真空油炸蘋果脆片預處理工藝優化

王 輝,劉 敏,董 楠,陳朝軍,李 俊,劉 嘉,*

(1.貴州省生物技術研究所,貴州貴陽 550025; 2.華中農業大學食品科學技術學院,環境食品學教育部重點實驗室,湖北武漢 430070)

蘋果是薔薇科植物蘋果的果實,與香蕉、柑橘和葡萄同稱為世界四大水果,在我國蘋果的種植和產量均居世界首位,截止2016年,我國蘋果的產量約為4388萬噸[1-3]。蘋果的銷售方式多樣,鮮銷是全球蘋果的主要消費方式,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行油炸、風干或真空脫水等干制方法,得到含水率較低,可長期貯藏的蘋果加工制品,是一種符合現今蘋果加工產業發展和市場需求,并能滿足現代人飲食消費需要的休閑零食。

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特的口感和風味品質,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油炸方式分為常溫油炸和低溫真空油炸。經常壓高溫油炸的產品含油量高、產品原有的風味和營養物質被破壞,同時油的反復利用,使油中的成分發生聚合反應從而產生有毒物質,影響人們的身體健康[5]。真空油炸的溫度低于傳統油炸,所用時間較短,能較好保存蘋果脆片的風味和營養成分,降低產品的含油量,產品膨化度高,口感酥脆,同時,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不僅僅與油炸方式相關,更與原料的預處理方法、真空度、油炸溫度和時間、脫油處理等方面有關,其中預處理工藝為產品的品質提高提供重要保障和奠定基礎,主要包括漂燙、護色、浸漬和冷凍等工藝[7]。通過預處理工藝,可以抑制酶促褐變的發生、增加風味物質和固形物含量、除去一部分水分,保持產品性狀,降低產品的含油量[8]。因此,真空油炸前對蘋果原料進行預處理是必不可少的環節,也是必須研究的重要內容。

本文以蘋果為原料,采用單因素實驗與均勻設計試驗相結合的方法[9-10],對蘋果脆片低溫真空油炸預處理工藝進行探討,以含油量、破碎力、L*值、感官評價、綜合評價和揮發性成分為指標,采用多元回歸分析等統計方法對實驗數據進行處理,優化蘋果脆片低溫真空油炸預處理工藝,以期為蘋果深加工及研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果 品種為紅富士,購于甘肅靜寧德美地緣林果專業合作社;棕櫚油 益海嘉里糧油工業有限公司;蔗糖 貴陽市花溪區合力超市;麥芽糊精、麥芽糖 貴州賽蘭博科技有限公司。

TMS-Pro質構儀 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脂肪測定儀 北京晨曦勇創科技有限公司;VF-80C型真空油炸機 中山市維嘉真空機械廠;S-3400N掃描電子顯微鏡 蘇州佐藤精密儀器有限公司。

1.2 實驗方法

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→預凍→真空油炸→脫油→樣品。

1.2.2 預處理工藝單因素實驗 以色差值、破碎力、感官評價、綜合評價和揮發性成分為指標,考察切片厚度、漂燙溫度、漂燙時間、浸漬液和冷凍時間對產品品質的影響。

固定漂燙溫度為80 ℃、漂燙時間3 min、浸漬液(蔗糖5%+麥芽糖15%+麥芽糊精12%)、浸漬時間40 min和冷凍時間3 h(-18 ℃),考察切片厚度為3、5、7、9 mm對產品品質的影響;固定切片厚度為5 mm、漂燙時間3 min、浸漬液(蔗糖5%+麥芽糖15%+麥芽糊精12%)、浸漬時間40 min和冷凍時間3 h(-18 ℃),考察漂燙溫度為70、80、90、100 ℃對產品品質的影響;固定切片厚度為5 mm、漂燙時間3 min、浸漬時間40 min和冷凍時間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種不同浸漬液對產品品質的影響;固定漂燙溫度為80 ℃、漂燙時間3 min、浸漬液(蔗糖5%+麥芽糖15%+麥芽糊精12%)和浸漬時間40 min,冷凍時間為1、2、3、4 h對產品品質的影響。

經樣品預處理后進行同等條件的真空油炸和脫油,二者參數為:真空度0.098 MPa、油炸溫度(88±2) ℃、時間32 min、離心脫油轉速400 r/min、時間6 min。

1.2.3 蘋果脆片預處理工藝優化研究 在單因素實驗基礎上,選擇浸漬液、漂燙溫度、漂燙時間和冷凍時間4個預處理工藝進行U10(102×5×2)混合水平均勻設計的方案,見表1。其中,浸漬液為10個組,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 ℃;冷凍時間為2和3 h。以色差值、破碎力、感官評價、綜合評價和揮發性成分為指標,對所得試驗數據進行多元回歸分析。

表1 均勻設計試驗因素水平U10(102×5×2)Table 1 Factors and levels used in uniform design U10(102×5×2)

1.2.4 含油量測定 參照 GB/T 5009.6-2016《食品中脂肪的測定》中索氏抽提法,由SOX500脂肪測定儀測定。

1.2.5 破碎力的測定 采用TPA法測定破碎力,使用P/36R圓柱形探頭,65%的壓縮比例,觸發力0.15 N,30 mm/min測試速率下降距離20 mm。每個樣品平行測定6次取平均值[11]。

1.2.6 色差的測定 對不同實驗組樣品的亮度L*、紅綠值a*和黃綠值b*進行測定,每個樣品平行測定6次取平均值[12]。

1.2.7 電子鼻風味的測定 分別取3 g蘋果脆片樣品放入電子鼻專用頂空瓶內,采用手動頂空進樣法對蘋果脆片揮發性物質進行測定[13]。以干燥空氣為載氣,流速為300 mL/min,樣品采樣時間60 s,清洗時間60 s,采樣間隔時間5 s,自動調零時間10 s。

1.2.8 蘋果脆片感官評價 選定12名左右感官評價人員進行一定培訓后,以表2為標準對真空低溫油炸脆片進行100分感官評價試驗[14]。

表2 蘋果脆片官評定標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of apple chips

1.2.9 綜合加權評分 將感官品質最好的定為100分,將其權重系數設為30;破碎力越小越好,最低破碎力定為100分,設其權重系數設為20;含油量越小越好,含油量定為100分,設其權重系數設為30,亮度值L*越大越好,定為100分,設其權重系數設為20。依據試驗,以感官評分的最大值計為30分,其相應計分為(N1/感官評分max)×30;以破碎力的最低值計為20分,其相應計分為(破碎力min/N2)×20;以含油量的最低值計為30分,其相應計分為(含油量min/N3)×30;,以亮度值的最大值計為20分,其相應計分為(N4/亮度值max)×20。max:最大值;min:最小值。

綜合評分=(N1/感官評分max)×30+(破碎力min/N2)×20+(含油量min/N3)×30+(N4/L*max)×20

式中:N1為感官評分值;N2為破碎力;N3為含油量;N4為L*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上,噴金后觀察[15]。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel2016軟件對實驗數據進行分析及制圖,并采用SPSS 20、DPS 7.5等軟件,對數據進行逐步回歸等多元統計分析。顯著水平P<0.05。

2 結果與分析

2.1 預處理工藝對蘋果脆片品質影響的研究

2.1.1 預處理對蘋果脆皮品質的影響 表3為預處理工藝的單因素實驗,分析各預處理條件對產品破碎力、感官評價、含油率、L*和綜合評分的影響。破碎力受切片厚度的影響較大,當切片厚度大于7 mm時,破碎力為零,產品呈現海綿似軟片,主要由于產品內部的水分不能快速蒸發,內部纖維結構受破壞程度小,導致產品發軟[16-17]。各預處理條件對感官評價存在顯著影響(P<0.05)。含油量除漂燙時間和浸漬液配比呈顯著影響(P<0.05)外,其他處理條件無顯著影響(P>0.05)。蘋果脆片含油量隨著漂燙時間的延長呈現先降低后增加的趨勢,這主要是熱燙時間過久破壞原料組織成分,在后續的油炸過程中,油脂易進入組織內部[18]。浸漬液配比試驗中,含麥芽糊精組含油率相對較低,主要是由于麥芽糊精分子可凝聚在蘋果脆片的表面,阻礙油脂的進一步滲透,降低含油量[19-21]。L*值除切片厚度無顯著影響外,其余處理條件對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,減少樣品油炸時發生美拉德反應。L*值在燙漂溫度100 ℃時達到最大值,可能此時溫度大于淀粉糊化溫度,減少美拉德反應中還原性糖,同時,引起褐變的各種酶類失活,提高了產品的亮度[23-24]。綜合評分除冷凍時間無顯著影響外,其余呈顯著性影響(P<0.05)。綜合評分為破碎力、感官評價、含油率和L*值的加權平均值,以綜合評分最高值為最終指標進行因素篩選。

表3 預處理對蘋果脆片品質的影響 Table 3 Effect of retreatment on the quality of apple

2.1.2 預處理對蘋果脆片揮發性成分的影響 圖1為不同預處理工藝對蘋果脆片風味物質的影響,對不同預處理工藝對蘋果脆片風味物質進行主成分分析(principal component analysis PCA)。在PCA法分析中,總貢獻率越大,越能較全面地反映試樣整體信息[25]。根據樣品在橫縱坐標軸上的距離判斷樣品風味物質之間的差異性,距離越遠,差異越大。橫坐標表示第一主成分貢獻率的大小,且貢獻率(或權重)較大,因此,如果不同樣品之間在橫坐標上的距離差距較大,說明它們之間的差異較明顯;而樣品在縱坐標上的距離即使很大,由于第二主成分的貢獻率(或權重)很小,不同樣品之間的實際差異較小[26]。由圖1可知,切片厚度、漂燙溫度、漂燙時間、浸漬時間、浸漬物配比和冷凍時間的總貢獻率分別為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。根據圖1中樣品在橫坐標上距離的差異,選擇距離相對較遠同時結合綜合評分可知,選擇切片厚度5 mm、漂燙溫度為100 ℃、漂燙時間為3 min、浸漬時間為40 min、浸漬物配別為蔗糖5%+麥芽糊精12%+麥芽糖15%和冷凍時間為2 h進行后續均勻試驗。

圖1 不同預處理工藝對產品風味的影響Fig.1 Effects of different pretreatment processes on flavor of products注:a:切片厚度;b:漂燙溫度;c:漂燙時間;d:浸漬時間;e:浸漬物配比;f:冷凍時間。

2.2 均勻設計結果分析

2.2.1 直觀分析 采用混合水平均勻設計方案進行U10(102×5×2)進行試驗,研究各因素與破碎力、感官評分、含油量和L*值的關系,如表4所示。破碎力以8號最低,脆度最好,其次為10、9和4號;感官評分以10號最高,其次為4和5號;含油量以9號最低,其次以10和4號;L*值以3號最高,其次為10號。綜合評分為4個指標的加權平均值,以綜合評分進行總體分析可知:10號綜合評分最高,其次分別為4和9號,因此就直觀分析可知:10號實驗組為最佳預處理工藝,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 ℃、漂燙時間為4 min、冷凍時間為2 h。

表4 均勻設計實驗結果Table 4 Uniform design with experimental results

2.2.2 逐步回歸分析 對實驗指標進行逐步回歸分析,建立指標模型結果見表5,破碎力Y1在一次回歸方程時未達到顯著水平(P>0.05),因此進行二次回歸分析,達到極顯著(P<0.01),相關系數r=0.960,方程模型擬合度好。未達到顯著水平可能是由于其他因素的交互作用[27],如:漂燙時間和漂燙時間等。感官評分Y2、L*值和綜合評分在一次逐步回歸分析時達到顯著水平(P<0.05),影響感官評分的主要因素為浸漬物濃度、漂燙溫度和冷凍時間;影響L*值的主要因素浸漬物濃度、漂燙溫度和漂燙時間;影響綜合評分的主要因素浸漬物濃度、漂燙溫度、漂燙時間和冷凍時間4個因素;含油量Y3在一次逐步回歸分析時達到極顯著水平(P<0.01),相關系數r=0.952,模型擬合度好,浸漬物濃度、漂燙溫度、漂燙時間和冷凍時間4個因素對樣品含油量均有影響。

表5 指標模型Table 5 Model parameters

圖2 均勻設計實驗結果Fig.2 Uniform design with experimental results

以綜合評分Y5是破碎力、感官評價、含油量和L*值的綜合加權值,因此以綜合評分Y5參數進行偏最小二乘法回歸分析,得到模型預測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 ℃,漂燙時間2 min,冷凍時間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間和冷凍時間有一定的差異,為篩選最佳工藝,將二者進行對比分析。

2.2.3 直觀分析與偏最小二乘法回歸分析組預處理工藝驗證實驗 在兩種預處理工藝條件下,蘋果脆皮樣品的破碎力、感官評價、含油量、L*值和綜合得分見表6,回歸分析組除感官評分低于直觀分析組外,其余指標均優于直觀分析。

表6 最佳工藝對比及驗證Table 6 Comparison and verification of the optimized process conditions

2.2.4 對比直觀分析與偏最小二乘法回歸分析的電鏡觀察 結果見圖3。

對比兩種分析得到最佳預處理工藝的樣品微觀結構,由圖3可知,由偏最小二乘法回歸分析得到的最佳預處理樣品較直觀分析預處理樣品組織結構更為疏松,樣品孔徑較大且均勻,利于產品形成大疏松、變形小或無變形及脆片表面無起泡現象等,口感酥脆,產品品質較好[28-29]。兩種預處理工藝的差異在于漂燙溫度、漂燙時間和冷凍時間,從而引起微觀結構的不同。回歸分析組漂燙溫度相對較高,時間較短(98 ℃,2 min,3 h),漂燙時對產品組織損傷較小,經冷凍處理后形成均勻的冰晶,油炸時與水分急劇從內部噴發而出快速脫水,從而在蘋果內部形成疏松多孔的結構。直觀分析組漂燙溫度相對較低,漂燙時間較長(96 ℃,4 min,2 h),造成樣品組織結構被破壞,經冷凍處理后形成在組織內部形成大小不一的冰晶,油炸時,水分從被迫壞部位噴發出,從而形成不均勻的多孔的結構,由最佳預處理工藝的驗證和微觀結構分析可知,回歸分析優于直觀分析,因此蘋果脆片最佳預處理工藝為: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 ℃,漂燙時間2 min,冷凍時間3 h。

圖3 直觀分析與偏最小二乘回歸組的微觀結構觀察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處理工藝; b-1與b-2 代表直觀分析組的預處理工藝; 1表示放大32倍,2表示放大100倍

3 結論

采用單因素實驗和均勻實驗設計對蘋果脆片預處理工藝進行優化,單因素結果表明:切片厚度影響產品破碎力,即脆度,厚度越大,產品脆度越低,最后呈現海綿狀產品;漂燙工藝阻斷酶促褐變的發生,提高產品色差值,同時,引起蘋果的風味物質發生分解與合成,影響產品風味;浸漬工藝中糖液填充了蘋果脆片的內部空隙,提高了產品固形物含量、色差值和脆度,冷凍工藝提高了產品脆度。均勻實驗得到了直觀分析與回歸分析兩種不同預處理工藝,通過驗證試驗和電鏡分析表明:偏最小二乘法回歸分析優于直觀分析,模型預測最佳工藝為: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 ℃,漂燙時間2 min,冷凍時間3 h。在此條件下樣品的破碎力為53.1 N、感觀評分為83.0、含油量為17.2%、L*為89.9、綜合評分89.6,且樣品組織結構疏松,孔徑較大且均勻,表面無起泡現象、變形小或無變形,口感酥脆,風味品質最佳。