響應(yīng)面法優(yōu)化空氣油炸蓮子片的工藝研究

吉 薇，陳 玉，胡沛婷，袁學(xué)文

（廣東第二師范學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，廣東 廣州 510303）

0 引言

蓮子作為首批列入我國衛(wèi)生部食藥同源名單的農(nóng)產(chǎn)品，具有較高的營養(yǎng)價值。蓮子中含有64.2%的淀粉，17.2%的蛋白質(zhì)，2%的脂肪[1]，相對于同為硬果類的菱角、板栗、白果等蛋白質(zhì)含量明顯偏高；蓮子中還含有鋅、鐵、磷、鈣、鉀等豐富的礦物質(zhì)。有研究表明，從蓮子芯中提取出的蓮子堿具有調(diào)節(jié)心律失常、降低血壓等功效[2]。蓮子還具有治療糖尿病、抗衰老、抗氧化、抑菌消炎與提高免疫力等多種功效[3]。

除了傳統(tǒng)的蓮子制品，如蓮蓉月餅、蓮子蜜餞等，蓮子的新型加工產(chǎn)品種類也日漸繁多。例如，薛軍[4]采用DS32 型雙螺桿擠壓膨化機(jī)對蓮子進(jìn)行擠壓膨化處理形成膨化蓮子粉，大量減少了蓮子中游離脂肪酸的含量并增加了游離氨基酸的含量，并成功地將蓮子粉應(yīng)用到蓮蓉的制作工藝中；另外，將膨化蓮子粉加入酸奶或奶粉等乳制品中，可以為廣大嬰幼兒及中老年人提供更為豐富的營養(yǎng)，并且有利于維持糖尿病患者的血糖穩(wěn)定[5]。空氣炸鍋使食物受熱均勻且?guī)ё咴谑澄锉砻娈a(chǎn)生的水蒸氣，使食物形成酥脆的口感[6]。相比于傳統(tǒng)的油炸方式，其優(yōu)點(diǎn)是可大大減少油的用量，最高可以降低80%的油脂[7]。即食食品在當(dāng)代受到廣大消費(fèi)者喜愛與追捧，其極大地滿足了人們在快節(jié)奏生活中的需求，也成為體育、野外作業(yè)、宇航、軍需等行業(yè)發(fā)展的必然要求，因此開發(fā)即食蓮子相關(guān)食品具有較大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

干蓮子，上海禾煜貿(mào)易有限公司提供；低筋面粉、馬鈴薯淀粉、白砂糖、食鹽、奶粉、棕櫚油等。

1.2 儀器設(shè)備

KL-J63A 型空氣炸鍋，九陽股份有限公司產(chǎn)品；雙刀壓面機(jī)（可壓面1～4 mm），永康市榮麗強(qiáng)貿(mào)易有限公司產(chǎn)品；KFS-C1 型電子秤，凱豐集團(tuán)有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

蓮子的選擇→清洗→熟化→打漿→蓮子基料的調(diào)配→壓片→成型→刷油→油炸。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1） 蓮子的選擇。采用去芯干蓮子為原料。

（2） 熟化。將蓮子隔水加熱直至軟化及淀粉糊化狀態(tài)。

（3） 打漿。熟化蓮子加水75 g，食鹽3 g，白砂糖25 g，在榨汁機(jī)中打至勻漿狀態(tài)。

（4） 蓮子基料的調(diào)配。蓮子勻漿內(nèi)加入低筋面粉、馬鈴薯淀粉、奶粉、棕櫚油調(diào)配并攪拌揉搓成面團(tuán)。

（5） 壓片。將揉搓好的面團(tuán)放入壓面機(jī)中壓成薄片。

（6） 刷油。在每一片蓮子片正反面均勻刷上棕櫚油。

（7） 油炸。放置空氣炸鍋的炸籃中進(jìn)行油炸。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

（1） 蓮子添加量對蓮子片的影響。以混合粉（低筋面粉120 g，馬鈴薯淀粉20 g，壓片厚度1.5 mm，油炸溫度176 ℃，油炸時間8 min） 為基準(zhǔn)，分別添加蓮子60，65，70，75，80 g，對蓮子片的形態(tài)、風(fēng)味、色澤、口感與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評分。

（2） 混合粉比例對蓮子片的影響。混合粉由低筋面粉與馬鈴薯淀粉混合而成。以蓮子用量70 g，壓片厚度1.5 mm，油炸溫度176 ℃，油炸時間8 min為基準(zhǔn)，分別添加混合粉，其組成比例為低筋面粉100 g，馬鈴薯淀粉40 g；低筋面粉110 g，馬鈴薯淀粉30 g；低筋面粉120 g，馬鈴薯淀粉20 g；低筋面粉130 g，馬鈴薯淀粉10 g；低筋面粉140 g；對蓮子片的形態(tài)、風(fēng)味、色澤、口感與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評分。

（3） 壓片厚度對蓮子片的影響。以蓮子用量70 g，混合粉（低筋面粉120 g，馬鈴薯淀粉20 g，油炸溫度176 ℃，油炸時間8 min） 為基準(zhǔn)，壓片厚度分別設(shè)置為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 mm，對蓮子片的形態(tài)、風(fēng)味、色澤、口感與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評分。

（4） 油炸時間對蓮子片的影響。以蓮子用量70 g，混合粉（低筋面粉120 g，馬鈴薯淀粉20 g，壓片厚度1.5 mm，油炸溫度176 ℃） 為基準(zhǔn)，油炸時間分別設(shè)置為6，7，8，9，10 min，對蓮子片的形態(tài)、風(fēng)味、色澤、口感與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評分。

（5） 油炸溫度對蓮子片的影響。以蓮子用量70 g，混合粉（低筋面粉120 g，馬鈴薯淀粉20 g，壓片厚度1.5 mm，油炸時間8 min） 為基準(zhǔn)，油炸溫度分別設(shè)置為172，174，176，178，180 ℃，對蓮子片的形態(tài)、風(fēng)味、色澤、口感與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評分。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)以上5 組單因素試驗(yàn)結(jié)果，按照Boxbehnken 中心組合設(shè)計(jì)原理，選取蓮子用量（A）、油炸時間（B）、油炸溫度（C） 3 個因素為自變量，感官評定結(jié)果為響應(yīng)值，水平編碼分別為-1，0，1，采用Design Expert 10.0.4 設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，進(jìn)一步分析這3 個因素空氣油炸蓮子片工藝的影響，并確立工藝的最佳參數(shù)。

響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.5 感官評定

選定10 位有經(jīng)驗(yàn)且對評判指標(biāo)較為敏感的人員組成評定小組[8]，對蓮子片的形態(tài)、風(fēng)味、色澤、口感與組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行感官評定，滿分為100 分[9]。

蓮子片感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 蓮子片感官評定標(biāo)準(zhǔn)

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

單因素試驗(yàn)結(jié)果采用Origin 2019b 進(jìn)行作圖與分析，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果通過Design Expert 10.0.4進(jìn)行作圖與數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮子用量對蓮子片感官評定的影響

蓮子用量對蓮子片感官評定的影響見圖1。

圖1 蓮子用量對蓮子片感官評定的影響

蓮子用量為70 g 時，感官評分達(dá)到最大值隨后呈下降趨勢。這與蓮子片的口感香味有關(guān)，蓮子用量太少導(dǎo)致口感淡香味欠佳，但蓮子用量過大又會導(dǎo)致蓮子勻漿不夠均勻，具有較大的顆粒，口感較硬且粗糙。蓮子用量為70 g 時，蓮子片的組織結(jié)構(gòu)均勻，有濃郁的香味與蓮子清香，色澤呈金黃色且口感酥脆。因此，選擇70 g 的蓮子用量作為后續(xù)試驗(yàn)研究。

2.2 混合粉比例對蓮子片感官評定的影響

低筋面粉內(nèi)的麥谷蛋白、醇溶蛋白與清蛋白與水作用后會形成面筋[10]，面筋含量的高低會影響蓮子片的品質(zhì)與質(zhì)量。由于馬鈴薯淀粉中不含蛋白質(zhì)，在低筋面粉- 馬鈴薯淀粉面團(tuán)中馬鈴薯淀粉的比例高低會影響面筋的含量[11]。當(dāng)混合粉中的淀粉比例高，面筋含量少，面團(tuán)的黏聚性越小[12]，制成的蓮子片容易出現(xiàn)裂痕甚至破碎；淀粉比例低，面筋含量多，制成的蓮子片會過韌過硬。由于感官評分結(jié)果相差不大，因此選擇混合粉比例120 g+20 g 作為空氣油炸蓮子片工藝研究的最適混合粉比例參數(shù)進(jìn)行后續(xù)的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.3 壓片厚度對蓮子片感官評定的影響

壓片厚度對蓮子片感官評定的影響見圖2。

圖2 壓片厚度對蓮子片感官評定的影響

當(dāng)壓片過薄，蓮子片雖得到較為酥脆的口感，但會因?yàn)榭諝庹ㄥ伒娘L(fēng)力影響導(dǎo)致蓮子片變形，不能保持良好的形態(tài)，且容易出現(xiàn)焦煳現(xiàn)象，使蓮子片的色澤變暗，有焦煳的不良風(fēng)味；當(dāng)壓片過厚，蓮子片的口感綿軟，咀嚼性增大，面粉的味道較突出，沒有蓮子的香味，且色澤過白，感官品質(zhì)較差。由于厚度差異導(dǎo)致蓮子片的口感與風(fēng)味差異很大，因此選擇1.5 mm 的壓片厚度作為空氣油炸蓮子片工藝研究的最適壓片厚度參數(shù)。

2.4 油炸時間對蓮子片感官評定的影響

油炸時間對蓮子片感官評定的影響圖3。

圖3 油炸時間對蓮子片感官評定的影響

由圖3 可知，當(dāng)油炸時間偏短，蓮子片的色澤過白，出現(xiàn)外圍酥脆、中間綿軟的口感，且面粉味掩蓋了蓮子香味；隨著油炸時間增加到8 min，蓮子片被賦予金黃的色澤，有較強(qiáng)的蓮子香味和酥脆的口感；而繼續(xù)延長油炸時間，蓮子片則出現(xiàn)過度脫水以及焦煳的現(xiàn)象，組織結(jié)構(gòu)相對粗糙，且具有焦煳的色澤與風(fēng)味。因此，選擇8 min 的油炸時間作為空氣油炸蓮子片工藝研究的最適時間參數(shù)。

2.5 油炸溫度對蓮子片感官評定的影響

油炸溫度對蓮子片感官評定的影響見圖4。

圖4 油炸溫度對蓮子片感官評定的影響

當(dāng)油炸溫度偏低時，蓮子片同樣出現(xiàn)色澤過白的現(xiàn)象，蓮子片中還含有相對較多的水分，口感不夠酥脆；而油炸溫度過高會導(dǎo)致蓮子片色澤過焦，焦煳味覆蓋了蓮子的香味，在176 ℃下，蓮子片具有金黃的色澤、酥脆的口感及蓮子清香，選擇176 ℃的油炸溫度作為空氣油炸蓮子片工藝研究的最適溫度參數(shù)。

2.6 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)，選擇蓮子用量、油炸時間、油炸溫度3 個因素為自變量，感官評定分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值，按照Box-behnken 設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)17 組試驗(yàn)進(jìn)行工藝優(yōu)化，其中12 組為零點(diǎn)試驗(yàn)和分析試驗(yàn)，5 組為中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)。

空氣油炸蓮子片工藝研究響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表3。

表3 空氣油炸蓮子片工藝研究響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

采用Design Expert 10.0.4 對感官評定分?jǐn)?shù)與3 個因素進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官評分（Y） 對蓮子用量（A）、油炸時間（B）、油炸溫度（C） 的回歸方程模型為：

回歸模型方差分析見表4。

表4 回歸模型方差分析

由表4 可知，此回歸方程模型的p＜0.01，達(dá)到高度顯著的水平，證明該模型具有較高的可靠性；失擬項(xiàng)p＞0.05，不顯著，表明非試驗(yàn)值的因素對感官評分的影響較小[13]，模型的預(yù)測值與實(shí)際值擬合較好；相關(guān)系數(shù)R2=0.963 0，調(diào)整系數(shù)R2Adj=0.915 4，說明各自變量與響應(yīng)值之間具有高度線性相關(guān)性[14]，且響應(yīng)值的變化91.54%受自變量的影響[15]，因此該模型可以較好地分析和預(yù)測空氣油炸蓮子片的感官評定分?jǐn)?shù)，反映各因素與感官評分之間的真實(shí)關(guān)系。

試驗(yàn)因素對指標(biāo)值的影響程度可通過回歸方程模型的各因素系數(shù)值進(jìn)行反映[14]。表4 中的均方值顯示，各因素對蓮子片感官評分的影響程度從大到小的順序?yàn)橛驼〞r間＞油炸溫度＞蓮子用量。回歸方程中的一次項(xiàng)B、C 即油炸時間、油炸溫度與二次項(xiàng)A2，B2，C2及交互項(xiàng) BC 均具有高度顯著性 （p＜0.01），表明各試驗(yàn)因素對試驗(yàn)具有較大的影響，蓮子用量、油炸時間、油炸溫度與感官評定分?jǐn)?shù)不是普通的線性關(guān)系，而是存在明顯的二次關(guān)系。

利用Design Expert 10.0.4 作出蓮子用量、油炸時間與油炸溫度三因素交互作用對感官評分影響的等高線模型與響應(yīng)曲面圖。其中，響應(yīng)曲面的坡度越陡峭，則因素的交互作用對響應(yīng)值的影響越顯著，坡度越平緩則反之；等高線模型形狀越接近橢圓，因素的交互作用效應(yīng)越強(qiáng)，形狀越接近圓形則相反[16]。

蓮子用量與油炸時間對感官評分影響的等高線圖 （a） 和響應(yīng)面圖 （b） 見圖 5。

圖5 蓮子用量與油炸時間對感官評分影響的等高線圖（a） 和響應(yīng)面圖（b）

由圖5 可知，蓮子用量與油炸時間交互的等高線模型形狀接近圓形，響應(yīng)曲面的坡度較平緩，兩因素的交互作用對感官評定分?jǐn)?shù)的影響不顯著。當(dāng)固定蓮子用量，感官評分隨著油炸時間的增加呈先上升后下降的趨勢；當(dāng)固定油炸時間，蓮子用量對感官評分的影響比較平緩。

蓮子用量與油炸溫度對感官評分影響的等高線圖 （a） 和響應(yīng)面圖 （b） 見圖 6。

圖6 蓮子用量與油炸溫度對感官評分影響的等高線圖（a） 和響應(yīng)面圖（b）

由圖6 可知，蓮子用量與油炸溫度的交互影響模型。與圖5 的情況相似，等高線模型形狀接近圓形，響應(yīng)曲面的坡度較平緩，交互效應(yīng)不顯著。當(dāng)蓮子用量一定時，感官評分隨著油炸溫度的增高呈先上升后下降的趨勢，而蓮子用量對感官評分的影響較弱。

油炸時間與油炸溫度對感官評分影響的等高線圖 （a） 和響應(yīng)面圖 （b） 見圖 7。

由圖7 可知，油炸時間與油炸溫度的等高線模型橢圓形形狀明顯，且響應(yīng)曲面的坡度陡峭，表明油炸時間與油炸溫度間的交互作用對感官評定分?jǐn)?shù)的影響顯著。隨著油炸時間的延長油炸溫度的升高，感官評分均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

圖7 油炸時間與油炸溫度對感官評分影響的等高線圖（a） 和響應(yīng)面圖（b）

當(dāng)響應(yīng)曲面達(dá)到最高點(diǎn)，在投射下對應(yīng)的等高線模型中心點(diǎn)，即為試驗(yàn)所對應(yīng)的最佳條件參數(shù)。利用Design Expert 10.0.4 對響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果與二次項(xiàng)方程進(jìn)行分析，得到的各因素預(yù)測最佳值為蓮子用量 70.081 g，油炸時間 7.674 min，油炸溫度175.944 ℃，對應(yīng)的感官評分為86.278 分。

2.7 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證

考慮到試驗(yàn)實(shí)際操作的方便性，將各因素預(yù)測的最佳值為蓮子添加量70.081 g，油炸時間7.674 min，油炸溫度175.944 ℃，調(diào)整為蓮子用量70 g，油炸時間8 min，油炸溫度176 ℃，在該最佳條件下進(jìn)行3 次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到空氣油炸蓮子片的感官評分平均分為85.6 分，與理論預(yù)測分?jǐn)?shù)的相對誤差＜1%，無顯著差異，證明該響應(yīng)面對空氣油炸蓮子片的優(yōu)化工藝參數(shù)與實(shí)際情況有較高的擬合度，準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)與Box-behnken 響應(yīng)面試驗(yàn)對空氣油炸蓮子片的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終得出最佳參數(shù)分別為蓮子用量70 g，混合粉比例（低筋面粉+ 馬鈴薯淀粉） 120 g+20 g，壓片厚度1.5 mm，油炸時間8 min，油炸溫度176 ℃。在此參數(shù)下制得的蓮子片的感官評分為85.6 分，與理論預(yù)測分?jǐn)?shù)的相對誤差較小，且蓮子片的外形完整、厚薄均勻、無變形和裂痕、香味濃郁，有蓮子特有香味，色澤呈金黃色，略帶光澤，口感酥脆，不黏牙，組織結(jié)構(gòu)均勻，說明此空氣油炸蓮子片的配方具有實(shí)際操作價值。