超聲波預(yù)處理對甘薯(IPOMEA BATATAS)滲透脫水及油炸的影響研究.pdf

1、甘薯是一種含有極其豐富營養(yǎng)物質(zhì)的農(nóng)作物，例如淀粉、纖維、類胡蘿卜素、維生素C和礦物質(zhì)。食用甘薯對健康有很多益處，例如增強視力、提高免疫力、降低血糖指數(shù)，同時甘薯還具有抗氧化和抗炎作用。中國是最大的甘薯生產(chǎn)國，而美國是最大的甘薯出口國。甘薯的食用方式各種各樣，例如蒸煮、油炸、焙烤、甘薯泥、甘薯面條等。因為甘薯易腐敗的性質(zhì)，在收割之后甘薯一般經(jīng)過干燥處理便可貯藏較長時間。使用傳統(tǒng)方法對甘薯進行干燥存在一些弊端，例如營養(yǎng)物質(zhì)的流失、結(jié)構(gòu)和質(zhì)地

2、的破壞、操作費用昂貴以及干燥所需時間較長等。因此，為了保存甘薯中的營養(yǎng)物質(zhì)和一些其他理化性質(zhì)，滲透式脫水方法很有發(fā)展前景。
　　超聲波是一種簡便有效而且同時不會影響到環(huán)境的新型技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用到食品生產(chǎn)加工過程中，例如輔助提取、水解、脫氣、凍結(jié)及乳化過程。超聲波可以有效地強化傳質(zhì)、縮短加工時間，在盡可能減少原料使用的同時提高產(chǎn)品的產(chǎn)率。
　　本文涉及三種應(yīng)用于甘薯加工的試驗方法，包括超聲波輔助蒸餾水浸泡(UD)甘薯樣品，無

3、超聲滲透脫水(OD)以及超聲波輔助滲透脫水(UOD)。實驗的第一部分包括如下目的:首先確定和優(yōu)化超聲輔助滲透甘薯脫水(UOD)加工過程的技術(shù)參數(shù);進一步確定在甘薯滲透脫水過程中超聲波預(yù)處理對傳質(zhì)動力學(xué)和擴散系數(shù)的影響;探討超聲波預(yù)處理對滲透脫水的甘薯樣品的質(zhì)地、顏色、結(jié)構(gòu)、類胡蘿卜素和維生素C含量的影響。實驗的第二部分著重研究對經(jīng)過上述預(yù)處理之后的甘薯樣品進行油炸實驗，包括如下目的:探討超聲預(yù)處理減少油炸甘薯中含油率的可能性;探討經(jīng)過預(yù)

4、處理的甘薯樣品在深度油炸時的傳質(zhì)動力學(xué);確定超聲預(yù)處理對油炸甘薯的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地及顏色動力學(xué)的影響;探討超聲預(yù)處理對油炸甘薯的感官和營養(yǎng)含量（類胡蘿卜素和維生素C）的影響。
　　在優(yōu)化超聲波輔助甘薯滲透脫水的過程中，超聲波頻率為20-50kHz，超聲波預(yù)處理時間為10-30min，同時在30℃的處理溫度下，蔗糖的濃度為20-60％(w/v)。根據(jù)實驗需求不同超聲探頭的直徑范圍在1-3cm之間。響應(yīng)參數(shù)由脫水量、固形物增量以及物料減少量

5、來表示。結(jié)果表明，當超聲波頻率從20-35kHz時，脫水量和物料減重量均增加，隨后隨著頻率的繼續(xù)增加(35-50kHz)而減少。超聲波頻率、預(yù)處理時間和蔗糖濃度均被證明對脫水量有很重要的影響，預(yù)處理時間和蔗糖濃度同時也被證明對物料減少量有重要影響。對于固形物增量而言，只有蔗糖濃度對其有顯著性影響。經(jīng)過優(yōu)化，獲得的最佳參數(shù)為:超聲頻率33.93kHz、超聲處理時間30min、蔗糖溶液濃度35.69％(w/v)。在該最優(yōu)加工條件下，脫水量和

6、物料減少量達到最大值，分別為21.62％和17.23％;固形物增量達到最小，為4.40％。這說明低頻率超聲波有利于甘薯的滲透脫水，同時也減少了甘薯滲透脫水時蔗糖的使用量。
　　超聲預(yù)處理對甘薯滲透脫水的傳質(zhì)動力學(xué)、結(jié)構(gòu)、類胡蘿卜素和維生素C的含量有一定的影響。在本實驗中，超聲探頭的直徑為2cm、頻率為28kHz、最大功率為300W。在室溫下(30℃)，超聲預(yù)處理時間分別為20、30、45和60min。用阿蘇阿拉模型用來確定動力學(xué)參

7、數(shù)。所建模型的擬合相關(guān)系數(shù)為0.92-0.98、卡方值小于0.6、均方根誤差小于0.9、平均相對偏差小于10％，說明該模型能與實驗數(shù)據(jù)高度匹配。相比蒸餾水超聲(UD)和無超聲滲透脫水(OD)，采用超聲輔助滲透脫水預(yù)處理(UOD)明顯具有較高的傳質(zhì)系數(shù)(0.0690/min;0.0456/min)，較高的脫水平衡值(33.11％)和固形物增量(6.5487％)，及較好的樣品結(jié)構(gòu)。相比UD和UOD，經(jīng)過OD處理的樣品含有最高的類胡蘿卜素保留

8、量。但是超聲被證明在UD和UOD預(yù)處理樣品時可以提高樣品中維生素C的保留量。
　　對超聲預(yù)處理如何影響滲透脫水之后甘薯的擴散系數(shù)、質(zhì)地和顏色進行了進一步的研究。在所有的預(yù)處理中，水分含量和溶質(zhì)的擴散系數(shù)的范圍分別為2.89×10-10-4.95×10-10和1.17×10-10-1.67×10-10 m2s-1。經(jīng)過UOD處理后的樣品的水分擴散率明顯高于(p＜0.05)經(jīng)過OD(32.82％)和UD(41.62％)處理。同時經(jīng)UO

9、D處理的樣品質(zhì)地也發(fā)生了最大程度的改變，相比未處理的樣品松軟了92.47％。結(jié)果進一步表明，經(jīng)過UD處理的甘薯樣品其亮度(L*)增加而紅色色度（a*）減小;而經(jīng)過UOD處理的甘薯樣品其黃色色度（b*）和顏色濃度（C*）同時增加。甘薯樣品經(jīng)過UOD處理顯示出最大的總色差(△E)。結(jié)果進一步表明，未經(jīng)過任何預(yù)處理的甘薯樣品的平均色度值(Ho)為66.24°，而經(jīng)過UD、OD和UOD處理過的甘薯樣品平均色度值的范圍分別為為64.49-71.9

10、°，63.41-72.62°和54.68-61.39°。
　　經(jīng)過預(yù)處理的甘薯樣品分別在130、150、170℃的油溫下油炸2、4、6、8和10min。一級反應(yīng)的動力學(xué)模型與該過程中樣品的水分損失和油量吸收的傳質(zhì)速率高度匹配(R2范圍在0.82-0.98之間)。經(jīng)過UOD及OD預(yù)處理的甘薯樣品被證明水分含量最低，而經(jīng)過UD處理的甘薯樣品的含油量在油溫150和170℃時最低，分別為65.11和71.47％。在150和170℃時，所有

11、經(jīng)過預(yù)處理的樣品的k值均高于未經(jīng)過與處理的樣品。因此，該結(jié)果表明，超聲波預(yù)處理在深度油炸中可以有效地降低樣品含油量。
　　實驗探討了超聲波預(yù)處理對油炸甘薯的質(zhì)地、顏色、結(jié)構(gòu)、類胡蘿卜素和維生素C的含量、感官評定的影響。部分甘薯樣品在130、150、170℃的油溫下分別油炸2、4、6、8和10min，研究其質(zhì)地和顏色的變化情況;其他樣品在150℃的油溫下油炸6min，研究其結(jié)構(gòu)、類胡蘿卜素和維生素C的含量及感官評定的變化情況。結(jié)果表

12、明，相比未經(jīng)過預(yù)處理的樣品，經(jīng)過UD處理的甘薯樣品的最大標準化F值無顯著性的變化(p＞0.05);而經(jīng)過UOD及OD預(yù)處理的甘薯樣品有顯著性的變化(p＜0.05)，同時甘薯樣品的硬化速度也遠遠高于未處理的樣品。尤其是經(jīng)過UOD處理的樣品相比其他更有優(yōu)勢，例如亮度高、紅色色度低、黃色色度適中、總色差小。甘薯樣品的質(zhì)地及顏色動力學(xué)呈溫度依賴性，在本實驗中用活化能來表示。經(jīng)過OD處理的甘薯樣品相比未處理樣品的類胡蘿卜素含量有顯著性的變化(p＜

13、0.05)，而經(jīng)過UOD和UD處理的樣品較對照組無顯著性差異(p＞0.05)。維生素C含量的變化情況與類胡蘿卜素大致類似。結(jié)果進一步表明，相比對照組，UD處理的樣品在油炸之后其結(jié)構(gòu)中僅僅只含有極少油量，或者沒有油殘留。這也證實了以前實驗的結(jié)果，經(jīng)過UD預(yù)處理的樣品含油量要低于其他方法與處理的樣品。感官分析還表明了未經(jīng)處理的樣品和超聲預(yù)處理的樣品之間并沒有顯著性的差異。
　　從上述情況中可以明顯看出超聲波預(yù)處理可以很好地應(yīng)用于工業(yè)滲