（食品科学专业论文）熟化甘薯干燥特性研究.pdf

熟化甘薯的干燥特性研究 专业：食品科学 研究生闰志农指导教师卢晓黎 摘要：本课题对甘薯熟化特性和干燥特性进行了探讨性研究，得到甘 薯最佳熟化方法和熟化条件。对熟化甘薯的热风干燥特性和微波干燥特性 进行了对比研究，并分别总结出熟化甘薯热风干燥数学模型和微波干燥数 学模型，为甘薯干制品的产业化生产提供理论基础。 根据实验结果：甘薯最佳熟化条件为：薯块大小为8x 8x8 m m ，薯块 与水比例为3 ：5 ，熟化方法为热水漂烫，熟化时间4 m i n 。 热风干燥最佳条件为：干燥温度7 5 。c ，熟化方法为热水漂烫，铺料 密度为7 6 k g m = ，干燥速率为0 3 m s o 5 m s 。熟化甘薯的干燥模型 m r2e - r r v ，：e - 4 6 0 2 8 2 + o 0 0 6 9 6 1 t + 1 5 7 6 7 5 v - o 3 2 5 4 8 p ， = o 7 2 5 0 3 + 0 0 0 4 8 3 一0 0 9 4 5 0 v + 0 0 3 6 7 6 p ，f = 1 1 0 2 3 5 ( 0 0 0 1 ) 。 微波一热风联合干燥条件为：微波发射功率0 8 2 1 2 3 w g 、缓苏时间 3 0 4 5 m i n 、转换水分含量6 5 7 0 、热风温度7 2 7 8 。c 。数学模型为： q u = 3 0 5 8 2 9 8 9 2 4 5 4 5 6 5 9 2 ，+ o i z ：- 0 2 7 3 9 9 4 0 2 9 8 4 9 0 z 。一0 3 8 7 5 7 0 z 。z - + o 0 5 2 8 2 8 z ：z 。十0 0 0 0 3 9 7 z ：z ：+ o 0 9 3 0 4 8 z ，z + o 0 0 0 1 4 8 z 。z 。+ o 0 0 0 6 6 9 2 3 z a + 0 2 7 1 3 4 1 2 4 z ，- 0 0 0 2 2 5 1 z 。z ：+ o 0 0 2 1 3 6 z 。z 。+ o 0 0 0 7 5 9 z 。z 。 s p = 2 7 8 1 9 6 1 7 2 + 2 5 3 2 4 9 6 0 2 + 1 0 11 5 5 0 z t 一1 5 3 6 5 6 6 2 。一6 3 6 2 3 2 6 2 4 + 4 0 5 7 2 3 9 2 z ，z i 一0 6 8 4 3 8 1 z ：z 。+ o 0 0 2 5 7 4 z 。z ：+ o 2 0 6 7 7 3 z 。z 。+ 0 0 0 0 6 5 3 z 。z z + 0 0 0 9 7 5 2 2 。z 。一0 9 4 1 0 7 1 z 。z 。一0 0 0 8 2 7 9z 4 z ：+ o 0 0 3 4 1 7 2 4 2 3 0 0 4 4 4 5 6 2 4 z 一。 e x h = 一4 2 2 0 3 6 6 3 8 + 1 。3 5 5 1 8 1 z ：十0 1 6 4 6 0 6 z ：+ 0 8 5 5 3 3 0 2 3 + 1 0 8 9 1 8 2 2 6 己一 1 7 0 2 9 1 9 9 z ，z l 一0 2 0 1 8 2 0 z 。z 。一0 0 0 1 6 1 9 z ，z ：一0 2 2 5 9 4 2 z ，z + o 0 0 0 0 1 1 9 9 5 z ，z 2 + 0 0 0 0 4 9 6 z 。z 。+ 0 5 7 3 2 2 8 z d z ，+ o 0 0 0 1 8 0 z 。z 2 0 0 1 1 8 3 3 z d z 。一0 0 6 9 5 1 l z 。z 一。 关键词：熟化甘薯；干燥特性；数学模型 c o o k e ds w e e tp o t a t od r y i n gc h a r a c t e r i s t i cs t u d y f o o ds c i e n c es p e c i a l t y p o s t g r a d u a t e ：z h i - n o n gy a nf a c u l t ya d v i s e r ：x i a o l il u a b s t r a c t ：t h ep a p e rs t u d i e dt h e c o o k i n gc h a r a c t e ra n dt h ed r y i n g c h a r a c t e ro fs w e e tp o t a t o ，a n dc o n c l u d e dt h eb e s tc o o k i n gm e t h o da n d c o n d i t i o n b yt h ec o n t r a s to fh o ta i rd r y i n gc h a r a c t e ra n dm i c r o w a v ed r y i n g c h a r a c t e ro fc o o k e ds w e e tp o t a t o c o n c l u d e dt h eh o ta i rd r y i n gm a t h e m a t i c m o d e la n dt h em i c r o w a v ec t r y i n gc h a r a c t e rm a t h e m a t i cm o d e lo fi t t h e s e m a t h e m a t i cm o d e l ss u p p l ys o m et h e o r e t i ci n f o r m a t i o nt ot h ep r o d u c t si n d u s t r y o f s w e e tp o t a t o a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so f t h ee x p e r i m e n t s ，t h eb e s tc o o k i n gc o n d i t i o no f s w e e tp o t a t oi st h a tt h es i z ei s8 x 8 x 8 m m t h ep r o p o r t i o nb e t w e e nm a t e r i a l s a n dw a t e ri s3 ：5 ，t h ec o o k i n gw a yi sb l a n c h i n ga n dt h ec o o k i n gt i m ei s4 r a i n t h eh o t - a i rd r y i n gc o n d i t i o ns h o u l db et h a tt h ed r y i n gt e m p e r a t u r ei s7 5 ，也ec o o k i n gm e t h o di sb l a n c h i n g , t h ed e n s i t yo f m a t e r i a l si s7 6k g m 2 t h e d r y i n gv e l o c i t yi so 3 m s - - 0 5 m s t h ed r y i n gm a t h e m a t i cm o d e li s ： m r = f 一r ：矿。6 0 璐。_ 0 0 6 9 6 t t + l 3 7 酗5 砌s 艄p ? n = 0 7 2 5 0 3 + 0 0 0 4 8 3 t l 一0 0 9 4 5 0 v + 0 0 3 6 7 6 p ，f = 1 1 0 2 3 5 ( 0 0 0 1 ) t h em i c r o w a v e - h o ta i ru n i t e dd r y i n gc o n d i t i o ni st h a tt h er a d i a t i o np o w e r o f m i c r o w a v ei s0 8 2 1 2 3 w g ，t h ei n t e r v a li s3 0 4 5 m i n ，t h ew a t e rc o n t e n t i s6 5 7 0 a tt h eb e g i n n i n go ft h eh o t a i rd r y i n ga n dt h eh o t - a i rd r y i n g t e m p e r a t u r ei s7 2 7 8 c t h ed r y i n gm a t h e m a t i cm o d e li st h a t ： q u = 3 0 5 8 2 9 8 9 2 4 5 4 5 6 5 9 2 1 + 0 1 2 2 - 0 2 7 3 9 9 4 0 2 9 8 4 9 0 7 - 4 - 0 3 8 7 5 7 0 z i z i + o 0 5 2 8 2 8 2 2 z j + o 0 0 0 3 9 7 2 2 z 口+ o 0 9 3 0 4 8 2 3 2 1 + o 0 0 0 1 4 8 2 3 2 2 + 0 0 0 0 6 6 9 2 3 2 3 + o 2 7 1 3 4 1 2 4 z i 一0 0 0 2 2 5 1 7 - - 4 2 2 + 0 0 0 2 1 3 6 2 4 2 3 + o 0 0 0 7 5 9 2 4 乙 s 7 f 2 7 8 1 9 6 1 7 2 + 2 5 3 2 4 9 6 0 2 1 + i 0 1 1 5 5 0 z a - i 5 3 6 5 6 6 2 3 - 6 3 6 2 3 2 6 2 4 + 4 0 5 7 2 3 9 2 z i z i - 0 6 8 4 3 8 1 2 2 z l + o 0 0 2 5 7 4 2 2 2 2 + o 2 0 6 7 7 3 2 3 z l + o 0 0 0 6 5 3 z ，z 2 + o ，0 0 9 7 5 2 2 3 2 3 0 9 4 1 0 7 1 2 4 z ) - 0 0 0 8 2 7 9 2 4 2 2 + o 0 0 3 4 1 7 2 4 2 3 0 0 4 4 4 5 6 z 函。 e x h = - 4 2 2 0 3 6 6 3 8 + 1 3 5 5 1 8 1 z i + o 1 6 4 6 0 6 2 2 + 0 8 5 5 3 3 0 2 3 + 1 0 8 9 1 8 2 2 6 2 4 - 1 70 2 9 1 9 9 z f z f - 0 2 0 1 8 2 0 2 2 2 1 - 0 0 0 1 6 1 9 2 2 2 2 - 0 2 2 5 9 4 2 2 3 z l + o ，0 0 0 0 1 1 9 9 5 2 3 2 2 + o 0 0 0 4 9 6 2 3 2 3 + o 5 7 3 2 2 8 2 4 z l + o 0 0 0 1 8 0 乙z 2 0 0 1 1 8 3 3 2 4 2 3 0 0 6 9 5 1 l z 函。 k e y w o r d s ：c o o k e ds w e e tp o t a t o ；d r y n e s sc h a r a c t e r ；m a t h e m a t i c a lm o d e l i l l 四川大学硕士学位论文 声明 本人所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学所有，特此声明。 9 3 四川大学硕士学位论文 1 前言 甘薯又称红薯、红苕、地瓜，是我国重要的生物资源。甘薯富含膳食纤维、 粘液多糖蛋白，是一种生理呈碱性的食物，具有极好的医学价值和营养价值。 中国是世界上最大的甘薯生产国，随着粮食生产的不断发展，人们直接食用甘 薯越来越少，甘薯从单一的粮食作物转向经济作物，让甘薯加工业蓬勃兴起是 让农民脱贫至富的一条有效途径。 根据有关部门统计，我国甘薯直接做饲料的占5 0 ，工业加工占1 5 ，直 接食用占1 4 ，用作种薯占6 ，另有1 5 因保藏不当而霉烂掉“1 ，要充分利用 甘薯资源，必须加强甘薯食品的加工和综合利用。 甘薯全粉是甘薯加工产品之一，它是将鲜甘薯经过洗涤和修削、切制等前 处理，再经过熟化、干燥后制粉而成的粉状食品，能够较长时间地保存，且保 持了新鲜甘薯的营养和风味，可直接食用，也可作为多种食品的再加工原料。 本课题受成都派立食品有限公司委托，进行了甘薯熟化特性和干燥特性的 探讨性研究，总结了甘薯的熟化特性和干燥特性，希望能找到一种加工甘薯颗 粒全粉的方法，这种颗粒全粉在复水后具有与熟化后的新鲜甘薯极接近的感官、 理化指标，从而实现甘薯全薯食品加工的原料储备，同时填补我国甘薯颗粒全 粉市场的空白，为我国甘薯产业经济的发展提供一些理论支持。 1 1 甘薯资源分布及化学成分 甘薯( i p o m o e a b a t a t a sl a 乩) 又名红薯、地瓜、山芋，属旋花科一年生植 物，大约有5 0 个属1 0 0 0 多个品种，广泛种植与世界上1 0 0 多个国家，在世界 几种主要粮食作物产量中排第7 位啪。 1 1 1 甘薯资源分布 甘薯原产于南美洲，1 6 世纪后叶引入中国。据联合国粮农组织( f a o ) 统计， 世界上共有1 1 1 个国家栽培甘薯，栽培面积主要分布在亚洲、非洲的发展中国 家，其次为拉丁美洲，欧洲面积极少。甘薯在我国已有4 0 0 余年的种植历史， 种植区域除高寒地区外，几乎遍布全国圆，尤以黄淮平原、四川和东南沿海各省 山丘地带较为集中。仅次于水稻、小麦和玉米，居第4 位。目前，甘薯在我国 璺型查兰堡圭兰篁丝兰 的种植面积已达1 1 亿亩，约占全世界的7 0 ，年产量在l 亿吨以上，占全世 界产量的8 0 。 1 1 2 甘薯化学成分 表1 国内外对甘薯块根( 鲜重) 的主要营养成分分析 竺!鲨翌釜兰竺：! 竺! 竺竺 水分( 1 0 0 )7 1 17 0 17 0 2 6 8 4 能量( k j ，l o o g ) 4 3 8 能量( k c a l l o o )1 0 5 蛋白质( )1 4 3 淀粉( )2 0 1 糖( )2 3 8 食物纤维( )1 6 4 粗纤维( ) 脂肪( ) 0 1 7 灰分( ) 0 7 4 矿物质( m 1 0 0 曲 钙( c a )2 9 磷( p ) 5 1 镁( m g ) 2 6 钠( n a )5 2 钾( k )2 6 0 硫( s )1 3 铁(fe)049 铜( c u ) o 1 7 锌( z n )0 5 9 锰(mn)0il 铝(a1)082 硼(b)010 维生素含量( i n g l e ) v a 0 0 1 l v b l 0 0 8 6 v b 20 0 3 1 v c2 4 3 8 7 - l _ 2 1 1 8 9 7 2 5 0 6 - 2 2 4 7 1 3 1 9 3 2 0 1 6 0 7 o 1 6 - ， - - 0 6 7 o 1 0 o 0 6 2 5 - - 0 8 0 1 4 1 1 3 0 3 7 1 2 4 7 3 8 0 - 0 4 - - 0 0 7 7 o 1 0 0 0 2 8 1 5 2 5 8 0 8 51 2 0 1 2o 3 o 9 30 9 2 2 3 l - 1 1 - - o 6 9 0 1 1 0 7 0 3 4 4 6 5 l 1 o 0 7 1 o 0 8 0 0 5 2 0 烟酸 o 6 00 80 4 50 6 6 2 m” i 1 忉 四川大学硕士学位论文 p 烟酸 有机酸( m e j l o o g ) 草酸 苹果酸 柠檬酸 限制性赖氢酸 亮氨酸 胰蛋白酶抑制剂 胰凝蛋白酶抑制剂 甘薯是富含淀粉的块根作物，国内外对甘薯根块的营养成分进行了大量的 研究。据江苏徐州甘薯研究中心( 1 9 9 4 ) 对7 9 0 份甘薯分析，以干物质计，粗 淀粉含量3 7 6 7 7 8 ，粗蛋白2 2 4 1 2 2 1 5 ，可溶性糖1 6 8 3 6 0 2 ，每1 0 0 鲜薯胡萝卜素含量最高达到2 0 8 1 m g 。亚洲蔬菜研究和发展中心( 1 9 9 2 ) 对1 6 0 0 份甘薯进行分析，甘薯干物率为1 2 7 4 7 8 0 2 ，糖含量为8 7 8 2 7 1 4 5 ，蛋 白质含量为1 3 4 1 1 0 8 ，纤维素含量为2 7 0 7 6 0 。胡萝h 素含量为0 0 6 1 1 7 1 m g l o o g 鲜薯。b r a d b u r ya n dt t o l l o w a y ( 1 9 8 8 ) 对5 个南太平洋国家1 6 4 个甘薯品种、p a u l 和s o u t h g a t e 、w e n k a m 对1 个夏威夷品种、p e t e r s 对3 个中 美洲品种的营养成分进行了分析，甘薯块根除含量有大量的淀粉( 5 3 2 8 4 ， 平均2 0 1 ) 、可溶性糖( 2 3 8 ) 外，还富含多种人体必需的维生素、氨基酸、 蛋白质、脂肪、食物纤维以及钙、铁等矿物质，尤其富含维生素a 。 由上表可知，不同国家和不同品种的样品间可能存在的巨大差异，但有些 结果的差异是允许的，例如b r a d b u r y 铡定的含糖量( 2 3 8 m g l o o g ) 与p a u l 测 定的含糖量( 9 7 m g l o o m g ) 的较大差异，这是由于前者使用的品种多数是薯肉 味白色品种，而后者报道是薯肉为黄色的品种，其含糖量的维生素a 的含量就 相对要高的多。 林妙娟( 1 9 9 4 ) 通过与米饭、熟面、马铃薯和芋头等食物的营养成分比较 可以看出，每百克甘薯的含量、蛋白质含量、脂肪含量、含糖量、磷铁含量与 上述主要食物没有明显的差异，而食用纤维含量、含钙量、特别是维生素a 的 含量远远大于上述主要食物，说明甘薯营养平衡、完全，营养价值不亚于米、 3 m 。m。，oq 们 盯孙趴弼b肌 四川大学硕士学位论文 面。这与中国医学科学院( 1 9 5 6 ) 的研究结果( 粗纤维含量0 5 m g l o o g t 钙 4 6 m g 1 0 0 9 ，胡萝卜素含量1 3 1 m g 1 0 0 9 ) 基本一致。 表2 甘薯和其他几种主要食物每l o o g 重的成分含量( 林妙娟，1 9 9 4 ) 1 1 3 甘薯营养保健作用 甘薯是一种碱性食品，人体摄入后，能中和肉、蛋、米，面所产生的酸性 物质，故可调节人体酸碱平衡，有益健康。我国传统医学认为，甘薯性味甘平， 有孙脾胃、养心神、益气力、通乳汁、消疮肿、治夜盲等功效。 1 1 3 1 胡萝卜素 甘薯富含胡萝卜素，尤其是黄色及橙色薯肉品种，维生素a 含量可高达 4 0 m g l o o g 鲜薯，胡萝卜素被人体吸收后，可以转化为维生素a 。维生素a 能维 持正常的视觉功能。缺乏维生素a 是一个严重的健康问题，是引起贫苦地区儿 童失明的主要原因，食用甘薯则可避免维生素a 缺乏症。中国预防医学科学院 ( 2 0 0 1 ) 的研究表明，吃饱仅仅是满足人体对蛋白质和热能的需要，中国入普 遍存在“潜在饥饿”，即缺乏各种微量营养素，5 5 的人缺乏维生素a ，缺乏维生 素a 者在青海省高达6 5 。因此在许多以大米为主食的国家，特别是非洲和亚洲 国家正在采取措旅，鼓励食用黄色薯肉的甘薯。目前联合国将食用甘薯列入解 决非洲儿童和妇女维生素a 缺乏症的重要计划( 2 0 0 1 ，c i p ) 。 。川。舻特惮气 甘薯v | ，、v 坼的含量是大米的6 倍，面粉的2 倍。b 族维生素是氨基酸代谢 及糖代谢中多种酶的辅助因子。缺乏维生素b ：，易发生口角炎、舌炎、视力下 4 四川大学硕士学位论文 降、自内障、角膜炎、阴囊炎、脂溢性皮炎等症。维生素e ，又名生育酚，是强 氧化剂，具有抗衰老和维持人类生殖机能的作用，还具有维持骨骼肌、平滑肌 和心肌的功能，对促进毛细血管增生、改善微循环、降低过氧化脂质、抑制血 栓形成、防治动脉硬化和心脏血管疾病有一定作用。 i 1 3 3v c 甘薯的、c 含量很高，是苹果、葡萄、梨的1 0 3 0 倍。v c 又名抗坏血酸，在 人体代谢中具有多种功能，既可以氧化型又可以还原型存在于体内，是生命活 动极重要的物质。它参与细胞间质胶原蛋白的合成，降低毛细血管的脆性，可 防治坏血病；加强血胆固醇的分解与排泄，降低胆固醇；能与毒物结合转化成 无毒物排出而起解毒作用；将难吸收的三价铁转变成易吸收的二价铁，能治疗 贫血及出血性疾病；防治感冒，提高人体对疾病的抵抗力；并有报道它能阻止 亚硝酸铵的形成，有一定的抗癌作用。 i 1 3 4 食用纤维 甘薯所含纤维相当于米面的1 0 倍，其质地细腻，不伤肠胃，能加快消化道 蠕动，有助排便，清理消化道，缩短食物中有毒物质在肠道内的滞留时间，减 少因便秘而引起的人体自身中毒，降低肠道致癌物质浓度，预防痔疮和大肠癌。 同时纤维素能吸收一部分葡萄糖，使血液中含糖量减少，有助于预防糖尿病。 1 1 3 5 钾 甘薯含钾量高，它可以减轻因过分摄取盐分而带来的弊端。钾还是保护心 脏的重要元素。由于钾是碱性元素，甘薯p h 值为1 0 3 1 ，是生理碱性食品，有 中和体液的作用。人体是一个酸碱平衡的机体，正常人的体液呈弱碱性，p h 值 7 3 5 7 4 5 ，血液酸化时，人体四肢发凉，易感冒，伤口不易愈合，严重时可 直接影响脑与神经的功能( 如记忆力、思维能力减弱或精神疾病) ，且是许多慢 性病发生的温床。因此在食物丰富的今天，不能光吃大鱼大肉、大米面等这一 类酸性食品，适当食用甘薯，有利于保持血液的酸碱平衡，对人们的健康、发 育和智力开发都有益处。 s 四川大学硕士学位论文 1 1 3 6 钙、铁、磷等矿物质 钙、磷是骨骼的重要成分，磷又是蛋白质的组成成分。铁是血红蛋白的特 有成分。硒是对刺激免疫球蛋白有重要影响的元素，有防癌、防止动脉硬化及 防衰老的作用。硒还是一个极强的抗氧化剂，能加速体内过氧化物的分解，使 恶性肿瘤得不到分子氧的供应，从而起到抑制肿瘤的作用。 1 2 国内外开发研究现状 1 2 1 甘薯功能性成分的研究现状 甘薯( i p o m e ab a t a t a s 厶) 作为一种高产稳产、耐旱、耐瘠、易种易繁的 粮食作物早已为人们所熟悉；但其独特的营养保健作用曾一度被人所忽视。上 世纪8 0 年代初，日本科学家研究认为，甘薯抗癌作用位居4 0 种蔬菜之首此 后，发达国家都将其视为天然营养保健食物嘲。近年来，甘薯功能性质逐渐引 起了世界各国科学家的重视，研究内容主要集中在以下几个方面。 ( 1 ) 色素类提取物及其抗突变功能 y o s h i m o t o m a k o t o 等人，在1 9 9 9 年对甘薯根的水提物进行了抗突变的实 验，证明了对于杂环胺类的致突变的物质，含有花色苷色素的甘薯具有很好的 抑制作用。他们也证明了所提取的2 种色素3 一( 6 ，6 - 咖啡基阿魏基槐糖苷) 一5 一 葡萄糖苷的花青素和甲基花青素有效的抑制了小鼠肝脏中的杂环胺、t r p p - l ， t r p - p - 2 和i q 0 1 。s u d a - i k u o 等人在2 0 0 1 年又对甘薯中花色瞢色素的抗突变作 用进行了研究，结果表明花青素的抗突变作用要大于甲基花青素，而脱乙酰基 的花青素的抗突变能力明显的下降，咖啡酸的抗突变能力在花色苷色素的有机 酸、咖啡酸、阿魏酸和对羟基苯甲酸中的抗突变能力是最强的。在2 0 0 2 年研 究了紫皮甘薯中提取的酰基花色苷在小鼠体内的吸收利用情况。结果表明酰基 花色苷在体内可以执行很好的生理功能。血浆中的抗氧化剂含量服用花色苷 3 0 r a i n 后由( 鹃o 1 2 o ) m o l l 增加到( 8 9 2 6 8 ) m o l l 。 ( 2 ) 酮类提取物及其抗癌功能 美国费城医学院的生物化学家阿塞维兹教授，从甘薯中分离出一种叫“去 氧表雄酮”的生物活性物质，可以预防结肠癌和乳腺癌。对脑细胞和内分泌腺 素的活力有很大的促进作用，故能延缓智力衰退和增加人体的抵抗力。法国科 6 四川大学硕士学位论文 学家阿瑟施瓦茨研究发现，甘薯中含有拟名为脱氢表雄甾酮的物质，它也存 在于人体内，且随着人的年龄的增长而减少，实验证实，脱氢表雄甾酮能抑制 腺癌的发生m ( 3 ) 糖酯类提取物抗癌功能 日本m i c h i o k a 等人，将甘薯的叶、根通过在沸水中提取，然后在甲醇、氯 仿中用超声波混合。通过两相界面分离法得到一种糖酯，并且通过硅胶柱色谱 纯化。这种物质被证实能够抑制癌细胞的蔓延并且能够提高对癌细胞的鉴别能 力。这种物质可以在甘薯淀粉生产的废水中提取，也可以用鲜甘薯直接提取， 然后再通过加工制成具有抗癌能力的食品m 。 ( 4 ) 脂肪醛族类提取物及其降血脂功能 s h i y o u 等人，在1 9 8 4 年，从甘薯的茎和叶中通过一些有机溶剂( 例如， 苯) 提取，通过硅胶柱色谱纯化得到了一种以直链脂肪醛为主的物质，并且证明 了这种物质对降低血液中的胆固醇具有很好的疗效，所以开发这种产品作为降 血脂剂，提出成人每天服用5 0 1 0 0 0 m g 具有很好的效果嘲。 ( 5 ) 有机酸类提取物及其抗氧化和抑制黑色素功能 h a y a y s e 等人，对甘薯7 0 甲醇的提取物进行了研究，发现在这些提取物 中的主要成分是绿原酸和异绿原酸，并且证明了这些物质具有很强的抗氧化能 力 9 ：s h i m o z o n o 等人发现这种酸类物质还具有抑制黑色素的能力“”。 ( 6 ) 糖和蛋白结合物类提取物及其多种生理功能 日本的营养学家发现，甘薯含有丰富的粘液蛋白，这是一种多糖与蛋白质 混合物，对人体有特殊的保护作用，能保持消化道、呼吸道、关节腔、膜腔的 润滑和血管的弹性，由于这种物质可防止脂类物质在动脉管壁上沉积而引起的 动脉硬化，可以防止肝及肾脏等器官结缔组织的萎缩，可以减缓人体器官的老 化，提高肌体免疫力n ” 西南农业大学的阚健全等人对甘薯糖蛋白类物质进行了研究，他们通过在 实验室内将甘薯粉碎后通过水提法得到糖蛋白的粗品，再通过柱色谱的分离得 到糖蛋白的纯品，他们证明在这种实验条件下得到的甘薯糖蛋白是一种分子量 在6 2 x 1 0 4 ，糖含量为8 0 9 6 ，蛋白质含量为1 0 7 的物质。在此基础上，对提 取物进行了抗突变、降血脂、增强免疫调节的功能性实验，这些实验结果表明， 甘薯糖蛋白具有很好的抗突变、降血脂和增强免疫力的作用陋。 7 四川大学硕士学位论文 k u s a n o s h u i c h i 等人在2 0 0 0 年报道了白皮甘薯( w s s p ) 的抗糖尿病活性， 小鼠的高血胰岛素含量在喂养w s s p 3 、4 、6 、8 周后分别降低了2 3 、2 6 、5 0 、 6 0 ，在耐葡萄糖实验中，经过7 周的实验，血液中血糖含量得到了有效的控制， 通过口服w s s p 后血液中的三酰基甘油酯和游离脂肪酸的含量显著降低“”；在 2 0 0 1 年报道了从w s s p 中提取的抗糖尿病的成分，他们通过水透析，9 5 的乙醇 沉淀，1 5 的二氯乙酸处理和超滤、柱层析处理，发现抗糖尿病成分分子量在2 2 x1 0 4 左右；这种物质被推测可能是酸性的糖蛋白“”。 ( 7 ) 甘薯贮藏蛋白提取物及其多种生理功能 甘薯贮藏蛋白作为甘薯主要蛋白质来源，对甘薯的营养品质有决定性作用， 据研究报道，甘薯贮藏蛋白具有蛋白酶抑制剂活性。在对甘薯贮藏蛋白的氨基 酸测序中发现，它的氨基酸序列与大豆中k u n i t z t y p e 型胰蛋白酶抑制剂的氨 基酸序列有很大的相似性，将其转入烟草细胞中表达，表达出的甘薯贮藏蛋白 具有有效的抗虫作用，这从实践上证明甘薯贮藏蛋白作为一种蛋白酶抑制剂在 植物保护反应中所具有重要作用。利用这一特点，甘薯贮藏蛋白基因在转基因 抗虫植物的研究中可很到广泛应用。 e s p mj c 等研究发现，甘薯贮藏蛋白也具有抗氧化活性。它能消除1 ，1 - 2 - 苯基一苦基偕踪脐( d p p h ) 自由基和经基自由基。d p p h 自由基常用来判断苯酚类化 合物、花色素苷等物质的抗氧化活性。 ( 8 ) 甘薯新品种s i m o nn o 1 中的混合型提取物及其多种生理功能s i m o n n o 1 甘薯是巴西联邦国立农科大学发现的药用甘薯品种，在临床上对各种出血 疾病及胰岛素非依赖型糖尿病有显著的疗效“”。 国内外的学者对它的研究由来已久，日本学者h a s h i m o t o 等人对从巴西引 种的s i m o nn o 1 的甘薯进行研究，通过甲醇和氯仿等物质从甘薯的根和叶中 提取了一种且一谷固醇、阿魏酸酯和一些三萜类的混合物，并且证明这种物质具 有一定的生理功能“”。中国学者对s i m o nn o 1 也有研究，向仁德等人对s i m o n n o 1 叶的乙醇提取物进行了研究，得到槲皮甙、槲皮素、商陆黄素等8 种化 合物n ”；谭桂山等人从中提取了脂溶性成分，分析得到为谷甾酮、木栓酮、咖 啡酸、槲皮素等物质o ”；福建医科大学的许建华、叶庆林等人对s i m o nn o 1 的 抗癌作用进行了详尽的研究，他们从甘薯的茎叶中提取不同部位，用水及有机 溶剂回流法，获得水提、醇提、氯仿提取物，并将这些提取物分别对癌细胞株 8 四川大学硕士学位论文 以及小鼠体内肿瘤进行了活性实验，找出了最佳的用量和条件删。 1 2 2 甘薯加工的护色技术研究现状 ，一 由于甘薯中含有多酚氧化酶( p p o ) ，在加工过程中，甘薯中的酚类物质在 多酚氧化酶的作用下发生氧化形成醌类物质进而形成黑色素。甘薯在深加工过 程中产生的褐变会严重影响其产品的感官质量和深层次的加工，使甘薯重要的 工业应用价值不能较好的发挥出来。因此，甘薯的护色是甘薯产品开发和市场 接受的关键技术之一。在甘薯类食品的实际生产加工中，护色的方法应该简单、 生产成本低廉。现在，一般利用柠檬酸、抗坏血酸和亚硫酸钠来护色，其效果 较理想。生产上可根据实际情况选择一种或几种复配使用。姜绍通等研究指出， 在甘薯去皮条件下，柠檬酸、抗坏血酸和亚硫酸钠的最适作用量分别为0 0 1 0 0 5 ，o 0 0 5 0 0 1 ，0 0 5 o 1 。 1 2 3 甘薯加工的开发研究现状 按照甘薯块根在不同领域的利用，也可分为在淀粉工业的应用、调味品工 业中应用、风味食品中的应用、饮料工业中应用、酿酒工业中的应用及制糖工 业中应用，下面将分别详细描述甘薯在不同领域中的应用及其前景： 1 2 3 1 甘薯在淀粉工业中研究开发现状 甘薯主要作为工业原料，可制成甘薯淀粉、变性淀粉或淀粉制品。鲜甘薯 水分含量高，不易贮存，因此多制成淀粉储藏，甘薯淀粉的加工可采用鲜薯加 工或甘薯干加工。 甘薯淀粉深加工是淀粉工业可持续发展的方向，尤其是变性淀粉加工前途 光明。变性淀粉是利用物理、化学或酶法改变淀粉的天然性质的淀粉的衍生物。 主要有预糊化淀粉、氧化淀粉、糊精、环状糊精、醚化淀粉，交联淀粉和接枝 共聚物等淀粉，广范应用于食品、纺织、医药、冶金工业等领域。 我国变性淀粉生产起步较晚，目前投入工业化生产仅有十几个品种，但占 不到淀粉总产量的1 ，而欧美国家已占到2 0 3 0 ，因此，我国用甘薯制备交 性淀粉市场大有潜力可挖。 9 四川大学硕士学位论文 1 2 3 2 甘薯在调味品工业中研究开发现状 以甘薯为原料，可以加工制成甘薯酱、甘薯果酱、甘薯醋及酱油、味精等 调味品。食醋作为一种古老的调味品，具有保健和医疗方面的功效。甘薯块根 中，淀粉含量高，易于蒸煮糊化，含脂肪及蛋白质较少，发酵过程中升温幅度 小，且含还原糖较多，发酵时可为酵母迅速利用，所以出酒率高，经醋酸发酵 后得率相对较高。为节约粮食，现酿造业都在寻找酿醋代有原料，而且范围已 显著扩大，目前采用的原料有玉米、甘薯、马铃薯及粮食的下脚科。甘薯的营 养成分及药用价值使其在调味品市场中的前景更加广阔。 1 2 3 3 甘薯在风味食品中研究开发现状 薯类食品加工在世界食品市场份额较大，前景广阔。以英国为例，每年大 约有2 0 0 万吨马铃薯用于加工成薯类食品。在美国，甘薯、马铃薯被制成多种 风味食品。我国甘薯类食品也是丰富多彩，如方便食品、快餐食品、薯粉、薯 片；休闲食品如膨化薯片、薯脯等；甘薯罐头，甘薯糕点等。在国内，以甘薯 制成的儿童食品市场前景更好。总之，干薯风味食品具有味美、食用方便、种 类齐全、营养丰富等特点，市场潜力巨大。 1 2 3 4 甘薯在饮料工业中研究开发现状 以甘薯为原料经发酵制成各种饮料制品，如甘薯果啤饮料、甘薯酸奶、甘 薯格瓦斯等。格瓦斯饮料在国际上是与可口可乐并驾齐驱的两大饮料之一，具 有天然发酵的醇香味，营养丰富，低醇，除了消暑解渴外还可以增进人体消化 功能，以甘薯制作的格瓦斯是一种理想的保健饮品。工艺流程如下： 原料处理一去皮一切片一蒸煮一粉碎一酶处理一加热一过滤一接种发酵一 降温过滤一灭菌一低温贮藏 1 2 3 5 甘薯在酿酒工业中研究开发现状 在我国，以甘薯为原料可发酵酿造酒精、白酒及黄酒等。在酒精工业中， 杆数已作为酿造酒精的三大主要原料( 玉米、薯类、糖蜜) 之一。 下面介绍一种以鲜薯为原料生料酿制白酒的工艺，甘薯酒精清凉不上火是 制救药的优良酒基，传统酿酒方法需要蒸煮不仅劳动强度大，而且能源消耗量 四川大学硕士学位论文 大，成本高。生料酿酒可节约能源，为酿造业的发展方向。原料配方：根霉菌 1 5 、曲霉菌5 、酵母菌2 0 、糖化剂4 0 、犁头霉1 0 、毛霉5 、白地霉5 ， 充分混合，晒干即成特制酒药。 工艺流程：鲜薯一破碎一拌酒药一发酵一拌疏松剂一蒸馏一成品 1 2 3 6 甘薯在制糖工业中研究开发现状 ( 1 ) 生产淀粉糖 甘薯原料中含有大量淀粉，是加工淀粉糖浆的理想原料。可以根据不同的 目的和产品要求，可生产不同品种的产品，如转化糖浆，异构化糖浆，结晶糖， 氢化糖浆等，分类图卜1 所示。 转化糖浆中麦芽糊精具有许多独特的理化性能，易于人体吸收，在功能性 食品中得到广泛应用。低聚糖主要成份为麦芽糖、麦芽三糖至麦芽八糖等，含 葡萄糖量很低，甜度低、粘度高，在美国、日本市场低聚糖作为一种新型甜味 剂，具有阻碍牙垢形成防止蛀牙的功能，尤其适于儿童、老人及病人的滋补保 健食品。大部分低聚糖还具有抗老化和不易结晶析出，有效防止淀粉类食品的 老化和蔗糖结晶析出的作用。 麦低低中高麦 芽聚转转转芽 糊糖化化化糖 精浆糖糖糖浆 浆浆浆 ( 2 ) 甘薯生产糖果制品 葡麦果 萄芽糖 耱糖 麦山甘氢果葡糖浆 芽梨露化 糖糖糖糖 醇醇醇醇 图i - i 淀粉糖生产分类图 四川大学硕士学位论文 食品中有一个很大的领域是含糖食品，常用的糖品有蜂蜜、蔗糖、淀粉糖 浆、饴糖等，糖果是以白糖、淀粉糖浆、饴糖为主体，加入香精、油脂、蛋品、 果仁等辅料制成。因加入辅料不同糖果的种类，风味各异、营养价值高低不同。 用甘薯淀粉糖浆制成的糖果有硬糖、软糖、奶糖等多个品种，其特点是口 感好、营养价值高、防止儿童蛀牙等功能，具有保健作用啪。 1 2 4 甘薯食品发展趋势 与国外相比，我国的甘薯食品加工品种相对单一，加工深度不够，缺少开 发高级产品的技术和手段。目前用淀粉加工的方便粉丝，实质上是一种传统产 品的工业化生产，它牺牲了甘薯中非常宝贵的膳食纤维、粘液蛋白及大部分维 生素、矿物质等营养成分在人们日益关注食物营养结构的今天，必须重新审 视甘薯食品的生产开发，利用当今生物技术等前沿科技开发档次高、有突破， 能在世界上产生重大影响的甘薯产品。目前思考的路子有；一是把生物技术等 新技术引入薯类的开发，走复合化，功能化的道路，开发甘薯保健食品等：二 是针对甘薯生产的季节性以及不耐贮藏性，着力于适用广泛的原料型甘薯食品 的开发，再造产品m 。 如果开发出能够保持甘薯独特香型和营养成分的甘薯全粉，便可能用以加 工出各类薯类食品，必将跳出小食品的局限。甘薯全粉具有较高的营养价值， 有利于居民的使用、贮存和运输，加工利用潜力很大。它保持了甘薯9 0 以上 的营养成份，因此保留了甘薯丰富的维生素、膳食纤维、多糖蛋白、生理碱性 物质、可溶性糖及钙、磷、铁等多种营养物质；食用方便，保持了薯类原料的 品质和风味，甘薯全粉复水后，具有熟鲜薯的独特风味，口感细滑爽；耐贮藏、 易运输，解决了薯类原料季节性强、贮存难的缺陷，可供应国际国内市场，周 年可利用；可以作为一种食品工业的基础原料，可加工出快餐甘薯复合营养粉、 膨化甘薯片、甘薯煎饼，甘薯馒头面包、甘薯面条、方便面、甘薯冰淇淋、雪 糕、甘薯粥、糕点等“”。甘薯全粉具有巨大的经济价值，能够带动农业和甘薯 加工业的发展，甘薯全粉的进一步发展研究是目前甘薯加工中急待解决的问题， 也是甘薯产业发展的趋势。 1 2 四川大学硕士学位论文 1 3 本课题研究的目的、内容及意义 1 3 1 本课题研究的目的及意义 据统计，我国甘薯年产量占全世界的8 0 ，稳居世界首位，但目前绝大部 分用于鲜食，这就大大限制了我国甘薯产业的发展。合理开发利用甘薯资源， 探讨甘薯深加工技术有利于推动我国甘薯产业的发展，有利于提高甘薯产区农 户的收入，提高农村生活水平。 传统的甘薯干燥工艺是将生薯直接切丝干燥，得到的甘薯制品风味差，不 具有加工可逆性，复水后无法还原成新鲜薯泥状。其主要原因是因为在甘薯特 有的色、香、味形成之前；就将其中含有的活性因子破坏了。本课题拟采用熟 化技术，使甘薯淀粉d 一化，同时固化甘薯特有的风味与色泽；深入研究甘薯 在不同干燥方式下的干燥特性，利用数据处理软件回归得到相应的数学模型， 得到较匹配的拟合曲线；优化甘薯干燥条件，用较低的能耗，较短的干燥时问 得到品质优良的甘薯干制品。 本研究应用广泛，能应用于甘薯颗粒全粉的加工，为实现甘薯全薯食品加 工的原料储备提供基础，为我国甘薯产业经济的发展提供一些理论支持。 1 3 2 本课题研究的内容 。 根据不同熟化度对干燥及终产品感官的影响，确定最佳的甘薯熟化度； 研究在熟化过程中，相同熟化度条件下，不同熟化方式对甘薯造成的营养成分 损失，确定合适的熟化条件。 对熟化鲜薯在热风干燥过程中的传热和传质速率进行研究，利用单项扩 散模型、指数模型、p a g e 模型分别对数据进行拟合，以得到具有代表性的甘薯 热风干燥失水模型。 研究甘薯在微波与热风联合干燥下的干燥特性，确立甘薯微波和热风联 合干燥下的干燥模型；比较微波一热风联合干燥与微波干燥、热风干燥的优劣性。 1 3 四川大学硕士学位论文 2 甘薯熟化工艺的研究 本课题研究热水漂烫、蒸汽加热和微波处理三种熟化方法对甘薯感官及理 化指标的影响，并确定最佳甘薯熟化方法及熟化度。 造成酶褐变而影响干制品的品质，从而固化甘薯特有的风味与色泽，再通过热 风干燥生产出具有良好甘薯风味的产品。 2 1 实验原理 2 1 1 甘薯淀粉性质及其熟化原理 甘薯熟化实际上主要是一个淀粉糊化的过程。 2 1 1 1 甘薯淀粉性质 甘薯淀粉颗粒的形状多为圆形，见图2 _ l 和表2 1 。此外，还有多边形等， 其表面光滑，无裂纹。用扫描电子显微镜上的微尺可测得甘薯淀粉颗粒粒径为 5 3 1 t m ，这与玉米淀粉和豌豆淀粉相当，但小于马铃薯淀粉。 表2 - 2 不同淀粉种类粒径范围n 。1 图2 - 1 淀粉微观结构嘲 1 4 四川大学硕士学位论文 甘薯淀粉颗粒的偏光十字很明显，交叉点位于颗粒中心，另外有相当部分 的甘薯淀粉颗粒偏光二卜字呈斜十字型( 见图2 - 2 ) m 。这表明甘薯淀粉颗粒具有 结晶区与非结晶区交替层的结构，这与洋葱的层状结构相似。 四 图2 - 2 甘薯淀粉的光学显微镜照片( 为偏振光，b 为普通光) 2 1 1 2 甘薯淀粉的熟化 生淀粉分子靠分子间氢键结合而排列得很紧密，形成结晶胶束区，彼此之 间的间隙很小，即使水分子也难以渗透进去。具有胶束结构的生淀粉称为b 一淀 粉。b 一淀粉在水中经加热后，一部分胶束被溶解而形成空隙，于是水分子浸入 内部，与余下部分淀粉分子结合，胶束逐渐被溶解，空隙逐渐扩大，淀粉粒因 吸水，体积膨胀数十倍，这种现象称为膨润现象。继续加热，胶束则全部崩溃， 形成淀粉单分子，并为水包围，而形成溶液状态，这种现象称为糊化，处于这 种状态的淀粉称为q 一淀粉。 糊化作用可分为三个阶段：可逆吸水阶段，水分进入淀粉粒的非晶质部 分，体积略有膨胀，此时冷却干燥，可以复原，双折射现象不变；不可逆吸 水阶段，随温度升高，水分进入淀粉微晶间隙不可逆大量吸水，结晶“溶解”； 淀粉粒解体阶段，淀粉分子全都进入溶液。各种淀粉的糊化温度不相同。即 使同一种淀粉因颗粒大小不一，糊化温度也不一致，通常用糊化开始的温度和 糊化完成的温度表示淀粉糊化温度，表：2 - 2 列出了几种淀粉的糊化温度嘲。 四川大学硕士学位论文 表2 - 2 几种淀粉的糊化温度 淀粉开始糊化c c ) 温度完全慧温度淀粉开始怂温度完全糊化c c ) 温度 粳米 5 9 6 1玉米6 47 2 糯米 5 86 3荞麦6 9 7 l 大麦 5 8 6 3马铃薯5 96 7 小麦 6 5 6 8