张 娟，于有伟，张 丽

(山西师范大学工程学院，山西临汾041000)

甘薯俗称红薯、番薯、地瓜等，属旋花科一年生植物，原产于南美洲，传入中国已有400多年的历史［1］。作为食品，甘薯营养丰富，以干重计，在其块根中含有淀粉 37.6%～77.8%、可溶性糖 1.68%～36.02%、蛋白质2.24%～12.21%、脂肪0.2%～1.73%、粗纤维约0.5mg/100g、钙约46mg/100g、胡萝卜素约1.3mg/100g，营养价值不低于米面，俗称“土人参”［2］。经常食用可对某些疾病有很好的预防作用。尤其是近年来，随着甘薯低热量与低脂肪的营养学特性以及高居食品榜首的抗癌保健作用逐渐被消费者认知。甘薯中的养分，碳水化合物占干物重的80%～90%，主要由淀粉和糖类组成。甘薯的风味和口感在很大程度上取决于其含糖量的多少，鲜食、烘烤和果脯加工用品种要求高含糖量。薯块中总糖主要由蔗糖、葡萄糖、果糖组成，三者均为可溶性糖［3］。因此，可溶性糖含量是衡量甘薯品质的重要指标之一。本文通过选用蒸、烤、炸三种工艺对甘薯进行加工，从而分析可溶性糖含量的变化，并进一步研究提取因素对可溶性糖含量的影响，为甘薯的质量评估和综合开发利用提供依据。此外，甘薯在加工过程中，水分含量也发生变化，而可溶性糖在人体内的消化吸收率与水分含量关系密切。关于不同加工方法对甘薯可溶性糖和水分含量的变化，国内外目前未见报道。因此本研究对于深度开发红薯具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘薯、色拉油 山西省临汾市银河超市;苯酚、浓硫酸、蔗糖、蒸馏水 山西师范大学工程学院实验室。

RJ－TDL－40C低速台式离心机 无锡市瑞江分析仪器有限公司;WFJ7200可见分光光度计 尤尼柯仪器有限公司;FA1004电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;LSY电热恒温水浴锅 北京医疗设备厂;远红外线电热食品烤箱 广东多丽食品机厂制造;GZX－9246MBE数显鼓风干燥箱 上海博迅事业医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 实验材料处理 将甘薯进行三种不同加工方式的处理。蒸制是将甘薯置于100℃蒸汽下蒸制40min，烤制是将甘薯切块置于200℃的烤箱中烤85min，油炸是将甘薯切片(厚度在0.5mm左右)后置于色拉油中炸10min。取样时从样品甘薯上、中、下三层分别取出检样，取可食部分(去皮)，然后混合缩减至所需数量的平均样品(样品处理好后应尽快取样测定，防止水分含量等指标的变化)［4］。

1.2.2 水分含量的测定 采用烘箱法测定水分含量［5］。

1.2.3 可溶性糖含量的测定

1.2.3.1 甘薯中可溶性糖的提取 准确称取0.1g甘薯样品，放入100mL的烧杯中，先用少量蒸馏水调成糊状，然后加入25mL蒸馏水，搅匀，置于50℃恒温水浴中保温20min，使可溶性糖浸出。将滤出液(含沉淀)转移到50mL离心管中，于3000r/min下，离心10min。沉淀可用20mL蒸馏水洗一次，再离心。将两次离心的上清液收集在100mL容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，混匀，作为待测液。

1.2.3.2 可溶性糖含量的测定 吸取0.5mL样品液于试管中，用蒸馏水补至2mL，加入9%苯酚1mL，迅速加5mL浓硫酸。摇匀后，在室温下静置30min，以不含蔗糖溶液的空白为参照，在485nm波长下，比色测定吸光度。根据标准曲线计算出甘薯中可溶性糖含量。

可溶性糖含量(%)=从回归方程求得糖的量/吸取样液的体积×提取液量×稀释倍数/样品干重× 100［8］

1.2.4 实验设计

1.2.4.1 单因素实验 影响水提取可溶性糖含量的主要因素有提取时间、提取温度和料液比等。实验分别对其进行了单因素实验与分析，以确定各因素的影响效果及适宜范围。

1.2.4.2 优化实验 根据单因素实验及分析结果，选择有现实意义的因素水平建构正交实验设计表进行主要因素优化实验。用极差分析法对实验内容进行统计分析。

表1 烤制40min时的正交实验因素水平表Table 1 Orthogonal experimental factors and levels of 40min during baking

表2 蒸制24min时的正交实验因素水平表Table 2 Orthogonal experimental factors and levels of 24min during steaming

2 结果与分析

2.1 蔗糖标准曲线的绘制

采用苯酚－硫酸法［6］，以蔗糖为标准品，测定的标准曲线［7］如图1所示。

图1 可溶性糖标准曲线Fig.1 Standard curve of soluble sugar

2.2 蒸制对甘薯中可溶性糖含量的影响

由图2可知，蒸制刚开始，甘薯中的可溶性糖大幅度的增加，随时间的延长，可溶性糖含量仍持续增加。在24min时达到最大值，在处理末期，其呈下降趋势，但是幅度不大。蒸制对甘薯中水分含量的影响较小。

2.3 烤制对甘薯中可溶性糖含量的影响

图2 蒸制过程中水分和可溶性糖的动态变化Fig.2 Variation of moisture and soluble polysaccharose in stearning processing

由图3可知，虽然烤箱烤制是一种加热过程，但是对甘薯中水分含量的影响并不明显，这表示烤箱烤制在加热过程中甘薯内部水分的转移很少［10］。但是烤制对甘薯中可溶性糖影响比较复杂:加热起初阶段可溶性糖含量呈上升趋势，可能是由于淀粉在加热条件下分解所致，而后可溶性糖含量又逐渐下降，是因为烤制过程中是植物组织疏松，可溶性糖部分渗出组织。末期可溶性糖含量又上升，其原因需进一步研究。为了使实验更精确在34～51min之间取点测定可溶性糖含量得出在40min时达到最大值43.23%，此时水分含量为62.85%。

图3 烤制过程中水分和可溶性糖含量的动态变化Fig.3 Variation of moisture and soluble polysaccharose in baking processing

2.4 炸制对甘薯中可溶性糖含量的影响

由图4可知，与蒸制及烤制不同的是，油炸过程中甘薯的水分含量急速降低。甘薯中的可溶性糖含量也随油炸时间的延长而降低，原因可能与水分含量下降有关。在感官评定中，蒸制、烤制有明显的甜味而油炸过的甘薯基本没有甜味，在此得到了验证。

图4 炸制过程中水分含量和可溶性糖的动态变化Fig.4 Variation of moisture and soluble polysaccharose in frying processing

2.5 单因素实验与分析

从以上实验得出，在烤制40min时可溶性糖含量达到了最大值，蒸制在24min时可溶性糖含量达到了最大值。以下是提取因素对这两种加工方式的影响做了进一步研究。

2.5.1 对烤制40min的甘薯进行单因素分析

2.5.1.1 料液比对可溶性糖提取的影响 根据预实验，称取1g样品用不同量的蒸馏水进行浸提，提取时间为20min，提取温度为50℃。从图5中可以看出，料液比对甘薯中可溶性糖的提取的影响不是很明显，但是在200mL时提取比较彻底，可溶性糖含量达到了最大值。在150mL时可能由于提取不彻底，导致含量较低，而250、300mL时，由于蒸馏水过量，导致样品浓度下降，可溶性糖含量同样较低。

图5 料液比对甘薯可溶性糖提取量的影响Fig.5 Effect of ration of material to liquid on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.1.2 时间对可溶性糖提取的影响 根据上一因素的研究，采用上面得出的最佳料液比1g∶200mL，在提取温度为50℃条件下，采用不同的提取时间对甘薯中的可溶性糖进行提取。由图6可知，可溶性糖含量随时间的延长先升高而后下降，在20min时达到最佳状态。可能是由于加热条件有利于淀粉的降解，而加热时间过长反而会使可溶性糖凝聚与沉淀表面，不利于水的浸提导致含量下降。

图6 时间对甘薯可溶性糖提取量的影响Fig.6 Effect of time on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.1.3 温度对可溶性糖提取的影响 由于前面已经得出提取的最佳料液比 1g∶200mL，最佳时间20min，所以将采用不同的温度对可溶性糖的提取进行研究，结果如图7。

从图7可知，可溶性糖含量随温度的升高先上升而后大幅度下降，在40℃时取得最大值。可溶性糖含量在30～40℃范围内，随温度的升高，可溶性糖的溶解性和渗透能力逐渐提高。但温度高于40℃时可溶性糖的提取量反而会下降，其原因可能是提取温度过高，热作用降低了某些化学反应的活化能，增加可溶性糖之间或是可溶性糖和甘薯内的其他物质之间的碰撞，形成了新的化学键，不利于提取液的提取［12］。

图7 温度对甘薯可溶性糖提取量的影响Fig.7 Effect of temperature on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

2.5.2 对蒸制24min的甘薯进行单因素分析

2.5.2.1 料液比对可溶性糖提取的影响 根据预实验，同样称取1g样品用不同量的蒸馏水进行浸提，提取时间为20min，提取温度为50℃。从图8中可以看出，料液比对甘薯中可溶性糖的提取的影响不是很明显，但是在250mL时提取比较彻底，可溶性糖含量达到了最大值。在150、200mL时可能由于提取不彻底，导致含量较低，而在300mL时，由于蒸馏水过量，导致样品浓度下降，可溶性糖含量同样较低。

图8 料液比对甘薯可溶性糖提取量的影响Fig.8 Effect of ratio of material to liquid on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batats

2.5.2.2 时间对可溶性糖提取的影响 根据对料液比这一因素的研究，采用上面得出的最佳料液比1g∶250mL，在提取温度为50℃条件下，采用不同的提取时间对甘薯中的可溶性糖进行提取。由图9可知，可溶性糖含量随时间的延长先升高而后下降，在30min时达到最佳状态。可能是由于加热条件有利于淀粉的降解，而加热时间过长反而会使可溶性糖凝聚于沉淀表面，不利于水的浸提导致含量下降［13］。

2.5.2.3 温度对可溶性糖提取的影响 由于前面已经得出提取的最佳料液比 1g∶250mL，最佳时间30min，所以在此条件下将采用不同的温度对可溶性糖的提取进行研究，结果如图10。

图9 时间对甘薯可溶性糖提取量的影响Fig.9 Effect of time on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

图10 温度对甘薯可溶性糖含量的影响Fig.10 Effect of temperature on the extraction rate of soluble polysaccharose from ipomoea batatas

从图10可知，可溶性糖含量随温度的升高先上升而后下降，但变化幅度不是很大。在50℃时取得最大值。呈现此趋势可能是因为可溶性糖含量在30～50℃范围内，随温度的升高，可溶性糖的溶解性和渗透能力逐渐提高［14］，增大了提取率。但温度高于40℃时可溶性糖的提取量反而会下降，其原因可能是提取温度过高，热作用降低了某些化学反应的活化能，增加可溶性糖之间或是可溶性糖和甘薯内的其他物质之间的碰撞，形成了新的化学键，降低了提取效果。

2.6 正交实验与分析

2.6.1 对烤制40min的甘薯进行正交实验与分析用水作提取剂提取甘薯中可溶性糖是个重要的单元，关键因素将直接影响到提取含量。为了更进一步研究料液比A，提取时间B以及提取温度C三个关键因素与甘薯可溶性提取量之间的关系。在单因素的研究基础上，以0.1g烤制40min的甘薯样品为基材，可溶性糖含量为指标，采用L9(34)正交表进行实验，寻找最佳的提取工艺［15］。

结果分析表明:由表3可得，直观最优水平组合是A2B1C2，通过极差分析正交实验结果可知，最优组合为A2B2C2，影响甘薯中可溶性糖提取的因素主次为A＞C＞B，即对可溶性糖提取影响最大的是料液比，其次是温度，时间的影响最小。为了得到最优的提取参数，需要做验证实验，结果见表4。

通过实验验证可得，甘薯中可溶性糖的最佳工艺条件为A2B2C2，提取因素为料液比1g∶200mL，提取时间为20min，提取温度为40℃，此时的提取率是41.03%。

2.6.2 对蒸制24min的甘薯进行正交实验与分析 为了更进一步研究料液比A，提取时间B以及提取温度C三个关键因素与蒸制24min的甘薯可溶性提取量之间的关系。在单因素的研究基础上，以0.1g蒸制24min的甘薯样品为基材，可溶性糖含量为指标，采用L9(34)正交表进行实验，寻找最佳的提取工艺。

表3 烤制40min的正交实验结果Table 3 The results of orthogonal test of 40min during baking

表4 烤制40min最佳水平验证实验Table 4 The best level verification test of 40min during baking

结果分析表明:由表5可得，直观最优水平组合是A2B1C2，通过极差分析实验结果可知，影响甘薯中可溶性糖提取的因素主次为A＞C＞B，即对可溶性糖提取影响最大的是料液比，其次是温度，时间的影响最小。而理论上得出的最优组合为A2B2C2，与实验得出结论不符，所以需要做验证实验，结果见表6。

通过实验验证可得，甘薯中可溶性糖的最佳提取工艺条件为因素为料液比1g∶250mL，提取时间为20min，提取温度为50℃，此时的提取率是51.31%。

3 结论

蒸、烤加工方式对甘薯中水分含量的动态影响不大，炸制随时间的延长，水分急速下降。烤制过程中，甘薯中的可溶性糖含量先增加而后降低，在处理末期又呈上升趋势。蒸制过程中，甘薯中可溶性糖含量先增加而后降低。油炸过程中可溶性糖含量呈下降趋势。正交实验结果表明:以蒸制24min的甘薯为原料，对可溶性糖提取影响最大的是料液比，其次是温度，时间的影响最小。水提取可溶性糖的最佳工艺条件是料液比1g∶250mL，提取时间为20min，提取温度为50℃，提取率达到41.03%。以烤制40min的甘薯为原料，对可溶性糖提取影响最大的是料液比，其次是温度，时间的影响最小。水提取可溶性糖的最佳工艺条件是料液比1g∶200mL，提取时间为20min，提取温度为40℃，此时的提取率是51.31%。

表5 蒸制24min的正交实验结果Table 5 The results of orthogonal test of 24 min during steaming

表6 蒸制24min最佳水平验证实验Table 6 The best level verification test of 24min during steaming

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