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        蠶蛹變溫壓差膨化干燥工藝優(yōu)化

        2021-03-15 01:56:14吳釗龍林芳陳振林莫嘉華楊艷蘭楊春梅
        食品研究與開發(fā) 2021年5期

        吳釗龍,林芳,陳振林*,莫嘉華,楊艷蘭,楊春梅

        (1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧大連116034;2.賀州學(xué)院食品科學(xué)與工程技術(shù)研究院,廣西賀州542899)

        蠶蛹(silkworm pupa),又稱小蜂兒,蠶蛾科,是蠶發(fā)育到一定階段的產(chǎn)物,而且是2004 年衛(wèi)生部批準(zhǔn)的作為普通食品管理的食品新資源中唯一的昆蟲類食品,我國每年可產(chǎn)鮮蛹30 萬噸以上,約占全世界總產(chǎn)量的80%[1-4]。蠶蛹不僅是一種營養(yǎng)價值較高的美食,也是一種具有功能活性的中藥[5]。蠶蛹中富含蛋白質(zhì)、脂肪酸、甲殼素、糖類、多種蛋白質(zhì)激素、多種維生素、蛹磷脂、干擾素、抗菌肽、溶菌酶、腺嘌呤、次黃嘌呤、腎上腺素、去甲腎上腺素和豐富的微量元素[6]等。蠶蛹蛋白質(zhì)中含有18 種氨基酸,其中8 種人體必需氨基酸占總氨基酸的42%,必需氨基酸與非必需氨基酸的比例達(dá)到0.7∶1.0,非常符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations,F(xiàn)AO)及世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)建議的理想氨基酸模式[7]?,F(xiàn)今我國的蠶蛹大多數(shù)進(jìn)行粗加工后當(dāng)飼料和肥料,對其精深加工開發(fā)利用較少,開發(fā)利用手段和途徑有限,深加工綜合利用加工的產(chǎn)品種類不多,限制了蠶桑產(chǎn)業(yè)收入增長[8-9]。

        變溫壓差膨化干燥是一種新型的環(huán)保干燥技術(shù)[10-11]。通過變溫壓差膨化干燥技術(shù)干燥出來的產(chǎn)品綠色天然、口感良好,最大程度地保留了食品原有的營養(yǎng)成分及香氣成分,并且產(chǎn)品內(nèi)部能形成大氣泡,酥脆度俱佳、食用方便、便于貯藏,克服了油炸食品制品營養(yǎng)成分大量損失、含油量高和不易貯藏等缺點,有利于生產(chǎn)休閑食品、方便食品及保健食品[12-15]。目前,變溫壓差膨化干燥技術(shù)在膨化果蔬產(chǎn)品加工中已得到廣泛應(yīng)用[16-18],對于采用變溫壓差膨化干燥方法加工昆蟲的有關(guān)研究鮮有報道,迄今還未見有采用變溫壓差膨化干燥方法干燥蠶蛹的研究報道。本研究以蠶蛹在膨化后的含水量、色澤和脆度值為主要指標(biāo),對蠶蛹的膨化工藝條件進(jìn)行優(yōu)化研究,為蠶蛹干制深加工提供理論參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        蠶蛹:廣西平樂國弘繭絲綢有限公司。

        1.2 試驗設(shè)備

        變溫壓差膨化干燥機(KAAE 型):江蘇楷益智能科技有限公司;電子天平(JJ1000 型):常熟市雙杰測試儀器廠;水分測定儀(MB90 型):奧豪斯儀器常州有限公司;色彩色差計(CR-400 型):KONICA MINOLTA;物性測定儀(S-081 型):英國SMS 公司。

        1.3 試驗方法

        1.3.1 蠶蛹酥制備

        1.3.1.1 工藝流程

        原料→清洗→燙漂→瀝干→變溫壓差膨化干燥→干制品

        1.3.1.2 操作要點

        原料:選用個體完整、大小均勻的冰凍蠶蛹。

        清洗:將蠶蛹用清水漂洗2 次~3 次。

        燙漂:將蠶蛹在沸水中煮沸滅酶3 min[19]。

        瀝干:瀝干調(diào)好味的蠶蛹表面水分,將蠶蛹擺在變溫壓差膨化干燥設(shè)備托盤上。

        變溫壓差膨化干燥:在膨化溫度為90 ℃,壓力差為0.3 MPa,停滯時間為10 min 下進(jìn)行干燥,干燥至水分含量低于1%。

        1.3.2 單因素試驗

        1.3.2.1 膨化壓力差對蠶蛹的影響

        每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,在膨化溫度為90 ℃,停滯時間為10 min,抽空時間為3 h 條件下進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,研究膨化壓力差分別為0.1、0.2、0.3、0.4 MPa 和0.5 MPa 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標(biāo)都測量3 次,最終取平均值。

        1.3.2.2 停滯時間對蠶蛹的影響

        每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,在膨化溫度為90 ℃,膨化壓力差為0.3 MPa,抽空時間為3 h 條件下進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,研究停滯時間分別為5、10、15、20 min 和25 min 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標(biāo)都測量3 次,最終取平均值。

        1.3.2.3 抽空時間對蠶蛹的影響

        每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,在膨化溫度為90 ℃,停滯時間為10 min,膨化壓力差為0.3 MPa 條件下進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,研究抽空時間分別為1、2、3、4 h 和5 h 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標(biāo)都測量3次,最終取平均值。

        1.3.2.4 膨化溫度對蠶蛹的影響

        每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,在停滯時間為10 min,膨化壓力差為0.3 MPa,抽空時間為3 h 條件下進(jìn)行變溫壓差膨化干燥,研究膨化溫度分別為70、80、90、100 ℃和110 ℃時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標(biāo)都測量3 次,最終取平均值。

        1.3.3 正交優(yōu)化試驗

        由單因素試驗的結(jié)果,正交優(yōu)化試驗中以膨化壓力、停滯時間、抽空時間、膨化溫度為試驗因素,以含水量、色澤、脆度值為指標(biāo),采用四因素三水平的正交表L9(34)對蠶蛹的變溫壓差膨化干燥進(jìn)行優(yōu)化,具體的試驗設(shè)計見表1。

        表1 正交試驗因素與水平設(shè)計Table 1 Orthogonal experiment design level and factors

        1.4 測定方法

        1.4.1 含水量的測定方法

        通過用MB90 型快速水分測定儀測定蠶蛹的含水量。得到蠶蛹平均初始含水量為71.27%。蠶蛹干基含水量根據(jù)式(1)計算。

        式中:M 為蠶蛹變溫壓差膨化干燥到t 時刻時的干基含水量,%;W 為蠶蛹變溫壓差膨化干燥到t 時刻時的濕基含水量,%。

        1.4.2 色澤的測定方法

        利用色彩色差計測定蠶蛹的顏色。以儀器白板的色澤為標(biāo)準(zhǔn),測定樣品的亮度L*值,L*表示明暗,其值越大,產(chǎn)品的亮度最好,可以間接反應(yīng)產(chǎn)品色澤的好壞[20]。每個樣品重復(fù)測定3 次,取平均值。

        1.4.3 脆度值的測定

        采用物性測定儀測定蠶蛹的硬度。使用P2 探頭,測前速度1 mm/s,測試速度2 mm/s,測后速度10 mm/s,穿刺距離20 mm,測定蠶蛹酥的脆度值,脆度定義為以爆裂時的力與爆裂時的時間的比值,而且脆度值越小,脆片的酥脆性越好[21]。

        1.4.5 數(shù)據(jù)分析

        試驗數(shù)據(jù)整理分析用Excel 2010,折線圖采用Origin 9.0 軟件繪制。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

        2.1.1 壓力差對蠶蛹酥含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

        在膨化溫度為90 ℃,停滯時間為10 min,抽空時間為3 h 條件下,不同壓力差蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖1。

        圖1 壓力差對蠶蛹酥的影響Fig.1 Effect of pressure difference on silkworm pupa crisp

        膨化壓力差指膨化前膨化罐中的壓力與真空罐中的壓力差值,是變溫壓差膨化的重要參數(shù),其主要作用是通過氣壓的瞬間變化,使蠶蛹中具有一定能量的水分發(fā)生相變,從原來的液相瞬間變?yōu)闅庀郲22]。由圖1 可知,在其他條件一定時,壓力差對蠶蛹的色澤影響較小,對含水量和脆度值影響較大。隨著壓力差的增大,含水量總體呈下降的趨勢,亮度L*值影響幅度不大,其主要原因在于加深產(chǎn)品顏色的物質(zhì)是熱敏性物質(zhì),壓力影響較小[23]。而脆度值隨著壓力差的增大,呈先下降后上升的趨勢,在一定的范圍內(nèi),在壓力差為0.3 MPa 的條件下有最小的脆度值,此條件下的蠶蛹酥口感好而且酥脆。因此,綜合考慮,壓力差為0.3 MPa時為最優(yōu)的蠶蛹壓力差。

        圖2 停滯時間對蠶蛹酥的影響Fig.2 Effect of dwell time on silkworm pupa crisp

        2.1.2 停滯時間對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

        在膨化溫度為90 ℃,膨化壓力差為0.3 MPa,抽空時間為3 h 條件下,不同停滯時間蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖2。

        由圖2 可知,隨著停滯時間的增加,亮度L*值和含水量均呈現(xiàn)下降的趨勢,停滯時間為20 min 后含水量下降趨勢變得平緩,脆度值呈先下降后上升趨勢,停滯時間為10 min 時脆度值最低,產(chǎn)品的酥脆性好;而當(dāng)停滯時間為20 min 和25 min 時,脆度值較高,亮度L*值較暗,此時的蠶蛹酥產(chǎn)品不佳且較硬。停滯時間是物料進(jìn)入膨化罐前均勻受熱的時間,停滯時間太長,導(dǎo)致產(chǎn)品焦糊,色澤L*值變暗,同時會使產(chǎn)品的營養(yǎng)成分損失較多,停滯時間不宜選取過長,因此綜合考慮,選用停滯時間為5、10 min 和15 min 做蠶蛹酥的優(yōu)化試驗[24]。

        2.1.3 抽空時間對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

        在膨化溫度為90 ℃,停滯時間為10 min,膨化壓力差為0.3 MPa 條件下,不同抽空時間蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖3。

        圖3 抽空時間對蠶蛹酥的影響Fig.3 Effect of vacuum-pumping time on silkworm pupa crisp

        抽空時間指物料在膨化后通過真空系統(tǒng)繼續(xù)除去物料中水分的起止時間[25]。由圖3 可知,在其他條件一定時,隨著抽空時間的增加,含水量呈現(xiàn)下降的趨勢,在2 h 后含水量趨于平緩;亮度L*值呈先上升后下降的趨勢,當(dāng)抽空時間為3 h 時達(dá)最大,色澤最好;脆度值呈一直上升趨勢,在抽空時間為1 h~3 h 時,蠶蛹酥脆度值增加的幅度顯著,當(dāng)抽空時間為3 h 之后,蠶蛹酥脆度值變化的幅度減小。抽空時間太短時,蠶蛹酥中的水分含量較高,水分散失的速度較快;隨著抽空時間的延長,蠶蛹酥中的水分含量逐漸減少,脆度值逐漸升高,在抽空時間為3 h 后物料中的水分含量變化不太明顯,而且在抽空時間為5 h 時蠶蛹酥有焦糊的情況出現(xiàn),從而產(chǎn)品亮度L*值變暗。因此綜合考慮選擇抽空時間為2、3 h 和4 h 做優(yōu)化試驗。

        2.1.4 膨化溫度對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

        在停滯時間為10 min,膨化壓力差為0.3 MPa,抽空時間為3 h 條件下,不同膨化溫度蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖4。

        圖4 膨化溫度對蠶蛹酥的影響Fig.4 Effect of puffing temperature on silkworm pupa crisp

        由圖4 可知,蠶蛹酥隨著膨化溫度的升高,亮度L*值呈先上升后下降的趨勢,脆度值呈先下降后上升的趨勢,含水量呈一直下降的趨勢。在膨化溫度為90 ℃時,亮度L*值達(dá)到最大值,脆度值是最小值,表明該膨化溫度得到的蠶蛹酥亮度較好且酥脆性好。當(dāng)膨化溫度為110 ℃時,蠶蛹酥表面的水分揮發(fā)速度低于其內(nèi)部水分?jǐn)U散到表面的速度,導(dǎo)致蠶蛹酥有一定程度的焦糊現(xiàn)象出現(xiàn),亮度L*值明顯降低,所以其色澤明顯變黑。但溫度過低也會導(dǎo)致蠶蛹的內(nèi)部水分?jǐn)U散受到限制,影響蠶蛹酥內(nèi)部的均勻多孔結(jié)構(gòu)[22]。所以膨化溫度為90 ℃是蠶蛹變溫壓差膨化干燥單因素試驗中的最優(yōu)膨化溫度,因此綜合考慮選擇膨化溫度為80、90 ℃和100 ℃做優(yōu)化試驗。

        2.2 正交試驗結(jié)果與分析

        在單因素試驗的基礎(chǔ)上選取壓力差、停滯時間、抽空時間和膨化溫度為因素來設(shè)計四因素三水平正交試驗,正交試驗結(jié)果見表2。

        表2 L9(34)試驗結(jié)果Table 2 Test results of L9(34)

        正交結(jié)果優(yōu)化采用公式評分法[25],本試驗將每項指標(biāo)的最優(yōu)值定為滿分,分值為10 分,試驗值按照與最優(yōu)值的差別來進(jìn)行比例評分。亮度L*值在正交試驗第5 組69.39 為最佳,定為滿分10 分;在正交試驗第3 組定為最差1 分。含水量在正交試驗第3 組0.42 為最佳,定為滿分10 分;在正交試驗第1 組定為最差1 分。脆度值在正交試驗第8 組110.77 為最佳,定為滿分10 分;在正交試驗第4 組定為最差1 分。其他試驗值按照與最優(yōu)值的差別來進(jìn)行比例評分。因為脆度值與亮度L*值是品質(zhì)指標(biāo),對試驗的結(jié)果影響顯著,所以將其以兩倍計算,即權(quán)數(shù)為2;含水量以一倍計算,即權(quán)數(shù)為1。最終評分公式為:綜合評分=2×亮度L*值+2×脆度值+含水量。利用公式評分法得到的正交試驗結(jié)果和極差分析試驗結(jié)果分別見表3、表4。

        表3 公式評分法試驗結(jié)果Table3 Test results of formula scoring method

        表4 公式評分法極差分析試驗結(jié)果Table 4 Results of range analysis by formula scoring method

        由表3 和表4 可知,各個試驗因素極差R 的大小順序為B>D>C>A,即各個因素對蠶蛹酥影響主次順序為停滯時間>膨化溫度>抽空時間>壓力差。表明蠶蛹在變溫壓差膨化工藝中停滯時間和抽空時間對產(chǎn)品品質(zhì)影響較大,膨化溫度和壓力差對產(chǎn)品品質(zhì)影響較小。由正交試驗結(jié)果中得出最優(yōu)組合為A1B2C1D1,即該組合的壓力差為0.2 MPa,停滯時間為10 min,抽空時間為2 h,膨化溫度為80 ℃。

        2.3 最優(yōu)結(jié)果驗證試驗

        該最優(yōu)組合不在正交試驗內(nèi),在最優(yōu)條件A1B2C1D1下,壓力差為0.2 MPa,停滯時間為10 min,抽空時間為2 h,膨化溫度為80 ℃的條件下做變溫壓差膨化干燥驗證試驗。結(jié)果如表5。

        表5 最佳工藝驗證試驗結(jié)果Table 5 Best process validation test

        在最優(yōu)條件下進(jìn)行試驗,最終得出的亮度L*為65.49,含水量為2.95 %,脆度值為156.28 g/s,要優(yōu)于正交試驗中的任何一組,試驗結(jié)果表明,優(yōu)化后的結(jié)果穩(wěn)定。

        3 結(jié)論

        在單因素試驗基礎(chǔ)上,通過正交試驗,確定蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優(yōu)工藝。蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)為:壓力差為0.2 MPa,停滯時間為10 min,抽空時間為2 h,膨化溫度為80 ℃,在此參數(shù)下高度L*為65.49,含水量為2.95 %,脆度值為156.28 g/s。其中4 個因素對綜合評分的影響程度從大到小分別為:停滯時間>膨化溫度>抽空時間>壓力差。在此最優(yōu)工藝的條件下,蠶蛹酥色澤均勻明亮,口感軟硬適中,且具有酥脆性。蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)能夠為進(jìn)一步研究蠶蛹變溫壓差膨化干燥提供參考。

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