孫希云,丑述睿,王子萱,李天來

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院,遼寧省設(shè)施園藝重點實驗室,遼寧沈陽 110161; 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院,遼寧省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室,遼寧沈陽 110161)

網(wǎng)狀甜瓜變溫壓差膨化工藝研究

孫希云1,2,丑述睿2,王子萱2,李天來1,*

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學園藝學院,遼寧省設(shè)施園藝重點實驗室,遼寧沈陽 110161; 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院,遼寧省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室,遼寧沈陽 110161)

為了對網(wǎng)紋甜瓜變溫壓差膨化干燥工藝進行優(yōu)化,采用單因素實驗設(shè)計,分析預干燥時間、膨化溫度和抽空時間3個變量對產(chǎn)品硬度、脆度、含水量和色差的影響,并在此基礎(chǔ)上通過響應面實驗優(yōu)化工藝參數(shù)。由實驗數(shù)據(jù)推導出描述4個指標的二次回歸模型,并對變量進行響應面分析,得出優(yōu)化膨化干燥工藝條件為:預干燥時間為207 min,膨化溫度為84.5 ℃,抽空時間為64.5 min,在此條件下膨化產(chǎn)品的硬度為412 g、脆度值為4、含水量為10.28%、色差為8.4,擬合度較好,產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異。

網(wǎng)狀甜瓜,變溫壓差,響應面

網(wǎng)紋甜瓜(CucumismeloL.)屬于葫蘆科,甜瓜屬,蔓性草本植物,厚皮甜瓜類(cantaloupe),其果實呈橢圓形,頂部有新鮮綠色果藤;果皮翠綠,帶有灰色或黃色條紋,酷似網(wǎng)狀,故名網(wǎng)紋甜瓜;果肉黃綠色或桔紅色,口感似香梨,脆甜爽口,散發(fā)出清淡怡人的混合香氣,有絲絲奶香味和果香味。網(wǎng)紋甜瓜含有蛋白質(zhì)、膳食纖維、胡蘿卜素、果膠、糖類、維生素A、維生素B、維生素C、磷、鈉、鉀等多種營養(yǎng)成分,其中多種維生素的含量比西瓜高4倍,比蘋果高6倍,對人體造血機能有顯著的促進作用,可以作為貧血患者很好的食療水果。因此,網(wǎng)紋甜瓜被稱為是甜瓜中的極品,并以其浮雕之美的漂亮外觀、極高的含糖量和絕佳的風味,成為甜瓜中的佼佼者,歷來是國內(nèi)外生產(chǎn)者、經(jīng)銷者和消費者公認的最高檔產(chǎn)品,為各界所追捧[1]。

近些年來,網(wǎng)紋甜瓜的主產(chǎn)地種植面積不斷擴大,產(chǎn)量逐年提高,但因其含水率高,受溫度、生產(chǎn)季節(jié)性等因素的影響較大,易受微生物侵染而腐爛變質(zhì),不能長期貯存,經(jīng)長途運輸后貯藏更難、更易腐爛,浪費嚴重,無法滿足廣大消費者隨時使用的需求[2],而使哈密瓜產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟價值大幅下降。若制取哈密瓜汁,由于新鮮瓜肉經(jīng)打漿、均質(zhì)、殺菌后的產(chǎn)品有明顯的蒸煮味兒,市場接受程度低。因此目前亟需找到一種合適的方式來對網(wǎng)紋甜瓜進行加工,以解決其種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題。

果蔬變溫壓差膨化是以新鮮果蔬為原料,經(jīng)過一系列前處理之后,放入膨化罐內(nèi),通過加熱使果蔬內(nèi)部水分蒸發(fā),隨后打開泄壓閥,由于膨化罐瞬間降壓,使得果蔬內(nèi)部組織瞬間膨脹,形成均勻的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[3-5]。由于變溫壓差膨化干燥技術(shù)克服了油炸果蔬制品含油量高、營養(yǎng)成分損失較多和貯藏困難等問題[6],同時又避免了熱風干燥能源的浪費,因此目前采用變溫壓差膨化干燥技術(shù)生產(chǎn)果蔬脆片的應用較多[7-9],是一種具有廣闊前景的果蔬加工技術(shù)。

以往哈密瓜的膨化干燥處理過程中容易出現(xiàn)脆片中間部分撐起呈“球狀”,俗稱“鼓包”的情況,導致在包裝過程中容易破碎,影響產(chǎn)品的整體外觀。分析原因可能是甜瓜干燥過程較快或者水分含量較低,而其果肉細胞結(jié)構(gòu)疏松、由外往里結(jié)構(gòu)不均勻,導致膨化后的產(chǎn)品中間鼓起。針對這種情況,本研究在干燥過程中適當提高了網(wǎng)紋甜瓜脆片產(chǎn)品的最終水分含量,有效的避免了這個問題,并且產(chǎn)品的品質(zhì)保持較好,具有很強的可操作性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

網(wǎng)狀甜瓜 購買于沈陽八家子市場,品種為西洲蜜。

膨化設(shè)備 天津市勤德新材料科技有限公司;CR-400型色彩色差儀 美能達;Brookfield CT3質(zhì)構(gòu)儀 Brookfield制造公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水分測定方法 直接干燥法(濕基計)[10]。

1.2.2 色澤測定方法 利用色彩色差計,以儀器白板色澤為標準,依系統(tǒng)測量網(wǎng)狀甜瓜的明度指數(shù)L*、彩度指數(shù)a*和b*。本實驗選取彩度指數(shù)a*值作為哈密瓜顏色的指標。

1.2.3 硬度與脆度測定方法 硬度值等于曲線中力的峰值,即樣品斷裂所需要的最大力,單位為“g”,數(shù)值越大,產(chǎn)品越硬;脆度值用測試產(chǎn)生脆度峰的個數(shù)來表示。峰數(shù)越多,產(chǎn)品酥脆度越好,反之,產(chǎn)品酥脆度越差[4]。

1.3 工藝流程

變溫壓差膨化干燥工藝流程:原料→清洗→去除不可食部分→切分→預干燥→回軟→膨化干燥→冷卻→分級→包裝→成品。

1.4 單因素實驗

1.4.1 切片厚度對西州蜜網(wǎng)紋甜瓜脆片感觀品質(zhì)的影響 實驗西州蜜網(wǎng)紋甜瓜切片厚度分別為6、7、8、9、10 mm,進行護色,預干燥溫度75 ℃,預干燥時間為210 min,預干燥水分含量控制在30%左右,之后進行變溫壓差膨化。膨化干燥條件為:膨化壓力差為0.2 MPa,停滯時間為5 min,膨化溫度為80 ℃,真空罐真空度為0.098 MPa,抽真空干燥時間60 min,干燥終點水分含量控制在12%左右。

1.4.2 預干燥時間對西州蜜網(wǎng)紋甜瓜脆片質(zhì)量的影響 西州蜜網(wǎng)紋瓜切片為8 mm,進行護色,預干燥溫度75 ℃,預干燥時間分別為180、210、240、270 min,預干燥水分含量控制在30%左右,之后進行變溫壓差膨化。膨化干燥條件為:膨化壓力差為0.2 MPa,停滯時間為5 min,膨化溫度為80 ℃,真空罐真空度為0.098 MPa,抽真空干燥時間60 min,干燥終點水分含量控制在12%左右。

1.4.3 膨化溫度對西州蜜網(wǎng)紋甜瓜脆片質(zhì)量的影響 西州蜜網(wǎng)紋瓜切片為8 mm,進行護色,預干燥溫度75 ℃,預干燥時間為210 min,預干燥水分含量控制在30%左右,之后進行變溫壓差膨化。膨化干燥條件為:膨化壓力差為0.2 MPa,停滯時間為5 min,真空罐真空度為0.098 MPa,設(shè)置膨化溫度分別為:60、70、80、90 ℃,抽空時間為60 min,干燥終點水分含量控制在12%左右。

1.4.4 抽空時間對西州蜜網(wǎng)紋甜瓜脆片質(zhì)量的影響 西州蜜網(wǎng)紋瓜切片為8 mm,進行護色,預干燥溫度65 ℃,預干燥時間為210 min,之后進行變溫壓差膨化。膨化干燥條件為:膨化壓力差為0.2 MPa,停滯時間為5 min,膨化溫度為80 ℃,真空罐真空度為0.098 MPa,抽空時間分別為:40、60、80、100 min,干燥終點水分含量控制在12%左右。

1.5 響應面設(shè)計優(yōu)化

在單因素實驗的基礎(chǔ)上,將網(wǎng)紋甜瓜瓜片與X1干燥時間(min)、膨化溫度X2(℃)、抽空時間X3(min)作為實驗因素,將產(chǎn)品硬度Y1(g)、脆度Y2(峰個數(shù))、含水量Y3(%)、a*值Y4作為輸出指標。用Design-expert 8.0軟件對所得數(shù)據(jù)進行分析。

表1 響應面分析因素和水平

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素分析

切片厚度將直接影響膨化制品的品質(zhì)特性,尤其是在口感、硬度和脆度方面[11-13]。由圖1可知,在切片厚度為8 mm時,硬度和脆度都達到最大值,即在脆度最大時又具有較強的硬度;同時水分含量在相對較低范圍,色差處于中等狀態(tài),綜合四項指標,最終選擇網(wǎng)紋甜瓜切片厚度為8 mm進行后續(xù)實驗。這是因為切片較薄有利于水分的散失,但過薄會導致水分散失過快,硬度過大,脆度變小,其色澤也會在水分散失過快的情況下被破壞;切片較厚,中心向外散失水分不容易,導致含水率過高,脆度變小[6]。另外,色差值越大脆片的顏色越深[14],適宜的色差可以引起食欲,所以選擇中間值最為合適[15]。

圖1 切片厚度對網(wǎng)紋甜瓜膨化脆片品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of slice depth on quality of muskmelon chips

預干燥時間是膨化制品中非常重要的一個影響因素[16],由圖2可知,硬度在210 min時最??；脆度隨著預干燥時間增加呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢,在210 min處達到最大,之后下降明顯;含水量和色差值隨著預干燥時間增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢,在210 min處均有最小值。

圖2 預干燥時間對網(wǎng)紋甜瓜膨化脆片品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of predrying time on quality of muskmelon chips

圖3 膨化溫度對網(wǎng)紋甜瓜膨化脆片品質(zhì)的影響Fig.3 Effects of puffing temperature on the quality of muskmelon puffing chips

由圖3可知,硬度與含水量隨著膨化溫度的增加呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢,在80 ℃處均有最小值;脆度隨著膨化溫度增加呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢,在80 ℃處有最大值;膨化溫度對色差的影響比較小,但是在80 ℃有最小值。

由圖4可知,硬度與色差隨著抽空時間的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,在60 min處有最小值;脆度隨著抽空時間的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在60 min處有最大值。抽空時間對含水量的影響比較小,但在60 min處有最小值。

圖4 抽空時間對網(wǎng)紋甜瓜膨化脆片品質(zhì)的影響Fig.4 Effects of evacuated time on the quality of muskmelon puffing chips

2.2 響應面分析

變溫壓差膨化操作條件:取預干燥時間不同的樣品,在不同膨化溫度和抽空時間條件下膨化,膨化壓力差為0.2 MPa,停滯時間為5 min,抽空溫度為80 ℃,真空罐真空度為0.098 MPa。膨化后測定膨化產(chǎn)品的硬度、脆度、含水量、色差,實驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表2 響應面實驗設(shè)計及結(jié)果

圖5a～圖5c分別為預干燥時間(X1)和膨化溫度(X2)、膨化溫度(X2)和抽空時間(X3)以及預干燥時間(X1)和抽空時間(X3)對產(chǎn)品硬度(Y1)的交互作用的響應面分析圖。由圖5可以看出,隨著各個因子編碼值及編碼值組合的升高,硬度Y1呈先下降后上升的趨勢。

圖5 三因素對膨化產(chǎn)品硬度的影響Fig.5 Effects of three factors on the hardness of muskmelon products

圖6a～圖6c分別為預干燥時間(X1)和膨化溫度(X2)、膨化溫度(X2)和抽空時間(X3)以及預干燥時間(X1)和抽空時間(X3)對產(chǎn)品脆度(Y2)的交互作用的響應面分析圖。由圖6可以看出,隨著各個因子編碼值及編碼值組合的升高,脆度Y2呈先上升后下降的趨勢。

圖6 三因素對膨化產(chǎn)品脆度的影響Fig.6 Effects of three factors on the brittleness of muskmelon products

圖7a～圖7c分別為預干燥時間(X1)和膨化溫度(X2)、膨化溫度(X2)和抽空時間(X3)以及預干燥時間(X1)和抽空時間(X3)對產(chǎn)品含水量(Y3)的交互作用的響應面分析圖。由圖7可以看出,隨著各個因子編碼值及編碼值組合的升高,含水量Y3呈下降趨勢。

圖7 三因素對膨化產(chǎn)品含水量的影響Fig.7 Effects of three factors on the moisture content of muskmelon products

圖8a～圖8c分別為預干燥時間(X1)和膨化溫度(X2);膨化溫度(X2)和抽空時間(X3)以及預干燥時間(X1)和抽空時間(X3)對產(chǎn)品色差(Y4)的交互作用的響應面分析圖。由圖8可以看出,隨著各個因子編碼值及編碼值組合的升高,色差Y4呈先下降后上升的趨勢。

圖8 三因素對膨化產(chǎn)品色差的影響Fig.8 Effects of three factors on the chromatic aberration of muskmelon products

對于膨化食品來說,首先要考慮產(chǎn)品的色差和硬度要被消費者接受,其次是產(chǎn)品的酥脆度和風味,最后要考慮產(chǎn)品的保質(zhì)期[17-18]。通過計算機對Y4、Y3、Y2、Y1進行優(yōu)化,確定硬度Y1<600 g,在該條件下色差Y4、含水量Y3達到最小、脆度值Y2達到最大,綜合考慮4個指標的回歸模型,確定優(yōu)化工藝參數(shù)范圍:原料預干燥時間為207.48 min,膨化溫度為84.79 ℃,抽空時間為64.60 min。通過計算機模擬出來得到硬度是401 g,脆度是3.47,含水量是10.54%,色差值是8.84。根據(jù)實際生產(chǎn)情況將加工條件改為預干燥時間為207 min,膨化溫度為84.5 ℃,抽空時間為64.5 min。按照優(yōu)化工藝進行驗證實驗,結(jié)果表明,膨化產(chǎn)品的硬度Y1為412 g、脆度值Y2為4個、含水量Y3為10.28%、色差Y4為8.4,擬合度較好,產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異。

3 結(jié)論

通過單因素實驗和響應面法確定和優(yōu)化網(wǎng)狀甜瓜變溫壓差膨化工藝,通過軟件的數(shù)據(jù)分析模擬最佳工藝,再與實際生產(chǎn)結(jié)合,確定加工條件為預干燥時間為207 min,膨化溫度為84.5 ℃,抽空時間為64.5 min。結(jié)果表明,膨化產(chǎn)品的硬度Y1為412 g、脆度值Y2為4個、含水量Y3為10.28%、色差Y4為8.4,產(chǎn)品口感良好,品質(zhì)優(yōu)異。

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Optimization of explosion puffing drying for muskmelon by response surface methodology

SUN Xi-yun1,2,CHOU Shu-rui2,WANG Zi-xuan2,LI Tian-lai1,*

(1.College of Horticulture,Shenyang Agricultural University,Key Laboratory of agrotechny of Liaoning Province,Shenyang 110161,China; 2.College of Food Science,Shenyang Agricultural University,Key Laboratory of Protected Horticulture of Liaoning Province,Shenyang 110161,China)

In order to optimize the explosion puffing drying technology of muskmelon,single factor experimental design was used to analyze the effects of 3 variables including pre-drying time,expanded temperature and evacuated time on the hardness,brittleness,moisture content and color,and technological parameters were optimized through response surface experiments. Two regression models describing the 4 indexes were derived according to the experimental data. The optimal process conditions for the puffing drying were pre-drying time of 207 min,expanded temperature of 84.5 ℃,evacuated time of 64.5 min. Under these conditions,the extruded products’ hardness is 412 g,brittleness value is 4,moisture content is 10.28%,chromatic aberration value is 8.4,the fitting degree is good,and the product quality is excellent.

muskmelon;explosion puffing drying;response surface

2016-10-08

孫希云(1978-)，女，博士，副教授，研究方向：果蔬精深加工，E-mail:sun_xiyun@163.com。

*通訊作者:李天來(1955-)，男，博士，教授，研究方向：設(shè)施園藝與蔬菜生理研究，E-mail:tianlaili@126.com。

TS255.1

B

1002-0306(2017)09-0242-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.037