紫薯果干加工优化及护色

刘小琴，张楠，罗小丹，谢顺菊，王洋，叶阳*

（1.四川轻化工大学生物工程学院，四川宜宾 644005；2.四川宜宾国家农业科技园区企业服务中心，四川宜宾 644000）

紫薯[Ipomoea batatas（L.）Lam]，属旋花科番薯属草本植物，薯肉呈紫色至深紫色，是甘薯的特殊品种之一[1-2]。紫薯富含蛋白质、淀粉、果胶、纤维素、氨基酸、维生素和多种矿物质，同时还富含抗癌物质硒元素和丰富的花青素[3-4]，长期食用具有预防癌症、抗疲劳、抗衰老、补血、保肝、预防心血管病等功效[5-7]。紫薯的栽培成本低、生长周期短、对不同环境的适应性强，且可全年种植，使得其广泛应用于食品工业中[8]。目前紫薯应用主要集中在食品研发以及功能性成分提取两个方面。食品研发主要包括紫薯休闲食品、紫薯酒、紫薯乳制品、紫薯汁和紫薯速溶固体饮料等。然而紫薯中富含花色苷和多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO），在加工中易受外界因素影响而发生降解和酶促褐变，造成产品颜色劣变[9-10]。除此之外，紫薯果干在烘烤过程中发生羰胺反应，产生黑色物质，也会影响产品色泽[11]。因此，保持紫薯干产品颜色稳定性是紫薯加工业亟待解决的重要问题。

有关紫薯制品护色问题，大多采用对新鲜紫薯进行护色后再进行加工处理，包括护色剂[12-13]（苹果酸、抗坏血酸、L-半胱氨酸等）、超声波[14]、热烫、微波[15]、复合处理等。于筠[16]采用0.25%柠檬酸、0.05%L-半胱氨酸和0.35%抗坏血酸处理鲜切紫薯15 min 后，基本维持鲜切紫薯原有色泽；胡霞等[17]采用0.05%乙二胺四乙酸二钠和0.4%D-异抗坏血酸复配使用，在蒸煮前对新鲜紫薯进行护色处理30 min，制得紫薯丸颜色最佳；陈亚利[18]采用1.0%氯化钠对紫薯片进行护色处理，制出的饮料色泽鲜艳。

目前关于紫薯果干的护色研究较少，因此本试验在进行护色研究的同时加入质构分析，通过质地特征、感官评价等方法优化紫薯果干的护色及加工工艺，为紫薯果干加工行业提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

新鲜紫薯：市售；氯化钠、氯化钙、亚硫酸钠、柠檬酸、抗坏血酸（均为分析纯）：成都市科龙化工试剂厂。

1.1.2 仪器设备

WGZ907013 电热鼓风干燥箱：上海科恒实业发展有限公司；MC-SH209 电磁炉：广州美的生活电器制造有限公司；TA-XT Plus 物性分析仪：英国Stable Micro System 公司；NS800 分光测色仪：深圳市三恩驰科技有限公司。

1.2 紫薯干制作工艺流程

选择新鲜紫薯→清洗→切片（厚度约1 cm）→护色→蒸煮→切条→烘烤→上霜。

1.3 试验设计

1.3.1 紫薯果干工艺优化

1.3.1.1 确定紫薯最佳蒸煮时间

分别在蒸煮紫薯6、8、10、12 min 时，依次从蒸格中取出1 片紫薯冷却5 min。将取出的1 片紫薯一半进行紫薯蒸煮后的感官评价，一半切为小方块，用物性分析仪对其进行物性质构检测，考察蒸煮时间对紫薯果干感官及质构的影响。

1.3.1.2 确定紫薯的最佳烘烤温度与时间

在最佳蒸煮时间的条件下，将紫薯蒸煮后，对其进行烘烤，以确定最佳烘烤时间与温度。将烘烤温度设置从50 ℃开始，每次递增5 ℃，直到80 ℃停止，烘烤时间为30、60、90 min。考察烘烤温度与时间对紫薯果干感官及质构的影响。

1.3.2 紫薯果干护色工艺

1.3.2.1 护色单因素试验

选取5 种护色剂（氯化钠、氯化钙、亚硫酸钠、柠檬酸、抗坏血酸）进行单因素试验。各因素变量的浓度配制为氯化钠0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，氯化钙0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，亚硫酸钠0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，柠檬酸0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%，抗坏血酸0.10%、0.20%、0.40%、0.60%、0.75%、1.00%。将紫薯分切后，投入护色液中处理，用分光测色仪测定护色前后紫薯块的色差。

1.3.2.2 护色条件优化

从单因素试验中选出3 种效果较好的护色剂，进行正交试验，选出最优护色条件。正交试验设计见表1。

表1 正交试验设计Table 1 Orthogonal test design

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 感官评价

紫薯蒸煮下和烘烤下的感官评价标准见表2 和表3。

表2 紫薯蒸煮下感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of purple sweet potato in cooking

表3 紫薯烘烤下感官评价标准Table 3 Sensory evaluation standards of purple sweet potato in baking

1.3.3.2 质构特性测定

采用物性分析仪进行质构测定，使用P36R 的圆柱形探头，下压前速度为1 mm/s，下压时速度1 mm/s，下压后上升速度为3 mm/s，下压时距离：蒸煮的样品设置为2 mm、烘烤的样品设置为3 mm。测试薯干的黏性、回复性、咀嚼性、硬度，每个样品测3 次，取其平均值。

1.3.3.3 紫薯色度测定

根据CIE 系统，利用分光测色仪测量薯块的L*值、a*值和b*值，其中L*值表示颜色的黑暗度和亮度，a* 值从负到正表示绿色到红色，而b* 值从负到正表示蓝色到黄色[19]。ΔE表示总色差的大小，计算公式如下，其值越小，护色效果越好。选择D65 光源，白板校正后，测量紫薯块的色差，以新鲜紫薯作为标准样品比对，测得其L0值为35.84、a0值为25.80、b0值为-6.91。

1.4 数据处理

所有数据平行测定3 次，采用IBM SPSS Statistics 26.0 进行ANOVA 检验，各组数据之间采用最小显著差异法比较，P<0.05 表示差异显著。采用Origin 2021进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 紫薯最佳蒸煮时间的确定

蒸煮的目的一是为了降低PPO 活性[12]、减少酶促褐变的发生、保护产品色泽；二是促进淀粉糊化的发生、改善紫薯口感。紫薯中含有大量淀粉[20]，且直链淀粉比支链淀粉含量高，在高温下对紫薯进行蒸制，易发生糊化。然而淀粉完全糊化需要一定时间，所以紫薯熟制需要一段熟化时间[21]。紫薯淀粉的糊化温度为61.5～78.0 ℃[22]。紫薯蒸煮单因素试验结果见表4。

表4 紫薯蒸煮单因素试验结果Table 4 Single factor test results of purple sweet potato in cooking

由表4 可知，经历糊化后，紫薯细胞壁结构被破坏，质地变软[23]，其硬度、回复性、咀嚼性均随之减小，紫薯的黏性越来越大，口感更佳。同时，糊化后的淀粉更容易被淀粉酶水解，因此更易被人体消化吸收。

由表4 可知，不同蒸煮时间下的紫薯硬度、咀嚼性存在显著性差异（P<0.05），黏性、回复性各蒸煮时间段之间差异不大。蒸煮前10 min，紫薯硬度过高且生味较重；蒸煮12 min 时紫薯过于软烂，结构松散，不利于后续加工。紫薯在蒸煮10 min 时，紫薯无生味且紫薯味浓，结构不过于坚硬或松散软烂，易于后续加工。曹亚裙等[21]的研究表明在紫薯蒸制20 min 时感官品质较好，但比本试验所需蒸制时间更长，对口感方面会有一定的影响。综上所述，紫薯顺纹理切片1 cm 厚度，蒸煮的最适时间为10 min。

2.2 烘烤温度与时间的确定

烘烤一方面可以降低薯干中的水分含量，对薯干的质地有重要影响；另一方面可以使蒸煮后紫薯中残存的PPO 进一步失活，使得紫薯果干在储存过程中具有稳定的颜色。紫薯在不同烘烤温度、时间下的硬度、黏性、回复性、咀嚼性的变化见图1～图4。紫薯烘烤试验感官评分结果见表5。

图1 紫薯在不同烘烤温度、时间下的硬度变化Fig.1 Hardness of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

图2 紫薯在不同烘烤温度、时间下的黏性变化Fig.2 Viscosity of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

图3 紫薯在不同烘烤温度、时间下的回复性变化Fig.3 Recovery of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

图4 紫薯在不同烘烤温度、时间下的咀嚼性变化Fig.4 Chewing resistance of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

表5 紫薯烘烤试验感官评分结果Table 5 Sensory scores of purple sweet potato baked at different temperatures for different time periods

由图1～图4 可知，在同一时间下，随着烘烤温度的升高，50～75 ℃时黏性减小，硬度、咀嚼性、回复性总体上呈现先增后减的趋势，主要是因为温度升高，紫薯中水分减少硬度增大；烘烤温度继续升高，紫薯果干缝隙增加，形成颗粒中空区降低其硬度、咀嚼性等；当烘烤温度为80 ℃时，过高的温度导致紫薯硬化、卷曲，皱缩度增大，因此在加工紫薯果干时温度应避免超过75 ℃。田晴等[24]研究发现随烘烤时间延长，甘薯硬度、回复性呈先增后减的趋势，这可能与其直接用鲜薯进行烘烤有关，但在实际加工中容易出现受热不均匀，致使产品有生味。

由图1～图4 和表5 可知，在同一温度下时，随烘烤时间的延长，硬度减小，黏性和回复性则呈上升趋势。回复性决定了产品在咀嚼时给品尝者带来的饱满的口感[25]，在65 ℃下，高硬度和高回复性的结合对口感造成不好影响，这点从感官评价结果中可证。综上，选择75 ℃烘烤90 min，此时果干的硬度最低（241.664 g），咀嚼性最小（144.897），由表5 可知，紫薯果干在此条件下得分最高（84.8 分），口感最佳。综上所述，紫薯果干的最佳烘烤温度与时间为75 ℃、90 min。

2.3 紫薯护色条件的确定

果干制品的色泽是判断其商业价值的一个重要指标。因此对紫薯果干采用护色处理，护色效果如图5所示。

由图5 可知，同一护色剂浓度下，亚硫酸钠处理过的样品的ΔE值高于其它几种护色剂，主要是因其产生的SO2具有漂白的作用。但是SO2的存在既对人体有害还会影响花青素的稳定性，使花青素褪色，破坏其功效[26]；柠檬酸处理过的样品其ΔE值仅次于同一浓度下的亚硫酸钠，原因是柠檬酸可以与PPO 的金属离子结合形成螯合物，降低酶活性，从而达到抑制褐变的效果[27]。同时，柠檬酸提供的较低pH 值有利于提高花色苷的稳定性[28]，使紫薯更为鲜亮，接近紫粉色，所以色差值较大。但柠檬酸浓度不宜过高，因为pH 值降低不仅会促进褐变的发生，且对果干的口感有不良影响，这与赵欣等[29]的研究结果一致。

抗坏血酸处理后的色差值最小，主要是因为抗坏血酸有强还原性，在果蔬酶促褐变中抑制PPO 活性，阻断黑色素的生成，且在护色剂浓度0.40%～0.60%时，ΔE值较小，护色效果较好。

氯化钠浓度为0.10%～0.40%时，随浓度上升，ΔE值减小，这是因为在一定范围内，氯化钠溶于水后可降低水中的氧含量，避免PPO 与O2直接接触。此后浓度继续上升，ΔE值出现上升情况，可能是氯化钠浓度过大引起组织细胞脱水，使液泡中的酚类物质与质体及其他细胞器中的PPO 更易接触，从而造成褐变[30]。

氯化钙中的钙离子可以与PPO 中的Cu2+竞争结合到酶活性中心，控制PPO 的酶活，从而加强果蔬的抗褐变效果[31]。由图5 可知，随氯化钙浓度增加，ΔE值减小且在0.20%浓度达到最小值7.27。然而，氯化钙在护色时会起到硬化漂白的作用，且其带有苦味，降低紫薯果干的口感。

由图5 可知，几种护色剂的ΔE值在降至最低值后随浓度的继续增加会有上升趋势，推测是因为每种护色剂均有有效范围；当超过护色剂浓度的临界值后，其护色效果减弱，再加上紫薯果干本身发生非酶褐变，会使得褐变程度加深，ΔE值变大。综上，选择氯化钠、抗坏血酸、柠檬酸3 种护色剂进行复配。

2.4 护色剂配方优化试验

根据护色单因素试验结果，以色差值ΔE和感官评分为指标，A（氯化钠浓度）、B（抗坏血酸浓度）、C（柠檬酸浓度）、D（护色时间）4 个因素进行正交试验，筛选出最佳护色方案与时间。正交试验结果分析见表6。

表6 紫薯复合护色正交试验结果Table 6 Orthogonal test results of color protection conditions for purple sweet potato

由表6 可知，影响紫薯色差的各因素的主次关系为氯化钠浓度＞护色时间＞抗坏血酸浓度＞柠檬酸浓度。将9 组经过护色处理的薯块蒸煮10 min、75 ℃下烘烤90 min 后，进行紫薯烘烤下感官评价，得出4 个因素的主次关系为氯化钠浓度＞柠檬酸浓度＞护色时间＞抗坏血酸浓度。从表6 中得出最佳试验条件为A3B2C1D1，即氯化钠浓度0.40%、抗坏血酸浓度0.50%、柠檬酸浓度0.30%、护色时间10 min。但此条件未出现在正交试验中，因此进行验证实验，将其与表中最优实验组A3B2C1D3进行对比可知，后者的ΔL* 值为-0.33，Δa*值为0.16，Δb* 值为1.77，ΔE值（1.81）小于A3B2C1D1组。此外，蒸煮10 min 后在75 ℃下烘烤90 min，对成品进行感官评价，其得分最高（94.0 分）。

3 结论

在紫薯果干护色工艺研究中，通过单因素和正交优化试验结果表明，在氯化钠浓度0.40%、抗坏血酸浓度0.50%、柠檬酸浓度0.30%、护色时间30 min 的条件下，护色效果最佳。紫薯干的最优加工工艺为紫薯顺纹理切片1 cm，护色后蒸煮10 min，75 ℃下烘烤90 min。此条件下生产的紫薯果干，色差值ΔE最小，为1.81，感官评分最高为94.0。