低溫真空油炸山藥脆片的工藝研究

王文成，高惠安，鄭守斌，張桂云，謝建華*

（1.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363000；2.漳州食品產(chǎn)業(yè)研究院，福建 漳州 363000）

山藥是薯蕷科植物的干燥塊莖，在中國(guó)的南北方地區(qū)均有廣泛種植。其營(yíng)養(yǎng)成分全面，深受消費(fèi)者喜愛(ài)[1]。圍繞著山藥的加工，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)此做了廣泛的研究，陳艷珍等[2]對(duì)淮山藥作了熱風(fēng)干燥方面的研究；張薇等[3]研究淮山藥的微波干燥過(guò)程中溫度水分的變化；Lin等[4]研究了通過(guò)遠(yuǎn)紅外-冷凍聯(lián)合干燥淮山片；在油炸山藥脆片方面，李昌文等[5]、劉璐等[6]分別采用不同的方式對(duì)常壓油炸山藥片的生產(chǎn)工藝作了研究。真空油炸在低氧、低溫的環(huán)境中加工，其產(chǎn)品不僅具有較好的感官，而且具有油脂率低、營(yíng)養(yǎng)保存性好的特點(diǎn)[7]。當(dāng)前不少學(xué)者采用了真空油炸對(duì)蘋(píng)果[8]、板栗[9]、薯片[10]、藕片[11]等進(jìn)行加工，并優(yōu)化工藝流程及參數(shù)。目前真空油炸山藥的工藝優(yōu)化研究未見(jiàn)報(bào)道，本試驗(yàn)擬通過(guò)聯(lián)合評(píng)價(jià)的方式優(yōu)化真空油炸山藥生產(chǎn)工藝，并對(duì)比真空油炸與常溫油炸山藥的區(qū)別，為今后企業(yè)生產(chǎn)該類(lèi)產(chǎn)品提供一些借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山藥：市售；食用調(diào)和油：上海福臨門(mén)食品有限公司；無(wú)水乙醚、石油醚（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

YSXT-04索氏抽提器：上海熙揚(yáng)儀器有限公司；HH-6恒溫水浴鍋：常州金壇良友儀器有限公司；FA1104分析天平：上海光學(xué)儀器廠；101-1B鼓風(fēng)干燥箱：上海昕?jī)x儀器儀表有限公司；JS-05真空低溫油炸機(jī)：上海勁森輕工機(jī)械有限公司；JEOL 7800F Prime掃描電鏡：日本電子株式合社；ColorQuest XE色差儀：美國(guó)HunterLab公司；CTK全自動(dòng)色差計(jì)：北京辰泰克儀器技術(shù)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程及步驟

原料→篩選→清洗→去皮→切片→汽蒸→冷卻→真空油炸→脫油→成品

1.3.2 測(cè)定方法

1.3.2.1 山藥片在油炸過(guò)程中粗脂肪的含量變化測(cè)定

測(cè)定方法參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》。

1.3.2.2 色度測(cè)定

對(duì)比山藥的常壓油炸與真空油炸的色度變化。山藥常壓油炸方法參考劉璐等[6]采用的工藝及色度對(duì)比方式，根據(jù)本試驗(yàn)適當(dāng)?shù)母淖?，取厚度? mm的山藥，100℃汽蒸 5 min，汽蒸后山藥片厚度約為（10±1）mm，油炸溫度200℃，油炸時(shí)間200 s并離心脫油3 min 43 s，脫油轉(zhuǎn)速固定為700 r/min。制得的常壓油炸山藥脆片。上述常壓油炸山藥脆片與單因素篩選的和響應(yīng)面篩選的兩種真空油炸的山藥脆片進(jìn)行色差上的b值對(duì)比。樣品用自動(dòng)色差計(jì)測(cè)定，以白紙為參比樣品。每個(gè)脆片樣品測(cè)定3次，取平均值。

1.3.2.3 微觀結(jié)構(gòu)觀察

取真空油炸山藥片和常壓油炸山藥片，參照J(rèn)Y/T 010—1996《分析型掃描電子顯微鏡方法通則》標(biāo)準(zhǔn)作微觀結(jié)構(gòu)觀察。

1.4 真空油炸山藥的感官評(píng)價(jià)

建立真空油炸山藥的感官評(píng)價(jià)因素集合{外形、色澤、口感、香氣}，采用模糊綜合評(píng)判的方法組織評(píng)價(jià)小組（20人）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)定。結(jié)果按“優(yōu)（99～90）、良（89～80）、中（79～70）、較差（69～60）、很差（59～50）”5個(gè)等級(jí)對(duì)不同工藝參數(shù)制作的真空油炸山藥分別進(jìn)行模糊綜合評(píng)判[12-13]，油炸山藥的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 油炸山藥的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards for sensory evaluation of fried yam

1.5 綜合指標(biāo)

運(yùn)用隸屬度綜合評(píng)分法[14]，將感官評(píng)分、含油率2項(xiàng)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)低溫真空油炸山藥工藝方法進(jìn)行綜合評(píng)分，以感官評(píng)分為主要指標(biāo)、含油率為次要指標(biāo)，按照6∶4設(shè)置權(quán)值，考慮到檢測(cè)的差異性，含油率檢測(cè)重復(fù)3次，測(cè)量結(jié)果取平均值。

1.6 單因素試驗(yàn)

1.6.1 厚度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

切取生山藥片厚度（2、4、6、8、10 mm）、汽蒸 5 min、固定真空油炸溫度100℃、油炸時(shí)間6 min、離心脫油1 min、考察山藥脆片厚度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響。

1.6.2 油炸溫度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

切取生山藥片厚度為6 mm、汽蒸5 min、固定真空油炸時(shí)間6 min、脫油時(shí)間1 min、考察油炸溫度（85、90、95、100、105℃）對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響。

1.6.3 油炸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

切取生山藥片脆片厚度為6 mm、汽蒸5 min、固定油炸溫度95℃、脫油時(shí)間1 min、考察油炸時(shí)間（4、5、6、7、8 min）對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響。

1.6.4 脫油時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

切取生山藥片脆片厚度為6 mm、汽蒸5 min、固定油炸溫度95℃、真空油炸時(shí)間6 min、考察脫油時(shí)間（1、2、3、4、5 min）對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響。

1.7 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法，選取油炸溫度（x1）、油炸時(shí)間（x2）和脫油時(shí)間（x3）3 個(gè)試驗(yàn)因素，響應(yīng)面分析因素及水平見(jiàn)表2，綜合評(píng)分為響應(yīng)值，進(jìn)一步優(yōu)化真空油炸山藥的工藝。

表2 響應(yīng)面分析因素及水平Table 2 Factors and levels of response surface method

1.8 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007和Design-Expert V 8.0.6軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 脆片厚度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

脆片厚度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 厚度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響Fig.1 Effect of thickness on sensory score and oil content of products

從圖1可看出，隨著山藥脆片的厚度加大，整體感官評(píng)分逐漸上升，在6 mm時(shí)最高，此后急劇下降。這是由于山藥厚度太薄，油炸后容易破碎，而過(guò)高的厚度又造成產(chǎn)品脫水不夠，內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)受破壞程度小，產(chǎn)品發(fā)軟[15]。從含油率方面上看，厚度太薄使得相同體積下，表面積大，含油率高。綜合上述數(shù)據(jù)，選取厚度為6 mm適宜。

2.1.2 油炸溫度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

油炸溫度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 油炸溫度對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響Fig.2 Effect of frying temperature on sensory score and oil content of products

由圖2可以看出，當(dāng)油炸溫度在85℃～95℃時(shí)，真空油炸山藥的感官評(píng)分隨著油炸溫度的升高而提高，這可能是油炸溫度太低熟化度不足，內(nèi)部水分難以有效排除，酥脆度不夠，隨著油炸溫度進(jìn)一步提高，產(chǎn)品過(guò)脆，色澤變深，影響了感官評(píng)價(jià)的整體的評(píng)分。另外，從考查的油炸溫度范圍內(nèi)看，含油率隨著油炸溫度的增加而逐步部升高。綜合這5組數(shù)據(jù)，選取油炸溫度95℃為宜。

2.1.3 油炸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

油炸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 油炸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響Fig.3 Effect of frying time on sensory score and oil content of products

由圖3可以看出，隨著油炸時(shí)間的增長(zhǎng)，感官評(píng)分呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在油炸時(shí)間為6 min時(shí)，分值最高。這是由于油炸時(shí)間過(guò)短，產(chǎn)品還沒(méi)有熟化成型，含水量比較多，質(zhì)地比較軟，而油炸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)干，變硬。含油率則隨著油炸時(shí)間逐漸上升并在6 min后趨于平穩(wěn)[16]。綜合上述分析，選取油炸時(shí)間6 min適宜。

2.1.4 脫油時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響

脫油時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 脫油時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分及含油率的影響Fig.4 Effect of deoiling time on sensory score and oil content of products

由圖4可以看出，感官評(píng)分隨著脫油時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，而含油率則處于急劇降低并趨于平穩(wěn)的態(tài)勢(shì)。說(shuō)明通過(guò)離心脫油的方式可以很有效地降低產(chǎn)品含油率；過(guò)高的含油率導(dǎo)致產(chǎn)品油膩會(huì)降低感官評(píng)分，而過(guò)長(zhǎng)的離心脫油也容易造成產(chǎn)品的破碎，也增加了生產(chǎn)的能耗[10]。綜合上述分析，選擇脫油時(shí)間3 min做響應(yīng)面設(shè)計(jì)。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用三因素三水平的響應(yīng)面設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案及結(jié)果如表3所示。

表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Experimental design and results

2.3 最優(yōu)條件的確定及模型驗(yàn)證

2.3.1 響應(yīng)曲面分析

利用Design-Expert.V8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得回歸方程（編碼）：綜合分S=0.84-0.034X1-0.088x2+0.14x3-0.18x1x2-0.032x1x3+0.029x2x3-0.26x12-0.15x22-0.096x32。通過(guò)該方程中各項(xiàng)系數(shù)絕對(duì)值的大小及正負(fù)可以直接反映出該系數(shù)所在的因素對(duì)響應(yīng)值的影響程度及影響方向[17]。從方程中可以看出在考查的參數(shù)的范圍內(nèi)，脫油時(shí)間x3對(duì)綜合分的影響最大，接著是油炸時(shí)間x2和油炸溫度x1。而在相互作用中：油炸溫度x1和油炸時(shí)間x2的相互作用極其顯著，油炸溫度x1與脫油時(shí)間x3的相互作用以及油炸時(shí)間x2與脫油時(shí)間x3的相互作用均不顯著，為進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性（Pred R-Squared），剔除不顯著的交互作用項(xiàng)x1x3和x2x3后得到新的回歸方程：綜合分S=0.84-0.034x1-0.088x2+0.14x3-0.18x1x2-0.26x12-0.15x22-0.096x32。

回歸模型方差分析見(jiàn)表4。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Variance analyses for the regression model

圖5 油炸溫度和油炸時(shí)間對(duì)真空油炸工藝綜合評(píng)分S的影響Fig.5 Influences of the frying temperature and time on comprehensive score S of vacuum frying process

通過(guò)圖5直觀地反映了當(dāng)脫油時(shí)間固定時(shí)，油炸溫度和油炸時(shí)間的交互作用。綜合評(píng)分較高值均落在兩坐標(biāo)編碼值的中間偏上區(qū)域。響應(yīng)面等高線(xiàn)在該范圍內(nèi)相對(duì)較為密集，坡度較為陡峭，表明山藥真空油炸工藝的響應(yīng)值對(duì)油炸溫度和油炸時(shí)間交互作用的改變較為敏感。

2.3.2 山藥真空油炸工藝參數(shù)優(yōu)化

以綜合評(píng)分作為響應(yīng)值，利用Design-Expert.V8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)化分析，得到當(dāng)油炸溫度為95.23℃，油炸時(shí)間為5.68 min，脫油時(shí)間為3.71 min時(shí)，綜合分最高，為0.899 759?？紤]到實(shí)際操作的方便，取油炸溫度為95℃，油炸時(shí)間5min 40 s，脫油時(shí)間為3 min 43 s時(shí)，綜合分值0.889 0，試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值接近，驗(yàn)證了該模型的可靠性。

2.4 色度比較

油炸方式對(duì)色度的影響見(jiàn)圖6。

圖6 油炸方式對(duì)色度的影響Fig.6 Effect of frying method on color

采用單因素篩選的真空油炸方式較采用響應(yīng)面篩選的真空油炸差異顯著，二者均與常壓油炸差異顯著。這說(shuō)明油炸方式對(duì)色度b值影響極大，使整體產(chǎn)品顏色變黃。這可能是由于過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致美拉德反應(yīng)加劇從而影響到色澤的變化。另外從真空油炸的樣品的比較中可以看出，在相同的油炸溫度下，油炸時(shí)間的長(zhǎng)短也會(huì)影響到色澤，這可能是由于水分的進(jìn)一步減少而導(dǎo)致的以及油脂的進(jìn)一步滲透到內(nèi)部組織中而導(dǎo)致的黃化，但相比常壓油炸這類(lèi)變化都是比較輕微的。

2.5 常壓油炸與真空油炸山藥片微觀結(jié)構(gòu)觀察

常壓油炸與真空油炸的山藥片的微觀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

從圖7中可以很清楚地觀察到，常壓油炸的樣品組織膨脹，表面呈現(xiàn)出多孔的海綿狀結(jié)構(gòu)，孔狀粗大，而油脂則深深地附著于里面；真空油炸的樣品表面組織較為平整，表面的溝痕較淺但寬廣，里面有細(xì)小的氣泡孔。分析原因可能是由于常壓油炸的溫度較高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，油溫與水的沸點(diǎn)間溫差較大，水分子急劇汽化，里層的水分也一起往外層汽化，使組織膨脹并爆裂，同時(shí)這也使得油脂可以更深入地滲入到內(nèi)部組織中。同樣地真空油炸則由于油溫與水的沸點(diǎn)間溫差較小，導(dǎo)熱變慢，膨脹汽化均較緩慢，因此內(nèi)部水分逃逸的氣泡孔較細(xì)小，油脂多附著在表層，整體組織保留得較好。

圖7 常壓油炸與真空油炸的微觀結(jié)構(gòu)Fig.7 Microstructure of normal pressure frying and vacuum frying

3 結(jié)論

1）本試驗(yàn)選用感官評(píng)價(jià)及含油率兩項(xiàng)考核指標(biāo)，應(yīng)用指標(biāo)隸屬度方法，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)山藥脆片真空油炸工藝進(jìn)行優(yōu)化，最優(yōu)工藝為采用切片厚度6 mm，汽蒸5 min，油炸溫度95℃，油炸時(shí)間5 min 40 s，脫油時(shí)間3 min 43 s。

2）通過(guò)響應(yīng)面相互作用項(xiàng)分析得到，在考核的范圍內(nèi)，脫油時(shí)間、油炸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的整體評(píng)價(jià)有顯著影響。此外，油炸時(shí)間與油炸溫度的相互作用也對(duì)結(jié)果有顯著影響。

3）通過(guò)對(duì)常壓和真空油炸的山藥脆片的色差測(cè)定及微觀結(jié)構(gòu)觀察表明過(guò)高的油炸溫度會(huì)對(duì)產(chǎn)品的色澤及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極其顯著影響。