王 輝,劉 敏,董 楠,陳朝軍,李 俊,劉 嘉,*
(1.貴州省生物技術(shù)研究所,貴州貴陽(yáng) 550025; 2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,環(huán)境食品學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430070)
蘋果是薔薇科植物蘋果的果實(shí),與香蕉、柑橘和葡萄同稱為世界四大水果,在我國(guó)蘋果的種植和產(chǎn)量均居世界首位,截止2016年,我國(guó)蘋果的產(chǎn)量約為4388萬(wàn)噸[1-3]。蘋果的銷售方式多樣,鮮銷是全球蘋果的主要消費(fèi)方式,占總量的60%以上,剩余均以蘋果汁、蘋果酒、蘋果醋、蘋果醬、果脯和蘋果脆片等方式進(jìn)行銷售。蘋果脆片是近幾年興起的一種新型蘋果加工方式,它是將蘋果切片之后進(jìn)行油炸、風(fēng)干或真空脫水等干制方法,得到含水率較低,可長(zhǎng)期貯藏的蘋果加工制品,是一種符合現(xiàn)今蘋果加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)需求,并能滿足現(xiàn)代人飲食消費(fèi)需要的休閑零食。
目前蘋果脆片的加工方式主要包括非油炸蘋果脆片(變溫壓差膨化、真空冷凍干燥、真空微波干燥)和油炸蘋果脆片(常壓高溫油炸、真空低溫油炸)兩種類型。其中,油炸蘋果脆片以其獨(dú)特的口感和風(fēng)味品質(zhì),成為了主要的加工方式,并深受大眾喜愛[4]。油炸蘋果脆片可根據(jù)油炸方式分為常溫油炸和低溫真空油炸。經(jīng)常壓高溫油炸的產(chǎn)品含油量高、產(chǎn)品原有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被破壞,同時(shí)油的反復(fù)利用,使油中的成分發(fā)生聚合反應(yīng)從而產(chǎn)生有毒物質(zhì),影響人們的身體健康[5]。真空油炸的溫度低于傳統(tǒng)油炸,所用時(shí)間較短,能較好保存蘋果脆片的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分,降低產(chǎn)品的含油量,產(chǎn)品膨化度高,口感酥脆,同時(shí),有效地降低油脂的劣化速度,提高油的利用率[6]。油炸蘋果脆片的品質(zhì)不僅僅與油炸方式相關(guān),更與原料的預(yù)處理方法、真空度、油炸溫度和時(shí)間、脫油處理等方面有關(guān),其中預(yù)處理工藝為產(chǎn)品的品質(zhì)提高提供重要保障和奠定基礎(chǔ),主要包括漂燙、護(hù)色、浸漬和冷凍等工藝[7]。通過(guò)預(yù)處理工藝,可以抑制酶促褐變的發(fā)生、增加風(fēng)味物質(zhì)和固形物含量、除去一部分水分,保持產(chǎn)品性狀,降低產(chǎn)品的含油量[8]。因此,真空油炸前對(duì)蘋果原料進(jìn)行預(yù)處理是必不可少的環(huán)節(jié),也是必須研究的重要內(nèi)容。
本文以蘋果為原料,采用單因素實(shí)驗(yàn)與均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)相結(jié)合的方法[9-10],對(duì)蘋果脆片低溫真空油炸預(yù)處理工藝進(jìn)行探討,以含油量、破碎力、L*值、感官評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)和揮發(fā)性成分為指標(biāo),采用多元回歸分析等統(tǒng)計(jì)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,優(yōu)化蘋果脆片低溫真空油炸預(yù)處理工藝,以期為蘋果深加工及研究提供參考。
蘋果 品種為紅富士,購(gòu)于甘肅靜寧德美地緣林果專業(yè)合作社;棕櫚油 益海嘉里糧油工業(yè)有限公司;蔗糖 貴陽(yáng)市花溪區(qū)合力超市;麥芽糊精、麥芽糖 貴州賽蘭博科技有限公司。
TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀 北京盈盛恒泰科技有限公司;Nh310色差儀 上??_卡超儀器有限公司;電子鼻 北京盈盛恒泰科技有限公司;SOX500脂肪測(cè)定儀 北京晨曦勇創(chuàng)科技有限公司;VF-80C型真空油炸機(jī) 中山市維嘉真空機(jī)械廠;S-3400N掃描電子顯微鏡 蘇州佐藤精密儀器有限公司。
1.2.1 蘋果脆片低溫真空油炸工藝 原料→篩選→清洗→切片→漂燙→浸漬→瀝水→預(yù)凍→真空油炸→脫油→樣品。
1.2.2 預(yù)處理工藝單因素實(shí)驗(yàn) 以色差值、破碎力、感官評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)和揮發(fā)性成分為指標(biāo),考察切片厚度、漂燙溫度、漂燙時(shí)間、浸漬液和冷凍時(shí)間對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。
固定漂燙溫度為80 ℃、漂燙時(shí)間3 min、浸漬液(蔗糖5%+麥芽糖15%+麥芽糊精12%)、浸漬時(shí)間40 min和冷凍時(shí)間3 h(-18 ℃),考察切片厚度為3、5、7、9 mm對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響;固定切片厚度為5 mm、漂燙時(shí)間3 min、浸漬液(蔗糖5%+麥芽糖15%+麥芽糊精12%)、浸漬時(shí)間40 min和冷凍時(shí)間3 h(-18 ℃),考察漂燙溫度為70、80、90、100 ℃對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響;固定切片厚度為5 mm、漂燙時(shí)間3 min、浸漬時(shí)間40 min和冷凍時(shí)間3 h(-18 ℃),考察添加空白、蔗糖5%、麥芽糖15%+麥芽糊精12%以及麥芽糖15%+麥芽糊精12%+蔗糖5%,4種不同浸漬液對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響;固定漂燙溫度為80 ℃、漂燙時(shí)間3 min、浸漬液(蔗糖5%+麥芽糖15%+麥芽糊精12%)和浸漬時(shí)間40 min,冷凍時(shí)間為1、2、3、4 h對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。
經(jīng)樣品預(yù)處理后進(jìn)行同等條件的真空油炸和脫油,二者參數(shù)為:真空度0.098 MPa、油炸溫度(88±2) ℃、時(shí)間32 min、離心脫油轉(zhuǎn)速400 r/min、時(shí)間6 min。
1.2.3 蘋果脆片預(yù)處理工藝優(yōu)化研究 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,選擇浸漬液、漂燙溫度、漂燙時(shí)間和冷凍時(shí)間4個(gè)預(yù)處理工藝進(jìn)行U10(102×5×2)混合水平均勻設(shè)計(jì)的方案,見表1。其中,浸漬液為10個(gè)組,1~5組為麥芽糖和蔗糖分別為14%和5%,麥芽糊精添加量為8%、10%、12%、14%和16%;6~10組為麥芽糊精和蔗糖分別為14%和5%,麥芽糖添加量為8%、10%、12%、14%和16%;漂燙時(shí)間分別為2、3、4、5和6 min;漂湯溫度分別為80、82、84、86、88、90、92、94、96、98 ℃;冷凍時(shí)間為2和3 h。以色差值、破碎力、感官評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)和揮發(fā)性成分為指標(biāo),對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析。
表1 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平U10(102×5×2)Table 1 Factors and levels used in uniform design U10(102×5×2)
1.2.4 含油量測(cè)定 參照 GB/T 5009.6-2016《食品中脂肪的測(cè)定》中索氏抽提法,由SOX500脂肪測(cè)定儀測(cè)定。
1.2.5 破碎力的測(cè)定 采用TPA法測(cè)定破碎力,使用P/36R圓柱形探頭,65%的壓縮比例,觸發(fā)力0.15 N,30 mm/min測(cè)試速率下降距離20 mm。每個(gè)樣品平行測(cè)定6次取平均值[11]。
1.2.6 色差的測(cè)定 對(duì)不同實(shí)驗(yàn)組樣品的亮度L*、紅綠值a*和黃綠值b*進(jìn)行測(cè)定,每個(gè)樣品平行測(cè)定6次取平均值[12]。
1.2.7 電子鼻風(fēng)味的測(cè)定 分別取3 g蘋果脆片樣品放入電子鼻專用頂空瓶?jī)?nèi),采用手動(dòng)頂空進(jìn)樣法對(duì)蘋果脆片揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定[13]。以干燥空氣為載氣,流速為300 mL/min,樣品采樣時(shí)間60 s,清洗時(shí)間60 s,采樣間隔時(shí)間5 s,自動(dòng)調(diào)零時(shí)間10 s。
1.2.8 蘋果脆片感官評(píng)價(jià) 選定12名左右感官評(píng)價(jià)人員進(jìn)行一定培訓(xùn)后,以表2為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)真空低溫油炸脆片進(jìn)行100分感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)[14]。
表2 蘋果脆片官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensory evaluation of apple chips
1.2.9 綜合加權(quán)評(píng)分 將感官品質(zhì)最好的定為100分,將其權(quán)重系數(shù)設(shè)為30;破碎力越小越好,最低破碎力定為100分,設(shè)其權(quán)重系數(shù)設(shè)為20;含油量越小越好,含油量定為100分,設(shè)其權(quán)重系數(shù)設(shè)為30,亮度值L*越大越好,定為100分,設(shè)其權(quán)重系數(shù)設(shè)為20。依據(jù)試驗(yàn),以感官評(píng)分的最大值計(jì)為30分,其相應(yīng)計(jì)分為(N1/感官評(píng)分max)×30;以破碎力的最低值計(jì)為20分,其相應(yīng)計(jì)分為(破碎力min/N2)×20;以含油量的最低值計(jì)為30分,其相應(yīng)計(jì)分為(含油量min/N3)×30;,以亮度值的最大值計(jì)為20分,其相應(yīng)計(jì)分為(N4/亮度值max)×20。max:最大值;min:最小值。
綜合評(píng)分=(N1/感官評(píng)分max)×30+(破碎力min/N2)×20+(含油量min/N3)×30+(N4/L*max)×20
式中:N1為感官評(píng)分值;N2為破碎力;N3為含油量;N4為L(zhǎng)*值。
1.2.10 電鏡分析 將干燥后的蘋果脆片切成3 mm×3 mm×1 mm的薄片,貼在掃描電鏡的樣品臺(tái)上,噴金后觀察[15]。
采用Microsoft Excel2016軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及制圖,并采用SPSS 20、DPS 7.5等軟件,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸等多元統(tǒng)計(jì)分析。顯著水平P<0.05。
2.1.1 預(yù)處理對(duì)蘋果脆皮品質(zhì)的影響 表3為預(yù)處理工藝的單因素實(shí)驗(yàn),分析各預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)產(chǎn)品破碎力、感官評(píng)價(jià)、含油率、L*和綜合評(píng)分的影響。破碎力受切片厚度的影響較大,當(dāng)切片厚度大于7 mm時(shí),破碎力為零,產(chǎn)品呈現(xiàn)海綿似軟片,主要由于產(chǎn)品內(nèi)部的水分不能快速蒸發(fā),內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)受破壞程度小,導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)軟[16-17]。各預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)感官評(píng)價(jià)存在顯著影響(P<0.05)。含油量除漂燙時(shí)間和浸漬液配比呈顯著影響(P<0.05)外,其他處理?xiàng)l件無(wú)顯著影響(P>0.05)。蘋果脆片含油量隨著漂燙時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì),這主要是熱燙時(shí)間過(guò)久破壞原料組織成分,在后續(xù)的油炸過(guò)程中,油脂易進(jìn)入組織內(nèi)部[18]。浸漬液配比試驗(yàn)中,含麥芽糊精組含油率相對(duì)較低,主要是由于麥芽糊精分子可凝聚在蘋果脆片的表面,阻礙油脂的進(jìn)一步滲透,降低含油量[19-21]。L*值除切片厚度無(wú)顯著影響外,其余處理?xiàng)l件對(duì)L*均有顯著影響(P<0.05)。漂燙使蘋果中引起褐變的多酚氧化酶和過(guò)氧化物酶失活。Krokida等[22]研究表明:漂燙使樣品中可溶性糖溶出,減少樣品油炸時(shí)發(fā)生美拉德反應(yīng)。L*值在燙漂溫度100 ℃時(shí)達(dá)到最大值,可能此時(shí)溫度大于淀粉糊化溫度,減少美拉德反應(yīng)中還原性糖,同時(shí),引起褐變的各種酶類失活,提高了產(chǎn)品的亮度[23-24]。綜合評(píng)分除冷凍時(shí)間無(wú)顯著影響外,其余呈顯著性影響(P<0.05)。綜合評(píng)分為破碎力、感官評(píng)價(jià)、含油率和L*值的加權(quán)平均值,以綜合評(píng)分最高值為最終指標(biāo)進(jìn)行因素篩選。
表3 預(yù)處理對(duì)蘋果脆片品質(zhì)的影響 Table 3 Effect of retreatment on the quality of apple
2.1.2 預(yù)處理對(duì)蘋果脆片揮發(fā)性成分的影響 圖1為不同預(yù)處理工藝對(duì)蘋果脆片風(fēng)味物質(zhì)的影響,對(duì)不同預(yù)處理工藝對(duì)蘋果脆片風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析(principal component analysis PCA)。在PCA法分析中,總貢獻(xiàn)率越大,越能較全面地反映試樣整體信息[25]。根據(jù)樣品在橫縱坐標(biāo)軸上的距離判斷樣品風(fēng)味物質(zhì)之間的差異性,距離越遠(yuǎn),差異越大。橫坐標(biāo)表示第一主成分貢獻(xiàn)率的大小,且貢獻(xiàn)率(或權(quán)重)較大,因此,如果不同樣品之間在橫坐標(biāo)上的距離差距較大,說(shuō)明它們之間的差異較明顯;而樣品在縱坐標(biāo)上的距離即使很大,由于第二主成分的貢獻(xiàn)率(或權(quán)重)很小,不同樣品之間的實(shí)際差異較小[26]。由圖1可知,切片厚度、漂燙溫度、漂燙時(shí)間、浸漬時(shí)間、浸漬物配比和冷凍時(shí)間的總貢獻(xiàn)率分別為97.48%、99.67%、99.08%、99.16%、97.56%和98.15%,均大于80%,能反樣品整體信息。根據(jù)圖1中樣品在橫坐標(biāo)上距離的差異,選擇距離相對(duì)較遠(yuǎn)同時(shí)結(jié)合綜合評(píng)分可知,選擇切片厚度5 mm、漂燙溫度為100 ℃、漂燙時(shí)間為3 min、浸漬時(shí)間為40 min、浸漬物配別為蔗糖5%+麥芽糊精12%+麥芽糖15%和冷凍時(shí)間為2 h進(jìn)行后續(xù)均勻試驗(yàn)。
圖1 不同預(yù)處理工藝對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味的影響Fig.1 Effects of different pretreatment processes on flavor of products注:a:切片厚度;b:漂燙溫度;c:漂燙時(shí)間;d:浸漬時(shí)間;e:浸漬物配比;f:冷凍時(shí)間。
2.2.1 直觀分析 采用混合水平均勻設(shè)計(jì)方案進(jìn)行U10(102×5×2)進(jìn)行試驗(yàn),研究各因素與破碎力、感官評(píng)分、含油量和L*值的關(guān)系,如表4所示。破碎力以8號(hào)最低,脆度最好,其次為10、9和4號(hào);感官評(píng)分以10號(hào)最高,其次為4和5號(hào);含油量以9號(hào)最低,其次以10和4號(hào);L*值以3號(hào)最高,其次為10號(hào)。綜合評(píng)分為4個(gè)指標(biāo)的加權(quán)平均值,以綜合評(píng)分進(jìn)行總體分析可知:10號(hào)綜合評(píng)分最高,其次分別為4和9號(hào),因此就直觀分析可知:10號(hào)實(shí)驗(yàn)組為最佳預(yù)處理工藝,即浸漬物添加量為麥芽糖14%+蔗糖5%+麥芽糊精16%、漂燙溫度為96 ℃、漂燙時(shí)間為4 min、冷凍時(shí)間為2 h。
表4 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Uniform design with experimental results
2.2.2 逐步回歸分析 對(duì)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行逐步回歸分析,建立指標(biāo)模型結(jié)果見表5,破碎力Y1在一次回歸方程時(shí)未達(dá)到顯著水平(P>0.05),因此進(jìn)行二次回歸分析,達(dá)到極顯著(P<0.01),相關(guān)系數(shù)r=0.960,方程模型擬合度好。未達(dá)到顯著水平可能是由于其他因素的交互作用[27],如:漂燙時(shí)間和漂燙時(shí)間等。感官評(píng)分Y2、L*值和綜合評(píng)分在一次逐步回歸分析時(shí)達(dá)到顯著水平(P<0.05),影響感官評(píng)分的主要因素為浸漬物濃度、漂燙溫度和冷凍時(shí)間;影響L*值的主要因素浸漬物濃度、漂燙溫度和漂燙時(shí)間;影響綜合評(píng)分的主要因素浸漬物濃度、漂燙溫度、漂燙時(shí)間和冷凍時(shí)間4個(gè)因素;含油量Y3在一次逐步回歸分析時(shí)達(dá)到極顯著水平(P<0.01),相關(guān)系數(shù)r=0.952,模型擬合度好,浸漬物濃度、漂燙溫度、漂燙時(shí)間和冷凍時(shí)間4個(gè)因素對(duì)樣品含油量均有影響。
表5 指標(biāo)模型Table 5 Model parameters
圖2 均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Uniform design with experimental results
以綜合評(píng)分Y5是破碎力、感官評(píng)價(jià)、含油量和L*值的綜合加權(quán)值,因此以綜合評(píng)分Y5參數(shù)進(jìn)行偏最小二乘法回歸分析,得到模型預(yù)測(cè)最佳工藝為麥芽糖添加14%、蔗糖添加量5%、麥芽糊精添加量15.7%,漂燙溫度97.99 ℃,漂燙時(shí)間2 min,冷凍時(shí)間3 h。偏最小二乘法回歸分析與直觀分析的最佳工藝在漂燙時(shí)間和冷凍時(shí)間有一定的差異,為篩選最佳工藝,將二者進(jìn)行對(duì)比分析。
2.2.3 直觀分析與偏最小二乘法回歸分析組預(yù)處理工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 在兩種預(yù)處理工藝條件下,蘋果脆皮樣品的破碎力、感官評(píng)價(jià)、含油量、L*值和綜合得分見表6,回歸分析組除感官評(píng)分低于直觀分析組外,其余指標(biāo)均優(yōu)于直觀分析。
表6 最佳工藝對(duì)比及驗(yàn)證Table 6 Comparison and verification of the optimized process conditions
2.2.4 對(duì)比直觀分析與偏最小二乘法回歸分析的電鏡觀察 結(jié)果見圖3。
對(duì)比兩種分析得到最佳預(yù)處理工藝的樣品微觀結(jié)構(gòu),由圖3可知,由偏最小二乘法回歸分析得到的最佳預(yù)處理樣品較直觀分析預(yù)處理樣品組織結(jié)構(gòu)更為疏松,樣品孔徑較大且均勻,利于產(chǎn)品形成大疏松、變形小或無(wú)變形及脆片表面無(wú)起泡現(xiàn)象等,口感酥脆,產(chǎn)品品質(zhì)較好[28-29]。兩種預(yù)處理工藝的差異在于漂燙溫度、漂燙時(shí)間和冷凍時(shí)間,從而引起微觀結(jié)構(gòu)的不同?;貧w分析組漂燙溫度相對(duì)較高,時(shí)間較短(98 ℃,2 min,3 h),漂燙時(shí)對(duì)產(chǎn)品組織損傷較小,經(jīng)冷凍處理后形成均勻的冰晶,油炸時(shí)與水分急劇從內(nèi)部噴發(fā)而出快速脫水,從而在蘋果內(nèi)部形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)。直觀分析組漂燙溫度相對(duì)較低,漂燙時(shí)間較長(zhǎng)(96 ℃,4 min,2 h),造成樣品組織結(jié)構(gòu)被破壞,經(jīng)冷凍處理后形成在組織內(nèi)部形成大小不一的冰晶,油炸時(shí),水分從被迫壞部位噴發(fā)出,從而形成不均勻的多孔的結(jié)構(gòu),由最佳預(yù)處理工藝的驗(yàn)證和微觀結(jié)構(gòu)分析可知,回歸分析優(yōu)于直觀分析,因此蘋果脆片最佳預(yù)處理工藝為:麥芽糖添加14%、蔗糖添加量5%、麥芽糊精添加量15.7%,漂燙溫度98 ℃,漂燙時(shí)間2 min,冷凍時(shí)間3 h。
圖3 直觀分析與偏最小二乘回歸組的微觀結(jié)構(gòu)觀察Fig.3 Microscopic structure observation of visual analysis and partial least squares regression analysis注:a-1與a-2代表偏最小二乘回歸分析組的預(yù)處理工藝; b-1與b-2 代表直觀分析組的預(yù)處理工藝; 1表示放大32倍,2表示放大100倍
采用單因素實(shí)驗(yàn)和均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)對(duì)蘋果脆片預(yù)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化,單因素結(jié)果表明:切片厚度影響產(chǎn)品破碎力,即脆度,厚度越大,產(chǎn)品脆度越低,最后呈現(xiàn)海綿狀產(chǎn)品;漂燙工藝阻斷酶促褐變的發(fā)生,提高產(chǎn)品色差值,同時(shí),引起蘋果的風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生分解與合成,影響產(chǎn)品風(fēng)味;浸漬工藝中糖液填充了蘋果脆片的內(nèi)部空隙,提高了產(chǎn)品固形物含量、色差值和脆度,冷凍工藝提高了產(chǎn)品脆度。均勻?qū)嶒?yàn)得到了直觀分析與回歸分析兩種不同預(yù)處理工藝,通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)和電鏡分析表明:偏最小二乘法回歸分析優(yōu)于直觀分析,模型預(yù)測(cè)最佳工藝為:麥芽糖添加14%、蔗糖添加量5%、麥芽糊精添加量15.7%,漂燙溫度98 ℃,漂燙時(shí)間2 min,冷凍時(shí)間3 h。在此條件下樣品的破碎力為53.1 N、感觀評(píng)分為83.0、含油量為17.2%、L*為89.9、綜合評(píng)分89.6,且樣品組織結(jié)構(gòu)疏松,孔徑較大且均勻,表面無(wú)起泡現(xiàn)象、變形小或無(wú)變形,口感酥脆,風(fēng)味品質(zhì)最佳。