李文峰 肖旭霖

(陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710062)

氣體射流沖擊干燥對紫甘薯色澤及抗氧化性的影響

李文峰 肖旭霖

(陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710062)

為了提高紫薯干制品質(zhì)，研究不同風(fēng)溫、風(fēng)速、預(yù)處理、氣體噴嘴距物料盒高度及物料切片厚度對氣體射流沖擊干燥紫薯色澤、總花青素、多酚氧化酶(PPO)活性、總酚及總酚抗氧化能力的影響。結(jié)果表明，總花青素含量、總酚含量、抗氧化能力和PPO活力在干燥前后均有顯著的降低。且色差值、總花青素含量、總酚含量及抗氧化能力隨微波處理時(shí)間、噴嘴高度和切片厚度的增加而增加，隨風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而降低。PPO活力隨預(yù)處理時(shí)間和風(fēng)溫的增加而降低，但風(fēng)速、噴嘴高度和切片厚度對PPO活力影響不顯著。干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯干燥品質(zhì)的最佳時(shí)間段。

氣體射流沖擊 紫薯 花青素 多酚 抗氧化

多酚類化合物是一類廣泛存在于植物性食品原料中的植物次級代謝產(chǎn)物[1]。多酚化合物具有多種生理活性，例如抗氧化、抗癌癥、抗過敏、抗菌、預(yù)防血管粥樣硬化[2]。紫甘薯又稱紫薯，是一種原產(chǎn)于中美洲且富含多酚類化合物的糧食與飼料作物[3-4]。紫薯多酚又以花青素為主，花青素具有優(yōu)秀的生理活性功能和潛在的天然食品色素價(jià)值[5]。紫薯可采用干燥、蒸煮、烘焙、油炸等多種方式進(jìn)行加工。干燥是加工紫薯的一種重要方法，通過干燥可以降低運(yùn)輸重量、延長貯藏期并減少貯藏成本[6]。當(dāng)前，紫薯的干燥方式有熱風(fēng)干燥、噴霧干燥、冷凍干燥、分子滲透壓脫水、真空干燥和微波干燥[7]。而干燥對食品原料中酚類物質(zhì)及其抗氧化能力均有影響[8]。據(jù)已有報(bào)道可知[3,9]，現(xiàn)有的干燥方法會導(dǎo)致紫薯中總酚含量及抗氧化能力的降低。而氣體射流沖擊技術(shù)是一種有效應(yīng)用于無核紫葡萄、魚餅、魚子、哈密瓜及杏的干燥技術(shù)[10-14]。研究表明氣體射流沖擊干燥與傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥相比，具有更高的干燥效率[10]。Bórquez[13]在研究鯖魚魚子的氣體射流沖擊干燥時(shí)發(fā)現(xiàn)，氣體射流沖擊干燥可有效降低魚子中n-3脂肪酸的氧化率。但氣體射流沖擊干燥紫薯是否具有較高酚類化合物及抗氧化能力的保存率還有待進(jìn)一步的研究，并且不同干燥條件對紫薯干后品質(zhì)的影響規(guī)律尚不明確。所以本研究采用氣體射流沖擊干燥技術(shù)，探究風(fēng)溫、風(fēng)速、預(yù)處理、氣體噴嘴距物料盒高度及物料切片厚度對紫薯色澤、總花青素、多酚氧化酶活力、總酚及總酚抗氧化能力的影響。從而為開發(fā)紫薯干燥新技術(shù)，更大限度保存酚類化合物，優(yōu)化紫薯干燥工藝提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試劑

紫薯:市購，挑選體積大小相近且無腐敗的鮮薯，貯藏于室溫下，使用前用自來水洗凈。

DPPH、福臨酚試劑、鄰苯二酚：Sigma。

1.2 主要儀器

本試驗(yàn)中所用的氣體射流沖擊干燥試驗(yàn)設(shè)備為試驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)[15]。AVM-03型風(fēng)速計(jì)：泰儀電子工業(yè)股份有限公司；LG WD700型微波爐：樂金電子(天津)電器有限公司；小型多用切菜機(jī)：河北省趙縣瓜家莊食品機(jī)械廠；WSL-2型測色儀：上海物理光學(xué)儀器廠；722型分光光度計(jì)：上海光譜儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 紫薯干燥

紫薯的氣體射流沖擊干燥在不同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行，具體參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)開始前，干燥設(shè)備需在設(shè)定好的試驗(yàn)參數(shù)下調(diào)整0.5 h，確保試驗(yàn)條件達(dá)到平衡狀態(tài)后再進(jìn)樣干燥。每次試驗(yàn)取鮮薯約250 g，依據(jù)所需厚度用切片機(jī)將紫薯切片后置于微波爐，在900 W下按所需時(shí)長進(jìn)行預(yù)處理。為了避免物料在高風(fēng)速下被吹散，將紫薯置于干燥室中金屬網(wǎng)盒內(nèi)進(jìn)行干燥處理。干燥的樣品經(jīng)粉碎后過80目網(wǎng)篩，用密封后存儲于-3 ℃?zhèn)溆谩?/p>

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2 色澤測定

紫薯色澤利用測色儀測定，以儀器白板為標(biāo)準(zhǔn)(L*=91.73，a*=-12.49，b*=4.05)，測量紫薯的明度指數(shù)L*、彩度指數(shù)a*和b*。L*、a*、b*可以表示2種色調(diào)之間的差值，即色差，可用ΔΕ[16]表示，通過比較ΔE值反映紫薯色澤的改變，其公式為：

ΔE= [(L0*-L*)2+(a0*-a*)2+(b0*-b*)2]1/2

式中：L0*、a0*、b0*表示新鮮紫薯的色度值；L*、a*、b*表示干燥后紫薯樣品的色度值。

1.3.3 總花青素測定

稱取約0.5 g樣品于研缽中，加入少許石英砂和5 mL 1%HCl―甲醇溶液充分研磨，用20 mL提取溶劑分2次沖洗研缽并轉(zhuǎn)移至100 mL燒杯，加入25 mL提取溶劑充分?jǐn)嚢?，用保鮮膜密封后置于冰箱中提取12 h。分別取上層清液1 mL于2支試管，分別加入pH 1.0、pH 4.5的鹽酸—醋酸鈉緩沖液3 mL，充分搖勻后測定吸光度?；ㄉ湛偤?TAC)以濾液中矢車菊素-3-葡萄糖甙含量計(jì)算，其計(jì)算公式為[17]：

總花青素含量/mg/mL=[(A530-A700)pH 1.0-(A530-A700)pH 4.5]×MW×DF÷(E×L)

式中：A為各自pH下不同波長所測吸光度；MW為矢車菊素-3-葡萄糖甙的分子量(449.2)；DF為稀釋倍數(shù)；E為矢車菊素-3-葡萄糖甙的克分子吸光率常數(shù)(26 900)；L為比色皿光程，1 cm時(shí)L=1。

1.3.4 總酚含量測定

多酚采用80%甲醇進(jìn)行提取[3]。稱取約1 g樣品置于研缽中，加入少許石英砂和5 mL提取溶劑。充分研磨后轉(zhuǎn)移至100 mL小燒杯，用20 mL提取溶劑分4次沖洗研缽并轉(zhuǎn)移至小燒杯。用保鮮膜密封燒杯后置于超聲波清洗器中于45 kHz下處理5 min。超聲后轉(zhuǎn)移至布氏漏斗，抽濾。先用10 mL 提取溶劑沖洗燒杯，再分別取3次5 mL提取溶劑沖洗漏斗中的殘?jiān)?，取濾液。濾液轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在45 ℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)10 min。余液用蒸餾水定容至100 mL。吸取200 μL提取溶液樣品加入試管中并加入800 μL去離子水和200 μL福林酚試劑，充分混合并避光保存10 min，再加入2 mL 7%Na2CO3溶液和1.6 mL去離子水，避光靜置90 min，最后用可見分光光度計(jì)于760 nm[4]測定吸光值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得出相應(yīng)樣品的多酚含量。

1.3.5 測定DPPH自由基清除能力

本試驗(yàn)通過測定紫薯多酚對DPPH·的清除能力來評判其抗氧化能力[9,16]。取2 mL紫薯多酚提取溶液于試管中，加入2 mL 0.05 mg/mL DPPH·乙醇溶液，充分搖勻后避光靜置30 min。以蒸餾水為空白于517 nm下測定吸光度為Ai，以2 mL待測液加2 mL乙醇測得Aj，Ai減Aj之差為A樣品；以2 mL蒸餾水加2 mL DPPH·乙醇溶液測得A控制?？偡拥目偪寡趸芰σ訢PPH·的清除率表示，計(jì)算公式：DPPH·清除率/%=(1-A樣品/A控制)×100

1.3.6 多酚氧化酶(PPO)活力測定

取約1.0 g樣品，加入6.0 mL經(jīng)4 ℃預(yù)冷的pH 6.8 0.1 mol/L磷酸緩沖液，加入0.06 g聚乙烯吡咯烷酮，充分研磨成勻汁后于12 000 r/min離心15 min。取0.1 mL上清液依次加入2.0 mL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液和1.6 mL pH 6.8 0.1 mol/L磷酸緩沖液，測定在420 nm時(shí)室溫下反應(yīng)10 min吸光值的變化，以每分鐘吸光值變化0.01為一個(gè)酶活力單位(U)。

1.3.7 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010進(jìn)行簡要計(jì)算和作圖，利用DPS軟件采用新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析，顯著水平為5%。以上所有試驗(yàn)平行測定3次。

2 結(jié)果與討論

2.1 射流沖擊干燥對紫薯色澤的影響

紫薯鮮艷的色澤是其深受喜愛的一個(gè)重要原因[18]，但紫薯干燥后，其色澤會發(fā)生較大變化[3,9,19-20]。如圖1所示，微波預(yù)處理是紫薯色澤品質(zhì)的一個(gè)重要影響因素，干燥后紫薯色差值隨微波處理時(shí)間的增加而減小。Yang等[9]報(bào)道紫薯經(jīng)過加熱預(yù)處理后再干燥，其色差值會降低。所以干燥前的加熱預(yù)處理對紫薯有一定的護(hù)色作用。風(fēng)溫對紫薯色澤也有影響，干燥后紫薯色差值隨風(fēng)溫的增加和噴嘴高度的降低而減小。雖然紫薯色差值也隨干燥風(fēng)速的增加和切片厚度的減小而減小，但試驗(yàn)中所采用的4個(gè)風(fēng)速之間和切片厚度之間并未有顯著性差異，而其他干燥方法也會導(dǎo)致甘薯色澤的改變。本試驗(yàn)中，氣體射流沖擊干燥導(dǎo)致紫薯ΔE在9.7～29.27之間變化。而紫薯經(jīng)過熱風(fēng)干燥后ΔE約為17；真空干燥后ΔE約為10；分子滲透壓脫水處理后ΔE為10.85；冷凍干燥后的ΔE約為6[3,9,19-20]。故在所有試驗(yàn)組中，預(yù)處理3 min組具有最低色差值，且色澤品質(zhì)優(yōu)于滲透壓脫水、熱風(fēng)干燥和真空干燥。

2.2 射流沖擊干燥對紫薯總花青素含量的影響

紫薯因塊莖中高含量的花青素而呈現(xiàn)出鮮艷的紫色[17]。本研究選取的鮮*與鮮**2批紫薯鮮樣的總花青素含量分別為104.35和70.47 mg/100 g，與Truong等[18]所報(bào)道的含量(33.7～96.8 mg/100 g)接近。從圖2可知，紫薯經(jīng)過氣體射流沖擊干燥后其總花青素含量損失46%～66%，在所有試驗(yàn)組中預(yù)處理3 min組具有最高總花青素保存率54%。雖然氣體射流沖擊干燥降低了紫薯總花青素含量，但分子滲透脫水會造成紫薯總花青素?fù)p失約63%[3]；熱風(fēng)干燥會導(dǎo)致紫薯總花青素?fù)p失高達(dá)約72%[9]。與以上2種方法相比，氣體射流沖擊干燥的干燥效率更高，花青素?fù)p失更少，耗能低。本試驗(yàn)中，紫薯在氣體射流沖擊干燥前對其進(jìn)行了微波加熱預(yù)處理，隨預(yù)處理時(shí)間的增加紫薯總花青素含量增加。Yang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)楦邷匾种屏俗鲜碇卸喾友趸?、過氧化物酶和糖苷酶等會降解花青素的酶活而使得更多的花青素得以保存。由圖2可知，總花青素含量隨著干燥風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而逐漸降低，隨著噴嘴高度和切片厚度的增加而增加。因?yàn)樵谙嗤L(fēng)速下，噴嘴高度越低則物料表面風(fēng)速越高，而高風(fēng)速會造成物料表面邊界層變薄從而具有更高的傳熱效率[11,14]，導(dǎo)致物料快速升溫。已有研究表明[8]花青素為熱敏性物質(zhì)，故導(dǎo)致物料升溫的因素均可降低物料總花青素含量。而高風(fēng)速不僅使物料升溫更快，還導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)物料表面接觸更多的氧氣，導(dǎo)致花青素?fù)p失率的增加。隨切片厚度的增加，物料內(nèi)部升溫越慢且物料內(nèi)部接觸到更少的氧氣，從而有利于避免花青素的損失。

注：a、b、c、d表示所在因素不同水平之間的顯著性 P<0.05，下同。圖1 不同干燥條件對紫薯色澤的影響

注：*,**:所有試驗(yàn)未采用同一批紫薯，預(yù)處理組和風(fēng)溫組為同一批樣品，風(fēng)速組、噴嘴高度組和切片厚度組為同一批樣品，下同。

圖2 不同干燥條件對紫薯總花青素含量的影響(濕基)

2.3 射流沖擊干燥對紫薯總酚含量及其抗氧化能力的影響

紫薯塊莖中含有比橙色甘薯和胡蘿卜更為豐富的酚類化合物[18]。酚類化合物是紫薯的一種主要抗氧化成分，鮮紫薯和干燥后紫薯的總酚含量及其對DPPH·的清除率如圖3所示。由圖3可知，紫薯經(jīng)過氣體射流沖擊干燥后其總酚含量損失42%～74%。而熱風(fēng)干燥導(dǎo)致紫薯總酚損失約58%[9]；分子滲透脫水導(dǎo)致紫薯總酚損失高達(dá)約88%[3]。與上述2種干燥方式相比氣體射流沖擊干燥在酚類化合物的保存率方面具有明顯的優(yōu)勢。從各組數(shù)據(jù)可知，總酚含量隨微波預(yù)處理時(shí)間、噴嘴高度、切片厚度的增加而增加，隨風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而降低。由圖2和圖3可知，氣體射流沖擊干燥對總花青素和總酚的影響具有相似規(guī)律，而食用性多酚類化合物主要包括酚酸類、黃酮類和單寧類[1]。所以不同干燥條件對紫薯總酚的影響應(yīng)與對花青素的影響具有相同原因。

由圖3可知，紫薯清除DPPH·的能力隨總酚含量的增加而增加，Yang等[9]也報(bào)道了類似現(xiàn)象。所以不同干燥條件導(dǎo)致紫薯抗氧化能力的降低與總酚含量的變化具有聯(lián)系。干燥后紫薯多酚對DPPH·的清除率與鮮薯相比降低了44%～61%。在Miranda等[8]對藜麥種子的研究中也發(fā)現(xiàn)干燥可導(dǎo)致物料多酚抗氧化能力顯著降低且隨著干燥溫度的增加而降低。紫薯多酚清除DPPH·的能力隨著預(yù)處理時(shí)間、切片厚度和噴嘴高度的增加而增加，隨著風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而降低，而這與總酚的變化規(guī)律相一致。但熱風(fēng)干燥導(dǎo)致紫薯抗氧化能力降低約77%[9]；冷凍干燥導(dǎo)致紫薯抗氧化能力降低25%[9]。故氣體射流沖擊干燥比熱風(fēng)干燥具有更高的總酚及抗氧化保存率。雖然冷凍干燥有更高的總酚及抗氧化保存率，但其干燥時(shí)間長、能耗高。

在所有試驗(yàn)組中，切片厚度8.16 mm組具有最低總酚損失率(42%)和最高DPPH·清除率(32.06%)，但該條件下色澤品質(zhì)并不優(yōu)秀。而預(yù)處理3 min組具有最好色澤品質(zhì)，且總酚損失率(47.63%)和DPPH·清除率(30.12%)均較好。

注：A、B、C、D表示同一因素內(nèi)不同水平處理對DPPH·清除率的顯著性差異，P<0.05。圖3 不同干燥條件對紫薯總酚的影響(濕基)

圖4 不同干燥條件對紫薯PPO酶活的影響(濕基)

2.4 射流沖擊干燥對紫薯PPO活力的影響

紫薯褐變可導(dǎo)致產(chǎn)品的色澤品質(zhì)和商業(yè)價(jià)值的降低。在加工過程中紫薯含有的大量酚類化合物易被PPO氧化成棕褐色鄰醌類化合物[21]，而由上文可知?dú)怏w射流干燥導(dǎo)致紫薯總酚及其抗氧化能力不同程度的降低，而PPO活力與這些規(guī)律是否具有一定聯(lián)系值得深入研究。從圖4可知，紫薯PPO活力隨微波預(yù)處理時(shí)間和風(fēng)溫的增加而顯著降低，干燥后紫薯PPO活力僅為鮮樣的0.3%～22%且在預(yù)處理3 min時(shí)PPO基本失活。但在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)的風(fēng)速、噴嘴高度和切片厚度對PPO活力的影響不顯著。由于PPO活力易受溫度、水分活度、pH和氧濃度等條件的影響，且現(xiàn)有的報(bào)道也表明食品物料中酶活力越高，酶促褐變越嚴(yán)重[21]。所以提高物料內(nèi)部溫度及降低氧氣含量的因素均可降低PPO活力。而干后紫薯在貯藏過程中因物料的水分活度較低，故酶的活力會受到抑制，有利于避免褐變的發(fā)生。

2.5 干燥時(shí)間對紫薯射流沖擊干燥的影響

由上文可知，紫薯經(jīng)過不同條件的氣體射流沖擊干燥后，紫薯色澤、總花青素、總酚及其抗氧化能力和PPO活力均會發(fā)生變化。但這些指標(biāo)在干燥過程中以何種規(guī)律變化尚不清楚。由圖5可知，紫薯色澤變化，總花青素、總酚含量和總酚抗氧化能力及PPO活力的降低主要發(fā)生在干燥初期(0～1 h)。在0～0.5 h內(nèi)，每個(gè)指標(biāo)均有顯著的變化，而1 h后變化速率快速降低，在3 h后基本保持不變。在0～4 h內(nèi)紫薯PPO活力變化不大，而加熱預(yù)處理是導(dǎo)致PPO活力顯著降低的主要因素[9]。結(jié)合上文可知，干后紫薯的色澤、總花青素、總酚及其抗氧化能力的變化規(guī)律具有一定關(guān)系。在干燥前期濕含量較高的紫薯溫度升高且切分后的紫薯處于含氧環(huán)境中，所以此時(shí)PPO活力較高從而導(dǎo)致花青素等酚類物質(zhì)被較快的氧化。但隨著干燥的進(jìn)行，物料內(nèi)部溫度進(jìn)一步上升且濕含量已經(jīng)較低，此時(shí)PPO活力受溫度與水分活度的雙重影響而抑制在較低水平，所以干燥中后期色澤、花青素、總酚的變化并不明顯。故干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯色澤變化及總花青素、總酚含量和總酚抗氧化能力降低的最佳時(shí)間段。

圖5 干燥時(shí)間對紫薯射流沖擊干燥的影響

3 結(jié)論

3.1 色差值、總花青素含量、總酚含量及抗氧化能力隨微波處理時(shí)間、噴嘴高度和切片厚度的增加而增加，隨風(fēng)溫和風(fēng)速的增加而降低。PPO活力隨預(yù)處理時(shí)間和風(fēng)溫的增加降低，但風(fēng)速、噴嘴高度和切片厚度對PPO活力影響不顯著。

3.2 綜合各品質(zhì)指標(biāo)，本試驗(yàn)條件下最優(yōu)干燥條件為風(fēng)溫為70 ℃、風(fēng)速13 m/s、預(yù)處理3 min、噴嘴高度20 mm、切片厚度為2.43 mm。

3.3 總花青素含量、總酚含量、抗氧化能力和PPO活力在干燥前后均有顯著的降低。

3.4 干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯色澤變化及總花青素、總酚含量和總酚抗氧化能力降低的最佳時(shí)期。

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Effects of Air-Impingement Jet Drying on Color and Antioxidant Activity of Purple Sweet Potato

Li Wenfeng Xiao Xulin
(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi′an 710062)

In order to improve the purple sweet potato (PSP) drying quality, the effects of air-impingement jet drying PSP on color, total anthocyanin contents, total phenolic contents, polyphenoloxidase (PPO) activity and antioxidant activity in different pretreatment, nozzle distance, slice thickness, air temperature and air velocity have been studied in the paper. The results showed that there was significant reducing in total anthocyanin contents, total phenolic contents, antioxidant activities and polyphenoloxidase activities during the transportation from fresh samples to dried samples. In addition, the ΔE, total anthocyanin contents, total phenolic contents and antioxidant activity increased with the increasing of microwave pretreatment times, nozzle distance and slice thickness, decreased in accordance with the increasing air temperature and air velocity. Polyphenoloxidase activity decreased with microwave pretreatment times and air temperature increasing. However, there were no significant differences in polyphenoloxidase activity among four levels respectively in the factors of air velocity, nozzle distance and slice thickness. The best quality control time of PSP drying shall be that in the initial period of air-impingement jet drying (0～1 h).

air-impingement jet， purple sweet potato， anthocyanins， polyphenols， antioxidant

TQ028.6

A

1003-0174(2014)06-0027-07

陜西師范大學(xué)研究生培養(yǎng)創(chuàng)新基金(2013CXS006),科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金(2011GB23600 017)

2013-06-11

李文峰，男，1987年出生，碩士，農(nóng)產(chǎn)品加工

肖旭霖，男，1955年出生，副教授，食品加工工程