泽变浅、产品结块现象加剧、吸潮速度加快，从而影响了其感官得分。由此可以得出，如单纯制备紫色马铃薯全粉，则不宜对其进行超细粉碎；超细粉碎的全粉的加工仍待进一步研究。

表4 粉碎粒度对感官得分及色差的影响Table 4 Influence of particle size on sensory evaluation and chromatic aberration

2.2 工艺参数优化

以感官评分作为试验指标，通过数据分析软件对评分进行分析，得到紫色马铃薯全粉的最优工艺参数，并对各个参数影响作用进行显著性分析。表5 为响应面试验及结果。

表5 Box-Behnken 试验及结果Table 5 Box-Behnken experiment and results

对数据进行回归模型优化，得到感官评分R1 与3个因素间的二次多元回归方程为：R1=84.17-0.38A-2.81B-1.81C+1.55AB+1.85AC-0.52BC-8.00A2-7.37B2-8.07C2。

对该模型的方差分析结果见表6（见下页）。

由表6 可知，模型的P值小于0.000 1，说明该模型是极显著的。失拟项P值为0.934 9，大于0.05，失拟项与纯误差之间大小接近，可以接受该模型。干燥温度（B）的影响P＜0.000 1（极显著），粉碎粒度（C）的影响P＜0.05（显著），汽蒸时间（A）与干燥温度（B）的交互相AB 的影响P＜0.05（显著），汽蒸时间（A）与粉碎粒度（C）的交互相AC 的影响P＜0.05（显著），由回归方程可知，各因素对综合评分的影响由大至小的排序为干燥温度、粉碎粒度、汽蒸时间。

表6 感官评定响应面方差分析结果Table 6 Anova results of sensory evaluation response surface

根据回归模型，预测出紫色马铃薯全粉感官评分最高的配方为汽蒸时间24.72 min，干燥温度54 ℃，粉碎粒度97.6 目，此条件下全粉感官评分的预测值为84.56。为方便操作，将上述参数修改为汽蒸时间25 min，干燥温度54 ℃，粉碎粒度100 目，按照上述工艺条件制成的紫色马铃薯全粉感官评分为84.1，出粉率为21.36%，水分含量为8.3%，蛋白质含量为6.9%，淀粉含量为55.32%，总糖含量为59.40%，花青素含量为570.32 mg/100 g。

3 结论

短时汽蒸、低温干燥有利于保持紫色马铃薯细胞的完整性，使花青素、马铃薯风味留存效果好。新鲜紫色马铃薯在汽蒸25 min、54 ℃下热风干燥，经旋风粉碎机粉碎成80～100 目，可得到品质较好的紫色马铃薯全粉，水分8.3%，蛋白质6.9%，淀粉55.32%，总糖59.40%，花青素含量570.32 mg/100 g；出粉率为21.36%，外观深紫色，具有浓浓的薯香味，口感良好，无其他杂质；感官评分为84.1 分，有较好的感官品质。此方法为紫色马铃薯全粉的快速高效制备提供了可行的技术支撑。