气体射流冲击干燥对紫甘薯色泽及抗氧化性的影响

李文峰 肖旭霖

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710062)

气体射流冲击干燥对紫甘薯色泽及抗氧化性的影响

李文峰 肖旭霖

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，西安 710062)

为了提高紫薯干制品质，研究不同风温、风速、预处理、气体喷嘴距物料盒高度及物料切片厚度对气体射流冲击干燥紫薯色泽、总花青素、多酚氧化酶(PPO)活性、总酚及总酚抗氧化能力的影响。结果表明，总花青素含量、总酚含量、抗氧化能力和PPO活力在干燥前后均有显著的降低。且色差值、总花青素含量、总酚含量及抗氧化能力随微波处理时间、喷嘴高度和切片厚度的增加而增加，随风温和风速的增加而降低。PPO活力随预处理时间和风温的增加而降低，但风速、喷嘴高度和切片厚度对PPO活力影响不显著。干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯干燥品质的最佳时间段。

气体射流冲击 紫薯 花青素 多酚 抗氧化

多酚类化合物是一类广泛存在于植物性食品原料中的植物次级代谢产物[1]。多酚化合物具有多种生理活性，例如抗氧化、抗癌症、抗过敏、抗菌、预防血管粥样硬化[2]。紫甘薯又称紫薯，是一种原产于中美洲且富含多酚类化合物的粮食与饲料作物[3-4]。紫薯多酚又以花青素为主，花青素具有优秀的生理活性功能和潜在的天然食品色素价值[5]。紫薯可采用干燥、蒸煮、烘焙、油炸等多种方式进行加工。干燥是加工紫薯的一种重要方法，通过干燥可以降低运输重量、延长贮藏期并减少贮藏成本[6]。当前，紫薯的干燥方式有热风干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、分子渗透压脱水、真空干燥和微波干燥[7]。而干燥对食品原料中酚类物质及其抗氧化能力均有影响[8]。据已有报道可知[3,9]，现有的干燥方法会导致紫薯中总酚含量及抗氧化能力的降低。而气体射流冲击技术是一种有效应用于无核紫葡萄、鱼饼、鱼子、哈密瓜及杏的干燥技术[10-14]。研究表明气体射流冲击干燥与传统热风干燥相比，具有更高的干燥效率[10]。Bórquez[13]在研究鲭鱼鱼子的气体射流冲击干燥时发现，气体射流冲击干燥可有效降低鱼子中n-3脂肪酸的氧化率。但气体射流冲击干燥紫薯是否具有较高酚类化合物及抗氧化能力的保存率还有待进一步的研究，并且不同干燥条件对紫薯干后品质的影响规律尚不明确。所以本研究采用气体射流冲击干燥技术，探究风温、风速、预处理、气体喷嘴距物料盒高度及物料切片厚度对紫薯色泽、总花青素、多酚氧化酶活力、总酚及总酚抗氧化能力的影响。从而为开发紫薯干燥新技术，更大限度保存酚类化合物，优化紫薯干燥工艺提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试剂

紫薯:市购，挑选体积大小相近且无腐败的鲜薯，贮藏于室温下，使用前用自来水洗净。

DPPH、福临酚试剂、邻苯二酚：Sigma。

1.2 主要仪器

本试验中所用的气体射流冲击干燥试验设备为试验室自行设计[15]。AVM-03型风速计：泰仪电子工业股份有限公司；LG WD700型微波炉：乐金电子(天津)电器有限公司；小型多用切菜机：河北省赵县瓜家庄食品机械厂；WSL-2型测色仪：上海物理光学仪器厂；722型分光光度计：上海光谱仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 紫薯干燥

紫薯的气体射流冲击干燥在不同的试验条件下进行，具体参数如表1所示。试验开始前，干燥设备需在设定好的试验参数下调整0.5 h，确保试验条件达到平衡状态后再进样干燥。每次试验取鲜薯约250 g，依据所需厚度用切片机将紫薯切片后置于微波炉，在900 W下按所需时长进行预处理。为了避免物料在高风速下被吹散，将紫薯置于干燥室中金属网盒内进行干燥处理。干燥的样品经粉碎后过80目网筛，用密封后存储于-3 ℃备用。

表1 试验设计

1.3.2 色泽测定

紫薯色泽利用测色仪测定，以仪器白板为标准(L*=91.73，a*=-12.49，b*=4.05)，测量紫薯的明度指数L*、彩度指数a*和b*。L*、a*、b*可以表示2种色调之间的差值，即色差，可用ΔΕ[16]表示，通过比较ΔE值反映紫薯色泽的改变，其公式为：

ΔE= [(L0*-L*)2+(a0*-a*)2+(b0*-b*)2]1/2

式中：L0*、a0*、b0*表示新鲜紫薯的色度值；L*、a*、b*表示干燥后紫薯样品的色度值。

1.3.3 总花青素测定

称取约0.5 g样品于研钵中，加入少许石英砂和5 mL 1%HCl―甲醇溶液充分研磨，用20 mL提取溶剂分2次冲洗研钵并转移至100 mL烧杯，加入25 mL提取溶剂充分搅拌，用保鲜膜密封后置于冰箱中提取12 h。分别取上层清液1 mL于2支试管，分别加入pH 1.0、pH 4.5的盐酸—醋酸钠缓冲液3 mL，充分摇匀后测定吸光度。花色苷总含量(TAC)以滤液中矢车菊素-3-葡萄糖甙含量计算，其计算公式为[17]：

总花青素含量/mg/mL=[(A530-A700)pH 1.0-(A530-A700)pH 4.5]×MW×DF÷(E×L)

式中：A为各自pH下不同波长所测吸光度；MW为矢车菊素-3-葡萄糖甙的分子量(449.2)；DF为稀释倍数；E为矢车菊素-3-葡萄糖甙的克分子吸光率常数(26 900)；L为比色皿光程，1 cm时L=1。

1.3.4 总酚含量测定

多酚采用80%甲醇进行提取[3]。称取约1 g样品置于研钵中，加入少许石英砂和5 mL提取溶剂。充分研磨后转移至100 mL小烧杯，用20 mL提取溶剂分4次冲洗研钵并转移至小烧杯。用保鲜膜密封烧杯后置于超声波清洗器中于45 kHz下处理5 min。超声后转移至布氏漏斗，抽滤。先用10 mL 提取溶剂冲洗烧杯，再分别取3次5 mL提取溶剂冲洗漏斗中的残渣，取滤液。滤液转移至圆底烧瓶，用旋转蒸发器在45 ℃条件下旋转蒸发10 min。余液用蒸馏水定容至100 mL。吸取200 μL提取溶液样品加入试管中并加入800 μL去离子水和200 μL福林酚试剂，充分混合并避光保存10 min，再加入2 mL 7%Na2CO3溶液和1.6 mL去离子水，避光静置90 min，最后用可见分光光度计于760 nm[4]测定吸光值，根据标准曲线得出相应样品的多酚含量。

1.3.5 测定DPPH自由基清除能力

本试验通过测定紫薯多酚对DPPH·的清除能力来评判其抗氧化能力[9,16]。取2 mL紫薯多酚提取溶液于试管中，加入2 mL 0.05 mg/mL DPPH·乙醇溶液，充分摇匀后避光静置30 min。以蒸馏水为空白于517 nm下测定吸光度为Ai，以2 mL待测液加2 mL乙醇测得Aj，Ai减Aj之差为A样品；以2 mL蒸馏水加2 mL DPPH·乙醇溶液测得A控制。总酚的总抗氧化能力以DPPH·的清除率表示，计算公式：DPPH·清除率/%=(1-A样品/A控制)×100

1.3.6 多酚氧化酶(PPO)活力测定

取约1.0 g样品，加入6.0 mL经4 ℃预冷的pH 6.8 0.1 mol/L磷酸缓冲液，加入0.06 g聚乙烯吡咯烷酮，充分研磨成匀汁后于12 000 r/min离心15 min。取0.1 mL上清液依次加入2.0 mL 0.1 mol/L邻苯二酚溶液和1.6 mL pH 6.8 0.1 mol/L磷酸缓冲液，测定在420 nm时室温下反应10 min吸光值的变化，以每分钟吸光值变化0.01为一个酶活力单位(U)。

1.3.7 数据处理

利用Excel 2010进行简要计算和作图，利用DPS软件采用新复极差法进行方差分析，显著水平为5%。以上所有试验平行测定3次。

2 结果与讨论

2.1 射流冲击干燥对紫薯色泽的影响

紫薯鲜艳的色泽是其深受喜爱的一个重要原因[18]，但紫薯干燥后，其色泽会发生较大变化[3,9,19-20]。如图1所示，微波预处理是紫薯色泽品质的一个重要影响因素，干燥后紫薯色差值随微波处理时间的增加而减小。Yang等[9]报道紫薯经过加热预处理后再干燥，其色差值会降低。所以干燥前的加热预处理对紫薯有一定的护色作用。风温对紫薯色泽也有影响，干燥后紫薯色差值随风温的增加和喷嘴高度的降低而减小。虽然紫薯色差值也随干燥风速的增加和切片厚度的减小而减小，但试验中所采用的4个风速之间和切片厚度之间并未有显著性差异，而其他干燥方法也会导致甘薯色泽的改变。本试验中，气体射流冲击干燥导致紫薯ΔE在9.7～29.27之间变化。而紫薯经过热风干燥后ΔE约为17；真空干燥后ΔE约为10；分子渗透压脱水处理后ΔE为10.85；冷冻干燥后的ΔE约为6[3,9,19-20]。故在所有试验组中，预处理3 min组具有最低色差值，且色泽品质优于渗透压脱水、热风干燥和真空干燥。

2.2 射流冲击干燥对紫薯总花青素含量的影响

紫薯因块茎中高含量的花青素而呈现出鲜艳的紫色[17]。本研究选取的鲜*与鲜**2批紫薯鲜样的总花青素含量分别为104.35和70.47 mg/100 g，与Truong等[18]所报道的含量(33.7～96.8 mg/100 g)接近。从图2可知，紫薯经过气体射流冲击干燥后其总花青素含量损失46%～66%，在所有试验组中预处理3 min组具有最高总花青素保存率54%。虽然气体射流冲击干燥降低了紫薯总花青素含量，但分子渗透脱水会造成紫薯总花青素损失约63%[3]；热风干燥会导致紫薯总花青素损失高达约72%[9]。与以上2种方法相比，气体射流冲击干燥的干燥效率更高，花青素损失更少，耗能低。本试验中，紫薯在气体射流冲击干燥前对其进行了微波加热预处理，随预处理时间的增加紫薯总花青素含量增加。Yang等[9]研究发现，这是因为高温抑制了紫薯中多酚氧化酶、过氧化物酶和糖苷酶等会降解花青素的酶活而使得更多的花青素得以保存。由图2可知，总花青素含量随着干燥风温和风速的增加而逐渐降低，随着喷嘴高度和切片厚度的增加而增加。因为在相同风速下，喷嘴高度越低则物料表面风速越高，而高风速会造成物料表面边界层变薄从而具有更高的传热效率[11,14]，导致物料快速升温。已有研究表明[8]花青素为热敏性物质，故导致物料升温的因素均可降低物料总花青素含量。而高风速不仅使物料升温更快，还导致单位时间内物料表面接触更多的氧气，导致花青素损失率的增加。随切片厚度的增加，物料内部升温越慢且物料内部接触到更少的氧气，从而有利于避免花青素的损失。

注：a、b、c、d表示所在因素不同水平之间的显著性 P<0.05，下同。图1 不同干燥条件对紫薯色泽的影响

注：*,**:所有试验未采用同一批紫薯，预处理组和风温组为同一批样品，风速组、喷嘴高度组和切片厚度组为同一批样品，下同。

图2 不同干燥条件对紫薯总花青素含量的影响(湿基)

2.3 射流冲击干燥对紫薯总酚含量及其抗氧化能力的影响

紫薯块茎中含有比橙色甘薯和胡萝卜更为丰富的酚类化合物[18]。酚类化合物是紫薯的一种主要抗氧化成分，鲜紫薯和干燥后紫薯的总酚含量及其对DPPH·的清除率如图3所示。由图3可知，紫薯经过气体射流冲击干燥后其总酚含量损失42%～74%。而热风干燥导致紫薯总酚损失约58%[9]；分子渗透脱水导致紫薯总酚损失高达约88%[3]。与上述2种干燥方式相比气体射流冲击干燥在酚类化合物的保存率方面具有明显的优势。从各组数据可知，总酚含量随微波预处理时间、喷嘴高度、切片厚度的增加而增加，随风温和风速的增加而降低。由图2和图3可知，气体射流冲击干燥对总花青素和总酚的影响具有相似规律，而食用性多酚类化合物主要包括酚酸类、黄酮类和单宁类[1]。所以不同干燥条件对紫薯总酚的影响应与对花青素的影响具有相同原因。

由图3可知，紫薯清除DPPH·的能力随总酚含量的增加而增加，Yang等[9]也报道了类似现象。所以不同干燥条件导致紫薯抗氧化能力的降低与总酚含量的变化具有联系。干燥后紫薯多酚对DPPH·的清除率与鲜薯相比降低了44%～61%。在Miranda等[8]对藜麦种子的研究中也发现干燥可导致物料多酚抗氧化能力显著降低且随着干燥温度的增加而降低。紫薯多酚清除DPPH·的能力随着预处理时间、切片厚度和喷嘴高度的增加而增加，随着风温和风速的增加而降低，而这与总酚的变化规律相一致。但热风干燥导致紫薯抗氧化能力降低约77%[9]；冷冻干燥导致紫薯抗氧化能力降低25%[9]。故气体射流冲击干燥比热风干燥具有更高的总酚及抗氧化保存率。虽然冷冻干燥有更高的总酚及抗氧化保存率，但其干燥时间长、能耗高。

在所有试验组中，切片厚度8.16 mm组具有最低总酚损失率(42%)和最高DPPH·清除率(32.06%)，但该条件下色泽品质并不优秀。而预处理3 min组具有最好色泽品质，且总酚损失率(47.63%)和DPPH·清除率(30.12%)均较好。

注：A、B、C、D表示同一因素内不同水平处理对DPPH·清除率的显著性差异，P<0.05。图3 不同干燥条件对紫薯总酚的影响(湿基)

图4 不同干燥条件对紫薯PPO酶活的影响(湿基)

2.4 射流冲击干燥对紫薯PPO活力的影响

紫薯褐变可导致产品的色泽品质和商业价值的降低。在加工过程中紫薯含有的大量酚类化合物易被PPO氧化成棕褐色邻醌类化合物[21]，而由上文可知气体射流干燥导致紫薯总酚及其抗氧化能力不同程度的降低，而PPO活力与这些规律是否具有一定联系值得深入研究。从图4可知，紫薯PPO活力随微波预处理时间和风温的增加而显著降低，干燥后紫薯PPO活力仅为鲜样的0.3%～22%且在预处理3 min时PPO基本失活。但在试验参数范围内的风速、喷嘴高度和切片厚度对PPO活力的影响不显著。由于PPO活力易受温度、水分活度、pH和氧浓度等条件的影响，且现有的报道也表明食品物料中酶活力越高，酶促褐变越严重[21]。所以提高物料内部温度及降低氧气含量的因素均可降低PPO活力。而干后紫薯在贮藏过程中因物料的水分活度较低，故酶的活力会受到抑制，有利于避免褐变的发生。

2.5 干燥时间对紫薯射流冲击干燥的影响

由上文可知，紫薯经过不同条件的气体射流冲击干燥后，紫薯色泽、总花青素、总酚及其抗氧化能力和PPO活力均会发生变化。但这些指标在干燥过程中以何种规律变化尚不清楚。由图5可知，紫薯色泽变化，总花青素、总酚含量和总酚抗氧化能力及PPO活力的降低主要发生在干燥初期(0～1 h)。在0～0.5 h内，每个指标均有显著的变化，而1 h后变化速率快速降低，在3 h后基本保持不变。在0～4 h内紫薯PPO活力变化不大，而加热预处理是导致PPO活力显著降低的主要因素[9]。结合上文可知，干后紫薯的色泽、总花青素、总酚及其抗氧化能力的变化规律具有一定关系。在干燥前期湿含量较高的紫薯温度升高且切分后的紫薯处于含氧环境中，所以此时PPO活力较高从而导致花青素等酚类物质被较快的氧化。但随着干燥的进行，物料内部温度进一步上升且湿含量已经较低，此时PPO活力受温度与水分活度的双重影响而抑制在较低水平，所以干燥中后期色泽、花青素、总酚的变化并不明显。故干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯色泽变化及总花青素、总酚含量和总酚抗氧化能力降低的最佳时间段。

图5 干燥时间对紫薯射流冲击干燥的影响

3 结论

3.1 色差值、总花青素含量、总酚含量及抗氧化能力随微波处理时间、喷嘴高度和切片厚度的增加而增加，随风温和风速的增加而降低。PPO活力随预处理时间和风温的增加降低，但风速、喷嘴高度和切片厚度对PPO活力影响不显著。

3.2 综合各品质指标，本试验条件下最优干燥条件为风温为70 ℃、风速13 m/s、预处理3 min、喷嘴高度20 mm、切片厚度为2.43 mm。

3.3 总花青素含量、总酚含量、抗氧化能力和PPO活力在干燥前后均有显著的降低。

3.4 干燥前期(0～1 h)是有效控制紫薯色泽变化及总花青素、总酚含量和总酚抗氧化能力降低的最佳时期。

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Effects of Air-Impingement Jet Drying on Color and Antioxidant Activity of Purple Sweet Potato

Li Wenfeng Xiao Xulin
(College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi′an 710062)

In order to improve the purple sweet potato (PSP) drying quality, the effects of air-impingement jet drying PSP on color, total anthocyanin contents, total phenolic contents, polyphenoloxidase (PPO) activity and antioxidant activity in different pretreatment, nozzle distance, slice thickness, air temperature and air velocity have been studied in the paper. The results showed that there was significant reducing in total anthocyanin contents, total phenolic contents, antioxidant activities and polyphenoloxidase activities during the transportation from fresh samples to dried samples. In addition, the ΔE, total anthocyanin contents, total phenolic contents and antioxidant activity increased with the increasing of microwave pretreatment times, nozzle distance and slice thickness, decreased in accordance with the increasing air temperature and air velocity. Polyphenoloxidase activity decreased with microwave pretreatment times and air temperature increasing. However, there were no significant differences in polyphenoloxidase activity among four levels respectively in the factors of air velocity, nozzle distance and slice thickness. The best quality control time of PSP drying shall be that in the initial period of air-impingement jet drying (0～1 h).

air-impingement jet， purple sweet potato， anthocyanins， polyphenols， antioxidant

TQ028.6

A

1003-0174(2014)06-0027-07

陕西师范大学研究生培养创新基金(2013CXS006),科技部农业科技成果转化资金(2011GB23600 017)

2013-06-11

李文峰，男，1987年出生，硕士，农产品加工

肖旭霖，男，1955年出生，副教授，食品加工工程