唐小閑,羅楊合,湯 泉,劉 艷,黎小椿,3，段振華,*

(1.賀州學(xué)院 食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院/廣西馬蹄加工工程技術(shù)研究中心,廣西賀州 542899;2.賀州學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院,廣西賀州 542899;3.大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,遼寧大連 116034)

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馬蹄濕淀粉微波干燥的實(shí)驗(yàn)研究

唐小閑1,2,3,羅楊合1,湯 泉2,劉 艷1,黎小椿1,3，段振華1,*

(1.賀州學(xué)院 食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院/廣西馬蹄加工工程技術(shù)研究中心,廣西賀州 542899;2.賀州學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院,廣西賀州 542899;3.大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,遼寧大連 116034)

以馬蹄濕淀粉為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,研究了不同功率對(duì)馬蹄濕淀粉微波干燥中的含水率及品質(zhì)變化的影響。結(jié)果表明馬蹄淀粉的微波干燥曲線呈現(xiàn)出果蔬典型的干燥曲線特征,馬蹄淀粉的含水率隨著微波干燥時(shí)間延長(zhǎng)而迅速下降。隨著微波干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，馬蹄淀粉白度、酸度均呈現(xiàn)出上升變化的趨勢(shì)，而碘藍(lán)值呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢(shì)，粘度降低。在一定微波功率范圍內(nèi)，微波功率越小，干燥速率越慢，酸度越低，碘藍(lán)值和粘度越大，白度越高但不顯著。

微波,馬蹄淀粉,微波干燥,品質(zhì)

馬蹄(Water chestnut),又稱(chēng)荸薺(Eleocharis tuberose Schult)、地栗、烏芋、鳧茨、通天草,是莎草科、荸薺屬淺水性宿根草本植物[1]。我國(guó)現(xiàn)有馬蹄種植面積超過(guò)50萬(wàn)畝,馬蹄產(chǎn)量占全球的95%,年總產(chǎn)量80萬(wàn)噸以上,且70%的產(chǎn)量在廣西桂東北地區(qū)。生產(chǎn)上,根據(jù)馬蹄的組成和用途,將馬蹄分為粉馬蹄和水果馬蹄[2]。粉馬蹄中含大量的淀粉,加上低聚糖和單糖,占干重的86%以上,此外,馬蹄含豐富的維生素、植物蛋白、磷質(zhì)等[3]。粉馬蹄經(jīng)加工制成淀粉,可沖調(diào)食用,可作為食品粘合劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑和改良劑,也可用作釀造、制藥、變性淀粉等工業(yè)加工的原輔料,還作為改善某些擠壓膨化食品的沖調(diào)劑,應(yīng)用廣泛。

目前馬蹄淀粉脫水干燥過(guò)程中,大多數(shù)加工企業(yè)通過(guò)燃燒木材、煤炭產(chǎn)生熱量,加熱空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)馬蹄淀粉的干燥,甚至有少數(shù)企業(yè)仍是通過(guò)傳統(tǒng)的自然晾曬來(lái)實(shí)現(xiàn)馬蹄濕淀粉的干燥,這種生產(chǎn)方式不僅干燥效率低,衛(wèi)生指標(biāo)難達(dá)到要求,進(jìn)一步影響馬蹄淀粉干品的品質(zhì),并且煤炭燃燒會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境保護(hù)壓力。而微波干燥是指以微波作為熱源、由內(nèi)及外對(duì)物料加熱的一種方式,具有獨(dú)特的加熱特性,如穿透力強(qiáng)、選擇性加熱、熱慣性小、干燥速度快、熱效率高、干后產(chǎn)品品質(zhì)高,清潔生產(chǎn)符合環(huán)保要求以及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn),因而在農(nóng)產(chǎn)品加工及食品工業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[4-5]。近十年來(lái),國(guó)內(nèi)外就有不少關(guān)于微波干燥農(nóng)產(chǎn)品的研究,微波干燥已運(yùn)用到鳙魚(yú)[6]、羅非魚(yú)片[7]、辣椒[8]、萵筍[9]、蘆筍[10]、黃秋葵[11]、銀杏果[12]松花粉[13]及板栗淀粉[14]等加工領(lǐng)域,但未見(jiàn)在馬蹄濕淀粉干燥中的研究及應(yīng)用。本文以馬蹄濕淀粉為對(duì)象,研究馬蹄淀粉在不同微波功率條件下的干燥曲線及其品質(zhì)變化,旨在為馬蹄淀粉微波干燥技術(shù)應(yīng)用及推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬蹄 賀州市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng),選擇個(gè)體完整、大小均勻、無(wú)機(jī)械損傷的新鮮粉馬蹄。氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀、鹽酸、重鉻酸鉀、碳酸鈉等均為分析純。

G80D20CN1P-D2(S0)型微波爐 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司;DHG-9240A型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;BSA124S型分析天平 德國(guó)賽多利斯;MA150型水分測(cè)定儀,北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;MR-Hei-Tec型加熱型磁力攪拌器 德國(guó)海道夫公司;722N型可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;KQ5200DV型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;CR-10型色差計(jì) 日本柯尼卡美能達(dá)控股株式會(huì)社;NDJ-8s型數(shù)顯粘度計(jì) 邦西儀器科技上海有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 馬蹄經(jīng)清洗去皮,破碎勻漿,過(guò)濾后制作成濕淀粉,其濕基含水率約為44%,在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)定裝載量(2.0 kg/m2)、微波功率(140、280、420 W)和時(shí)間(2～26 min范圍內(nèi))進(jìn)行微波干燥實(shí)驗(yàn),淀粉安全含水率≤13%。

1.2.2 含水率的測(cè)定 參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50093-2010食品中水分的測(cè)定方法。

1.2.3 白度的測(cè)定 參照文獻(xiàn)[15],利用CR-10色差計(jì)進(jìn)行測(cè)定,以儀器白板為標(biāo)準(zhǔn),測(cè)量馬蹄淀粉的明度指數(shù)L*。L*稱(chēng)為明度指數(shù),反映白度和亮度的綜合值,該值越大表明被測(cè)物越白亮。L*=0表示黑色,L*=100表示白色;通過(guò)L值反映馬蹄淀粉白度,它能較好地反映干燥產(chǎn)品的顏色改變。

1.2.4 馬蹄淀粉的酸度測(cè)定 參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 22427.9-2008 淀粉及其衍生物酸度測(cè)定方法,酸度以10 g樣品所耗用0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)表示,計(jì)算公式如下:

式(1)

式(1)中:X為樣品酸度,mL;c為已標(biāo)定的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度,mol/L;V1為樣品所耗用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積,mol/L;V0為空白所耗用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積,mol/L;m為樣品的干基質(zhì)量,g。

1.2.5 馬蹄淀粉的碘藍(lán)值測(cè)定 根據(jù)上官佳等人的方法[16],并作了改進(jìn),具體操作如下:準(zhǔn)確稱(chēng)取馬蹄淀粉樣品0.25 g于50 mL 錐形瓶中,加入65.5 ℃預(yù)熱的蒸餾水50 mL,將錐形瓶放置在加熱型磁力攪拌器上,待錐形瓶?jī)?nèi)溶液溫度升至65.5 ℃,停止加熱,靜置1 min后過(guò)濾。濾液于65.5 ℃的水浴鍋中保溫,并趁熱吸取1 mL于50 mL顯色管中,加1 mL 0.02 mol/L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液,用蒸餾水定容至刻度;同時(shí)取1 mL 0.02 mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液,用蒸餾水定容至50 mL作為空白對(duì)照,以試劑空白調(diào)零點(diǎn),測(cè)定樣品在波長(zhǎng)650 nm處的吸光度A650 nm。碘藍(lán)值(BVI)的計(jì)算公式如下:

BVI=A650 nm×54.2+5

式(2)

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)均設(shè)定三個(gè)平行,測(cè)定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)表示,應(yīng)用origin7.5和Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬蹄淀粉在不同微波功率條件下的微波干燥曲線

圖1為馬蹄淀粉在140、280、420 W下的微波干燥曲線。從圖1可知馬蹄淀粉具有典型干燥曲線的特征,物料的含水率隨著微波干燥時(shí)間延長(zhǎng)而顯著下降。微波的穿透能力較大,可使物料內(nèi)外同時(shí)加熱干燥。隨著微波功率的增加,物料達(dá)到安全含水率(含水率≤13%),干燥時(shí)間縮短。微波功率為140、280、420 W時(shí),物料達(dá)到安全含水率的所耗時(shí)分別為21.4、11、5.5 min。表明初始含水率、物料裝載量恒定時(shí),微波功率越大,達(dá)到安全含水率的所需時(shí)間越短,與文獻(xiàn)[17]研究結(jié)論一致。因此,在一定微波功率范圍內(nèi),可通過(guò)增大微波功率來(lái)提高物料干燥速率。在較低的微波功率條件下,馬蹄淀粉達(dá)到安全含水率的干燥時(shí)間僅僅需要21.4 min,而使用薄層熱風(fēng)干燥淀粉在干燥溫度60 ℃時(shí)所用的時(shí)間約為12 h[18]。

圖1 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥曲線Fig.1 Microwave drying curve of water chestnut starch under different microwave power

2.2 馬蹄淀粉在不同功率條件下微波干燥中的白度變化

圖2分別表示馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中的白度變化。從圖2可知,在恒定微波功率條件下,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),物料白度呈現(xiàn)出上升變化的趨勢(shì)。原因可能是隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),物料的含水率逐漸減小,而含水率的大小影響著物料的白度,含水率大白度小[19],含水率減小白度增大。不同功率,物料達(dá)到安全含水率時(shí)白度不同,當(dāng)物料含水率為13%,微波功率為140、280、420 W時(shí),對(duì)應(yīng)的白度分別為94.6%、93.9%、90.0%。微波功率越小,淀粉白度越高,但不顯著。白度是判定淀粉等級(jí)的一項(xiàng)重要理化指標(biāo)[20],要使產(chǎn)品白度達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo),就要控制馬碲淀粉加工工藝,防止褐變產(chǎn)生,微波干燥時(shí)間短,可有效防止馬碲淀粉變色。

圖2 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的白度變化Fig.2 Variation of the white degree of the microwave drying of the water chestnut starch under different microwave power

2.3 在不同功率條件下馬蹄淀粉微波干燥中的酸度變化

酸度是馬蹄淀粉產(chǎn)品的一項(xiàng)重要指標(biāo)(DBS 45/002-2013),反映了原料的新鮮程度、加工效果、保存時(shí)間,淀粉酸性物質(zhì)含量偏高,則淀粉產(chǎn)品品質(zhì)下降。圖3表示馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中的酸度變化,在不同微波功率條件下,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),淀粉酸度隨之增加。酸度增加可能的原因是,微波干燥加熱方式從內(nèi)向外加熱,可以加快淀粉水解產(chǎn)生脂肪酸,導(dǎo)致馬蹄淀粉酸度升高。微波功率越小,酸度越低,淀粉品質(zhì)較好。在一定微波功率范圍內(nèi)干燥的馬蹄淀粉均能控制其酸度在4 mL之內(nèi),符合馬蹄淀粉食品安全地方標(biāo)準(zhǔn)DBS 45/002-2013規(guī)定。

圖3 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的酸度變化Fig.3 The change of acidity in the microwave drying of water chestnut starch under different microwave power

2.4 不同微波功率條件下馬蹄淀粉微波干燥的碘藍(lán)值變化

圖4分別表示馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中的碘藍(lán)值變化。碘藍(lán)值是評(píng)價(jià)淀粉類(lèi)食品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[21],它反映了直鏈淀粉的含量,碘藍(lán)值較大則直鏈淀粉含量較高[22]。直鏈淀粉與碘結(jié)合形成淀粉-碘絡(luò)合物,呈藍(lán)綠色、藍(lán)色或墨綠色,其顏色主要與淀粉的結(jié)構(gòu)及數(shù)量有關(guān)[23],直鏈淀粉的鏈較長(zhǎng),含量較高,則藍(lán)色較深。由圖4可知,在相同的微波功率條件下,隨微波干燥時(shí)間延長(zhǎng),碘藍(lán)值呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢(shì);在功率為140、280、420 W,物料含水率為13%時(shí),碘藍(lán)值分別為14.6、14.4、12.8,微波功率越小,碘藍(lán)值越高。可見(jiàn)淀粉的碘藍(lán)值大小與微波功率、干燥時(shí)間有關(guān)。微波干燥后馬蹄淀粉顆粒破裂,部分支鏈斷裂,支鏈淀粉和中間級(jí)分含量降低[24],直鏈淀粉含量升高,增加了可與碘分子結(jié)合的數(shù)量,使得碘藍(lán)值上升。

圖4 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的碘藍(lán)值變化Fig.4 Changes of iodine blue value in microwave drying under different microwave power

2.5 微波干燥對(duì)馬蹄淀粉粘度的影響

圖5表示為馬蹄淀粉在140、280、420 W條件下的微波干燥中粘度的變化。粘度是淀粉漿的最重要的流變性質(zhì),因此粘度是淀粉品質(zhì)中一項(xiàng)重要的指標(biāo)。從圖5可知,在一定的微波功率條件下,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),淀粉粘度隨之減小,呈現(xiàn)先緩慢后快速的趨勢(shì);馬蹄淀粉粘度減小是因?yàn)槲⒉ǜ稍锛訜岱绞綇膬?nèi)向外加熱,淀粉含水率逐漸降低,溶脹減少,顆粒逐漸減小,流變性能降低,導(dǎo)致馬蹄淀粉粘度下降。不同功率下微波干燥淀粉粘度不同,其主要原因可能是功率越大,淀粉分子高頻振動(dòng),相互碰撞、擠壓的劇烈程度越大[25],使得淀粉分子鏈發(fā)生大量的遷移運(yùn)動(dòng),淀粉的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)改變明顯;而微波功率較小,淀粉分子鏈的遷移運(yùn)動(dòng)較緩慢,更好地保持了淀粉粘度。因此,功率越小,粘度越大。

圖5 馬蹄淀粉在不同微波功率下的微波干燥中的粘度變化Fig.5 Changes of iodine viscosity in microwave drying under different microwave power

3 結(jié)論

馬蹄淀粉微波干燥曲線呈現(xiàn)出果蔬典型的干燥特征,馬蹄濕淀粉中的含水率隨著微波干燥時(shí)間增加而下降;馬蹄淀粉隨著時(shí)間的延長(zhǎng),白度、酸度呈現(xiàn)出上升變化的趨勢(shì),碘藍(lán)值呈現(xiàn)先減少后增加的變化,粘度降低;在一定的微波功率干燥范圍內(nèi),微波功率越小,干燥速率越慢,酸度越低,碘藍(lán)值越大,粘度越大,白度越高但不明顯。

[1]張怡,胡月珍,李小根. 荸薺營(yíng)養(yǎng)成分及保健價(jià)值的研究[J]. 農(nóng)林與科技,2013(3):198.

[2]劉兵,段振華. 馬蹄的貯藏保鮮與加工利用研究進(jìn)展[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā),2016,37(18):212-215.

[3]楊君,劉后偉,段元波. 預(yù)糊化馬蹄粉的研制[J]. 廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015,31(4):61-62.

[4]段振華,汪菊蘭. 微波干燥技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā),2007,28(1):155-158.

[5]胡冰洋,段振華,劉艷. 微波條件對(duì)羅非魚(yú)片滲透-微波聯(lián)合干燥的影響[J]. 食品科技,2016,41(4):97-104.

[6]Duan Zhenhua,Zhang Min,Hu Qingguo,et al. Characteristics of Microwave Drying of Bighead Carp[J]. Drying Technology,2005,23(3):637-643.

[7]段振華,于曉陽(yáng),汪菊蘭,等. 羅非魚(yú)片的熱風(fēng)微波復(fù)合干燥動(dòng)力學(xué)[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā),2009,30(12):37-40.

[8]Arslan D,Ozcan M M. Dehydration of red bell-pepper(CapsicumannuumL):Change in drying behavior,colour and antioxidant content[J]. Food and Bioproducts Processing,2011,89(C4):504-513.

[9]FENG Yufei,Zhang Min,Jiang Hao,et al. Microwave-assisted spouted bed drying of lettuce cubes[J]. Drying Trchnology,2012,30(13):1482-1490.

[10]Wang Yuchun,Zhang Min,Mujumdar A S,et al. study of drying uniformity in pulsed spouted microwave-vacuum drying of stem lettuce slices with regard to product quality[J]. Drying Technology,2013,31(1):91-101.

[11]李婧怡,段振華. 真空微波干燥對(duì)黃秋葵品質(zhì)的影響[J]. 食品工業(yè),2014,35(3):80-83.

[12]張黎驊,劉波,劉濤濤,等. 銀杏果微波間歇干燥特性及動(dòng)力學(xué)模型研究[J]. 食品工業(yè)科技,2013,30(18):127-131.

[13]李海龍,何小平,陳建勝. 響應(yīng)面優(yōu)化松花粉微波干燥及滅菌關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的研究[J]. 食品工業(yè),2015,36(4):104-106.

[14]Umar Shah,Adil Gani,Bilal Ahmad Ashwar,et al. Effect of infrared and microwave radiations on properties of Indian Horse Chestnut starch[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2016,84:166 -173.

[15]Nath A,Chattopadhyay P K. Optimization of oven toasting for improving crispness and other quality attributes of ready to eat potato-soy snack using response surface methodology[J]. Journal of Food Engineering,2007,80:1282-1292.

[16]上官佳,吳衛(wèi)國(guó),傅冬和,等. 不同加工工藝制備葛根全粉的成分和特性研究[J]. 食品科學(xué),2013,34(5)：36-41.

[17]李婧怡,段振華,劉怡彤. 黃秋葵真空微波干燥特性及其動(dòng)力學(xué)研究[J]. 食品工業(yè)科技,2013,34(22):285-289.

[18]梅新,施建斌,蔡沙,等.熱風(fēng)干燥生產(chǎn)紫薯全粉工藝探討[J]. 熱帶作物學(xué)報(bào),2016,37(4):188-192.

[19]李明菲. 不同熱處理方式對(duì)小麥粉特性影響研究[D]. 鄭州:河南工業(yè)大學(xué).2016.

[20]原沙沙.微波對(duì)馬鈴薯淀粉特性影響的研究[D].鄭州:河南工業(yè)大學(xué).2012.

[21]鄧資靖,蔣和體.不同干燥方式對(duì)紫薯全粉品質(zhì)的影響[J]. 食品工業(yè)科技,2011,12(32):360-364.

[22]胡婷,攀明聰,車(chē)麗.等.脈沖微波處理對(duì)大米理化指標(biāo)和流變特性的影響[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,35(4):100-105.

[23]程學(xué)勛.大米淀粉微波效應(yīng)研究[D]. 武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué).2007.

[24]寧芯,程學(xué)勛,趙思明.等.微波對(duì)大米淀粉物化特性的影響[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,28(3):369-372.

[25]徐麗霞，扶雄，馮紅偉.微波改性玉米淀粉的制備及其粘度性質(zhì)的研究[J].食品工業(yè)科技,2009,28(3):230-232.

Experiment study on the microwave drying for water chestnut starch

TANG Xiao-xian1,2,3,LUO Yang-he1,TANG Quan2,LIU Yan1,LI Xiao-chun1,3,DUAN Zhen-hua1,*

(1.Institute of Food Science and Engineering Technology/Guangxi Water Chestnut Process Engineering Technology Research Center,Hezhou University,Hezhou 542899,China;2.College of Chemical and Biological Engineer,Hezhou University,Hezhou 542899,China;3.School of Food Science and Technology,Dalian Polytechnic University,Dalian 116034,China)

With the water chestnut wet starch as the experimental object,the effects of water content and quality changes were studied in three different microwave power conditions. The results indicate that the drying curves of the water chestnut starch show the characteristic of the fruits and vegetables typical drying curve. The water content decreases with the increasing of the drying time,the white degree and acidity of the water chestnut show a rising trend with the increase of microwave drying time,while the iodine blue value decreases and then increases. The viscosity decreases. Under the certain range of microwave drying power,with the power smaller,the drying rate is more slowly,acidity is lower,iodine blue value and viscosity are bigger,whiteness has no significant change.

microwave;water chestnut starch;microwave drying;quality

2016-11-17

唐小閑(1984-)，女，碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：食品加工新技術(shù)，E-mail:tangxiaoxian2016@163.com。

*通訊作者:段振華(1965-)，男，博士，教授，研究方向：熱帶食用資源加工，貯藏，E-mail:dzh65@126.com。

廣西特色果蔬深加工與保鮮技術(shù)研究(YS201601)；賀州學(xué)院“果蔬深加工與保鮮團(tuán)隊(duì)建設(shè)”項(xiàng)目(YS201602)。

TS 255.1

A

1002-0306(2017)11-0107-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.012