枸杞變溫壓差膨化干燥工藝優(yōu)化研究

賈文婷，趙強(qiáng)文，楊 慧，吳洪斌，吳 宏，金新文*

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000；2.瑪納斯縣旱卡子灘鄉(xiāng) 農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，新疆 昌吉 832200）

0 引言

枸杞是茄科植物枸杞的漿果，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為枸杞具有潤(rùn)肺、清肝、滋腎、益氣、生精、助陽、補(bǔ)虛勞、強(qiáng)筋骨、怯風(fēng)骨、明目等功能[1-2].

枸杞是新疆地區(qū)非常具有優(yōu)勢(shì)特色的林果產(chǎn)品.目前，新疆地區(qū)枸杞除極少量鮮食外，大部分用于制干加工，另外還有少量用于枸杞飲料、枸杞酒等的生產(chǎn)[3-4].從總體上看，附加值較高、增值空間較大的深加工產(chǎn)品所占比重較小，一些先進(jìn)技術(shù)如變溫壓差膨化干燥技術(shù)等，尚未在新疆特色果蔬上得到應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿^大.

近幾年，變溫壓差膨化干燥技術(shù)逐漸興起，作為一種新型的干燥技術(shù)，它具有環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，適用于生產(chǎn)非油炸型果蔬脆片.這種新型的果蔬干燥方式結(jié)合了熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了油炸的缺點(diǎn)，在果蔬干燥中具有十分廣闊的應(yīng)用前景[5-6].但由于影響果蔬變溫壓差膨化干燥的因素很多，膨化前原料的預(yù)干燥水分含量、膨化溫度和抽真空時(shí)間等重要參數(shù)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響尚未完全摸清，有待進(jìn)一步研究.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設(shè)備

新鮮枸杞：購自新疆石河子市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng).

智能型電熱恒溫鼓風(fēng)箱：DHG-9070B，上?，槴\實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；頂開式轉(zhuǎn)換型冷藏冷凍柜：BC/BD-560FA，青島澳柯瑪股份有限公司；真空包裝機(jī)：DZ-500/2s，山東省諸城市海諾機(jī)械有限公司；水分快速測(cè)定儀：MB45，美國(guó)奧豪斯；色彩色差儀：CR-400，柯尼卡美能達(dá)；物性分析儀：TMSPro，美國(guó)FTC 公司；變溫壓差膨化干燥設(shè)備：QDPH-20 型，天津勤德新材料科技有限公司.

果蔬變溫壓差膨化干燥設(shè)備簡(jiǎn)圖見圖1.

圖1 果蔬變溫壓差膨化干燥設(shè)備簡(jiǎn)圖Fig.1 Explosion puffing drying equipment for fruits and vegetables on modified temperature and pressure

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

挑選原料→清洗→預(yù)干燥→除去不可食部分→回軟→變溫壓差膨化干燥→冷卻→充氮?dú)獍b.

1.2.2 操作要點(diǎn)

(1)原料的選擇:選擇新鮮、飽滿且色澤鮮艷的枸杞.

(2) 清洗:用流動(dòng)水清洗枸杞表面的灰塵和雜質(zhì).

(3)預(yù)干燥:采用熱風(fēng)干燥，干燥溫度60 ℃，預(yù)干燥至枸杞含水率在20%～40%.

(4)除去不可食部分：用鼓風(fēng)機(jī)吹走枸杞葉片和雜質(zhì).

(5)回軟:將預(yù)干燥好的枸杞裝入密封袋，放置于0～4 ℃條件下回軟12 h.

(6)包裝：采用充氮?dú)獍b，避免產(chǎn)品回潮.

1.3 檢測(cè)方法

1.3.1 含水率的測(cè)定

采用GB/T 5009.3—2003 直接干燥法[7].

1.3.2 脆度的測(cè)定

采用質(zhì)構(gòu)儀.球型探頭，測(cè)試前速率6.0 mm/s，測(cè)試速率4.0 mm/s，測(cè)試后速率2.0 mm/s，測(cè)試距離4.0 mm，測(cè)試時(shí)間60 s，數(shù)據(jù)采集速度400 次/s.產(chǎn)品的脆度由測(cè)試峰數(shù)的多少來表示，峰數(shù)越多，產(chǎn)品的脆度越好[8].

1.3.3 色澤的測(cè)定

采用色彩色差計(jì).用白板校正儀器，測(cè)量樣品的明度指數(shù)L*.L*表示明暗，其值越大，產(chǎn)品的亮度越好，它能間接地反映產(chǎn)品色澤的好壞[9].

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取原料預(yù)干燥后含水率（X1）、膨化溫度（X2）及抽真空時(shí)間（X3）作為自變量，產(chǎn)品的脆度（Y1）、水分含量（Y2）及色澤（Y3）作為因變量，其他工藝參數(shù)固定為：膨化時(shí)間30 min，抽空溫度50 ℃，膨化壓力差0.2 MPa.根據(jù)前期單因素試驗(yàn)的結(jié)果，確定最佳值，將其編碼值設(shè)定為0 水平，進(jìn)行三因子二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，各因子的水平設(shè)置及編碼值見表1.

表1 因素與水平編碼Table 1 Coding of factors and levels

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Design expert 8.0.6 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)方案及結(jié)果

取新鮮枸杞干燥至不同含水率，在冰箱內(nèi)回軟12 h 后均勻地?cái)[放于托盤上，放入膨化罐內(nèi)，關(guān)閉罐門，在控制面板上設(shè)置好膨化溫度，之后通入蒸汽對(duì)管道進(jìn)行加熱，當(dāng)升至所需的膨化溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)，加熱30 min 后，開啟泄壓閥，原料瞬間被抽真空，將抽空溫度降至50 ℃，在此溫度下抽真空處理60～120 min，然后關(guān)閉泄壓閥，停止抽真空，同時(shí)關(guān)閉蒸汽加熱，通入冷卻循環(huán)水將溫度降至25～30 ℃，維持10 min，讓產(chǎn)品定型，之后打開常壓閥，待壓力恢復(fù)到常壓狀態(tài)后打開膨化罐艙門，取出樣品.測(cè)定膨化產(chǎn)品的脆度、水分含量和色澤，其結(jié)果見表2.

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental designs and results

2.2 回歸方程及參數(shù)分析

采用Design expert 8.0.6 對(duì)表2 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到X1、X2、X3編碼值與Y1、Y2、Y3編碼值之間的多元二次回歸方程式，如式（1）—（3）所示.

分析多元二次回歸方程式的回歸系數(shù)與變量，結(jié)果見表3.

表3 二次回歸方程的回歸系數(shù)及變量分析Table 3 Regression coefficients and variable analysis of quadratic regression equations

從表3 可以看出，所有方程的決定系數(shù)R2均大于0.9，說明自變量與應(yīng)變量之間的多元回歸關(guān)系顯著，因此該試驗(yàn)的結(jié)果具有意義且誤差較小[10].通過對(duì)表3 的分析可知，影響Y1的主次順序?yàn)閄3＞X1＞X2，其中X1、X3極顯著，X2顯著；影響Y2的主次順序?yàn)閄3＞X1＞X2，其中X3極顯著，X1、X2顯著；影響Y3的主次順序?yàn)閄3＞X1＞X2，其中X3極顯著，X1、X2不顯著.

2.3 優(yōu)化試驗(yàn)的響應(yīng)面分析

利用專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件，依次輸入試驗(yàn)結(jié)果，固定其中1 個(gè)因素為0 水平，得到其他2 個(gè)因素的回歸方程及響應(yīng)面圖.得出的交互效應(yīng)方程如式（4）—（12）所示.

2.3.1 3 個(gè)因素對(duì)膨化產(chǎn)品脆度的影響

預(yù)干燥含水率、膨化溫度及抽空時(shí)間對(duì)膨化產(chǎn)品脆度的影響如圖2 所示.從圖2（a）可以看出，當(dāng)X3編碼值一定時(shí)，Y1隨X1的增大呈緩慢減小趨勢(shì)，隨X2的升高呈增大趨勢(shì)，到最大值時(shí)，又開始降低；從圖2（b）可以看出，當(dāng)X2編碼值一定時(shí)，Y1隨X1的增大呈減小趨勢(shì)，隨X3的增大呈單調(diào)遞增趨勢(shì)；從圖2（c）可以看出，X2與X3交互作用顯著，Y1隨X2、X3的增大而升高.綜合分析這可能是因?yàn)楫a(chǎn)品預(yù)干燥含水率越大，膨化產(chǎn)品的脆度越小，隨膨化溫度和抽空時(shí)間的升高，產(chǎn)品的脆度逐漸增大，膨化溫度和抽空時(shí)間到達(dá)一定高度時(shí)，產(chǎn)品發(fā)生焦糊硬化，最終脆度降低.

圖2 三因素對(duì)膨化產(chǎn)品脆度的影響Fig.2 Effect of three factors on the crisp of explosion puffed products

2.3.2 3 個(gè)因素對(duì)膨化產(chǎn)品水分含量的影響

預(yù)干燥含水率、膨化溫度、抽空時(shí)間對(duì)膨化產(chǎn)品水分含量的影響如圖3 所示.從圖3（a）可以看出，當(dāng)X3編碼值一定時(shí)，Y2隨X1的增大呈升高趨勢(shì)，隨X2的增大呈先降低后升高的趨勢(shì)；從圖3（b）可以看出，當(dāng)X2編碼值一定時(shí)，Y2隨X1的增大而增大，隨X3的增大而減?。粡膱D3（c）可以看出，當(dāng)X1編碼值一定時(shí)，Y2隨X2的增大呈先下降后上升趨勢(shì)，隨X3的增大呈先下降后升高的趨勢(shì).綜合分析得出，產(chǎn)品預(yù)干燥含水率越高，最終膨化產(chǎn)品的水分含量越高；隨膨化溫度的上升和抽空時(shí)間的延長(zhǎng)，膨化產(chǎn)品水分含量呈逐漸降低的趨勢(shì)，這是因?yàn)槲锪显谂蚧^程中，細(xì)胞中的水分逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵猓锪现械乃趾坎粩鄿p少[11].

圖3 三因素對(duì)膨化產(chǎn)品水分含量的影響Fig.3 Effect of three factors on water content of explosion puffed products

2.3.3 3 個(gè)因素對(duì)膨化產(chǎn)品色澤的影響

預(yù)干燥含水率、膨化溫度、抽空時(shí)間對(duì)膨化產(chǎn)品色澤的影響如圖4 所示.從圖4（a）可以看出當(dāng)X3編碼值一定時(shí)，Y3隨X1的增大無顯著變化，隨X2的增大呈先升高后降低的趨勢(shì)；從圖4（b）可以看出，當(dāng)X2編碼值一定時(shí)，Y3隨X1的增大無顯著變化，隨X3的增大而增大，到一定編碼值時(shí)，又逐漸降低；從圖4（c）可以看出，當(dāng)X1編碼值一定時(shí)，X2與X3的交互作用顯著，Y3隨X2、X3的增大呈先上升后下降趨勢(shì)，在較低編碼水平上有交互最小值.通過以上分析得出，隨著預(yù)干燥含水率的上升，產(chǎn)品的色澤無顯著變化.隨著膨化溫度的升高，產(chǎn)品的L*值先上升后下降，這可能是因?yàn)檫^高的溫度會(huì)造成產(chǎn)品糊化，使L*值降低.隨抽空時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，產(chǎn)品L*值呈上升趨勢(shì)，達(dá)到最大值后又開始下降.

圖4 三因素對(duì)膨化產(chǎn)品色澤的影響Fig.4 Effect of three factors on the color of explosion puffed products

3 討論與結(jié)論

（1）本試驗(yàn)中，二次回歸方程的決定系數(shù)R2值接近1，說明方程對(duì)試驗(yàn)的擬合程度較高，試驗(yàn)誤差較小，精確度較高；方程中自變量與應(yīng)變量之間的多元回歸關(guān)系顯著，說明該模型對(duì)本試驗(yàn)有意義[12-14].

（2）通過響應(yīng)面分析得出結(jié)論：在試驗(yàn)設(shè)定的范圍內(nèi)，隨產(chǎn)品預(yù)干燥含水率的升高，脆度降低，水分含量增加，代表產(chǎn)品色澤的明度指數(shù)L*值無顯著變化；隨膨化溫度的升高，產(chǎn)品的脆度增加，水分含量降低，L*值先上升后下降；隨抽空時(shí)間的增加，產(chǎn)品脆度增大，水分含量降低，L*值上升.根據(jù)感官評(píng)價(jià)的優(yōu)先順序，產(chǎn)品色澤＞脆度＞水分含量[15]，通過專業(yè)數(shù)據(jù)軟件對(duì)膨化產(chǎn)品的脆度Y1、水分含量Y2、色澤Y3進(jìn)行優(yōu)化，控制膨化產(chǎn)品的水分含量在7%以下，得到一系列的水平編碼組合，從中選出最佳的工藝參數(shù)組合，即預(yù)干燥含水率X1=20%，膨化溫度X2=66.6 ℃，抽空時(shí)間X3=120 min.

［1］賈樹銘.藥食同源的枸杞和山藥[J].醫(yī)古文知識(shí)，2000（3）:16-17.

［2］謝月英.枸杞子的藥用價(jià)值及資源開發(fā)［J］.特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物，2003，8（7）:25-29.

［3］鄒燕.南疆三地州特色林果業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的問題及對(duì)策探析［J］.綿陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（6）:42-45.

［4］薛立文，李以暖.枸杞子的營(yíng)養(yǎng)和保健功能［J］.廣東微量元素科學(xué)，2000（6）:1-4.

［5］Varnalis A I，Brennan J G，MacDougall D B.A proposed mechanism of high -temperature puffing of puffing.Part Ⅰ.The influence of blanching and drying condition on the volume of puffed cubes［J］.Journal of Food Engineering，2001，48:361-367.

［6］Andres A，Bilbao C，F(xiàn)ito P.Drying kinetics of apple cylinders under combined hot air microwave dehydration ［J］.Journal of Food Eng -ineering，2004，63:71-78.

［7］GB/T 8858—1988，水果、蔬菜產(chǎn)品中干物質(zhì)和水分含量的測(cè)定方法［S］.

［8］張氽.花生蛋白擠壓組織化技術(shù)及其機(jī)理研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院，2007.

［9］Nath A，Chattopadhyay P K.Optimization of oven toasting for improving crispness and other quality attributes of ready to eat potato -soy snack using response surface methodology［J］.Journal of Food Engineering，2007，80:1282 -1292.

［10］畢金峰，于靜靜，丁媛媛，等.響應(yīng)面法優(yōu)化冬棗變溫壓差膨化干燥工藝研究［J］.中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2011（6）:121-128.

［11］Peleg M.A mathematical model of crunchiness/crispness loss in breakfast cereals［J］.Journal of Texture Studies，1994，25:403-410.

［12］Sullivan J F，Craig J C.The development of explosion puffing［J］.Food Technology，1984，38（2）:52-55.

［13］Sullivan J F，Egoville M J，Konstance R P，et al.Storage stability of continuous explosion puffedpotatoes［J］.Food Science and Technology，1983，16（2）:76.

［14］畢金峰，魏益民.果蔬變溫壓差膨化干燥技術(shù)研究進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（6）:308-312.

［15］Sullivan J F，Craig J C，Konstance R P，et al.Continuous explosion-puffing of apples ［J］.Journal of Food Science，1980，45（1）:1550-1555.