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        紫薯全粉干燥技術(shù)研究進(jìn)展

        2021-12-24 20:08:27鄺敏杰焦婷婷
        糧食加工 2021年5期
        關(guān)鍵詞:工藝

        鄺敏杰,焦婷婷,孫 艷

        (漯河食品職業(yè)學(xué)院食品工程系,河南 漯河 462000)

        紫薯又名紫甘薯,薯肉呈紫色至深紫色,是一種新型特有的甘薯品種[1]。紫薯除了具有普通甘薯的營養(yǎng)成分外,還富含花青素和硒元素,具有抗氧化、抗腫瘤、預(yù)防和治療心血管疾病、增強(qiáng)人體免疫力、延緩衰老等功效[2-4],是集食用、藥用與保健作用于一體的優(yōu)良食品原料。目前,紫薯及其加工產(chǎn)品在國內(nèi)外市場上需求量逐年上升,發(fā)展前景十分廣闊。然而,新鮮的紫薯因水分含量高和豐富的營養(yǎng)成分,易發(fā)生霉變腐爛,不能全年供應(yīng),影響其開發(fā)利用。如將紫薯干燥后加工成紫薯全粉,不僅能最大限度地保留新鮮紫薯的營養(yǎng)成分,而且能有效解決新鮮紫薯因受季節(jié)、貯存和運(yùn)輸條件等限制而無法大力發(fā)展的問題。紫薯全粉因其細(xì)胞破碎率低,低黏度、較好的分散性、均衡的復(fù)水性等優(yōu)點(diǎn)[5],廣泛應(yīng)用于面制品、膨化食品、湯料及沖服劑等多個食品領(lǐng)域[6],是極具發(fā)展前景的食品加工原料。

        本文結(jié)合近年來國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)論,對目前紫薯全粉主要干燥技術(shù)及研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行了簡要綜述,為紫薯全粉干燥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

        1 紫薯全粉單一干燥技術(shù)

        1.1 熱風(fēng)干燥技術(shù)

        熱風(fēng)干燥是以熱空氣為干燥介質(zhì),用風(fēng)機(jī)將熱空氣吹入烘干室內(nèi),依據(jù)傳質(zhì)傳熱的原理,將被干燥物料中的水分在受熱后汽化轉(zhuǎn)移散失到空氣中達(dá)到干燥物料的目的[7]。梅新等[8]以紫薯全粉色彩色差(ΔE)和游離淀粉碘藍(lán)值(BVI)為考察指標(biāo),對影響紫薯全粉熱風(fēng)干燥的蒸煮時間、干燥時間和干燥溫度3個主要的因素設(shè)計了三因素三水平的正交試驗(yàn),結(jié)果表明:以ΔE值為指標(biāo),3個因素對ΔE值影響大小順序?yàn)椋赫糁髸r間>干燥溫度>干燥時間。以BVI值為指標(biāo),3個因素對BVI值影響大小順序?yàn)椋赫糁髸r間>干燥時間>干燥溫度。熱風(fēng)干燥制備紫薯全粉最優(yōu)工藝:蒸煮時間10 min,熱風(fēng)干燥時間12 h,熱風(fēng)干燥溫度60℃,在此工藝下得到的紫薯全粉的ΔE值為23.30,BVI值為9.98。蒲傳奮等[9]對紫薯生產(chǎn)中工間護(hù)色和熱風(fēng)干燥的工藝進(jìn)行了研究,獲得了最佳工藝條件:采用0.6%NaCl、0.6%檸檬酸鈉和0.6%抗壞血酸的復(fù)合護(hù)色液進(jìn)行護(hù)色處理,護(hù)色時間10 min,熱風(fēng)干燥時間10 h,干燥溫度55℃。在此條件下干燥制得的紫薯全粉為紫紅色粉末,保留了原料特有的色澤、風(fēng)味和口感。

        熱風(fēng)干燥具有操作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn),是農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化干燥的一種重要方法。但是熱風(fēng)干燥時間長、溫度高、干燥后產(chǎn)品的復(fù)水性和風(fēng)味較差。因此,為了提高熱風(fēng)干燥制品的品質(zhì)和效率,可優(yōu)化干燥工藝參數(shù)或者與其它干燥技術(shù)聯(lián)用。

        1.2 微波干燥技術(shù)

        微波干燥是通過振蕩周期極短的微波高頻電場,使物料中的極性分子隨著電場高頻振動,分子間的摩擦碰撞產(chǎn)生熱能,使物料在短時間內(nèi)迅速升溫達(dá)到烘干的目的[10]。王曉雙等[11]以碘藍(lán)值為評價指標(biāo),通過正交試驗(yàn)確定了微波干燥技術(shù)制備紫薯全粉的最優(yōu)工藝條件為:微波功率 539 W、浸鈣濃度0.075‰和乳化劑添加量0.3%,在此條件下測出的碘藍(lán)值為23.6。同時發(fā)現(xiàn)微波法制備紫薯全粉的持水性比持油性好;在酸性條件下,加入糖或鹽可以提高紫薯全粉的膠凝特性。楊雙盼等[12]采用正交試驗(yàn)優(yōu)化回填-微波干燥生產(chǎn)紫薯全粉的工藝,結(jié)果得出最優(yōu)工藝為:回填料比1:1,微波干燥時間40 min,微波功率密度8.8 W/g。在該條件下生產(chǎn)的紫薯全粉呈亮紫色,顆粒細(xì)小均勻,分散程度較好,有濃郁的紫薯香味。

        微波干燥因其加熱速度快、加熱時間短、占用空間小且能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到果蔬干制品加工領(lǐng)域。但是單純使用微波進(jìn)行干燥時局部溫度較高,難以控制,會出現(xiàn)物料邊緣或尖角部分易焦化現(xiàn)象;物料內(nèi)部反應(yīng)劇烈,活性物質(zhì)損失較多;干燥終點(diǎn)不易判斷,容易產(chǎn)生干燥過度現(xiàn)象[13]。

        1.3 噴霧干燥技術(shù)

        噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細(xì)小的霧滴并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過程[14]。王藝杉等[15]通過正交試驗(yàn)得到噴霧干燥法制備紫薯全粉的最優(yōu)工藝條件:噴霧壓力1.8 kg/cm2、進(jìn)風(fēng)溫度 180℃、進(jìn)料濃度 14 g/100 g、出風(fēng)溫度 90℃,此時全粉碘藍(lán)值為27.01。與熱風(fēng)干燥相比,噴霧干燥法制備的紫薯全粉粗蛋白、淀粉、花色苷損失較少。任彬等[16]采用正交試驗(yàn)設(shè)計對噴霧干燥助干劑及噴霧干燥工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明,當(dāng)麥芽糊精添加量為60%、β-環(huán)糊精添加量為12%、CMC添加量為0.8%時,紫薯粉得率最高;噴霧干燥結(jié)果表明,當(dāng)進(jìn)口熱風(fēng)溫度為180℃、進(jìn)料量為50 mL/min、噴霧流量為700 L/h時,生產(chǎn)的紫薯粉綜合評分最高,所得產(chǎn)品為紫色并有濃郁香味的速溶紫薯粉。

        噴霧干燥可將液體物料直接轉(zhuǎn)化為粉末,復(fù)水性好、營養(yǎng)成分破壞少、含水量低,工序簡單,干燥工藝經(jīng)濟(jì)便捷、時間短、耗電量低,其成本僅為冷凍干燥的 20%~25%[17]。

        1.4 變溫壓差膨化干燥技術(shù)

        變溫壓差膨化干燥是根據(jù)相變和氣體的熱壓效應(yīng)原理,使果蔬原料生成多孔狀酥脆型物質(zhì)的一種新型非油炸膨化干燥技術(shù)[18]。變溫壓差膨化干燥是一種新型、環(huán)保且節(jié)能的膨化干燥技術(shù),結(jié)合了傳統(tǒng)真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥和微波真空干燥的優(yōu)點(diǎn),干燥效率高且應(yīng)用范圍廣[19]。此干燥技術(shù)得到的產(chǎn)品,其物料本身特有的色澤、香氣及營養(yǎng)成分都能較好地保留。劉陽等[20]探討了不同膨化溫度、停滯時間、抽空溫度對紫薯生全粉彩度指數(shù)b值、花青素含量、碘藍(lán)值的影響,并運(yùn)用響應(yīng)面試驗(yàn)獲得了變溫壓差膨化干燥法制備紫薯生全粉的最優(yōu)干燥條件:膨化溫度80℃、停滯時間5 min、抽空溫度69℃,該條件下制得的紫薯生全粉彩度指數(shù)b值可達(dá)-7.827,呈鮮艷的紫羅蘭色,紫薯香味濃郁,遠(yuǎn)優(yōu)于鼓風(fēng)干燥產(chǎn)品;花青素含量為1.583 mg/g;碘藍(lán)值為5.594,說明紫薯生全粉細(xì)胞完整性保持較好,利于后期加工。

        2 不同干燥技術(shù)對紫薯全粉品質(zhì)的影響

        鄧資靖等[21]探討了鼓風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、真空干燥三種方式對于紫薯全粉基本化學(xué)成分、色差、碘藍(lán)值、持水性和持油性、總花青素含量等品質(zhì)的影響。結(jié)果表明:真空冷凍干燥對于紫薯全粉的基本化學(xué)成分、色差、碘藍(lán)值、持水性和持油性、總花青素含量等品質(zhì)的綜合影響最小,真空干燥次之,且二者均可以較好地保留紫薯本身的色澤,呈深紫色,較接近紫薯原料顏色,能夠盡可能地保持紫薯營養(yǎng)、結(jié)構(gòu)的完整性。而鼓風(fēng)干燥對紫薯全粉品質(zhì)影響相對較大。

        文玉等[22]研究了熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、微波干燥和噴霧干燥對紫薯全粉的水合特性及抗氧化能力的影響。結(jié)果表明:從持水力和復(fù)水性看,冷凍干燥>熱風(fēng)干燥>微波干燥>噴霧干燥,而溶水指數(shù)依次升高。干燥使紫薯全粉中花色苷損失了27.64%~52.66%,冷凍干燥和噴霧干燥紫薯粉中花色苷的保留量最大,并顯著(p<0.05)高于熱風(fēng)干燥和微波干燥;噴霧干燥所得紫薯固體粉末的DPPH自由基清除力和還原力最高,說明噴霧干燥能夠盡可能地保持紫薯營養(yǎng)、結(jié)構(gòu)的完整性;而脂質(zhì)過氧化抑制力的大?。豪鋬龈稍铮緡婌F干燥>微波干燥>熱風(fēng)干燥,主要是由于真空冷凍干燥對起抑制脂質(zhì)過氧化作用的花色苷破壞程度較小。而從單位水分能耗來看,能耗由小到大的順序依次為:微波干燥、噴霧干燥、熱風(fēng)干燥和冷凍干燥。綜合考慮,噴霧干燥效果較好。

        錢麗等[23]認(rèn)為真空冷凍干燥能使紫薯全粉較好的保持紫薯的色澤和特有的香氣,得到的紫薯全粉的吸水能力(6.900 g/g)、凍融析水力(0.171 g/g)和花色苷含量(5.030 mg/g DW)均優(yōu)于滾筒干燥和熱風(fēng)干燥。滾筒干燥介于兩者之間。熱風(fēng)干燥的花色苷保留率最低,所得紫薯全粉花色苷含量為2.094 mg/g DW,只有滾筒干燥的50%左右。雖然真空冷凍干燥對紫薯全粉品質(zhì)影響最小,但從成本及處理量來考慮,目前并不適合工業(yè)化生產(chǎn)。而滾筒干燥在各方面僅次于真空冷凍干燥,表現(xiàn)出較好的加工性能,且適合工業(yè)化生產(chǎn),是制備紫薯全粉的較好選擇。

        3 紫薯全粉聯(lián)合干燥技術(shù)

        聯(lián)合干燥技術(shù)是根據(jù)物料特性,將兩種或兩種以上的單一干燥方法進(jìn)行優(yōu)化組合,分階段進(jìn)行干燥的一種復(fù)合干燥技術(shù)。常見的有熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥、真空冷凍-微波聯(lián)合干燥、熱風(fēng)-冷凍聯(lián)合干燥、熱風(fēng)-紅外聯(lián)合干燥,聯(lián)合干燥技術(shù)具有干燥時間短、能量消耗小、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),是干燥行業(yè)發(fā)展的趨勢[24]。

        韋璐等[25]以紫薯全粉碘藍(lán)值和花青素含量為評價指標(biāo),采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法優(yōu)化紫薯全粉復(fù)合干燥工藝,得出最優(yōu)工藝為:熱風(fēng)干燥溫度70℃、中間轉(zhuǎn)換含水率 25%、冷凍干燥時間7 h。此時的紫薯全粉碘藍(lán)值為 10.25,花青素含量為 16.23 mg/100 g。此工藝下紫薯全粉的碘藍(lán)值最低,花青素含量高于單因素最佳水平下的含量。表明復(fù)合干燥可以減少紫薯全粉游離淀粉含量,避免花青素大量損失,證明復(fù)合干燥能夠減少紫薯全粉細(xì)胞破損,較好地保持紫薯全粉的細(xì)胞完整性。

        將熱風(fēng)干燥技術(shù)與冷凍干燥技術(shù)聯(lián)合一起應(yīng)用于紫薯全粉干燥過程,不僅可以解決熱風(fēng)干燥對紫薯全粉干燥的色澤較差,營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重等問題,而且可以彌補(bǔ)冷凍干燥時間較長,能耗大的缺點(diǎn),提高了紫薯全粉加工過程中的干燥效率。

        4 展望

        中國是紫薯生產(chǎn)大國,加強(qiáng)對紫薯全粉干燥技術(shù)研究,開發(fā)節(jié)能高效的干燥工藝及設(shè)備,不僅能夠大幅提高紫薯附加值,提升生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力,而且能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。當(dāng)前紫薯全粉干制產(chǎn)業(yè)仍以熱風(fēng)干燥為主,但熱風(fēng)干燥存在能耗高、耗時長、營養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重等問題。研究紫薯全粉的高效節(jié)能干制技術(shù)和工藝,最大程度保持紫薯營養(yǎng)成分的同時實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗是今后紫薯全粉干制過程的重要研究方向。聯(lián)合干燥技術(shù)可將多種干燥技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ),提高干燥效率和干制品品質(zhì),這將是紫薯全粉干制技術(shù)發(fā)展的方向。此外,開展干燥過程中的營養(yǎng)成分的保持技術(shù)研究與干燥動力學(xué)研究,使紫薯全粉表現(xiàn)出較好的品質(zhì)特性,可更好地拓寬其作為食品原料及輔料等方面的應(yīng)用范圍。

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