低溫真空油炸板栗脆片加工工藝*

丁浩，韋良東，王琦，李明霞，韓建群，董明

1(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，安徽合肥，230036)2(合肥市農(nóng)產(chǎn)品加工研究院，安徽合肥，230036)

板栗(chestnut)，又稱栗子，屬山毛櫸科(Fagaceae)栗屬(Castanea)堅(jiān)果類植物，是我國(guó)著名干果之一，傳統(tǒng)農(nóng)副食品［1］。作為我國(guó)特產(chǎn)樹種，板栗資源尤其以大別山區(qū)資源豐富，果肉細(xì)膩且香甜可口，富含淀粉，含量在40%及以上，蛋白質(zhì)占干基含量約4%～7%，脂肪含量較低，約占1%～2%，以及各種氨基酸和VA、VB1、VB2、VC，及鈣、磷、鉀等多種礦物質(zhì)［2-3］。

目前，我國(guó)板栗主要以鮮生板栗的形式進(jìn)行銷售，或以速凍和糖炒為主的粗加工，而加工成即食的休閑食品很少見。油炸是一種快速方便的加工方式，能夠迅速的對(duì)食品進(jìn)行脫水和熟化，并伴隨一定程度的理化變化，包括淀粉凝膠化、蛋白質(zhì)變性、水分蒸發(fā)以及硬度值上升。在熱傳遞的同時(shí)，質(zhì)量傳遞也在油和水的轉(zhuǎn)移過程中進(jìn)行［4］。本文以油炸溫度、油炸時(shí)間和油炸使用的真空度為主要影響因素，進(jìn)行單因素的實(shí)驗(yàn)后再利用響應(yīng)面優(yōu)化法，對(duì)低溫真空油炸板栗脆片的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的工藝參數(shù)，以期擴(kuò)大板栗類休閑食品的工業(yè)化生產(chǎn)和增值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

板栗，湖北遷西板栗;棕櫚油，江蘇益海糧油工業(yè)有限公司;乙二胺四乙酸二鈉、檸檬酸、Vc、石油醚。色差計(jì)，柯尼卡美能達(dá) CR-400;數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，GZX-9240上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;低溫真空油炸機(jī)，山東煙臺(tái)海瑞食品設(shè)備有限公司;水分測(cè)定儀，DHS20-1上海精科;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，德國(guó)產(chǎn) IKA HB10;分析天平，MS205DU METTLER TOLEDO;質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)產(chǎn)TA-XT plus。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 板栗脆片加工工藝

板栗→去殼衣→護(hù)色→漂洗→切片→預(yù)處理→真空油炸→脫油冷卻→包裝

操作要點(diǎn):(1)選料:首先對(duì)板栗進(jìn)行大小分級(jí)，并剔除霉變和蟲蛀果實(shí)，選取大小均勻原料板栗。(2)去殼:采取開口熱燙法，在果實(shí)背部橫向開口1～1.5 cm，刀口深度不可傷及果肉，開水熱燙3～5 min后去殼方便。(3)護(hù)色:使用2%EDTA-2Na、5%檸檬酸和4%Vc，可以有效阻止加工過程中的褐變現(xiàn)象，護(hù)色時(shí)間不宜過長(zhǎng)，以10～15 min為宜。護(hù)色后蒸餾水漂洗3次。(4)切片:采用鋒利刀口，快速的切取獲得栗片，盡量保證均勻(約2 mm，過薄容易卷曲斷裂，過厚則品質(zhì)過硬)平滑。切好的栗片使用封口袋進(jìn)行封存，并在-18～-24℃進(jìn)行預(yù)冷凍處理。(5)真空油炸:先對(duì)油炸設(shè)備進(jìn)行溫度設(shè)定進(jìn)行升溫，達(dá)到要求后在筐中進(jìn)行投料，打開冷卻水后抽真空處理，當(dāng)真空度達(dá)到要求即開始油炸。(6)脫油冷卻:油炸后的板栗脆片脫油后需要冷涼，此時(shí)表面的油脂會(huì)在此過程滲透到脆片內(nèi)部，所以油炸結(jié)束后的脫油過程十分必要。(7)包裝:進(jìn)行真空包裝，延長(zhǎng)脆片保存時(shí)間。

1.2.2 分析方法

產(chǎn)品含油量測(cè)定:稱取烘干的板栗脆片，使用濾紙包好，放入索氏抽提器中，用石油醚抽提4 h左右，取出并旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)再連燒瓶一起烘干。

其中:m，所取用的樣品凈質(zhì)量;m1，圓底燒瓶質(zhì)量;m2，燒瓶和油的質(zhì)量。

脆度測(cè)定:質(zhì)構(gòu)儀法。測(cè)量使用探頭:P50。測(cè)量條件設(shè)定為探頭測(cè)前速度3 mm/s;測(cè)中速度0.5 mm/s;測(cè)后速度5 mm/s。觸發(fā)力為5 g。根據(jù)壓縮厚度(STRAIN)，設(shè)定為70%。2次壓縮間隔時(shí)間設(shè)定為3 s。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)

單因素實(shí)驗(yàn)過程中，除所進(jìn)行的單因素外，其他因素的工藝參數(shù)固定。

(1)油炸溫度的影響。為了確定較適宜的油炸溫度，在油炸時(shí)間設(shè)定為20 min，油炸真空度為-0.095 MPa 下，分別將板栗片至于 80、85、90、95、100、105、110℃溫度下進(jìn)行油炸處理，每組設(shè)3個(gè)重復(fù)。

(2)油炸時(shí)間的影響。為了確定較適宜的油炸時(shí)間，在油炸溫度為100℃，真空度為-0.095 MPa下，分別將辦理片至于5、10、15、20、25、30、35 min 下進(jìn)行油炸處理，每組設(shè)3個(gè)重復(fù)。

(3)油炸真空度的影響。為了確定較適宜的真空度，在油炸溫度為100℃，油炸時(shí)間為15 min條件下，將板栗片分別至于-0.075、-0.08、-0.085、-0.09、-0.095 MPa下進(jìn)行油炸處理，每組設(shè)3個(gè)重復(fù)。

1.3.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析實(shí)驗(yàn)

單因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以上3個(gè)因素對(duì)產(chǎn)品的影響十分顯著，選擇為試驗(yàn)因素。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行響應(yīng)面和數(shù)據(jù)分析方法的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

響應(yīng)面法以較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)和較短的時(shí)間對(duì)所選擇的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行全面研究。根據(jù)Box-Benhnken的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理［5］，選擇影響產(chǎn)品脆度(R1)和含油量(R2)的3個(gè)主要影響因素:油炸溫度(A)、油炸時(shí)間(B)、真空度(C)進(jìn)行組合，以 -1、0、1代表自變量水平。實(shí)驗(yàn)水平和編碼如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素與水平表Figure 1 Factors and Levels of texts

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 油炸時(shí)間對(duì)油炸板栗脆片品質(zhì)的影響

圖1反映了在油炸過程中，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，油炸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品含油量和酥脆度的影響變化。如圖1所示，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品含油量呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，且在時(shí)間大于20 min后斜率明顯變大，含油量較高;隨著油炸時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)品脆度先上升后下降。綜合兩者結(jié)果，確定油炸時(shí)間約在15 min較為合適。

圖1 油炸時(shí)間對(duì)脆度R1和含油率R2的影響Fig.1 The frying time influence on brittleness and oil content

2.1.2 油炸溫度對(duì)油炸板栗脆片品質(zhì)的影響

圖2為油炸溫度對(duì)產(chǎn)品脆度和含油量的影響。如圖2所示，隨著油炸溫度的上升，產(chǎn)品酥脆度是先上升再平緩后下降;隨著溫度的上升，產(chǎn)品含油量是逐漸上升的，尤其溫度大于100℃后尤為明顯，含油量均大于13%。因此，油炸溫度確定在95℃左右較為合適。

圖2 油炸溫度對(duì)脆度R1和含油率R2的影響Fig.2 The frying temperature influence on Brittleness and Oil content

2.1.3 油炸真空度對(duì)油炸板栗脆片品質(zhì)的影響

圖3顯示油炸過程中，真空度對(duì)油炸板栗脆片品質(zhì)的影響。如圖3所示，隨著真空度越來越低，脆片脆度上升，尤其達(dá)到-0.085 MPa后，更是十分明顯，且脆度值較大;隨著真空度的增大，脆片含油量也逐漸增多，且在-0.08 MPa后就達(dá)到12%，真空度繼續(xù)下降到-0.09 MPa后趨于平緩。根據(jù)分析結(jié)果，確定真空度在-0.085～-0.09 MPa。

圖3 油炸真空度對(duì)脆度R1和含油率R2的影響Fig.3 The frying vacuum influence on Brittleness and Oil content

2.2 Box-Benhnken的中心組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2，試驗(yàn)號(hào)1～12是析因試驗(yàn)，試驗(yàn)號(hào)13～17是中心試驗(yàn)。17個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分為析因和零點(diǎn)，其中析因點(diǎn)為自變量取值在A、B、C所構(gòu)成的三維頂點(diǎn)，零點(diǎn)為區(qū)域的中心點(diǎn)。多項(xiàng)式模型方程擬合可靠性由R2表達(dá)，其統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性由F值檢驗(yàn)。影響因素的線性效應(yīng)、平方效應(yīng)及其交互效應(yīng)的顯著性由模型系數(shù)的P值檢驗(yàn)。

表2 真空油炸板栗脆片含油量和脆度的響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及實(shí)驗(yàn)結(jié)果Figure 2 Vacuum low-temperature frying crisp chestnut chips response values of R1and R2

低溫真空油炸板栗脆片的含油量和脆度的檢測(cè)結(jié)果如表2。采用Design-Expert.V.8軟件進(jìn)行分析，3個(gè)因素經(jīng)擬合后得到的脆度(R1)和含油量(R2)的回歸方程如下:

脆度(R1)=+24 752.14+2 523.31A+1 743.98B-2 023.04C-1 010.77AB-1 502.42AC-1 033.35BC-2 421.73A2-655.03B2-1 131.29C2

含油量(R2)=+9.49+1.81A+1.23B-1.28C+0.61AB-0.21AC-0.43BC+1.66A2+0.33B2+0.40C2

2個(gè)方程的R2值分別為0.9 742和0.9 811，都十分接近于1，說明通過二次回歸得到的脆片脆度值及含油量的模型與試驗(yàn)擬合較好。建立的回歸整體模型均為極顯著(P＜0.01)，當(dāng)“Prob ＞F”小于0.05時(shí)，即表示該項(xiàng)指標(biāo)顯著。進(jìn)一步對(duì)方程進(jìn)行分析，其系數(shù)顯著性如表3、表4。

表3 R1脆度實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表Figure 3 R1analytical results of Brittleness tests

由表3可知，實(shí)驗(yàn)所建立的模型中，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆O顯著(P ＜0.01)，失擬相不顯著(P=0.7115)。A、B、C、AC、A2都達(dá)到極顯著水平(P＜0.001)，且對(duì)響應(yīng)值影響的大小依次為溫度＞真空度＞時(shí)間;AB、BC、C2均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。

表4說明，實(shí)驗(yàn)所建立的模型中，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆O顯著(P ＜0.01)，失擬相不顯著(P=0.357 8)。A、B、C、A2都達(dá)到極顯著水平(P＜0.001);其他交互作用也很明顯，除AC、B2外均達(dá)到顯著水平(P＜0.05)。各因素對(duì)含油率的影響值大小同表3一致。

表4 R2含油量實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表Figure 4 R2analytical results of oil content tests

2.3 兩因素顯著交互作用對(duì)感官評(píng)分的影響

2.3.1 脆度R1各因素的交互作用

利用分析軟件DX.8做出以脆度為指標(biāo)的3種因素交互作用的響應(yīng)面圖。由圖4可知，隨著時(shí)間和溫度的增加，產(chǎn)品的脆度呈現(xiàn)逐漸上升然后趨于平穩(wěn)，在時(shí)間為18～20 min，溫度為96～98℃時(shí)，脆度值(g)達(dá)到26 000以上，但是繼續(xù)增大，則又略下降，所以適當(dāng)?shù)脑龃笥驼〞r(shí)間和溫度有利于產(chǎn)品品質(zhì);隨著真空度降低和溫度的上升，產(chǎn)品脆度越來越好，當(dāng)真空度在-0.095 MPa以下，溫度大于95.5℃時(shí)，產(chǎn)品脆度最好;當(dāng)真空度和時(shí)間持續(xù)減少和延長(zhǎng)，脆度值上升，在-0.085 MPa以下，油炸時(shí)間大于15.5 min時(shí)，產(chǎn)品脆度在最高范圍內(nèi)?？梢姡喽戎迪嚓P(guān)各因素交互作用明顯，尤其以真空度和溫度(AC)為極顯著，時(shí)間與溫度(BC)、時(shí)間與真空度(AB)也均為顯著性關(guān)系。

圖4 R1=f(A，B)、f(A，C)、f(B，C)的響應(yīng)面圖Table 4 R1=f(A，B)、f(A，C)、f(B，C)Response Surface

2.3.2 含油量R2各因素的交互作用

利用分析軟件DX.8做出以含油量R2為指標(biāo)的3種因素交互作用的響應(yīng)面圖。由圖5可知，隨著時(shí)間和溫度的增加，產(chǎn)品的脆度呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)，在時(shí)間不大于19 min，溫小于98℃時(shí)，含油量低于10%，所以控制時(shí)間和溫度不宜過長(zhǎng)和過高，否則會(huì)增加產(chǎn)品的含油率;真空度逐漸降低，油炸溫度上升的過程中，產(chǎn)品含油率也是呈現(xiàn)先低水平后上升的趨勢(shì)，尤其溫度的上升對(duì)品質(zhì)影響較大，當(dāng)真空度在-0.075～-0.09 MPa，溫度小于96℃時(shí)，產(chǎn)品含油量在較低范圍內(nèi);隨著真空度的減少和時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的含油率從平穩(wěn)到逐漸增大，說明適當(dāng)?shù)奶岣呋蛘哐娱L(zhǎng)是有助于提高品質(zhì)，但真空度過低或者時(shí)間過長(zhǎng)都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。當(dāng)真空度在-0.095 MPa以下，油炸時(shí)間在15 min左右時(shí)，產(chǎn)品含油量在最適宜范圍內(nèi)。

圖5 R2=f(A，B)、f(A，C)、f(B，C)的響應(yīng)面圖Table 5 R2=f(A，B)、f(A，C)、f(B，C)Response Surface

3 結(jié)論

單因素試驗(yàn)說明油炸溫度、油炸時(shí)間、油炸真空度對(duì)油炸板栗脆片的品質(zhì)影響十分顯著。通過響應(yīng)面法分析優(yōu)化，經(jīng)過DX.8軟件分析，得到油炸板栗脆片的最佳工藝條件為油炸溫度為94.93℃，油炸時(shí)間為14.82 min，油炸真空度為-0.09 MPa。在此條件下進(jìn)行平行試驗(yàn)得到 R1值為24 379.8，R2值為9.53%，與模擬值24 690.5和9.444 53%接近，說明擬合度較好，模型可靠性高。分析結(jié)果顯示在油炸過程中溫度和真空度對(duì)產(chǎn)品脆度具有極顯著的交互作用，時(shí)間與溫度和真空度之間也有顯著性交互作用;溫度和時(shí)間對(duì)于含油量也有顯著的交互作用。為了方便生產(chǎn)，可采用溫度95℃，時(shí)間15 min。

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