劉婷婷，李新華，陳紅麗

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 沈陽，110866)

紫甘薯，又名黑薯，是我國從日本引種、改良、馴化、培育成功的甘薯新品種［1］。由于紫甘薯中含有大量以花色苷類物質(zhì)為主的活性物質(zhì)，因此具有較強的降血壓、降血脂、抗突變、抗氧化、抗腫瘤等生理活性和功能［2］。隨著我國國民生活水平的不斷提高，紫甘薯的營養(yǎng)價值和藥用價值受到越來越多的重視，尤其是紫甘薯深加工產(chǎn)品的發(fā)展前景十分廣闊［3］。

國內(nèi)的紫甘薯產(chǎn)品市場大多處在初級階段，而且少有大規(guī)模的紫甘薯深加工產(chǎn)品上市，不少技術(shù)問題有待研究。紫甘薯深加工產(chǎn)品，特別是飲料類產(chǎn)品中往往要添加各種酸味劑等調(diào)配成分，酸性成分使用不當(dāng)，常會出現(xiàn)紫甘薯紫色澤不穩(wěn)定問題，如褪色或色度變暗以及褐變等現(xiàn)象。這使得紫甘薯產(chǎn)品失去了鮮艷誘人的感官品質(zhì)。在紫甘薯汁以及紫甘薯飲料類產(chǎn)品研制過程中，防止或延緩紫甘薯色澤改變，研究紫甘薯色澤變化規(guī)律，合理利用各種酸味劑，穩(wěn)定和改善其天然色澤是一個必須要解決的技術(shù)問題。

本試驗在研究全質(zhì)紫甘薯汁的制作工藝的同時，重點對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤保護及增色方面進行研究，以便得出具有清亮紫紅色的全質(zhì)紫甘薯汁，為繼續(xù)開發(fā)紫甘薯全質(zhì)飲料等產(chǎn)品提供一定的理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫甘薯，市售;蔗糖，檸檬酸，蜂蜜，檸檬酸鈉，黃原膠，海藻酸鈉，羧甲基纖維素鈉，抗壞血酸，富馬酸，均為市售食用級;α-淀粉酶(酶活≥4 000 U/g)，北京奧博星生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TDL-5-A 型離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠;pHS-25 型酸度計，上海理達儀器廠;電子分析天平，北京奧多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;SS230-A 多功能是食物攪拌器，順德市方勝電器實業(yè)有限公司;HH-6 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司;TD-45 數(shù)顯糖度計，浙江托普儀器有限公司;CR-400 型全自動色差儀，柯尼卡美能達公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 全質(zhì)紫甘薯汁制備工藝流程

原料選擇→去皮→清洗切分→護色處理→打漿→過濾→酶解→紫甘薯汁

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料預(yù)處理

原料選取無霉變、無蟲蝕、無凍傷、無機械傷、紫色素均勻的新鮮紫甘薯。沖去紫甘薯外表的泥沙和雜物，手工去除表皮后切分成小塊。

1.3.2.2 護色、打漿

將紫甘薯小塊迅速放入護色劑中護色30 min，隨后以4 倍量的水進行打漿并過濾(留下的濾液一般約為原料的4.5 倍)。以打漿后的紫甘薯漿液L*(明度值)和△E*(總色差值)為指標(biāo)，按設(shè)定的護色劑種類、用量分別作單一護色劑的護色及增色效果試驗，并在此基礎(chǔ)上做復(fù)合護色劑的護色及增色效果試驗，確定最佳護色工藝條件。

1.3.2.3 酶解

在不同pH 值、酶解溫度、酶解時間下加入0.2%α-淀粉酶進行酶解。以可溶性固形物的增長率、L*及△E*為指標(biāo)，按設(shè)定的酶解溫度、酶解時間、酶解pH 值分別作單因素試驗，分析酶解過程對全質(zhì)紫甘薯汁色澤的影響。

1.3.3 抗壞血酸對全質(zhì)紫甘薯汁的護色及增色試驗

共6 個處理，分別為0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%的抗壞血酸溶液，加入6 個燒杯，然后將切碎的同質(zhì)量紫甘薯分別加入到上述不同的溶液中浸泡30 min，打漿并過濾后測定不同燒杯中紫甘薯漿液的L*、△E*并品嘗口感。

1.3.4 檸檬酸對全質(zhì)紫甘薯汁的護色及增色試驗

共6 個處理，分別為0%，0.3%，0.6%，0.9%，1.2%，1.5%的檸檬酸溶液，加入6 個燒杯，然后將切碎的同質(zhì)量紫甘薯分別加入到上述不同的溶液中浸泡30 min，打漿并過濾后測定不同燒杯中紫甘薯漿液的L*、△E*并品嘗口感。

1.3.5 富馬酸對全質(zhì)紫甘薯汁的護色及增色試驗

共6 個處理，分別為0%，0.4%，0.8%，1.2%，1.6%，2.0%的富馬酸溶液，加入6 個燒杯，然后將切碎的同質(zhì)量紫甘薯分別加入到上述不同的溶液中浸泡30 min，打漿并過濾后測定不同燒杯中紫甘薯漿液的L*、△E*并品嘗口感。

1.3.6 復(fù)合護色劑對全質(zhì)紫甘薯汁的護色及增色試驗

根據(jù)對紫甘薯護色及增色的單因素試驗結(jié)果，設(shè)計二因素三水平的正交試驗，以確定紫甘薯護色的最佳條件，試驗設(shè)計見表1。

表1 正交試驗因素水平Table 1 The factors and levels of orthogonal test

1.3.7 酶解過程對全質(zhì)紫甘薯汁色澤的影響試驗

將已護色的紫甘薯漿液取16 份，每份200 mL，標(biāo)好序號。l ～6 號中用檸檬酸鈉及檸檬酸調(diào)漿液pH值分別為2.5、3、3.5、4、4.5 和5，加入0.2%α-淀粉酶以60 ℃酶解90 min，離心后取上清液測其可溶性固形物含量、L*及△E*，算出可溶性固形物增長率;7～11 號調(diào)pH 值為4.5，加入0.2%α-淀粉酶分別以40、50、60、70、80 ℃酶解90 min，離心后取上清液測其可溶性固形物含量、L*及△E*，算出可溶性固形物增長率;12 ～16 號調(diào)pH 值為4.5，加入加入0.2%α-淀粉酶以60 ℃分別酶解50、60、70、80、90 min，離心后取上清液測其可溶性固形物含量、L*及△E*，算出可溶性固形物增長率。以各組可溶性固形物增長率、L*及△E*的大小來分析酶解過程對全質(zhì)紫甘薯汁色澤的影響。

1.3.8 測定方法

由色差儀通過反射法測定不同處理的樣品的L*及△E*。色澤明亮程度主要由L*值反映，L*為0 代表黑色，100 代表白色。L*增加，表示明亮度增加，也就表示色澤更加清亮。總色差由△E*反映，△E*變小表示顏色變淺。

pH 值采用pH 酸度計測定。可溶性固形物含量的測定使用阿貝折射儀。

式中:A1為原紫甘薯打漿后可溶性固形物含量;A2為酶解后可溶性固形物含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一酸味成分對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

2.1.1 抗壞血酸對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

抗壞血酸在含有多酚氧化酶的紫甘薯漿液中的護色及增色作用是相當(dāng)復(fù)雜的。它既是還原劑可以還原醌類物質(zhì)，而且可以作為銅離子的螯合劑，通過—OH 與多酚氧化酶的輔基Cu2+螯和，也可以直接被多酚氧化酶氧化，進行競爭性抑制褐變，從而保護色澤［4］。而且抗壞血酸作為酸化劑，可降低漿液中的pH 值，這就改變了花色苷的存在形式，使藍色的醌式堿向無色的查爾酮及假堿甚至紅色的吡喃陽離子轉(zhuǎn)換。隨著pH 的變小，紫甘薯漿液會變?yōu)楦辶刘r艷的紫紅色，從而起到增色作用。

由圖1 可以看出，紫甘薯漿液L*隨著抗壞血酸用量的增加而增加。但由于紫甘薯漿液的色澤并不是一個單一的色調(diào)，L*這一個單獨參數(shù)值的變化度不能完全反映紫甘薯漿液的實際變化狀況，因此需要對圖1 中的△E*也進行分析，得出總色差隨抗壞血酸用量增大呈先增大、后減小的趨勢。當(dāng)抗壞血酸的用量為0.6%時總色差達到最大值23.33。

造成這一現(xiàn)象的原因是，當(dāng)抗壞血酸的用量逐漸加大時，打漿后得到的紫甘薯漿液的pH 值從未護色時的6.4 逐漸向5 過度。紫甘薯漿液中的花色苷也隨著pH 值的變化逐漸從醌式堿形式向無色的查爾酮及假堿轉(zhuǎn)化［5］，這就使?jié){液的色澤清亮，L*增加。但也由于這種轉(zhuǎn)化，漿液的△E*變小，顏色逐漸變淺。綜合考慮，選擇0.6%為較適宜的抗壞血酸用量，此用量的紫甘薯漿液L*為29.98，△E*為23.33，高于新榨的紫甘薯原汁的L*及△E*，且具有較穩(wěn)定的明亮鮮艷的紫紅色，達到了較好的護色及增色效果。

圖1 抗壞血酸用量對紫甘薯漿液L* 及△E* 的影響Fig.1 Effect ofascorbic acid content on the L*and △E* in purple sweet potato slurry

2.1.2 檸檬酸對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

檸檬酸中的羰基可與多酚氧化酶中的Cu2+產(chǎn)生比較強的螯合作用，從而對紫甘薯多酚氧化酶的活性有一定地抑制作用，即主要抑制酶促褐變來對紫甘薯漿液進行護色。檸檬酸還可降低pH，不但使氧氣溶解度降低，且轉(zhuǎn)變花色苷的存在形式，進一步起到增色作用。

如圖2 所示，在選取的范圍之內(nèi)隨著檸檬酸用量的增加，紫甘薯漿液L*呈上升的趨勢，但△E*呈先減小、然后增大、再逐漸平緩的趨勢。當(dāng)檸檬酸的用量為0.6%時△E*最低為6.86，后隨著檸檬酸用量的繼續(xù)增加，△E*逐漸增大，當(dāng)檸檬酸用量大于0.9%時，△E*趨于平穩(wěn)。

造成這一現(xiàn)象的原因是，為在較寬范圍內(nèi)找出使紫甘薯漿液的色澤明亮鮮艷的檸檬酸用量，提升了每兩個水平之間的差距，這就使得整體漿液的pH 值變化迅速，在檸檬酸用量為0.3%時顯示了花色苷的分子形式從醌式堿向無色的查爾酮及假堿轉(zhuǎn)化的效果，即漿液色澤變淺，△E*變小。在檸檬酸用量達到0.9%后，花色苷逐漸由無色的查爾酮及假堿向紅色的吡喃陽離子轉(zhuǎn)換，漿液△E*增加，后用量繼續(xù)加大增幅放緩。結(jié)合紫甘薯漿液在后續(xù)酶解過程的最佳酶解pH 值，選擇既有較好護色及增色效果，又不會使pH 值過小的0.9%為檸檬酸的較適宜用量。此用量的紫甘薯漿液L*為28.74，△E*為15.48，高于新榨的紫甘薯原汁的L*及△E*，且具有較適宜的口感。

圖2 檸檬酸用量對紫甘薯漿液L* 及△E* 的影響Fig.2 Effect ofcitric acid content on the L*and △E* in purple sweet potato slurry

2.1.3 富馬酸對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

富馬酸作為酸化劑，理論上可降低漿液中的pH值，起到護色和增色的作用。取0% ～2%的富馬酸進行試驗，測試其護色及增色效果，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 富馬酸用量對紫甘薯漿液L* 及△E* 的影響Fig.3 Effect offumaric acid content on the L*and △E* in purple sweet potato slurry

由圖3 可以看出，富馬酸對紫甘薯幾乎沒有護色效果，在富馬酸用量0% ～2%之間時，得到的紫甘薯漿液L*及△E*變化幅度極小。造成這一現(xiàn)象的原因是，在室溫下，富馬酸微溶于水溶液，雖然作為酸化劑，但很難對紫甘薯發(fā)揮其酸的作用。因此，從打漿后得到的紫甘薯漿液L*及△E*來看，富馬酸不適用于紫甘薯的護色。

2.2 復(fù)合酸味劑對全質(zhì)紫甘薯汁色澤變化的影響

由于抗壞血酸和檸檬酸作為酸化劑，都有降低紫甘薯漿液pH 值的作用，因此兩者復(fù)合，酸度加倍，考慮到最終全質(zhì)紫甘薯汁的酶解步驟的pH 值，選擇0.6%和0.9%作為抗壞血酸用量和檸檬酸用量的第三水平進行正交試驗。

表2 正交試驗及結(jié)果Table 2 The results of the orthogonal experiment

表2 表明，用抗壞血酸和檸檬酸作為復(fù)合護色劑浸泡紫甘薯，對打漿并過濾后得到的紫甘薯漿液的護色及增色有一定的效果，且這種復(fù)合護色劑的效果好于抗壞血酸和檸檬酸作為單一護色劑的效果。從上表中極差Rj 值分析可以得到，兩因素影響的主次順序為:抗壞血酸用量＞檸檬酸用量。然后根據(jù)結(jié)果進行下一步分析，得出試驗工藝參數(shù)的最佳水平組合。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

由表3 的結(jié)果可知，A 因素(抗壞血酸用量)和B因素(檸檬酸用量)的F 值顯著，說明抗壞血酸用量和檸檬酸用量對紫甘薯的護色有顯著影響。

表4 多重比較用q 及LSR 值Table 4 LSR and q in multiple comparisons

表5 A 因素各水平均值多重比較Table 5 The levels mean of A factor in multiple comparisons

表6 B 因素各水平均值多重比較Table 6 The levels mean of B factor in multiple comparisons

采用q 檢驗法對A 因素和B 因素各水平進行多重比較，見表4 ～表6。加表4 ～表6 可由表5 看出，在顯著性為0.05 水平下，A1A2A3均數(shù)間都差異顯著。在顯著性為0.01 水平下，A1A2A3均數(shù)間差異都不顯著。多重比較結(jié)果以A2為最好，選定A2為最佳，即0.45%是抗壞血酸的最佳用量。

可由表6 看出，在顯著性為0.05 水平下，B2與B3均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著。在顯著性為0.01 水平下，B1B2B3均數(shù)間差異都不顯著。多重比較結(jié)果以B1為最好，選定B1為最佳，即0.60%是檸檬酸的最佳用量。

所以，從護色和增色效果考慮，A2B1為最佳組合水平。即0.45%的抗壞血酸和0.6%的檸檬酸混合為最佳的護色劑。以此護色劑浸泡30 min，再用4 倍的水打漿，打漿后得到的紫甘薯漿液的L*為38.87，△E*為24.47。

2.3 酶解過程對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤影響

2.3.1 酶解pH 值對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

從圖4 可看出，隨著紫甘薯漿液酶解pH 值的升高，可溶性固形物增長率有所上升，但全質(zhì)紫甘薯汁的L*和△E*均呈現(xiàn)下降的趨勢。這是由于，不同pH 值下紫甘薯花色苷的結(jié)構(gòu)不同，在pH 值越小的情況下，花色苷越多的以比較穩(wěn)定的吡喃陽離子形式存在，隨著pH 值的增大，羥自由基與吡喃陽離子2位碳元素發(fā)生求核反應(yīng)，向無色的查爾酮形式轉(zhuǎn)化。當(dāng)pH 值為5 時，花色苷較多處于查爾酮或醇式堿形式，較不穩(wěn)定，易被加熱、氧氣等破壞，因而L*和△E*會隨著酶解pH 值得增大而減少。

酶解pH 值對全質(zhì)紫甘薯汁的影響主要體現(xiàn)在兩個方面:一方面是酶解pH 值的大小影響紫甘薯淀粉的酶解效果，酶解pH 值升高則可溶性固形物增長率增加;另一方面是酶解pH 值的大小影響紫甘薯花色苷的存在形式和穩(wěn)定性從而降低全質(zhì)紫甘薯汁的L*和△E*。綜合兩方面，將酶解pH 值定為4 較適宜。

圖4 酶解pH 值對全質(zhì)紫甘薯汁可溶性固形物增長率、L* 及△E* 的影響Fig.4 Effect of enzymolysis different pH value on the soluble solids，L* and △E* in purple sweet potato juice

2.3.2 酶解溫度對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

由圖5 可知，隨著酶解溫度的升高，L*和△E*有所下降，可溶性固形物增長率有所上升，并在達到60℃后趨于平穩(wěn)?？煽闯?，酶解階段對全質(zhì)紫甘薯汁色澤的影響除于花色苷的自身結(jié)構(gòu)和酶解pH 值有關(guān)之外還與酶解溫度有關(guān)，酶解pH 值通過影響花色苷的結(jié)構(gòu)而影響花色苷的穩(wěn)定性，而酶解溫度則是通過影響環(huán)境給花色苷傳遞的能量而影響花色苷的穩(wěn)定性，酶解溫度越高，環(huán)境為花色苷傳遞的能量越多，當(dāng)能量達到破壞花色苷鍵能后花色苷就被破壞，所以酶解溫度越高，花色苷越不穩(wěn)定。當(dāng)酶解溫度超過60℃后，紫甘薯花色苷接收到足夠多的能量，發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致共價鍵斷裂并在此基礎(chǔ)上引起了熱降解?；ㄉ瞻l(fā)生熱降解，其結(jié)構(gòu)就向查爾酮轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致有色結(jié)構(gòu)吡喃陽離子減少，全質(zhì)紫甘薯汁的L*和△E*下降。同時酶解溫度的升高使紫甘薯花色苷性質(zhì)不穩(wěn)定，還因其具有一個裸露的陽離子，易受水分子攻擊。溫度升高會加速水分子的對流速度，促使水分子對花色苷的破壞作用。

由于酶解溫度超過60 ℃后，可溶性固形物增長率變化不明顯，△E*卻下降迅速。綜合考慮，選60℃為較適宜的酶解溫度。

2.3.3 酶解時間對全質(zhì)紫甘薯汁的色澤變化的影響

隨著酶解時間的逐漸增加，全質(zhì)紫甘薯汁的L*有所下降，△E*有所上升。這是由于，紫甘薯花色苷類化合物的不飽和性導(dǎo)致其對氧氣敏感，可進行氧化反應(yīng)改變結(jié)構(gòu)，從而影響L*，使全質(zhì)紫甘薯汁隨著酶解時間的增加而色澤變暗。但全質(zhì)紫甘薯汁中的其他成分如糖、酸、多酚類物質(zhì)等與花色苷在加熱時逐漸發(fā)生了分子間的輔色效應(yīng)。這種輔色作用由于能夠阻止從吡喃陽離子向無色的醇式堿形式的水化轉(zhuǎn)換從而明顯的提高花色苷的穩(wěn)定性以及增強其顏色強度，使顏色加深，△E*有所上升。同時，持續(xù)的加熱還會促進紫甘薯花色苷的溶出，也會使△E*有所上升。

圖5 酶解溫度對全質(zhì)紫甘薯汁可溶性固形物增長率、L* 及△E* 的影響Fig.5 Effect of enzymolysis different temperatures on the soluble solids，L* and △E* in purple sweet potato juice

圖6 酶解時間對全質(zhì)紫甘薯汁可溶性固形物增長率、L* 及△E* 的影響Fig.6 Effect of enzymolysis different time on the soluble solids，L* and △E* in purple sweet potato juice

在酶解時間為90 min 時，可溶性固形物增長率和△E*均達到了較高值，而L*雖有不同程度的下降，但下降幅度較小。所以，從全質(zhì)紫甘薯汁的可溶性固形物增長率、L*及△E*綜合考慮，選擇酶解時間為90 min 較適宜。

2.3.4 確定酶解條件

調(diào)護色后的紫甘薯漿液pH 值至4，加入0.2%α-淀粉酶以60 ℃酶解90 min，離心后取上清液測其可溶性固形物含量、L*及△E*，算出可溶性固形物增長率為56.9%，全質(zhì)紫甘薯汁的L*為27.46，△E*為13.4。L*和△E*均比酶解前有所下降，總體色澤也由紫紅色向紫色轉(zhuǎn)變，但也由于酶解后紫薯汁更加澄清，使紫色不顯灰敗。

酶解過程對全質(zhì)紫甘薯汁色澤的影響機理復(fù)雜，要在確定酶解pH 值，酶解溫度，酶解時間的同時，在操作工藝方面盡量減少對色澤的破壞。可在保持酶解條件的基礎(chǔ)上，迅速降低酶解后的紫甘薯汁溫度，并且在酶解過程中盡量將容器裝滿并加蓋，以減少對氧氣的接觸，條件允許的情況下還可在進行酶解的容器中充入氮氣，以確保對氧氣的隔絕。

3 結(jié)論

(1)紫甘薯的護色采用以下工藝條件:0.45%的抗壞血酸和0.6%的檸檬酸混合作為護色劑。以此護色劑浸泡30 min，再用4 倍的水對紫甘薯打漿，打漿后得到的紫甘薯漿液的L*為38.87，△E*為24.47。

(2)護色后的紫甘薯漿液調(diào)pH 值為4，以60 ℃酶解90 min，離心后得到有清透紫色色澤的全質(zhì)紫甘薯汁。此時酶解效果良好，可溶性固形物增長率為56.9%，L*和△E*雖比酶解前有所下降，但由于紫甘薯汁更加澄清，所以色澤透亮，不會失去鮮艷誘人的感官品質(zhì)。

(3)采用本工藝制備的全質(zhì)紫甘薯汁即有明亮的紫紅色色澤，又澄清無雜質(zhì)，可為制備紫甘薯全質(zhì)飲料提供前期技術(shù)參考。

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