真空油炸苹果脆片预处理工艺优化

王 辉,刘 敏,董 楠,陈朝军,李 俊,刘 嘉,*

(1.贵州省生物技术研究所,贵州贵阳 550025; 2.华中农业大学食品科学技术学院,环境食品学教育部重点实验室,湖北武汉 430070)

苹果是蔷薇科植物苹果的果实,与香蕉、柑橘和葡萄同称为世界四大水果,在我国苹果的种植和产量均居世界首位,截止2016年,我国苹果的产量约为4388万吨[1-3]。苹果的销售方式多样,鲜销是全球苹果的主要消费方式,占总量的60%以上,剩余均以苹果汁、苹果酒、苹果醋、苹果酱、果脯和苹果脆片等方式进行销售。苹果脆片是近几年兴起的一种新型苹果加工方式,它是将苹果切片之后进行油炸、风干或真空脱水等干制方法,得到含水率较低,可长期贮藏的苹果加工制品,是一种符合现今苹果加工产业发展和市场需求,并能满足现代人饮食消费需要的休闲零食。

目前苹果脆片的加工方式主要包括非油炸苹果脆片(变温压差膨化、真空冷冻干燥、真空微波干燥)和油炸苹果脆片(常压高温油炸、真空低温油炸)两种类型。其中,油炸苹果脆片以其独特的口感和风味品质,成为了主要的加工方式,并深受大众喜爱[4]。油炸苹果脆片可根据油炸方式分为常温油炸和低温真空油炸。经常压高温油炸的产品含油量高、产品原有的风味和营养物质被破坏,同时油的反复利用,使油中的成分发生聚合反应从而产生有毒物质,影响人们的身体健康[5]。真空油炸的温度低于传统油炸,所用时间较短,能较好保存苹果脆片的风味和营养成分,降低产品的含油量,产品膨化度高,口感酥脆,同时,有效地降低油脂的劣化速度,提高油的利用率[6]。油炸苹果脆片的品质不仅仅与油炸方式相关,更与原料的预处理方法、真空度、油炸温度和时间、脱油处理等方面有关,其中预处理工艺为产品的品质提高提供重要保障和奠定基础,主要包括漂烫、护色、浸渍和冷冻等工艺[7]。通过预处理工艺,可以抑制酶促褐变的发生、增加风味物质和固形物含量、除去一部分水分,保持产品性状,降低产品的含油量[8]。因此,真空油炸前对苹果原料进行预处理是必不可少的环节,也是必须研究的重要内容。

本文以苹果为原料,采用单因素实验与均匀设计试验相结合的方法[9-10],对苹果脆片低温真空油炸预处理工艺进行探讨,以含油量、破碎力、L*值、感官评价、综合评价和挥发性成分为指标,采用多元回归分析等统计方法对实验数据进行处理,优化苹果脆片低温真空油炸预处理工艺,以期为苹果深加工及研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苹果 品种为红富士,购于甘肃静宁德美地缘林果专业合作社;棕榈油 益海嘉里粮油工业有限公司;蔗糖 贵阳市花溪区合力超市;麦芽糊精、麦芽糖 贵州赛兰博科技有限公司。

TMS-Pro质构仪 北京盈盛恒泰科技有限公司;Nh310色差仪 上海卡罗卡超仪器有限公司;电子鼻 北京盈盛恒泰科技有限公司;SOX500脂肪测定仪 北京晨曦勇创科技有限公司;VF-80C型真空油炸机 中山市维嘉真空机械厂;S-3400N扫描电子显微镜 苏州佐藤精密仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 苹果脆片低温真空油炸工艺 原料→筛选→清洗→切片→漂烫→浸渍→沥水→预冻→真空油炸→脱油→样品。

1.2.2 预处理工艺单因素实验 以色差值、破碎力、感官评价、综合评价和挥发性成分为指标,考察切片厚度、漂烫温度、漂烫时间、浸渍液和冷冻时间对产品品质的影响。

固定漂烫温度为80 ℃、漂烫时间3 min、浸渍液(蔗糖5%+麦芽糖15%+麦芽糊精12%)、浸渍时间40 min和冷冻时间3 h(-18 ℃),考察切片厚度为3、5、7、9 mm对产品品质的影响;固定切片厚度为5 mm、漂烫时间3 min、浸渍液(蔗糖5%+麦芽糖15%+麦芽糊精12%)、浸渍时间40 min和冷冻时间3 h(-18 ℃),考察漂烫温度为70、80、90、100 ℃对产品品质的影响;固定切片厚度为5 mm、漂烫时间3 min、浸渍时间40 min和冷冻时间3 h(-18 ℃),考察添加空白、蔗糖5%、麦芽糖15%+麦芽糊精12%以及麦芽糖15%+麦芽糊精12%+蔗糖5%,4种不同浸渍液对产品品质的影响;固定漂烫温度为80 ℃、漂烫时间3 min、浸渍液(蔗糖5%+麦芽糖15%+麦芽糊精12%)和浸渍时间40 min,冷冻时间为1、2、3、4 h对产品品质的影响。

经样品预处理后进行同等条件的真空油炸和脱油,二者参数为:真空度0.098 MPa、油炸温度(88±2) ℃、时间32 min、离心脱油转速400 r/min、时间6 min。

1.2.3 苹果脆片预处理工艺优化研究 在单因素实验基础上,选择浸渍液、漂烫温度、漂烫时间和冷冻时间4个预处理工艺进行U10(102×5×2)混合水平均匀设计的方案,见表1。其中,浸渍液为10个组,1～5组为麦芽糖和蔗糖分别为14%和5%,麦芽糊精添加量为8%、10%、12%、14%和16%;6～10组为麦芽糊精和蔗糖分别为14%和5%,麦芽糖添加量为8%、10%、12%、14%和16%;漂烫时间分别为2、3、4、5和6 min;漂汤温度分别为80、82、84、86、88、90、92、94、96、98 ℃;冷冻时间为2和3 h。以色差值、破碎力、感官评价、综合评价和挥发性成分为指标,对所得试验数据进行多元回归分析。

表1 均匀设计试验因素水平U10(102×5×2)Table 1 Factors and levels used in uniform design U10(102×5×2)

1.2.4 含油量测定 参照 GB/T 5009.6-2016《食品中脂肪的测定》中索氏抽提法,由SOX500脂肪测定仪测定。

1.2.5 破碎力的测定 采用TPA法测定破碎力,使用P/36R圆柱形探头,65%的压缩比例,触发力0.15 N,30 mm/min测试速率下降距离20 mm。每个样品平行测定6次取平均值[11]。

1.2.6 色差的测定 对不同实验组样品的亮度L*、红绿值a*和黄绿值b*进行测定,每个样品平行测定6次取平均值[12]。

1.2.7 电子鼻风味的测定 分别取3 g苹果脆片样品放入电子鼻专用顶空瓶内,采用手动顶空进样法对苹果脆片挥发性物质进行测定[13]。以干燥空气为载气,流速为300 mL/min,样品采样时间60 s,清洗时间60 s,采样间隔时间5 s,自动调零时间10 s。

1.2.8 苹果脆片感官评价 选定12名左右感官评价人员进行一定培训后,以表2为标准对真空低温油炸脆片进行100分感官评价试验[14]。

表2 苹果脆片官评定标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of apple chips

1.2.9 综合加权评分 将感官品质最好的定为100分,将其权重系数设为30;破碎力越小越好,最低破碎力定为100分,设其权重系数设为20;含油量越小越好,含油量定为100分,设其权重系数设为30,亮度值L*越大越好,定为100分,设其权重系数设为20。依据试验,以感官评分的最大值计为30分,其相应计分为(N1/感官评分max)×30;以破碎力的最低值计为20分,其相应计分为(破碎力min/N2)×20;以含油量的最低值计为30分,其相应计分为(含油量min/N3)×30;,以亮度值的最大值计为20分,其相应计分为(N4/亮度值max)×20。max:最大值;min:最小值。

综合评分=(N1/感官评分max)×30+(破碎力min/N2)×20+(含油量min/N3)×30+(N4/L*max)×20

式中:N1为感官评分值;N2为破碎力;N3为含油量;N4为L*值。

1.2.10 电镜分析 将干燥后的苹果脆片切成3 mm×3 mm×1 mm的薄片,贴在扫描电镜的样品台上,喷金后观察[15]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel2016软件对实验数据进行分析及制图,并采用SPSS 20、DPS 7.5等软件,对数据进行逐步回归等多元统计分析。显著水平P<0.05。

2 结果与分析

2.1 预处理工艺对苹果脆片品质影响的研究

2.1.1 预处理对苹果脆皮品质的影响 表3为预处理工艺的单因素实验,分析各预处理条件对产品破碎力、感官评价、含油率、L*和综合评分的影响。破碎力受切片厚度的影响较大,当切片厚度大于7 mm时,破碎力为零,产品呈现海绵似软片,主要由于产品内部的水分不能快速蒸发,内部纤维结构受破坏程度小,导致产品发软[16-17]。各预处理条件对感官评价存在显著影响(P<0.05)。含油量除漂烫时间和浸渍液配比呈显著影响(P<0.05)外,其他处理条件无显著影响(P>0.05)。苹果脆片含油量随着漂烫时间的延长呈现先降低后增加的趋势,这主要是热烫时间过久破坏原料组织成分,在后续的油炸过程中,油脂易进入组织内部[18]。浸渍液配比试验中,含麦芽糊精组含油率相对较低,主要是由于麦芽糊精分子可凝聚在苹果脆片的表面,阻碍油脂的进一步渗透,降低含油量[19-21]。L*值除切片厚度无显著影响外,其余处理条件对L*均有显著影响(P<0.05)。漂烫使苹果中引起褐变的多酚氧化酶和过氧化物酶失活。Krokida等[22]研究表明:漂烫使样品中可溶性糖溶出,减少样品油炸时发生美拉德反应。L*值在烫漂温度100 ℃时达到最大值,可能此时温度大于淀粉糊化温度,减少美拉德反应中还原性糖,同时,引起褐变的各种酶类失活,提高了产品的亮度[23-24]。综合评分除冷冻时间无显著影响外,其余呈显著性影响(P<0.05)。综合评分为破碎力、感官评价、含油率和L*值的加权平均值,以综合评分最高值为最终指标进行因素筛选。

表3 预处理对苹果脆片品质的影响 Table 3 Effect of retreatment on the quality of apple

2.1.2 预处理对苹果脆片挥发性成分的影响 图1为不同预处理工艺对苹果脆片风味物质的影响,对不同预处理工艺对苹果脆片风味物质进行主成分分析(principal component analysis PCA)。在PCA法分析中,总贡献率越大,越能较全面地反映试样整体信息[25]。根据样品在横纵坐标轴上的距离判断样品风味物质之间的差异性,距离越远,差异越大。横坐标表示第一主成分贡献率的大小,且贡献率(或权重)较大,因此,如果不同样品之间在横坐标上的距离差距较大,说明它们之间的差异较明显;而样品在纵坐标上的距离即使很大,由于第二主成分的贡献率(或权重)很小,不同样品之间的实际差异较小[26]。由图1可知,切片厚度、漂烫温度、漂烫时间、浸渍时间、浸渍物配比和冷冻时间的总贡献率分别为97.48%、99.67%、99.08%、99.16%、97.56%和98.15%,均大于80%,能反样品整体信息。根据图1中样品在横坐标上距离的差异,选择距离相对较远同时结合综合评分可知,选择切片厚度5 mm、漂烫温度为100 ℃、漂烫时间为3 min、浸渍时间为40 min、浸渍物配别为蔗糖5%+麦芽糊精12%+麦芽糖15%和冷冻时间为2 h进行后续均匀试验。

图1 不同预处理工艺对产品风味的影响Fig.1 Effects of different pretreatment processes on flavor of products注:a:切片厚度;b:漂烫温度;c:漂烫时间;d:浸渍时间;e:浸渍物配比;f:冷冻时间。

2.2 均匀设计结果分析

2.2.1 直观分析 采用混合水平均匀设计方案进行U10(102×5×2)进行试验,研究各因素与破碎力、感官评分、含油量和L*值的关系,如表4所示。破碎力以8号最低,脆度最好,其次为10、9和4号;感官评分以10号最高,其次为4和5号;含油量以9号最低,其次以10和4号;L*值以3号最高,其次为10号。综合评分为4个指标的加权平均值,以综合评分进行总体分析可知:10号综合评分最高,其次分别为4和9号,因此就直观分析可知:10号实验组为最佳预处理工艺,即浸渍物添加量为麦芽糖14%+蔗糖5%+麦芽糊精16%、漂烫温度为96 ℃、漂烫时间为4 min、冷冻时间为2 h。

表4 均匀设计实验结果Table 4 Uniform design with experimental results

2.2.2 逐步回归分析 对实验指标进行逐步回归分析,建立指标模型结果见表5,破碎力Y1在一次回归方程时未达到显著水平(P>0.05),因此进行二次回归分析,达到极显著(P<0.01),相关系数r=0.960,方程模型拟合度好。未达到显著水平可能是由于其他因素的交互作用[27],如:漂烫时间和漂烫时间等。感官评分Y2、L*值和综合评分在一次逐步回归分析时达到显著水平(P<0.05),影响感官评分的主要因素为浸渍物浓度、漂烫温度和冷冻时间;影响L*值的主要因素浸渍物浓度、漂烫温度和漂烫时间;影响综合评分的主要因素浸渍物浓度、漂烫温度、漂烫时间和冷冻时间4个因素;含油量Y3在一次逐步回归分析时达到极显著水平(P<0.01),相关系数r=0.952,模型拟合度好,浸渍物浓度、漂烫温度、漂烫时间和冷冻时间4个因素对样品含油量均有影响。

表5 指标模型Table 5 Model parameters

图2 均匀设计实验结果Fig.2 Uniform design with experimental results

以综合评分Y5是破碎力、感官评价、含油量和L*值的综合加权值,因此以综合评分Y5参数进行偏最小二乘法回归分析,得到模型预测最佳工艺为麦芽糖添加14%、蔗糖添加量5%、麦芽糊精添加量15.7%,漂烫温度97.99 ℃,漂烫时间2 min,冷冻时间3 h。偏最小二乘法回归分析与直观分析的最佳工艺在漂烫时间和冷冻时间有一定的差异,为筛选最佳工艺,将二者进行对比分析。

2.2.3 直观分析与偏最小二乘法回归分析组预处理工艺验证实验 在两种预处理工艺条件下,苹果脆皮样品的破碎力、感官评价、含油量、L*值和综合得分见表6,回归分析组除感官评分低于直观分析组外,其余指标均优于直观分析。

表6 最佳工艺对比及验证Table 6 Comparison and verification of the optimized process conditions

2.2.4 对比直观分析与偏最小二乘法回归分析的电镜观察 结果见图3。

对比两种分析得到最佳预处理工艺的样品微观结构,由图3可知,由偏最小二乘法回归分析得到的最佳预处理样品较直观分析预处理样品组织结构更为疏松,样品孔径较大且均匀,利于产品形成大疏松、变形小或无变形及脆片表面无起泡现象等,口感酥脆,产品品质较好[28-29]。两种预处理工艺的差异在于漂烫温度、漂烫时间和冷冻时间,从而引起微观结构的不同。回归分析组漂烫温度相对较高,时间较短(98 ℃,2 min,3 h),漂烫时对产品组织损伤较小,经冷冻处理后形成均匀的冰晶,油炸时与水分急剧从内部喷发而出快速脱水,从而在苹果内部形成疏松多孔的结构。直观分析组漂烫温度相对较低,漂烫时间较长(96 ℃,4 min,2 h),造成样品组织结构被破坏,经冷冻处理后形成在组织内部形成大小不一的冰晶,油炸时,水分从被迫坏部位喷发出,从而形成不均匀的多孔的结构,由最佳预处理工艺的验证和微观结构分析可知,回归分析优于直观分析,因此苹果脆片最佳预处理工艺为:麦芽糖添加14%、蔗糖添加量5%、麦芽糊精添加量15.7%,漂烫温度98 ℃,漂烫时间2 min,冷冻时间3 h。

图3 直观分析与偏最小二乘回归组的微观结构观察Fig.3 Microscopic structure observation of visual analysis and partial least squares regression analysis注:a-1与a-2代表偏最小二乘回归分析组的预处理工艺; b-1与b-2 代表直观分析组的预处理工艺; 1表示放大32倍,2表示放大100倍

3 结论

采用单因素实验和均匀实验设计对苹果脆片预处理工艺进行优化,单因素结果表明:切片厚度影响产品破碎力,即脆度,厚度越大,产品脆度越低,最后呈现海绵状产品;漂烫工艺阻断酶促褐变的发生,提高产品色差值,同时,引起苹果的风味物质发生分解与合成,影响产品风味;浸渍工艺中糖液填充了苹果脆片的内部空隙,提高了产品固形物含量、色差值和脆度,冷冻工艺提高了产品脆度。均匀实验得到了直观分析与回归分析两种不同预处理工艺,通过验证试验和电镜分析表明:偏最小二乘法回归分析优于直观分析,模型预测最佳工艺为:麦芽糖添加14%、蔗糖添加量5%、麦芽糊精添加量15.7%,漂烫温度98 ℃,漂烫时间2 min,冷冻时间3 h。在此条件下样品的破碎力为53.1 N、感观评分为83.0、含油量为17.2%、L*为89.9、综合评分89.6,且样品组织结构疏松,孔径较大且均匀,表面无起泡现象、变形小或无变形,口感酥脆,风味品质最佳。