一款真空冷冻干燥胡萝卜黄花梨果蔬脆的研制

欧阳锐，江贻洁，王志辉，陈文韬，林渊智，施源德*

福建师范大学福清分校，食品软塑包装技术福建省高校工程研究中心（福清 350300）

胡萝卜含有丰富的维生素和纤维素，并含有益于机体健康的胡萝卜素，是生活中食用最多的蔬菜之一[1-2]。黄花梨是中国科学家新培育出的优秀砂梨品种，富含维生素、碳水化合物，以及矿物质如钙、铁、磷等，口感甜脆，有着良好食用和经济价值，但黄花梨存在采收期短，不易保存，微生物繁殖速度快，极易失水、变色及软化[3]，因此，黄花梨的贮运和保鲜及其新的衍生产品的开发成为研究热点。果蔬脆片是以果蔬为原料，通过脱水技术加工而成的口感酥脆的天然食品[4]。

传统的果蔬脆产品通常以一种水果或蔬菜为原料，经油炸脱水制成，存在含油量相对较高，容易生成丙烯酰胺等问题[5]。基于此，采用改进传统技术生产果蔬脆片，特别是真空冷冻干燥技术（FD）的应用成为研究热门。如侯春辉[6]以胡萝卜和马铃薯为主原料，采用4种不同干燥方式制备再造型复合脆片，探究干燥方式和原料配比对再造型复合脆片干燥特性与品质的影响，提出真空冻干干燥的复合脆片品质较佳，形态结构和营养成分都保持较好；段柳柳等[7]研究微波冻干技术制备怀山药脆片，并研究在干燥过程中的质构变化规律，提出微波冻干怀山药脆片干燥过程中的最佳脆性数学模型为DoseResp模型y=A1+(A2-A1)/(1+10(lgx0-x)p)，R2＞0.99，其中x为水分质量分数，y为脆性，A、x0、p为系数常数，该模型可较好地预测怀山药脆片的脆性变化规律；冯颖等[8]以产出率、复水比、硬度、脆度等16项为品质指标，并根据品质模型和综合得分，来评价11种冻干桃片的综合品质，得到6个主要指标为硬度、维生素C、总果胶、蔗糖、纤维素和色差（ΔE），最佳冻干品种为紫桃；对单一果蔬冻干研制[9]有较多比较分析，但是将水果与蔬菜复配再进行冻干制备的研究尚少。因此，试验将胡萝卜与黄花梨复配后采用真空冷冻干燥技术，制备果蔬脆，利用响应面法优化得到最佳配方，并研究最佳配方的复水率和微观结构，以期为黄花梨以及果蔬复配的新产品开发提供思路。

1 原料与方法

1.1 原料与试剂

黄花梨（市售）；果葡糖浆（中粮生化能源（衡水）有限公司）；冻干胡萝卜粉（山东佐缘食疗科技有限公司）。

1.2 主要仪器与设备

DW-40超低温冰箱（沧州鑫兴）；TFDX0.25真空冷冻干燥机（烟台中孚）；EZtest-ez-S质构仪（日本岛津）；Nikon DS-Ri2荧光显微镜（上海尼康）；TG1850-WS高速离心机（上海湘仪）。

1.3 工艺流程[10]

胡萝卜粉预处理↘ ↙果葡糖浆黄花梨预处理→果蔬糊→注模整型→急速预冻结→真空冷冻干燥→脱模→成品

1.4 部分操作要点

1.4.1 胡萝卜粉预处理

按胡萝卜粉与水质量比1︰3比例溶解，接连30目和60目筛网后备用。

1.4.2 黄花梨预处理

将黄花梨清洗去皮，切分去核，去核间隙可将黄花梨块放入清水中，以隔绝空气，防止氧化，榨汁备用。

1.4.3 注模整型

将果蔬糊分装于模具当中，用刮板刮平其表面，轻微振荡模具，使果蔬糊中可能存在的气泡消失。

1.4.4 急速预冻结

将果蔬糊置于-35 ℃的超低温冰箱中，冻结时间5 h。利用超低温环境进行急速预冻结，使果蔬糊的中心温度下降到-35 ℃，其中水分冻成结晶状态。若有未冻结水分，在升华干燥时会沸腾，导致产品外观膨胀异常[11]。

1.4.5 真空冷冻干燥

取出冻结完全的果蔬糊，按照真空冷冻干燥步骤放入冻干仓中干燥，并控制冻干参数，使物料内部的冰晶完全升华，降温至60 ℃以下出仓，得到胡萝卜黄花梨果蔬脆。缓慢加热并保持加热罐温度50 ℃以下，冷阱温度小于-35 ℃，真空度小于40 Pa干燥时间22 h[12]。

1.5 试验方法

1.5.1 硬度测定

硬度是第1次压缩时的最大峰值，即食品达到变形时的力，是评价果蔬脆口感与品质的重要指标。通过EZtest-ez-S质构仪测定果蔬脆的硬度。使用直径2 mm的平底柱形探头P/2和带孔的平台，测前速率2 mm/s，测定速率1 mm/s，测后速率2 mm/s，各试验处理组的测定重复3次，均测试果蔬脆的中心，其测定结果取平均值。

1.5.2 感官品质测定

试验采用感官评分法对果蔬脆的外观及口感进行感官检验。选取身体健康，年龄在20～45岁之间的师生共10人组成感官鉴定小组，由感官鉴定小组对样品进行打分。各指标的感官评分值定在0～25分之间，共100分，感官评分标准如表1[13]。

表1 胡萝卜黄花梨果蔬脆感官评分标准

1.5.3 测定复水比

通过真空冷冻干燥脱水的食品，其复水能力可以直接体现胡萝卜黄花梨果蔬脆的品质。称取一定质量的果蔬脆粉m1（g）于盛有蒸馏水的离心管中，恒温20 ℃下浸泡1 h，以4 000 r/min离心30 min，称量沉淀物m2（g）[14]。

1.5.4 微观结构测定

利用荧光显微镜，在100倍和400倍条件下，分别对热风干燥和真空冷冻干燥的果蔬脆样品截面进行观察。

1.6 试验设计

表2 响应面分析因素和水平表

分别以胡萝卜、果葡糖浆和黄花梨的添加量为单因素，探究各因素对果蔬脆感官品质的影响，确定单因素最佳范围，并利用响应面法确定最佳配方[15-16]。响应面分析因素和水平见表2。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 胡萝卜添加量对果蔬脆品质的影响

以果葡糖浆1.0 g、黄花梨60 g为基准，胡萝卜添加量分别为2，4，6，8和10 g，探究胡萝卜不同添加量对果蔬脆品质的影响。图1是不同胡萝卜添加量对果蔬脆硬度的影响，表3是感官评价的结果。

由图1可知，果蔬脆硬度值随胡萝卜添加量增加而上升，结合表3感官评价可知，胡萝卜添加量小于4 g时，果蔬脆的胡萝卜与黄花梨味兼具，风味可口，硬度适中，疏松酥脆；胡萝卜添加量大于4 g时，果蔬脆的胡萝卜味逐渐加重，硬度逐渐加大，口感降低；因此，胡萝卜添加量选择3，4和5 g进行响应面优化试验。

图1 胡萝卜添加量对果蔬脆的硬度的影响

表3 胡萝卜不同添加量下的果蔬脆感官评分

2.1.2 果葡糖浆添加量对果蔬脆品质的影响

以胡萝卜4 g、黄花梨60 g为基准，果葡糖浆添加量分别为1.0，2.0，3.0，4.0和5.0 g，探究果葡糖浆不同用量对果蔬脆质量的影响。图2是不同果葡糖浆添加量对果蔬脆硬度的影响，表4是感官评价的结果。

由图2可知，果蔬脆硬度值随着果葡糖浆添加量增加而上升。结合表4可知，果葡糖浆添加量大于1.0 g时，胡萝卜与黄花梨味道逐渐降低，且甜度不断增加，口感逐渐降低，并且果蔬脆硬度值随着果葡糖浆添加量增加而不断上升，因此，果葡糖浆添加量选择0.5，1.0和1.5 g进行响应面优化试验。

图2 果葡糖浆添加量对果蔬脆的硬度的影响

表4 果葡糖浆不同添加量下的果蔬脆感官评分

2.1.3 黄花梨添加量对果蔬脆品质的影响

以胡萝卜4 g、果葡糖浆1.0 g为基准，黄花梨添加量分别为40，50，60，70和80 g，探究黄花梨不同用量对果蔬脆品质的影响。图3为不同黄花梨添加量对果蔬脆的硬度影响的结果，表5为感官评分结果。

图3 黄花梨添加量对果蔬脆硬度的影响

表5 黄花梨不同添加量下的果蔬脆感官评分

由图3可看出，果蔬脆硬度值随着黄花梨添加量而逐渐降低。结合表5可知，黄花梨添加量小于60 g时，果蔬的口感略粗糙，硬度偏大，质地适宜；黄花梨添加量大于1.0 g时，果蔬脆口感明显降低，硬度值明显降低，质地逐渐松散，因此，黄花梨添加量选择55，60和65 g进行响应面优化试验。

2.2 响应面法优化试验结果与分析

2.2.1 多元二次响应面回归模型的建立及显著性检验

通过Design-Expert 8.0.6.1软件对表6的试验数据进行多元回归分析，明确各因素对响应值Y的影响，得到多元回归方程为Y=2.93+0.37A+0.89B-0.23C+0.26AB-0.27AC-0.18BC-0.065A2+0.085B2-0.084C2。

表6 响应面分析设计与试验结果

对所得回归方程进行有效性检验，可知3个因素对果蔬脆硬度的影响。表7即为各因素对果蔬脆硬度影响的方差分析表。

表7 试验结果方差分析表

由表7可知，该模型的p=0.045 3＜0.05，表明试验所用的模型回归效果显著，因此响应面设计方法所得到的二次方程模型可信，可用于指导胡萝卜黄花梨果蔬脆的配方优化。从表7可看出，p（A）=0.075 9，p（B）=0.001 5＜0.01，p（C）=0.241 3，所以这3个因素对果蔬脆硬度影响主次顺序为：果葡糖浆添加量（B）＞胡萝卜添加量（A）＞黄花梨添加量（C）。

2.2.2 各因素交互的响应面曲面图分析

在响应面3D图中，图形的陡峭程度可反映各因素交互作用对果蔬脆硬度的影响，图形越陡峭，则交互作用越明显。图4～图6曲面形态都较为平缓，由此可得胡萝卜、黄花梨、果葡糖浆三者的添加量之间交互作用并不明显，与表7结论基本一致。

图4 胡萝卜与果葡糖浆添加量对果蔬脆硬度的影响

图5 胡萝卜与黄花梨添加量对果蔬脆硬度的影响

图6 果葡糖浆与黄花梨添加量对果蔬脆硬度的影响

2.2.3 验证试验

由Design-Expert 8.0.6.1软件的响应面设计方法，结合回归模型预测分析，所得果蔬脆配方最佳方案为：胡萝卜添加量5 g、黄花梨添加量55 g、果葡糖浆添加量1.5 g，模型预测的硬度为5.06 N。采用最佳方案，对果蔬脆的硬度做3次平行验证测定，测得果蔬脆硬度的均值为5.21 N，与模型的预测值几乎没有差别，表明采用Box-Behnken设计法准确可靠，最佳配方下的感官得分为91.4分。

2.3 最优配方的理化指标和结构分析

2.3.1 复水比

复水比=m离心后/m离心前=24.97/8.01=3.12，表明果蔬脆复水能力较好，这可能与真空冷冻干燥技术制备果蔬脆的特殊结构有关。

2.3.2 荧光显微镜截面微观图

由图7与图8可看出，真空冷冻干燥条件下的果蔬脆结构疏松，孔洞均匀；热风干燥条件下的果蔬脆结构较为紧致，部分结块明显。这可能是在真空冷冻干燥的过程中，果蔬脆中所含水分由固体直接升华为气体，从而形成的内部具有分散较好的多孔结构，即真空冷冻干燥制备的果蔬脆能更好地保持干燥前的产品结构，这可能也是真空冷冻干燥制备的果蔬脆的口感品质较好的原因。

图7 真空冷冻干燥果蔬脆的微观截面图（A为100倍下，B为400倍下）

图8 热风干燥果蔬脆的微观截面图（C为100倍下，D为400倍下）

3 结论

利用真空冷冻干燥技术，以胡萝卜、黄花梨及果葡糖浆添加量为变量，以硬度和感官评价为指标，通过响应面设计方法建模分析可知，胡萝卜黄花梨果蔬脆的最佳配方为：胡萝卜8%、黄花梨89%、果葡糖浆3%。由验证试验可知，最佳配方下果蔬脆硬度5.21 N，与模型预测值5.06 N基本没有差别，同时，最佳配方果蔬脆的感官评价为91.4分，复水比为3.12，是一款风味独特，品质口感良好的产品；荧光显微镜观察可知，真空冷冻干燥技术制备的胡萝卜黄花梨果蔬脆的截面微观孔洞均匀，结构疏松，因此，研究可为真空冷冻干燥技术在果蔬类产品的开发提供思路。