響應(yīng)面法優(yōu)化澳洲堅果真空油炸工藝及品質(zhì)分析

黃克昌，郭剛軍，馬尚玄，付鎵榕，徐文婷，魏元苗，楊悅雪，賀熙勇

（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南省澳洲堅果農(nóng)業(yè)工程研究中心，云南景洪 666100）

澳洲堅果（Macadamiaspp.）是山龍眼科（Proteaceae）澳洲堅果屬（MacadamiaF.Muell.）多年生常綠果樹，原產(chǎn)于澳大利亞昆士蘭東南部和新南威爾士東北部沿岸的亞熱帶雨林地區(qū)，是世界著名的堅果[1]。我國澳洲堅果種植區(qū)域主要分布在云南、廣西、貴州和四川，2020 年末種植面積為26.61 萬hm2，其中云南種植面積23.53 萬hm2，占全國的88.43%，占世界的53.87%，帶殼果產(chǎn)量7.50 萬t[2]。澳洲堅果果仁營養(yǎng)豐富，脂肪含量高達75%，特別是單不飽和脂肪含59%[3-4]，碳水化合物14%、蛋白質(zhì)8%，以及豐富的維生素B1與B6和錳、鐵、鎂礦物質(zhì)[5]。經(jīng)常食用澳洲堅果可降低血清膽固醇和低密度脂蛋白（LDL）的水平，并降低患心血管疾病的風險[6]，能有效預(yù)防慢性疾病，如心血管疾病、癌癥和血脂異常等[7-8]。

常壓油炸是在120～200 ℃的溫度下，食物在油中發(fā)生物理和化學(xué)變化，致使宏觀和微觀層面的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[9]。常壓油炸食品有相對較高的含油量，容易產(chǎn)生丙烯酰胺[10]、油氧化和營養(yǎng)損失[11]，這會增大癌癥、心臟病、肥胖、糖尿病和高血壓等疾病的患病幾率[12]。真空油炸是在負壓條件下，低于50 Torr（6.65 kPa）的真空度下，食品在封閉系統(tǒng)中進行油炸脫水的過程[13-14]。真空油炸在低溫（90～120 ℃）和低氧濃度[15]下進行，能防止油炸食品產(chǎn)生有害化合物[16]，減少油炸食品中丙烯酰胺的形成[17]，減少食品對油吸收[18]和表面油[19]，減輕甚至避免氧化作用帶來的危害[20]。因此，真空油炸保留食品原有色澤和營養(yǎng)，產(chǎn)品味道香郁、組織結(jié)構(gòu)疏松和口感柔酥細膩[21-22]。

目前，真空油炸技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種食品，比如山藥、紅棗、芒果等[23-25]，但應(yīng)用于澳洲堅果果仁方面的研究很少。為了進一步開發(fā)澳洲堅果高附加值產(chǎn)品以及豐富產(chǎn)品種類，本研究以澳洲堅果干燥果仁為原料制備澳洲堅果真空油炸果仁，通過單因素和響應(yīng)面Box-Behnken 試驗對其制備工藝進行優(yōu)化，考察原料果仁和真空油炸果仁的理化及感官指標。為澳洲堅果精深加工以及高值化產(chǎn)品開發(fā)提供參考，擬為澳洲堅果果仁的產(chǎn)品開發(fā)開辟新的途徑，助推和擴大澳洲堅果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

澳洲堅果果仁（2022 年9 月采收）西雙版納云墾澳洲堅果科技開發(fā)有限公司；精煉食用棕櫚油 泰國巴吞油廠有限公司；乙醚 汕頭市達濠精細化學(xué)品公司；冰乙酸、無水硫酸鈉 天津市風船化學(xué)試劑科技有限公司；氫氧化鉀、重鉻酸鉀 國藥集團化學(xué)試劑有限公司；碘化鉀 上海化學(xué)試劑有限公司；三氯甲烷 上海申博化工有限公司；硫代硫酸鈉 天津市致遠化學(xué)試劑有限公司；乙醇、異丙醇、石油醚（30～60 ℃）、可溶性淀粉、酚酞 西隴科學(xué)股份有限公司。

VC-500 型真空油炸機 上海燁昌食品機械有限公司；BCD-610W 冰箱 博西華家用電器有限公司；FA2004 電子天平 上海良平儀器儀表有限公司；BGZ-240 恒溫干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；B-811 脂肪提取儀 瑞士BUCHI 公司；CNMR-1000 核磁共振含油量測量儀 武漢辰目科技有限責任公司；NS800 型3nh 分光測色儀 深圳市三恩時科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 真空油炸工藝 參考穆樹旗等[26]的方法，經(jīng)過多次實驗后，確定真空油炸澳洲堅果果仁的基本工藝流程為：果仁→干燥→冷凍→解凍→真空油炸→脫油→成品。操作要點：將脫殼后的澳洲堅果果仁在40 ℃ 4 h→50 ℃ 4 h→60 ℃ 4 h 升溫方式下，干燥至含水率1.5%，按照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的方法進行果仁含水率測定[27]。果仁置于-24 ℃的冰箱中冷凍24 h，解凍后在真空度-0.09 MPa、油炸溫度110 ℃、時間50 min 的條件下油炸至果仁內(nèi)外色澤均勻一致，質(zhì)地均勻柔酥細膩，酥脆可口，然后400 r/min 離心脫油5 min，包裝即為成品。

1.2.2 真空油炸澳洲堅果果仁的單因素實驗 選取冷凍溫度、油炸溫度、油炸時間和真空度4 個因素進行單因素實驗。

1.2.2.1 冷凍溫度對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 設(shè)定油炸溫度110 ℃，油炸時間50 min，油炸真空度-0.09 MPa，考察冷凍溫度-6、-12、-18、-24、-30 ℃對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響。

1.2.2.2 油炸溫度對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 設(shè)定冷凍溫度-24 ℃，油炸時間50 min，油炸真空度-0.09 MPa，考察油炸溫度80、90、100、110、120 ℃對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響。

1.2.2.3 油炸時間對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 設(shè)定冷凍溫度-24 ℃，油炸溫度110 ℃，油炸真空度-0.09 MPa，考察油炸時間20、30、40、50、60 min 對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響。

1.2.2.4 油炸真空度對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 設(shè)定冷凍溫度-24 ℃，油炸溫度110 ℃，油炸時間50 min，考察油炸真空度-0.06、-0.07、-0.08、-0.09、-0.1 MPa 對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響。

1.2.3 真空油炸澳洲堅果果仁的響應(yīng)面優(yōu)化試驗在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以冷凍溫度（A）、油炸溫度（B）、油炸時間（C）和油炸真空度（D）為自變量，根據(jù)Box-Behnken 模型試驗設(shè)計原理，以感官評分（Y）為響應(yīng)值，進行四因素三水平響應(yīng)面試驗，優(yōu)化澳洲堅果果仁真空油炸工藝條件，響應(yīng)面因素水平見表1。

表1 Box-Behnken 響應(yīng)面試驗因素水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken response surface test

1.2.4 感官評價方法 參照GB/T 29605-2013《感官分析 食品感官質(zhì)量控制導(dǎo)則》[27]和參考郭剛軍等[28]的方法進行修改，由10 名科技人員進行感官品質(zhì)評價，感官評價指標包括：色澤、口感、風味和質(zhì)地4 個指標，各指標分別占30、30、20、20 分，滿分100 分，評價人員打分后取平均值進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，評分標準見表2。

表2 真空油炸澳洲堅果果仁感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of vacuum fried macadamia kernels

1.2.5 真空油炸澳洲堅果果仁品質(zhì)分析 對原料果仁和真空油炸后的果仁進行品質(zhì)分析。

1.2.5.1 含水率測定方法 按照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的方法進行果仁含水率的測定[29]。含水率均用濕基表示，重復(fù)3 次實驗，取平均值。

1.2.5.2 含油率測定方法 按照GB 5009.6-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中的方法進行果仁含油率的測定[30]。含油率均用濕基表示，重復(fù)3 次取平均值。

1.2.5.3 色差測定 參考靜瑋等[31]的方法，修改后用于測定澳洲堅果果仁樣品的色澤。利用NS800 型3nh 分光測色儀進行測定。以分光測色儀自帶的黑板和白板分別蓋扣到測定區(qū)域進行校正，按照實驗要求將果仁樣品放入測定區(qū)域蓋上密封蓋進行測定，分別記錄果仁樣品的亮度值（L*）、紅度值（a*）、黃度值（b*）。

1.2.5.4 酸價和過氧化值測定方法 按照GB 5009.229-2016《食品安全國家標準 食品中酸價的測定》[32]、GB 5009.227-2016《食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》[33]中的方法分別進行澳洲堅果果仁樣品的酸價和過氧化值測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理及分析采用IBM SPSS Statistics 25.0，每組實驗重復(fù)3 次，P＜0.05 差異顯著，P＜0.01 差異極顯著；響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果分析采用Design-Expert 13 軟件；用Origin2021 繪圖軟件繪制實驗結(jié)果圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗的結(jié)果分析

2.1.1 冷凍溫度對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 冷凍溫度對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 冷凍溫度對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of freezing temperature on sensory quality of macadamia kernels

由圖1 可知，澳洲堅果果仁感官評分隨著冷凍溫度下降而上升，最后達到一定值之后基本保持不變。在-6 ℃至-18 ℃間隨著冷凍溫度不斷下降果仁感官評分不斷升高，當冷凍溫度為-24 ℃時基本達到最高值（95.4 分）。張文堂等[34]認為，在緩凍情況下，冰晶主要在細胞間隙中形成，隨著晶體的成長，細胞內(nèi)水分不斷外流進行補充，使冰晶體體積膨大，其結(jié)果是造成組織不可逆的破壞，果仁感官評分較低；在均勻速凍的情況下（冷凍溫度：-18～-30 ℃，表面凍結(jié)時間：0.5～2 h），冰晶體在細胞內(nèi)外均勻而廣泛地分布，且冰晶體微小，組織內(nèi)部水分基本不流動，保持了內(nèi)部組織的完整性，果仁感官評分達最高。因此，選擇冷凍溫度-24 ℃為真空油炸澳洲堅果果仁響應(yīng)面試驗設(shè)計的零水平。

2.1.2 真空油炸溫度對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 油炸溫度對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 油炸溫度對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of vacuum frying temperature on sensory quality of macadamia kernels

由圖2 可知，澳洲堅果果仁感官評分隨著油炸溫度升高先上升后下降，當油炸溫度為110 ℃時感官評分最高，其值為94.8 分。油炸溫度較低時，澳洲堅果果仁水分含量相對較高，未完全汽化，產(chǎn)品不酥脆，隨著溫度的升高，產(chǎn)品逐漸酥脆，當油炸溫度110 ℃時，產(chǎn)品迅速脫水完畢，澳洲堅果果仁感官評分達到最大，隨著溫度的繼續(xù)升高，表面焦化變褐色，影響感官評分。因此，選取油炸溫度110 ℃為真空油炸澳洲堅果果仁響應(yīng)面試驗設(shè)計的零水平。

2.1.3 真空油炸時間對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 油炸時間對真空油炸澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 油炸時間對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of vacuum frying time on sensory quality of macadamia kernels

由圖3 可知，澳洲堅果果仁感官評分隨著油炸時間的延長先上升后下降，呈中間高兩頭小特點，當油炸時間為50 min 時感官評分最高（94.7 分）。可能是油炸前期水分快速蒸發(fā)，感官評分迅速上升，而當水分已經(jīng)完全蒸發(fā)之后，感官評分達最高，隨著時間再延長，導(dǎo)致色澤下降，營養(yǎng)物質(zhì)遭到破壞，感官評分下降。因此，選取油炸時間50 min 為真空油炸澳洲堅果果仁響應(yīng)面試驗設(shè)計的零水平。

2.1.4 真空度對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響 由圖4 可知，澳洲堅果果仁感官評分隨著真空度的提高先直線上升，當真空度到達-0.09 MPa 時，感官評分最高（92.8 分），之后感官評分開始有緩慢下降趨勢。真空度可形成食品內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)，使其口感酥脆，隨著真空度增加而持續(xù)上升，水分含量持續(xù)下降，會導(dǎo)致食品內(nèi)部孔隙增大，數(shù)量增多，產(chǎn)品損傷，感官品質(zhì)下降。因此，選取真空度-0.09 MPa 為真空油炸澳洲堅果果仁響應(yīng)面試驗設(shè)計的零水平。

圖4 真空度對澳洲堅果果仁感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of vacuum degree on sensory quality of macadamia kernels

2.2 響應(yīng)面試驗的結(jié)果分析

根據(jù)Box-Behnken 設(shè)計原理，在單因素實驗的基礎(chǔ)上，以冷凍溫度、真空油炸溫度、真空油炸時間和真空度四個因素為自變量，感官評分為響應(yīng)值，作四因素三水平的響應(yīng)面分析試驗，區(qū)組設(shè)為1，中心點設(shè)為3，共27 個試驗點，其中24 個為分析因子試驗，3 個為中心試驗用以估計誤差。

2.2.1 試驗結(jié)果 真空油炸澳洲堅果果仁Box-Behnken 試驗設(shè)計方案及感官評分結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken 試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

2.2.2 模型的建立及方差分析 軟件分析得到各因素對感官評分Y 的二次多項式回歸方程如下：

對得到的模型進行方差分析，結(jié)果見表4。

表4 真空油炸澳洲堅果果仁感官評分方差分析結(jié)果Table 4 Analysis of variance results of sensory score of vacuum fried macadamia kernels

由表4 可知，回歸模型的P＜0.0001，表明感官評分與自變量之間的關(guān)系高度顯著，失擬誤差項P＞0.05，不顯著，說明該模型誤差相對較小，擬合度好，可用該回歸方程進行試驗分析。模型決定系數(shù)R2=0.9692，表明該回歸方程與試驗結(jié)果具有較好的擬合度，可用該方程表示感官評分與冷凍溫度、油炸溫度、油炸時間和真空度之間的關(guān)系。校正決定系數(shù)R2adj=0.9334，表明該回歸方程的預(yù)測性較好，實際值與預(yù)測值不存在大的差異。顯著性檢驗表明，在所取的各因素范圍內(nèi)，影響澳洲堅果果仁感官評分的因素主次順序分別為 C（油炸時間）＞A（冷凍溫度）＞B（油炸溫度）＞D（真空度）。其中一次項A、C，交互項AB、AD、CD，二次項A2、B2、C2、D2對澳洲堅果果仁感官影響極顯著（P＜0.01）；交互項AC 和BD 對澳洲堅果果仁感官影響顯著（P＜0.05）；一次項B、D 和交互項BC 對澳洲堅果果仁感官影響不顯著（P＞0.05）。

2.2.3 響應(yīng)面分析 各因素交互作用對澳洲堅果果仁感官評分的響應(yīng)面見圖5。

圖5 響應(yīng)面分析圖Fig.5 Response surface analysis diagram

響應(yīng)面三維圖譜和等高線圖能夠更加直觀地研究交互因素間的相互作用。等高線圖形趨于圓形、響應(yīng)面坡度平緩，說明交互作用不顯著；反之，等高線圖形趨于橢圓，響應(yīng)面坡度陡峭，說明交互作用顯著。由圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）、圖5（e）和圖5（f）可知，等高線的形狀與橢圓形相近，響應(yīng)面陡峭，表明AB（冷凍溫度與油炸溫度）、AC（冷凍溫度與油炸時間）、AD（冷凍溫度與真空度）、BD（油炸溫度與真空度）和CD（油炸時間與真空度）之間有顯著交互作用，對油炸澳洲堅果果仁感官評分影響顯著。圖5（d）的等高線形狀與圓形非常相近，響應(yīng)面較為平緩，說明BC（油炸溫度與油炸時間）兩因素之間的交互作用對油炸澳洲堅果果仁感官評分影響不顯著。

2.2.4 最佳工藝參數(shù)預(yù)測與驗證 通過回歸模型預(yù)測真空油炸澳洲堅果果仁的最佳工藝參數(shù)為：冷凍溫度-24.46 ℃、油炸溫度113.52 ℃、油炸時間58.26 min、真空度-0.098 MPa，感官評分為96.33 分。根據(jù)實際情況和為了方便操作，將工藝參數(shù)調(diào)整為：冷凍溫度-24 ℃、油炸溫度113 ℃、油炸時間58 min、真空度-0.095 MPa，在此條件下進行3 次平行實驗，澳洲堅果果仁的感官評分為95.90±0.10 分，實測值接近模型預(yù)測值，擬合良好，模型有效，表明該模型在實踐中可行。

2.3 真空油炸澳洲堅果果仁品質(zhì)分析

對澳洲堅果原料果仁和最佳工藝參數(shù)條件下加工的真空油炸澳洲堅果果仁進行理化檢測與感官評價，各指標結(jié)果見表5。

表5 真空油炸澳洲堅果果仁品質(zhì)比較Table 5 Quality comparison of vacuum fried macadamia kernels

由表5 可知，經(jīng)過真空油炸果仁含水率降低至0.73%，與原料果仁相比有差異顯著性（P＜0.05）。果仁內(nèi)部水分在真空油炸過程中進行釋放，使果仁具有酥脆可口的特征[35]。含水率是影響真空油炸澳洲堅果果仁品質(zhì)的重要因素。

真空油炸果仁含油率為74.50%，比原料果仁降低1.14%，差異不顯著（P＞0.05）。Dueik 等[36]采用真空油炸土豆片、蘋果片、胡蘿卜片后，產(chǎn)品含油率增高，與本實驗得到的真空油炸澳洲堅果果仁含油率降低相反。可能由于細胞結(jié)構(gòu)的破壞，澳洲堅果果仁自身含油率非常高（75%），真空油炸時向外滲出，含油率降低，而土豆片、蘋果片、胡蘿卜片等其它食品自身含油率低，油炸時向內(nèi)滲透，導(dǎo)致含油率增高。

酸價和過氧化值是評價澳洲堅果品質(zhì)的重要指標，酸價是脂肪水解產(chǎn)物的含量，反映脂肪水解的程度，可表示游離脂肪酸總量的多少；過氧化值是脂質(zhì)氧化初期氫過氧化物形成的重要指標，而氫過氧化物是油脂氧化酸敗的關(guān)鍵產(chǎn)物[37]。由表5 可知，真空油炸后的澳洲堅果果仁酸價、過氧化值升高微小，分別為0.03 mg/g、0.02 g/100 g，油炸前后整體大小值處于低水平位，符合澳洲堅果果仁（LY/T 1963-2018）[38]產(chǎn)品標準要求，所以經(jīng)過真空油炸后的澳洲堅果果仁脂質(zhì)氧化品質(zhì)未改變。

通過較長時間的真空油炸，澳洲堅果果仁L*值略微降低，降低的△L*值為1.61，差異不顯著（P＞0.05）；a*值與b*值上升微小，分別為0.49、0.94，都差異不顯著（P＞0.05）。澳洲堅果果仁的表面色澤（L*值）變化微弱，產(chǎn)生的變化是紅色（正a*值）和黃色（正b*值）顏色的組合。因此，果仁外表面經(jīng)真空油炸后色澤基本沒有變化，保持果仁原有顏色。

經(jīng)過真空油炸，原料果仁感官總評分由62.73 分增加到95.90 分，增加了33.17 分，是極顯著性差異（P＜0.01），表明真空油炸果仁感官品質(zhì)極顯著提高。從色澤、口感、風味和質(zhì)地各分項看，口感評分變化了20.97 分，是單項變化的69.9%，風味評分改變11.66 分，是單項變化的58.3%，二者占總感官評分的32.63%；口感與風味變化屬差異極顯著性（P＜0.01），色澤與質(zhì)地屬差異不顯著（P＞0.05）。Fischer等[39]對堅果（杏仁、巴西堅果、腰果、花生、榛子、山核桃、松子和核桃）烘烤過程進行了在線多維變化氣體分析，認為在烘烤過程中由于結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化，產(chǎn)生的芳香族化合物，如苯甲醛、甲基酚、酒精和烷基使堅果果仁的香氣增強和口感酥脆，澳洲堅果果仁在真空油炸過程可能有相似的變化。因此，引起感官評分變化主要是口感和風味，真空油炸澳洲堅果果仁品質(zhì)明顯優(yōu)于原料果仁。

3 結(jié)論

在本研究中，通過響應(yīng)面法得到澳洲堅果果仁真空油炸的最佳工藝參數(shù)：冷凍溫度-24 ℃、真空油炸溫度113 ℃、真空油炸時間58 min、真空度為-0.095 MPa，在此工藝條件下澳洲堅果果仁香味濃郁，質(zhì)地均勻，口感酥脆，感官評分為95.90 分，結(jié)果表明，真空油炸工藝極顯著（P＜0.01）提高了澳洲堅果果仁的品質(zhì)。真空油炸澳洲堅果果仁酸價、過氧化值分別為0.23 mg/g、0.14 g/100 g，處于低標準范圍內(nèi)，表明真空油炸過程中的脂質(zhì)氧化是可以完全接受，完好地保持了澳洲堅果果仁的脂質(zhì)氧化品質(zhì)。真空油炸工藝為澳洲堅果精深加工以及高值化產(chǎn)品開發(fā)提供參考，助推和擴大澳洲堅果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。