金麗梅，隋世有，陳文璐，廖梓釗，胡亞光，魏春紅，李婷

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院，大慶 163319；2. 北大荒現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)省級培育協(xié)同創(chuàng)新中心）

胡蘿卜是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷氖卟似贩N之一，其中含有多種營養(yǎng)物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、胡蘿卜素等物質(zhì)，人們稱之為“小人參”，經(jīng)常食用有益肝明目、降糖降脂等功效[1-2]。目前，胡蘿卜常作為農(nóng)副產(chǎn)品食用，而開發(fā)胡蘿卜脆片休閑食品，對于提高胡蘿卜的利用價值，提高人們的健康水平具有重要意義?，F(xiàn)有的果蔬脆片加工工藝主要分為烘焙型、油炸型和擠壓型，其中，油炸脆片雖然酥脆可口，但普遍存在高熱量、高油脂、色澤暗淡、營養(yǎng)損失大等問題[3-5]。為了解決油炸脆片帶來的潛在健康隱患[6-7]，對非油炸型果蔬脆片的加工工藝探索研究層出不窮[8-9]。

微波干燥是利用微波的穿透性，實現(xiàn)了物料內(nèi)、外同時加熱，從而去除物料水分[10]。微波干燥不同于傳統(tǒng)干燥方式，其熱傳導方向與水分擴散方向相同，有利于縮短干燥時間[11-13]，同時也會使果蔬發(fā)生部分膨化作用，結(jié)構(gòu)變得疏松[14]。然而微波干燥存在的主要問題是產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)品率低、質(zhì)量參差不齊以及干燥耗時長，能耗高等各種問題[15]，采取聯(lián)合干燥工藝生產(chǎn)果蔬脆片勢在必行。

擬利用流化干燥、微波干燥及焙烤工藝相結(jié)合的方式加工胡蘿卜脆片，即在微波干燥之前對胡蘿卜薄片進行熱風流化干燥除去胡蘿卜中的大量非結(jié)合水分和部分結(jié)合水，控制流化-微波干燥的含水率轉(zhuǎn)換點，進一步縮短胡蘿卜片的微波干燥時間，提高脆片的感官品質(zhì)。焙烤工藝則有利于提高果蔬脆片的脆度，并進一步降低其含水率至安全數(shù)值。以色度為指標，通過單因素和正交實驗優(yōu)化流化干燥和微波干燥的工藝參數(shù)；在上述實驗的基礎(chǔ)上，以脆度和含水率為評價指標，優(yōu)化了焙烤工藝參數(shù)，從而開發(fā)出一種口感酥脆、天然綠色健康、低脂低熱的非油炸胡蘿卜脆片食品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮胡蘿卜（北京華聯(lián)超市購買）。食鹽和綿白糖（吉林省杞參食品有限公司）、麥芽糊精（濰坊英軒實業(yè)有限公司）、檸檬酸（上海樂歐食品有限公司）、植酸（河南實業(yè)有限公司）、氯化鈣（分析純試劑）、去離子水（食品學院中試車間提供）。

1.2 儀器與設(shè)備

JYC-21HEC05 電磁爐（九陽股份有限公司）；LHC-3 流化床干燥操作演示實驗裝置（天津大學化工基礎(chǔ)實驗中心制）；ORWO8S-2Z 微波真空干燥殺菌設(shè)備（南京澳潤微波科技有限公司）；TPA-CT3 質(zhì)構(gòu)儀（Brookfield Company）；A45 電烤箱（青島漢尚電器有限公司）；HH-4 數(shù)顯恒溫水?。ǔＶ輼s華儀器制造有限公司）；RC-01 切片機（永康日燦日用片有限公司）；JD100-3B 電子天平（沈陽龍騰電子有限公司）；家用不銹鋼鍋、燒杯、量筒、玻璃棒等。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

新鮮的胡蘿卜→挑選→清洗→去皮→切片→護色→漂燙→浸漬→流化干燥→微波干燥→烘焙→冷卻→稱量包裝→成品

1.3.2 操作方法

選擇外觀好、表皮光滑的胡蘿卜，洗去表面附著的泥沙及其他雜質(zhì)。用RC-01 型切片機將胡蘿卜切成3 mm 薄片。使用復合護色劑（0.25%植酸、0.50%檸檬酸、0.30%氯化鈣和1.5%氯化鈉）對胡蘿卜片進行護色10 min，防止發(fā)生褐變，保持營養(yǎng)[16]，然后對其進行漂燙（90 ℃，熱燙6 min），涼水冷卻后用糖和糊精調(diào)制糖度為12 °的浸漬液浸漬20 min[17]。瀝干水分置于流化干燥室中，在設(shè)定的流化溫度和空氣流量下，每隔5 min 將胡蘿卜片翻轉(zhuǎn)一次并稱重，計算濕基含水率和描繪干燥曲線。將流化干燥后的胡蘿卜片均勻平鋪于微波干燥設(shè)備中，通過控制干燥功率、時間和初始濕基含水率，分別繪制不同功率和初始濕基含水率條件下的干燥曲線。通過單因素實驗考察微波干燥的功率（350、400、450 W）、時間（60、90、120 s）、初始濕基含水率（40%、50%、60%）的影響。在單因素實驗的基礎(chǔ)上安排L9（33）正交試驗，優(yōu)化微波干燥的最優(yōu)條件。將微波干燥后的胡蘿卜片放入焙烤設(shè)備中，設(shè)定溫度為80 ℃，研究不同焙烤時間（5、10、15、20、25 min）下胡蘿卜片的濕基含水率，并結(jié)合CT3 質(zhì)構(gòu)儀測定胡蘿卜薄片的脆度值，確定烘焙干燥的最優(yōu)條件。

1.4 指標測定

1.4.1 色度評定

使用Adobe photoshop CS 軟件評定胡蘿卜的色度，在RGB 模式中讀取R 值，即紅色的色度值作為評定指標。試驗中色度值的數(shù)值越大，表明胡蘿卜片的色澤越好[18]。

1.4.2 水分含量的測定

胡蘿卜水分的測定參照GB 5009.3-1985 食品中水分的測定方法，物料最初含水率及絕干物料質(zhì)量可用105 ℃烘干法測定。

式中：m0—物料初始質(zhì)量；

md—絕干物料質(zhì)量。

式中：x1—時間t1時的干基含水率；

x2—時間t2時的干基含水率。

1.4.3 脆度的測定

使用CT3 質(zhì)構(gòu)儀測定胡蘿卜薄片脆度值，采用TA11/1 000 探頭，夾具TA-RT。測試方法：目標行程3 mm，觸發(fā)點負載10 g，測試速度1 mm·s-1，返回速度1 mm·s-1，循環(huán)次數(shù)2，脆度定義為以爆裂時的力與爆裂時間的比值[19-20]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Origin 2017 軟件，Adobe photoshop CS 軟件，數(shù)據(jù)處理采用Excle 2010。

2 結(jié)果與分析

2.1 流化干燥實驗

2.1.1 流化溫度的確定

控制空氣流量為136.5 m3·h-1，流化干燥時間為45 min，調(diào)整流化溫度為45～85 ℃，得到胡蘿卜的流化干燥曲線如圖1 所示。

圖1 不同溫度下的胡蘿卜流化干燥曲線Fig.1 Fluidized drying curve of carrot under different temperature

由圖1（a）可知，在空氣流量為136.5 m3·h-1時，胡蘿卜片的濕基含水率隨溫度的升高而下降，溫度越高，胡蘿卜內(nèi)部水分的遷移速率增加，含水率下降速度，即干燥速度越快[21]。由圖1（b）可知，在最初的0～5 min 內(nèi)，胡蘿卜片處于預熱階段，干基失水速率隨著溫度的升高而緩慢的增大，基本沒有恒速階段，當時間大于5 min 以后，則直接進入降速干燥階段，干燥溫度越大，干基失水速率也越大。當溫度為45 ℃時，干基失水速率較慢，而溫度為85 ℃時，雖然能達到較高的失水速率，但溫度過高胡蘿卜表面會產(chǎn)生焦糊干裂現(xiàn)象，因此確定流化干燥的溫度為65 ℃左右。

2.1.2 空氣流量的確定

控制流化溫度為65 ℃，干燥時間為45 min，調(diào)整流化空氣流量為110.5～162.5 m3·h-1，得到胡蘿卜片的流化干燥曲線如圖2 所示。

圖2 不同空氣流量下的胡蘿卜流化干燥曲線Fig.2 Fluidized drying curve of carrotunder different air flow

由圖2（a）可知，在流化溫度65 ℃時，空氣流量越大，胡蘿卜片的水分含量下降越快，隨著干燥時間的延長，水分含量下降明顯。由圖2（b）可知，在0～5 min，胡蘿卜片處于預熱階段，因此在不同空氣流量下干基失水速率逐漸增加，在5 min 后，胡蘿卜片處于降速干燥階段，干基失水速率逐漸降低，但實驗表明：流量過低，試樣表面略有暗淡無光澤，原因可能是流量過低水分去除的速率降低，在一定溫度下，痕量的水分中溶解的氧氣長時間存在于組織間可能促進呈色物質(zhì)（類胡蘿卜素）的氧化[22]；當流量過高，干基失水速率反而降低，試樣會出現(xiàn)卷曲現(xiàn)象，原因是胡蘿卜薄片組織內(nèi)部水分未來得及擴散到表面及邊緣處而導致的[23]。因此選定空氣流量為149.5 m3·h-1附近進一步做正交實驗，優(yōu)化試驗結(jié)果。

2.2 流化干燥正交實驗

在上述單因素的實驗基礎(chǔ)上，安排包括流化溫度、空氣流量、干燥時間在內(nèi)的L9（33）正交水平表，如表1 所示。胡蘿卜由流化干燥轉(zhuǎn)入到微波干燥時的含水率的理想數(shù)值應(yīng)為恒速和降速干燥的轉(zhuǎn)折點[24]，這樣有利于提高微波干燥時去除結(jié)合水的速度。此外，在去除一定量水分的同時應(yīng)盡最大限度的保持胡蘿卜片有較好的色澤。以色度值作為評價指標，數(shù)值越大，表明胡蘿卜片的色澤越好，試驗結(jié)果見表2。

表1 流化干燥正交試驗因素水平表Table 1 Fluidized drying orthogonal experiment factor level table

表2 L9（33）流化干燥正交試驗表Table 2 L9（33）Fluidized drying orthogonal experiment table

由表2 可見，胡蘿卜片流化干燥時，各因素對色度大小影響的次序是干燥時間（C）＞流化溫度（A）＞空氣流量（B），最優(yōu)組合為C1A2B2，即干燥時間30 min，流化溫度65 ℃，空氣流量149.5 m3·h-1，在上述實驗條件下進行驗證實驗，此時胡蘿卜的色度值為227.67，在上述正交試驗中各組實驗的色度值中達到最大。因此，上述條件為流化干燥的最佳條件。

2.3 微波干燥實驗

2.3.1 初始濕基含水率的確定

控制功率為400 W，時間180 s，調(diào)整初始濕基含水率為30%～70%，得到胡蘿卜的微波干燥曲線，如圖3 所示。

圖3 不同初始含水率下胡蘿卜微波干燥曲線Fig.3 Microwave drying curve of carrot under different initial moisture content

由圖3（a）可知，微波干燥時胡蘿卜的初始濕基含水率越高，含水率的下降速度越慢；初始濕基含水率越小，干燥速度越快。由于在0～60 s 時，胡蘿卜的含水率很高，頻繁取樣不利于胡蘿卜表面升高溫度，因此最初取樣間隔為1 min，隨后每隔30 s 取樣。0～60 s 時，含水率急劇下降，60 s 后濕基含水率下降緩慢。由圖3（b）可知，在一定的微波功率下，胡蘿卜片的干基失水速率呈現(xiàn)出相類似變化趨勢，在70%初始濕基含水率的干基失水速率最大，但濕基含水率下降緩慢；在30%的干基失水速率最小，隨著胡蘿卜片的濕基含水率降低，微波干燥時如果胡蘿卜內(nèi)部的水分來不及擴散到表面，其表面將產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象。因此，微波階段如果含水率降到很低的數(shù)值，產(chǎn)品的品質(zhì)會降低，研究將在微波干燥后結(jié)合烘培實驗，使得產(chǎn)品的水分緩慢去除，能夠較好的保證產(chǎn)品的色、香、味、形。因此，確定流化干燥和微波干燥的含水率轉(zhuǎn)換點為50%左右，即保證適度的微波干燥后胡蘿卜片含水率仍在20%以上，避免焦糊現(xiàn)象。

2.3.2 微波功率的確定

功率是影響干燥速度和質(zhì)量的重要因素，增大功率能為水分蒸發(fā)提供能量，提高胡蘿卜中水分子的擴散速度，降低微波干燥箱內(nèi)的相對濕度，增加胡蘿卜片與微波干燥箱內(nèi)空氣間的水氣壓差，有利于水分擴散，從而縮短胡蘿卜的干燥時間。因此，控制初始濕基含水率50%，時間180 s，調(diào)整微波功率為300～500 W 之間，得到胡蘿卜的干燥曲線如圖4 所示。

圖4 不同功率下胡蘿卜微波干燥曲線Fig.4 Microwave drying curve of carrot under different microwave power

由圖4（a）可知，微波功率越大，胡蘿卜的濕基含水率下降速度越快。在90 s 后濕基含水率下降速度趨近于平緩，以功率300 W 為例，時間在0～60 s 時，濕基含水率從最初的58%迅速下降到40%左右，60～180 s 濕基含水率下降趨勢較慢。由圖4（b）可知，特別是干燥后期120 s，胡蘿卜片的干基失水速率維持恒定，當微波功率過大時，其內(nèi)部的水分來不及遷移到表面，胡蘿卜表面將會產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象；當功率過低，胡蘿卜內(nèi)部仍含有大量水分，從而影響產(chǎn)品的品質(zhì)[24]。因此，確定微波干燥的功率為400 W 左右，進一步做正交實驗，優(yōu)化試驗結(jié)果。

2.4 微波干燥正交實驗

根據(jù)單因素的實驗結(jié)果，以微波干燥的初始濕基含水率、功率、時間為因素的L9（33）正交試驗因素水平表見表3，試驗結(jié)果見表4。評價指標為色度值。

由表4 可知，胡蘿卜片微波干燥時，各因素對胡蘿卜色度的影響次序為C＞A＞B，即微波干燥時間對胡蘿卜片的色度影響最大，初始濕基含水率其次，功率對其影響很弱，最佳組合為C1A2B3，即微波干燥時間60 s，初始濕基含水率50%，功率450 W。

表3 微波干燥正交試驗因素水平表Table 3 Microwave drying orthogonal experiment factor level table

表4 L9（33）微波干燥正交試驗表Table 4 L9（33）Microwave drying orthogonal experiment table

2.5 正交最優(yōu)結(jié)果驗證

為進一步研究優(yōu)化工藝的可靠性和合理性，按上述確定的最佳微波干燥條件，即微波干燥時間60 s，初始濕基含水率50%，功率450 W，進行驗證試驗，重復3 次，在該實驗條件下，胡蘿卜的平均色度為215.66，優(yōu)于正交實驗結(jié)果中的C1A2B3組合，驗證結(jié)果表明，優(yōu)化后的脆化條件結(jié)果穩(wěn)定、可靠。

2.6 焙烤實驗

將微波干燥后的胡蘿卜片放入烤箱中，控制烘焙溫度80 ℃，研究不同烘焙時間（5、10、15、20、25 min）對胡蘿卜薄片的脆度值的影響，如圖5 所示。由圖5可知烘焙時間為5、10 min 時，胡蘿卜片的含水率較高，此時胡蘿卜薄片的脆度曲線只有一個峰值，沒有脆度值。烘焙時間為15、20 min 和25 min 時的脆度測試曲線分別有兩個峰，其中第一個峰即代表脆度，相應(yīng)的脆度值分別為400、676 和1 100 g·s-1，表明烘焙溫度越高，胡蘿卜的脆度較大。

圖5 焙烤階段胡蘿卜脆度測試曲線Fig.5 Carrot crispness testing curve during baking period

烘焙過程中胡蘿卜片的濕基含水率曲線如圖6所示，由圖6 可見，烘焙20 min 時胡蘿卜片的濕基含水率約為5%，符合果蔬脆片理化指標中的含水量小于等于5%的要求[25]。因此胡蘿卜的烘焙條件可以確定為80 ℃，烘焙時間為20 min。對此條件下的胡蘿卜脆片指標進行測試，其脆度值為676 g·s-1，色度值為207.33，與流化干燥和微波干燥后相比色度值稍有降低，此時產(chǎn)品顏色更加均勻，呈橙紅色，表面略有輕微突起和膨化，口感酥脆，味道適中。

圖6 焙烤工藝濕基含水率與時間的關(guān)系Fig.6 Relationship between moisture content and time during baking process

3 結(jié)論

通過流化干燥—微波干燥—焙烤聯(lián)合技術(shù)進行非油炸胡蘿卜脆片加工工藝研究，得出如下結(jié)論：

（1）胡蘿卜流化干燥過程主要分加速和降速兩個階段。影響胡蘿卜色度的3 個因素主次順序為：流化時間＞流化溫度＞空氣流量；最優(yōu)工藝參數(shù)為流化溫度65 ℃，空氣流量149.5 m3·h-1，流化時間30 min。

（2）微波干燥過程分為預熱加速階段和降速階段，大量的水分在預熱階段被迅速脫去。影響色度的3 個因素主次順序為：微波時間＞初始濕基含水率＞微波功率；微波干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)為時間為60 s、初始濕基含水率50%、功率為450 W。

（3）胡蘿卜脆片焙烤試驗中，焙烤溫度80 ℃，焙烤時間為20 min，此時胡蘿卜脆片的脆度值達到676 g·s-1，含水率為5%，色度值為207.33，產(chǎn)品品質(zhì)較好。