番茄味膨化虾片加工工艺优化及香气组分分析

纪蕾 李红艳 王颖 姜晓东 刘天红 李晓 孙元芹 刘洪军

摘要：为研究膨化虾片的最佳加工工艺条件，以木薯淀粉、南美白对虾为原料，采用单因素试验和响应面优化法研究蒸煮时间、老化时间、切片厚度、干燥时间、油炸温度对产品膨化度和感官评分的影响。结果表明，膨化虾片的最佳加工工艺为： 蒸煮时间33.82 min，老化时间24.72 h，切片厚度1～2 mm，60 ℃下鼓风干燥4.95 h，180 ℃油炸。在此条件下，膨化虾片酥脆可口、咸鲜味浓厚、膨化效果好、蛋白质含量高且含油率合理。风味剖面感官分析表明，番茄味膨化虾片的风味评价较好，酥脆感和油脂香得分较高，甜味适中，但略有油腻感，在控油方面还有改进空间。扫描电镜分析结果证实，油炸前虾片的空隙、孔容、孔径较大，因此油炸后产品酥脆可口。气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry， GC-MS）分析得出，油炸前虾片中风味物质有21种，萜烯类、醇类、醛类物质相对含量占总香气组分的比重较大；油炸后有20种，酸类、酯类、醛类物质相对含量占总香气组分的比重较大。以上结果为番茄味膨化虾片的产业化应用提供了试验及理论基础。

关键词：南美白对虾；膨化虾片；响应面中心设计；膨化度；感官评价；风味物质

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0845

中图分类号：S986.1 文献标志码：A 文章编号：10080864（2024）01014014

随着健康需求的不断增加，消费者在选择休闲食品时也越来越关注营养与健康。作为膨化油炸食品，薯片具有较高的能量值、盐和脂肪含量，而蛋白质、维生素和纤维含量较低[12]。越来越多的人认识到，频繁食用薯片可能与一些代谢紊乱、肥胖和心血管疾病有关[3]。因此，研发高蛋白、高纤维、低脂、低油的薯片成为膨化食品发展的必然趋势[45]。王文成等[6]通过对比不同油炸方式制作的山药片，探究了低温真空油炸山药脆片的优点及最佳生产工艺；段佳文等[7]以紫薯粉、山药粉、白面、甘梅粉为主要原料，研究了甘梅味紫薯山药夹心薯片的最优工艺。戢得蓉等[8]以雪莲果为原料，将果汁加入到马铃薯全粉中，制作烘烤型雪莲果薯片，考察加工工艺对烘烤型薯片品质的影响。膨化虾片油炸过程中主要的反应为美拉德褐变和焦糖化反应，同时还有一些脂肪氧化产物、糖苷萜类的热释放、脂类等降解及部分酶促反应等。对薯片的研究更多的是从改善口感的角度出发，对如何增加薯片的营养、油炸前后理化指标的变化及香气成分分析的相关研究较少，缺乏系统研究其香气来源和形成机制。

本研究制备了一种以木薯淀粉、南美白对虾为主要原料的高蛋白膨化虾片，探究不同工艺（切片厚度、蒸煮时间、老化时间、干燥时间、油炸温度）对膨化虾片感官品质、膨化度的影响，并通过响应面中心设计试验确定其最佳加工工艺，同时探究经玉米油油炸前后产品营养价值、理化特性、特征香气成分的变化规律，研究其重要香气成分对其鲜味、后味和适口性的影响，初步发掘与膨化虾片香味相关的挥发性风味成分，以期为膨化虾片的品质评价和品质提升提供参考依据，为丰富南美白对虾加工品种类、拓展加工利用途径提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

南美白对虾、木薯淀粉、食盐、白糖、食用玉米油、小米等购于青岛市超市；其他化学试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Soxtec8000索氏提取仪、Kjeltec 8400全自动定氮仪，丹麦福斯分析仪器公司；S-4800N型扫描电子显微镜，日本日立公司；T-4.5质构仪，美国博勒飞有限公司；9052B-1电热鼓风干燥机，上海福马试验设备有限公司；TP-313电子分析天平，美国丹佛仪器有限公司；C21-RT2126 多功能电磁炉，美的集团股份有限公司；DZ-300A多功能真空封装机，温州市凯驰包装机械有限公司；NEVAP111氮吹仪，美国Organomation 公司；TQ8040三重四极杆气相色谱质谱联用仪，日本岛津公司；75 μm CAR/PDMS 萃取纤维头、手动SPME进样器，美国sigma公司。

1.3 试验方法

1.3.1 膨化虾片的制备 将新鲜的南美白对虾去头、去壳、去虾线后洗净冷藏备用。称取40 g虾肉、60 g木薯淀粉、12 g白糖、2.5 g食盐和40 g的水混合后低温斩拌至均匀，蒸煮30 min后于4 ℃老化24 h；将虾糕块切成1～2 mm 的虾糕片，于60 ℃鼓风干燥箱干燥4 h；将干燥后的虾糕片放入180 ℃玉米油油炸，冷却后将油沥干，撒上番茄调味粉混合均匀，充氮密封包装。

1.3.2 膨化度的测定 测定虾片膨化前、后的体积，计算膨化度，公式[9]如下。

膨化度=膨化后的体积/膨化前的体积（1）

1.3.3 体积的测定 采用小米排除法测定体积（cm3），计算公式如下。

物料的体积=小米加物料的体积-小米的体积（2）

1.3.4 感官评定 感官评定采用100分制，对油炸后成品的外观、口感及风味进行评定，标准如表1所示。

1.3.5 理化指标的测定 采用GB 5009.3—2016中的直接干燥法[10] 测定水分含量；采用GB/T 5009.5—2016 中的凯氏定氮法[11]测定粗蛋白含量；采用GB 5009.6—2016中的索氏抽提法[12]测定粗脂肪含量；按照GB 5009.229—2016[13]测定酸价；按照GB 5009.227—2016[14]测定过氧化值。

1.3.6 微生物指标测定 按照GB 4789.2—2016[15]测定菌落总数；按照GB 4789.15—2016 [16]测定霉菌数；采用GB 4789.3—2016平板计数法[17]测定大肠杆菌数。

1.3.7 表面形态分析 使用扫描电子显微镜观测样品表面形态。

1.3.8 挥发性成分分析 取样品放入20 mL固相萃取采样瓶中，插入装有75 μm CAR/PDMS纤维头的手动进样器，在50 ℃顶空萃取1 h后取出，立即拔出萃取头插入气相色谱仪进样口中， 250 ℃热解析5 min进样。

气相色谱条件：色谱柱为HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25μm）弹性石英毛细管柱；初始柱温40 ℃，保持1 min，以5 ℃·min-1 的升温速率升到220 ℃保持2 min，再以20 ℃·min-1的升温速率升到300 ℃，保持2 min。柱箱温度40 ℃；进样口温度250 ℃；汽化室温度250 ℃，载气为氦气，纯度99.999%，载气流量1 mL·min-1，不分流。

质谱条件：离子源为EI 源，离子源温度230 ℃，电子能量70 eV，接口温度270 ℃，质量分析器为单四级杆，质量扫描范围为35～500 amu，检测电压为1.00 kV。

1.4 单因素试验

研究蒸煮时间分别为10、20、30、40、50 min时对产品的膨化度和感官品质的影响，确定最佳蒸煮时间；研究老化时间分别为10、15、20、25、30 h对产品的膨化度和感官品质的影响，确定最佳老化时间；研究切片厚度分别为0～1、1～2、2～3 mm时对产品的膨化度和感官品质的影响，确定最佳切片厚度；干燥时间分别设置为1、2、3、4、5 h，研究不同水分含量对产品膨化度和感官品质的影响，确定最佳干燥时间；将虾片分别在160、180、200、220、240 ℃油炸，通过产品的膨化度和感官品质确定产品最佳油炸温度。

1.5 响应面试验设计配方优化

以蒸煮时间（A）、老化时间（B）、干燥时间（C）、油炸温度（D）为影响因素，以膨化度为响应值（Y），采用响应面法进行中心组合设计试验，因素水平表如表2所示。

1.6 模型的验证

根据响应面模型优化的最佳条件进行验证试验，验证模型的有效性。

1.7 产品指标的测定

1.7.1 理化指标、微生物指标 在产品油炸前、后测定水分、蛋白质、脂肪、酸价、过氧化值5个理化指标及菌落总数、霉菌、大肠杆菌3个微生物指标。

1.7.2 产品感官剖面分析 对产品的感官特征进行分析，通过9点法标度，绘制感官剖面图。

1.7.3 产品表面形态分析 利用扫描电镜对产品油炸前后的表面形态进行分析。

.7.4 产品风味成分分析 依据色谱保留时间、质谱检查信息，经NIST17图谱检索对自制膨化虾片油炸前后的香气成分进行定性分析。

1.8 数据处理

采用Excel 2010 统计对数据数据进行分析整理。

2 结果与分析

2.1 蒸煮时间对虾片品质的影响

由图1可知，当蒸煮时间小于10 min时，虾糕未成熟，产品存在硬心现象，感官评分较低，膨化度较差；当蒸煮时间为20 min时，虾糕完全成熟，产品膨化效果好；继续增加蒸煮时间，产品膨化度基本保持不变，感官评价也趋于稳定，因此虾片适宜的蒸煮时间为20 min。

2.2 老化时间对虾片品质的影响

由图2可知，随着老化时间的延长，虾片的膨化度逐渐增大。当老化时间少于20 h时，膨化度随时间的延长逐渐增大，且虾糕切片后极易粘连，不利于虾片的干燥，且虾片油炸后不够酥脆，感官品质受到影响；当老化时间为20 h 时，虾片膨化度的增加趋于平缓，产品酥脆可口，此时，木薯淀粉的微晶结构充分包裹了糊化时吸收的水分，因水分遇高温急剧汽化，促进了淀粉颗粒的充分膨化，且随着老化时间的延长，虾糕的硬度逐渐增加，有利于切片且不发生粘连；继续增加老化时间，淀粉微晶的水分包裹能力已接近饱和，虾片膨化度的变化趋于平衡。因此虾片适宜的老化时间为20 h。

2.3 切片厚度对虾片品质的影响

由图3可知，随着切片厚度的增加，产品的膨化度先逐渐增大，然后迅速下降。当切片厚度小于1 mm时，产品膨化度较好，但在油炸时易发生卷曲、焦糊，且油炸后的产品易破碎，对其膨化度和感官品质均有一定影响；当切片厚度在1～2 mm 时，产品膨化度最大，产品的感官品质最好；当切片厚度大于2 mm 时，产品的膨化效果不理想，油炸过程中，热量从表面向内部传导，表面最先完成膨化并固定化，阻碍了内部膨化的实现，使产品膨化不彻底，油炸后虾片的口感较硬，酥脆性较差。因此虾糕的最佳切片厚度为1～2 mm。

2.4 干燥时间对虾片品质的影响

2.4.1 不同干燥时间下产品水分含量 由图4可知，虾糕的水分含量随着干燥时间的增加逐渐降低。在干燥初期4 h内，产品水分含量急速下降，由18.04%下降到5.99 %，降幅高达66.80%；当干燥4 h后，水分含量下降缓慢，趋于平稳。

2.4.2 不同水分含量的产品膨化度和感官品质 由图5可知，不同的水分含量对产品的膨化度和感官品质具有较大影响。当水分含量超过7.17%时，产品干燥不彻底，则油炸后膨化度较差，影响产品口感，感官品质较差；当水分含量低于7.17%时，产品完全干燥，油炸后膨化度较好，产品酥脆可口。综上所述，产品水分含量应低于7.17%，即干燥时间应大于3 h，此时生产出的产品品质较理想。

2.5 油炸温度对虾片品质的影响

由图6可知，随着油炸温度的增加，虾片的膨化度和感官品质呈先升高后降低的趋势。当油温低于180 ℃时，产品的膨化效果差，口感较硬；当油温在 180～200 ℃时，产品膨化效果好，酥脆可口；当油温超过 220 ℃时，产品易发生焦糊，颜色变深，膨化度降低。因此，适宜的油炸温度为180～200 ℃。Rosana等[18]发现，在140 ℃下真空油炸土豆片120 s可以达到较好的效果，相较传统油炸方法，真空油炸需要较低温度即可实现，可以更好地保持食品的营养品质，这为后续试验的改进提供了思路。

2.6 响应面优化试验结果分析

根据单因素试验结果（表3），以蒸煮时间（A）、老化时间（B）、干燥时间（C）、油炸温度（D）为4个影响因素，以膨化度为响应值（Y），进行响应面优化试验[19]。各因子对膨化虾片膨化度（Y）影响的二次多项回归模型方程如下。

Y=19.38+0.10A+0.94B+0.85C-0.59D-0.022AB-0.015AC-0.19AD+0.32BC-0.50BD-0.28CD-0.34A2-0.92B2-0.74C2-0.026D2 （3）

膨化虾片二次响应模型的方差分析（表4）表明，F 值为39.61（P<0.000 1），表明该二次方程模型达到极显著水平；R2 和R2Adj 分别为0.975 4 和0.950 8，表明模型拟合程度较好；CV为1.33%，表明模型可信度较高；R2Pred为0.858 2，与R2Adj基本一致；信噪比为23.850（>4），表明信号充足。因此，可以用该方程进行预测。老化时间（B）、干燥时间（C）、油炸温度（D）对膨化度（Y）影响极显著（P<0.01），且两两间的交互作用也达到显著或极显著水平；二次项中A2、B2、C2的偏回归系数为极显著，D2为不显著。由F 值大小可推断4个因素对膨化度影响表现为老化时间>干燥时间>油炸时间>蒸煮时间（图7）。

2.7 验证试验结果分析

经响应面试验得到的最优加工工艺条件为：蒸煮时间33.82 min，老化时间24.72 h，干燥时间4.95h，油炸温度180 ℃。为验证结果的有效性，在最优条件下进行了3组平行验证试验，测得最优条件下产品的实际膨化度为21.19分，与预测值间的误差小于3%，表明最优工艺条件准确可靠。

2.8 理化和微生物指标分析

由表5 可知，膨化虾片在菌落总数、水分含量、酸价、过氧化值等指标上均符合国家标准，粗蛋白含量虽然比油炸前有所降低，但仍较高，具有一定的营养价值。

2.9 感官剖面检验分析

对膨化虾片进行外观、气味、风味、质地的感官描述分析，得到感官描述词，并进一步利用主成分分析法对描述词进行提炼，筛选出具有典型特征的膨化虾片感官描述词，包括2种外观描述词、2种气味描述词、2种口感描述词和2种质地描述词，采用定义为九分的标度（0～9分为程度依次增强）进行风味剖面感官分析，绘制感官剖面图，如图8所示。膨化虾片的风味评价较好，酥脆感和油脂香得分较高，甜味适中，但略有油腻感，未来在控油方面可进一步改进。

2.10 表面形态分析

油炸前后虾片的表面形态如图9所示。油炸前，自制虾片的空隙、孔容、孔径较大；在油炸过程中，油逐渐渗入虾片内部，虾片的组织结构表面被油覆盖；油炸后产品较酥脆。油炸早期，样品表面脱水会导致细胞的变化，包括细胞分离、收缩和伸长[20]，自制虾片的脱水率较低，因此细胞分离、收缩现象较小，组织结构较完整。

2.11 风味成分分析

依据色谱保留时间、质谱检查信息（图10），经NIST17图谱检索对自制膨化虾片中香气成分进行定性分析。由表6和图11可知，油炸前薯片中的风味物质共检测到21种，包括萜烯类（9种）、醇类（2种）、醛类（1种）、芳烃类（2种）、胺类（1种）、酸类（1种）、酯类（2种）和烷烃类（3种）。萜烯类在所鉴定出的物质中占比较高，为39.79%，包括蒎烯、石竹烯、罗勒烯、柠檬烯、松油烯和榄香烯，具有柑橘香和花草香气，主要来源于木薯淀粉、调味料等[21]。

醇类物质是第二大风味物质，包括丙酮醇和苯甲醇，含量占33.00%，通常具有柔和的植物类或水果香气[22]，对风味形成有重要贡献，主要由于脂肪氧化降解及脂肪酸碳链裂解、断裂后产生的自由基直接与羟自由基结合成醇[23]。醛类物质是第三大风味物质，主要为壬醛，含量占12.42%，醛类虽然含量较低，但由于其阈值低，且具有与其他物质重叠的风味效应，因此在整体风味形成中发挥着重要的作用[21，2425]。芳烃类物质是第四种风味物质，主要为邻-异丙基苯和2，4-二叔丁基苯酚，含量占4.45%，主要来源于木薯淀粉，因为香气阈值较低，因此可以对薯类香味起到增效作用[26]，芳烃类物质主要由细胞间还原糖降解产生，含量较少，但其是形成杂环化合物的重要中间体，对香味的形成起到重要作用。胺类物质是第五种风味物质，主要为叔戊基胺，含量占3.36%，可能来源于南美白对虾。酸类物质是第六种风味物质，主要为2-氨基-5-甲基苯甲酸，含量占2.85%，可能来源于南美白对虾中脂类的分解[27]。酯类物质是第七种风味物质，包括磷酸三乙酯和2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇二异丁酸酯，含量占2.48%，可能来源于南美白对虾。烷烃类物质是第八种风味物质，包括10，10-二甲基-2，6-双（亚甲基）十一烷、十四烷和正二十烷，含量占1.65%，主要来源于虾和木薯淀粉[21，28-30]，由脂肪酸烷氧自由基的均裂产生，其阈值较高，一般无气味或气味微弱，因此对香气贡献较小[31]。

油炸后薯片中的风味物质共检测到20 种（表7），主要来源于调味粉、油、食品成分的分解产物和食品与油相互作用产生的化合物，包括酸类（1种）、酯类（3种）、醛类（7种）、醚类（2种）、铵类（1种）、吡嗪类（2种）、杂环类（1种）、芳烃类（2种）和烯烃类（1种）。酸类物质在所鉴定出的物质中比例最大，主要为L-2-羟基丙酸，含量占35.38%，是一种酸味剂，赋予产品酸甜味，来自于番茄调味粉。酯类是第二大风味物质，主要为丙烯酸正丁酯、丁酸丁酯和甲苯2，6- 二异氰酸酯，含量占18.17%，来源比较复杂，包括玉米油、香料和脂质代谢产物。醛类是第三大风味物质，主要为庚烯醛、正己醛和辛烯醛等，含量占15.61%，赋予产品油脂香、水果香等气味，来源于虾、薯及调味粉。

醚类是第四大风味物质，主要为正丁醚和二乙二醇乙醚，含量占11.86%，赋予产品水果香气。铵类是第五大风味物质，主要为乙酸铵，含量占7.33%，主要来源于食品添加剂。吡嗪类是第六大风味物质，主要为2-甲基吡嗪和2，5-二甲基吡嗪，含量占4.48%，主要来源于虾和薯发生的美拉德反应。杂环类是第七大风味物质，主要为4-吡咯烷基吡啶，含量占3.45%。芳烃类是第八大风味物质，主要为邻二甲苯和间二甲苯，含量占2.11%，赋予产品芳香气味，来源于玉米油。烯烃类是第九大风味物质，主要为3-乙基-2-甲基-1，3-己二烯，含量占1.61%。

3 讨论

薯片中相对较高的含油量为其提供了独特的质地和风味，这是其受消费者欢迎的重要原因之一。研究发现，油的吸收在浸入式油炸期间相对较小，主要发生在产品结构形成的冷却期[3233]。

从本质上讲，这与表面结构相关，在薯片从油中取出后，由排水和吸力之间的竞争导致。薯片结构和表面性质如粗糙度、界面张力、孔径和孔径分布等在油炸过程中的变化对油炸产品的吸油率起重要作用。本研究发现，膨化虾片等膨化食品在加工过程中的水分含量也会对细胞结构、孔径和孔径分布产生影响，从而对膨化度及感官品质产生影响，因此在加工过程中应注意控制产品水分含量，水分含量过高或过低都会对产品造成影响，此外，未来应进一步探究添加外源物对膨化虾片油炸过程中吸油及其品质的影响。

膨化虾片的香味是消费者选择产品的重要考量因素，其形成涉及美拉德反应、焦糖化反应、脂类代谢等途径，因此，涉及上述反应的相关营养成分的变化会直接影响膨化虾片香味物质的形成，此外，调味粉成分会对虾片的香味产生显著影响，且油炸时食用油的种类也会对虾片的香味产生微弱影响，因此，在进行产品研发时，需要综合考虑产品成分、调味粉、食用油等因素以获得期望的产品香味。

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（责任编辑：张冬玲）