紫色馬鈴薯全粉加工工藝探究

劉 旺，李于瀟婧，姜魯鑫，李淑婷，王 萱，吳 楚，魏夢澤，王 浩，吳 京，秦 洋，趙 敏，陳慶敏，于 輝*

（1.山東農業工程學院食品科學與工程學院，山東濟南 250100；2.昌邑市惠昌水務集團有限公司，山東濰坊 261000）

馬鈴薯是重要的蔬菜、糧食作物，更是重要的食品工業原料，內部含有豐富的淀粉、蛋白質、纖維素、有機酸、微量元素和多種維生素，因而有著“地下蘋果”的美稱。2015 年，中央正式通過關于推進馬鈴薯主糧化的決議，增加馬鈴薯在主糧中所占的比重[1]。2017 年，國內馬鈴薯種植面積達579.7 萬hm2，產量達9 682 萬t。而目前，我國馬鈴薯人均年消費量僅14 kg，為世界平均水平的一半，不到發達國家的1/5。我國馬鈴薯消費多以菜用、零食加工為主，主食化進程緩慢，因此，馬鈴薯主食化加工潛力巨大[2-3]。

在眾多馬鈴薯新品種中，紫色馬鈴薯因其富含大量抗氧化物質（如花青素、多酚等）在國內種植面積增長迅猛[4]，其已經分離出的花青素種類多達20 余種，對清除人體自由基、抗氧化、延緩衰老效果顯著[5]，這使得紫色馬鈴薯深受大眾的青睞。然而，新鮮的紫色馬鈴薯水分含量高，極易受到機械損傷，出現腐爛、病變、發芽等問題，不易儲存。通過制備馬鈴薯全粉的方式，可以降低紫色馬鈴薯的水分含量，抑制自身微生物的活性，延長其貯藏期。紫色馬鈴薯全粉有效拓展了其食用途徑，童丹等[6-7]以3∶2 比例的小麥面粉與紫色馬鈴薯全粉為主料，研發了紫色馬鈴薯全粉桃酥和紫色馬鈴薯全粉蛋糕[7]，其薯香濃郁、口感上佳，將馬鈴薯應用由傳統的饅頭、面條拓展到了糕點的方向。但在加工過程中的汽蒸和干燥溫度會對花青素產生極大的破壞，造成花青素的損失，嚴重影響紫色馬鈴薯粉的感官品質和營養價值。因此，優化紫色馬鈴薯全粉加工工藝，減少功效成分損失，成為了紫色馬鈴薯全粉開發的關鍵問題。

本文以紫色馬鈴薯為研究對象，探究汽蒸時間、干燥溫度、粉碎粒度對紫色馬鈴薯全粉品質的影響，并通過響應面法優化二次干燥法加工工藝，以期為紫色馬鈴薯全粉的產業化生產提供理論依據和技術參考，對紫色馬鈴薯全粉的后續加工應用提供支撐，助力馬鈴薯主食化戰略實施。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

紫色馬鈴薯，品種為‘濟紫薯1 號’，產地為淄博博山，市售。

37%鹽酸，分析純，萊陽經濟技術開發區鐵塔公司；無水乙醇，分析純，天津市富宇精細化工有限公司；無水碳酸鈉、檸檬酸、冰乙酸、無水乙酸鈉、碘，分析純，天津市北辰方正試劑廠；碘化鉀，分析純，天津市大茂化學試劑廠；氯化鉀、重鉻酸鉀，分析純，天津市福晨化學試劑廠；硫代硫酸鈉，分析純，天津市博迪化工有限公司。

1.2 儀器與設備

鼓風干燥箱，DHG-9203A，上海一恒科學儀器有限公司；恒溫水浴鍋，HH-4，常州博遠實驗分析儀器廠；紫外分光光度計，TU-1810，北京普析通用儀器有限責任公司；電子分析天平，AL104，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；料理機，JYL-C93T，九陽股份有限公司；錘式旋風磨，JXFM110，上海賽霸精密儀器有限公司；電子溫度計，TP677，樂清市米特爾電氣有限公司；冷凍離心機，TGL-20M，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；超聲波微波聯動器，XO-SM200，南京先歐儀器制造有限公司；水分測定儀，DP-SFY-60C，北京亞歐德鵬科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

在參考普通馬鈴薯全粉加工工藝[8-10]的基礎上，選取新鮮無病變的紫色馬鈴薯，清洗、汽蒸熟化后冷卻至室溫，用手搖切片機切成厚度為3～5 mm 的片狀，在一定溫度下使用兩次干燥法制備紫色馬鈴薯干。初次干燥至薯干水分含量為20%左右，取出后粗粉碎；二次干燥，水分降到9%～10%后取出，進行細粉碎、過篩，得到不同目數的紫色馬鈴薯粉。

1.3.2 單因素試驗

按照設計好的工藝路線，選取汽蒸時間10、15、20、25、30 min，干燥溫度50、55、60、65、70 ℃，粉碎目數60～80、80～100、100～200、200～300、300 目以上進行單因素試驗，分別以游離淀粉量、花青素總量、感官品質等為評價指標，優選最佳工藝條件[11-13]。

1.3.3 響應面試驗

對單因素試驗進行數據分析，獲取顯著影響因素及其影響水平范圍，對紫色馬鈴薯加工工藝進行3 因素3水平的響應面試驗設計見表1，以紫色馬鈴薯粉的感官品質作為響應值，進行數據分析，從而確定最佳工藝配方[14-15]。

表1 響應面設計因素水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3.4 測定方法

（1）紫色馬鈴薯全粉成分測定

紫色馬鈴薯全粉中水分含量參照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測定》直接干燥法測定；蛋白質含量參照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》測定；淀粉含量參照GB/T 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》測定；總糖及還原糖含量參照3,5-二硝基水楊酸（DNS）比色法測定[12-15]。

（2）色差值

以儀器白板色澤為標準，用色差計測定明度指數L值（L=100 表示白色；L=0 表示黑色）、彩度指數a（正數代表紅色，負數代表綠色）和b（正數代表黃色，負數代表藍色），對樣品表觀色彩進行比較。

（3）花青素含量

參考武中庸等[16]的方法。按料液比1∶28 將制成的紫馬鈴薯粉與檸檬酸-乙醇提取液混勻，稱量質量，在超聲波功率380 W、提取溫度45 ℃下提取18 min，冷卻至室溫，4 ℃下5 000 r/min 離心10 min，取2.0 mL 濾液，分別用pH=1.0 和pH=4.5 的緩沖劑稀釋至20 mL 容量瓶中。測定兩種溶液在528 nm 和700 nm 波長處的吸光度值（A）。每個樣品平行測定3 次，取平均值，計算花青素含量。

（4）藍值

參考崔璐璐[13]的方法。取0.25 g 樣品加入50 mL 水中，在65.5 ℃下攪拌5 min，靜置1 min 后過濾定容。趁熱吸取1.0 mL 濾液于50 mL 比色管中，加入0.02 mol/L 碘標準溶液1.0 mL，常溫蒸餾水定容。以空白溶液為對照，在波長650 nm 處測定溶液的吸光度值A，代入公式計算藍值。

（5）紫色馬鈴薯薯干及全粉感官評分

參考李鐵梅等[17]的方法，制定感官評價表。邀請有食品感官評價基礎的學生50 人，作為感官評價人員。從產品的色澤、氣味、風味、組織形態和質地四個方向對樣品進行獨立的感官評價，滿分100 分，評價標準和分值如表2 所示。各產品的感官評分由50 名學生的感官得分取平均值得出。

表2 紫色馬鈴薯全粉感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of purple potato powder

1.4 數據分析

試驗數據通過Excel 2019、Origin 2021 繪制圖表，SPSS 26.0 進行顯著性分析（α＜0.05），Design-expert 8.0完成響應面設計。所有樣品重復測試3 次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 單因素結果分析

2.1.1 汽蒸處理對紫色馬鈴薯中花青素及游離淀粉的影響

由圖1 可知，紫色馬鈴薯全粉的藍值隨汽蒸時間的延長先增大后減少；當汽蒸時間在25 min 以內時，其藍值變化不顯著，約為5.17，其后隨著時間延長藍值變化顯著，最大值為6.07；之后，花青素含量持續降低。汽蒸時間為15～25 min 時，花青素含量隨降低幅度不顯著，含量75～82 mg/100 g；而在25 min 之后，花青素含量降低顯著且幅度大。馬鈴薯細胞壁遭受破壞后釋放出游離淀粉，故可通過藍值反映馬鈴薯細胞壁所受的破壞程度，藍值越低表示馬鈴薯細胞壁在加工過程所受的破壞越小[13]。而花青素在完整的細胞結構內時，其穩定性較好，難以被氧化破壞。由此可推斷出，紫色馬鈴薯的細胞在汽蒸時間25 min 內，能保持較好的完整性，此階段其細胞結構能夠較好地保護花青素，包埋游離淀粉，使得紫色馬鈴薯粉能夠保持較好的色澤，有利于馬鈴薯粉復水后獲得更多的原有風味，得到更優質的產品。因此，從產品品質提升的角度考慮，在汽蒸溫度恒定的前提下，縮減蒸煮時間是有效提高紫色馬鈴薯全粉品質的手段，其時間不宜超過25 min。

圖1 汽蒸時間對藍值及花青素含量的影響Fig.1 Influence of steaming time on blue value and anthocyanin content

2.1.2 干燥處理對紫色馬鈴薯粉品質的影響

經過13 h 干燥后，不同干燥處理得到的紫色馬鈴薯切片的水分含量在9%～10%之間，組間差異不顯著，且水分含量符合后續加工的條件。干燥完成后，由于水分的減少，薯干中其他組分的含量比例提升。由圖2 可知，干燥溫度對紫色馬鈴薯的花青素含量影響顯著。在干燥溫度為55 ℃時花青素留存量最大，為566.57 mg/100 g，隨溫度繼續升高，花青素的含量下降顯著，推測原因是60 ℃以上的溫度加快了馬鈴薯細胞的破碎，使花青素大量釋放，并且在高溫下快速氧化，導致其留存率降低[18-19]。這導致了高溫條件下制備的馬鈴薯干在感官上皺縮明顯，紫色馬鈴薯自身的顏色變淺，棕褐色增加；質地硬脆，馬鈴薯香味消失，焦糊味道增重。因此，其感官評分逐漸降低。當干燥溫度為55 ℃，感官評分最高分為87.0。此時馬鈴薯細胞保存相對完整，美拉德反應程度較小，紫色馬鈴薯原色澤、薯香味保持較好。

圖2 干燥溫度對花青素含量及感官評分的影響Fig.2 Influence of drying temperature on anthocyanins content and sensory evaluation

由表3 可知，紫色馬鈴薯全粉在加工過程中干燥溫度的增加對產品的明度指數L值影響顯著，當干燥溫度在50～55 ℃時，ΔL、Δa值變化不明顯，樣品顏色較深；當溫度超過60 ℃時數值增長顯著，紫色馬鈴薯的表觀逐漸呈現灰白，并向紅褐色轉變，紫色褪色明顯；Δb整體呈現隨溫度升高而增大的趨勢，表明隨著溫度的升高，馬鈴薯干由藍紫轉變為偏黃褐色的狀態，說明紫色馬鈴薯干中的色素損失嚴重，且部分位置出現干燥過度的現象；并且伴隨美拉德反應的進行，褐色加重，這與感官評價的結果相一致。

表3 干燥溫度對色差的影響Table 3 Influence of drying conditions on chromatic aberration

2.1.3 粉碎目數對紫色馬鈴薯全粉的影響

由表4 可知，紫色馬鈴薯全粉的ΔL在60～100 目范圍內變化較小，當粉體目數大于100 目時，樣品ΔL值顯著增大，樣品表觀偏白。而色彩指數Δa隨著粉體目數的增大而逐漸增大，當粉碎粒度大于100 目時其變化趨于平緩，呈現出偏紅缺綠的現象；但當粉碎目數超過300目后，樣品偏紅褐色明顯。色彩指數Δb隨著粉體目數的增大而逐漸減小，呈現出偏藍現象。這種變化可能由于粉體在粉碎過程中，溫度升高，對花青素的破壞有關；同時也與粉碎目數增大、粒徑減小，對光的反射發生變化有關[20]。

隨著粉碎目數的增加，紫色馬鈴薯全粉的感官評分呈現先升高后降低的趨勢（表4），評分最佳的目數在80～100 目之間，得分為84.6。隨著目數的增加，全粉粒度越小，全粉的質感趨于細膩均勻，顆粒感逐漸降低，但其色澤變淺、產品結塊現象加劇、吸潮速度加快，從而影響了其感官得分。由此可以得出，如單純制備紫色馬鈴薯全粉，則不宜對其進行超細粉碎；超細粉碎的全粉的加工仍待進一步研究。

表4 粉碎粒度對感官得分及色差的影響Table 4 Influence of particle size on sensory evaluation and chromatic aberration

2.2 工藝參數優化

以感官評分作為試驗指標，通過數據分析軟件對評分進行分析，得到紫色馬鈴薯全粉的最優工藝參數，并對各個參數影響作用進行顯著性分析。表5 為響應面試驗及結果。

表5 Box-Behnken 試驗及結果Table 5 Box-Behnken experiment and results

對數據進行回歸模型優化，得到感官評分R1 與3個因素間的二次多元回歸方程為：R1=84.17-0.38A-2.81B-1.81C+1.55AB+1.85AC-0.52BC-8.00A2-7.37B2-8.07C2。

對該模型的方差分析結果見表6（見下頁）。

由表6 可知，模型的P值小于0.000 1，說明該模型是極顯著的。失擬項P值為0.934 9，大于0.05，失擬項與純誤差之間大小接近，可以接受該模型。干燥溫度（B）的影響P＜0.000 1（極顯著），粉碎粒度（C）的影響P＜0.05（顯著），汽蒸時間（A）與干燥溫度（B）的交互相AB 的影響P＜0.05（顯著），汽蒸時間（A）與粉碎粒度（C）的交互相AC 的影響P＜0.05（顯著），由回歸方程可知，各因素對綜合評分的影響由大至小的排序為干燥溫度、粉碎粒度、汽蒸時間。

表6 感官評定響應面方差分析結果Table 6 Anova results of sensory evaluation response surface

根據回歸模型，預測出紫色馬鈴薯全粉感官評分最高的配方為汽蒸時間24.72 min，干燥溫度54 ℃，粉碎粒度97.6 目，此條件下全粉感官評分的預測值為84.56。為方便操作，將上述參數修改為汽蒸時間25 min，干燥溫度54 ℃，粉碎粒度100 目，按照上述工藝條件制成的紫色馬鈴薯全粉感官評分為84.1，出粉率為21.36%，水分含量為8.3%，蛋白質含量為6.9%，淀粉含量為55.32%，總糖含量為59.40%，花青素含量為570.32 mg/100 g。

3 結論

短時汽蒸、低溫干燥有利于保持紫色馬鈴薯細胞的完整性，使花青素、馬鈴薯風味留存效果好。新鮮紫色馬鈴薯在汽蒸25 min、54 ℃下熱風干燥，經旋風粉碎機粉碎成80～100 目，可得到品質較好的紫色馬鈴薯全粉，水分8.3%，蛋白質6.9%，淀粉55.32%，總糖59.40%，花青素含量570.32 mg/100 g；出粉率為21.36%，外觀深紫色，具有濃濃的薯香味，口感良好，無其他雜質；感官評分為84.1 分，有較好的感官品質。此方法為紫色馬鈴薯全粉的快速高效制備提供了可行的技術支撐。