張 梅，黎光會(huì)，肖家麗，蔡永梅，張紅霞

（安順學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州安順 561000）

荸薺（Eleocharis dulcis），是莎草科（Cyperaceae） 莎草屬（Eleocharis R.Br） 植物，又稱蹄、栗、烏芋。荸薺可食用部分為其地下球莖，有“地下雪梨”的美譽(yù)。研究表明，荸薺中含有豐富的蛋白質(zhì)、粗纖維、維C、胡蘿卜素及鈣、磷、鐵等元素[1-3]，荸薺球莖中含有黃酮、多糖、多酚、甾醇等多種活性成分，有潤(rùn)肺化痰、增強(qiáng)免疫功能、抗病消炎的功效，還可提高機(jī)體消化功能、增強(qiáng)食欲。荸薺的食用方法多樣，既可直接削皮生食，也可以加熱煮熟后食用，還可以用來燉湯調(diào)味。荸薺可加工成多種產(chǎn)品，一般可加工成削皮清水馬蹄、糖荸薺、荸薺糖、荸薺脯、荸薺粉等產(chǎn)品，還可以用于加工成風(fēng)味不同的荸薺餅、荸薺糕、威化馬蹄件、馬蹄香球、鮮奶馬蹄盞、馬蹄露、蜜汁荸薺、冰鎮(zhèn)糖汁荸薺、雪花荸薺、酸辣荸薺等產(chǎn)品[4]。國(guó)內(nèi)有關(guān)荸薺加工食品的研究報(bào)告較多，主要涉及馬蹄糕、清水馬蹄罐頭、荸薺飲料及荸薺山楂復(fù)合飲料等。在荸薺果皮中發(fā)現(xiàn)一種不耐熱的抑菌物質(zhì)——荸薺英，此外還含有水溶性棕色素和膳食纖維，對(duì)荸薺加工副產(chǎn)物可以進(jìn)一步提高其利用價(jià)值[5]。

荸薺淀粉含量較高，其淀粉顆粒易于糊化，有極強(qiáng)的黏性和抗凍能力。研究表明，荸薺粉具有較好的凝膠特性，比較不同的加工方式及不同的貯藏方式對(duì)荸薺粉的凝膠性和消化性的影響，室溫貯藏和冷藏使荸薺淀粉凝膠的內(nèi)聚性增加，而凍藏會(huì)使淀粉凝膠彈性明顯降低[6-7]。荸薺經(jīng)熱處理后還能夠保持很好的脆性、硬度等質(zhì)構(gòu)特性[8]。

荸薺采收具有季節(jié)性，由于水分含量高，不易貯藏，因此開展荸薺加工技術(shù)研究能夠提升荸薺的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。有研究用微波膨化技術(shù)加工荸薺鮮果切片得到荸薺脆片[9]，但存在切片大小不一致，可能影響膨化效果的問題。對(duì)脆片加工方式還有油炸和烘焙，油炸方式存在熱量過高及油料重復(fù)使用的安全性問題，而烘焙型荸薺脆片的研究較少。以荸薺粉為原料，采用烘焙加工方法制成荸薺脆片，以加工后的脆片水分活度為考量，在考查單因素影響的基礎(chǔ)上，通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化荸薺脆片的工藝條件，篩選出最佳工藝條件，為荸薺的加工技術(shù)提供參考[10-12]。

1 材料與方法

1.1 材料

荸薺粉，廣州市洲星食品有限公司提供。將顆粒狀的荸薺粉碾磨成細(xì)粉，過40 目篩后室溫密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

GYY1 冠亞活度儀（水分測(cè)定儀），深圳市冠亞技術(shù)科技有限公司產(chǎn)品；智能型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海瑯玕實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；AR224CN 型電子天平、烘烤箱等，奧豪斯儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 加工工藝流程

荸薺粉→粉碎過篩→稱量→加水混合→攪拌均勻→倒入烘焙模具→烘烤成型→冷卻。

1.3.2 荸薺脆片工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取9 g 荸薺淀粉5 份，按照表1 的料液比與水混合，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過考查料液比、烘焙時(shí)間、烘焙溫度對(duì)荸薺脆片水分活度的影響，以獲得制備工藝參數(shù)的優(yōu)選范圍。

表1 試驗(yàn)因素水平

試驗(yàn)因素水平見表1。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以料液比、烘焙溫度、烘焙時(shí)間為自變量，根據(jù)Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法來模擬荸薺脆片的工藝優(yōu)化的最佳參數(shù)。

響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2016作圖。響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert V8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.2.1 不同料液比對(duì)荸薺脆片水分活度的影響

不同料液比對(duì)荸薺水分活度的影響見圖1。

圖1 不同料液比對(duì)荸薺水分活度的影響

由圖1 可知，隨著水分的增加，脆片水分活度也隨之升高，料液比達(dá)到1∶1.25 時(shí)，水分活度值達(dá)最高；當(dāng)料液比為1∶3.00 時(shí)，脆片的水分活度值已經(jīng)降低。其原因可能荸薺粉與水混合加熱后發(fā)生糊化，黏稠性增強(qiáng)，水分子與淀粉分子發(fā)生交聯(lián)，在一定濕熱條件下也能夠穩(wěn)定淀粉分子的結(jié)構(gòu)，最終形成具有一定含水量的凝膠。當(dāng)水的比例增加后，所形成的凝膠黏稠性較差，在濕熱處理?xiàng)l件下，淀粉分子發(fā)生斷裂，導(dǎo)致淀粉中小分子成分增加，從而降低了與水分子間的作用，所得產(chǎn)品的水分活度值較低。

2.2.2 不同烘焙溫度對(duì)荸薺脆片水分活度的影響

不同烘焙溫度對(duì)荸薺脆片水分活度的影響見圖2。

圖2 不同烘焙溫度對(duì)荸薺脆片水分活度的影響

由圖2 可知，相同的料液比條件下，隨著溫度的升高，荸薺脆片的水分活度也在逐漸升高，當(dāng)烘焙溫度達(dá)到55 ℃時(shí)，水分活度最高，溫度高于55 ℃后，水分活度值開始降低。結(jié)果說明適當(dāng)?shù)臏囟饶軌虼龠M(jìn)荸薺淀粉凝膠中淀粉分子與水分子的相互作用，形成比較穩(wěn)定的膠體；當(dāng)溫度過高時(shí)，這種穩(wěn)定膠體中的水分子就會(huì)失去，形成含水量低的產(chǎn)品，得到的脆片硬度也相應(yīng)增大。

2.2.3 不同烘焙時(shí)間對(duì)荸薺脆片水分活度的影響

不同烘焙時(shí)間對(duì)荸薺脆片水分活度的影響見圖3。

圖3 不同烘焙時(shí)間對(duì)荸薺脆片水分活度的影響

由圖3 可知，當(dāng)烘焙時(shí)間為12～22 min 時(shí)，隨著烘焙時(shí)間的增加，水分活度也相應(yīng)增高，在烘焙時(shí)間達(dá)到22 min 時(shí)，水分活度值達(dá)最高，隨著烘焙時(shí)間的增加，水分活度值開始降低。說明在一定濕熱條件下，加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，有利于水分子與淀粉分子的相互作用，從而增加荸薺脆片的水分活度，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，這種穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)中水分子會(huì)丟失，表現(xiàn)為脆片的水分活度值下降，導(dǎo)致脆片硬度增大。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化加工工藝

2.3.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)Design Expert 試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，找到優(yōu)化荸薺脆片的最佳加工工藝條件，以水分活度（Y） 為響應(yīng)面值、料液比為（A）、烘焙溫度為（B）、烘焙時(shí)間為（C） 3 個(gè)對(duì)荸薺脆片品質(zhì)有影響的因素進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4，回歸方程方差分析見表5，回歸方程可靠性分析見表6。

表4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5 回歸方程方差分析

表6 回歸方程可靠性分析

利用Design Expert 8.06 軟件對(duì)表4 數(shù)據(jù)進(jìn)行二次回歸分析，建立如下多元二次回歸方程：

Y=59.04+2.03A-2.97B-7.10C+5.42AB-5.63AC-1.38BC-8.28A2-4.98B2-3.88C2.

由表5 和表6 可知，該回歸模型的p=0.003 2＜0.01，達(dá)到極顯著，說明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。失擬項(xiàng)的p 值為0.238 7＞0.05，為不顯著，模型的決定系數(shù)R2=0.927 2，說明模型的擬合度較好，表明該回歸模型能與實(shí)測(cè)值進(jìn)行較好擬合，可以用此模型來分析和預(yù)測(cè)荸薺脆片的水分活度值。校正系數(shù)R2Adj=0.833 6，說明與脆片水分活度有關(guān)的因素中，由此模型解釋的可達(dá)到83%?；貧w方程中一次項(xiàng)C和二次項(xiàng)A2對(duì)脆片水分活度值的影響達(dá)極顯著水平，交互項(xiàng)AB 和AC 對(duì)脆片水分活度值有顯著影響，3 個(gè)因素對(duì)脆片水分活度值的影響順序?yàn)镃＞B＞A。

各因素交互作用對(duì)脆片水分活度的影響見圖4。

圖4 各因素交互作用對(duì)脆片水分活度的影響

經(jīng)Design Expert V8.0 軟件分析，得到各因素交互作用對(duì)脆片水分活動(dòng)值影響的響應(yīng)面圖（圖4）。為考查3 個(gè)因素交互作用對(duì)水分活度的影響，在其他因素條件不變的條件下，對(duì)模型進(jìn)行降維分析[13]（見圖4 中的等高線圖）。由圖4（a） 可知，在烘焙溫度一定的條件下，隨著料液比的增大，脆片水分活度值呈先增大后減小的趨勢(shì)，從等高線圖可知，沿烘焙溫度方向的等高線密集，說明烘焙溫度對(duì)脆片水分活度值的影響比料液比的大，等高線是橢圓形，說明2 個(gè)因素的交互作用顯著。由圖4（b） 可知，在料液比一定的條件下，隨著烘焙時(shí)間的延長(zhǎng)，水分活度值降低變化明顯，等高線圖呈橢圓形，說明這2 個(gè)因素的交互作用顯著。由圖4（c） 可知，在烘焙時(shí)間一定的條件下，隨烘焙溫度升高，水分活度值變化不明顯，且從等高線圖可知這2 個(gè)因素的交互作用不顯著。在交互項(xiàng)對(duì)水分活度的影響中，烘焙時(shí)間（C） 極顯著，影響作用明顯，料液比與烘焙時(shí)間及烘焙溫度（AB、AC） 之間交互影響作用明顯，與分析方差結(jié)果一致。

2.3.2 最佳條件預(yù)測(cè)及驗(yàn)證

通過回歸模型的預(yù)測(cè)，得到荸薺脆片制作工藝的最佳理論條件為料液比1∶2.5，烘焙溫度53 ℃，烘焙時(shí)間17 min，在此條件下預(yù)測(cè)荸薺脆片水分活度值為0.631。結(jié)合實(shí)際制備條件，進(jìn)行5 次平行試驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得荸薺脆片水分活度為0.591，與理論預(yù)測(cè)值0.631 比較相差0.04，說明使用該模型擬合的最佳工藝條件對(duì)實(shí)際生產(chǎn)加工具有指導(dǎo)意義。

3 結(jié)論

淀粉經(jīng)糊化、老化后形成凝膠，在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，不同淀粉所得凝膠形態(tài)會(huì)有所不同[14]。以荸薺粉為原料，以水分活度值作為評(píng)定指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過Design Expert V8.0 試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。將響應(yīng)面試驗(yàn)運(yùn)用到荸薺脆片水分活度測(cè)定中，進(jìn)行最佳加工工藝條件的優(yōu)化，經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，最后確定最佳加工工藝條件為料液比1∶2.5，烘焙溫度53 ℃，烘焙時(shí)間為17 min。在此條件下水分活度為0.631，理論最低值為0.599。與理論預(yù)測(cè)值相差較小，說明可以運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。經(jīng)試驗(yàn)證明，通過烘烤的加工工藝方式對(duì)荸薺脆片進(jìn)行工藝優(yōu)化，是純天然零添加的加工方法，能夠很好的保持荸薺原有的營(yíng)養(yǎng)成分，且感官性狀與質(zhì)構(gòu)狀態(tài)良好，是一款松脆可口、低熱量、高纖維的新型休閑食品。