馬鈴薯干片干燥工藝參數優化

王輝，歐陽歲燕，黃珊，劉嘉，熊江

（貴州省生物技術研究所，貴州貴陽550006）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.），又稱土豆、洋芋等，屬茄科多年生草本植物，在我國已有400多年種植歷史[1]。其塊莖中含有豐富的淀粉、蛋白質、膳食纖維、B族維生素等，與小麥、稻谷、玉米、高粱并成為世界五大作物。2015年我國更是提出馬鈴薯主糧化發展戰略，使其漸變成第四大主食作物[2]。然而據農業部統計，雖然2014年我國馬鈴薯種植總面積約為557.3萬hm2，總產量為9 500萬t，但僅有產量的14%用于加工，貴州作為南方最大的馬鈴薯生產基地，目前的加工率甚至僅為5.2%，其余大量用于鮮食或飼用，馬鈴薯潛在的經濟價值并未被完全開發[3-4]。

云貴川地區有喜食“洋芋片片”習慣，做法如沈慧在文獻中記錄：備料、切片、煮沸、晾曬、貯藏[5]。其外形近似蝦片，品質酥、脆，味香爽口，耐保存、方便食用，是提高馬鈴薯身價的好方法。但目前，這類產品多為自家制作或小作坊生產，多為自然晾曬，干片褐變嚴重，產品色澤差，品質易受氣候影響，原料浪費嚴重，而且其加工衛生條件往往受到限制。因此發展馬鈴薯干片加工技術對于促進產品品質、深挖馬鈴薯經濟價值、推進馬鈴薯主糧化戰略具有重要促進作用。

熱風干燥是工業生產中使用最普遍的干燥方法，具有成本低廉、操作簡單、設備維修方便等優點，在胡蘿卜、龍眼等新鮮農產品的干燥儲藏中得到了廣泛應用[6-9]?；诖?，本研究擬采用熱風干燥替代自然晾曬法干燥馬鈴薯片，擺脫氣候限制，結合單因素試驗和正交設計[10]，優化干燥工藝，生產出色差好、口感好的馬鈴薯干片，從而為馬鈴薯干片加工產業化提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：品種為大西洋，初始含水量為80%，由貴州省生物技術研究所提供；碧源加碘食用鹽：貴州鹽業（集團）有限責任公司；香滿園烹調油（餐飲專用棕櫚油）：嘉里糧油（防城港）有限公司；石油醚（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器及設備

NH310便攜式電腦色差儀：深圳市三恩時科技有限公司；TMS-PRO食品物性分析儀：美國FTC公司；SOX500粗脂肪測定儀：濟南海能儀器股份有限公司；CP213電子天平、MB23水分測定儀：奧豪斯儀器（常州）有限公司；WGL-125B電熱鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 馬鈴薯干片干燥工藝流程

選取無蟲害、無芽眼的新鮮馬鈴薯，用流動自來水清洗后，去皮，切成一定厚度，放入85℃～90℃熱水中漂燙一定時間，然后投入涼水中冷卻5 min，轉入一定濃度的食鹽水中浸泡10 min，瀝干水分備用。

將烘箱溫度設置到試驗所需溫度，放入待干燥馬鈴薯片。每隔10 min測定一次物料質量，直至其質量不再變化。每次試驗平行3次，取平均值。干燥結束待其冷卻后，裝入自封袋中。

將馬鈴薯干片進行油炸，得到馬鈴薯脆片，測定其含水量、含油量、脆度、L*值、b*值等指標，進行品質評價。

1.3.2 樣品含水量的測定

采用常壓干燥法，參考國標GB5009.3-2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》[11]。

1.3.3 樣品含油量的測定

方法參照國標GB5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》[12]。

1.3.4 樣品脆度的測定

采用三點彎曲法測定最大剪切力，即為馬鈴薯脆片脆度[13]。測試條件設置為：測試前后探頭速度均為30 mm/min，測試速度為12 mm/min，支點間跨度為20 mm，加載距離25 mm。平行5次測量，取平均值。

1.3.5 樣片色差（L*值、b*值）的測定

用便攜式色差儀測定，依次讀取L*值、b*值，平行6次測量，取平均值。

1.3.6 單因素試驗

以切片厚度、漂燙時間、食鹽水濃度、干燥溫度、干燥時間為單因素，控制其他因素不變進行試驗，分別考察它們對L*值、b*值的影響情況。

1.3.7 正交設計試驗

在單因素試驗基礎上，選取切片厚度、漂燙時間、食鹽水濃度、干燥溫度、干燥時間5個因素，以馬鈴薯干片油炸后的含水量、含油量、脆度、色差等為考察指標，進行L16（45）正交分析。正交因素水平見表1。

表1 正交設計因素水平表Table 1The factors and levels of orthogonal design L16（45）

1.3.8 數據處理與分析

運用SPSS做單因素顯著性分析，Origin 9.0繪圖。

2 結果與分析

2.1 單因素對馬鈴薯干片干燥特性的影響

2.1.1 切片厚度對馬鈴薯干片熱風干燥特性的影響

在干燥溫度為75℃、漂燙時間為210 s、食鹽水濃度為1.0%的條件下，考察切片厚度為2、2.5、3、4 mm對干片的干燥特性的影響。圖1為在不同切片厚度條件下，含水率隨時間的變化曲線。

圖1 不同切片厚度條件下含水率變化曲線Fig.1 Curve of moisture content change over different slice thickness

由圖1可以看出：馬鈴薯干片干燥過程中，達到平衡含水率需要的時間與切片厚度成正比，切片厚度為4 mm時需要的時間明顯高于其他3種切片厚度。切片厚度越厚，經相同時長處理后其含水量最高。因為切片厚度越大，傳質阻力越大，干燥速度越慢。因此，較薄的切片對干燥過程有利。

2.1.2 干燥溫度對馬鈴薯干片熱風干燥特性的影響

在切片厚度為2.5 mm、漂燙時間為210 s、食鹽水濃度為1.0%的條件下，分別測定60、70、80、90℃4個干燥溫度對干燥整個過程的影響，繪制其含水率變化曲線。如圖2所示。

圖2 不同干燥溫度條件下含水率變化曲線Fig.2 Curve of moisture content change over different temperature

從圖2可以看出，干燥溫度與物料的含水率成反比，90℃達到平衡含水率所需的時間明顯低于其他3種干燥溫度。這是因為溫度越高，其產生的傳熱跟傳質的推動力越大，空氣濕度就越低，干燥速度越快，達到平衡含水率所需的時間就越短。所以，提高干燥溫度對該過程有利，但若溫度過高，馬鈴薯干片的營養成分又可能會被過多地破壞，產品顏色也受到不利影響。

2.2 單因素對馬鈴薯干片干燥品質的影響

2.2.1 切片厚度對馬鈴薯干片干燥品質的影響

切片厚度對馬鈴薯干片干燥品質的影響見圖3。

圖3 切片厚度對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.3 The effect of slice thickness on colour and crispness of potato chips

從圖3可以看出，切片厚度對b*值、脆度具有極顯著影響，對L*值具有顯著影響。L*值隨切片厚度的增加呈緩慢上升的趨勢；b*值隨切片厚度的增加而上升。隨著切片厚度的增加，馬鈴薯片的脆度顯著上升，2.5 mm和3 mm時趨勢不明顯。

2.2.2 漂燙時間對馬鈴薯干片干燥品質的影響

漂燙可以鈍化馬鈴薯片中酶的活性，同時清除可能存在的致病菌，并排除組織中的空氣。試驗采用85 ℃～90 ℃沸水為漂燙溫度，選取 30、60、90、120、150、180、210、240 s為漂燙時間，漂燙時間對馬鈴薯干片干燥品質的影響見圖4。

由圖4可以看出，漂燙時間對3個指標的影響較小。L*值和脆度各水平間差異不顯著。隨著漂燙時間的延長，b*值逐漸增大。

2.2.3 干燥溫度對馬鈴薯干片干燥品質的影響

合理的干燥溫度可以加快干燥進程，同時保證良好的產品色澤。干燥溫度對馬鈴薯干片干燥品質的影響見圖5。

圖4 漂燙時間對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.4 The effect of blanching time on colour and crispness of potato chips

圖5 干燥溫度對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.5 The effect of drying temperature on colour and crispness of potato chips

圖5 中可以看出干燥溫度對L*值、脆度影響較小，但對b*值影響較大。隨著溫度的升高，b*值先降低后升高，70℃和80℃差異不明顯。這是因為溫度越高，單位時間內水分喪失加快，美拉德反應物質生成增多，干片b*值顯著提高。

2.2.4 食鹽水濃度對馬鈴薯干片干燥品質的影響

據文獻報道，食鹽浸泡對產品顏色有一定影響[14]。試驗選取濃度為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的食鹽水浸泡漂燙冷卻后的馬鈴薯片。食鹽水濃度對馬鈴薯干片干燥品質的影響見圖6。

圖6 食鹽水濃度對馬鈴薯干片色差、脆度的影響Fig.6 The effect of salt concentration on colour and crispness of potato chips

圖6 可以看出食鹽浸泡濃度對3個指標影響程度較小。方差顯著性分析表明，各水平間脆度差異不顯著。隨著食鹽水濃度的增加，L*值呈上升趨勢，在1.0%時達到最大值。b*值在食鹽水濃度1.0%時達到最大值。

2.3 正交設計

五因素四水平正交試驗結果見表2。

表2顯示各試驗組指標最大值和最小值之間具有較大極差，其中含水量為8.88%，含油量為13.66%，脆度為 14.68，L*為 30.48，b*為 11.07，從極差大小來看工藝參數對各指標的影響程度大小排序為：L*＞脆度＞含油量＞b*＞含水量，這表明干燥工藝參數對顏色指標的影響最大，其次為脆度、含油量。b*和含水量的誤差較小，L*、脆度和含油量的誤差較大，這說明干燥工藝可能導致最終產品外觀一致性較差，脆度一致性較差，含油量一致性較差，含水量等成分類指標具有良好的一致性。

表2 正交設計試驗結果Table 2 The results of orthogonal design

表3 正交設計試驗結果極差分析Table 3 Range analysis of the orthogonal design’s results

通過極差分析[15]可知，對于各試驗指標，影響因素的主次順序為表4所示。

表4 各因素主次順序表Table 4 The orders of experimental factors by means of range analysis

根據各指標下的平均數據，初步確定各因素的最優水平組合為：

對含水量：A2B3C3D4E3（含水率越低越好）

對含油量：A4B1C3D2E1（含油量越低越好）

對脆度：A1B4C1D4E4（脆度越低越好）

對 L*：A2B2C2D4E4（L*越高越好）

對 b*：A2B2C1D3E1（b*越低越好）

由于5個指標單獨分析出來的最優條件并不一致，根據因素對5個指標影響的主次順序綜合考慮確定最佳工藝條件為：A2B4C1D4E1，即切片厚度為2.5 mm，漂燙時間為210 s，干燥溫度為60℃，干燥時間為150 min，食鹽水濃度為1%時，具有最佳加工品質。通過驗證試驗，在此工藝條件下，馬鈴薯干片含水量為6.30%，含油量為14.57%，脆度為6.9 N，L*為88.23%，b*為16.25。綜合分析，正交試驗優化工藝得到的產品優于正交試驗中所有產品，說明優化工藝可靠。

3 結論與展望

通過L16（45）正交設計試驗得到馬鈴薯干片的最佳干燥工藝為切片厚度為2.5 mm，漂燙時間為210 s，干燥溫度為60℃，干燥時間為150 min，食鹽水濃度為1%。通過驗證試驗表明，優化工藝得到的產品無明顯褐變，色澤良好，脆度、鹽度適中，適合大眾消費。干燥工藝的優化為馬鈴薯干片加工產業提供了良好的技術支撐。

本試驗以大西洋品種為原料，因為大西洋品質還原糖含量偏低，適宜用于薯片加工。然而在我國西南地區，合作88等品種應用范圍更廣。因此，研究后期可以嘗試以當地品種為加工原料，優化干燥工藝參數，建立因地制宜的馬鈴薯干片加工技術，促使馬鈴薯產業全面發展。

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