基于光波微波爐的胡蘿卜脆片膨化工藝開(kāi)發(fā)

吳鵬，王恒鵬，許志誠(chéng)，張濤，陳勝姝，孟祥忍

(揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州，225000)

基于光波微波爐的胡蘿卜脆片膨化工藝開(kāi)發(fā)

吳鵬，王恒鵬，許志誠(chéng)，張濤，陳勝姝，孟祥忍*

(揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州，225000)

利用光波微波爐對(duì)膨化胡蘿卜脆片工藝進(jìn)行研究，選定微波功率、光波功率和加熱時(shí)間3個(gè)因素的3個(gè)水平進(jìn)行中心組合實(shí)驗(yàn)，建立感官評(píng)分和脆度值的二次回歸方程，通過(guò)響應(yīng)面法分析得到膨化胡蘿卜脆片的最佳制作工藝。同時(shí)分析感官評(píng)分與脆度這2個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果表明，當(dāng)微波功率為1 019 W，光波功率為490 W，加熱時(shí)間為36 min時(shí)，非油炸胡蘿卜脆片的感官評(píng)分可高達(dá)92.8分，脆度值為1.53 s，品質(zhì)最佳。

光波微波爐；膨化胡蘿卜脆片；響應(yīng)面分析法；感官評(píng)定；脆度值

廣義上的膨化食品是指利用油炸、擠壓、烘炒、烘焙[1]等技術(shù)作為熟化工藝，在熟化工藝前后，體積有明顯增加的食品[2]。

胡蘿卜富含豐富的維生素和礦物質(zhì)，經(jīng)常食用有益肝明目、利膈寬腸、健脾除疳、增強(qiáng)免疫功能和降糖降脂之功效[3]。我國(guó)是胡蘿卜產(chǎn)出大國(guó)，但多是作為農(nóng)副產(chǎn)品食用，其深加工或者調(diào)理預(yù)制品的開(kāi)發(fā)較為落后，將胡蘿卜制成膨化食品是胡蘿卜深加工一條可行之路?，F(xiàn)有的胡蘿卜脆片的加工工藝大致可分為以下3種類型：(1)是烘焙型，即利用烤箱對(duì)胡蘿卜片進(jìn)行烘烤，蒸發(fā)其水分使其達(dá)到酥脆的口感，此方法效率較低且成品質(zhì)量不均一；(2)是油炸型，與薯片類似，此方法雖然外形口感俱佳，但高溫油炸使成品含有大量的油脂和氧化物質(zhì)，過(guò)多食用不利于人體健康；(3)是擠壓型[4]，先磨成粉，再加入添加劑擠壓成型，此方法會(huì)令胡蘿卜脆片的脆度不夠，需要借助含鋁膨松劑改良口感從而導(dǎo)致重金屬含量超標(biāo)[5]。

本文擬利用微波、光波相結(jié)合的加工方式[6]處理胡蘿卜片，在雙重加熱的條件下提高效率，同時(shí)避免高溫產(chǎn)生的有害物質(zhì)，且不需要任何食品添加劑就可以使胡蘿卜片達(dá)到酥脆的口感。以感官評(píng)分與脆度值為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用響應(yīng)面分析法對(duì)胡蘿卜脆片制作工藝中的3個(gè)重要因素進(jìn)行優(yōu)化，為膨化胡蘿卜脆片的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用胡蘿卜購(gòu)買于本地農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，挑選新鮮、飽滿、色澤橙黃鮮艷、無(wú)病蟲(chóng)害機(jī)械損傷的胡蘿卜為實(shí)驗(yàn)材料，并用保鮮膜包裝4 ℃冷藏備用。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

LY-4KW-WG微波光波爐(上海隆裕生產(chǎn))；300-SL金霸切片機(jī)；Revco Eliteplus V-49超低溫冰箱；HTG型立式鼓風(fēng)干燥箱(上海精密儀器)；BS210S千分之一電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)。

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)洗凈胡蘿卜表皮上的泥沙及其他雜質(zhì)。

(2)用10%的NaOH溶液，在不低于95 ℃的溫度下浸泡15 min后取出，并立即用流動(dòng)清水沖洗2～3 min，再輔以機(jī)械去皮進(jìn)行處理。

(3)將去皮后的胡蘿卜放入切片機(jī)，切成2 mm的薄圓片。

(4)胡蘿卜片置于-70 ℃的冷凍柜中冷凍120 min[7]。

(5)取出樣品置于光波爐中，每次處理的樣品量為300 g，大約是3根胡蘿卜凈料的量。(放置時(shí)注意平鋪，如果疊加需要用隔板隔開(kāi)并保證2 cm以上間距。)

(6)運(yùn)用光波微波爐進(jìn)行干燥膨化處理，在不同微波功率，光波功率，加熱時(shí)間下進(jìn)行工藝研究。(LY-4KW-WG微波光波爐在設(shè)置輸出功率時(shí)是以5 W為一個(gè)調(diào)節(jié)單位，時(shí)間則是以1 min為一個(gè)單位。)

(7)感官評(píng)定。

1.4脆度值測(cè)定

采用美國(guó)FTC公司TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定[8]。測(cè)定條件：P/0.25S 型不銹鋼球形探頭，下行速度、測(cè)試速度和返回速度分別為2.5，1.0，6 mm/s。脆度值用趨勢(shì)中應(yīng)力峰值的橫坐標(biāo)取值，即樣品受壓力作用發(fā)生斷裂所需要的時(shí)間，單位為s，脆度值越小，表明產(chǎn)品越脆[9]。

1.5感官評(píng)價(jià)

試驗(yàn)用評(píng)分環(huán)境模擬正常品嘗環(huán)境，菜肴評(píng)價(jià)人員之間相互不交流。評(píng)價(jià)過(guò)程代碼由電腦隨機(jī)編碼。樣品采用圓形擺放，準(zhǔn)備紙巾及飲用水，更換不同樣品時(shí)，品評(píng)間隙必須清漱口腔。品評(píng)打分時(shí)對(duì)每一樣品的胡蘿卜脆片按表1的具體要求逐一打分。評(píng)分人員對(duì)色澤、香味、口感和形態(tài)兩兩比較[10]。相關(guān)細(xì)則見(jiàn)表1。

表1 膨化胡蘿卜脆片的感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.6單因素試驗(yàn)

以胡蘿卜脆片的感官評(píng)分和脆度為響應(yīng)值，在確定了處理液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的NaOH溶液，并設(shè)定胡蘿卜薄片厚度為2，冷凍時(shí)間為120 min，單次實(shí)驗(yàn)量為300 g的前提下，分別對(duì)微波功率、光波功率和加熱時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.7數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0的全因子模型對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)用(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)表示，差異顯著(α=0.05水平)。采用Design-Expert 8.0.5軟件進(jìn)行響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與討論

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 微波功率對(duì)胡蘿卜脆片品質(zhì)的影響

將冷凍處理好的胡蘿卜片取300 g平鋪置于500W光波功率下加熱處理35 min，并通過(guò)單因素優(yōu)選法，分別在微波功率(設(shè)定功率即為輸出功率，下同)為800、900、1 000、1 100 W的光波微波爐中處理后取出進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，得分分別為58.2分、69.9分、84.6分和61.7分，如圖1所示，從中可明顯看出較優(yōu)微波功率為1 000 W。

圖1 微波功率對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of microwave power on sensory score

2.1.2 光波功率對(duì)胡蘿卜脆片品質(zhì)的影響

將冷凍處理好的胡蘿卜片取300 g平鋪置于1 000 W微波功率下加熱處理35 min，并通過(guò)單因素優(yōu)選法，分別將光波功率為設(shè)定為400、500、600、700 W的光波微波爐中進(jìn)行試驗(yàn)后取出進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，得分分別為78.5分、84.6分、76.2分和70.7分，如圖2所示，從中可明顯看出較優(yōu)光波功率為500 W。

圖2 光波功率對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of Infrared power on sensory score

2.1.3 加熱時(shí)間對(duì)胡蘿卜脆片品質(zhì)的影響

將冷凍處理好的胡蘿卜片置于1 000 W微波功率、500 W光波功率條件下，通過(guò)單因素優(yōu)選法，分別將時(shí)間設(shè)定為25、30、35、40 min的光波微波爐中并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后取出感官評(píng)價(jià)，得分分別為60.2分、78.8分、84.6分和68.1分，如圖3所示，從中可明顯看出35 min為較優(yōu)時(shí)間。

圖3 加熱時(shí)間對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of heating time on sensory score

2.1.4 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平

在單因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平

2.2響應(yīng)面法優(yōu)化膨化胡蘿卜脆片工藝

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.5軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[11]，見(jiàn)表3。并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，見(jiàn)表4。在去除不顯著的交互作用項(xiàng)后，得到以感官評(píng)分(Y1)與脆度(Y2)為響應(yīng)值，自變量為微波功率(A)、光波功率(B)、加熱時(shí)間(C)的多元二次回歸方程分別為：

Y1=92.22+2.19A-1.53B+2.56C-1.97AB+2.77BC-6.16A2-7.08B2-5.76C2；Y2=1.58-0.15A+0.11B-0.17C+0.13AB-0.14BC+0.31A2+0.35B2+0.27C2

(1)

表4 感官評(píng)價(jià)的回歸模型方差分析

注：*表示差異顯著(plt;0.05)，**表示差異極顯著(plt;0.01)。表5同。

由表4可知，回歸模型的p值lt;0.000 1，具有高度的顯著相關(guān)性，且方程失擬項(xiàng)不顯著(pgt;0.05)，相關(guān)系數(shù)R2=0.975 1，表明該模型具有極顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與實(shí)際情況擬合較好，實(shí)驗(yàn)誤差小，能較好地反映胡蘿卜脆片的感官品質(zhì)與各個(gè)因素之間的關(guān)系。此外，在設(shè)定的3個(gè)單因素中，微波功率、光波功率與加熱時(shí)間均對(duì)胡蘿卜脆片的感官品質(zhì)有極顯著影響(plt;0.01)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步分析，交互項(xiàng)AB(plt;0.01)影響極顯著，BC(plt;0.01)影響極顯著，AC(pgt;0.05)影響不顯著，導(dǎo)出顯著交互項(xiàng)的響應(yīng)曲面見(jiàn)圖4～圖5。

圖4 光波功率與微波功率交互作用相應(yīng)面及等高線Fig.4 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and microwave power

由圖4～圖5可知，當(dāng)微波功率一定時(shí)，隨著光波功率的增加感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后降低的一個(gè)趨勢(shì)，在光波功率為490 W時(shí)達(dá)到最大值，這與單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符合。光波功率為600 W時(shí)感官評(píng)分最低，這是因?yàn)榇藭r(shí)的高強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間的紅外線照射導(dǎo)致胡蘿卜脆片大面積焦黑，影響感官得分。

圖5 光波功率與加熱時(shí)間交互作用相應(yīng)面及等高線Fig.5 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and heating time

當(dāng)光波功率一定時(shí)，隨著加熱時(shí)間的增加感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后降低的一個(gè)趨勢(shì)，在加熱時(shí)間為36 min時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最大值，這與單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符合。當(dāng)加熱時(shí)間為30 min時(shí)感官評(píng)分最低，這是因?yàn)榇藭r(shí)胡蘿卜薄片中還含有一定量的水分，薄片呈現(xiàn)一個(gè)較軟韌的口感，影響感官得分。

表5 脆度值的回歸模型方差分析

由表5可知，回歸模型的p值lt;0.000 1，具有高度的顯著相關(guān)性，且方程失擬項(xiàng)不顯著(pgt;0.05)，相關(guān)系數(shù)R2=0.980 9，表明該模型具有極顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與實(shí)際情況擬合較好，實(shí)驗(yàn)誤差小，能較好地反映膨化胡蘿卜脆片的脆度值與各個(gè)因素之間的關(guān)系。此外，交互項(xiàng)AB、BC(plt;0.01)均影響極顯著，AC(pgt;0.05)影響不顯著，導(dǎo)出顯著交互項(xiàng)的響應(yīng)曲面見(jiàn)圖6～圖7。

圖6 光波功率與微波功率交互作用相應(yīng)面及等高線Fig.6 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and microwave power

圖7 光波功率與加熱時(shí)間交互作用相應(yīng)面及等高線Fig.7 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and heating time

由圖6～圖7可知，當(dāng)微波功率一定時(shí)，隨著光波功率的增加脆度值呈現(xiàn)先降低后升高的一個(gè)趨勢(shì)。當(dāng)光波功率為600 W和400 W時(shí)脆度值都非常大，這是因?yàn)楫?dāng)光波功率600 W時(shí)胡蘿卜脆片水分嚴(yán)重流失，使得脆片接近粉狀，硬度下降；而400 W時(shí)由于在一定時(shí)間下功率不夠，脆片尚在一個(gè)較為軟韌的狀態(tài)，故此時(shí)脆度值很大，脆度不佳[12]。

當(dāng)光波功率一定時(shí)，隨著加熱時(shí)間的增加脆度值呈現(xiàn)先降低后升高的一個(gè)趨勢(shì)。當(dāng)加熱時(shí)間為30 min時(shí)脆度值最大，這是因?yàn)榇藭r(shí)胡蘿卜脆片加熱不充分，硬度小而脆度值大；而隨著微波功率的增加脆度值呈現(xiàn)先降低后升高的一個(gè)趨勢(shì)，在微波功率為1 019 W時(shí)脆度值最小，此時(shí)由于微波促使胡蘿卜片中水的極性分子加速摩擦，促使水分的散發(fā)達(dá)到最優(yōu)值，薄片脆度良好。

2.2.2 最佳工藝驗(yàn)證

通過(guò)嶺脊分析[13]，得出響應(yīng)面回歸模型存在最大值點(diǎn)，Y1的最優(yōu)預(yù)測(cè)值為 92.8，Y2的最優(yōu)預(yù)測(cè)值為1.53，兩者所對(duì)應(yīng)的因素穩(wěn)定點(diǎn)是一致的，由響應(yīng)面軟件分析得到胡蘿卜脆片的最佳制作工藝為：微波功率1 019.27 W，光波功率490.41 W，加熱時(shí)間35.99 min，感官評(píng)分為92.8，脆度值為1.53 s。

為了檢驗(yàn)響應(yīng)面法優(yōu)化結(jié)果的可行性，采用得到的最佳制作工藝進(jìn)行膨化胡蘿卜脆片的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，同時(shí)考慮實(shí)際操作過(guò)程中的便利，將驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)條件調(diào)整為：微波功率1 019 W，光波功率490 W，加熱時(shí)間36 min，同時(shí)設(shè)置隨機(jī)對(duì)照組[14]：微波功率1 050 W，光波功率500 W，加熱時(shí)間40，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 最佳工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

從表6中可以看出，驗(yàn)證組的感官評(píng)分高于隨機(jī)對(duì)照組，而脆度值低于隨機(jī)對(duì)照組，說(shuō)明驗(yàn)證組的胡蘿卜脆片品質(zhì)更優(yōu)。同時(shí)通過(guò)3組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到最終感官評(píng)分為92.5，脆度值為1.55 s，與預(yù)測(cè)值基本一致。

2.3感官評(píng)分與脆度值的相關(guān)性分析

由表6可知，膨化胡蘿卜脆片的感官評(píng)分與脆度值之間呈極顯著正相關(guān)(plt;0.01)。脆度值可直觀反映胡蘿卜脆片爽脆度的大小，脆度值越大說(shuō)明胡蘿卜脆片越不脆，口感越差，脆度值將直接影響胡蘿卜脆片的感官評(píng)價(jià)。爽脆可口的胡蘿卜脆片是消費(fèi)者最易接受的[15]，因而較小的脆度值恰恰能反映出較高的感官評(píng)分。

表7 感官評(píng)分與脆度值的相關(guān)性分析

3 結(jié)論

本文借助LY-4KW-WG型微波光波爐，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)響應(yīng)面分析法優(yōu)化膨化胡蘿卜脆片的制作工藝，得出最優(yōu)制作工藝條件為設(shè)定微波功率1 019 W，光波功率490 W，加熱時(shí)間36 min，在此條件下，膨化胡蘿卜脆片的感官評(píng)分為92.8分，脆度值為1.53 s。采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化得到的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，可有效地減少操作盲目性。本實(shí)驗(yàn)主要器械LY-4KW-WG型微波光波爐具有操作簡(jiǎn)單、成品品質(zhì)易監(jiān)控的特點(diǎn)[16](輸出功率調(diào)節(jié)方便，有可視透窗)，且適合批量化的生產(chǎn)，為工業(yè)化生產(chǎn)提供理論可能性；在上文工藝條件下加工出的產(chǎn)品口感酥脆，營(yíng)養(yǎng)健康，更容易得到市場(chǎng)的認(rèn)可，推廣潛力巨大。

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Thedevelopmentofpuffingcarrotchipsbyinfraredmicrowave

WU Peng, WANG Heng-peng, XU Zhi-cheng, ZHANG Tao, CHEN Sheng-shu, MENG Xiang-ren*

(School of Tourism and Culinary Science,Yangzhou 225000,China)

The infrared microwave puffing carrots chips technology was developed. Microwave and infrared power and heating time on carrots chips of sensory quality were studied. The three factors - three level central composition experiment was designed and regression equation of carrots chips was established. At the same time, the correlation between the two key evaluation indexes of sensory score and crispness was studied. Results show that the best parameters were: microwave power 1 019 W, infrared power 490 W, and heating time 36 minutes. Under the above conditions, the sensory evaluation score was the highest and quality was the best.

domestic microwave oven; carrot chips; response surface;sensory evaluation；brittleness value

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014373

碩士研究生(孟祥忍副教授為通訊作者,E-mail：455608455@qq.com)。

部分南方黃牛生長(zhǎng)與肉用性狀功能基因組學(xué)研究(2013AA102505)

2017-03-24，改回日期：2017-05-17