蠶蛹變溫壓差膨化干燥工藝優化

吳釗龍，林芳，陳振林*，莫嘉華，楊艷蘭，楊春梅

（1.大連工業大學食品學院，遼寧大連116034；2.賀州學院食品科學與工程技術研究院，廣西賀州542899）

蠶蛹（silkworm pupa），又稱小蜂兒，蠶蛾科，是蠶發育到一定階段的產物，而且是2004 年衛生部批準的作為普通食品管理的食品新資源中唯一的昆蟲類食品，我國每年可產鮮蛹30 萬噸以上，約占全世界總產量的80%[1-4]。蠶蛹不僅是一種營養價值較高的美食，也是一種具有功能活性的中藥[5]。蠶蛹中富含蛋白質、脂肪酸、甲殼素、糖類、多種蛋白質激素、多種維生素、蛹磷脂、干擾素、抗菌肽、溶菌酶、腺嘌呤、次黃嘌呤、腎上腺素、去甲腎上腺素和豐富的微量元素[6]等。蠶蛹蛋白質中含有18 種氨基酸，其中8 種人體必需氨基酸占總氨基酸的42%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比例達到0.7∶1.0，非常符合聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）及世界衛生組織（World Health Organization，WHO）建議的理想氨基酸模式[7]。現今我國的蠶蛹大多數進行粗加工后當飼料和肥料，對其精深加工開發利用較少，開發利用手段和途徑有限，深加工綜合利用加工的產品種類不多，限制了蠶桑產業收入增長[8-9]。

變溫壓差膨化干燥是一種新型的環保干燥技術[10-11]。通過變溫壓差膨化干燥技術干燥出來的產品綠色天然、口感良好，最大程度地保留了食品原有的營養成分及香氣成分，并且產品內部能形成大氣泡，酥脆度俱佳、食用方便、便于貯藏，克服了油炸食品制品營養成分大量損失、含油量高和不易貯藏等缺點，有利于生產休閑食品、方便食品及保健食品[12-15]。目前，變溫壓差膨化干燥技術在膨化果蔬產品加工中已得到廣泛應用[16-18]，對于采用變溫壓差膨化干燥方法加工昆蟲的有關研究鮮有報道，迄今還未見有采用變溫壓差膨化干燥方法干燥蠶蛹的研究報道。本研究以蠶蛹在膨化后的含水量、色澤和脆度值為主要指標，對蠶蛹的膨化工藝條件進行優化研究，為蠶蛹干制深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

蠶蛹：廣西平樂國弘繭絲綢有限公司。

1.2 試驗設備

變溫壓差膨化干燥機（KAAE 型）：江蘇楷益智能科技有限公司；電子天平（JJ1000 型）：常熟市雙杰測試儀器廠；水分測定儀（MB90 型）：奧豪斯儀器常州有限公司；色彩色差計（CR-400 型）：KONICA MINOLTA；物性測定儀（S-081 型）：英國SMS 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蠶蛹酥制備

1.3.1.1 工藝流程

原料→清洗→燙漂→瀝干→變溫壓差膨化干燥→干制品

1.3.1.2 操作要點

原料：選用個體完整、大小均勻的冰凍蠶蛹。

清洗：將蠶蛹用清水漂洗2 次～3 次。

燙漂：將蠶蛹在沸水中煮沸滅酶3 min[19]。

瀝干：瀝干調好味的蠶蛹表面水分，將蠶蛹擺在變溫壓差膨化干燥設備托盤上。

變溫壓差膨化干燥：在膨化溫度為90 ℃，壓力差為0.3 MPa，停滯時間為10 min 下進行干燥，干燥至水分含量低于1%。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 膨化壓力差對蠶蛹的影響

每次取100 g 調好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，抽空時間為3 h 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究膨化壓力差分別為0.1、0.2、0.3、0.4 MPa 和0.5 MPa 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3 次，最終取平均值。

1.3.2.2 停滯時間對蠶蛹的影響

每次取100 g 調好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在膨化溫度為90 ℃，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究停滯時間分別為5、10、15、20 min 和25 min 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3 次，最終取平均值。

1.3.2.3 抽空時間對蠶蛹的影響

每次取100 g 調好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究抽空時間分別為1、2、3、4 h 和5 h 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3次，最終取平均值。

1.3.2.4 膨化溫度對蠶蛹的影響

每次取100 g 調好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究膨化溫度分別為70、80、90、100 ℃和110 ℃時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3 次，最終取平均值。

1.3.3 正交優化試驗

由單因素試驗的結果，正交優化試驗中以膨化壓力、停滯時間、抽空時間、膨化溫度為試驗因素，以含水量、色澤、脆度值為指標，采用四因素三水平的正交表L9（34）對蠶蛹的變溫壓差膨化干燥進行優化，具體的試驗設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計Table 1 Orthogonal experiment design level and factors

1.4 測定方法

1.4.1 含水量的測定方法

通過用MB90 型快速水分測定儀測定蠶蛹的含水量。得到蠶蛹平均初始含水量為71.27%。蠶蛹干基含水量根據式（1）計算。

式中：M 為蠶蛹變溫壓差膨化干燥到t 時刻時的干基含水量，%；W 為蠶蛹變溫壓差膨化干燥到t 時刻時的濕基含水量，%。

1.4.2 色澤的測定方法

利用色彩色差計測定蠶蛹的顏色。以儀器白板的色澤為標準，測定樣品的亮度L*值，L*表示明暗，其值越大，產品的亮度最好，可以間接反應產品色澤的好壞[20]。每個樣品重復測定3 次，取平均值。

1.4.3 脆度值的測定

采用物性測定儀測定蠶蛹的硬度。使用P2 探頭，測前速度1 mm/s，測試速度2 mm/s，測后速度10 mm/s，穿刺距離20 mm，測定蠶蛹酥的脆度值，脆度定義為以爆裂時的力與爆裂時的時間的比值，而且脆度值越小，脆片的酥脆性越好[21]。

1.4.5 數據分析

試驗數據整理分析用Excel 2010，折線圖采用Origin 9.0 軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 壓力差對蠶蛹酥含水量、脆度值、色澤的影響結果

在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，抽空時間為3 h 條件下，不同壓力差蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖1。

圖1 壓力差對蠶蛹酥的影響Fig.1 Effect of pressure difference on silkworm pupa crisp

膨化壓力差指膨化前膨化罐中的壓力與真空罐中的壓力差值，是變溫壓差膨化的重要參數，其主要作用是通過氣壓的瞬間變化，使蠶蛹中具有一定能量的水分發生相變，從原來的液相瞬間變為氣相[22]。由圖1 可知，在其他條件一定時，壓力差對蠶蛹的色澤影響較小，對含水量和脆度值影響較大。隨著壓力差的增大，含水量總體呈下降的趨勢，亮度L*值影響幅度不大，其主要原因在于加深產品顏色的物質是熱敏性物質，壓力影響較小[23]。而脆度值隨著壓力差的增大，呈先下降后上升的趨勢，在一定的范圍內，在壓力差為0.3 MPa 的條件下有最小的脆度值，此條件下的蠶蛹酥口感好而且酥脆。因此，綜合考慮，壓力差為0.3 MPa時為最優的蠶蛹壓力差。

圖2 停滯時間對蠶蛹酥的影響Fig.2 Effect of dwell time on silkworm pupa crisp

2.1.2 停滯時間對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結果

在膨化溫度為90 ℃，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下，不同停滯時間蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖2。

由圖2 可知，隨著停滯時間的增加，亮度L*值和含水量均呈現下降的趨勢，停滯時間為20 min 后含水量下降趨勢變得平緩，脆度值呈先下降后上升趨勢，停滯時間為10 min 時脆度值最低，產品的酥脆性好；而當停滯時間為20 min 和25 min 時，脆度值較高，亮度L*值較暗，此時的蠶蛹酥產品不佳且較硬。停滯時間是物料進入膨化罐前均勻受熱的時間，停滯時間太長，導致產品焦糊，色澤L*值變暗，同時會使產品的營養成分損失較多，停滯時間不宜選取過長，因此綜合考慮，選用停滯時間為5、10 min 和15 min 做蠶蛹酥的優化試驗[24]。

2.1.3 抽空時間對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結果

在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa 條件下，不同抽空時間蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖3。

圖3 抽空時間對蠶蛹酥的影響Fig.3 Effect of vacuum-pumping time on silkworm pupa crisp

抽空時間指物料在膨化后通過真空系統繼續除去物料中水分的起止時間[25]。由圖3 可知，在其他條件一定時，隨著抽空時間的增加，含水量呈現下降的趨勢，在2 h 后含水量趨于平緩；亮度L*值呈先上升后下降的趨勢，當抽空時間為3 h 時達最大，色澤最好；脆度值呈一直上升趨勢，在抽空時間為1 h～3 h 時，蠶蛹酥脆度值增加的幅度顯著，當抽空時間為3 h 之后，蠶蛹酥脆度值變化的幅度減小。抽空時間太短時，蠶蛹酥中的水分含量較高，水分散失的速度較快；隨著抽空時間的延長，蠶蛹酥中的水分含量逐漸減少，脆度值逐漸升高，在抽空時間為3 h 后物料中的水分含量變化不太明顯，而且在抽空時間為5 h 時蠶蛹酥有焦糊的情況出現，從而產品亮度L*值變暗。因此綜合考慮選擇抽空時間為2、3 h 和4 h 做優化試驗。

2.1.4 膨化溫度對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結果

在停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下，不同膨化溫度蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖4。

圖4 膨化溫度對蠶蛹酥的影響Fig.4 Effect of puffing temperature on silkworm pupa crisp

由圖4 可知，蠶蛹酥隨著膨化溫度的升高，亮度L*值呈先上升后下降的趨勢，脆度值呈先下降后上升的趨勢，含水量呈一直下降的趨勢。在膨化溫度為90 ℃時，亮度L*值達到最大值，脆度值是最小值，表明該膨化溫度得到的蠶蛹酥亮度較好且酥脆性好。當膨化溫度為110 ℃時，蠶蛹酥表面的水分揮發速度低于其內部水分擴散到表面的速度，導致蠶蛹酥有一定程度的焦糊現象出現，亮度L*值明顯降低，所以其色澤明顯變黑。但溫度過低也會導致蠶蛹的內部水分擴散受到限制，影響蠶蛹酥內部的均勻多孔結構[22]。所以膨化溫度為90 ℃是蠶蛹變溫壓差膨化干燥單因素試驗中的最優膨化溫度，因此綜合考慮選擇膨化溫度為80、90 ℃和100 ℃做優化試驗。

2.2 正交試驗結果與分析

在單因素試驗的基礎上選取壓力差、停滯時間、抽空時間和膨化溫度為因素來設計四因素三水平正交試驗，正交試驗結果見表2。

表2 L9（34）試驗結果Table 2 Test results of L9（34）

正交結果優化采用公式評分法[25]，本試驗將每項指標的最優值定為滿分，分值為10 分，試驗值按照與最優值的差別來進行比例評分。亮度L*值在正交試驗第5 組69.39 為最佳，定為滿分10 分；在正交試驗第3 組定為最差1 分。含水量在正交試驗第3 組0.42 為最佳，定為滿分10 分；在正交試驗第1 組定為最差1 分。脆度值在正交試驗第8 組110.77 為最佳，定為滿分10 分；在正交試驗第4 組定為最差1 分。其他試驗值按照與最優值的差別來進行比例評分。因為脆度值與亮度L*值是品質指標，對試驗的結果影響顯著，所以將其以兩倍計算，即權數為2；含水量以一倍計算，即權數為1。最終評分公式為：綜合評分＝2×亮度L*值+2×脆度值+含水量。利用公式評分法得到的正交試驗結果和極差分析試驗結果分別見表3、表4。

表3 公式評分法試驗結果Table3 Test results of formula scoring method

表4 公式評分法極差分析試驗結果Table 4 Results of range analysis by formula scoring method

由表3 和表4 可知，各個試驗因素極差R 的大小順序為B＞D＞C＞A，即各個因素對蠶蛹酥影響主次順序為停滯時間＞膨化溫度＞抽空時間＞壓力差。表明蠶蛹在變溫壓差膨化工藝中停滯時間和抽空時間對產品品質影響較大，膨化溫度和壓力差對產品品質影響較小。由正交試驗結果中得出最優組合為A1B2C1D1，即該組合的壓力差為0.2 MPa，停滯時間為10 min，抽空時間為2 h，膨化溫度為80 ℃。

2.3 最優結果驗證試驗

該最優組合不在正交試驗內，在最優條件A1B2C1D1下，壓力差為0.2 MPa，停滯時間為10 min，抽空時間為2 h，膨化溫度為80 ℃的條件下做變溫壓差膨化干燥驗證試驗。結果如表5。

表5 最佳工藝驗證試驗結果Table 5 Best process validation test

在最優條件下進行試驗，最終得出的亮度L*為65.49，含水量為2.95 %，脆度值為156.28 g/s，要優于正交試驗中的任何一組，試驗結果表明，優化后的結果穩定。

3 結論

在單因素試驗基礎上，通過正交試驗，確定蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優工藝。蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優工藝參數為：壓力差為0.2 MPa，停滯時間為10 min，抽空時間為2 h，膨化溫度為80 ℃，在此參數下高度L*為65.49，含水量為2.95 %，脆度值為156.28 g/s。其中4 個因素對綜合評分的影響程度從大到小分別為：停滯時間＞膨化溫度＞抽空時間＞壓力差。在此最優工藝的條件下，蠶蛹酥色澤均勻明亮，口感軟硬適中，且具有酥脆性。蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優工藝參數能夠為進一步研究蠶蛹變溫壓差膨化干燥提供參考。