許銘強(qiáng)，孟伊娜，張 婷，馬 燕，孟新濤，鄒淑萍，張 謙

(新疆農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所/新疆主要農(nóng)副產(chǎn)品精深加工工程技術(shù)研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】厚皮甜瓜(Cucumismelo)，屬于葫蘆科(cucurbitaceae)，甜瓜屬(cucumis)，盛產(chǎn)于中國(guó)新疆[1]，肉嫩甜爽、風(fēng)味濃郁。鮮果運(yùn)輸成本高，且產(chǎn)量遠(yuǎn)大于市場(chǎng)供應(yīng)量，導(dǎo)致大量成熟鮮果在短期內(nèi)集聚，耐貯性較差、易腐爛變質(zhì)[2-4]。研究新疆厚皮甜瓜脆片干燥工藝，對(duì)分析新疆厚皮甜瓜脆片干燥工藝有重要意義。【前人研究進(jìn)展】具有獨(dú)特酥脆口感，純天然加工，且方便運(yùn)輸?shù)墓吲蚧嗥a(chǎn)品也是方便休閑食品[5-7]。有采用冷凍干燥、真空低溫油炸及壓差膨化等干燥技術(shù)生產(chǎn)果蔬膨化脆片[8-13]，但冷凍干燥成本高且干燥周期較長(zhǎng)，而真空低溫油炸技術(shù)干燥產(chǎn)品含油量高、不易儲(chǔ)藏[14-16]。【本研究切入點(diǎn)】壓差膨化干燥技術(shù)是一項(xiàng)綠色健康的加工技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高效加工高質(zhì)量非油炸健康果蔬脆片產(chǎn)品。需利用壓差膨化技術(shù)，充分利用新疆厚皮甜瓜的可食用部分，提高其加工利用率，有效減少風(fēng)味物質(zhì)的逸失，并同步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)地特性的重組。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】選擇新疆厚皮甜瓜切片預(yù)干燥后含水率、膨化干燥溫度及真空干燥時(shí)間3個(gè)工藝關(guān)鍵因素，采用響應(yīng)面分析法對(duì)新疆厚皮甜瓜脆片壓差膨化干燥工藝進(jìn)行中心組合設(shè)計(jì)，分析不同因素對(duì)新疆厚皮甜瓜膨化脆片產(chǎn)品含水率、酥脆度、膨化度和色澤的影響，優(yōu)化新疆厚皮甜瓜脆片壓差膨化干燥工藝，為新疆厚皮甜瓜壓差膨化干燥脆片產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

新疆厚皮甜瓜：購(gòu)于新疆烏魯木齊 九鼎農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場(chǎng)；儀器設(shè)備：QDPH10果蔬壓差膨化干燥設(shè)備(天津勤德新材料科技有限公司)。其他儀器設(shè)備主要為：熱泵干燥設(shè)備(0DD150FL，廣州晟起能源設(shè)備有限公司)；電熱恒溫鼓風(fēng)烘箱(蘇州歐文烘箱制造有限公司)；TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀(美國(guó)FTC公司)；CR-10手持色差計(jì)(日本美能達(dá)(MINOUA))；TP-A1000型電子天平(福州華志科學(xué)儀器有限公司)；Sartorius MA30型紅外水分天平(德國(guó)Sartorius公司)。

圖1 果蔬壓差膨化干燥設(shè)備示意Fig.1 Explosion puffing drying equipment for fruits and vegetables at variable pressure difference

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

新疆厚皮甜瓜片的制備：清洗后，去皮除籽，先橫向切成1 cm厚的瓜片，將其切成長(zhǎng)3 cm、寬1 cm、厚0.3～0.5 cm的片段。

瓜片預(yù)干燥：采用除濕熱泵干燥。依據(jù)前期研究中新疆厚皮甜瓜片的干燥曲線(xiàn)(干球溫度梯度設(shè)定40～55℃、濕球溫度梯度設(shè)定35～20℃、循環(huán)風(fēng)機(jī)運(yùn)行模式設(shè)定1)，在程序設(shè)定后進(jìn)行預(yù)干燥處理。在干燥環(huán)節(jié)中，定時(shí)取樣以確定瓜片樣品的含水率。

瓜片膨化：將經(jīng)熱泵預(yù)干燥處理后含水率相同的新疆厚皮甜瓜預(yù)干燥片，平行放置在膨化罐的同一托物架盤(pán)上，以確保膨化過(guò)程中所有處理樣品處于相同的溫度，之后入罐。打開(kāi)溫度控制裝置，并緩慢加熱至設(shè)定的膨化溫度；開(kāi)啟空氣壓縮機(jī)，緩慢調(diào)節(jié)膨化罐壓力，保持罐壓在-0.098～-0.01 MPa穩(wěn)定；快速打開(kāi)泄壓閥，使膨化罐和真空罐連通，膨化罐瞬間失壓，瓜片組織迅速膨脹，同時(shí)排除膨化罐中的大量水分；維持膨化罐內(nèi)一段時(shí)間的真空狀態(tài)，以確保膨化物料殘留的少量水分完成干燥；關(guān)閉加熱閥并開(kāi)啟冷卻閥，迅速注入冷卻水，將溫度保持在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同溫度，并維持不同設(shè)計(jì)所需的真空干燥時(shí)間；保持冷卻水循環(huán)使膨化罐的溫度降至室溫，打開(kāi)通氣閥，恢復(fù)膨化罐的常壓狀態(tài)；開(kāi)罐取出新疆厚皮甜瓜膨化脆片樣品。

1.2.2 工藝優(yōu)化

在前期單因素試驗(yàn)中，選擇預(yù)干燥后新疆厚皮甜瓜片含水率(20%、30%、40%、50%、60%)、壓差膨化溫度(70、80、90、100、110℃)、壓差膨化真空干燥溫度(40、50、60、70、80℃)和壓差膨化真空干燥時(shí)間(1、2、3、4、5 h)進(jìn)行4因素5水平試驗(yàn)，得到單因素最佳參數(shù)為：新疆厚皮甜瓜切片預(yù)干燥至含水率30%、壓差膨化干燥溫度90℃、壓差膨化真空干燥溫度60℃、壓差膨化真空干燥2 h。采用中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)響應(yīng)面優(yōu)化法，以新疆厚皮甜瓜切片預(yù)干燥后含水率(X1)、壓差膨化溫度(X2)、壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)作為因子，進(jìn)行壓差膨化干燥工藝優(yōu)化研究，分析各因子對(duì)新疆厚皮甜瓜膨化脆片產(chǎn)品含水率(Y1)、酥脆度(Y2)、膨化度(Y3)和色澤(Y4)的影響。表1

表1 因子水平編碼Table 1 Coding of factors and levels

1.2.3 指標(biāo)測(cè)定

(1)水分：參考Rodrigues Sueli等[17]水分天平直接干燥法，略作修改。

(2)色澤：利用CR-10型手持色差計(jì)進(jìn)行測(cè)，色澤(△E)值越大，表示產(chǎn)品顏色越好[18,19]。

(3)膨化度：比體積法，采用量杯油菜籽填埋方法對(duì)膨化產(chǎn)品前后的體積差異進(jìn)行測(cè)定。計(jì)算公式為：

膨化度(P)=(V-V0)/V0×100%.

式中：V：膨化后脆片的體積(mL)；V0：膨化前瓜片的體積(mL)。

(4)酥脆度：采用FTC TMS-Pro質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定[20]，并根據(jù)測(cè)試中所產(chǎn)生質(zhì)地特性應(yīng)力曲線(xiàn)上的單個(gè)峰數(shù)指示膨化脆片產(chǎn)品的酥脆度(個(gè))。應(yīng)力曲線(xiàn)上出現(xiàn)的單個(gè)峰數(shù)愈多，產(chǎn)品的酥脆度值則愈大，反之亦然。測(cè)試條件：探頭選擇P/100；測(cè)試前速度為2 mm/s；測(cè)試速度為 1 mm/s；測(cè)試距離為 5 mm；測(cè)試后速度為2 mm/s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Design-Expert V8.0.6軟件進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用IBM SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 關(guān)鍵因子對(duì)膨化脆片品質(zhì)的影響

研究表明，產(chǎn)品含水率(Y1)最大值18.74 %(標(biāo)準(zhǔn)序6)、最小值4.72 %(標(biāo)準(zhǔn)序7)；產(chǎn)品酥脆度(Y2)最大值364個(gè)(標(biāo)準(zhǔn)序7)、最小值88個(gè)(標(biāo)準(zhǔn)序6)；產(chǎn)品膨化度(Y3)最大值1.37(標(biāo)準(zhǔn)序14)、最小值0.12(標(biāo)準(zhǔn)序6)；產(chǎn)品色澤(Y4)最大值為68.54(標(biāo)準(zhǔn)序4、11、14)、最小值為53.09(標(biāo)準(zhǔn)序6)，不同關(guān)鍵因子的運(yùn)行組，其產(chǎn)品的含水率、酥度、膨化度及色澤各組間存在不同程度的差異。標(biāo)準(zhǔn)序6組：預(yù)干燥后含水率40 %、壓差膨化溫度90℃、膨化真空時(shí)間1 h，所得膨化脆片的含水率最高、酥脆度最低、膨化度表現(xiàn)最差、產(chǎn)品色澤變化最小。而標(biāo)準(zhǔn)序7組：預(yù)干燥后含水率20 %、壓差膨化溫度90℃、膨化真空時(shí)間3 h，所得膨化脆片的含水率最低，酥脆度最大，膨化度和色澤表現(xiàn)較好。表2

表2 優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Optimize experimental designs and results

2.2 回歸方程建立及變量

研究表明，預(yù)干燥后新疆厚皮甜瓜切片的含水率(X1)、壓差膨化干燥溫度(X2)、壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)這3個(gè)因子與新疆厚皮甜瓜膨化脆片產(chǎn)品的含水率(Y1)、酥脆度(Y2)、膨化度(Y3)、色澤(Y4)這4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型方程如下：

Y1=7.17+4.26X1-2.23X2-1.24X3-2.06X1X2-2.11X1X3-0.49X2X3+1.76X12-0.15X22+0.70X32(R2=0.940 2).

Y2=153.20-96.00X1+52.75X2+28.50X3-33.25X1X2-5.25X1X3+41.75X2X3+42.28X12-4.72X22+25.27X32(R2=0.937 1).

Y3=1.18-0.39X1+0.12X2+0.14X3+0.16X1X2+0.028X1X3-0.0075X2X3-0.25X12+0.036X22-0.18X32(R2=0.934 4).

Y4=66.84-0.74X1-0.019X2+4.01X3+6.08X1X2+1.06X1X3-0.58X2X3-4.32X12-0.065X22-5.09X32(R2=0.865 8).

決定系數(shù)R2=0.865 8小于0.9且大于0.85，其余方程的決定系數(shù)R2均大于0.9，各模型方程具有較高的可信度，4個(gè)因變量與全體自變量之間的多元回歸影響關(guān)系顯著。預(yù)干燥后的含水率和壓差膨化溫度對(duì)產(chǎn)品色澤影響不顯著，但對(duì)其他3個(gè)指標(biāo)的影響顯著；壓差膨化真空干燥時(shí)間對(duì)脆片產(chǎn)品含水率和酥脆度的影響不顯著，對(duì)脆片產(chǎn)品的膨化度和酥脆度均具有顯著影響。新疆厚皮甜瓜壓差膨化脆片產(chǎn)品的色澤受壓差膨化真空干燥時(shí)間的直接影響。表3

表3 回歸系數(shù)及變量Table 3 Significance analysis of regression coefficients

2.3 因子間的交互效應(yīng)

2.3.1 三因子間的交互作用對(duì)新疆厚皮甜瓜壓差膨化產(chǎn)品含水率的影響

研究表明，隨各因子編碼值及編碼值組合的增加，新疆厚皮甜瓜壓差膨化脆片產(chǎn)品的含水率呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。圖2

圖2 因子交互作用下膨化脆片產(chǎn)品含水量變化Fig.2 Effect of factors on the water content of expanded products

2.3.2 三因子間的交互作用對(duì)新疆厚皮甜瓜壓差膨化產(chǎn)品酥脆度的影響

研究表明，膨化后脆片產(chǎn)品的酥脆度(Y2)與壓差膨化溫度(X2)呈正相關(guān)，而當(dāng)預(yù)干燥后瓜片的含水率(X1)處在較高值時(shí)，膨化后脆片產(chǎn)品的酥脆度(Y2)隨壓差膨化溫度(X2)的升高而平緩增加。隨著預(yù)干燥后瓜片的含水率(X1)和壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)交互作用的增強(qiáng)，膨化后脆片產(chǎn)品的酥脆度(Y2)變化趨勢(shì)趨于平緩，直至在壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)編碼值的最高處出現(xiàn)極大值。在壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)處在較低值時(shí)，其同壓差膨化溫度(X2)對(duì)膨化后脆片產(chǎn)品的酥脆度(Y2)的交互作用不明顯，而當(dāng)壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)處在較高值時(shí)，二者顯現(xiàn)出明顯的交互影響作用；此外，無(wú)論壓差膨化溫度(X2)處在任何編碼值，膨化后脆片產(chǎn)品的酥脆度(Y2)未隨壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)的變化而顯著變化，在恒定的壓差膨化溫度水平下，壓差膨化真空干燥時(shí)間對(duì)膨化脆片產(chǎn)品酥脆特性的影響不顯著，在壓差膨化溫度(X2)和壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)的交互值達(dá)到最大時(shí)，膨化后脆片產(chǎn)品的酥脆度(Y2)增至最大值。圖3

圖3 因子交互作用下膨化脆片產(chǎn)品酥脆度變化Fig.3 Effect of factors on the crisp degree of expanded products

2.3.3 三因子間的交互作用對(duì)新疆厚皮甜瓜壓差膨化產(chǎn)品膨化度的影響

研究表明，隨著預(yù)干燥后瓜片的含水率(X1)增加，膨化后脆片產(chǎn)品的膨化度(Y3)呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)；在預(yù)干燥后瓜片的含水率(X1)處于編碼中間水平時(shí)，膨化后脆片產(chǎn)品的膨化度(Y3)表現(xiàn)較好，且不受壓差膨化干燥溫度(X2)和壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)交互作用的影響。而由圖4c 可知，隨著壓差膨化干燥溫度(X2)和壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)交互組合編碼的增加，膨化后得到的脆片產(chǎn)品膨化度(Y3)呈現(xiàn)出先上升后平緩降低的趨勢(shì)，直觀反映了膨化脆片產(chǎn)品的膨化度在此條件下變化差異顯著。圖4

圖4 因子交互作用下膨化脆片產(chǎn)品膨化度變化Fig.4 Effect of factors on the puffing rates of expanded products

2.3.4 三因子間的交互作用對(duì)新疆厚皮甜瓜壓差膨化產(chǎn)品色澤的影響

研究表明，預(yù)干燥后瓜片的含水率(X1)和壓差膨化溫度(X2)之間交互作用顯著，膨化后脆片產(chǎn)品的色澤(Y4)隨其它因子交互組合的變化，呈現(xiàn)出先升高后降低的響應(yīng)趨勢(shì)，預(yù)干燥后瓜片的含水率(X1)和壓差膨化溫度(X2)二者的交互作用同壓差膨化真空干燥時(shí)間(X3)的單一作用存在較優(yōu)編碼組合，使膨化后脆片產(chǎn)品的色澤(Y4)表現(xiàn)最佳，且可作為因子間交互作用的最優(yōu)水平，優(yōu)化工藝參數(shù)。圖5

圖5 因子交互作用下膨化脆片產(chǎn)品色澤變化Fig.5 Effect of factors on the color of expanded products

2.4 新疆厚皮甜瓜脆片壓差膨化干燥工藝的優(yōu)化

研究表明，隨著新疆厚皮甜瓜壓差膨化脆片產(chǎn)品含水率(Y1)的降低，其酥脆度(Y2)呈陡坡式攀升，趨勢(shì)明顯，但膨化脆片產(chǎn)品膨化度(Y3)和色澤(Y4)則無(wú)明顯規(guī)律性變化。采用SPSS 20.0 軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析結(jié)果表明，影響新疆厚皮甜瓜膨化脆片評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)化參數(shù)為含水率Y1=8.0%、酥脆度值Y2=145、膨化度Y3=1、色澤Y4=66，新疆厚皮甜瓜切片預(yù)干燥后含水率為30%，膨化干燥溫度為90℃，真空干燥時(shí)間為2 h，隨即對(duì)得到的優(yōu)化后工藝進(jìn)行驗(yàn)證。表4

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 4 Validate experimental designs and results

在預(yù)干燥后瓜片的含水率30%、膨化溫度90℃、壓差膨化真空干燥時(shí)間2 h、真空罐真空度-0.098 MPa、壓差膨化壓力差0.2 MPa條件下進(jìn)行新疆厚皮甜瓜脆片壓差膨化干燥，得到的膨化脆片產(chǎn)品平均含水率6.46%，酥脆度150，膨化度1.24，色澤為67.15。

3 討 論

壓差膨化干燥技術(shù)適用于生產(chǎn)新疆厚皮甜瓜膨化脆片產(chǎn)品，但在加工過(guò)程中原料的含水率直接影響著新疆厚皮甜瓜膨化脆片產(chǎn)品的品質(zhì)，水分過(guò)高會(huì)產(chǎn)生較大的膨化氣泡，過(guò)低則影響酥脆品質(zhì)且膨化效果不明顯。新疆厚皮甜瓜脆片進(jìn)行壓差膨化干燥前需進(jìn)行預(yù)干燥處理，并確保預(yù)干燥后加工原料具有適宜的水分含量，以提高膨化干燥速率和膨化脆片產(chǎn)品的品質(zhì)。不同因子間的交互作用對(duì)不同品質(zhì)具有不同的影響，預(yù)干燥后加工原料的含水率與壓差膨化干燥溫度的交互作用對(duì)壓差膨化脆片產(chǎn)品的外觀品質(zhì)具有顯著影響，壓差膨化溫度和壓差膨化真空干燥時(shí)間的交互作用對(duì)壓差膨化脆片產(chǎn)品的酥脆品質(zhì)影響顯著，并且因子間的交互作用組合存在單一最優(yōu)水平，可用于壓差膨化干燥工藝的優(yōu)化，也可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行優(yōu)選。由于新疆厚皮甜瓜屬于熱敏性果蔬原料且含糖量高，實(shí)際操作中應(yīng)注意控制壓差膨化干燥過(guò)程的溫度，溫度過(guò)高易出現(xiàn)焦糊，直接破壞新疆厚皮甜瓜脆片產(chǎn)品的風(fēng)味和色澤。

4 結(jié) 論

新疆厚皮甜瓜切片預(yù)干燥后含水率30%、膨化干燥溫度90℃、壓差膨化真空干燥時(shí)間2 h、真空罐真空度-0.098 MPa、壓差膨化壓力差0.2 MPa。膨化脆片產(chǎn)品品質(zhì)較佳，具有較好的色澤、酥脆度和膨化度。