張 娟，于有偉，張 麗

(山西師范大學(xué)工程學(xué)院，山西臨汾041000)

甘薯俗稱紅薯、番薯、地瓜等，屬旋花科一年生植物，原產(chǎn)于南美洲，傳入中國已有400多年的歷史［1］。作為食品，甘薯營養(yǎng)豐富，以干重計(jì)，在其塊根中含有淀粉 37.6%～77.8%、可溶性糖 1.68%～36.02%、蛋白質(zhì)2.24%～12.21%、脂肪0.2%～1.73%、粗纖維約0.5mg/100g、鈣約46mg/100g、胡蘿卜素約1.3mg/100g，營養(yǎng)價(jià)值不低于米面，俗稱“土人參”［2］。經(jīng)常食用可對(duì)某些疾病有很好的預(yù)防作用。尤其是近年來，隨著甘薯低熱量與低脂肪的營養(yǎng)學(xué)特性以及高居食品榜首的抗癌保健作用逐漸被消費(fèi)者認(rèn)知。甘薯中的養(yǎng)分，碳水化合物占干物重的80%～90%，主要由淀粉和糖類組成。甘薯的風(fēng)味和口感在很大程度上取決于其含糖量的多少，鮮食、烘烤和果脯加工用品種要求高含糖量。薯塊中總糖主要由蔗糖、葡萄糖、果糖組成，三者均為可溶性糖［3］。因此，可溶性糖含量是衡量甘薯品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。本文通過選用蒸、烤、炸三種工藝對(duì)甘薯進(jìn)行加工，從而分析可溶性糖含量的變化，并進(jìn)一步研究提取因素對(duì)可溶性糖含量的影響，為甘薯的質(zhì)量評(píng)估和綜合開發(fā)利用提供依據(jù)。此外，甘薯在加工過程中，水分含量也發(fā)生變化，而可溶性糖在人體內(nèi)的消化吸收率與水分含量關(guān)系密切。關(guān)于不同加工方法對(duì)甘薯可溶性糖和水分含量的變化，國內(nèi)外目前未見報(bào)道。因此本研究對(duì)于深度開發(fā)紅薯具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘薯、色拉油 山西省臨汾市銀河超市;苯酚、濃硫酸、蔗糖、蒸餾水 山西師范大學(xué)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室。

RJ－TDL－40C低速臺(tái)式離心機(jī) 無錫市瑞江分析儀器有限公司;WFJ7200可見分光光度計(jì) 尤尼柯儀器有限公司;FA1004電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;LSY電熱恒溫水浴鍋 北京醫(yī)療設(shè)備廠;遠(yuǎn)紅外線電熱食品烤箱 廣東多麗食品機(jī)廠制造;GZX－9246MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅事業(yè)醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)材料處理 將甘薯進(jìn)行三種不同加工方式的處理。蒸制是將甘薯置于100℃蒸汽下蒸制40min，烤制是將甘薯切塊置于200℃的烤箱中烤85min，油炸是將甘薯切片(厚度在0.5mm左右)后置于色拉油中炸10min。取樣時(shí)從樣品甘薯上、中、下三層分別取出檢樣，取可食部分(去皮)，然后混合縮減至所需數(shù)量的平均樣品(樣品處理好后應(yīng)盡快取樣測定，防止水分含量等指標(biāo)的變化)［4］。

1.2.2 水分含量的測定 采用烘箱法測定水分含量［5］。

1.2.3 可溶性糖含量的測定

1.2.3.1 甘薯中可溶性糖的提取 準(zhǔn)確稱取0.1g甘薯樣品，放入100mL的燒杯中，先用少量蒸餾水調(diào)成糊狀，然后加入25mL蒸餾水，攪勻，置于50℃恒溫水浴中保溫20min，使可溶性糖浸出。將濾出液(含沉淀)轉(zhuǎn)移到50mL離心管中，于3000r/min下，離心10min。沉淀可用20mL蒸餾水洗一次，再離心。將兩次離心的上清液收集在100mL容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度，混勻，作為待測液。

1.2.3.2 可溶性糖含量的測定 吸取0.5mL樣品液于試管中，用蒸餾水補(bǔ)至2mL，加入9%苯酚1mL，迅速加5mL濃硫酸。搖勻后，在室溫下靜置30min，以不含蔗糖溶液的空白為參照，在485nm波長下，比色測定吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出甘薯中可溶性糖含量。

可溶性糖含量(%)=從回歸方程求得糖的量/吸取樣液的體積×提取液量×稀釋倍數(shù)/樣品干重× 100［8］

1.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4.1 單因素實(shí)驗(yàn) 影響水提取可溶性糖含量的主要因素有提取時(shí)間、提取溫度和料液比等。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)其進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)與分析，以確定各因素的影響效果及適宜范圍。

1.2.4.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果，選擇有現(xiàn)實(shí)意義的因素水平建構(gòu)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表進(jìn)行主要因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。用極差分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表1 烤制40min時(shí)的正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal experimental factors and levels of 40min during baking

表2 蒸制24min時(shí)的正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 2 Orthogonal experimental factors and levels of 24min during steaming

2 結(jié)果與分析

2.1 蔗糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

采用苯酚－硫酸法［6］，以蔗糖為標(biāo)準(zhǔn)品，測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線［7］如圖1所示。

圖1 可溶性糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of soluble sugar

2.2 蒸制對(duì)甘薯中可溶性糖含量的影響

由圖2可知，蒸制剛開始，甘薯中的可溶性糖大幅度的增加，隨時(shí)間的延長，可溶性糖含量仍持續(xù)增加。在24min時(shí)達(dá)到最大值，在處理末期，其呈下降趨勢，但是幅度不大。蒸制對(duì)甘薯中水分含量的影響較小。

2.3 烤制對(duì)甘薯中可溶性糖含量的影響

圖2 蒸制過程中水分和可溶性糖的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Variation of moisture and soluble polysaccharose in stearning processing

由圖3可知，雖然烤箱烤制是一種加熱過程，但是對(duì)甘薯中水分含量的影響并不明顯，這表示烤箱烤制在加熱過程中甘薯內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移很少［10］。但是烤制對(duì)甘薯中可溶性糖影響比較復(fù)雜:加熱起初階段可溶性糖含量呈上升趨勢，可能是由于淀粉在加熱條件下分解所致，而后可溶性糖含量又逐漸下降，是因?yàn)榭局七^程中是植物組織疏松，可溶性糖部分滲出組織。末期可溶性糖含量又上升，其原因需進(jìn)一步研究。為了使實(shí)驗(yàn)更精確在34～51min之間取點(diǎn)測定可溶性糖含量得出在40min時(shí)達(dá)到最大值43.23%，此時(shí)水分含量為62.85%。

圖3 烤制過程中水分和可溶性糖含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Variation of moisture and soluble polysaccharose in baking processing

2.4 炸制對(duì)甘薯中可溶性糖含量的影響

由圖4可知，與蒸制及烤制不同的是，油炸過程中甘薯的水分含量急速降低。甘薯中的可溶性糖含量也隨油炸時(shí)間的延長而降低，原因可能與水分含量下降有關(guān)。在感官評(píng)定中，蒸制、烤制有明顯的甜味而油炸過的甘薯基本沒有甜味，在此得到了驗(yàn)證。

圖4 炸制過程中水分含量和可溶性糖的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Variation of moisture and soluble polysaccharose in frying processing

2.5 單因素實(shí)驗(yàn)與分析

從以上實(shí)驗(yàn)得出，在烤制40min時(shí)可溶性糖含量達(dá)到了最大值，蒸制在24min時(shí)可溶性糖含量達(dá)到了最大值。以下是提取因素對(duì)這兩種加工方式的影響做了進(jìn)一步研究。

2.5.1 對(duì)烤制40min的甘薯進(jìn)行單因素分析

2.5.1.1 料液比對(duì)可溶性糖提取的影響 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，稱取1g樣品用不同量的蒸餾水進(jìn)行浸提，提取時(shí)間為20min，提取溫度為50℃。從圖5中可以看出，料液比對(duì)甘薯中可溶性糖的提取的影響不是很明顯，但是在200mL時(shí)提取比較徹底，可溶性糖含量達(dá)到了最大值。在150mL時(shí)可能由于提取不徹底，導(dǎo)致含量較低，而250、300mL時(shí)，由于蒸餾水過量，導(dǎo)致樣品濃度下降，可溶性糖含量同樣較低。

圖5 料液比對(duì)甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.5 Effect of ration of material to liquid on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.1.2 時(shí)間對(duì)可溶性糖提取的影響 根據(jù)上一因素的研究，采用上面得出的最佳料液比1g∶200mL，在提取溫度為50℃條件下，采用不同的提取時(shí)間對(duì)甘薯中的可溶性糖進(jìn)行提取。由圖6可知，可溶性糖含量隨時(shí)間的延長先升高而后下降，在20min時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)?？赡苁怯捎诩訜釛l件有利于淀粉的降解，而加熱時(shí)間過長反而會(huì)使可溶性糖凝聚與沉淀表面，不利于水的浸提導(dǎo)致含量下降。

圖6 時(shí)間對(duì)甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.6 Effect of time on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.1.3 溫度對(duì)可溶性糖提取的影響 由于前面已經(jīng)得出提取的最佳料液比 1g∶200mL，最佳時(shí)間20min，所以將采用不同的溫度對(duì)可溶性糖的提取進(jìn)行研究，結(jié)果如圖7。

從圖7可知，可溶性糖含量隨溫度的升高先上升而后大幅度下降，在40℃時(shí)取得最大值?？扇苄蕴呛吭?0～40℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，可溶性糖的溶解性和滲透能力逐漸提高。但溫度高于40℃時(shí)可溶性糖的提取量反而會(huì)下降，其原因可能是提取溫度過高，熱作用降低了某些化學(xué)反應(yīng)的活化能，增加可溶性糖之間或是可溶性糖和甘薯內(nèi)的其他物質(zhì)之間的碰撞，形成了新的化學(xué)鍵，不利于提取液的提取［12］。

圖7 溫度對(duì)甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.7 Effect of temperature on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.2 對(duì)蒸制24min的甘薯進(jìn)行單因素分析

2.5.2.1 料液比對(duì)可溶性糖提取的影響 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)，同樣稱取1g樣品用不同量的蒸餾水進(jìn)行浸提，提取時(shí)間為20min，提取溫度為50℃。從圖8中可以看出，料液比對(duì)甘薯中可溶性糖的提取的影響不是很明顯，但是在250mL時(shí)提取比較徹底，可溶性糖含量達(dá)到了最大值。在150、200mL時(shí)可能由于提取不徹底，導(dǎo)致含量較低，而在300mL時(shí)，由于蒸餾水過量，導(dǎo)致樣品濃度下降，可溶性糖含量同樣較低。

圖8 料液比對(duì)甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.8 Effect of ratio of material to liquid on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batats

2.5.2.2 時(shí)間對(duì)可溶性糖提取的影響 根據(jù)對(duì)料液比這一因素的研究，采用上面得出的最佳料液比1g∶250mL，在提取溫度為50℃條件下，采用不同的提取時(shí)間對(duì)甘薯中的可溶性糖進(jìn)行提取。由圖9可知，可溶性糖含量隨時(shí)間的延長先升高而后下降，在30min時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)。可能是由于加熱條件有利于淀粉的降解，而加熱時(shí)間過長反而會(huì)使可溶性糖凝聚于沉淀表面，不利于水的浸提導(dǎo)致含量下降［13］。

2.5.2.3 溫度對(duì)可溶性糖提取的影響 由于前面已經(jīng)得出提取的最佳料液比 1g∶250mL，最佳時(shí)間30min，所以在此條件下將采用不同的溫度對(duì)可溶性糖的提取進(jìn)行研究，結(jié)果如圖10。

圖9 時(shí)間對(duì)甘薯可溶性糖提取量的影響Fig.9 Effect of time on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

圖10 溫度對(duì)甘薯可溶性糖含量的影響Fig.10 Effect of temperature on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

從圖10可知，可溶性糖含量隨溫度的升高先上升而后下降，但變化幅度不是很大。在50℃時(shí)取得最大值。呈現(xiàn)此趨勢可能是因?yàn)榭扇苄蕴呛吭?0～50℃范圍內(nèi)，隨溫度的升高，可溶性糖的溶解性和滲透能力逐漸提高［14］，增大了提取率。但溫度高于40℃時(shí)可溶性糖的提取量反而會(huì)下降，其原因可能是提取溫度過高，熱作用降低了某些化學(xué)反應(yīng)的活化能，增加可溶性糖之間或是可溶性糖和甘薯內(nèi)的其他物質(zhì)之間的碰撞，形成了新的化學(xué)鍵，降低了提取效果。

2.6 正交實(shí)驗(yàn)與分析

2.6.1 對(duì)烤制40min的甘薯進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)與分析用水作提取劑提取甘薯中可溶性糖是個(gè)重要的單元，關(guān)鍵因素將直接影響到提取含量。為了更進(jìn)一步研究料液比A，提取時(shí)間B以及提取溫度C三個(gè)關(guān)鍵因素與甘薯可溶性提取量之間的關(guān)系。在單因素的研究基礎(chǔ)上，以0.1g烤制40min的甘薯樣品為基材，可溶性糖含量為指標(biāo)，采用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，尋找最佳的提取工藝［15］。

結(jié)果分析表明:由表3可得，直觀最優(yōu)水平組合是A2B1C2，通過極差分析正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，最優(yōu)組合為A2B2C2，影響甘薯中可溶性糖提取的因素主次為A＞C＞B，即對(duì)可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時(shí)間的影響最小。為了得到最優(yōu)的提取參數(shù)，需要做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得，甘薯中可溶性糖的最佳工藝條件為A2B2C2，提取因素為料液比1g∶200mL，提取時(shí)間為20min，提取溫度為40℃，此時(shí)的提取率是41.03%。

2.6.2 對(duì)蒸制24min的甘薯進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)與分析 為了更進(jìn)一步研究料液比A，提取時(shí)間B以及提取溫度C三個(gè)關(guān)鍵因素與蒸制24min的甘薯可溶性提取量之間的關(guān)系。在單因素的研究基礎(chǔ)上，以0.1g蒸制24min的甘薯樣品為基材，可溶性糖含量為指標(biāo)，采用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，尋找最佳的提取工藝。

表3 烤制40min的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 The results of orthogonal test of 40min during baking

表4 烤制40min最佳水平驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)Table 4 The best level verification test of 40min during baking

結(jié)果分析表明:由表5可得，直觀最優(yōu)水平組合是A2B1C2，通過極差分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，影響甘薯中可溶性糖提取的因素主次為A＞C＞B，即對(duì)可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時(shí)間的影響最小。而理論上得出的最優(yōu)組合為A2B2C2，與實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論不符，所以需要做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表6。

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得，甘薯中可溶性糖的最佳提取工藝條件為因素為料液比1g∶250mL，提取時(shí)間為20min，提取溫度為50℃，此時(shí)的提取率是51.31%。

3 結(jié)論

蒸、烤加工方式對(duì)甘薯中水分含量的動(dòng)態(tài)影響不大，炸制隨時(shí)間的延長，水分急速下降。烤制過程中，甘薯中的可溶性糖含量先增加而后降低，在處理末期又呈上升趨勢。蒸制過程中，甘薯中可溶性糖含量先增加而后降低。油炸過程中可溶性糖含量呈下降趨勢。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以蒸制24min的甘薯為原料，對(duì)可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時(shí)間的影響最小。水提取可溶性糖的最佳工藝條件是料液比1g∶250mL，提取時(shí)間為20min，提取溫度為50℃，提取率達(dá)到41.03%。以烤制40min的甘薯為原料，對(duì)可溶性糖提取影響最大的是料液比，其次是溫度，時(shí)間的影響最小。水提取可溶性糖的最佳工藝條件是料液比1g∶200mL，提取時(shí)間為20min，提取溫度為40℃，此時(shí)的提取率是51.31%。

表5 蒸制24min的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of orthogonal test of 24 min during steaming

表6 蒸制24min最佳水平驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)Table 6 The best level verification test of 24min during steaming

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