童丹，韓黎明，楊新俊

（1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅蘭州730000；2.定西師范高等?？茖W(xué)校，甘肅定西743000；3.甘肅薯香園農(nóng)業(yè)科技有限公司，甘肅定西743000）

紫色馬鈴薯是馬鈴薯資源中一類具有獨(dú)特遺傳特性和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特殊品種類型。豐富的花青素的存在使紫色馬鈴薯在具有普通馬鈴薯所有其他營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)，具有抗氧化、抗癌、抗病毒、抗衰老、降血糖、保護(hù)肝臟、美容、減肥等多種生理功能[1]，獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)保健功效和優(yōu)勢(shì)使其在食品、化妝品、保健品和醫(yī)藥等領(lǐng)域有廣泛的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外對(duì)紫色馬鈴薯的研究主要集中于花青素含量、提取分離純化工藝、抗氧化性、穩(wěn)定性及保健功能等方面。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)紫色馬鈴薯全粉和紫色馬鈴薯衍生產(chǎn)品都很稀缺，得益于紫色馬鈴薯優(yōu)質(zhì)品種、原料、新技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的食品研發(fā)機(jī)構(gòu)和學(xué)者正著力研發(fā)以主食形式消費(fèi)的紫色馬鈴薯產(chǎn)品。研究表明，采用先進(jìn)工藝，以紫色馬鈴薯為原料可制得游離淀粉含量低、色素保留較好的紫色馬鈴薯全粉[2-3]，紫色馬鈴薯全粉-小麥粉混粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于純小麥粉[4]。利用紫色馬鈴薯全粉為基料可開發(fā)出紫色馬鈴薯薯?xiàng)l[5]、紫色馬鈴薯饅頭[6]、紫色馬鈴薯蛋糕[7-8]、紫色馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)粉[9]、紫色馬鈴薯米酒等功能性飲品[10]，以及具有肥胖抑制活性的新型保健功能食品[11]。

紫色馬鈴薯全粉加工及主食化應(yīng)用的研究剛剛起步，有關(guān)紫色馬鈴薯全粉加工及主食化應(yīng)用研究的報(bào)道較少。已有的研究多是在實(shí)驗(yàn)室條件下小批量進(jìn)行的，有待進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)。本試驗(yàn)以定西地產(chǎn)“黑美人”馬鈴薯為原料，制備紫色馬鈴薯顆粒全粉，以碘藍(lán)值和花青素含量為主要考察指標(biāo)，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，確定富集花青素的特殊馬鈴薯顆粒全粉加工最佳工藝參數(shù)，為紫色馬鈴薯全粉生產(chǎn)及進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)材料

“黑美人”馬鈴薯，采自甘肅愛蘭馬鈴薯種業(yè)有限公司定西市安定區(qū)香泉鎮(zhèn)東寨村種薯繁育基地。10 月中旬植株正常成熟后收獲塊莖，網(wǎng)袋包裝置氣調(diào)庫(kù)貯藏。收獲20 d 后進(jìn)行加工和測(cè)定。原料基本組分為：干物質(zhì)21.6%，蛋白質(zhì)2.84%，淀粉15.82%，還原糖0.32%，維生素C 7.54 mg/100 g，花青素26.48 mg/100 g。

1.1.2 主要試劑

鹽酸、乙醇、亞鐵氰化鉀、醋酸鋅、3，5-二硝基水楊酸、十二烷基硫酸鈉、氫氧化鈉、丙三醇、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)液、葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液、碘標(biāo)準(zhǔn)液（以上試劑均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司；氯化鈣（食品級(jí)）：廣州市天銀化工科技有限公司；檸檬酸（食品級(jí)）：濟(jì)南明冠化工有限公司。

1.1.3 儀器設(shè)備

試驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備見表1。

表1 試驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備Table 1 Main instruments and equipments

1.2 方法

1.2.1 顆粒全粉制備

采用“二次干燥+回填制粉”工藝[12]制備顆粒全粉，工藝路線如下，加工工藝參數(shù)見表2。

表2 馬鈴薯顆粒全粉生產(chǎn)工藝參數(shù)Table 2 Production process parameters of potato pranules

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2.1 單因素試驗(yàn)

在設(shè)定閃蒸時(shí)間25 min、漂燙溫度70 ℃、冷卻溫度24 ℃、冷卻時(shí)間20 min、干燥鼓轉(zhuǎn)速5 檔條件下，按照設(shè)定的工藝流程，分別考察漂燙時(shí)間（20、25、30、35、40 min）、蒸煮溫度（80、85、90、95、100 ℃）、蒸煮時(shí)間（25、30、35、40、45 min）、干燥溫度（105、110、115、120、125 ℃）4 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)紫色馬鈴薯顆粒全粉品質(zhì)特性的影響。

1.2.2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取漂燙時(shí)間、蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間、干燥溫度等4 個(gè)因素為考察對(duì)象，分別以全粉產(chǎn)品碘藍(lán)值、花青素含量為考察指標(biāo)，采用四因素三水平L9（34）正交試驗(yàn)（表3），對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定獲得高品質(zhì)紫色馬鈴薯顆粒全粉的關(guān)鍵工藝參數(shù)組合。

表3 正交試驗(yàn)因素水平Table 3 Orthogonal test factor level

1.2.3 品質(zhì)特性測(cè)定

1.2.3.1 營(yíng)養(yǎng)組分測(cè)定

水分含量參照減壓干燥法[13]測(cè)定；蛋白質(zhì)含量參照雙縮脲法[14-15]測(cè)定；淀粉含量參照旋光儀法[16-17]測(cè)定；還原糖含量參照3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法[18]測(cè)定；維生素C 含量參照高效液相色譜法[19-20]測(cè)定；灰分含量參照灼燒稱量法[21]測(cè)定。

1.2.3.2 功能指標(biāo)測(cè)定

1）碘藍(lán)值測(cè)定：準(zhǔn)確稱取0.25 g 樣品加入50 mL容量瓶，蒸餾水定容，65.5 ℃水浴中攪拌5 min，靜1 min 后過(guò)濾，吸取 1 mL 于 50 mL 容量瓶中，加入1 mL 0.02 mol/L 碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，蒸餾水定容。以蒸餾水作空白對(duì)照，以試劑空白調(diào)點(diǎn)，測(cè)定樣品的吸光度值A(chǔ)650nm，計(jì)算碘藍(lán)值[22-23]。

2）花青素含量測(cè)定：采用提取劑+超聲波輔助提取，AB-8 大孔樹脂純化，紫外分光光度法測(cè)定[24]。準(zhǔn)確稱取樣品 0.5 g，加入 20 mL 提取劑（1 % HCl：95 %乙醇=2 ∶3，體積比），60 ℃恒溫水浴 20 min，冷卻至 20 ℃，超聲波輔助提取30 min，60 ℃恒溫水浴10 min，離心（4 000 r/min，15 min），吸取 2.5 mL 上清液于 25 mL 容量瓶中，分別用pH 1.0 緩沖液和pH 4.5 緩沖液定容至刻度，搖勻，放置2 h 平衡后，以蒸餾水作空白對(duì)照，在波長(zhǎng)525 nm 和700 nm 處測(cè)定吸光度值，計(jì)算花青素含量（X）。

式中：X 為樣品花青素含量，mg/100 g；A 為吸光度值；ε 為矢車菊素-3-葡萄糖苷的消光系數(shù)，26 900 L/（mol·cm）；L 為光程，1 cm；V 為提取液體積，mL；m 為樣品質(zhì)量，g；MW 為矢車菊素-3-葡萄糖苷分子量（449.2 g/mol）；DF 為稀釋倍數(shù)。

花青素總量按下式計(jì)算：

式中：M 為樣品花青素總量，mg；X 為樣品花青素含量，mg/100 g。

花青素保持率按下式計(jì)算：

式中：M0為鮮薯中花青素含量，mg；M1為顆粒全粉中花青素含量，mg。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用 SAS9.2 軟件 （SAS Institute Inc.，Cary，NC，USA）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每項(xiàng)指標(biāo)重復(fù)測(cè)定3次，取平均值，分析結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s，n=3）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

紫色馬鈴薯顆粒全粉有兩個(gè)功能指標(biāo)非常關(guān)鍵。游離淀粉含量的高低是馬鈴薯顆粒全粉質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它表明馬鈴薯細(xì)胞被破損的程度。全粉加工是將鮮馬鈴薯經(jīng)高溫處理加工成粉末狀脫水制品，高強(qiáng)度的物理處理會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞壁降解，造成薯肉細(xì)胞中淀粉分子游離出來(lái)，營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味物質(zhì)流失，物理特性難以保全，黏度增大，分散性和復(fù)水性不佳，加工性能下降，影響全粉品質(zhì)和口感。全粉加工過(guò)程中，如何最大限度保持細(xì)胞的完整性，降低游離淀粉率是其技術(shù)關(guān)鍵，對(duì)于全粉加工至關(guān)重要，其中涉及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化和一系列的生化反應(yīng)[25]。游離淀粉含量通常采用碘藍(lán)值表示，碘藍(lán)值與游離淀粉含量成正相關(guān)，碘藍(lán)值越低，則游離淀粉含量越低，全粉品質(zhì)越好。

紫色馬鈴薯富含花青素，是一類具有顯著清除自由基和抗氧化功能的保健型天然花色苷色素，花青素含量是紫色馬鈴薯全粉的重要品質(zhì)之一。有關(guān)花青素穩(wěn)定性的研究[26-27]表明，花青素具有熱敏感性，全粉加工過(guò)程中多個(gè)溫度處理環(huán)節(jié)會(huì)破壞花青素結(jié)構(gòu)，加快其降解，不可避免的造成花青素?fù)p失。與普通馬鈴薯全粉加工不同的是紫色馬鈴薯全粉必須考慮如何減少花青素?fù)p失，這是紫色馬鈴薯顆粒全粉加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)提升其品質(zhì)至關(guān)重要。

2.1.1 漂燙時(shí)間對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響

漂燙處理具有鈍化多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性[28]、遏制褐變、提高全粉亮度值（L*值）、加快干燥速度及殺菌等作用。

漂燙時(shí)間對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響見圖1。

圖1 漂燙時(shí)間對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響Fig.1 Effects of blanching time on iodine blue value and anthocyanin content

圖1a 顯示，在設(shè)定漂燙溫度70 ℃條件下，碘藍(lán)值隨漂燙時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，漂燙20 min 時(shí)下降較快，之后則趨于平緩，說(shuō)明游離淀粉含量越來(lái)越低。其原因在于漂燙漂去了因切片造成細(xì)胞損傷產(chǎn)生的游離淀粉，同時(shí)漂燙處理使淀粉凝膠化，有利于保護(hù)細(xì)胞膜，改變細(xì)胞間力，使蒸煮后馬鈴薯細(xì)胞間更易分離。Moledina 等[29]研究表明，漂燙處理后馬鈴薯淀粉顆粒細(xì)胞壁會(huì)產(chǎn)生更大的內(nèi)聚力，可顯著提高細(xì)胞強(qiáng)度，有利于后續(xù)蒸煮等工藝中保持細(xì)胞完整，減少游離淀粉含量，降低黏度，提升顆粒全粉產(chǎn)品質(zhì)量。圖1b可見，隨漂燙時(shí)間延長(zhǎng)花青素含量下降，漂燙30 min時(shí)花青素含量發(fā)生顯著變化，表明在70 ℃花青素?zé)峤到獾呐R界溫度上，熱穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生降解，同時(shí)花青素是水溶性色素，較長(zhǎng)時(shí)間的漂燙會(huì)導(dǎo)致花青素大量浸出，應(yīng)盡量縮短漂燙時(shí)間。

漂燙時(shí)間過(guò)短，不能達(dá)到鈍酶、抗褐變等效果，漂燙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起花青素?fù)p失，含量下降。綜合分析，漂燙溫度70 ℃下最佳漂燙時(shí)間為25 min。

2.1.2 蒸煮溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響

蒸煮工藝是將漂燙、冷卻后的馬鈴薯片在常壓下進(jìn)行汽蒸，使其充分糊化。Binner 等[30]研究了蒸煮對(duì)馬鈴薯細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)100 ℃下蒸煮10 min，所得的產(chǎn)品具有良好的粉狀特性，而70 ℃蒸煮，β-淀粉酶將淀粉降解成小分子低聚物，并能從細(xì)胞中逃逸出來(lái)，使薯肉堅(jiān)硬易碎。

蒸煮溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響見圖2。

圖2 蒸煮溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響Fig.2 Effects of cooking temperature on iodine blue value and anthocyanin content

由圖2a 可以看出，在蒸煮溫度80 ℃～100 ℃范圍內(nèi)，碘藍(lán)值變化不大，說(shuō)明蒸煮后淀粉的糊化有利于細(xì)胞間的分離，并不導(dǎo)致細(xì)胞的破損。蒸煮溫度對(duì)游離淀粉含量的影響不大。圖2b 顯示，隨蒸煮溫度上升，花青素含量雖有下降但變化不明顯。說(shuō)明在花青素?zé)峤到獾呐R界溫度上，花青素含量的損失并不隨溫度上升而加快，同時(shí)蒸煮過(guò)程是通過(guò)蒸汽對(duì)其間接加熱，對(duì)花青素的降解較小。

2.1.3 蒸煮時(shí)間對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響

蒸煮時(shí)間應(yīng)滿足使薯片均勻軟化要求。蒸煮時(shí)間對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響見圖3。

圖3 蒸煮溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響Fig.3 Effects of cooking time on iodine blue value and anthocyanin content

圖3a 顯示，隨蒸煮時(shí)間延長(zhǎng)，碘藍(lán)值先降后升，這是因?yàn)殡S蒸煮時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)胞壁逐漸分解溶出，當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，造成細(xì)胞破損，淀粉游離出來(lái)，蒸煮時(shí)間超過(guò)40 min 時(shí)碘藍(lán)值升高非常顯著。圖3b可見，花青素含量隨蒸煮時(shí)間的增加而減少，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間蒸煮是造成花青素?fù)p失的主要原因。

蒸煮時(shí)間對(duì)顆粒全粉細(xì)胞的抗破損性和花青素含量的保持起重要作用。綜合分析，蒸煮溫度95 ℃，蒸煮時(shí)間35 min 下產(chǎn)品能夠保持較低的碘藍(lán)值，花青素?fù)p失少。

2.1.4 干燥溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響

干燥技術(shù)是馬鈴薯全粉制備過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，合適的干燥溫度和干燥時(shí)間對(duì)馬鈴薯全粉品質(zhì)的保持非常重要。干燥工藝是采用100 ℃以上高溫烘干組織中的水分，強(qiáng)烈的熱力作用必然影響馬鈴薯全粉產(chǎn)品的得率、水分含量、感官品質(zhì)、功能特性及基本化學(xué)組分。

干燥溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響見圖4。

圖4a 可見，隨干燥溫度升高，碘藍(lán)值有上升趨勢(shì)，但不顯著，說(shuō)明干燥工藝的起始溫度105 ℃和125 ℃對(duì)馬鈴薯全粉的碘藍(lán)值影響不大[31]。圖4b 顯示，120 ℃以下干燥溫度對(duì)花青素含量的影響較小，花青素保持較好，但干燥溫度120 ℃以上時(shí)花青素含量下降很快，變化非常顯著。

圖4 干燥溫度對(duì)碘藍(lán)值和花青素含量的影響Fig.4 Effects of dry temperature on iodine blue value and anthocyanin content

干燥溫度不同所需要的干燥時(shí)間也不相同，提高溫度可以打破組織中結(jié)合水的束縛，在去除自由水的同時(shí)除去內(nèi)部剩余少量水分。隨著溫度升高，縮短干燥時(shí)間，馬鈴薯干燥速率增大?？紤]到抑制褐變，減少花青素?fù)p失以及節(jié)能等因素，確定干燥溫度為120 ℃。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

單因素試驗(yàn)表明，不同工藝參數(shù)對(duì)紫色馬鈴薯顆粒全粉游離淀粉含量和花青素含量有著不同的影響規(guī)律。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，紫色馬鈴薯顆粒全粉最佳工藝參數(shù)正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果見表4。

由表4 正交試驗(yàn)極差分析得知，在選定的試驗(yàn)試圍內(nèi)，影響游離淀粉含量（碘藍(lán)值）和花青素含量的因素主次順序均為：C＞A＞B＞D，即蒸煮時(shí)間＞漂燙時(shí)間＞蒸煮溫度＞干燥溫度，其影響最顯著的因素是蒸煮時(shí)間。說(shuō)明細(xì)胞完整程度不僅影響游離淀粉含量，也與花青素的保持有關(guān)。按影響游離淀粉含量的因素水平選取最優(yōu)參數(shù)組合為A1B3C2D3；按影響花青素含量的因素水平選取最優(yōu)參數(shù)組合為A1B3C2D1。由于兩個(gè)指標(biāo)單獨(dú)分析出來(lái)的最優(yōu)條件并不一致，綜合平衡，“有利”部分 D1＜D3，“不利”部分 D1＞D3，故選 D3。正交試驗(yàn)的理論最優(yōu)參數(shù)為漂燙時(shí)間25 min，蒸煮溫度95 ℃，蒸煮時(shí)間35 min、干燥溫度120 ℃。

方差分析結(jié)果見表5。

表4 正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果Table 4 Analysis results of orthogonal test

表5 方差分析結(jié)果Table 5 Variance analysis results

由表5 方差分析可知，漂燙時(shí)間、蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間、干燥溫度4 個(gè)因素對(duì)紫色馬鈴薯顆粒全粉的品質(zhì)都有一定影響，其效應(yīng)是存在的。漂燙時(shí)間和蒸煮時(shí)間對(duì)游離淀粉含量和花青素含量的影響極顯著（F＞F0.01），蒸煮溫度對(duì)花青素含量的影響顯著（F＞F0.05），干燥溫度對(duì)游離淀粉含量和花青素含量的影響不顯著（F＜F0.05）。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分析

在上述理論最優(yōu)參數(shù)下，按設(shè)定的工藝路線生產(chǎn)紫色馬鈴薯顆粒全粉，產(chǎn)品得率為22.87%，品質(zhì)和功能特性分析結(jié)果見表6。

所得顆粒全粉呈純天然紫色，色澤均勻，花青素保持率高，感官品質(zhì)良好。說(shuō)明驗(yàn)證試驗(yàn)得到的產(chǎn)品與正交試驗(yàn)結(jié)果中各因素最佳水平組合產(chǎn)品非常接近，優(yōu)化后的工藝參數(shù)可信。

表6 “黑美人”馬鈴薯顆粒全粉品質(zhì)和功能指標(biāo)分析（x±s，n=3）Table 6 Analysis of“black beauty”potato granulesr quality and function index

3 結(jié)論

通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)對(duì)漂燙時(shí)間、蒸煮溫度、蒸煮時(shí)間、干燥溫度4 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得出紫色馬鈴薯顆粒全粉加工的工藝參數(shù)為：漂燙時(shí)間25 min，蒸煮溫度95 ℃，蒸煮時(shí)間35 min、干燥溫度120 ℃。

按照優(yōu)化的的工藝路線生產(chǎn)紫色馬鈴薯顆粒全粉，對(duì)所得產(chǎn)品進(jìn)行理化性質(zhì)分析，水分含量6.96%，蛋白質(zhì)含量10.23 %，淀粉含量68.9 %，維生素C 含量23.64 mg/100 g，灰分含量4.06 %，花青素含量342.06 mg/100 g，花青素保持率83.72 %，碘藍(lán)值6.678 6。所得顆粒全粉色澤均勻，游離淀粉含量低，花青素保持率高，感官品質(zhì)良好。

漂燙、蒸煮、干燥的起始溫度對(duì)游離淀粉含量和花青素含量的影響較小，漂燙時(shí)間、蒸煮時(shí)間對(duì)游離淀粉含量和花青素含量的影響非常顯著，生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)提高溫度縮短時(shí)間，節(jié)省能源。除上述因素外，切片厚度、護(hù)色時(shí)間、粉碎、篩分粒度等因素都會(huì)對(duì)游離淀粉含量和花青素含量等指標(biāo)產(chǎn)生影響，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和客戶具體要求，調(diào)整工藝參數(shù)。