張 鴻,鄭 志,熊宇豪,于世朗,趙妍嫣,*

(1.安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥 230009;2.合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

紫薯又叫紫甘薯,薯肉呈紫色至深紫色,其中富含維生素、多糖、酚類和黃酮類物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分[1-3],但新鮮紫薯由于含水量高,水分活度較大,在貯藏時很容易發(fā)生腐敗變質(zhì)及營養(yǎng)成分流失,因而開發(fā)紫薯及其深加工產(chǎn)品具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和廣闊的市場前景。近年來休閑食品日益盛行,紫薯休閑食品的需求量也隨之增大,而紫薯休閑食品中又具有酥脆可口、色澤鮮艷、營養(yǎng)健康等特點(diǎn)的紫薯脆片受到廣大消費(fèi)者喜愛。

常規(guī)的紫薯干燥方式為熱風(fēng)干燥,但單純的熱風(fēng)干燥具有干燥時間長、對干燥產(chǎn)品的色澤影響較大、干燥后如花青素等營養(yǎng)成分也有較大損失[4-6]。微波干燥因具有高效節(jié)能、提升品質(zhì)、操作便捷和衛(wèi)生環(huán)保等特點(diǎn)[7-9]而備受關(guān)注,但采用微波直接對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行干燥,因其使物料外表溫度升高快,內(nèi)部溫度過高,容易導(dǎo)致產(chǎn)品的色澤發(fā)生不良變化。而將微波與熱風(fēng)或噴動床結(jié)合起來,在提高干燥速率、降低能耗以及提高產(chǎn)品質(zhì)量方面具有優(yōu)勢[10-13]。傳統(tǒng)的果蔬脆片一般都要經(jīng)歷油炸過程,油炸利用油脂產(chǎn)生高溫,使原料體系發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng),如美拉德反應(yīng)等,此過程伴隨著油脂擠占水分的空間,從而水分被脫除,同時油炸賦予食品特殊的質(zhì)構(gòu)、顏色及風(fēng)味[14]。但是通過干燥預(yù)處理方式輔助生產(chǎn)紫薯脆片的研究卻鮮有報(bào)道[15]。

本文通過對紫薯片進(jìn)行微波輔助熱風(fēng)干燥預(yù)處理,對比不同條件下紫薯脆片的干燥特性及色澤、脆度、硬度、花青素殘量、失水率和脂肪等指標(biāo)的變化,考察微波輔助熱風(fēng)干燥預(yù)處理對傳統(tǒng)油炸紫薯脆片生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮紫薯 購于合肥家樂福超市,選取新鮮統(tǒng)一質(zhì)量批次紫薯,選取大小均勻,外形完好且較大的個體,購買后放于冰箱中,于2～4 ℃溫度下冷藏,紫薯干燥前先清洗去皮,切成3 mm厚的薄片并用刀具切成直徑4 cm圓片;鹽酸、氯化鉀、醋酸鉀、石油醚等 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;KDC-160HR型高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;721G 型紫外可見分光光度計(jì) 上海精科;FD-1-50臺式冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;HH-2恒溫干燥箱 上海一恒科學(xué)有限公司;分析天平 上海奧豪斯有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與干燥過程 分別在50、60、70 ℃溫度條件[16]下測定微波輔助熱風(fēng)干燥前后紫薯片的質(zhì)量變化和花青素含量變化。在熱風(fēng)條件下進(jìn)行或不進(jìn)行微波干燥聯(lián)合處理。微波功率選取259 W(中低火)、280 W(中火)、358 W(中高火)三個檔位,處理時間取1 min。

在經(jīng)過不同微波干燥預(yù)處理后,將紫薯片在150 ℃油溫下進(jìn)行常壓油炸,油炸至紫薯片無大量氣泡產(chǎn)生(此時認(rèn)為紫薯片完全干燥)時取出紫薯片,259、280、358 W對應(yīng)油炸時間分別為8、3.5、2.5 min,并用吸油紙吸去樣品表面浮油,置于自封袋內(nèi)密封待測。評價油炸紫薯片的質(zhì)量指標(biāo)包括顏色、脂肪含量、硬度和脆性。

1.2.2 水分含量的測定 參照國標(biāo)GB 5009.3-2016。

1.2.3 花青素含量的測定 花青素總含量的測定采用pH示差法[17-18]。將干燥后的紫薯片進(jìn)行研磨過80目篩,取0.1 g粉末樣品分別加入5 mL pH1.0鹽酸—氯化鉀溶液和pH4.5的鹽酸—醋酸鉀溶液,振蕩搖勻后在60 ℃水浴鍋中水浴75 min。水浴結(jié)束之后進(jìn)行離心,取上清液分別在波長530和700 nm處測定吸光值。

A=(A530-A700)pH=1.0-(A530-A700)pH=4.5

其中,(A530-A700)pH=1.0為pH=1.0條件下,530和700 nm吸光度相減的值,(A530-A700)pH=4.5為pH=4.5條件下,530和700 nm吸光度相減的值。

式中:P為花青素含量,此處花青素指的是矢車菊素-3葡萄糖苷,mg/mL;M為矢車菊素-3葡萄糖苷分子量,M=449.2;n為稀釋倍數(shù),本實(shí)驗(yàn)條件下n=5;E為矢車菊素-3葡萄糖苷的摩爾吸光系數(shù),E=26900 L/(cm·mol);L為比色杯光程,當(dāng)L為1 cm時為1。

1.2.4 油炸紫薯片顏色的測定 用比色儀對干燥前后的紫薯片進(jìn)行了顏色測量[19-20]。為了獲得樣品的代表性顏色,用研缽將干燥后的紫薯樣品磨成粉末通過100目篩網(wǎng),再將樣品粉末測量皿中壓實(shí)后測量樣品的L*、a*、b*值。

1.2.5 脂肪含量的測定 參照國標(biāo)GB 5009.6-2016。

1.2.6 脆性和硬度 紫薯樣品的脆性采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測定[21-22]。測定條件:P/0.25型不銹鋼球形探頭,下行速度、測試速度和返回速度分別為2.5、1.0、6 mm/s。脆度值用趨勢中應(yīng)力峰值的橫坐標(biāo)取值,即樣品受壓力作用發(fā)生斷裂所需要的時間,單位為s，脆度值越低，表明脆性越好。硬度值用圖中應(yīng)力峰值的縱坐標(biāo)取值,即樣品受壓力作用發(fā)生碎裂時所承受的力,單位為g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行分析,采用Origim 8.5軟件做圖。方差分析按照顯著性差異進(jìn)行均值比較,所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均重復(fù)三次進(jìn)行采集。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波輔助熱風(fēng)干燥紫薯片的干燥曲線

紫薯片的加熱速率與干燥強(qiáng)度密切相關(guān)。在熱風(fēng)干燥階段所經(jīng)受的溫度越高產(chǎn)品的脫水效率也越快。在經(jīng)過360 min熱風(fēng)干燥后,不同干燥條件下所有樣品均干燥至恒重。對比圖1發(fā)現(xiàn),在干燥階段的前期熱風(fēng)溫度和微波預(yù)處理功率越高,產(chǎn)品的含水率曲線的斜率的絕對值越大,說明其干燥速率越快,而在干燥后期反而隨著熱風(fēng)溫度和微波預(yù)處理功率的升高干燥速率相對更低。在干燥初期,物料的水分含量較高,對應(yīng)的干燥速率也高于含水率較低時的干燥速率。這是由于隨著干燥的進(jìn)行,物料含水率降低,物料內(nèi)部水分減少,水分遷移變得困難,因此干燥速率隨之減小,說明其干燥過程主要受內(nèi)部擴(kuò)散控制,即紫薯內(nèi)部的質(zhì)熱傳遞阻力要遠(yuǎn)大于表面質(zhì)熱傳遞阻力[23]。隨著微波預(yù)處理功率的升高,紫薯片達(dá)到干燥終點(diǎn)的時間縮短,如在熱風(fēng)條件為50 ℃時,中高火微波處理?xiàng)l件下到達(dá)干燥終點(diǎn)的時間比空白組提前90 min。并且熱風(fēng)干燥溫度越高,微波預(yù)處理對干燥效率的促進(jìn)作用也越明顯,在熱風(fēng)條件為70 ℃時,中高火微波預(yù)處理?xiàng)l件下到達(dá)干燥終點(diǎn)的時間提前了120 min。對比不同條件下的物料的含水率的變化及到達(dá)干燥終點(diǎn)的時間,發(fā)現(xiàn)微波輔助熱風(fēng)干燥的干燥方式在干燥速率上優(yōu)于單純的熱風(fēng)干燥,另外在微波輔助熱風(fēng)干燥的干燥方式中,熱風(fēng)溫度越高,也越快到達(dá)干燥終點(diǎn)。若只考慮干燥效率,則在358 W微波預(yù)處理、70 ℃熱風(fēng)干燥條件下最快達(dá)到干燥重點(diǎn),達(dá)到干燥終點(diǎn)所用時間為205 min。

圖1 微波輔助熱風(fēng)干燥曲線

2.2 微波輔助熱風(fēng)干燥對紫薯片花青素含量的影響

新鮮的紫薯片顏色呈深紫色,含有豐富的花青素,但因?yàn)榛ㄇ嗨匦再|(zhì)不穩(wěn)定易分解,所以經(jīng)過不同的干燥方式后紫薯片中的花青素含量均有所降低。對比圖2發(fā)現(xiàn)在較低熱風(fēng)溫度(50 ℃)時,經(jīng)過微波輔助熱風(fēng)干燥方式加工出來的紫薯片中花青素含量高于熱風(fēng)干燥,而在較高熱風(fēng)溫度下(60、70 ℃),單獨(dú)用熱風(fēng)處理得到的紫薯脆片的花青素含量均高于微波輔助熱風(fēng)干燥;而在同一微波處理?xiàng)l件下,產(chǎn)品中花青素的含量也隨著熱風(fēng)溫度的升高而逐漸下降,并且熱風(fēng)溫度越高產(chǎn)品中花青素含量的降低也越明顯,這與已知的花青素在高溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定易發(fā)生降解的研究結(jié)果相一致[24]。而同樣熱風(fēng)溫度下,隨著微波預(yù)處理功率的升高,紫薯片中花青素含量越低,且微波預(yù)處理功率越高,這種降低也越明顯。這可能說明微波作用對紫薯中花青素的影響與熱風(fēng)作用方式對紫薯片花青素的含量影響機(jī)理類似,都是因?yàn)闊嵝?yīng)等作用造成了產(chǎn)品中花青素結(jié)構(gòu)破壞從而降解[25-26]。從產(chǎn)品中花青素含量的留存來講,低功率(259 W)的微波預(yù)處理和低溫度(50 ℃)的熱風(fēng)干燥聯(lián)用更有利于產(chǎn)品中花青素的留存。

圖2 微波預(yù)處理對紫薯片花青素含量的影響

2.3 干燥方式對紫薯片色差值的影響

從表1可以看出,經(jīng)過測定在不同微波功率下(259 W(中低火)、280 W(中火)、358 W(中高火))預(yù)處理1 min的油炸的紫薯片在L*、a*、b*三水平的差異?？梢钥闯鲈谳^低功率的微波處理?xiàng)l件下其L*值相對較高,說明低功率的微波干燥處理后的紫薯片產(chǎn)品顏色會更亮,而隨著微波功率的升高紫薯片的顏色也在變暗。而且在低功率的微波處理下紫薯片的a*、b*值變動也更小,這與肉眼看到的顏色一致,說明在保護(hù)產(chǎn)品顏色上,低功率(259 W)的微波處理具有優(yōu)勢。

表1 微波預(yù)處理對油炸紫薯片色差值的影響

2.4 微波預(yù)處理對油炸紫薯片脂肪含量的影響

新鮮的紫薯因?yàn)楹写罅克?所以在油炸時會有大量水分以氣體形式從紫薯片中逸散出來,表現(xiàn)為在油炸時有大量氣泡產(chǎn)生,所以以無大量氣泡逸出作為油炸終點(diǎn),以確認(rèn)油炸結(jié)束時紫薯片完全干燥。而油炸時紫薯片所含水分的多少也直接影響了油炸時間。由前邊結(jié)果分析可知,微波預(yù)處理時的微波功率越低,其預(yù)處理后脫去的水分也就越少,這直接導(dǎo)致了油炸時間的延長。由圖3可知，在不同微波預(yù)處理功率下油炸紫薯片的脂肪含量最低值基本一致,而在358 W微波功率預(yù)處理的條件下油炸紫薯片的含油量后期呈現(xiàn)升高的趨勢,這可能是由于在油炸干燥的后期油炸紫薯片結(jié)構(gòu)發(fā)生變化形成了空泡,這些空泡中包含了較多的油脂,從而導(dǎo)致了油炸紫薯片脂肪含量的升高。

圖3 微波預(yù)處理對油炸紫薯片脂肪含量的影響

2.5 微波預(yù)處理對油炸紫薯片的硬度和脆性的影響

從圖4可以看出,不同的微波預(yù)處理?xiàng)l件下油炸紫薯片的硬度和脆性有較大差異。在不同微波預(yù)處理功率下,油炸紫薯片的硬度隨著油炸處理時間的增加整體呈增大趨勢,在油炸干燥接近完全時達(dá)到最大值。且隨著微波預(yù)處理功率的升高,油炸紫薯片硬度的最大值也不斷增加,這可能是因?yàn)槲⒉A(yù)處理會影響到紫薯片的結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)分布。另外,隨著油炸時間的增加,紫薯片的硬度先升高后下降,這可能是因?yàn)殡S著油炸進(jìn)程的進(jìn)行,紫薯片的溶質(zhì)隨著內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散并凝結(jié)使得硬度上升,但在干燥后期油炸的進(jìn)行破壞了干品的分子骨架使硬度下降。另外,微波預(yù)處理功率的增加也使得紫薯片的脆性更高,這也可能是因?yàn)槲⒉A(yù)處理影響了紫薯片結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)分布,導(dǎo)致了油炸紫薯片結(jié)構(gòu)變得脆弱,相應(yīng)的其油炸紫薯片的脆性更高[27]。另外,油炸紫薯片的脆性隨著油炸時間的增加先升高后下降,這可能是因?yàn)榍捌陔S著油炸時間的增加,紫薯片中的水分逐漸脫去和溶質(zhì)的凝結(jié),導(dǎo)致了脆性升高,但在油炸后期隨著油炸時間的延長紫薯片的溶質(zhì)發(fā)生遷移,使得紫薯片的微孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致了其脆性的降低[15]。

圖4 微波預(yù)處理對油炸紫薯片的硬度和脆性的影響

3 結(jié)論

研究表明微波輔助熱風(fēng)干燥比熱風(fēng)干燥有更高的干燥速率,其干燥速率隨著微波強(qiáng)度增加而顯著增加。采用微波輔助干燥明顯有助于縮短紫薯片后續(xù)熱風(fēng)干燥的時間,微波輔助熱風(fēng)干燥的協(xié)同干燥方式在干燥速率上優(yōu)于單純的熱風(fēng)干燥。低功率微波輔助低溫度的熱風(fēng)干燥有助于在產(chǎn)品中花青素含量的留存,在較高熱風(fēng)溫度下,單獨(dú)用熱風(fēng)處理得到的紫薯脆片的花青素含量高于微波預(yù)處理和熱風(fēng)干燥聯(lián)用得到的產(chǎn)品中花青素含量,但是隨著微波預(yù)處理功率的上升和熱風(fēng)溫度的升高,產(chǎn)品中花青素的含量逐漸下降。并且微波輔助干燥得到的紫薯脆片具有更鮮亮的顏色、更高的硬度和更好的脆性。中等功率的微波輔助干燥能夠在紫薯脆片的生產(chǎn)中有效縮短生產(chǎn)時長并保證了較低的脂肪含量。因此,微波輔助熱風(fēng)干燥預(yù)處理的方式對紫薯脆片的生產(chǎn)具有良好的推廣意義和研究價值。