王為為,趙瑩婷,莊瑋婧,鄭寶東,田玉庭,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002;2.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建福州 350002)

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響應(yīng)面法優(yōu)化蓮子真空油炸工藝參數(shù)

王為為1，2,趙瑩婷1，2,莊瑋婧1,2,鄭寶東1,2,田玉庭1,2,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002;2.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建福州 350002)

本研究采用響應(yīng)面分析法(RSM)優(yōu)化蓮子真空油炸工藝參數(shù)。采用中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),考察油炸溫度(85～95 ℃)、油炸時(shí)間(12～20 min)和真空度(-0.085～-0.095 MPa)對(duì)蓮子脆度值(R1)、色差(R2)和含油率(R3)3個(gè)指標(biāo)的影響。結(jié)果表明,蓮子真空油炸的最佳工藝條件為:油炸溫度95 ℃,油炸時(shí)間為12 min,油炸真空度為-0.095 MPa。在此條件下進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)得到蓮子脆度R1值為6572.57 g,色差R2值為42.80,含油率R3值為9.21%。另外,真空油炸蓮子脆度、色差、含油率及感官評(píng)價(jià)都明顯優(yōu)于常壓油炸蓮子;通過(guò)電鏡圖可以明顯看出真空油炸蓮子淀粉凝膠化較嚴(yán)重,沒(méi)有明顯的空隙;常壓油炸蓮子仍可看到淀粉顆粒且蓮子內(nèi)部較大的空隙。

蓮子,響應(yīng)面法,真空油炸,優(yōu)化

蓮子為睡蓮科植物蓮(NelumbonuciferaGaertn.)的成熟種子,主要分布在福建、江西、湖北、江蘇等地。自古以來(lái),蓮子作為一種高級(jí)滋補(bǔ)食品,在民間廣為食用,據(jù)《本草綱目》記載,蓮子具有“久服輕身耐苦,不饑延年,益心腎,固精氣,強(qiáng)筋骨,補(bǔ)虛損,利耳目”之功效,是首批被我國(guó)衛(wèi)生部列入87種藥食兩用食物名列[1]。蓮子中直鏈淀粉高達(dá)42%,而直鏈淀粉因缺乏三維網(wǎng)狀空間構(gòu)形,葡萄糖長(zhǎng)鏈易發(fā)生扭曲結(jié)團(tuán),較支鏈淀粉更易發(fā)生老化。因此,蓮子加工產(chǎn)品極易發(fā)生老化返生[2]。前期研究表明,油炸可很好的抑制蓮子淀粉老化。但常壓油炸食品的安全性備受質(zhì)疑,因?yàn)榈矸圪|(zhì)食品經(jīng)120 ℃以上高溫長(zhǎng)時(shí)間油炸,會(huì)生成丙烯酰胺類(lèi)物質(zhì),此類(lèi)物質(zhì)是致癌物[3],嚴(yán)重影響消費(fèi)者健康。因此,亟待尋找一種新型食品油浴加工技術(shù),突破傳統(tǒng)油炸技術(shù)瓶頸,以便開(kāi)發(fā)出安全即食蓮子新產(chǎn)品,為蓮子深加工開(kāi)辟新的途徑和方法。

真空低溫油浴脫水技術(shù)是國(guó)際上近年來(lái)興起的一項(xiàng)食品加工高新技術(shù),被譽(yù)為“綠色革命”和“油炸技術(shù)革命”。該技術(shù)將油炸和脫水有機(jī)結(jié)合在一起,以抗氧化能力強(qiáng)的植物油為媒介,利用真空狀態(tài)下水分沸點(diǎn)降低的原理,在負(fù)壓狀態(tài)下,食品中的水分低溫汽化而蒸發(fā),物料在短時(shí)間內(nèi)迅速脫水,實(shí)現(xiàn)低溫條件下的油浴脫水過(guò)程[4]。相比常壓油炸,真空低溫油浴脫水技術(shù)能夠充分保留原料固有的色香味[5]及營(yíng)養(yǎng)成分[6],形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)和酥脆的口感,并且可有效降低產(chǎn)品含油率[4]和油脂氧化劣變程度。更重要的是,真空低溫下成功脫水,真空度須在接近0.1 MPa下操作,油溫在100 ℃以下,基本排除了產(chǎn)生丙烯酰胺的可能性[7]。目前,真空低溫油浴脫水技術(shù)已成功應(yīng)用到許多果蔬加工中,比如南瓜、青豆、馬鈴薯等[8-9],但未見(jiàn)蓮子真空低溫油浴脫水技術(shù)的相關(guān)研究報(bào)道?；诖?本論文將真空油炸技術(shù)運(yùn)用到蓮子加工領(lǐng)域,選取油炸時(shí)間、油炸溫度和真空度為實(shí)驗(yàn)因素,采用中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并結(jié)合響應(yīng)面分析法,探討油炸時(shí)間、油炸溫度和真空度對(duì)蓮子脆度、色差及含油率3個(gè)指標(biāo)的影響,優(yōu)化蓮子真空油炸工藝參數(shù),為工廠化真空油炸蓮子提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

蓮子新鮮通心建蓮,由福建閩江源綠田實(shí)業(yè)投資發(fā)展有限公司提供;棕櫚油市售。

QS-05型真空油炸機(jī)全氏食品機(jī)械(上海)有限公司;YY-4000型連續(xù)式油炸機(jī)北京市益友公用設(shè)備公司;TA-XT2型質(zhì)構(gòu)儀英國(guó)Stable Micro System公司;CS-10型色差儀杭州彩譜科技有限公司;AB204-N型電子分析天平梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;725型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上海光譜儀器有限公司;TDL-5-A型低速臺(tái)式離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠;RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海亞榮生化儀器廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1真空油炸工藝工藝流程:鮮蓮→篩選清洗→熟化→真空浸漬→瀝水→速凍→真空油炸

常壓油炸→真空脫油→成品。

篩選清洗:選取無(wú)蟲(chóng)眼、無(wú)霉變、大小均一的通心凍蓮,用自來(lái)水清洗三遍。

熟化:采用沸水加熱熟化,水溫控制在90～100 ℃,熟化15 min。

真空浸漬:將清洗過(guò)的蓮子投入裝有20%果葡糖漿、3%食鹽和8%蔗糖的溶液中,在真空下浸漬20 min。

速凍:浸漬后的蓮子置于-40 ℃條件下進(jìn)行速凍,直到蓮子中心溫度達(dá)到-15 ℃。

真空油炸:在油炸前1 h,先對(duì)真空油炸設(shè)備溫度設(shè)定進(jìn)行升溫,當(dāng)溫度分別達(dá)到85、90、95 ℃時(shí),將蓮子投入油炸筐中,抽真空,真空度達(dá)到-0.085、-0.090和-0.095 MPa后開(kāi)始油炸。

常壓油炸:在油炸前將油溫升至180 ℃,將蓮子浸入油中,油炸15 min。

真空脫油:經(jīng)油炸過(guò)的蓮子,表面附著一層油脂,在冷卻過(guò)程中,蓮子表面的油脂會(huì)滲入內(nèi)部,故油炸后的蓮子需及時(shí)脫油,在真空度為-0.095 MPa、離心機(jī)轉(zhuǎn)速為2000 r/min、離心時(shí)間10 min,得到脫油蓮子。

1.2.2響應(yīng)面設(shè)計(jì)在前期單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選取油炸溫度(A)、油炸時(shí)間(B)和真空度(C)3個(gè)因素為自變量,以油炸蓮子脆度(R1)、色差(R2)和含油量(R3)分別為因變量,選取N=15的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),因素水平編碼見(jiàn)表1。

表1　中心組合實(shí)驗(yàn)因素及水平編碼表

1.2.3指標(biāo)測(cè)定脆度:本實(shí)驗(yàn)用脆度為指標(biāo)表示產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)變化。使用質(zhì)構(gòu)儀在TPA模式下,采用2N探頭,測(cè)前速度2 mm/s,測(cè)中速度0.5 mm/s,測(cè)后速度10.0 mm/s,測(cè)試通過(guò)距離5 mm,二次壓縮間隔時(shí)間3 s。取20粒蓮子多次測(cè)試,取平均值。

含油率:采用索式提取法提取油脂,參考GB/T5009.6-2003《食品中脂肪的測(cè)定方法》測(cè)定蓮子中的含油率。

色差:隨機(jī)選取蓮子外表側(cè)面的一部分,用色差計(jì)測(cè)出該部分的L*值(亮度)、a*值(紅度)和b*值(黃度)根據(jù)公式計(jì)算出蓮子色差ΔE。重復(fù)測(cè)試三次,取平均值。

式(1)

電鏡掃描:油炸后的樣品(真空油炸蓮子和常壓油炸蓮子)切片,切片后噴一層薄金,然后放在電鏡下觀察其微觀結(jié)構(gòu)。

感官評(píng)價(jià):由中國(guó)-愛(ài)爾蘭國(guó)際合作感官實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣品(真空油炸蓮子和常壓油炸蓮子)評(píng)定。根據(jù)蓮子的外觀、色澤、質(zhì)構(gòu)、含油量、口感對(duì)編號(hào)的蓮子以十分制進(jìn)行評(píng)分,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

1.2.4統(tǒng)計(jì)分析所有實(shí)驗(yàn)分析重復(fù)3次,結(jié)果取平均值,采用Design Expert 7.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1模型的建立及參數(shù)分析結(jié)果

蓮子真空油炸中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)矩陣及實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。分別以蓮子脆度、色差和含油率為響應(yīng)值,利用Design Expert 7.1 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表3)進(jìn)行多元回歸擬合,得到真空油炸溫度、真空油炸時(shí)間和真空度對(duì)蓮子脆度、色差和含油率的二次多元多項(xiàng)回歸式模型:

表2　感官評(píng)分表

表3　響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

R1=7637-1761.75A-380.88B+975.88C+264AB+312.5AC-77.75BC-61.87A2-374.12B2-336.63C

式(2)

R2=50.47-9.3A-3.33B+0.53C+0.75AB-0.85AC+0.5BC-0.38A2+0.62B2-2.28C2

式(3)

R3=12.29+0.9A+0.7B-0.25C+1.5AB-0.7AC-0.57BC-0.24A2-0.37B2-0.8C2

式(4)

對(duì)于上述各回歸模型進(jìn)行方差分析,并對(duì)模型系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(表4)。由各模型方差分析結(jié)果顯示,蓮子脆度、色差和含油率3個(gè)模型p值均小于0.01,故上述3個(gè)模型均極顯著;各模型失擬項(xiàng)p值分別為0.2607、0.3525和0.3220,均不顯著(p>0.05);同時(shí)各模型的R2均接近1,表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與回歸數(shù)學(xué)模型擬合性良好[10],能夠用上述模型較好地預(yù)測(cè)各指標(biāo)的實(shí)際值。

表4　回歸模型的方差分析

表5　不同實(shí)驗(yàn)因素回歸系數(shù)的檢驗(yàn)

各模型回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知,真空油炸溫度和真空油炸時(shí)間分別對(duì)蓮子脆度、色差和含油率3個(gè)指標(biāo)線性效應(yīng)均極顯著(p<0.01);真空度對(duì)蓮子脆度線性效應(yīng)極顯著(p<0.01),對(duì)蓮子色差線性效應(yīng)顯著(p<0.05),對(duì)蓮子含油率線性效應(yīng)不顯著(p>0.05);油炸溫度和油炸時(shí)間的交互作用對(duì)蓮子脆度和含油率影響均極顯著(p<0.01),對(duì)蓮子色差影響顯著(p<0.05);油炸溫度和真空度的交互作用對(duì)蓮子脆度和含油率影響均極顯著(p<0.01),對(duì)蓮子色差影響顯著(p<0.05);油炸時(shí)間和真空度的交互作用對(duì)蓮子含油率影響顯著(p<0.05),對(duì)蓮子脆度和色差影響不顯著(p>0.05);真空油炸溫度的二次項(xiàng)對(duì)蓮子脆度、色差和含油率的影響均不顯著(p>0.05);真空油炸時(shí)間的二次項(xiàng)對(duì)蓮子脆度的影響極顯著(p<0.01),對(duì)蓮子色差和含油率的影響都不顯著(p>0.05);真空度的二次項(xiàng)對(duì)蓮子脆度、色差和含油率的影響均極顯著(p<0.01)。

2.2響應(yīng)曲面分析結(jié)果

根據(jù)各模型分析各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的顯著性,分別對(duì)回歸方程式(2)～式(4)繪制各自的3D響應(yīng)面分析圖,考察各實(shí)驗(yàn)因子對(duì)蓮子脆度、蓮子色差和含油率的交互作用。

響應(yīng)面優(yōu)化模型A、B、C(油炸溫度、油炸時(shí)間、真空度)交互作用對(duì)蓮子脆度的影響如圖1所示。由圖1可知,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),在油炸時(shí)間和真空度保持不變下,蓮子脆度隨油炸溫度的升高而降低。這有可能是在高溫下,產(chǎn)品易快速脫水變硬,不利于形成松脆的口感[11]。在固定溫度和真空度下,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)蓮子脆度隨時(shí)間的加長(zhǎng)先稍降低然后升高。這主要是在油炸初期由于破壞了細(xì)胞的完整性,細(xì)胞成分流出,細(xì)胞之間黏粘性增大,淀粉凝膠化導(dǎo)致蓮子變軟。在油炸一段時(shí)間后,蓮子由于細(xì)胞間的脫水變脆[12]。在同一油炸溫度和時(shí)間下,隨真空度的增加,蓮子內(nèi)部易形成多孔結(jié)構(gòu),導(dǎo)致蓮子體積膨大,脆度增加。

圖1　交互作用對(duì)脆度(R1)影響的響應(yīng)面Fig.1　Response surface plots of interaction effects on brittleness(R1)

圖2為本實(shí)驗(yàn)下在真空油炸過(guò)程中,蓮子色差的變化。在油炸過(guò)程中,蓮子表面會(huì)發(fā)生顏色的變化,這些色澤的變化,主要是來(lái)源于蓮子表面物質(zhì)的一些非酶褐變?nèi)缑览路磻?yīng)、焦糖化反應(yīng)及化學(xué)氧化等[13]。由圖2可知,在同一油炸時(shí)間和真空度下,隨著油炸溫度升高蓮子會(huì)越來(lái)越黑,亮度減小,但紅度和黃度不斷增大,最終色差ΔE越來(lái)越大。在同一油炸溫度和油炸真空度下,隨著油炸時(shí)間的增加,蓮子色差也越來(lái)越大。雖有報(bào)道表明真空油炸產(chǎn)品會(huì)比常壓油炸的產(chǎn)品色差變化更小，ΔE更大[4]。但在一定范圍內(nèi)的真空度下,保持油炸溫度和時(shí)間不變,增加真空度對(duì)蓮子色差的改變不顯著,正如響應(yīng)面圖2所示。

圖2　交互作用對(duì)色差(R2)影響的響應(yīng)面Fig.2　Response surface plots of interaction effects on color(R2)

表6　最優(yōu)水平條件下的預(yù)測(cè)值及實(shí)驗(yàn)值

成分比例不同等,油炸條件對(duì)最終產(chǎn)品中含油率也有不同影響。本實(shí)驗(yàn)中以蓮子為材料,不同實(shí)驗(yàn)條件對(duì)其含油率的影響如圖3所示。由圖3可知,在同一油炸時(shí)間和真空度下,蓮子含油量會(huì)隨著油炸溫度增加而不斷增加;在同一油炸溫度和真空度下,蓮子含油量會(huì)隨著油炸時(shí)間增加而不斷增加;在同一油炸溫度和油炸時(shí)間下,油炸真空度的逐漸升高導(dǎo)致蓮子含油率先降低后升高。其原因是在較小的真空度下,蓮子在油炸中蓮子表面淀粉凝膠化[13],增大真空度,會(huì)使得蓮子內(nèi)部形成更多的空隙[14],導(dǎo)致油炸的附著,隨著油炸時(shí)間的增加這些附著的油脂會(huì)滲入蓮子內(nèi)部,導(dǎo)致蓮子的含油率升高[15-16]。

圖3　交互作用對(duì)含油率(R3)影響的響應(yīng)面Fig.3　Response surface plots of interaction on the oil content(R3)

2.3真空油炸蓮子工藝參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

采用DX7.1數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以蓮子脆度最大、色差最小、含油率最低為優(yōu)化目標(biāo),得到真空油炸蓮子的最優(yōu)工藝為:真空油炸溫度94.95 ℃,油炸時(shí)間為12.05 min,油炸真空度為-0.094 MPa,此條件下模型預(yù)測(cè)蓮子脆度、色差和含油率分別為:6585.72 g、40.9和9.18%。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正后為:真空油炸溫度95 ℃,油炸時(shí)間為12 min,油炸真空度為-0.095 MPa。

2.4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,以2.3確定的最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知,當(dāng)真空油炸溫度95.00 ℃,油炸時(shí)間為12.00 min,油炸真空度為-0.095 MPa時(shí),各指標(biāo)為:蓮子脆度6572.57 g、色差42.80、含油率9.21%,與模型預(yù)測(cè)值相近,說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的工藝參數(shù)可行。

2.5對(duì)比實(shí)驗(yàn)

將真空的油炸優(yōu)化后蓮子與常壓油炸蓮子的品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比。常壓油炸后的蓮子經(jīng)測(cè)量指標(biāo)其脆度、色差、含油率分別為2893 g、67.17、28.9%,顯然不如真空優(yōu)化油炸蓮子指標(biāo)理想。感官評(píng)價(jià)如表7所示,采用工藝優(yōu)化的真空油炸蓮子的感官值高于常壓油炸的蓮子,感官測(cè)試者中反應(yīng)常壓油炸蓮子咀嚼生硬,不適于食用。由圖4可知,真空油炸蓮子淀粉凝膠化較嚴(yán)重,沒(méi)有明顯的空隙;常壓油炸蓮子仍可看到淀粉顆粒且蓮子內(nèi)部較大的空隙。正是常壓油炸蓮子較大的空隙導(dǎo)致常壓油炸蓮子的含油率高于真空油炸蓮子。

表7　真空油炸優(yōu)化蓮子和常壓油炸蓮子感官差異

圖4　真空油炸優(yōu)化蓮子(A)和常壓油炸蓮子(B)電鏡掃描圖Fig.4　SEM images of fried lotus seedsusing vacuum frying(A)and atmospheric frying(B)

3　結(jié)論

本研究將響應(yīng)面分析法引入到真空油炸蓮子工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中,確定了真空油炸蓮子最佳工藝參數(shù):真空油炸溫度95 ℃,油炸時(shí)間為12 min,油炸真空度為-0.095 MPa。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到蓮子成品脆度、色差和含油率分別為6572.57 g、42.80、9.21%與預(yù)測(cè)值的蓮子成品脆度、色差和含油率6585.72 g、40.9、9.18%相近說(shuō)明建立的數(shù)學(xué)模型可靠性高,可用于油炸真空油炸蓮子工藝優(yōu)化。經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn):真空油炸蓮子脆度、色差、含油率及感官評(píng)價(jià)都明顯優(yōu)于常壓油炸蓮子;由電鏡圖也可以明顯看出真空油炸蓮子淀粉凝膠化較嚴(yán)重,沒(méi)有明顯的空隙;常壓油炸蓮子仍可看到淀粉顆粒且蓮子內(nèi)部較大的空隙。

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Optimization of processing parameters for vacuum frying of lotus seeds using response surface methodology

WANG Wei-wei1，2,ZHAO Ying-ting1，2,ZHUANG Wei-jing1，2,ZHENG Bao-dong1，2,TIAN Yu-ting1，2,*

(1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China;2.Fujian Provincial Key Laboratory of Quality Science and Processing Technology in Special Starch,Fuzhou 350002,China)

In this study,response surface methodology(RSM)was used to optimize vacuum frying procession of lotus seeds. A central composite design(CCD)with three important factors of frying temperature(85～95 ℃),frying time(12～20 min)and vacuum degree(-0.085～-0.095 MPa),was used to study the response variables of fracturability(R1),color change(R2)and oil content(R3). Frying temperature 95 ℃,frying time 12 min and vacuum degree -0.095 MPa were the optimum frying conditions. Under these conditions,fracturability,color change and oil content reached to 6572.57 g,42.80 and 9.21% respectively.In addition,compared with the atmospheric fried lotus seed,brittleness,color difference,oil content and sensory evaluation of the vacuum fried lotus seed were significantly better.Fried lotus seed starch was highly gelatinization without obvious gap through electron microscopy.But the starch granules and the larger gap inside lotus seeds could be clearly seen in atmospheric fried lotus seed.

lotus seeds;response surface methodology;vacuum frying;optimize processing

2015-12-25

王為為(1989-)，女，碩士研究生，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究，E-mail:weiweiwang370@163.com。

田玉庭(1979-)，男，副教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究，E-mail:tytfst@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金(31401616)；福建省高校產(chǎn)學(xué)合作科技重大項(xiàng)目(2015N501)；福建農(nóng)林大學(xué)“校杰出青年科研人才”專(zhuān)項(xiàng)基金(xjq201418)；福建農(nóng)林大學(xué)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(cxtd12009)。

TS205.1

B

1002-0306(2016)12-0261-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.041