添加劑對(duì)微波膨化樹(shù)莓果片質(zhì)構(gòu)特性的影響

蘇曉琳，劉成海，薛宏坤，陳鍇迪，鄭先哲*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江民族職業(yè)學(xué)院食品工程系，哈爾濱 150066）

添加劑對(duì)微波膨化樹(shù)莓果片質(zhì)構(gòu)特性的影響

蘇曉琳1,2，劉成海1，薛宏坤1，陳鍇迪1，鄭先哲1*

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江民族職業(yè)學(xué)院食品工程系，哈爾濱 150066）

為改善微波膨化樹(shù)莓果片產(chǎn)品膨化率及質(zhì)構(gòu)特性，添加黃原膠、大豆纖維和單甘酯等3種添加劑調(diào)整原料配方，以膨化果片膨化率、硬度、脆度作為指標(biāo)，采用單因素及Box-Behnken組合試驗(yàn)，探討黃原膠、大豆纖維和單甘酯添加量對(duì)膨化果片質(zhì)構(gòu)特性影響，得到各因素與膨化果片膨化率、硬度、脆度回歸模型，優(yōu)化最佳微波膨化配方。結(jié)果表明，最優(yōu)配方為黃原膠添加量0.75%，大豆纖維添加量5.5%，單甘脂添加量0.7%，此條件下，膨化樹(shù)莓果片膨化率最大、硬度最小、脆度最大。驗(yàn)證微波膨化樹(shù)莓果片最佳配方，最大相對(duì)誤差小于5%，表明優(yōu)化配方合理。適量添加劑可有效改善樹(shù)莓果片質(zhì)構(gòu)特性，為微波膨化樹(shù)莓果片工藝市場(chǎng)化提供理論依據(jù)。

微波膨化；樹(shù)莓果片；質(zhì)構(gòu)特性；添加劑

樹(shù)莓又名覆盆子，是東北地區(qū)廣泛種植的漿果植物，富含花青素和維生素等多種生物活性物質(zhì)，具有獨(dú)特保健與醫(yī)用功效。由于果實(shí)柔嫩、不易儲(chǔ)運(yùn)，樹(shù)莓產(chǎn)品多為罐頭、果漿、果汁、果干等[1]。漿果類產(chǎn)品加工過(guò)程多將漿果作打漿、破碎和高溫處理，易造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞或流失。而微波技術(shù)具有快速、高效、節(jié)能、殺菌和過(guò)程易于控制等優(yōu)點(diǎn)，已作為新型加工方式廣泛應(yīng)用于食品及農(nóng)產(chǎn)品精深加工[2-3]，如肉類微波解凍[4]、果蔬膨化干燥[5]、微波輔助泡沫干燥[6-8]、微波輔助萃取[9-10]等。利用微波膨化技術(shù)生產(chǎn)膨化漿果果片，可有效控制產(chǎn)品中微生物數(shù)量，保持漿果營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味，有效減少熱敏性營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性成分損失[11-15]，但產(chǎn)品常存在硬度大、粘度大、脆性差等問(wèn)題，直接影響產(chǎn)品膨化效果和適口性。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，原料配方組成對(duì)膨化果片膨化率、質(zhì)構(gòu)特性以及食用口感產(chǎn)生顯著影響[16-17]。

本研究選取樹(shù)莓果片作為研究對(duì)象，通過(guò)改變?cè)吓浞?，在利用黃金分割法確定果片配方（樹(shù)莓果漿：預(yù)糊化淀粉：麥芽糊精=32.6：41.7：25.7）基礎(chǔ)上[18]，分別添加食品加工中常用增稠劑黃原膠、品質(zhì)改良劑大豆纖維和單甘酯，改善膨化果片適口性，探究不同添加劑添加量對(duì)樹(shù)莓果片膨化率和質(zhì)構(gòu)特性影響，利用中心組合試驗(yàn)方法作響應(yīng)曲面分析，優(yōu)化不同添加劑用量，為微波膨化漿果工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

樹(shù)莓鮮果采自哈爾濱賓縣，將采摘后樹(shù)莓鮮果于-18℃條件下冷凍保藏待用；預(yù)糊化淀粉：Pregel-A購(gòu)自天津頂峰淀粉開(kāi)發(fā)有限公司；麥芽糊精購(gòu)自長(zhǎng)春帝豪食品發(fā)展有限公司；黃原膠購(gòu)自山東東達(dá)纖維素有限公司；單甘酯購(gòu)自廣州市佳士力食品有限公司；大豆纖維購(gòu)自山東谷神生物科技集團(tuán)。

1.2 儀器與試劑

石英砂（SiO2，分析醇）購(gòu)自天津石英鐘廠霸州市化工分廠；食品攪拌機(jī)HR1727型購(gòu)自珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)飛利浦家庭電器有限公司；鼓風(fēng)干燥箱DHG-9053型購(gòu)自上海益恒實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；微波真空干燥箱（QW-4HV型）購(gòu)自廣州科威微波能有限公司；AB204-S型電子分析天平（精度為0.0001 g）購(gòu)自梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；MWS微波工作站購(gòu)自加拿大Fiso公司；TA.XT-plus型質(zhì)構(gòu)儀（物性測(cè)試儀）購(gòu)自英國(guó) Stable Micro Systems（SMS）公司；振蕩器16700型購(gòu)自美國(guó) Hermolyne公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料預(yù)處理

樹(shù)莓經(jīng)清洗、除雜后，食品攪拌機(jī)攪拌打漿，按試驗(yàn)要求將樹(shù)莓果漿濃縮至所需含水率。按照樹(shù)莓果漿：預(yù)糊化淀粉：麥芽糊精=32.6：41.7：25.7質(zhì)量比例稱量，分別加入黃原膠、單甘酯和大豆纖維等食品添加劑，將物料充分混合后糅制成團(tuán)，果團(tuán)初始含水率控制在26%。用壓片模具將果團(tuán)制成厚度12 mm，半徑14.2 mm果片，利用MWS微波工作站膨化加工，微波工作站內(nèi)含有可勻速旋轉(zhuǎn)托盤，托盤1次放置10個(gè)樹(shù)莓果片，工作頻率為2.45 GHz。樹(shù)莓果片膨化條件設(shè)定為微波功率600 W，加工量30 g，加工時(shí)間為150 s，其中添加劑添加量符合GB 2760-2014標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 含水率測(cè)定

樹(shù)莓果漿、變性淀粉、麥芽糊精含水率采用直接干燥法（GB5009.3-2010）測(cè)定。由于試驗(yàn)黃原膠、單甘酯和大豆纖維等食品添加劑添加量較小，其含水率可忽略不計(jì)。為使膨化前樹(shù)莓果片達(dá)到設(shè)定初始含水率，在壓制果片前，先將1.3.1攪拌后樹(shù)莓果漿利用微波真空干燥箱濃縮，濃縮過(guò)程中去除水分質(zhì)量Δm以式（1）計(jì)算：

式中，m1、m2、m3分別為樹(shù)莓果漿、變性淀粉、麥芽糊精質(zhì)量（g）；M1、M2、M3分別為樹(shù)莓果漿、變性淀粉、麥芽糊精含水率（%）；M0為壓制果片初始含水率（%），每組試驗(yàn)均重復(fù)取樣3次，取平均值。

1.3.3 膨化率測(cè)定

膨化率測(cè)定采用石英砂體積差減法[13]：取約20 mL石英砂裝入量筒（精度2 mL），放入被測(cè)果片1片，加入石英砂，放在振蕩器上震蕩，直至體積保持不變。此時(shí)總體積為V測(cè)+砂，將果片取出，采用同樣方法測(cè)得石英砂體積V砂，可得

式（2）中，ER為待測(cè)果片膨化率；V0為果片初始體積（mL）；V為果片膨化后體積（mL）；每組試驗(yàn)均重復(fù)取樣3次，取平均值。

1.3.4 硬度及脆度測(cè)定

利用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定膨化產(chǎn)品硬度及脆度指標(biāo)。儀器測(cè)定參數(shù)設(shè)為測(cè)試模式：壓縮；探頭型號(hào)P/5；測(cè)試前速度2 mm·s-1；測(cè)試速度2 mm·s-1；測(cè)試后速度10 mm·s-1；下壓距離30 mm。硬度指第1次壓縮時(shí)最大峰值數(shù)，多數(shù)食品硬度值出現(xiàn)在最大變形處，有些食品壓縮到最大變形處并不出現(xiàn)應(yīng)力峰。脆度采用測(cè)試產(chǎn)生峰數(shù)表示[19]，單位為“個(gè)”。理論上，果片硬度越小，峰值越多（脆度大）時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)品質(zhì)越好。每組試驗(yàn)均重復(fù)取樣3次，取平均值。

1.3.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)黃原膠添加量、大豆纖維添加量和單甘酯添加量等3個(gè)因素作單因素試驗(yàn)，分析不同添加量對(duì)膨化率、硬度和脆度影響。其中黃原膠添加量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5個(gè)水平；大豆纖維添加量為2%、4%、6%、8%、10%5個(gè)水平；單甘酯添加量為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%5個(gè)水平。所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗(yàn)所得平均值。

1.3.6 響應(yīng)曲面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選擇黃原膠添加量、大豆纖維添加量、單甘酯添加量作為自變量，以膨化率、硬度和脆度作為響應(yīng)值3因素3水平中心組合試驗(yàn)，因素水平編碼見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)因素及水平編碼Table 1 Coded and actual value of factors and levels

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

采用軟件Origin8.5處理單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用Design Expert（Ver7.1）軟件組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 黃原膠添加量對(duì)膨化果片膨化率及質(zhì)構(gòu)特性影響

在食品工業(yè)中，黃原膠主要作為穩(wěn)定劑、增稠劑、乳化劑、分散劑及品質(zhì)改良劑，為使樹(shù)莓果片組織狀態(tài)更穩(wěn)定、均勻，選黃原膠作為添加劑。

2.1.1.1 黃原膠添加量對(duì)膨化果片膨化率影響

如圖1所示，隨黃原膠添加量增加，膨化果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)。在微波膨化過(guò)程中，由于樹(shù)莓果片原料內(nèi)水分吸收微波能發(fā)生汽化，果片受到汽化壓力作用體積膨脹，發(fā)生膨化。在未添加黃原膠或添加量較少時(shí)，樹(shù)莓果片中膠體成分主要是樹(shù)莓果漿中果膠類物質(zhì)，此時(shí)果片原料黏度相對(duì)處于較低水平，汽化壓力大于由原料黏度而產(chǎn)生抑制膨化反作用力，水蒸氣易沖破原料表層，在產(chǎn)品表面形成大量氣孔，此時(shí)膨化果片膨化率較低。隨著黃原膠添加量增加，果團(tuán)原料黏度不斷增加，水蒸氣汽化壓力與抑制膨化反作用力趨于平衡，制得膨化果片膨化率不斷增加，樹(shù)莓果片表面氣孔隨之減少，當(dāng)黃原膠添加量為0.6%時(shí)，膨化率最大。繼續(xù)增大黃原膠添加量，發(fā)現(xiàn)膨化率反而減小，這是由于黃原膠添加量過(guò)大，果團(tuán)原料黏度大，此時(shí)汽化壓力小于由于原料黏度產(chǎn)生抑制膨化反作用力，膨化率降低。

2.1.1.2 黃原膠添加量對(duì)膨化果片硬度影響

如圖2所示，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片硬度呈先減后增趨勢(shì)。在添加量為0.2%時(shí)硬度最大，產(chǎn)品硬度不斷減少，在0.8%處硬度值最小，逐漸增大。黃原膠添加量較小時(shí)，樹(shù)莓果片膨化不完全，質(zhì)地不夠疏松，硬度較大。隨著黃原膠添加量增加，果團(tuán)原料黏度增大，膨化率增加，樹(shù)莓果片內(nèi)部呈疏松多孔狀，硬度不斷減小。當(dāng)黃原膠添加量超過(guò)0.8%時(shí)，由于果團(tuán)原料黏度過(guò)大，果片不易膨化，產(chǎn)品硬度迅速增加。

圖1 不同黃原膠添加量與膨化率之間關(guān)系Fig.1 Relationship between additive amount of different xanthan gum and expansion ratio

圖2 不同黃原膠添加量與硬度之間關(guān)系Fig.2 Relationship between additive amount of different xanthan gum and hardness

2.1.1.3 黃原膠添加量對(duì)膨化果片脆度影響

如圖3所示，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片脆度呈先增后減趨勢(shì)。在黃原膠添加量較少時(shí)，硬度較高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不疏松，脆度較小，在黃原膠添加量為0.2%時(shí)，產(chǎn)品脆度值最小。而后隨黃原膠添加量增大，產(chǎn)品膨化率不斷增加，膨化果片內(nèi)部孔隙增多，組織結(jié)構(gòu)更疏松，破裂距離減小，果片內(nèi)部形成蜂窩狀組織均勻，脆度不斷增大，當(dāng)黃原膠添加量為0.8%時(shí)，脆度達(dá)到最大值。繼續(xù)添加黃原膠，樹(shù)莓果片原料黏度不斷增加，內(nèi)部水分汽化形成壓力梯度不足以支持脆片膨化，導(dǎo)致產(chǎn)品膨化體積不斷下降，破裂距離增大，膨化果片硬度增加，脆度減小。由此可見(jiàn)膨化果片硬度和脆度在一定范圍內(nèi)相互聯(lián)系，脆度越大，硬度越小。

圖3 不同黃原膠添加量與脆度之間關(guān)系Fig.3 Relationship between additive amount of different xanthan gum and crispness

2.1.2 大豆纖維添加量對(duì)膨化果片膨化率及質(zhì)構(gòu)特性影響

膨化果片主要配方中含有大量淀粉類物質(zhì)，為改善產(chǎn)品品質(zhì)，向果團(tuán)原料中加入大豆纖維，以期產(chǎn)品內(nèi)部氣孔均勻，酥脆適口、疏松多孔。

2.1.2.1 大豆纖維添加量對(duì)膨化果片膨化率影響

如圖4所示，隨大豆纖維增加，樹(shù)莓果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)，在添加量為4%處，膨化率達(dá)最大值，繼續(xù)添加大豆纖維，膨化率逐漸下降。適量加入大豆纖維可提高果片原料黏度及產(chǎn)品膨化率。

當(dāng)繼續(xù)增加大豆纖維添加量時(shí)，由于大豆纖維在果片原料中形成立體交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不利果片原料形變，且大豆纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有多種親水基，具有較高吸水性和持水性[20]，大豆纖維吸收果團(tuán)原料中部分自由水，導(dǎo)致游離水含量減少，水蒸汽產(chǎn)生壓力減弱，膨化率減小。

2.1.2.2 大豆纖維添加量對(duì)膨化果片硬度影響

如圖5所示，隨大豆纖維量增加，樹(shù)莓果片硬度呈先減后增趨勢(shì)，其中添加量為6%時(shí)硬度最小。在大豆纖維添加量較少時(shí)，產(chǎn)品膨化率相對(duì)小，內(nèi)部蜂窩組織不均勻，產(chǎn)品硬度相對(duì)較大。隨增加大豆纖維添加量，膨化樹(shù)莓果片內(nèi)部蜂窩組織逐漸均勻，膨化果片內(nèi)部孔隙增多，組織結(jié)構(gòu)疏松，產(chǎn)品硬度呈減小趨勢(shì)，當(dāng)大豆纖維添加量為6%時(shí)，產(chǎn)品硬度最小。繼續(xù)增加大豆纖維添加量，由于膨化率下降導(dǎo)致膨化果片出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，質(zhì)地不夠疏松，硬度增大。

圖4 不同大豆纖維添加量與膨化率之間關(guān)系Fig.4 Relationship between additive amount of different soybean fiber and expansion ratio

圖5 不同大豆纖維添加量與硬度之間關(guān)系Fig.5 Relationship between additive amount of different soybean fiber and hardness

2.1.2.3 大豆纖維添加量對(duì)膨化果片脆度影響

如圖6所示，隨大豆纖維量增加，樹(shù)莓果片脆度呈先增后減趨勢(shì)。大豆纖維添加量較小時(shí)，產(chǎn)品膨化率相對(duì)較低，硬度較大，結(jié)構(gòu)不夠疏松，因此脆度較小。隨大豆纖維添加量增加，產(chǎn)品內(nèi)部蜂窩狀組織形成均勻狀態(tài)，膨化率增大，樹(shù)莓果片破裂距離減小，酥脆性增加，當(dāng)添加量為6%時(shí)脆度最大。繼續(xù)增加大豆纖維添加量，由于大豆纖維持水性導(dǎo)致產(chǎn)品膨化不完全，內(nèi)部收縮，破裂距離增大，產(chǎn)品不夠酥脆，硬度增加，脆度下降。

圖6 不同大豆纖維添加量與脆度之間關(guān)系Fig.6 Relationship between additive amount of different soybean fiber and crispness

2.1.3 單甘酯添加量對(duì)膨化果片膨化率及質(zhì)構(gòu)特性影響

為使產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)更細(xì)膩，內(nèi)部氣孔分布細(xì)密、均勻，在預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上添加單甘酯，分析不同添加量對(duì)膨化樹(shù)莓果片質(zhì)構(gòu)影響。

2.1.3.1 單甘酯添加量對(duì)膨化果片膨化率影響

如圖7所示，隨單甘酯添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)。在添加量為0.6%時(shí)， 樹(shù)莓果片膨化率達(dá)到最大。單甘酯添加可改善產(chǎn)品氣孔分散均勻性，減少膨化過(guò)程中果片內(nèi)部空腔，適量添加可提高膨化果片膨化率，但與添加黃原膠及大豆纖維樹(shù)莓果片相比，產(chǎn)品膨化率變化相對(duì)較小。

圖7 不同單甘酯添加量與膨化率之間關(guān)系Fig.7 Relationship between additive amount of different monoglyceride and expansion ratio

2.1.3.2 單甘酯添加量對(duì)膨化果片硬度影響

如圖8所示，隨單甘酯添加量增加，樹(shù)莓果片硬度呈先減后增趨勢(shì)。單甘酯添加量為0.8%時(shí)硬度最小，和添加黃原膠或大豆纖維樹(shù)莓果片相比，添加單甘酯樹(shù)莓果片微波膨化后硬度明顯降低。添加單甘酯后產(chǎn)品具有更均勻外觀和結(jié)構(gòu)，單甘酯作為乳化劑可增加樹(shù)莓果片原料持水性，有效降低硬度，改善膨化果片品質(zhì)。但超過(guò)0.8%添加量時(shí)產(chǎn)品硬度有所增加，可能是由于隨著添加量增大，膨化果片原料黏度降低過(guò)大、膨化率逐漸降低、持氣性下降，導(dǎo)致硬度變大，因此需要注意添加量。

圖8 不同單甘酯添加量與硬度之間關(guān)系Fig.8 Relationship between additive amount of different monoglyceride and hardness

圖9 不同單甘酯添加量與脆度之間關(guān)系Fig.9 Relationship between additive amount of different monoglyceride and crispness

2.1.3.3 單甘酯添加量對(duì)膨化果片脆度影響

結(jié)果見(jiàn)圖9。

由圖9可知，隨單甘酯添加量增加，樹(shù)莓果片脆度呈先增后減趨勢(shì)。單甘酯作為表面活性劑，可降低產(chǎn)品表面張力，空氣更容易被揉入果團(tuán)，提高果片氣孔率，形成更均勻、更細(xì)密氣孔，且氣孔壁薄，產(chǎn)品氣孔分散、致密，提高膨化果片酥脆性。但添加量要控制在一定范圍，超過(guò)0.8%添加量時(shí)，隨著膨化率降低，形成氣孔壁變厚，硬度增加，脆度反而降低。研究發(fā)現(xiàn)，在分別添加黃原膠、大豆纖維和單甘酯后，產(chǎn)品膨化率最大值與產(chǎn)品硬度最小值、脆度最大值不對(duì)應(yīng)，原因有待進(jìn)一步研究。

2.2 響應(yīng)面結(jié)果與分析

在單因素研究基礎(chǔ)上，將黃原膠添加量、大豆纖維添加量及單甘脂添加量作為自變量，膨化率、硬度、脆度評(píng)價(jià)指標(biāo)作為因變量，采用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)3因素4水平中心組合實(shí)驗(yàn)，以結(jié)合響應(yīng)曲面法分析各試驗(yàn)因素交互作用對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)影響規(guī)律，建立試驗(yàn)因素與評(píng)價(jià)指標(biāo)非線性數(shù)學(xué)回歸模型，擬獲得微波膨化樹(shù)莓果片最佳添加劑添加量配比，試驗(yàn)方案與結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2.1 各因素對(duì)膨化率影響

2.2.1.1 膨化率回歸模型

不同添加劑組合對(duì)樹(shù)莓果片膨化率影響見(jiàn)表2，可見(jiàn)果片膨化率整體2.82～3.76。

各因素對(duì)樹(shù)莓果片膨化率影響回歸模型方程如下：

2.2.1.2 膨化率方差分析

回歸方程方差分析結(jié)果見(jiàn)表3，根據(jù)方差分析結(jié)果，回歸方程擬合度和顯著性檢驗(yàn)。

由方差分析結(jié)果可知，在此模型中X1、X2、X1X2、X12、 X32對(duì)方程影響極顯著， X2X3影響顯著。經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn)，該模型F值為200.41（p＜0.0001），說(shuō)明該模型極顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.9613，失擬項(xiàng)為 8.52（P＞0.05），失擬結(jié)果不顯著，說(shuō)明方程在選擇因素范圍內(nèi)，擬合程度較好。將不顯著項(xiàng)剔除后，得到回歸方程為：

表2 響應(yīng)面曲面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental design and results of response surface methodology

表3 膨化率回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 3 Significance test of regression coefficient of expansion ratio

2.2.1.3 黃原膠添加量與大豆纖維添加量交互作用對(duì)膨化率影響

由圖10可知，同一大豆纖維添加量水平下，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)，原因是黃原膠添加量增加，果團(tuán)原料黏度增加，水蒸氣汽化壓力與抑制膨化反作用力趨于平衡，水蒸氣壓力轉(zhuǎn)化為樹(shù)莓果片膨化力推動(dòng)果片體積膨脹，膨化效果更好，當(dāng)黃原膠添加量為0.6%時(shí)，膨化率達(dá)到最大，而黃原膠添加量較高時(shí)，果團(tuán)原料黏度過(guò)大，產(chǎn)生更大制膨化反作用力，膨化率降低。同一黃原膠添加量水平下，隨著大豆纖維添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率逐漸減小，主要因?yàn)檫^(guò)多大豆纖維在果片原料中形成立體交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大豆纖維添加量越多，立體交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，阻礙樹(shù)莓果片體積膨脹，果片膨化率減小。由表3可知，黃原膠添加量和大豆纖維添加量對(duì)樹(shù)莓果片膨化率作用F值分別為48.76和336，F(xiàn)值代表因素對(duì)膨化率影響程度，F(xiàn)值越大影響程度越大，可知大豆纖維添加量對(duì)果片膨化率影響大于黃原膠添加量影響。

圖10 黃原膠添加量和大豆纖維添加量交互作用對(duì)膨化率影響Fig.10 Effect of xanthan gum addition and soybean fiber addition on expansion rate

2.2.1.4 黃原膠添加量與單甘脂添加量交互作用對(duì)膨化率影響

由圖 11可知，同一黃原膠添加量水平下，隨單甘脂添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)，原因是添加單甘酯可改善產(chǎn)品氣孔分散均勻性，減少膨化過(guò)程中果片內(nèi)部空腔出現(xiàn)，適當(dāng)范圍內(nèi)添加可提高膨化果片膨化率，但過(guò)量則使樹(shù)莓果片氣孔過(guò)多過(guò)大，使更少水蒸氣壓力轉(zhuǎn)換成膨化作用力，導(dǎo)致膨化率降低，但單甘脂添加量對(duì)膨化率影響幅度較小。同一單甘脂添加量水平下，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)。由表3可知，黃原膠添加量和單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片膨化率作用F值分別為48.76和0.00215，可見(jiàn)黃原膠添加量對(duì)膨化率影響大于單甘脂添加量。

圖11 黃原膠添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)膨化率影響Fig.11 Effect of xanthan gum addition and monoglyceride addition on expansion rate

2.2.1.5 大豆纖維添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)膨化率影響

圖12 大豆纖維添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)膨化率影響Fig.12 Effect of soybean fiber addition and monoglyceride addition on expansion rate

由圖12可知，在同一大豆纖維添加量水平下，隨單甘脂添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率呈先增后減趨勢(shì)，但趨勢(shì)較平緩，在同一單甘脂添加量水平下，隨大豆纖維添加量增加，樹(shù)莓果片膨化率逐漸減小。

由表3可知，大豆纖維添加量和單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片膨化率作用F值分別為336和0.00215，因此大豆纖維添加量影響大于單甘脂添加量。

2.2.1.6 果片膨化率最佳配方優(yōu)化

以獲得膨化率最大值為目標(biāo)，在組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，利用Design Expert（Ver7.1）軟件對(duì)回歸方程優(yōu)化，各因素最佳添加量為黃原膠添加量為0.6%，大豆纖維添加量為4%，單甘脂添加量為0.4%，最終膨化率為3.76。

2.2.2 各因素對(duì)硬度影響

2.2.2.1 硬度回歸模型

不同添加劑組合對(duì)樹(shù)莓果片硬度影響見(jiàn)表2，可知膨化果片整體硬度在4580.21～6621.21 g。各因素對(duì)樹(shù)莓果片硬度影響回歸模型方程如下：

2.2.2.2 硬度方差分析

對(duì)回歸方程方差分析結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)方差分析結(jié)果，回歸方程擬合度和顯著性檢驗(yàn)。

由表4可知，在此模型當(dāng)中，X1對(duì)方程影響極顯著，X22和X32影響顯著。經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn)，該模型F值為12.24（p＜0.0001），說(shuō)明該模型極顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.9412，失擬項(xiàng)為9.34（P＞0.05），失擬結(jié)果不顯著，說(shuō)明方程在選擇因素范圍內(nèi)，擬合程度較好。剔除不顯著項(xiàng)，得到回歸方程為：

表4 硬度回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 4 Significance test of hardness regression coefficient

2.2.2.3 黃原膠添加量和大豆纖維添加量交互作用對(duì)硬度影響

由圖 13可知，同一大豆纖維添加量水平下，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片硬度逐漸減小，主要是因?yàn)殡S黃原膠添加量增加，果團(tuán)原料黏度增大，樹(shù)莓果片內(nèi)部更容易形成疏松多孔狀，孔隙率增大，硬度減小。同一黃原膠添加量水平下，隨大豆纖維添加量增加，樹(shù)莓果片硬度先減后增，因?yàn)榇蠖估w維添加量增加，膨化樹(shù)莓果片內(nèi)部蜂窩組織逐漸均勻，膨化果片內(nèi)部孔隙增多，組織結(jié)構(gòu)疏松，產(chǎn)品硬度呈減小趨勢(shì)，大豆纖維添加量過(guò)多，膨化率下降導(dǎo)致膨化果片出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，果片結(jié)構(gòu)致密，硬度逐漸增大，但總體而言大豆纖維添加量對(duì)樹(shù)莓果片硬度影響不顯著。由表4可知，黃原膠添加量和大豆纖維添加量對(duì)樹(shù)莓果片硬度作用F值分別為88.4和1.46，F(xiàn)值代表因素對(duì)果片硬度影響程度，F(xiàn)值越大影響程度越大，可見(jiàn)大豆纖維添加量對(duì)膨化果片硬度影響小于黃原膠添加量。

圖13 黃原膠添加量和大豆纖維添加量交互作用對(duì)硬度影響Fig.13 Effect of xanthan gum addition and soybean fiber addition on hardness

2.2.2.4 黃原膠添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)硬度影響

由圖14可知，同一黃原膠添加量水平下，隨單甘脂添加量增加，樹(shù)莓果片硬度呈先減后增趨勢(shì)，因?yàn)殡S單甘脂添加量增大，單甘酯可以作為乳化劑增加樹(shù)莓果片原料持水性，減少樹(shù)莓果片硬度，改善膨化果片品質(zhì)，但單甘脂添加量過(guò)大使膨化果片原料黏度降低、持氣性下降，導(dǎo)致硬度變大。同一單甘脂添加量水平下，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片硬度逐漸減小。

圖14 黃原膠添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)硬度影響Fig.14 Effect of xanthan gum addition and monoglyceride addition on hardness

由表4可知，黃原膠添加量和單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片硬度作用F值分別為88.4和2.91，因此單甘脂添加量對(duì)膨化果片硬度影響比黃原膠添加量更小。

2.2.2.5 大豆纖維添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)硬度影響

圖15 大豆纖維添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)硬度影響Fig.15 Effect of soybean fiber addition and monoglyceride addition on hardness

由圖15可知，同一大豆纖維添加量水平下，隨單甘脂添加量增加，樹(shù)莓果片硬度呈先減后增趨勢(shì)。與單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片硬度影響相似，同一單甘脂添加量水平下，隨大豆纖維添加量增加，樹(shù)莓果片硬度呈先減后增趨勢(shì)。由表4可知，大豆纖維添加量和單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片硬度作用F值分別為1.46和2.91，因此單甘脂添加量影響大于大豆纖維添加量。

2.2.2.6 果片硬度最佳配方優(yōu)化

以獲得果片硬度最小值為目標(biāo)，對(duì)回歸方程優(yōu)化，得到最佳添加量為黃原膠添加量為0.8%，大豆纖維添加量為6%，單甘脂添加量為0.8%，硬度值為4 580.21 g。

2.2.3 各因素對(duì)脆度影響

2.2.3.1 脆度回歸模型

不同添加劑組合對(duì)樹(shù)莓果片脆度（峰數(shù)）影響見(jiàn)表2，由表2可知，峰數(shù)值59～78個(gè)。

各參數(shù)對(duì)樹(shù)莓果片脆度（峰數(shù)）影響回歸模型方程如下：

表5 脆度回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Table 5 Test table of significance of crispness regression coefficien

2.2.3.2 脆度方差分析

對(duì)回歸方程方差分析結(jié)果見(jiàn)表5。根據(jù)方差分析結(jié)果，回歸方程擬合度和顯著性檢驗(yàn)。

由表5可知，在此模型當(dāng)中，X1、X3、X22對(duì)方程影響極顯著，X2、X1X2、X32影響顯著。經(jīng)過(guò)顯著性檢驗(yàn)，該模型F值為62.13（p＜0.0001），說(shuō)明該模型極顯著。相關(guān)系數(shù)R2為0.9657，失擬項(xiàng)為10.52（P＞0.05），失擬結(jié)果不顯著，說(shuō)明方程在選擇因素范圍內(nèi)，擬合程度較好。剔除不顯著項(xiàng)，得到回歸方程為：

2.2.3.3 黃原膠添加量和大豆纖維添加量交互作用對(duì)脆度影響

由圖16可知，同一大豆纖維添加量水平下，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片脆度逐漸減增大，主要是隨著黃原膠添加量增加，膨化果片內(nèi)部孔隙增多，孔隙率變大，組織結(jié)構(gòu)疏松，破裂距離減小，脆度增大，當(dāng)黃原膠添加量為0.8%時(shí)，脆度達(dá)到最大值。同一黃原膠添加量水平下，隨大豆纖維添加量增加，樹(shù)莓果片脆度先增后減，因?yàn)殡S大豆纖維添加量增加，產(chǎn)品內(nèi)部蜂窩狀組織形成均勻狀態(tài)，膨化率增大，樹(shù)莓果片破裂距離減小，酥脆性增加，但繼續(xù)增加大豆纖維添加量，由于大豆纖維持水性導(dǎo)致產(chǎn)品膨化不完全，內(nèi)部收縮，破裂距離增大，產(chǎn)品不夠酥脆，脆度下降。從表5可知，黃原膠添加量和大豆纖維添加量對(duì)樹(shù)莓果片脆度作用F值分別為350.61和7.46，F(xiàn)值代表因素對(duì)果片脆度影響程度，F(xiàn)值越大影響程度越大，因此大豆纖維添加量對(duì)果片脆度影響小于黃原膠添加量。

圖16 黃原膠添加量和大豆纖維添加量交互作用對(duì)脆度影響Fig.16 Effect of xanthan gum addition and soybean fiber addition on the crispness

2.2.3.4 黃原膠添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)脆度影響

由圖17可知，同一黃原膠添加量水平下，隨單甘脂添加量增加，樹(shù)莓果片脆度呈先增后減趨勢(shì)，因?yàn)殡S單甘脂添加量增大，降低產(chǎn)品表面張力，進(jìn)而使空氣更容易被揉入果團(tuán)，提高果片孔隙率，形成更均勻、更細(xì)密氣孔，從而提高膨化果片脆度，繼續(xù)增加單甘脂添加量使果片膨化率降低，隨膨化率降低，形成氣孔壁變厚，硬度增加，脆度降低。同一單甘脂添加量水平下，隨黃原膠添加量增加，樹(shù)莓果片脆度逐漸減小。由表5可知，黃原膠添加量和單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片脆度作用F值分別為350.61和80.5，可見(jiàn)單甘脂添加量對(duì)脆度影響小于黃原膠添加量。

圖17 黃原膠添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)樹(shù)莓果片脆度影響Fig.17 Effect of xanthan gum addition and monoglyceride addition on the crispness

2.2.3.5 大豆纖維添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)脆度影響

由圖18可知，同一大豆纖維添加量水平下，隨單甘脂添加量增加，樹(shù)莓果片脆度呈先增后減趨勢(shì)。與單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓果片脆度影響相似，同一單甘脂添加量水平下，隨大豆纖維添加量增加，樹(shù)莓果片脆度呈先增后減趨勢(shì)。

圖18 大豆纖維添加量和單甘脂添加量交互作用對(duì)脆度影響Fig.18 Effect of soybean fiber addition and monoglyceride addition on the crispness

由表5可知，大豆纖維添加量和單甘脂添加量對(duì)樹(shù)莓 果片脆度作用F值分別為7.46和80.5，可知單甘脂添加量對(duì)脆度影響大于大豆纖維添加量影響。

2.2.3.6 果片脆度最佳配方優(yōu)化

以獲得果片脆度最大值為目標(biāo)，對(duì)回歸方程優(yōu)化，得到最佳添加量為黃原膠添加量為0.8%，大豆纖維添加量為6%，單甘脂添加量為0.8%，脆度峰值數(shù)為78個(gè)。

2.2.4 微波膨化樹(shù)莓果片配方優(yōu)化

為得到膨化率大、硬度小，脆度大膨化果片，對(duì)黃原膠添加量、大豆纖維添加量和單甘脂添加量綜合優(yōu)化，設(shè)定各因素和響應(yīng)值權(quán)重均為1，可得出3個(gè)因素綜合優(yōu)化條件，優(yōu)化值及驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表6。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)確定最優(yōu)結(jié)果，與回歸模型優(yōu)化預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差分別為：膨化率1.3%，硬度2.45%，脆度4.05%，驗(yàn)證結(jié)果表明優(yōu)化配方合理，具有一定實(shí)用價(jià)值。

表6 優(yōu)化結(jié)果和驗(yàn)證值Table 6 Optimization results and validation values

3 討論

為克服微波膨化樹(shù)莓果片存在硬度大、粘性大、脆性差等問(wèn)題，影響產(chǎn)品膨化效果和適口性，通過(guò)在原料配方中加入添加劑，以期提高膨化率和質(zhì)構(gòu)特性。通過(guò)單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)3種添加劑均顯著影響膨化果片膨化率和質(zhì)構(gòu)特性，適合添加量可有效提高樹(shù)莓果片膨化率和脆度，降低產(chǎn)品硬度，說(shuō)明原料配方組成對(duì)膨化果片膨化率、質(zhì)構(gòu)特性及食用口感產(chǎn)生顯著影響，與牟艷秋等對(duì)樹(shù)莓果片微波膨化工藝及感官品質(zhì)研究結(jié)果一致[18-19]，同時(shí)驗(yàn)證試驗(yàn)說(shuō)明本研究參數(shù)優(yōu)化合理性。單因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，果片膨化率最大值與硬度最小值、脆度最大值并不出現(xiàn)在相同添加劑量處，一般果片出現(xiàn)膨化率最大值所需添加劑量略小于出現(xiàn)硬度與脆度極值時(shí)添加量，具體原因有待深入研究。

4 結(jié)論

a．通過(guò)單因素分析發(fā)現(xiàn)黃原膠添加量為0.6%時(shí)，樹(shù)莓果片膨化率最高，添加量為0.8%時(shí)硬度最小、脆度最大；大豆纖維添加量為4%時(shí)樹(shù)莓果片膨化率最高，添加量為6%時(shí)硬度最小、脆度最大；單甘酯添加量為0.6%時(shí)樹(shù)莓果片膨化率最大，添加量為0.8%時(shí)硬度最小、脆度最大。單因素試驗(yàn)中添加黃原膠樹(shù)莓果片膨化率增大較明顯，添加單甘酯樹(shù)莓果片硬度較低、脆度較高，不同添加劑在微波膨化過(guò)程作用不同。

b．在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)組合試驗(yàn)，結(jié)果表明，各因素對(duì)膨化率交互作用影響程度依次為：大豆纖維添加量＞黃原膠添加量＞單甘酯添加量；各因素對(duì)硬度交互作用影響程度依次為：黃原膠添加量＞單甘酯添加量＞大豆纖維添加量；各因素對(duì)脆度交互作用影響程度依次為：黃原膠添加量＞單甘酯添加量＞大豆纖維添加量。

c．通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化，獲得樹(shù)莓果片微波膨化最佳配方為黃原膠添加量為0.75%，大豆纖維添加量為5.5%，單甘脂添加量為0.7%。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果為：膨化率為3.59，硬度為4380.25g，脆度峰值71個(gè)，與理論預(yù)測(cè)值相比，驗(yàn)證結(jié)果最大相對(duì)誤差4.05%，小于5%，表明優(yōu)化配方合理。

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Effect of different additives on texture properties of microwave puffing raspberry chips/

SU Xiaolin1,2,LIU Chenghai1,XUE Hongkun1,CHEN Kaidi1,ZHENG Xianzhe1
(1.School of Engineering,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Department of Food Engineering,Heilongjiang Vocational College for Nationalities,Harbin 150066,China)

In order to improve the texture properties and puffing rate of puffed raspberry chips,the raw material formula was adjusted by adding three kinds of additives,such as xanthan gum,soybean fiber and monoglyceride,where the expansion ratio,hardness and crispness were regarded as the dependent variables.Single factor and Box-Behnken combination experiments were conducted to investigate the effects of xanthan gum,soybean fiber and monoglyceride on the textural properties of puffed raspberry chips,and therefore obtained the regression model and optimized the optimum microwave puffing formula.Results showed that the optimum formula were：the addition amount of xanthan gum 0.75%,soybean fiber content 5.5%,and monoglyceride content 0.7%,which resulted in the highest expansion rate,the smallest hardness and the maximum crispness of puffed raspberry chips.The optimum formula of the microwave puffing raspberry chips was tested and the maximum relative error was less than 5%,which indicated that the optimized formula was reasonable.In conclusion,a suitable amount of additive could improve the texture properties of puffed raspberry chips,which could contribute a theoretical basis of the commercial utilization for the production.

microwave puffing；raspberry chip;texture property;additive

TS214

A

1005-9369（2017）10-0075-13

蘇曉琳,劉成海,薛宏坤,等.添加劑對(duì)微波膨化樹(shù)莓果片質(zhì)構(gòu)特性的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(10)：75-87.

Su Xiaolin,Liu Chenghai,Xue Hongkun,et al.Effect of different additives on texture properties of microwave puffing raspberry chips[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(10)：75-87.(in Chinese with English abstract)

2017-03-31

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31271911）

蘇曉琳（1982-），女，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：sulinlin99@163.com

*通訊作者：鄭先哲，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：zhengxz2013@163.com