风味山药脆片脆化工艺的优化

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(贺州学院食品科学与工程技术研究院,广西贺州 542899)

山药(Dioscoreaopposita)为多年生缠绕草本,主要产地有河南、湖南、广西等。广西贺州市种植的山药营养丰富,2015年贺州市贺街镇的山药种植面积达1500多亩,总产量约一千多万斤,产值近千万元。山药富含淀粉、多糖、蛋白质、氨基酸、皂甙、尿囊素多种微量元素[1-2],对人和动物有特殊的生物活性功能[3]。特别具有调节免疫、抗氧化抗衰老、降血糖、降血脂、抗突变、抗肿瘤和调整消化系统等作用[4]。

目前,国内外对山药加工集中在山药片、山药鲜切产品、山药全粉和山药饮料等方面的研究。对山药鲜切产品方面的研究而言,大多学者研究的山药鲜切产品的货架寿命普遍维持在6～9 d左右[5]。随着人们生活质量的提高,山药鲜切产品也逐渐失去了其市场占有率,因此山药鲜切产品的发展前景不大。对山药粉[6-7]和山药饮料[8-9]而言,目前的研究已较为深入。对于山药脆片而言,目前加工技术主要以油炸为主,然而油炸类食品普遍存在脂肪含量高、易上火等问题。随着生活水平的提高和保健意识的增强,人们更青睐于健康的休闲食品。

真空微波干燥技术不需要进行油炸,也能达到脆化的目的,避免了高油、高热量对人体健康的危害,不仅节省资源,而且可以保留山药中的热敏性营养成分,更利于人体的健康[10-12]。任广跃等[13-14]采用真空微波干燥设备对鲜切怀山药进行了真空微波组合干燥，结果表明在干燥处理开始至物料含水率达到50%的范围之内,建立MR-t模型时发现水分比与干燥时间就已直接呈线性关系,不再需要套用经验模型。化春光[15]对怀山药片进行真空微波干燥，实验发现建立MR-t模型时水分比与干燥时间就已直接呈线性关系,不再需要套用经验模型。陈艳珍[16]以新鲜怀山药为实验对象,建立新鲜怀山药的干燥模型,通过分析三种经验薄层干燥模型得出:Page薄层干燥模型较单项扩散模型和指数模型更适合表达怀山药的干燥规律。

上述学者均采用真空微波干燥技术初步探讨研究了山药的干燥特性以及建立了相关的数学模型,但大多以山药原片为实验对象,研究其干燥特性及干燥动力学模型,而在风味山药脆片脆化工艺方面的研究鲜有报道。因此,利用真空微波干燥技术研究开发不同风味的山药健康休闲食品显得尤为重要。本文以山药为原料,采用真空微波干燥技术对青柠味、番茄味、香辣味三种风味山药脆片的脆化工艺进行研究,以期满足不同人群对风味的需求,为健康风味山药脆片休闲食品的开发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

山药 广西贺州周边地区;食盐、青柠果粉、味精、五香粉、番茄粉、辣椒粉、十三香、白砂糖等 贺州市泰兴超市;抗坏血酸、氯化钙 食品级,广州化学试剂厂;柠檬酸 食品级,成都市科龙化工试剂厂;硫酸铜、硫酸钾、硫酸、硼酸、氢氧化钠、95%乙醇、磷酸二氢钾、盐酸 分析纯,广州化学试剂厂;无水乙醚、石油醚 分析纯,广州牌化学试剂;甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;磷酸氢二钾 分析纯,成都市科龙化工试剂厂;月桂基硫酸盐胰蛋白胨肉汤、EC肉汤 生化试剂，广东环凯微生物科技有限公司。

物料盒 食品级,贵阳新奇微波工业有限公司;MB23水分测定仪 奥豪斯仪器有限公司;YP1201N电子天平 上海天平仪器总厂;C21-SK2103型多功能电磁炉 广州美的生活电器制造有限公司;BCD-225SLDA冰箱 青岛海尔集团股份有限公司;ZWY-240恒温培养振荡器 上海智城分析仪器制造有限公司;DK-91-II电炉 天津市泰斯特仪器有限公司;YXQ-LS-50SII型高压灭菌锅 上海博迅实业有限公司;HH-8数显恒温水浴锅 江苏金坛市环宇科学仪器厂;ATN-300自动凯氏定氮仪 上海洪纪仪器设备有限公司;WBZ-10型智能化静态真空微波干燥机 贵阳新奇微波工业有限公司;TA.XT Plus物性测定仪 英国Stablemicro Systems。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 原料挑选→清洗→去皮→切片→护色→漂烫→煮制调味液→浸渍调味→沥干、摆盘→真空微波脆化→包装→检验→成品→包装[17]

青柠味山药片:取新鲜、无破损、大小相对一致的山药,经清洗后,将其切成一定厚度的山药片,把山药片放入0.50% NaCl、0.20%柠檬酸和0.25%抗坏血酸组成的复合护色液护色10 min;捞出山药片置于沸水中漂烫,进行灭酶,6 min后捞出;再以食盐3.0%、青柠果粉6.0%、味精1.6%、五香粉0.12%、白砂糖4.0%组成的调味液进行调味处理,调味完毕,捞出沥干,然后置于物料盒内,进行真空微波干燥脆化。

番茄味山药片:取新鲜、无破损、大小相对一致的山药,经清洗后,将其切成一定厚度的山药片,把山药片放入0.50% NaCl、0.20%柠檬酸和0.25%抗坏血酸组成的复合护色液护色10 min；捞出山药片置于沸水中漂烫,进行灭酶,6 min后捞出;再以食盐2.0%、番茄粉4.0%、五香粉0.12%、白砂糖5.0%组成的调味液进行调味处理,调味完毕,捞出沥干,然后置于物料盒内,进行真空微波干燥脆化。

香辣味山药片:取新鲜、无破损、大小相对一致的山药,经清洗后,将其切成一定厚度的山药薄片,把山药片放入0.50% NaCl、0.20%柠檬酸和0.25%抗坏血酸组成的复合护色液护色10 min；捞出山药片置于沸水中漂烫,进行灭酶,6 min后捞出;再以食盐2.0%、辣椒粉2.4%、十三香0.12%、白砂糖4.5%组成的调味液进行调味处理,调味完毕,捞出沥干,然后置于物料盒内,进行真空微波干燥脆化。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 微波功率的选择 在真空度-90 kPa,微波时间12 min,切片厚度3 mm,装载量2000 g/m2的条件下,通过设定不同的微波功率0.5、1.0、1.5和2.0 kW干燥青柠味山药片,以感官评分和脆度为评定指标,确定较佳的微波功率。

1.2.2.2 微波时间的选择 在真空度-90 kPa,微波功率1.5 kW,切片厚度3 mm,装载量2000 g/m2的条件下,通过设定不同的微波时间8、12、16和20 min干燥青柠味山药片,以感官评分和脆度为评定指标,确定较佳的微波时间。

1.2.2.3 切片厚度的选择 在真空度-90 kPa,微波时间12 min,微波功率1.5 kW,装载量2000 g/m2的条件下,通过设定不同的切片厚度1、3、5和7 mm干燥青柠味山药片,以感官评分和脆度为评定指标,确定较佳的切片厚度。

1.2.2.4 装载量的选择 在真空度-90 kPa,微波时间12 min,微波功率1.5 kW,切片厚度1 mm的条件下,通过设定不同的装载量1500、2000、2500和3000 g/m2干燥青柠味山药片,以感官评分和脆度为评定指标,确定较佳的装载量。

1.2.3 正交优化试验 在单因素实验的基础上,正交优化试验中选取微波功率、微波时间、装载量为实验因素,以感官评分、脆度为指标,采用三因素三水平正交表L9(34)进行优化实验,具体的实验设计见表1。

表1 正交实验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.4 指标测定方法

1.2.4.1 脆度的测定 采用TA.XT Plus型物性测定仪测定调味山药脆片的脆度。使用P2探头,测前速度1 mm/s,测试速度2 mm/s,测后速度10 mm/s,穿刺距离8 mm,测试调味山药脆片的脆度值,脆度定义为以爆裂时的力与爆裂时的时间的比值[18]。理论上,脆度值越小,脆片的酥脆性越好[19]。

式(1)

式中:F为脆片爆裂时的力大小,g;t为探头接触脆片到脆片爆裂时所用的时间,s。

1.2.4.2 感官评定 由10名专业的食品感官评价员对风味山药脆片的气味、外观状态、口感做出综合评定。评分标准见表2。

表2 风味山药脆片感官评分标准Table 2 The sensory scoring standard of flavored yam chips

1.2.4.3 理化指标的测定 蛋白质含量的测定、脂肪含量的测定、筛下物的测定参照GB/T 23787-2009。水分含量的测定,使用MB23水分测定仪测定风味山药脆片的水分含量[20]。

1.2.4.4 微生物指标的测定 菌落总数检验,参照GB4789.2-2016;大肠杆菌检验,参照GB 4789.38-2012;沙门氏菌检验,参照GB 4789.4-2012;志贺氏菌检验,参照GB 4789.5-2012;金黄色葡萄球菌检验,参照GB 4789.10-2016。

1.3 数据处理

实验数据采用Excel 2010进行处理,用OriginPro 8.5软件进行图表的绘制,用SPSS 19.0软件对实验数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素实验的结果分析

2.1.1 微波功率对青柠味山药脆片品质的影响 由图1可知,随着微波功率的增大,青柠味山药脆片的感官评分呈现先上升后下降的趋势。当微波功率为1.5 kW时感官评分达到最大值,最大值为81分;当在微波功率为2.0 kW条件下干燥时,青柠味山药脆片出现了少量的中心焦化现象,但总体的品质较好。

图1 微波功率对青柠味山药脆片感官评分的影响Fig.1 Effect of different microwave power on sensory scores of lime flavored yam chips

由图2可知,随着微波功率的增大,青柠味山药脆片的脆度值先下降后上升。当微波功率为0.5 kW时,部分的青柠味山药脆片边沿呈现绵软状态,脆片不够脆。这是由于在一定的时间下,微波功率过低,物料吸收的微波剂量有限,内部的水分不能被完全干燥出来,此时的脆度为828 g/s;当微波功率为1.0 kW时,此时的青柠味山药脆片脆度较好,脆度值为585 g/s;当微波功率为1.5 kW,此时的青柠味山药脆片的口感良好,其脆度值为551 g/s;当微波功率为2.0 kW时,足量的微波剂量被青柠味山药片吸收,其水分大量被干燥出来,因此较1.5 kW条件下的青柠味山药脆片而言,没有其酥脆,此条件下的脆片的脆度值为627 g/s。因此,综合感官评分和脆度这两项指标,可以确定微波功率1.5 kW为较佳水平。

图2 微波功率对青柠味山药脆片脆度值的影响Fig.2 Effect of different microwave power on brittleness value of lime flavored yam chips

2.1.2 微波时间对青柠味山药脆片品质的影响 由图3可知,随着微波时间的增大,青柠味山药脆片的感官评分先升高后降低。当微波时间为12 min时,感官评分最高,为81分;当微波时间为16 min时,少量的脆片出现了焦化现象,并伴有烧焦的味道;而当微波时间为20 min时,大部分的脆片已经被碳化,此时的脆片品质极差。

图3 微波时间对青柠味山药脆片感官评分的影响Fig.3 Effect of different microwave time on sensory scores of lime flavored yam chips

由图4可知,当微波时间为8 min时,大部分的青柠味山药脆片边沿处于呈现绵软状态,其脆度值为617 g/s;当微波时间为12 min时,其脆度为551 g/s,此时的脆片酥脆性较好;当微波时间为20 min时,大部分的脆片已经被碳化,其组织疏松,因此与16 min时的脆片相比,其脆度变差;较12 min条件下的脆片而言,16、20 min条件下脆化的脆片,脆度值较大,脆片口感偏硬。因此,在12 min条件下脆化的脆片酥脆性好。综合感官评分和脆度这两项指标,可以确定微波时间12 min为较佳水平。

图4 微波时间对青柠味山药脆片脆度值的影响Fig.4 Effect of different microwave time on brittleness value of lime flavored yam chips

2.1.3 切片厚度对青柠味山药脆片品质的影响 由图5、图6可知,随着切片厚度的增大,青柠味山药脆片的感官评分呈现下降的趋势,而脆度值呈现直线上升的趋势,且上升的幅度很大,这说明随着切片厚度的增大,青柠味山药脆片的品质变差;当切片厚度为7 mm时,感官评分为61分,脆度值高达1230 g/s,此条件下的脆片口感差,无脆感;当切片厚度为5 mm时,感官评分为62分,脆度值为671 g/s,脆片较硬;而当切片厚度为1 mm时,脆片的感官评分为87分,脆度值为437 g/s,此条件下脆化的脆片口感好、酥脆。山药质地脆,无法进行机械切片,在实际生产中都是对山药进行破碎重组。在本实验中,由于以山药原片为实验对象,以手工的方式进行切片,无法达到相差0.5 mm的要求,因此在正交优化实验中,切片厚度都选用1 mm。

图5 切片厚度对青柠味山药脆片感官评分的影响Fig.5 Effect of different slice thickness on sensory score of lime flavored yam chips

图6 切片厚度对青柠味山药脆片脆度值的影响Fig.6 Effect different slice thickness on brittleness value of lime flavored yam chips

2.1.4 装载量对青柠味山药脆片品质的影响 由图7、图8可知,随着装载量的增加,青柠味山药脆片的感官评分先上升后下降，脆度值呈现先下降后上升的趋势。当装载量为1500 g/m2时,由于物料过少,过多的微波能不能被完全吸收,以致出现了部分脆片中心焦化的现象,并伴有少量的焦化味,在该条件下脆化的感官评分为72分,脆度值为706 g/s;当装载量为2000 g/m2时,脆片的感官评分为87分,脆度值为569 g/s,此条件下的脆片口感好、酥脆;而当装载量为2500 g/m2时,少部分的物料边沿还处于绵软状态,但中心部位较硬,感官评分为75分,脆度值为740 g/s;当装载量为3000 g/m2时,大部分的物料的边沿基本处于绵软状态,无脆感。这是由于物料过多,没有足够的微波能供物料吸收,以致大部分的水分没有被干燥出来,此时的物料感官评分为65分,脆度值为762 g/s。因此,综合感官评分和脆度这两项指标,可以确定装载量2000 g/m2为较佳水平。

图7 装载量对青柠味山药脆片感官评分的影响Fig.7 Effect of different loading capacity on sensory score of lime flavored yam chips

图8 装载量对青柠味山药脆片脆度值的影响Fig.8 Effect of different loadings on brittleness value of lime flavored yam chips

2.2 正交优化实验结果分析

按照表1中确定的因素及水平值,以脆度和感官评分为检测指标,进行3因素3水平正交实验。结果见表3。

两项指标中,脆度越小,感官评分越大，说明产品品质越好。由表3分析可知,微波功率、微波时间、装载量对调味山药片微波干燥环节都有影响,其中对于脆度指标,装载量影响最大,其次是微波时间;对于感官指标,微波时间影响最大,微波功率和装载量影响相同。其中脆度和感官评分最佳工艺都是A2B2C1,恰为正交实验第5组，该组合的脆度为523 g/s,感官评分为90分,都是所有组合中的两项指标的最优值。因此,综合考虑,青柠味山药脆片真空微波脆化环节最佳因素水平组合为A2B2C1,即微波功率1.5 kW、微波时间12 min、装载量1750 g/m2。

表3 正交试验因素结果Table 3 Results of orthogonal experiment

2.3 正交最优结果验证

为进一步研究优化工艺的可靠性和合理性,将已确定的青柠味山药脆片的最佳真空微波条件(真空度-90 kPa,微波功率1.5 kW、微波时间12 min,装载量1750 g/m2)对青柠味山药片进行验证,重复3次。

在该条件进行实验,最终得出青柠味山药脆片的脆度值为521 g/s,感官评分为91分,两项评分都优于正交实验结果中的A2B2C1组合,验证结果表明,优化后的脆化条件结果稳定、可靠。

采用Duncan检验法,在真空度-90 kPa,微波功率1.5 kW、微波时间12 min,装载量1750 g/m2的最优工艺条件下,对三种不同风味山药脆片进行显著性分析,结果如表4所示。

由表4可知,在该条件进行实验,三种风味脆片的脆度和感官评分都不存在显著性差异。因此,验证结果表明,正交优化条件适合这三种风味脆片的脆化工艺,优化后的脆化条件结果稳定、可靠。

表4 最优条件下三种风味山药脆片的脆度及感官评分Table 4 Brittleness value and sensory score of three flavored yam chips under the optimal conditions

2.4 风味山药脆片成分测定结果

食品的质量不仅体现在良好的感官品质,还应包括营养成分含量。为此,按照常规的分析方法,对三种不同风味山药脆片中的蛋白质、脂肪等含量进行了测试,结果如表5所示。

表5 风味山药脆片成分测定结果Table 5 Composition results of flavored yam chips

由表5可知,所得的风味山药脆片的理化指标符合GB/T 23787-2009《非油炸水果、蔬菜脆片》的规定。目前,市场上主要是河南谷力佳食品有限公司采用传统油炸技术生产的山药脆片,其蛋白质含量为0.28 g/100 g,脂肪含量为2.6 g/100 g。风味山药脆片的水分含量≤5.0%，筛下物≤5.0%，这两项均符合GB/T 23787-2009《非油炸水果、蔬菜脆片》的规定。 本文采用最新的食品非热加工技术研制风味山药脆片,对比可知,本文研制的风味山药脆片是蛋白质含量较高、脂肪含量很低的健康食品。

2.5 风味山药脆片微生物指标测定结果

风味山药脆片微生物指标测定结果如表6所示。由表6可知,所得的风味山药脆片的微生物指标符合GB/T 23787-2009《非油炸水果、蔬菜脆片》标准规定。

表6 风味山药脆片微生物指标测定结果Table 6 Microbiological index results of flavored yam chips

3 结论

风味山药脆片最佳真空微波脆化条件为切片厚度1 mm,真空度-90 kPa,微波功率1.5 kW、微波时间12 min,装载量1750 g/m2。在该真空微波脆化条件下制备出的青柠味山药脆片脆度值为520.33 g/s,感官评分为90.67分,蛋白质含量为8.7 g/100 g,脂肪含量为0.20 g/100 g;番茄味山药脆片脆度值为523.67 g/s,感官评分为89.33分,蛋白质含量为8.8 g/100 g,脂肪含量为0.22 g/100 g;香辣味山药脆片脆度值为525.00 g/s,感官评分为90.00分,蛋白质含量为8.8 g/100 g,脂肪含量为0.20 g/100 g;所得的风味山药脆片口感好、品质佳。