紫薯全粉的加工工艺及其经济效益

1、紫薯全粉加工工艺及经济效益吴泓澈（食品科学与工程学院 食品（英）1301 1334010070）摘要紫薯全粉系选用新鲜优质的紫薯，经去皮、干燥等工艺加工而成。保留了紫薯除皮以外的全部干物质：蛋白质、脂肪、碳水化合物维生素、矿物质及膳食纤维等。复水后的紫薯全粉，其色泽、香气、滋味、口感与新鲜紫薯蒸熟捣泥的状态相同。紫甘薯具有很高的营养价值，紫薯全粉的开发研究有利于其加工的扩大化和优质化。但目前，全球对紫薯全粉加工的研究较少，本文简单的综合性叙述关于紫薯全粉加工的研究成果：1、 干燥方式：以紫薯为原料， 通过鼓风干燥、 真空冷冻干燥、 真空干燥三种干燥方法对紫薯全粉的制备进行研究， 探讨三种方式对

2、于紫薯全粉基本化学成分、 色差、 碘蓝值、 持水性和持油性、 总花青素含量等品质的影响。通过对比实验得出结论， 真空冷冻干燥对于紫薯全粉的基本化学成分、 色差、 碘蓝值、 持水性和持油性、 总花青素含量等品质的综合影响最小， 真空干燥紧随其后。因此，为了保持紫薯全粉的完整性，同时考虑生产成本，在加工紫薯全粉过程中以真空干燥方法为最佳。2、 单因素分析：对紫薯全粉加工的蒸煮时间，蒸煮温度，干燥时间，干燥温度等单因素进分析，研究其对紫薯全粉品质的影响，结果表明，影响因素大小顺序为：干燥温度>干燥时间>蒸煮时间>蒸煮温度。3、 加工后指数品质（水分、碘蓝值、色泽、花青素等）的变化：

3、干燥后紫薯全粉的灰度，还原糖，脂肪都比原料有所提高，反映细胞在一定程度上破损，从而释放出养分；淀粉含量有所损失；蛋白质在加工前后变化不大， 有所损失。碘值有所提高；水份、油份、总花青素含量在真空干燥的加工工艺下，结构完整，品质较好。在加工过程中还生成了新的芳香成分。4、 护色：为提高紫薯全粉的外观品质，对紫薯全粉加工中的无硫护色技术进行了研究。选取氯化钠、柠檬酸、L-半胱氨酸组成复合护色剂，以紫薯全粉加工前后的色差值 E 作为评价指标，通过单因素试验和正交试验研究了 3 种护色剂和护色时间对紫薯护色效果的影响。结果表明：在氯化钠浓度为 0.6%，柠檬酸浓度为 0.6%，L-半胱氨酸浓度为0.1

4、2%的条件下护色 20min，紫薯护色效果最佳。5、 辐射杀菌：由于传统的物理灭菌容易破坏其有效成分，化学方法则会造成有毒物质残留。采用辐照方法进 行 类 似 农 产 品 的 灭 菌 已 有 一 些 报 道， 但 采 用60Co-射线进行紫薯全粉辐照杀菌研究尚未见报道。为确保紫薯全粉的质量，延长保藏期， 提高产品在国际市场的竞争力，笔者进行了紫薯全粉辐照杀菌工艺、 杀菌效果及对其成分影响等方面的研究，为制定紫薯全粉辐照工艺标准及推广应用提供理论依据和技术支持。6、 经济效益：设备投资按日加工鲜紫甘薯计649万元。厂房面积8000平方米。主要设备甘薯前处理设备、色素提取纯化设备、膳食纤维酶法生产

5、设备、淀粉加工干燥设备、膳食纤维干燥系统设备淀粉、膳纤维定量包装设备、其它设备等。 每吨紫甘薯可产天然色素20kg淀粉200kg膳食纤维50kg。产值10200元原料成本1600元升值7倍。月加工按25天/月计，1250吨产值1275万元原料成本200万元。年加工12500吨，产值12750万元原料成本2000万元。关键词：紫薯；全粉；真空干燥；真空冷冻干燥；鼓风干燥；护色1.绪论1.1概述1.11紫薯简介甘薯原产于南美洲，16 世纪传入我国， 最初在福建、 广东一带栽培， 后来逐渐遍及全国各地， 故又名番薯，目前我国甘薯的种植面积和产量均居世界首位。紫色甘薯 Ipomoea batatas

6、( L.) Lam.， 又称“黑红薯”、“紫心甘薯”、“紫肉甘薯” 或紫番薯， 其含有丰富的花青素，为薯皮紫黑色、 肉质紫红色至深紫色的甘薯新品种 。各国培育成了不少紫薯良种，我国目前已育成的紫色甘薯品种有济薯 18 号、 广薯135、 宁紫 4 号等。紫薯不同于一般的甘薯品种， 其营养成分含量明显高于普通的红薯。近年来， 国内外研究表明: 紫色甘薯具有清除自由基抗氧化功能，常食用紫薯可明显增强人体免疫能力、 抗肿瘤、 预防和治疗心血管疾病、 抑菌等， 具有降压、 补血、 益气、润肺、 养颜之功效，紫薯的防癌抗癌能力居各种食物之首。目前以紫薯为原料制作的炸薯片、 冷冻薯饼和粉丝等， 以其营养丰

7、富、 口感 好， 颇受市场青睐。紫薯还可去皮烘干粉碎后加工成全粉，色泽美观，营养丰富，是极好的食品加工原料。但目前国内外在紫薯全粉的生产实践中，没有较为一致的、 先进的工艺技术，工艺技术很不成熟。1.12紫薯全粉加工简介紫薯全粉的制作方法是经过多道工序加工制作而成的，所以紫薯具有丰富的营养价值，用途广泛，在我国种植面积较大，但是鲜紫薯含水量较高，长时间贮藏保鲜困难较大，且贮藏过程中养分消耗较大，病害损失严重。因此为了延长紫薯供应时间，必须将其干制。山东乐农实验中着力于开发一种甘薯全粉，使其贮藏方便，并延长贮藏时间，这种甘薯全粉可用来做馒头、花卷、面包、糕点、馅料等的配料。1.12.1操作程序原

8、料：选择三种果肉颜色的紫薯：紫色果肉、橙色果肉、黄色果肉 1.12.2工艺流程将3种原料紫薯清洗去皮切丝片丁护色干燥粉碎（测水分）包装清洗：一定清洗干净，关系到产品的最终质量。去皮：用竹刀将甘薯的外皮去净，尤其是紫薯表皮凹陷部分。切片或丝：将去皮后的紫薯用蔬菜切片机切成一定规格的薯片或薯丁。护色：用食盐配制成0.5%的溶液，将切好的紫薯薯片或薯丁泡在其中数分钟。干燥：用烘干设备干燥，以保证产品的卫生，并注意温度，一般在4550之间，干燥时间可根据薯片、丝的大小确定，使最终水分在6%以下。粉碎、包装：将干燥后的紫薯，用锤片式粉碎机粉碎，使紫薯粉的细度在80目左右。（三）结果与分析三种干燥后的紫薯

9、粉在色泽上以紫色和橙色的甘薯粉为优，黄色甘薯色泽较暗。因此选择紫色和橙色的甘薯品种为原料。上述方法制作的甘薯粉可用来作为食品原料制作多种食品。如甘薯饼、甘薯糕、甘薯花卷、甘薯面包等，制作方法蒸、煮、油炸均可。1.13紫薯全粉的应用实例1.131添加于混合饮料、固体饮料、冷饮等产品中，提供产品鲜艳的紫色，增加浊度强化产品的真实感；1.132作为各种糕点的主料和配料，提供产品鲜艳的紫色及紫薯的风味；1.133用于紫薯薯片、饼干等产品中，搭配适当的香精，使产品的滋味更加真实、体香饱满、尾香悠长。1.14紫薯全粉产品系列紫薯的薯肉呈紫色至深紫色。它除了具有普通甘薯的营养成分外，还富含硒元素和花青素。近

10、年来，紫薯在国际、国内市场上十分走俏，发展前景非常广阔。紫薯的产季从9月开始，供货时间有限。而紫薯全粉克服了紫薯的产季限制，大幅延长了紫薯食品生产企业的生产周期。1.41、天然紫薯全粉：粉末状产品，保留了紫薯果肉的色泽、风味及营养物质，具有较好的复水性。1.42、紫薯熟粉：经过蒸煮过程，使部分淀粉转化为糖分，因此熟粉比生粉口感更好，营养更高，色泽更鲜艳具有熟甘薯的天然香味，用水一冲即可检验。2.紫薯全粉的生产工艺2.1干燥加工工艺 目前国内外在紫薯全粉的生产实践中， 没有较为一致的、 先进的工艺技术， 工艺技术很不成熟。本实验在前期确定的工艺基础上， 对比了鼓风干燥、 真空干燥和真空冷冻干燥这

11、三种不同干燥方式对紫薯全粉的品质的影响，分析其理化性质与功能特性。最大程度地保留紫薯营养的完整性， 优化其全粉制作工艺， 并延长其贮藏时间，为工厂的生产提供一定的数据参考2.1.1 材料与方法2.1.1.1 材料与设备 新鲜紫薯; 金龙鱼 第二代食用调和油; 其它试剂 为实验室常用试剂。ULTRASCAN 测色仪 配有带溯源数据的标准白板、 绿板、 Didyfilter 钕镨滤色片以及标准 D65 光源，美国 HunterLab 公司; ALPAAI4CSC 冷冻干燥器配有二级旋叶真泵、LD2 型 LCD 显示的控制器、 隔板、 压盖装置及有机玻璃干燥室带独立控制真空的外接口， 美国 Chri

12、st 公司; CS101 1A 型电热鼓风干燥箱 中华人民共和国重庆实验设备制造厂;DZF 6020 型真空干燥箱 上海精宏实验设备有限公司; FA2004A 电子天平 上海精天电子仪器厂;HR2027 飞利浦搅拌机 飞利浦电子香港有限公司;DZKW4 电子恒温水浴锅、 DL1 万用电炉 北京中兴伟业仪器有限公司; HWT10C 恒温振荡水浴锅天津市恒奥科技发展有限公司; 800 型离心沉淀上海手术器械厂; 722s 可见分光光度计 上海棱光技术有限公司。2.1.1.2 实验方法2.1.1.2.1 紫薯全粉制作工艺 根据前者研究结果与自身条件， 采用不同干燥工艺， 使紫薯全粉产品达到5% 含水

13、率为要求，进行紫薯全粉的制备。2.1.1.2.1.1 鼓风干燥工艺 鲜紫薯清洗蒸制( 100 ，20min) 去皮制泥冷却鼓风干燥箱干燥( 80 ，7h) 粉碎磨粉筛分成品2.1.1.2.1.2 真空干燥工艺 鲜紫薯清洗蒸制( 100 ，20min) 去 皮 制 泥 冷 却 真 空 干 燥 箱 干 燥 ( 0.08Pa，70 ，9h) 粉碎磨粉筛分成品2.1.1.2.1.3 真空冷冻干燥工艺 鲜 紫 薯 清 洗 蒸 制( 100 ，20min) 去皮制泥冷却冰箱冷冻( 12h) 冷冻干燥机干燥( 280Pa，1 ，28h) 粉碎磨粉筛分成品2.1.1.2.2 紫薯全粉产品性质2.1.1.2.2

14、.1 紫薯全粉基本化学组分测定 水分测定采用 GB5009.32010; 灰分测定采用 GB5009.3 2010;还原糖测定采 用 直 接 滴 定 法; 淀 粉 含 量 测 定 采 用GB /T5009.92008 酸水解法; 蛋白质含量测定采用GB 5009.5 2010 分 光 光 度 法; 脂 肪 测 定 采 用GB5009.685 酸水解法。2.1.1.2.2.2 紫 薯 全 粉 色 泽 的 测 定利 用ULTRASCAN 型测色仪进行测定， 以仪器白板为标准，测量紫薯全粉的明度指数 L* 、 彩度指数 a* 和 b* 。L* 称为明度指数，反映白度和亮度的综合值， 该值越大表明被测

15、物越白亮。L* = 0 表示黑色， L* = 100 表示白色; a* 、 b* 代表一个直角坐标的两个方向， + a*值越大，颜色越接近纯红色; a* = 0 时为灰色; a* 的绝对值越大，颜色越接近纯绿色。 + b* 值越大， 颜色越接近纯黄色; b* = 0 时为灰色; b* 的绝对值越大，颜色越接近纯蓝色。L* a* b* 表色系还可以表示两种色调之间的差值，即色差，可用 表示，它表示所测物体的 L、 a、 b 值与标准白板之间色差值， 其公式为: 值 = ( ) LL* 2 + ( ) aa* 2 + ( ) bb* 2， L* 、 a* 、b* 分别为两点间三个坐标值的差。通过比

16、较 值反映紫薯全粉色泽， 它能较好地反映干燥产品的颜色改变。1.2.2.3 游离淀粉碘蓝值( BVI) 测定 取 100mL容量瓶， 加蒸馏水至近刻度，65.5 预热并至刻度定容，准确量取样品 0.5mL 置于 250mL 锥形瓶中， 倒入预热并定容的 100mL 蒸馏水， 保持于 65.5 恒温振荡水浴锅中振荡 5min，静置 1min 后过滤。滤液保持于 65.5 并趁热吸取 5mL 置于 25mL 显色管中， 加1mL 0.02mol /L 的碘标准溶液， 定容至刻度， 同时取1mL 0.02mol /L 碘标准溶液， 定容至 25mL 以试剂空白对照， 以试剂空白调零点， 使用可见分光

17、光度计，于 660nm 处比色，测得吸光度值 A660。BVI =A660W·dm× 20 式( 1)式中: W 为称取的样品质量; dm 为样品中干物质含量，% 。2.1.1.2.2.4 持水与持油特性测定取 0.5g 样品加入离心管中， 称重W1，加入 10mL 蒸馏水， 在沸水下加热 15min 并加以搅拌。加热全粉糊冷却至室温并转移到离心管3000r/min 离心 15min，将试管倒置在试管架上， 下面垫吸水纸，静置 10min 沥清水分后精确称质量 W2，持水性( WHC) 根据式( 2) 计算:WHC( g /g) = W2W1样品干物质的质量 式( 2)将

18、5.0g 样品置于试管中，称质量 M1，用移液管准确加入 30mL 油， 在沸水中加热 20min， 在 3000r /min条件下离心 15min， 小心倾倒出上层游离油， 然后将离心管倒置 15min， 沥尽油后称质量 M2。持油能力( OHC) 用 1.0g 样品所吸油的质量来表示:OHC( g /g) = M2M1样品干物质的重量 式( 3)2.1.1.2.2.5 总花青素的测定取适量紫薯干粉样品2g 左右置于 250mL 锥形瓶， 加入 100mL 0.1mol /L 柠檬酸水溶液， 超声 0.5h 后过滤。取澄清滤液进行下一步分 析。取 5mL 样 品 液 置 于 10mL 试 管

19、 中， 用0.1mol /L 柠檬酸水溶液稀释至 10mL。对照空白试管取相同量样品液，在定容前加入 0.5mL 10% Na2SO溶液。加塞混匀，静置 5min 后分别置于 1cm 的比色皿中，用分光光度计在波长 518nm 处测定其吸光度A，样品稀释液扣除空白为测定值。2.1.2 结果与讨论2.1.2.1 紫薯全粉基本化学组分特性 由表 1 可以看出， 无论哪种干燥方法对于紫薯全粉的基本成分都会造成一定程度的损失， 但就具体而言，真空冷冻干燥对于淀粉、 脂肪和蛋白质的损失较鼓风干燥和真空干燥少， 真空干燥对全粉的各种基本化学成分损失量均处于另两种干燥方法之间，损失量都不大。表 1 不同干燥

20、工艺紫薯全粉的基本化学成分基本组份（%）鼓风干燥鼓风干燥真空干燥真空冷冻干燥灰分1.89361.50871.28041.0045还原糖17.504116.950713.93406.9833淀粉12.005315.698716.322318.9672脂肪0.54421.48381.56481.6924蛋白质3.40534.44524.52044.81342.1.2.2 紫薯全粉的色差 由图 1 可知， 三种干燥方法都会增大紫薯全粉的色差。其中， 真空冷冻干燥和真空干燥对全粉造成的色差较鼓风干燥小， 真空干燥对色差的影响略大于真空冷冻干燥。因此， 真空冷冻干燥是对紫薯全粉颜色的影响是最小的，真空干

21、燥次之。2.1.2.3 紫薯全粉的碘蓝值 紫薯全粉中游离淀粉含量的多少是全粉质量的一项重要指标， 现有关标准采用蓝值来表明游离淀粉含量高低; 蓝值高表明大量紫薯细胞被破坏， 从而释放出大量游离淀粉。由图 2 可以看出， 三种干燥方法都会增大紫薯全粉的碘蓝值。其中， 真空冷冻干燥和真空干燥的紫薯全粉碘蓝值均低于鼓风干燥，真空冷冻干燥又略低于真空干燥， 因此， 真空冷冻干燥对紫薯细胞破坏性小， 全粉质量较高， 真空干燥次之。 2.1.2.4 紫薯全粉的持水性和持油性 从图 3 和图 4 可以看出，三种干燥方法都会增大紫薯全粉的持水性和持油性。持水力的差异与淀粉内束水的位置不同有关， 主要是由淀粉分

22、子内部羟基与分子链或水形成氢键和共价键结合所致。羟基与淀粉分子结合的作用大于与水分子的结合， 显示出较低的持水力， 反之则显示较高的持水力。有研究者认为直链淀粉含量越高， 膨胀势越小。吸油能力的大小受蛋白质的来源、 加工条件、 添加剂的成分颗粒的大小和温度的影响， 如含非极性尾端较多的蛋白质含量增加， 则吸油能力也随着增加 2122 。三种干燥对全粉持油性的增大影响相近，只有鼓风干燥对其持油性增大影响略微大一些。但冷冻干燥对持水性增大响最小，真空干燥次之，鼓风干燥最大。 2.5 紫薯全粉的总花青素 从图 5 可以得知，三种干燥方法都会不同程度地降低紫薯全粉的总花青素含量，其中，鼓风干燥损失量最

23、大，真空冷冻干燥损失最小，真空干燥与真空冷冻干燥相近。就保留全粉花青素而言，真空冷冻干燥最优，真空干燥次之，而这两者均明显优于鼓风干燥。2.1.3 结论2.1.3.1 从感官上对比了鼓风干燥、 真空干燥和真空冷冻干燥紫薯全粉成品的效果， 在使其保持紫薯特有的香气、 色泽实验中， 干燥温度越高， 对其褐变地影响越大，花青素破坏越严重， 真空干燥和真空冷冻干燥与鼓风干燥相比都能较好地保留紫薯本身的色泽，呈深紫色，较接近紫薯原料颜色。2.1.3.2 从紫薯全粉的基本营养特性分析， 真空冷冻干燥可以尽可能地保存紫薯的营养物质， 出粉率也较高，各项指标都明显优于鼓风干燥后的产品。2.1.3.3 从产品的

24、碘蓝值测定看， 鼓风干燥产品蓝值较高，表明大量紫薯细胞被破坏， 从而释放出大量游离淀粉。从持水性、 持油性、 总花青素含量测定分析，由于真空干燥和真空冷冻干燥都能够尽可能地保持紫薯营养、 结构的完整性， 从而表现出较好的品质，使其以后在食品原料或辅料加工方面应用具有更好的加工性能。2.1.3.4 整体而言， 真空冷冻干燥虽然对于紫薯全粉品质的影响最小， 但其费时较多， 消耗能源太大， 目前考虑到生产条件的限制， 还是选择真空干燥， 其各项指标较好， 也能够较好地保存紫薯的营养价值。后期实验还需多研究比较其它干燥方式， 弥补成本较高这一不足。2.2护色工因紫薯中富含多酚氧化酶和花青素等成分， 极

25、易因酶促褐变和花青素的不稳定性其外观色泽变暗， 影响紫薯全粉的外观品质和商品价值4。因此，在紫薯全粉加工过程中，需要对紫薯进行护色处理。传统的薯类加工制品护色多采用亚硫酸盐，虽护色效果好，但 SO2 的存在不仅会破坏花青素5，还对产品构成安全隐患，所以，寻找高效、 安全的无硫护色剂成为必然的趋势。现在，我们主要研究以氯化钠、柠檬酸、L-半胱氨酸复配制成的无硫护色剂和护色时间对紫薯护色效果的影响， 获取紫薯全粉加工中的较优护色工艺条件，为高品质、安全的紫薯全粉加工提供技术参数和生产指导。2.2.1 材料与方法2.2.1.1 材料与仪器 新鲜紫薯：购于农贸市场，生鲜、无损伤；氯化钠、柠檬酸、L-半

26、胱氨酸等化学试剂均为分析纯。LD 电子天平， 沈阳龙腾电子有限公司 ；FW-400A 倾斜式高速万能粉碎机， 北京中兴伟业仪器有限公司；101 型电热鼓风干燥箱，北京中兴伟业仪器有限公司；SC-80C 全自动测色色差计，北京康光仪器有限公司；100 目标准筛。2.2.1.2 实验方法2.2.1.2.1 工艺流程 新鲜紫薯清洗去皮切片护色干燥粉碎计量、包装成品2.2.1.2.2 护色工艺的单因素试验 研究不同浓度的氯化钠（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%）、柠檬酸（0.15%、0.3%、0.45%、0.6%、0.75%、0.9%）、L-半胱氨酸（0.03%、0.06%、

27、0.09%、0.12%、0.15%、0.18%）及不同护色时间（10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min）对紫薯护色效果的影响。以新鲜紫薯与紫薯全粉的色泽差异值 E 作为考察指标，研究此因素对紫薯护色效果的影响。2.2.1.2.3 护色工艺的优化试验在单因素试验的基础上，设计四因素三水平的正交试验， 以新鲜紫薯与紫薯全粉的色泽差异值E 作为考察指标，进行正交试验，采用 L9（34）正交表，优化护色工艺，确定紫薯全粉加工过程中最佳护色工艺条件。正交试验因素水平表见表 1。2.2.1.2.4 色差值的测定 以新鲜紫薯作为参照， 利用色差仪测定新鲜紫薯与紫薯

28、全粉的 L 值、a 值和 b 值（L 是明度值，a 和b 是彩度值），并进行比较分析。新鲜紫薯与紫薯全粉的色泽差异值 E 用以下公式表示：E 值=（L）2+（a）2+（b）2（上式中：L=L1-L0，a=a1-a0，b=b1-b0，0-新鲜紫薯标号，1-紫薯全粉标号）。2.2.2 结果与分析2.2.2.1 护色工艺的单因素试验2.2.2.1.1 氯化钠浓度对护色效果的影响 在柠檬酸浓度为 0.45% ，L-半胱氨酸浓度 为0.09%，护色时间为 20min 的条件下，不同氯化钠浓度对护色效果的影响如图 1 所示。由图 1 可知，当氯化钠浓度小于 0.8%时，随着氯化钠浓度的增加，E值逐渐减小，

29、 表明新鲜紫薯与紫薯全粉的色差在逐渐缩小，说明氯化钠对紫薯护色作用效果明显，这是由于氯化钠溶于水后，能减少水中的溶解氧，从而抑制酶促褐变 7。继续增加氯化钠的浓度，E 值反而逐渐增大，说明氯化钠浓度过高会降低护色效果。因此，选择氯化钠浓度范围 0.6-1.0%用于后续优化试验。2.1.2 柠檬酸浓度对护色效果的影响 在氯化钠浓度为 0.6% ，L-半 胱氨酸浓度为0.09%，护色时间为 20min 的条件下，不同柠檬酸浓度对护色效果的影响如图 2 所示。由图 2 可知，当柠檬酸浓度在 0.15-0.6%范围时， 随着柠檬酸浓度的增加，E 值逐渐减小，柠檬酸浓度为 0.6%，E 值最小，之后趋于

30、平稳，当柠檬酸浓度超过 0.75%时，E值急剧上升。柠檬酸可降低溶液的 pH 值，有利于提高花青素的稳定性， 且柠檬酸可与多酚氧化酶分子中的铜离子产生比较强的螯合作用， 从而抑制酶促褐变 2。考虑到柠檬酸过多会导致产品变酸，因此，选择柠檬酸浓度范围 0.45-0.75%用于后续优化试验。 2.1.3 L-半胱氨酸浓度对护色效果的影响 在氯化钠浓度为 0.6%， 柠檬酸浓度为 0.45%，护色时间为 20min 的条件下，不同 L-半胱氨酸浓度对护色效果的影响如图 3 所示。由图 3 可知，随着L-半胱氨酸浓度的增加，E 值逐渐减小，当 L-半胱氨酸浓度达到 0.12%时，E 值最小，护色效果最

31、佳，继续增加 L-半胱氨酸浓度，E 值逐渐增大，护色效果变弱。L-半胱氨酸主要通过抑制酶促褐变和非酶褐变来达到护色的目的。因此，选择 L-半胱氨酸浓度范围 0.09-0.15%用于后续优化试验。2.1.4 护色时间对护色效果的影响 在氯化钠浓度为 0.6%， 柠檬酸浓度为 0.45%，L-半胱氨酸浓度为 0.09%， 不同护色时间对护色效果的影响如图 4 所示。由图 4 可知，在护色时间 10-25min 内，随着护色时间的增加，E 值逐渐减小，护色效果十分明显。当护色时间超过 25min 后，E 值变化幅度较小，护色效果达到最佳水平。这主要是由于护色时间越长，护色试剂与紫薯接触就越充分，护色

32、力度增强，因此提高了护色效果2。考虑实际生产中为了节约时间，提高生产效率，故选择护色时间范围 20-30min 用于后续优化试验。2.2 护色工艺的优化试验 确定氯化钠浓度、 柠檬酸浓度、L-半胱氨酸浓度和护色时间为影响紫薯护色效果的主要因素。设计四因素三水平的正交试验，正交试验结果见表 2。由表 2 极差分析可知， 影响紫薯护色效果的主次因素为 L-半胱氨酸浓度（C）氯化钠浓度（A）柠檬酸浓度（B）护色时间（D），最优组合为A1B2C2D1。因此，紫薯护色效果最佳的工艺条件为：氯化钠浓度为0.6%， 柠檬酸浓度为 0.6%，L-半胱氨酸浓度为0.12%，护色时间 20min。然而，直观分析中

33、得出的最优水平组合为 A1B2C2D2， 需对两组试验结果进行验证试验。验证试验结果见表2。由表 2 极差分析可知， 影响紫薯护色效果的主次因素为 L-半胱氨酸浓度（C）氯化钠浓度（A）柠檬酸浓度（B）护色时间（D），最优组合为A1B2C2D1。因此，紫薯护色效果最佳的工艺条件为：氯化钠浓度为0.6%， 柠檬酸浓度为 0.6%，L-半胱氨酸浓度为0.12%，护色时间 20min。然而，直观分析中得出的最优水平组合为 A1B2C2D2， 需对两组试验结果进行验证试验。 验证试验结果见表 3。由表 3 可知，组合 A1B2C2D1 优于组合 A1B2C2D2，因此，最终确定紫薯全粉加工过程中的护色

34、工艺条件为：氯化钠浓度为 0.6%，柠檬酸浓度为 0.6%，L-半胱氨酸浓度为 0.12%，护色时间 20min。2.2.3 结论 对紫薯全粉加工过程中的无硫护色技术进行研究， 通过单因素试验和正交优化试验得出护色最佳工艺条件为 ：氯化钠浓度为 0.6%，柠檬酸浓度为 0.6%，L-半胱氨酸浓度为 0.12%， 护色时间20min。本研究结果为紫薯类制品加工过程中的护色处理提供了新的思路和途径，能极大地提高产品的外观品质，解决了长期以来紫薯类制品生产中使用亚硫酸盐护色导致的 SO2 残留问题， 是一种高效、全、绿色的护色技术。2.3辐射杀菌近年来紫薯全粉在日本、 美国、 东南亚等国家和地区广受

35、欢迎， 出口量大幅增加。由于紫薯全粉营养丰富，容易霉变，不利于长途运输和贮存， 严重影响紫薯全粉及相关产品的出口。传统的物理灭菌容易破坏其有效成分，化学方法则会造成有毒物质残留。采用辐照方法进 行 类 似 农 产 品 的 灭 菌 已 有 一 些 报 道， 但 采 用60Co-射线进行紫薯全粉辐照杀菌研究尚未见报道。为确保紫薯全粉的质量延长保藏期， 提高产品在国际市场的竞。争力，笔者进行了紫薯全粉辐照杀菌工艺、 杀菌效果及对其成分影响等方面的研究。2.3.1 材料与方法2.3.1 1 试验材料 紫薯全粉为紫红色粉末，水分含量 3% 5% ， 由江苏省农产品加工工程技术研究中心提供。样品选用自封口

36、透明聚乙烯( PE) 塑料袋包装，每袋紫薯全粉净含量为 25 g， 常温保存，用于辐照杀菌试验。2.3.1.2 辐照装置及方法 辐照装置为江苏省农业科学院原子能农业利用研究所60Co- 辐射源。辐射源活度为 15. 9 PBq， 辐照剂量设为 0kGy、 2 kGy、 4 kGy、 6 kGy 和 8 kGy。样品采用定点静态辐照方式，用 Ag2 Cr2 O4 剂量计对辐照样品进行剂量跟踪测试， 每种剂量各辐照 5 袋。辐照后样品在室温( 18 35 ) 下贮存，定期观察和测定指标。2.3.1.3 微生物的测定 菌落总数、 霉菌和大肠菌群的测定依据国家标准 GB /T4789 22003、 G

37、B /T4789 152003 和 GB/T4789 32003的规定方法进行 4- 6 。9182.3.1.4 营养成分分析2.3.1.4.1 花色苷的提取与含量测定 7 准确称取适量的紫薯全粉， 用 95% 乙醇与 1. 5 mol /L HCl 混合液 ( 体积比为85 15) 10 ml 在 60 水浴中抽提 5 h 后， 补齐抽提过程中损失的溶液，定容至 10 ml， 摇匀， 静置， 取上清液于 535 nm处测定 OD 值，重复 3 次，取平均值。总花色苷( mg /kg) = A×V×m /98 2，式中，A 为最大波长下直接测定的 OD 值; V 为萃取液测

38、定时稀释的体积总数， 单位为 ml; m 为样品质量， 单位为 g; 98. 2 为 1% 的甲基花色苷 1 mol 消光系数。2.3.1.4.2 营养成分测定 总糖含量用 3， 5-二硝基水杨酸比色法测定 8 ; 粗蛋白含量采用 GB /T 5009 52003 方法测定; 直链淀粉含量和支链淀粉含量采用双波长分光光度法测定 9 ; 氨基酸含量委托江苏省农业科学院食品质量安全检测研究所测定，测定方法依据 GB /T 182462000 10 。2.3.1.5 感观评价 辐照后第 60 d 进行感官品质评定， 取适量试样置于清洁、 干燥的白色瓷盘中， 在自然光线下， 通过目测、 鼻嗅记录各样品

39、的外观、 色泽、 气味以及评价滋味、 口感等。2.3.1.6 统计分析 采用 OriginPro 分析软件进行数据处理及相关分析。2.3.2 结 果2.3.2.1 辐照杀菌效果 试验结果表明， 用 60 Co- 射线辐照紫薯全粉具有较好的杀菌效果。当辐照剂量为 2. 0 kGy 时， 紫薯全粉中的菌落总数、 霉菌和大肠菌群 ( MPN) 含量分别从 1 g 2 84× 104、3. 8×103 和 24 下降至 1 55×103、 1.3×102 和 3. 9， 杀菌率分别达到 94. 5% 、 96. 6% 和 83. 8% ; 剂量为 4. 0 kG

40、y 时，1 g 样品的菌落总数降为1 5×102 ， 霉菌降为 60， 大肠菌群0. 30， 杀菌率达 98% ; 当剂量达到 6. 0 kGy 时， 检测的各项指标均达到国家食品卫生标准。可见， 随着辐照剂量的增加， 含菌量同步下降。表明采用 60 Co- 射线对紫薯全粉进行辐照杀菌在技术上可行，只要选取合适的辐照剂量， 便可使紫薯全粉中的含菌量降低，达到相关的卫生标准。2.3.2.2 辐照处理对紫薯全粉主要营养成分的影响 采用 OriginPro7 5 系统分析软件对辐照前后紫薯全粉的主要成分( 总糖、 蛋白质、 直链淀粉、 支淀粉、 花色苷) 含量进行线性回归分析，得到各主要营

41、养成分与辐照剂量间的拟合方程式及各成分含量随剂量的变化率和相关系数。结果表明辐照剂量与总糖、 粗蛋白含量之间的相关系数均小于 0. 5，说明辐照剂量与含量之间无显著的线性关系， 这与朱佳廷等的报道 11 一致。直链淀粉含量总体上随辐照剂量的增加呈上升的趋势， 而支链淀粉含量呈下降的趋势， 辐照剂量与直链淀粉、 支链淀粉含量之间相关系数绝对值大于0. 9，说明辐照剂量与这 2 个指标具有显著的线性关系。花色苷是紫薯全粉中重要的生理活性物质，它能够保护机体免受自由基的损伤，还能够增强血管弹性， 改善循环系统和增进皮肤的光滑度 12 。当辐照剂量为 2 0 8. 0 kGy 时， 紫薯全粉中的花色苷

42、与对照( 不辐照) 相比有一定程度的降低，但对花色苷影响不显著( P0. 05) 。辐照后紫薯全粉中 17 种氨基酸含量的检测结果显示:2 0 8. 0 kGy 剂量辐照后紫薯全粉中丝氨酸、 谷氨酸、 甘氨酸、 丙氨酸、 异亮氨酸、 亮氨酸、 苯丙氨酸、 赖氨酸、 精氨酸和脯氨酸的含量都低于对照( 0 kGy) ， 但是差异不显著; 4 0 8. 0 kGy 剂量辐照后，组氨酸含量增加比较明显， 由 0. 000 3g 增加至 0. 001 0 g 左右。组氨酸是一种半必需氨基酸，对于婴幼儿及动物的成长非常重要 13 。6 0 8. 0 kGy 剂量辐照后，蛋氨酸、 缬氨酸含量明显下降， 其中

43、缬氨酸含量下降了44. 7% ，而蛋氨酸降幅高达 100. 0% 。蛋氨酸是含硫必需氨基酸，与生物体内各种含硫化合物的代谢密切相关， 蛋氨酸含量的急剧下降必然影响紫薯全粉的营养品质， 需加以控制 13 。总的氨基酸含量 ( Y) 与辐照剂量( x) 之间符合Y =3. 824 0 0. 080 5 x 的 线 性 关 系， 呈 显 著 的 负 相 关 性( r = 0 904 15，P0. 05) ，总的氨基酸含量随着辐照剂量的增加明显减少。一方面可能是由于辐照引起部分蛋白质的分解，打破了蛋白质和氨基酸之间的氮平衡; 另一方面可能是因为辐照促进了氨基酸代谢转化为糖或脂肪。2.3.2.3 辐照处

44、理对紫薯全粉感观品质的影响 评定紫薯全粉感官品质主要从紫薯粉的色泽、 气味与滋味、 口感和可接受性等 4 个方面进行。辐照后 60 d 的评定结果表明，2 0 8. 0 kGy 剂量辐照处理对紫薯全粉的感观品质没有明显影响。2.3.3 讨 论 本试验结果表明， 辐照能有效杀灭紫薯全粉中的微生物，随着辐照剂量的增加，紫薯全粉中的含菌量同步下降， 经4. 0 kGy 剂量辐照的紫薯全粉， 其卫生质量即可达到国家标准。除直链淀粉、 支链淀粉、 蛋氨酸和组氨酸外，辐照对紫薯全粉中其他主要营养成分含量无显著影响，另外辐照对紫薯全粉的感官品质也没有不良影响。因此， 采用 60 Co- 射线对紫薯全粉进行辐

45、照杀菌方法可行，能够保证其卫生质量和营养品质，延长保质期和提高耐贮性。由于紫薯全粉在实际生产过程中， 产地、 加工条件和环境的不一样， 会导致初始的微生物含量和理化性质也不一样，因此在商业化辐照加工时， 应根据紫薯全粉微生物数量和理化性质的高低来确定合适的辐照杀菌剂量。2.4紫薯全粉加工过程中遇到的问题紫薯全粉加工的难点:一、紫薯富含花青素，而花青素极易被破坏，加工过程中应该适当的前处理。二、紫薯全粉加工过程的因为高温作用使其含有的维生素及芳香物质遭到破坏或者挥发、焦糊、褐变，而长时间的低温又容易发生酸败变质，干燥温度难把握。3.经济效益甘薯是世界上第六大作物21世纪在解决全球粮食、能源、自然

46、资源,及环境问题等方面起着重要作用。紫甘薯是一种富含花青素的甘薯品种1980年我国就从日本引进培育了适合工业化提取色素的甘薯新品种目前在我国河北、江苏、山东等省乃至全国巳普遍种植。与紫玊米和紫甘蓝相比紫甘薯中的花青素具有较髙的稳定性、含量丰富因此从紫甘薯中提取花青素具有较髙的商业价值。随着食品着色剂一合成色素安全性的较低天然色素作为食品着色剂在世界范围内的使用量不断增加越来越多的天然色素养被开发。 美国短蔓黑薯、日本紫甘薯王等紫甘薯新品种的的繁育推广该品种的优奌是产量髙春薯亩产4000-6000斤夏薯亩产3000-6000斤。品质优其营养成分明显髙于其它甘薯。赖氨酸、钾、锌、锰的含量髙于一般红

47、薯5-8倍硒、碘的含量高于一般红薯20倍己上并含有丰富的花青素、胡萝卜素及维生素。具有防治消化道疾病、抑制癌症的发生提高人体免疫力的作用被誉为“绿色保健食品”。适应性强该品种秧短蔓粗结薯粒高、喜水耐旱、抭病力强、髙产稳产。 3.1加工工艺流程与设备投资 3.1.1加工工艺流程 产规模：年产量500t； 生产天数：除去节假日，机器维修时间，每年按工作250天计算； 生产量：500t÷250d=2 t/d 薯全粉含水量要低于6%（取为6%）紫薯所含水分含量约为70%，去皮损耗2%，则一个工作日所需原材料：2t÷66%=3t/d； 年所需原材料：3t×250d=750t

48、。 3.1.2能量衡算 冷却过程中冷却水的用量：以一个工作日为标准，已知紫薯需要从100降温到25放出热量为 21TTCMQ=2.49×3×1000×(100-20)=5.976×105KJ 其中，T1为冷却之前温度>T2为冷却后的温度 则需冷却水吸收的温度也为Q,需要冷却水量为12ttCQM=5.976×105/4.174(25-15)=14317kg=14.32t 其中，t2为冷却水进入温度，t1为冷却水出口温度 则一年所需冷却水用量M年=14.32t，250d=3580t 3.1.4.设备选型3.1.4.1三滚筒式分级机 根据生产工

49、艺我们选用三滚筒式分级机一台滚筒在传送机的带动下进行自转由于滚筒上不同区域上孔的大小存在差异原料通过输送机均匀的进入滚筒后借助滚筒的转动使物料不断地翻转由于滚筒的倾斜物料在重力的作用武汉轻工大学毕业设计 - 6 - 下从高到低缓慢移动此时不同直径的物料从滚筒上不同的孔径落入料斗，从而达到分级的目的。 设备型号GCJ型生产能力8-10t/h功率为1.1kw。该设备具有结构新颖紧凑节能高效，生产效率高，对紫薯无损伤。 根据工艺要求日处理量为3t，比较该设备一台满足所需。 3.1.4.2清洗机 根据生产工艺选用XGJ-2型洗果机。该机特点是效率高生产能人可达2000kgh破损率小于2洗净率达99结构

50、紧凑、清洗质量好、造价低，使用方便。 根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需。 3.1.4.3切片机 根据生产工艺选用YQC-QJ660型切割机该机操作简单维修方便适应性强是理想的紫薯加工设备。 设备型号YQC-QJ660生产能力150-660kg/h功率0.75kw。经计算若要日处理3t的紫薯原料则需3000÷500=6h一台满足所需。 3.1.4.4蒸煮机 根据生产工艺选用带式连续预煮机。该设备生产能力3-4t/h功率3kw。 根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需。 4.5冷却设备。 根据生产工艺选择喷雾加湿式真空冷却装置。该设备具有： 冷却速率快大部分熟制

51、调理食品从90左右冷却到常温一般只需要815min能快速通过食品冷却过程中5030的细菌繁殖危险温区也能显著降低长时间高温对食品风味品质的不利影响。 设备装有空气过滤器防止食品冷却过程中空气微生物的二次污染，确保食品的卫生安全。 采用清洁无油真空系统防止了食品在使用一般真空冷却机时受到的油蒸气污染。 可随冷却食品的种类改变冷却温度和时间使里外各部分温度均匀提高产品的品质均匀性。 采用PLC触摸屏控制操作方便运行时不产生污染可直接置于食品生产车间工作加工成本低。 根据工艺要求一台装置满足工艺需求。 武汉轻工大学毕业设计 - 7 - 4.6去皮机 根据生产工艺选择离心擦皮机来去除紫薯外皮。设备型号

52、QP-100生产能力为2.5t/h功率4kw。根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需。 3.1.4.7挤压制泥设备 根据生产工艺选用螺旋压榨机作为制泥设备。设备型号LZ-1.5生产能力0.3-1.5t/h功率4kw。根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需。 3.1.4.8真空干燥设备 根据生产工艺选择箱式真空干燥箱。设备型号FZG-15容积为2m3。 根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需。3.1.4.9粉碎机 根据生产工艺粉碎机选用立式喷射气流粉碎机。设备型号MQL10生产能力20-400kg/h功率为70kw。 根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需

53、。4.10过筛设备根据生产工艺过筛设备选取滚筒式分级机。设备型号GCJ型生产能力8-10t/h功率为1.1kw。 根据工艺要求日处理量为3t比较该设备一台满足所需。 表1设备一览表设备名称规格/型号三滚筒式分级机GCJ洗果机XGJ-2切割机YQC-QJ660带式连续预煮机3-4t/h喷雾加湿式真空冷却装置2m3离心擦皮机QP-100螺旋压榨机LZ-1.5箱式真空干燥箱2m3立式喷射气流粉碎机MQL10 3.2效益评估 3.2.1原料消耗 一年所需原材料紫薯约为750t,紫薯均价约为2元/千克。可知一年原材料花费约750×1000×2=150万元。3.2.2水、电、人力的消耗 3.2.2.1水的用量消耗 清洗原材料用水5t×250d=1250t 一年冷却用水量为3580t 蒸煮用水量5t×250d=1250t 总用水量1