微波膨化獼猴桃脆片工藝的優(yōu)化

王衛(wèi)東，楊 毅，劉全德，孫月娥

（1.徐州工程學(xué)院食品（生物）工程學(xué)院，江蘇徐州 221111；2.江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221111）

獼猴桃為獼猴桃科木質(zhì)藤本植物，原產(chǎn)我國，又被稱為陽桃、獼猴梨、羊桃、藤梨、木子和毛木果等。獼猴桃果實(shí)營養(yǎng)豐富，尤其維生素C的含量比其他水果高了數(shù)倍甚至是幾十倍，是頗受關(guān)注的抗氧化水果之一[1-2]。獼猴桃屬呼吸躍變型果實(shí)，在常溫條件下極易因微生物和酶的作用而發(fā)生各種變化，從而導(dǎo)致腐爛變質(zhì)，難以久藏[3]。如果將新鮮獼猴桃進(jìn)行深加工，則可彌補(bǔ)鮮食供應(yīng)期短的不足。近年來我國雖然在獼猴桃采后處理及綜合加工利用方面做了大量的工作，但是目前市場上除獼猴桃果汁、果酒、果脯等產(chǎn)品外，規(guī)?；_發(fā)利用成功上市的產(chǎn)品不多[4]。產(chǎn)品加工還停留在較傳統(tǒng)的工藝水平上，技術(shù)含量低，產(chǎn)品的VC含量保存率不高，色澤不佳，高檔次產(chǎn)品少，同新西蘭、意大利等獼猴桃生產(chǎn)銷售大國有一定的差距。微波膨化是微波能量到達(dá)物料深層轉(zhuǎn)換成熱能，將使物料深層水分迅速蒸發(fā)形成較高的內(nèi)部蒸汽壓力，迫使物料膨化[5]。微波膨化可用于南瓜[6]、香蕉[7]、桃[8]等果蔬脆片的加工，但是還沒有采用微波加工獼猴桃脆片的報(bào)道。本研究采用微波膨化技術(shù)，將獼猴桃加工為膨化脆片，為發(fā)展獼猴桃產(chǎn)業(yè)提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

獼猴桃（徐香） 市售；乙酸鋅、異維生素C鈉、氯化鈣 均為食品級；其他試劑 均為分析純。

722G型分光光度計(jì)、pHS-3C精密pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；DHG9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；WD750家用微波爐 格蘭仕電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 獼猴桃脆片的制備 將獼猴桃置于2%的NaOH溶液中煮2min，迅速將其撈起在流動水中冷卻，手工去皮后，用流水將獼猴桃表面殘留的NaOH沖洗干凈，然后將其切片，在含有0.15%的乙酸鋅、0.09%的異維生素C鈉、0.9%的氯化鈣的溶液中浸泡護(hù)色。護(hù)色液與獼猴桃液料比為2∶1（mL∶g）。護(hù)色30min后瀝干，置于烘箱中干燥至一定水分含量，密封包裝后均濕12h，采用微波爐膨化。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 單因素實(shí)驗(yàn)基本條件為：預(yù)干燥溫度70℃、切片厚度4mm、水分含量20%、750W微波膨化1min。改變其中一個條件，同時(shí)其他條件不變以分別考察切片厚度、水分含量和微波時(shí)間對膨化率的影響。各因素水平梯度分別為：切片厚度2、3、4、5、6mm；水分含量14%、16%、18%、20%以及22%；微波時(shí)間30、60、90、120、150s。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken模型，以切片厚度、水分含量、微波時(shí)間為主要考察因素，進(jìn)行響應(yīng)曲面法實(shí)驗(yàn)優(yōu)化膨化工藝參數(shù)。因素水平編碼見表1。

表1 因素水平表Table 1 The design table of factors and levels

1.2.4 水分含量的測定 真空干燥法[9]。

1.2.5 膨化率的測定 測定獼猴桃片的體積采用置換法，以小米為置換介質(zhì)，小米的粒度要控制在0.9～1.1mm范圍內(nèi)[10-11]。獼猴桃片的膨化率按照下式計(jì)算P：

式中：V1為獼猴桃片膨化前的體積；V2為膨化后的體積。

1.2.6 VC含量的測定 鄰菲羅啉分光光度法[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分含量對膨化率的影響

圖1 水分含量對膨化率的影響Fig.1 Effect of moisture on expansion volume

適宜的水分含量是達(dá)到最大膨化率和高酥脆性的關(guān)鍵因素之一[13]。切片厚度對獼猴桃片膨化率的影響如圖1所示。由圖1可見，隨著預(yù)干燥后獼猴桃片水分含量的增加，膨化率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)水分含量低于20%時(shí)，膨化率隨水分含量的增加而增加；當(dāng)水分含量高于20%時(shí)，膨化率隨水分含量的增加而減少，當(dāng)水分含量為20%時(shí)，獼猴桃片的膨化率最高。

水分含量過低，微波時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣少，膨化的動力不足[14]。水分含量過高，則膨化后內(nèi)部容易焦糊，但是外部水分排除不夠充分，產(chǎn)品容易塌陷回縮，膨化率低。此外水分過高還可能導(dǎo)致膨化時(shí)物料內(nèi)部的水分急劇汽化卻排不出去，形成大氣泡，若水汽繼續(xù)外排就會沖擊氣泡使之破裂。

2.2 切片厚度對膨化率的影響

切片厚度對獼猴桃片膨化率的影響如圖2所示。由圖2可見，當(dāng)切片厚度為4mm時(shí)膨化率最高，低于或高于4mm時(shí)膨化率都比較低。厚度過小時(shí)，獼猴桃片預(yù)干燥后發(fā)生干縮，膨化困難。厚度過高時(shí)，微波不宜穿透原料內(nèi)部，導(dǎo)致膨化效果降低。因此切片厚度宜選擇4mm較好。

圖2 切片厚度對膨化率的影響Fig.2 Effect of slice thickness on expansion volume

2.3 微波時(shí)間對膨化率的影響

采用750W的功率膨化時(shí)，微波時(shí)間對獼猴桃片膨化率的影響如圖3所示。由圖3可見，隨著時(shí)間的增加，膨化率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，微波60s時(shí)膨化率最高。研究中還發(fā)現(xiàn)，采用更低或更高的微波膨化時(shí)，膨化率都低于本條件，并且產(chǎn)品容易發(fā)生焦化的現(xiàn)象。因此，采用750W膨化60s效果較好。

圖3 微波時(shí)間對膨化率的影響Fig.3 Effect of microwave time on expansion volume

2.4 響應(yīng)面優(yōu)化微波膨化工藝參數(shù)

2.4.1 二次方程數(shù)學(xué)模型的建立及響應(yīng)面分析 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以膨化率為指標(biāo)，采用響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對獼猴桃片的微波膨化工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。利用Design expert 8.0統(tǒng)計(jì)軟件對表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到二次多項(xiàng)回歸模型的各項(xiàng)系數(shù)，回歸方程為P=29.10x1+84.72x2+11.32x3-0.28x1x2-0.02x1x3-0.04x2x3-0.67x12-9.29x22-0.087x32-742.88。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Box-Behnken design with the observed responses

回歸模型方差分析結(jié)果見表3，F(xiàn)模型=11.13，p=0.0081＜0.01，表明回歸模型極顯著。F失擬=3.74，p=0.2183＞0.05，相關(guān)系數(shù)R2為0.9524，說明回歸模型的擬合度良好，實(shí)驗(yàn)失擬性小，預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值高度相關(guān)，因此可以用此模型來分析和預(yù)測膨化率的大小。

由表3回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)可以看出，微波時(shí)間對膨化率的線性效應(yīng)影響顯著（p＜0.05），而水分含量和微波功率對其線性效應(yīng)影響不顯著（p＞0.05）；三個因素對微波膨化獼猴桃片的曲面效應(yīng)影響極顯著（p＜0.01）；而各兩兩因素的交互效應(yīng)影響均不顯著（p＞0.05）。

表3 回歸模型方差分析Table 3 ANOVA for the regression model

根據(jù)回歸方程和切片厚度、水分含量及微波時(shí)間對膨化率的影響繪制響應(yīng)面圖，觀察并畫出響應(yīng)面形狀，分析切片厚度、水分含量及微波時(shí)間對膨化率的影響及三者之間的相互作用，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，該結(jié)果與之前的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。隨著每個單因素的增大，響應(yīng)值增大，但是當(dāng)響應(yīng)值達(dá)到一定程度后，響應(yīng)值反而隨著單因素的增大而減小。由水分含量-切片厚度圖可以看出，隨著水分含量增高，膨化率也增大，但水分過高時(shí)獼猴桃片過濕，膨化比較困難；由切片厚度-微波時(shí)間圖可以看出，隨著切片厚度增加，膨化率增加，但切片太厚時(shí)，獼猴桃片難以膨化；由水分含量-微波時(shí)間圖可知，隨著微波時(shí)間增加，膨化率增大。但是在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，微波時(shí)間過長，膨化的獼猴桃容易烤焦，膨化率反而降低。

圖4 交互作用對膨化率影響的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface showing interactive effects of factors

2.4.2 響應(yīng)面優(yōu)化膨化工藝參數(shù)結(jié)果 根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，采用Design expert 8.0統(tǒng)計(jì)軟件對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳工藝條件為預(yù)干燥后水分含量19.9%，切片厚度4.1mm，微波時(shí)間62s，此時(shí)膨化率預(yù)測值為73.1%。在最佳工藝條件下進(jìn)行三組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)（為便于操作，水分含量取20%，切片厚度為4mm），測得獼猴桃脆片的膨化率平均為73.8%，與理論預(yù)測值相比相對誤差在0.5%以內(nèi)，說明此模型可以用來預(yù)測獼猴桃片微波膨化率。

2.5 膨化對獼猴桃片水分和VC含量的影響

分別將獼猴桃預(yù)干燥不同時(shí)間，采用750W微波膨化62s，測定水分和VC含量（干基），結(jié)果如圖5、圖6所示。由圖5可見，水分含量隨著預(yù)干燥時(shí)間的增加而減少，膨化后水分含量小于膨化前。當(dāng)干燥時(shí)間達(dá)到2.5h時(shí)，此時(shí)獼猴桃水分含量為20.1%，膨化后水分含量為5.4%。果蔬脆片的口感、出品率和耐藏性與水分活度、水分含量密切相關(guān)。當(dāng)水分含量控制在6%左右時(shí)，水分活度是在0.59～0.65之間，此范圍為果蔬脆片的適宜范圍[15]。

圖5 膨化對水分含量的影響Fig.5 Effect of puffing on moisture content

由圖6可見，VC含量隨著預(yù)干燥時(shí)間的增加而減少，膨化后VC含量小于膨化前。隨著干燥時(shí)間的延長，膨化前與膨化后VC含量的差距減小。優(yōu)良的獼猴桃加工品需要保持其豐富的VC，因此，如何減少VC的損失還需要在工藝技術(shù)方面進(jìn)一步研究。

圖6 膨化對VC含量的影響Fig.6 Effect of puffing on content of VC

3 結(jié)論

采用Box-Behnken及響應(yīng)面分析，建立了微波膨化獼猴桃片白的二次多項(xiàng)式數(shù)學(xué)模型。經(jīng)檢驗(yàn)證明該模型切實(shí)可行，能較好地預(yù)測微波膨化獼猴桃片的膨化率。利用模型響應(yīng)面對影響膨化率的各因素及其交互作用進(jìn)行了分析。微波膨化獼猴桃脆片的最優(yōu)工藝參數(shù)為：獼猴桃片水分含量預(yù)干燥至20%，切片厚度4mm，微波時(shí)間62s。此條件下獼猴桃脆片膨化率可達(dá)73.8%。預(yù)干燥和膨化都使得獼猴桃片中的水分含量減少，在最佳工藝附近得到的獼猴桃脆片水分含量為5.4%，口感酥脆。獼猴桃片在干燥和膨化后的VC含量都減少了，并且干燥時(shí)間越長，VC含量越少。

[1]楊丹，曾凱芳.獼猴桃果實(shí)抗氧化活性物質(zhì)及其在貯藏中的變化[J].食品工業(yè)科技，2010，31（8）：393-395.

[2]Park Y S，Im M H，Ham K S，et al.Nutritional and pharmaceutical properties of bioactive compounds in organic and conventional growing kiwifruit[J].Plant Foods for Human Nutrition，2013，68：57-64.

[3]Figoli A，Tagarelli A，Cavaliere B，et al.Evaluation of pervaporation process of kiwifruit juice by SPME-GC/ion trap mass spectrometry[J].Desalination，2010，250（3）：1113-1117.

[4]朱春華，龔琪，李進(jìn)學(xué)，等.獼猴桃果實(shí)加工綜合利用研究進(jìn)展[J].保鮮與加工，2013（2）：57-62.

[5]齊琳琳.以干香菇為原料的香菇脆片加工工藝研究[D].無錫：江南大學(xué)，2013.

[6]徐圣蘭，石彥國，李春陽.微波膨化南瓜脆片的工藝優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技，2011，32（5）：279-281.

[7]芮漢明，賀豐霞，劉鋒.重組型香蕉脆片關(guān)鍵技術(shù)研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2008，34（10）：85-88.

[8]呂健.桃脆片加工工藝優(yōu)化及品質(zhì)評價(jià)研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2013.

[9]張水華.食品分析[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2010.

[10]SHAM P W Y，SCAMAN C H，DURANCE T D.Texture of vacuum microwave dehydrated apple chips as affected by calcium pretreatment，vacuum level，and apple variety[J].Journal of Food Science，2001，66（9）：1341-1347.

[11]黃儒強(qiáng)，芮漢明，曾慶孝.爆裂玉米與普通玉米微波真空膨化特性比較[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，31（1）：88-90.

[12]李惠華，林月娟，徐嚴(yán)平，等.間接分光光度法測定抗壞血酸含量的正交實(shí)驗(yàn)[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2012，29（5）：2977-2979.

[13]陽辛鳳.微波膨化木瓜脆片的加工工藝[J].食品工業(yè)科技，2008，29（1）：173-175.

[14]肖子亞，曹發(fā)海，朱德泉.微波技術(shù)在膨化食品加工中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2004（7）：61-62.

[15]劉勤生，韓建義.果蔬脆片的水分含量、水分活度及含油量的關(guān)系[J].食品工業(yè)科技，2002，23（4）：31-32.