一款真空冷凍干燥胡蘿卜黃花梨果蔬脆的研制

歐陽銳，江貽潔，王志輝，陳文韜，林淵智，施源德*

福建師范大學福清分校，食品軟塑包裝技術福建省高校工程研究中心（福清 350300）

胡蘿卜含有豐富的維生素和纖維素，并含有益于機體健康的胡蘿卜素，是生活中食用最多的蔬菜之一[1-2]。黃花梨是中國科學家新培育出的優秀砂梨品種，富含維生素、碳水化合物，以及礦物質如鈣、鐵、磷等，口感甜脆，有著良好食用和經濟價值，但黃花梨存在采收期短，不易保存，微生物繁殖速度快，極易失水、變色及軟化[3]，因此，黃花梨的貯運和保鮮及其新的衍生產品的開發成為研究熱點。果蔬脆片是以果蔬為原料，通過脫水技術加工而成的口感酥脆的天然食品[4]。

傳統的果蔬脆產品通常以一種水果或蔬菜為原料，經油炸脫水制成，存在含油量相對較高，容易生成丙烯酰胺等問題[5]。基于此，采用改進傳統技術生產果蔬脆片，特別是真空冷凍干燥技術（FD）的應用成為研究熱門。如侯春輝[6]以胡蘿卜和馬鈴薯為主原料，采用4種不同干燥方式制備再造型復合脆片，探究干燥方式和原料配比對再造型復合脆片干燥特性與品質的影響，提出真空凍干干燥的復合脆片品質較佳，形態結構和營養成分都保持較好；段柳柳等[7]研究微波凍干技術制備懷山藥脆片，并研究在干燥過程中的質構變化規律，提出微波凍干懷山藥脆片干燥過程中的最佳脆性數學模型為DoseResp模型y=A1+(A2-A1)/(1+10(lgx0-x)p)，R2＞0.99，其中x為水分質量分數，y為脆性，A、x0、p為系數常數，該模型可較好地預測懷山藥脆片的脆性變化規律；馮穎等[8]以產出率、復水比、硬度、脆度等16項為品質指標，并根據品質模型和綜合得分，來評價11種凍干桃片的綜合品質，得到6個主要指標為硬度、維生素C、總果膠、蔗糖、纖維素和色差（ΔE），最佳凍干品種為紫桃；對單一果蔬凍干研制[9]有較多比較分析，但是將水果與蔬菜復配再進行凍干制備的研究尚少。因此，試驗將胡蘿卜與黃花梨復配后采用真空冷凍干燥技術，制備果蔬脆，利用響應面法優化得到最佳配方，并研究最佳配方的復水率和微觀結構，以期為黃花梨以及果蔬復配的新產品開發提供思路。

1 原料與方法

1.1 原料與試劑

黃花梨（市售）；果葡糖漿（中糧生化能源（衡水）有限公司）；凍干胡蘿卜粉（山東佐緣食療科技有限公司）。

1.2 主要儀器與設備

DW-40超低溫冰箱（滄州鑫興）；TFDX0.25真空冷凍干燥機（煙臺中孚）；EZtest-ez-S質構儀（日本島津）；Nikon DS-Ri2熒光顯微鏡（上海尼康）；TG1850-WS高速離心機（上海湘儀）。

1.3 工藝流程[10]

胡蘿卜粉預處理↘ ↙果葡糖漿黃花梨預處理→果蔬糊→注模整型→急速預凍結→真空冷凍干燥→脫模→成品

1.4 部分操作要點

1.4.1 胡蘿卜粉預處理

按胡蘿卜粉與水質量比1︰3比例溶解，接連30目和60目篩網后備用。

1.4.2 黃花梨預處理

將黃花梨清洗去皮，切分去核，去核間隙可將黃花梨塊放入清水中，以隔絕空氣，防止氧化，榨汁備用。

1.4.3 注模整型

將果蔬糊分裝于模具當中，用刮板刮平其表面，輕微振蕩模具，使果蔬糊中可能存在的氣泡消失。

1.4.4 急速預凍結

將果蔬糊置于-35 ℃的超低溫冰箱中，凍結時間5 h。利用超低溫環境進行急速預凍結，使果蔬糊的中心溫度下降到-35 ℃，其中水分凍成結晶狀態。若有未凍結水分，在升華干燥時會沸騰，導致產品外觀膨脹異常[11]。

1.4.5 真空冷凍干燥

取出凍結完全的果蔬糊，按照真空冷凍干燥步驟放入凍干倉中干燥，并控制凍干參數，使物料內部的冰晶完全升華，降溫至60 ℃以下出倉，得到胡蘿卜黃花梨果蔬脆。緩慢加熱并保持加熱罐溫度50 ℃以下，冷阱溫度小于-35 ℃，真空度小于40 Pa干燥時間22 h[12]。

1.5 試驗方法

1.5.1 硬度測定

硬度是第1次壓縮時的最大峰值，即食品達到變形時的力，是評價果蔬脆口感與品質的重要指標。通過EZtest-ez-S質構儀測定果蔬脆的硬度。使用直徑2 mm的平底柱形探頭P/2和帶孔的平臺，測前速率2 mm/s，測定速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，各試驗處理組的測定重復3次，均測試果蔬脆的中心，其測定結果取平均值。

1.5.2 感官品質測定

試驗采用感官評分法對果蔬脆的外觀及口感進行感官檢驗。選取身體健康，年齡在20～45歲之間的師生共10人組成感官鑒定小組，由感官鑒定小組對樣品進行打分。各指標的感官評分值定在0～25分之間，共100分，感官評分標準如表1[13]。

表1 胡蘿卜黃花梨果蔬脆感官評分標準

1.5.3 測定復水比

通過真空冷凍干燥脫水的食品，其復水能力可以直接體現胡蘿卜黃花梨果蔬脆的品質。稱取一定質量的果蔬脆粉m1（g）于盛有蒸餾水的離心管中，恒溫20 ℃下浸泡1 h，以4 000 r/min離心30 min，稱量沉淀物m2（g）[14]。

1.5.4 微觀結構測定

利用熒光顯微鏡，在100倍和400倍條件下，分別對熱風干燥和真空冷凍干燥的果蔬脆樣品截面進行觀察。

1.6 試驗設計

表2 響應面分析因素和水平表

分別以胡蘿卜、果葡糖漿和黃花梨的添加量為單因素，探究各因素對果蔬脆感官品質的影響，確定單因素最佳范圍，并利用響應面法確定最佳配方[15-16]。響應面分析因素和水平見表2。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 胡蘿卜添加量對果蔬脆品質的影響

以果葡糖漿1.0 g、黃花梨60 g為基準，胡蘿卜添加量分別為2，4，6，8和10 g，探究胡蘿卜不同添加量對果蔬脆品質的影響。圖1是不同胡蘿卜添加量對果蔬脆硬度的影響，表3是感官評價的結果。

由圖1可知，果蔬脆硬度值隨胡蘿卜添加量增加而上升，結合表3感官評價可知，胡蘿卜添加量小于4 g時，果蔬脆的胡蘿卜與黃花梨味兼具，風味可口，硬度適中，疏松酥脆；胡蘿卜添加量大于4 g時，果蔬脆的胡蘿卜味逐漸加重，硬度逐漸加大，口感降低；因此，胡蘿卜添加量選擇3，4和5 g進行響應面優化試驗。

圖1 胡蘿卜添加量對果蔬脆的硬度的影響

表3 胡蘿卜不同添加量下的果蔬脆感官評分

2.1.2 果葡糖漿添加量對果蔬脆品質的影響

以胡蘿卜4 g、黃花梨60 g為基準，果葡糖漿添加量分別為1.0，2.0，3.0，4.0和5.0 g，探究果葡糖漿不同用量對果蔬脆質量的影響。圖2是不同果葡糖漿添加量對果蔬脆硬度的影響，表4是感官評價的結果。

由圖2可知，果蔬脆硬度值隨著果葡糖漿添加量增加而上升。結合表4可知，果葡糖漿添加量大于1.0 g時，胡蘿卜與黃花梨味道逐漸降低，且甜度不斷增加，口感逐漸降低，并且果蔬脆硬度值隨著果葡糖漿添加量增加而不斷上升，因此，果葡糖漿添加量選擇0.5，1.0和1.5 g進行響應面優化試驗。

圖2 果葡糖漿添加量對果蔬脆的硬度的影響

表4 果葡糖漿不同添加量下的果蔬脆感官評分

2.1.3 黃花梨添加量對果蔬脆品質的影響

以胡蘿卜4 g、果葡糖漿1.0 g為基準，黃花梨添加量分別為40，50，60，70和80 g，探究黃花梨不同用量對果蔬脆品質的影響。圖3為不同黃花梨添加量對果蔬脆的硬度影響的結果，表5為感官評分結果。

圖3 黃花梨添加量對果蔬脆硬度的影響

表5 黃花梨不同添加量下的果蔬脆感官評分

由圖3可看出，果蔬脆硬度值隨著黃花梨添加量而逐漸降低。結合表5可知，黃花梨添加量小于60 g時，果蔬的口感略粗糙，硬度偏大，質地適宜；黃花梨添加量大于1.0 g時，果蔬脆口感明顯降低，硬度值明顯降低，質地逐漸松散，因此，黃花梨添加量選擇55，60和65 g進行響應面優化試驗。

2.2 響應面法優化試驗結果與分析

2.2.1 多元二次響應面回歸模型的建立及顯著性檢驗

通過Design-Expert 8.0.6.1軟件對表6的試驗數據進行多元回歸分析，明確各因素對響應值Y的影響，得到多元回歸方程為Y=2.93+0.37A+0.89B-0.23C+0.26AB-0.27AC-0.18BC-0.065A2+0.085B2-0.084C2。

表6 響應面分析設計與試驗結果

對所得回歸方程進行有效性檢驗，可知3個因素對果蔬脆硬度的影響。表7即為各因素對果蔬脆硬度影響的方差分析表。

表7 試驗結果方差分析表

由表7可知，該模型的p=0.045 3＜0.05，表明試驗所用的模型回歸效果顯著，因此響應面設計方法所得到的二次方程模型可信，可用于指導胡蘿卜黃花梨果蔬脆的配方優化。從表7可看出，p（A）=0.075 9，p（B）=0.001 5＜0.01，p（C）=0.241 3，所以這3個因素對果蔬脆硬度影響主次順序為：果葡糖漿添加量（B）＞胡蘿卜添加量（A）＞黃花梨添加量（C）。

2.2.2 各因素交互的響應面曲面圖分析

在響應面3D圖中，圖形的陡峭程度可反映各因素交互作用對果蔬脆硬度的影響，圖形越陡峭，則交互作用越明顯。圖4～圖6曲面形態都較為平緩，由此可得胡蘿卜、黃花梨、果葡糖漿三者的添加量之間交互作用并不明顯，與表7結論基本一致。

圖4 胡蘿卜與果葡糖漿添加量對果蔬脆硬度的影響

圖5 胡蘿卜與黃花梨添加量對果蔬脆硬度的影響

圖6 果葡糖漿與黃花梨添加量對果蔬脆硬度的影響

2.2.3 驗證試驗

由Design-Expert 8.0.6.1軟件的響應面設計方法，結合回歸模型預測分析，所得果蔬脆配方最佳方案為：胡蘿卜添加量5 g、黃花梨添加量55 g、果葡糖漿添加量1.5 g，模型預測的硬度為5.06 N。采用最佳方案，對果蔬脆的硬度做3次平行驗證測定，測得果蔬脆硬度的均值為5.21 N，與模型的預測值幾乎沒有差別，表明采用Box-Behnken設計法準確可靠，最佳配方下的感官得分為91.4分。

2.3 最優配方的理化指標和結構分析

2.3.1 復水比

復水比=m離心后/m離心前=24.97/8.01=3.12，表明果蔬脆復水能力較好，這可能與真空冷凍干燥技術制備果蔬脆的特殊結構有關。

2.3.2 熒光顯微鏡截面微觀圖

由圖7與圖8可看出，真空冷凍干燥條件下的果蔬脆結構疏松，孔洞均勻；熱風干燥條件下的果蔬脆結構較為緊致，部分結塊明顯。這可能是在真空冷凍干燥的過程中，果蔬脆中所含水分由固體直接升華為氣體，從而形成的內部具有分散較好的多孔結構，即真空冷凍干燥制備的果蔬脆能更好地保持干燥前的產品結構，這可能也是真空冷凍干燥制備的果蔬脆的口感品質較好的原因。

圖7 真空冷凍干燥果蔬脆的微觀截面圖（A為100倍下，B為400倍下）

圖8 熱風干燥果蔬脆的微觀截面圖（C為100倍下，D為400倍下）

3 結論

利用真空冷凍干燥技術，以胡蘿卜、黃花梨及果葡糖漿添加量為變量，以硬度和感官評價為指標，通過響應面設計方法建模分析可知，胡蘿卜黃花梨果蔬脆的最佳配方為：胡蘿卜8%、黃花梨89%、果葡糖漿3%。由驗證試驗可知，最佳配方下果蔬脆硬度5.21 N，與模型預測值5.06 N基本沒有差別，同時，最佳配方果蔬脆的感官評價為91.4分，復水比為3.12，是一款風味獨特，品質口感良好的產品；熒光顯微鏡觀察可知，真空冷凍干燥技術制備的胡蘿卜黃花梨果蔬脆的截面微觀孔洞均勻，結構疏松，因此，研究可為真空冷凍干燥技術在果蔬類產品的開發提供思路。