張東京，馬曉敏，吳本剛，王 敏，韓方凱

(1. 宿州學(xué)院，安徽 宿州 234000；2. 江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

0 引言

芋頭不僅營(yíng)養(yǎng)豐富，且具有一定的保健功能.以芋頭為主要原料開發(fā)的食品有芋頭粉、芋頭干、芋頭餅等.其中，芋頭超微細(xì)粉具有很強(qiáng)的表面吸附力和親和力，更易被人體消化吸收，具有廣闊的市場(chǎng)前景[1].芋頭粉的加工過程中必須對(duì)原料進(jìn)行脫水.殺青和干燥是芋頭脫水的2個(gè)重要工序[2]，殺青主要是為了鈍化芋頭中能夠?qū)е鲁善菲焚|(zhì)變劣的酶，如多酚氧化酶(polyphenol oxidase，PPO)、過氧化物酶(POD)等[3-4].傳統(tǒng)的殺青工藝為熱水漂燙，該法雖然操作簡(jiǎn)便，但易導(dǎo)致芋頭營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，如水溶性維生素、礦物質(zhì)等[5]；微波燙漂較傳統(tǒng)熱水燙漂，可避免營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失[6]，但加工過程易導(dǎo)致原料受熱不均勻，滅酶不徹底[7-8]；化學(xué)殺青易引起環(huán)境問題，不適合農(nóng)產(chǎn)品的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)[9].

紅外加熱可解決殺青過程中營(yíng)養(yǎng)成分流失、受熱不均和滅酶不徹底等問題，具有快速、高效和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[10].紅外殺青亦可去除原料中部分水分達(dá)到預(yù)干燥的目的，且對(duì)能量的利用率較高.吳本剛等[11]成功將紅外技術(shù)引入果蔬的殺青加工處理，相較于傳統(tǒng)的蒸汽燙漂，紅外殺青可以節(jié)約近80%的能源.國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)將紅外殺青技術(shù)應(yīng)用到果蔬的干燥加工[12-13].目前將催化式紅外殺青技術(shù)應(yīng)用到芋頭的研究尚未見報(bào)道.

熱風(fēng)干燥是農(nóng)產(chǎn)品脫水加工最為普遍的技術(shù)[14]，試驗(yàn)擬對(duì)新鮮芋頭采用催化式紅外殺青技術(shù)聯(lián)合熱風(fēng)干燥技術(shù)進(jìn)行加工處理，旨在得到一種能較好保留芋頭原有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和芋頭的風(fēng)味的節(jié)能環(huán)保型殺青干燥工藝，為芋頭殺青干燥工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的技術(shù)參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

新鮮芋頭：濕基含水率為88.9%，所有的試驗(yàn)為同一批次芋頭，試驗(yàn)1個(gè)月之內(nèi)完成；pH為4.5的醋酸緩沖溶液 MBTH(3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙鹽酸鹽水合物)；愈創(chuàng)木酚，2,6-二氯靛酚溶液、1%草酸溶液(分析級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司).

催化式紅外干燥機(jī)(江蘇大學(xué)食品學(xué)院聯(lián)合鎮(zhèn)江美博紅外科技有限公司制造)；722型分光光度計(jì)(上海儀電分析儀器有限公司)；H1850型高速離心機(jī)(長(zhǎng)沙市英泰儀器有限公司)；熱風(fēng)干燥機(jī)(江蘇大學(xué)實(shí)驗(yàn)室自制).

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 殺青試驗(yàn)

以同一標(biāo)準(zhǔn)芋頭為原料，先將芋頭削皮，切成20 mm×20 mm片狀，每片厚度約5 mm，取1片新鮮芋頭進(jìn)行主要成分含量的測(cè)定，然后取3片芋頭進(jìn)行熱水漂燙，接著以3片芋頭為1組進(jìn)行不同時(shí)間的紅外殺青，殺青后的芋頭進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，重復(fù)3次，取平均值.

(1) 紅外殺青：稱取5 g芋頭片樣品均勻置于圓盤，將圓盤放置在距離紅外設(shè)備上下兩板32 cm處，進(jìn)氣量設(shè)定為2 kPa，分別殺青0，1，2，3，4 min，當(dāng)多酚氧化酶活性經(jīng)紫外分光光度計(jì)測(cè)定低于10%即視為滅活成功，殺青結(jié)束.

(2) 熱水漂燙：將3片5 mm的芋頭片放入90 ℃的水浴鍋中，水浴5 min.漂燙后的芋頭取出，將表面的水分拭干.經(jīng)過殺青3 min和熱水漂燙5 min的芋頭，放入熱風(fēng)干燥設(shè)備中，在70 ℃下干燥，每隔10 min將托盤拿出稱重，當(dāng)干燥前后芋頭的重量變化小于0.05 g時(shí)停止加熱，芋頭熱風(fēng)干燥結(jié)束.

1.2.2 理化指標(biāo)測(cè)定

以同一標(biāo)準(zhǔn)芋頭為原料，先將芋頭削皮，切成20 mm×20 mm片狀，每片厚度約5 mm，取1片新鮮芋頭進(jìn)行主要成分含量的測(cè)定，然后取3片芋頭進(jìn)行熱水漂燙，接著以3片芋頭為1組進(jìn)行不同時(shí)間的紅外殺青，殺青后的芋頭進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，重復(fù)3次，取平均值.

(1) POD的測(cè)定：取5 g芋頭片樣品與蒸餾水以質(zhì)量比1∶10倒入制漿機(jī)中制漿，每份樣品打漿30 s，然后將漿液用紗布進(jìn)行過濾，取4 mL濾液加入5 mL離心管中，放入離心機(jī)中以8 000 r/min離心10 min，備用.

取50 μL離心液和4 mL愈創(chuàng)木酚試劑置于10 mL離心管，靜置5 min后再分別加入500 μL的2.5 mmol/L MBTH和0.5 mL新配制的50 mmol/L過氧化氫溶液，搖勻.在紫外分光光度計(jì)500 nm的波長(zhǎng)下記錄吸光值，每30 s記錄一次.每分鐘吸光值增加0.001為1個(gè)單位POD活性.POD活性以干基質(zhì)量為基準(zhǔn)進(jìn)行比較.以鮮芋頭POD活性值為對(duì)照，處理后樣品以百分比計(jì)算.POD酶殘留活性按式(1)計(jì)算.

(1)

式中：c表示酶殘留活性，%；At表示處理后樣品POD酶活性；A0表示新鮮芋頭POD酶活性.

(2) VC的測(cè)定：稱取約20 g芋頭樣品，將樣品用打漿機(jī)勻漿，用浸提劑將樣品移入100 mL容量瓶中，并稀釋至刻度搖勻過濾.吸取10 mL溶液放入50 mL錐形瓶中，用2-6-二氯靛酚滴定[11].

(3) 色澤的測(cè)定：將芋頭切成約5 mm厚的片狀，平均分成5組，取4組分別進(jìn)行催化式紅外殺青1，2，3，4 min，在新鮮的和殺青結(jié)束的芋頭片上取3個(gè)點(diǎn)，用顏色測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，并記錄.其中L代表的是芋頭的亮度，a代表從紅色向深綠色過渡，b代表從藍(lán)色向黃色過渡.ΔE表示顏色的變化，按式(2)計(jì)算.

(2)

式中：Lx表示芋頭L值；L0表示新鮮L值；ax表示芋頭a值；a0表示新鮮a值；bx表示芋頭b值；b0表示新鮮b值.

(4) 芋頭POD酶鈍化模型：芋頭紅外殺青POD酶鈍化動(dòng)力學(xué)模型符合一級(jí)方程，見式(3)、式(4).

(3)

(4)

式中：k表示反應(yīng)速率常數(shù)(此處與芋頭片厚度和表面溫度有關(guān)，ln(At/A0)隨時(shí)間的線性回歸得到的斜率為-k，s-1；D表示遞減時(shí)間，min；t表示特定條件下總酶的90%被滅活時(shí)所需的處理時(shí)間，min.

(5) 水分含量及干燥動(dòng)力學(xué)模型：芋頭初始水分含量通過70 ℃真空烘箱法干燥24 h測(cè)定得出.干燥過程中芋頭片水分含量由測(cè)得的質(zhì)量損失和初始質(zhì)量計(jì)算得出.

芋頭水分比按式(5)計(jì)算：

(5)

式中：MR表示水分比；mi表示芋頭在t時(shí)的質(zhì)量，g；m0表示樣芋頭初始質(zhì)量，g；me表示樣品最終質(zhì)量，g.

采用Page模型對(duì)芋頭的干燥曲線進(jìn)行擬合，表達(dá)式見式(6).

MR=exp(-ktn)，

(6)

式中：t表示時(shí)間，min；k、n表示模型系數(shù).

決定系數(shù)R2和均方根誤差RMSE見式(7)、式(8).

(7)

(8)

式中：MRpre,i表示模型預(yù)測(cè)水分比；MRexp,i表示試驗(yàn)測(cè)得水分比；MRexp表示試驗(yàn)測(cè)得水分比的平均值；N表示試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)組數(shù)；n表示干燥常數(shù)的數(shù)目.

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件.

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外對(duì)芋頭POD酶活性的影響

圖1為紅外輻射時(shí)間對(duì)芋頭POD酶相對(duì)殘留活性的影響曲線.可以看出，芋頭催化式紅外殺青處理結(jié)束后相對(duì)殘留活性為12.0%-20.6%，相應(yīng)酶滅活時(shí)間為3-4 min.輻射時(shí)間越久，酶存活率越低.滅酶處理后期，隨著輻射時(shí)間的延長(zhǎng)，酶存活率下降尤為顯著，輻射3 min時(shí)，相對(duì)殘留活性為20.6%，繼續(xù)加熱1 min，相對(duì)殘留活性為12.0%，下降了8.6%；而同樣的芋頭，輻射2 min時(shí)，相對(duì)殘留活性為77.2%，繼續(xù)加熱1 min，相對(duì)殘留活性為20.6%，表明輻射時(shí)間對(duì)芋頭產(chǎn)品的品質(zhì)有一定的影響.因此在上述紅外殺青的特定情況下滅酶試驗(yàn)中宜選取輻射時(shí)間為3 min.

圖1 紅外輻射時(shí)間對(duì)芋頭POD酶相對(duì)殘留活性的影響

一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能較好地預(yù)測(cè)POD存留情況[11]，本試驗(yàn)也得到類似結(jié)論，決定系數(shù)R2為0.973 5.隨著輻射時(shí)間延長(zhǎng)即溫度升高，酶存活率降低.在固定輻射距離下90%的總酶被滅活所需的時(shí)間為3-4 min.此為催化式紅外同步干法滅酶脫水處理的產(chǎn)品品質(zhì)提供了有價(jià)值的信息，并提供了合理的加工條件.

2.2 催化式紅外殺青處理對(duì)芋頭水分含量的影響及干燥動(dòng)力學(xué)

在固定紅外輻射板距離的情況下，根據(jù)殺青時(shí)間的不同對(duì)芋頭進(jìn)行處理，在輻射源輻射不變的情況下，輻射時(shí)間越長(zhǎng)，芋頭的水分比呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，對(duì)與胡蘿卜[15]的研究結(jié)果相似.不同處理時(shí)間下的水分比實(shí)際值和模型預(yù)測(cè)值的關(guān)系曲線如圖2所示.試驗(yàn)結(jié)果表明，不同處理時(shí)間下芋頭預(yù)測(cè)水分含量與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值均有著較好的擬合性.

圖2 紅外處理時(shí)間對(duì)芋頭的水分比的影響

紅外殺青過程中干燥速率變化曲線如圖3所示.干燥初始階段，物料處于預(yù)熱階段，溫度迅速上升，脫水速率增加；之后干燥過程先由外部水分?jǐn)U散控制，接著由內(nèi)部擴(kuò)散控制，隨著水分含量的減少，該階段脫水速率緩慢下降.試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測(cè)值的擬合度較好(R2>0.9989，RMSE值為0.0084).Page模型可以較好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)中水分的變化.

圖3 干燥速率曲線

2.3 殺青時(shí)間對(duì)芋頭品質(zhì)的影響

殺青時(shí)間對(duì)芋頭品質(zhì)的影響如由表1、表2所列.紅外殺青的芋頭能保持較好的外形特征，殺青到一定時(shí)間，能散發(fā)特有的香味，殺青后的芋頭黏液也較少，利于后續(xù)加工.而熱水漂燙后的芋頭，觸感黏滑，雖能較好地保持水分，但黏滑不易拿捏，不利于后續(xù)加工，且無特有的香味.催化式紅外殺青能使芋頭產(chǎn)生較少的黏液，同時(shí)保持外形色澤特征.從酶存活率來看，經(jīng)紅外殺青處理的芋頭的酶存活率隨殺青時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸減少，殺青時(shí)間為3-4 min時(shí)，酶存活率明顯下降.而熱水漂燙處理過的芋頭的酶存活率為3.40%±0.24%.從VC含量來看，紅外殺青處理過的芋頭也隨殺青時(shí)間遞減，這是由于VC遇高溫易分解.綜上所述，催化式紅外殺青芋頭外形色澤乳白，有輕微香味，能保留較多的VC，是芋頭理想的殺青方式.

表1 殺青后芋頭品質(zhì)結(jié)果

表2 不同紅外殺青時(shí)間下芋頭顏色的變化

2.4 處理?xiàng)l件對(duì)芋頭含水量的影響及干燥動(dòng)力學(xué)

相同溫度下芋頭熱風(fēng)干燥水分含量變化曲線如圖4所示.紅外殺青的芋頭樣品水分比對(duì)照樣品下降的速率快.芋頭經(jīng)32 cm輻照4 min后，進(jìn)行熱風(fēng)干燥與熱水漂燙5 min，再進(jìn)行熱風(fēng)干燥后的含水率對(duì)比，前者前期含水率下降速度明顯高于后者，后期兩者下降速率均比較平緩.紅外殺青和熱水燙漂處理后的芋頭樣品，在同樣熱風(fēng)干燥條件下所需干燥時(shí)間更短.

圖4 紅外殺青和熱水漂燙后芋頭熱風(fēng)干燥水分含量變化曲線

不同水分含量對(duì)干燥速率曲線如圖5所示.

圖5 不同處理?xiàng)l件下芋頭干燥速率曲線

干燥過程的擬合值與試驗(yàn)值見圖6，紅外殺青和熱水漂燙處理芋頭，擬合度均較好，能夠預(yù)測(cè)試驗(yàn)中的水分變化(R2分別為0.989和0.996，RMSE分別為0.0001和0.0004).動(dòng)力學(xué)模型方程見表3.

圖6 水分比實(shí)測(cè)值和模型預(yù)測(cè)值

表3 不同前處理芋頭Page干燥模型的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

2.5 干燥前紅外殺青和熱水漂燙對(duì)芋頭品質(zhì)的影響

紅外殺青和熱水漂燙對(duì)芋頭復(fù)水率和VC含量的影響如表4所列.從復(fù)水率來看，經(jīng)催化式紅外殺青3 min后，芋頭的復(fù)水率為1.53±0.06，熱水漂燙5 min后的復(fù)水率為1.30±0.08.從VC含量來看，催化式紅外殺青的VC含量為2.36±0.18 mg/100 g，熱水漂燙的芋頭VC含量為1.98±0.11 mg/100 g.綜上所述，芋頭在干燥前采用催化式紅外殺青方式能提高芋頭干的VC含量和維持芋頭的復(fù)水率.

表4 處理后芋頭品質(zhì)

3 結(jié)論

(1)在芋頭片厚度5 mm，上下兩塊板輻射距離32 cm，殺青時(shí)間為3 min條件下，得到芋頭產(chǎn)品顏色呈現(xiàn)乳白不黏滑，有烤香味.一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能較好地預(yù)測(cè)POD存留情況，決定系數(shù)R2為0.9735，此動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)可以很好地解釋芋頭催化式紅外殺青的過程，可為芋頭催化式紅外殺青工藝提供一定的參考依據(jù).Page模型可以較好地預(yù)測(cè)和描述芋頭干燥過程中水分遷移過程.

(2) 優(yōu)化了芋頭催化式紅外殺青—熱風(fēng)干燥工藝，此方法得到的芋頭干產(chǎn)品VC保留率(2.36±0.18 mg/100 g)和復(fù)水性(1.53%±0.06%)均高于熱水漂燙熱風(fēng)干燥產(chǎn)品，并且得到芋頭干產(chǎn)品顏色更亮.紅外殺青—熱風(fēng)干燥所需時(shí)間明顯少于熱水漂燙—熱風(fēng)干燥，得到最優(yōu)工藝條件為：紅外殺青3 min，熱風(fēng)干燥150 min.