甘薯又名地瓜、红苕、红薯和番薯,为旋花科一年生植物,起源于南美洲,为世界第七大农作物。我国是世界上最大的甘薯生产国,甘薯总产量约占世界总产量的4/5[1]。甘薯中不仅富含碳水化合物,还含有膳食纤维、胡萝卜素、VA、VB、VC各种维生素和亚油酸等,营养价值极高[2]。近年来,甘薯的抗癌作用更是引起了广泛关注。由于新鲜甘薯易腐烂,保质期短,占用贮存空间大,运输不便,其推广和应用受到一定限制[3]。

甘薯全粉是甘薯脱水制品中的一种,是以新鲜甘薯为原料,通过一系列工艺处理并经干燥而得到的颗粒状、粉末状和片屑状产品。目前市面上有颗粒全粉和雪花全粉两种产品[4]。甘薯全粉水分含量较低(一般7%～8%),易于贮存,不仅解决了薯类储藏期间易霉烂,储藏期短的问题,且其加工过程环保、用水少、无废料。甘薯全粉用途广泛,既可用于煎炸、焙烤类食品的内馅配料,又可作为增稠剂用于果酱、果冻食品中,还可直接做成即食甘薯糊,开发成早餐食品或婴儿食品[5]。

目前,国内甘薯多为鲜食,加工转化利用率还很低。要推动甘薯的工业化,势必需要研发营养、健康、感官可以被消费者接受的主食类产品,而品质优良的甘薯全粉是研发出优质甘薯类产品的重要保障,本文将综合论述不同前处理方式和干燥手段对甘薯全粉感官品质、营养品质及加工特性的影响。

1、前处理对甘薯全粉品质的影响

甘薯在去皮后容易发生褐变,为了降低加工过程中褐变对甘薯全粉品质的影响,通常会优化去皮工艺,并对甘薯切片(薯丁或丝)进行漂烫、护色等前处理,这些工序也影响着甘薯全粉的色泽、营养成分以及感官品质。去皮和护色是甘薯前处理过程中最重要的两步,下文将分别重点论述这两个工序对甘薯全粉品质的影响。

1.1 去皮对甘薯全粉品质的影响

去皮是甘薯全粉加工过程中的第一道工序。由于薯皮会对其产品口感及品质产生较大影响,因此,去皮技术的突破是发展我国薯类加工业的一个关键所在[6]。经调查研究,甘薯皮含有丰富的维生素、黄酮类化合物和多酚类化合物等成分[7],甘薯皮可被用作提取膳食纤维的优质原料。去皮技术直接影响甘薯的损耗率和脱皮甘薯营养价值的完整性。目前甘薯工业上去皮的方法主要有3种,分别是机械去皮、化学去皮和蒸汽去皮[8]。

1.1.1 机械去皮

机械去皮是一种通过机械摩擦作用将薯类表皮去掉的工艺方法。目前食品工业上的去皮设备分为间歇式和连续式,其设计理念是让薯类块茎表面与机械的摩擦面均匀一致地接触,通过薯类和研磨筒壁、盘底和辊面产生的摩擦力来去除表皮,并尽量控制质量损失。去皮过程中,为去除薯类表面的皮渣,需要不断用水对去皮薯类进行冲洗。工业上为了提高去皮率和保持设备清洁,往往会耗费大量水资源清洗,并不节能环保。

早在1941年,美国科学家就研制出了一种干式摩擦去皮设备,不但能高效去皮,还能在无水的条件下将干燥的薯皮直接排出并作为饲料利用,之后仅需要少量水就可将甘薯清洗干净,达到了节约能源和提高干薯皮的综合利用率的目的。孟庆书[9]做过马铃薯连续式机械化去皮关键技术研究,但在整机实用性和对渣水进行过滤方面仍有所欠缺,未能满足马铃薯工业化产业化的要求,亦不能推广至甘薯加工。

1.1.2 化学去皮

化学去皮是利用化学腐蚀原理,通过强碱或者化学去皮剂作用使薯类表皮软化,再通过机械作用或者喷水冲洗去掉软化层,最终达到去皮目的的一种工艺。

工业上最常用的是热碱法;为能更有效地去皮,通常会将待去皮薯类置于水或蒸汽中进行均匀预热,或者直接对碱液进行加热,以此提升去皮效果。如果不能良好地控制预热,反而会增加去皮损失率;直接加热碱液则会在某种程度上造成环境污染和建筑腐蚀。据此,研究者在热碱去皮时添加洗涤剂或湿润剂,来提高去皮效率;科学家发明了一种低温碱液去皮法,既能避免高温碱液法存在的问题,又能有效地降低去皮损失率。

1.1.3 蒸汽去皮

蒸汽去皮是利用高压蒸汽对反应釜中的薯类进行熟化,再通过机械摩擦和高压水冲洗而达到去皮目的的一种工艺方法[10]。经过长期的试验以及应用研究,目前英、美等西方发达国家在蒸汽去皮方面的技术已达到了先进水平。早在1980年,Smith[11]通过对碱液去皮、蒸汽冷却和闪蒸冷却三种方式的对比研究,发现在去皮过程中通过闪蒸冷的手段能够有效去除甘薯外皮,不但能减少甘薯损失,还能大幅降低人工成本,最终获得了更高品质的甘薯,并可用于进一步加工。2014年,Ayobami等研究者进行了响应面法优化蒸汽去皮和碱液去皮对甘薯影响的研究[12],结果表明,当烹饪温度达到100℃,且烹饪时间为5min时,去皮效果最好,薯皮损耗最少。

1.2 护色对甘薯全粉品质的影响

褐变是影响甘薯全粉品质的重要原因。由于甘薯中多酚氧化酶和还原糖含量较高,更容易在加工过程中发生褐变反应,下文将分别对甘薯加工过程中的两种褐变现象——酶促褐变和非酶褐变的控制措施进行论述。

1.2.1 酶促褐变的控制研究进展

酶促褐变是指在有氧条件下,甘薯内部的酚类物质在多酚氧化酶的作用下转化为醌,并进一步形成黑褐色聚合物所导致的褐变反应[13]。控制酶促褐变可从驱除氧气、去除底物和抑制PPO的活性三方面着手。

在甘薯加工中,通常是将甘薯切片置于一定浓度的护色液中浸泡一段时间,达到护色的效果。在甘薯全粉生产过程中,韦雪飞[14]等人通过0.58%的柠檬酸和0.5%亚硫酸钠的复配,可使PPO的抑制率达87.52%,经过护色处理的甘薯全粉白度更高,品质更优。赵梅[15]等通过甘薯全粉的护色研究,得出最佳护色的复配剂配方为柠檬酸0.8%,亚硫酸氢钠0.6%,抗坏血酸0.4%,此时甘薯中的PPO活性最低;此外,甘薯贮藏加工的温度不得高于25℃,并且护色时间在1h最佳。

1.2.2 非酶褐变的控制研究进展

由于甘薯中含有大量还原糖,在热加工时容易发生美拉德反应造成非酶褐变,影响成品品质[16]。一方面,可挑选还原糖含量较低的薯种,另一方面,还可采用低温干燥技术或用特定酸液(如醋酸、抗坏血酸)浸泡甘薯切片一段时间,使还原糖流失[17]来抑制美拉德反应。研究表明,加工时加入一些还原型物质,如儿茶酚、半胱氨酸等也可抑制美拉德反应,它们能使氧化褐变中间产物还原,从而阻止褐变进行;也可加入钙盐,使其与氨基酸结合形成沉淀,从而抑制非酶褐变。Krishnan研究发现[18],将甘薯切片浸泡于1%的醋酸溶液中,可导致还原糖大量流失,并且组织中的酚类物质和游离氨基酸含量也大幅下降,从而抑制褐变反应。

2、干燥条件对甘薯全粉品质的影响

在甘薯全粉的加工过程中,采用不同的干燥方式会影响甘薯全粉的感官品质、加工特性以及基本的化学成分。甘薯全粉加工制备过程中,常用的干燥方式有热风干燥、滚筒干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、真空油炸低温干燥[19]等。不同干燥方式对全粉的化学成分(淀粉、蛋白质、还原糖、β胡萝卜素、VC等)、物理特性(硬度、色泽)、碘蓝值、加工品质(持水性、胶凝特性、冻融稳定性)等品质指标均有影响[20]。

2.1 热风干燥对甘薯全粉品质的影响

在不同的干燥技术中,热风干燥工艺简单,成本低廉,被广泛应用于果蔬制品加工中,但其干燥时间较长,易使物料细胞受损,出现产品复水性不好的品质问题[21]。近年来,热风干燥技术不断地发展革新,但仍存在脱水速度慢、产品品质参差不齐等问题。潘悠优等[22]以碘蓝值为指标,通过单因素试验和响应面法相结合,研究制备甘薯全粉的最佳热处理工艺。结果表明:热风干燥温度为60℃时,碘蓝值最低,淀粉细胞破损程度较低,淀粉游离现象较少,在此干燥条件下制备的甘薯全粉品质较好。李珂等[23]对熟化甘薯全粉的研究发现,热风干燥的最佳工艺参数是干燥温度73.89℃,干燥风速4.91m/s,辅料密度2.54kg/m2,在此条件下生产的甘薯全粉营养成分损失较少,加工品质较好。

2.2 滚筒干燥对甘薯全粉品质的影响

滚筒干燥工艺是在单个或多个内部加热的旋转滚筒上完成,将调配好的浆料均匀涂布在滚筒外表面,通过物料下表面与筒壁的热传导作用以及物料上表面和环境的热对流作用,使滚筒中的物料水分受热蒸发后制得脱水产品[24]的一种工艺。在众多干燥方式中,滚筒干燥装置可以加工黏度高的食品,干燥速率高,操作成本低,可连续作业,物料在滚筒表面停留不到30s。段欣等[25]基于上述优点,对甘薯全粉滚筒干燥工艺进行响应面分析,最终得到最佳工艺参数组合为进料温度42℃,进料质量分数13.6%,滚筒转速30r/min,滚筒表面温度143℃。该条件下生产的甘薯全粉颜色呈浅黄,颗粒较细致,流动性较好,可用作进一步生产加工的原辅料。

与传统干燥方式(如热风干燥)相比,滚筒干燥加热时间更短,可减少风味物质和热敏成分的损失,因此滚筒干燥法生产的甘薯全粉能更好地保留甘薯本身特有的色泽、香气和滋味。但在加工过程中,物料颗粒破碎情况较严重,颗粒结构被严重破坏,使得产品缺乏甘薯固有的颗粒质地。

2.3 喷雾干燥对甘薯全粉品质的影响

喷雾干燥技术是一种从料液中获得超微干粉的有效手段。其工作原理是将液体物料浓缩到一定浓度后,经雾化器喷成细小液滴,使其遇到热空气时进行热交换,并在数秒内完成水分的蒸发,从而获得粉状或颗粒状制品[26,27]。近年来,由于喷雾干燥具有水分蒸发迅速、干燥时间短、产品质量高等优点,已成为蔬菜粉脱水应用最为广泛的方法之一[28]。这种技术有如下几个特点:干燥速度快,适合热敏成分的干燥;得到的产品流动性较好、纯度高、质量优;生产过程连续,操作控制简便。

王艺杉等以新鲜紫薯为原料[29],采用喷雾干燥法制备紫薯全粉,研究进风温度、出风温度、进料浓度及喷雾压力对紫薯全粉基本成分及品质特性的影响。结果表明:喷雾干燥法制备紫薯全粉的最佳工艺条件为喷雾压力1.8kg/m3,进风温度180℃、进料浓度14g/100g、出风温度90℃,此时全粉的碘蓝值为27.01。与热风干燥相比,喷雾干燥的紫薯全粉细胞破损程度较低,花色苷损失较少,加工特性良好,产品品质较优。宋秀洁[30]等以新鲜甘薯为原料,采用喷雾干燥法,对可能影响甘薯烤制全粉中游离淀粉含量的因素进行了探讨,并采用正交试验优化了工艺参数。实验表明,采用喷雾干燥制备甘薯烤制全粉的最佳工艺条件为:进风温度为160℃,蒸煮时间为9min,料液比1∶4,在此条件下生产的甘薯全粉细胞结构最完整,直链淀粉含量较高,产品的脆性和强度有所提高,适合深加工,可用于加工干薯皮、薯脯等副食。

3、讨论及展望

综上所述,热加工过程对甘薯全粉成品品质影响较大,主要是因为甘薯作为一种热敏性物质,受热时间过长易引发褐变现象,导致成品品质下降。前处理(去皮和护色处理)和后段干燥等加工工艺会在不同程度上影响甘薯全粉的加工特性、感官品质和营养特性等。

与其他去皮技术相比,机械去皮是应用较早、范围较广的一种技术手段。由于机械去皮方法原理简单且成本较低,因此在甘薯加工中得到了很好的推广与应用。总的来说,机械去皮在国内更多的是单独研究,未来可结合碱液或蒸汽去皮深入研究其去皮效果和应用模式。目前甘薯的护色手段多是针对PPO引起的酶促褐变,研究者尝试用不同浓度的护色剂来抑制酶的活性。但对美拉德反应或焦糖反应引起的非酶褐变的护色措施研究较少,未来可对甘薯非酶褐变的控制措施进行深入研究。

甘薯加工中,热风干燥仍是目前应用最广,最为经济实用的干燥方法。缺点是对甘薯全粉的细胞容易破损,影响成品质量,色香味也难以保留,维生素等热敏性营养成分的损失大。近年来滚筒干燥和喷雾干燥也被应用于块茎类果蔬的生产中,但通过滚筒干燥处理的产品细胞结构被严重破坏,使得产品缺乏甘薯固有的颗粒质地感,并且容易发生非酶褐变。而甘薯富含淀粉,熟化制泥后黏度大,对生产设备要求高,严重制约了喷雾干燥技术在甘薯全粉生产上的推广和应用。未来甘薯干燥技术应向着干燥效率高、产品品质更好、营养损失少、更节能的方向发展。近些年发展起来的新型干燥技术如微波干燥、红外干燥、挤压膨化干燥以及两种或两种以上结合使用的联合干燥技术在甘薯加工中可能具有良好的应用前景,需要研究者做进一步的深入研究。

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