常壓油炸山藥脆片的工藝研究

劉　璐, 廖　李, 程　薇, 汪　蘭, 吳文錦, 陳學(xué)玲, 丁安子,王　俊, 高　虹, 史德芳, 梅　新, 喬　宇

(湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工分中心/湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所,湖北武漢 430064)

山藥具有健脾、補(bǔ)肺、固腎、益精等多種功效,作為一種營養(yǎng)豐富的天然食品,不僅在國內(nèi)有著廣闊的市場,而且在國外市場也很受歡迎,在日本、韓國和東南亞的一些國家和地區(qū)享有較高的聲譽(yù),素有“天然人參”“中國小人參”“林野山珍”之譽(yù).山藥有麻山藥、紫山藥、懷山藥、牛腿山藥等多個(gè)品種.在醫(yī)圣李時(shí)珍故里湖北省蘄春縣大面積種植了一種蘄山藥,以其枝肥個(gè)大、肉質(zhì)細(xì)膩、淀粉豐富、色白多汁、食味香甜、清爽可口而有別于他處,主要分布在以蘄春縣為原產(chǎn)地的黃梅、武穴、英山、浠水等縣市,年產(chǎn)量達(dá)到6萬t,已成為當(dāng)?shù)氐奶厣еa(chǎn)業(yè)[1-4].

目前,蘄山藥主要以鮮食為主,而且不耐貯藏,因而限制了其銷售范圍,絕大多數(shù)都在當(dāng)?shù)丶爸苓呬N售.山藥大部分用于鮮食或加工制粉,整體加工水平不高,加工程度低,產(chǎn)品附加值不高,山藥的即食休閑食品在市場上較少.果蔬脆片是一種深受消費(fèi)者青睞的休閑食品,主要的生產(chǎn)工藝有油炸、膨化、干燥等方法,油炸又分為真空低溫油炸和常壓油炸,膨化有微波膨化和擠壓膨化等方法,干燥有真空冷凍干燥、微波干燥、低溫烘干等方法[5-8].現(xiàn)在比較受國內(nèi)外消費(fèi)者歡迎的果蔬脆片中,薯片占據(jù)了主要市場,其工藝設(shè)備非常成熟,口味多樣化.山藥作為我國的特色食品,其相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)和市場化還非常滯后,而山藥脆片是一種非常有市場前景的休閑食品.本研究以蘄山藥為原料,通過預(yù)干燥控制水分,再經(jīng)過油炸,以山藥片脆度、色澤、脂肪含量為評(píng)價(jià)指標(biāo),以開發(fā)出色澤金黃和香脆可口的山藥脆片.

1　材料與方法

1.1　材料與試劑

蘄春山藥,利川市匯川現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司;大豆油(中昌牌精煉一級(jí)5 L)、氫氧化鈉、甲基紅、硫酸銅、石油醚、溴甲酚綠、鹽酸等均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司.

1.2　儀器與設(shè)備

BT255型分析天平,德國Sartorious;PAL2002型電子天平,MJ33型水分測試儀,瑞士梅特勒;C21-SN216型美的電磁爐,美的電器;TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀,英國Stable Micro Systems公司;SC-80C型全自動(dòng)色差計(jì),北京康光儀器有限公司;DZ-280/2SE小型真空封裝機(jī),綠葉牌;WFZ UV-3802型紫外可見分光光度計(jì),美國尤尼柯;快速食品調(diào)理機(jī),波蘭博朗電器;JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡,日本電子株式會(huì)社(JEOL).

1.3　方法

1.3.1工藝流程及步驟

原料→清洗去皮→切片→冷水浸泡→熱水燙漂→冷卻→烘干→油炸→真空包裝.

清洗去皮:清洗山藥表面的泥,削去山藥皮,去除根部變色及有傷部分,切成小段.

切片:放入切片機(jī),選擇1.5 mm的刀片,將切好的山藥段全部切成片狀.

冷水浸泡:將已切片的山藥浸泡在冷水中,并清洗掉部分黏液.

熱水燙漂:將初步清洗的山藥片放入85℃水中,熱燙1 min取出.

冷卻:將燙漂后的山藥片放入冷水中靜置至冷卻后撈出.

烘干:將烘箱設(shè)置成所需溫度后放入山藥片并計(jì)時(shí),達(dá)到所需時(shí)間即取出.

油炸:將油炸鍋設(shè)置成所需溫度,放入烘干好的山藥片,油炸一定時(shí)間分批取出并冷卻.

真空包裝:將冷卻的山藥片放入塑封袋中,用真空封裝機(jī)包裝.

觀察山藥脆片的油炸過程,不同的溫度都會(huì)經(jīng)過開始時(shí)山藥片漂浮在油表面,周圍冒出大量氣泡,顏色由白至黃,由淺至深,最終沉入鍋底,無明顯變化,記下每個(gè)溫度經(jīng)歷這一過程所需時(shí)間.

1.3.2工藝要點(diǎn)

冷水浸泡:山藥含有大量的粘液,接觸可造成人皮膚輕微過敏,且不易于加工,所以進(jìn)行初步清洗,以期減少粘液對(duì)實(shí)驗(yàn)干擾.與此同時(shí),可隔絕空氣中的氧氣,使之減少褐變.

熱水燙漂:進(jìn)一步消除山藥表面的黏液.

烘干:由于切片形狀的大小對(duì)山藥片質(zhì)構(gòu)的測定有較大的影響,在選樣烘干時(shí),盡量挑選大小相同,形狀相似且紋路一樣的樣品.設(shè)定好時(shí)間,并每隔一定時(shí)間進(jìn)行翻面,防止沾網(wǎng),以免對(duì)山藥片結(jié)構(gòu)造成破壞,翻面時(shí)間不計(jì)入烘烤時(shí)間內(nèi).

油炸:油炸過程中由于山藥片上下表面溫度差,使之兩面顏色會(huì)有較大差異,所以在油炸過程中,每隔一定時(shí)間要將山藥片翻面,減少顏色的差異.因過多的樣品會(huì)導(dǎo)致油溫下降,所以每次油炸片數(shù)嚴(yán)格控制在10片以內(nèi).

1.3.3測定方法

1.3.3.1山藥片水分含量的測定

參照 GB/T 5009.3—2010食品中水分的測定[9],油炸過程中山藥片水分含量使用MJ33型水分測試儀進(jìn)行水分測定.

1.3.3.2色度測定

隨機(jī)抽取加工好的樣品,每組5片.預(yù)熱好色差計(jì),進(jìn)行調(diào)零,調(diào)白操作,設(shè)定為反射模式,測定過程中保持片狀完整,使光能完全照射在樣品上,每片樣品平行測試5次,記錄L*、a*、b*值.取新鮮山藥,切取1.5 mm厚度的片,作為空白進(jìn)行顏色測定.

全自動(dòng)測色色差計(jì)的幾個(gè)主要色澤參數(shù):L*、a*、b*.其中:L*值表示明度,L*值越大亮度越大,表示褐變?cè)捷p;a*值表示紅綠偏向的色度,有正負(fù)值之分,+a*越大,偏向紅色的程度越大,-a*越大,偏向綠色的程度越大;b*值表示黃藍(lán)偏向的色度,也有正負(fù)之分,+b*越大,偏向黃色的程度越大,-b*越大偏向藍(lán)色的程度越大.

1.3.3.3質(zhì)構(gòu)特性測定[10-11]

測定脆片的破碎力和脆度(峰值個(gè)數(shù)).破碎力(F值)表示在下壓過程中樣品的斷裂力,是第一次壓縮時(shí)的最大峰值數(shù).脆度(CF值)反應(yīng)樣品的內(nèi)部質(zhì)構(gòu),以曲線上設(shè)置范圍內(nèi)的正峰數(shù)來表示.

參數(shù)設(shè)置:探頭型號(hào)為剪切探頭P5S;操作模式為壓力測定;測試速度為0.2 mm/s;目標(biāo)模式為應(yīng)變模式;操作類型為Return to start;觸發(fā)模式為應(yīng)力;等待時(shí)間為0 s;測試前速度2 mm/s;測試后速度10.00 mm/s;測試距離為3 mm;觸發(fā)應(yīng)力為5 g;取點(diǎn)頻率為200 pps.理論上,脆片的破碎力越小,峰值越多(脆性高)時(shí),品質(zhì)越好.每組做平行10次,記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算.

1.3.3.4 山藥片在油炸過程中粗脂肪含量變化的測定

參照 GB/T 5009.6—2003食品中脂肪的測定[12],測定每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)下的油脂含量,并繪制曲線.

1.3.3.5膨化產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)觀察[13-14]

用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察山藥片經(jīng)油炸前后的微觀形貌.樣品經(jīng)真空噴金后,移至掃描電鏡中觀察,加速電壓為10 kV,在掃描電鏡下采用放大倍數(shù)為500倍進(jìn)行觀察并采集圖譜.

2　結(jié)果與分析

2.1　水分含量對(duì)山藥脆片品質(zhì)的影響

本實(shí)驗(yàn)采用市售某品牌薯片的顏色值為理想值指標(biāo),具體參數(shù)如下:b*=14.886 67,硬度 =314.522 g,CF值=9個(gè).不同烘干時(shí)間溫度對(duì)應(yīng)失水率和最終指標(biāo)分別見表1、表2.

表1　不同烘干時(shí)間和溫度對(duì)應(yīng)失水率Tab.1　Rate of water loss of different drying time and temperature

表2　不同烘干時(shí)間和溫度的產(chǎn)品的最終指標(biāo)Tab.2　Properties of different drying time and temperature

由表1、表2知,一定溫度(70℃)和時(shí)間的干燥有利于山藥片的熟化,油炸風(fēng)味較好;當(dāng)溫度過高或是時(shí)間過長時(shí),會(huì)使山藥片表面結(jié)殼硬化,不利于后續(xù)油炸工藝,而且油炸后山藥片變硬,口感不好.通過比較b*值、F值及CF值,70℃烘干20 min所得的山藥片色度、破碎力和脆度最好,所以70℃烘干20 min為較理想烘干條件,采用本條件繼續(xù)對(duì)油炸過程中的水分、顏色、質(zhì)構(gòu)變化進(jìn)行研究.

2.2　色度

本實(shí)驗(yàn)采用市售某品牌薯片的顏色值為理想值指標(biāo),具體參數(shù)如下:b*=14.886 67.

山藥脆片在油炸過程中,會(huì)經(jīng)歷顏色由偏白至黃,由淺至深的過程,所以總體趨勢為b*值上升(見圖1).其中在油炸溫度為120℃時(shí),b*值變化最為平緩,且得到的山藥片b*值也是所有溫度條件下最小的,產(chǎn)品偏白.在油炸溫度為180℃時(shí)b*值變化劇烈,短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到理想值15左右,但隨之顏色繼續(xù)加深變黃,超過理想指標(biāo).綜上,隨著油炸溫度的升高,b*值變化越快,得到的山藥片越黃.

圖1　不同油炸溫度和時(shí)間對(duì)山藥片b*值的影響Fig.1　Effects of different frying temperature and time on b*values of yam chips

色差計(jì)算公式如下:

大多數(shù)山藥片的色差值落于20～30(如圖2),總體趨勢為上升,在120℃與140℃時(shí)變化較為平緩.而在160℃,160 s時(shí)與180℃,120 s時(shí)之前色差變化先上升后趨于平緩,達(dá)到160℃,160 s與180℃,120 s時(shí)色差急劇變大.分析其原因可能是在140℃以上時(shí),隨油炸時(shí)間的增長,山藥片逐漸熟化并失去一定水分,當(dāng)溫度過高時(shí),美拉德反應(yīng)加劇,顏色變得更深.綜合比較b*值,處于理想值的油炸條件為:180 ℃ /150 s、160 ℃ /200 s、160 ℃ /240 s、140℃/360 s(油炸溫度℃/油炸時(shí)間s).

2.3　山藥片在油炸過程中粗脂肪含量變化

隨油溫提升,油炸效果會(huì)更充分,故油溫越高,油炸時(shí)間應(yīng)越短,如圖3.比較4個(gè)油炸溫度下山藥片的最終粗脂肪含量發(fā)現(xiàn),當(dāng)油炸溫度為180℃時(shí)粗脂肪含量最高,160℃時(shí)其次,140℃時(shí)再次,最低粗脂肪含量為120℃時(shí),且變化趨勢較平穩(wěn).當(dāng)油炸溫度為120℃時(shí)粗脂肪含量隨著油炸時(shí)間的增長劇烈增加,最終趨于恒定.

圖2　不同油炸溫度和時(shí)間對(duì)山藥片色差的影響Fig.2　Effects of different frying temperature and time on color change of yam chips

圖3　油炸過程中山藥片粗脂肪含量的變化Fig.3　Fat content of yam chips during frying process

2.4　山藥片在油炸過程中水分含量變化

在油炸過程中,山藥片水分隨著油炸時(shí)間增長而逐漸減少(見圖4).其中在120℃時(shí)水分減少速度最慢,而180℃水分減少速度最快,所以隨著油炸溫度的升高,水分減少速度加快,最終趨于零.

圖4　油炸過程中山藥片水分含量的變化Fig.4　Moisture content of yam chips during frying process

2.5　質(zhì)構(gòu)特性

本實(shí)驗(yàn)采用市售某品牌原味薯片的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)為理想值指標(biāo),具體參數(shù)如下:破碎力 F(g)=314.552,峰數(shù)CF(個(gè))=9.

當(dāng)油炸溫度為120℃時(shí),在240 s之前脆度無明顯變化,240 s以后隨著山藥片開始成型,脆度逐漸增加,直到360 s時(shí)達(dá)到頂峰,即CF值開始趨于穩(wěn)定的時(shí)刻,如圖5.當(dāng)油炸溫度為140℃時(shí),120 s之前CF值緩慢上升,120 s以后脆度逐漸增加直到180 s時(shí)達(dá)到頂峰,240 s時(shí)山藥片破碎力達(dá)到最大,此時(shí)脆度較小,240 s以后山藥片破碎力變小,脆度隨之提升,較120℃時(shí)產(chǎn)品好.當(dāng)油炸溫度為160℃時(shí),在80 s以后山藥片開始成型,CF值逐漸增加至120 s到達(dá)頂峰,處于較理想范圍.圖5中出現(xiàn)緩慢上升現(xiàn)象,可能是由于測試誤差引起,所得山藥片與140℃產(chǎn)品脆度相當(dāng).當(dāng)油炸溫度為180℃時(shí),山藥片成型速度非?？?60 s以前CF值上升速度較前4個(gè)溫度都快,隨后在90 s處達(dá)到頂峰,隨時(shí)間增長,脆度下降,此時(shí)山藥片與120℃產(chǎn)品脆度相當(dāng),脆度較差.

圖5　山藥片在油炸過程中脆度的變化Fig.5　Crispness of yam chips during frying process

圖6　山藥片在油炸過程中破碎力的變化Fig.6　Fracture force of yam chips during frying process

當(dāng)油炸溫度為120℃時(shí),山藥片在240 s以后逐漸開始成型,F值急劇增大,破碎力開始提升,到600 s時(shí)達(dá)到峰值,之后F值開始下降,此時(shí)部分山藥片開始沉入鍋底,極少量氣泡逸出(見圖6).當(dāng)油炸溫度為140℃,油炸時(shí)間處于60 s至180 s時(shí),山藥片未成型,處于迅速失水過程,其質(zhì)地較軟.在180 s至240 s,開始成型,F值增大,240 s達(dá)到峰值,超過500 g力,之后F值開始下降,所得山藥片與120℃時(shí)相比較更接近理想值.當(dāng)油炸溫度為160℃時(shí),120 s時(shí)山藥脆片開始卷曲,至160 s時(shí)山藥片不再變形,氣泡明顯減少.在此溫度下,120 s至160 s F值在300～400 g,為理想值范圍.200～240 s內(nèi),F值增大,超出理想值范圍,所得山藥片較硬,與120℃時(shí)脆度相當(dāng).當(dāng)油炸溫度為180℃,油炸時(shí)間處于60～90 s時(shí),F值趨于理想范圍,但增長幅度較大,90～150 s,F值趨于穩(wěn)定,150～180 s,F值逐漸增大,所得山藥片的F值為4個(gè)溫度中最大.

綜上所述,當(dāng)山藥片在油炸過程中尚未成型之前,山藥片仍是軟的,此時(shí)山藥脆片的F值以及CF值都較小,且變化幅度也較小,但隨油炸溫度的提升,變化趨勢逐漸明顯.在山藥片開始成型之后,山藥片表面和內(nèi)部的水分會(huì)迅速達(dá)到汽化溫度,形成大量氣泡,劇烈的汽化膨脹使山藥脆片浮出油面,同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的爆裂.爆裂的結(jié)果是,在山藥片表層切片所形成的鋸齒狀波紋及周邊產(chǎn)生許多孔穴和裂紋,而當(dāng)高溫炸油進(jìn)入這些孔穴和裂紋時(shí),山藥片次表層的水分也會(huì)被汽化膨脹爆裂,再通過表層孔穴和裂紋逸出,此結(jié)果與張奎彪[15]的油炸天然馬鈴薯的結(jié)果十分相似.隨著時(shí)間增長,CF值迅速增大,山藥片開始卷曲的時(shí)候,達(dá)到最大脆度值,之后隨著山藥的繼續(xù)形變,F值變大,CF值變小.可以看出,隨著時(shí)間的增長,山藥片內(nèi)部孔狀結(jié)構(gòu)變少,破碎力變大,隨之脆度變小.破碎力并非越大越好,要結(jié)合破碎力與脆度,并對(duì)比理想值指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)定.由圖5和圖6可得,160℃是比較適合的油炸溫度,有較多的時(shí)間點(diǎn)坐落于理想值指標(biāo)范圍.結(jié)合色差結(jié)果,選定160℃/200 s、160℃/240 s(油炸溫度℃/油炸時(shí)間s),比較兩者含油量及脆度來看,160℃/200 s含油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.280 6%略低于160℃/240 s的27.713 9%,但160℃/200 s的破碎力為388.776 g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于160℃/240 s的580.482 g,更加接近理想指標(biāo),故得出較佳工藝為:烘干溫度70℃,烘干時(shí)間20 min,油炸溫度160℃,油炸時(shí)間200 s.

2.6　油炸前后山藥片微觀結(jié)構(gòu)觀察

油炸前的山藥片橫面,主要由橢圓形淀粉顆粒相互緊密排列在一起,顆粒間隙很小,見圖7.而經(jīng)油炸,山藥片的水分蒸發(fā)和淀粉糊化加快,其橫面質(zhì)地均勻、光滑平整、組織狀態(tài)良好,顆粒間隙變大.

圖7　油炸前后山藥片橫面微觀結(jié)構(gòu)Fig.7　Before and after drying on micro-structure of yam chips'flat

油炸膨化前的山藥片截面顆粒排列緊密,質(zhì)地粗糙,表面皺縮程度大,見圖8.油炸后,山藥片的截面呈現(xiàn)多孔疏松狀結(jié)構(gòu),為高度膨脹狀態(tài),形成類似海綿狀的結(jié)構(gòu).這可能是由于山藥片在油炸的作用下,導(dǎo)致淀粉分子間的氫鍵斷裂,淀粉分子結(jié)構(gòu)遭到破壞,分子內(nèi)部的水分吸收熱量迅速蒸發(fā),因而形成大量的氣孔.

3　討論與結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以蘄春山藥為原料,對(duì)山藥脆片加工工藝條件進(jìn)行了探索,得出的較佳工藝為:烘干溫度70℃、烘干時(shí)間20 min、油炸溫度160℃、油炸時(shí)間200 s.在最佳工藝條件下的山藥脆片水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.49%,色度(b*值)為13.95,破碎力為388.776 g,脆度值為3,粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.28%.與李昌文等[16]得出的最佳工藝相比較,雖油炸溫度相同,但油炸時(shí)間更長.原因可能是由于其干燥溫度和干燥時(shí)間均高于本實(shí)驗(yàn)中的最佳干燥溫度和時(shí)間,山藥片中的水分含量更低,故在油炸過程中能更快形成脆片.

目前我國生產(chǎn)果蔬脆片主要使用低溫真空油炸、常壓油炸、凍干技術(shù)、微波膨化技術(shù)、壓差(氣流)膨化、微波-壓差膨化等技術(shù)[17].真空油炸和常壓油炸工藝為果蔬脆片生產(chǎn)普遍采用的生產(chǎn)工藝,而非油炸工藝如凍干技術(shù)和微波膨化技術(shù),因其能最大程度地保存果蔬中的維生素、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分,提高其營養(yǎng)價(jià)值而廣泛用于高檔果蔬制造領(lǐng)域[18-19].而常壓油炸操作簡單,生產(chǎn)設(shè)備投資較其他工藝而言相對(duì)較低,故在目前行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r下有較大優(yōu)勢.鑒于本實(shí)驗(yàn),今后可從非油炸深加工方面,同時(shí)考慮山藥的食用價(jià)值與藥用價(jià)值來試開發(fā)山藥類有關(guān)產(chǎn)品,例如微波膨化山藥片等.

圖8　油炸前后山藥片截面微觀結(jié)構(gòu)Fig.8　Before and after drying on micro-structure of yam chips'section