響應(yīng)面優(yōu)化菠蘿蜜果粉 真空冷凍干燥工藝

王穎倩,張 偉,朱科學(xué),譚樂和,張彥軍,吳 剛

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院,黑龍江大慶 163319;2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所,海南萬(wàn)寧 571533 3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)電氣與信息學(xué)院,黑龍江大慶 163319)

菠蘿蜜(ArtocarpusheterophyllusLam.)是一種典型的熱帶水果,又稱“樹菠蘿”和“木菠蘿”,是世界上最大的食用水果之一,單個(gè)果實(shí)重10～50 kg[1]。菠蘿蜜在我國(guó)種植已有一千多年的歷史,在海南、廣西、廣東、云南、福建和臺(tái)灣等地區(qū)均有種植[2-3]。菠蘿蜜果實(shí)碩大,產(chǎn)量高,種植經(jīng)濟(jì)效益好。盛產(chǎn)期菠蘿蜜產(chǎn)量為37500 kg/hm2左右,產(chǎn)值保守估計(jì)近十幾萬(wàn)元[4]。菠蘿蜜含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分,如蛋白質(zhì)、淀粉、維生素B6、硫胺素、鈉、鉀、鐵、鈣和鋅等,具有抗氧化、降血壓、治愈腹瀉、緩解哮喘、潰瘍和便秘等功效[5-7],是一種發(fā)展前景很好的熱帶水果。

據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)菠蘿蜜的消費(fèi)額由2011年6900美元增加到2015年1.09億美元[8]。此外,有關(guān)菠蘿蜜的開發(fā)利用也越來越受到重視,Haque[9]開發(fā)菠蘿蜜果肉和堅(jiān)果仁的蛋糕,并研究了其儲(chǔ)存性;Panda[10]將菠蘿蜜加工成(8.23% v/v)果酒,有較高的抗氧化性能和感官評(píng)分;Alok S[11]對(duì)菠蘿蜜果肉采用熱風(fēng)和冷凍組合干燥,制備了菠蘿蜜脆片;Maity T[12]研究了油炸菠蘿蜜脆片技術(shù);Sayuti K[13]因菠蘿蜜富含纖維將其加工成了果醬。目前我國(guó)菠蘿蜜除了鮮食外,產(chǎn)品的加工主要集中在菠蘿蜜脆片的加工工藝[4]。王天陸[14-15]研究了菠蘿蜜脆片真空油炸和脫油技術(shù)工藝;徐飛[16]采用微波真空干燥技術(shù)探討了干燥功率、時(shí)間和投物量對(duì)菠蘿蜜脆片干燥效果的影響,并建立數(shù)學(xué)模型;王萍[17]研究了菠蘿蜜脆片的熱風(fēng)變溫壓差膨化工藝;張彥軍[18]針對(duì)真空冷凍不同降溫模式對(duì)菠蘿蜜果肉脆片的干燥效果進(jìn)行了研究。而菠蘿蜜果粉的加工工藝尚未見報(bào)道。新鮮水果含水率一般高達(dá)80%,被列為高度易腐商品[19],果肉作為菠蘿蜜主要食用部分,占整果重量的30%～35%[20],將果肉直接加工成果粉不僅能降低運(yùn)輸成本,也能有效解決鮮果易腐爛難以遠(yuǎn)銷的難題,還能豐富菠蘿蜜市場(chǎng)的產(chǎn)品種類。

果粉的加工分為干法加工和濕法加工,即干制品研磨制粉和鮮果打漿制粉。干法加工的粉末,產(chǎn)品顆粒粗大,溶解性差,且制成的粉由于多次加熱破壞了產(chǎn)品天然的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味;濕法加工能在低溫條件下制備,能很好的保持產(chǎn)品天然物質(zhì),且干燥均勻[21]。噴霧干燥和真空冷凍干燥因其具有較好成粉效果,被認(rèn)為是果粉加工的主要加工方式[22]。真空冷凍干燥與噴霧干燥相比,能有效地避免干燥過程中產(chǎn)生的粘壁現(xiàn)象,從而減少原料的浪費(fèi),且能較好的保持熱敏性物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)和色澤。

因此,本研究擬以菠蘿蜜果肉為實(shí)驗(yàn)原材料,采用Box-Behnken法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),探究真空冷凍干燥濕法加工中干燥溫度、料液比和麥芽糊精添加量對(duì)菠蘿蜜果粉含水率、溶解度和色差值ΔE的影響,為菠蘿蜜果粉的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菠蘿蜜 根據(jù)前期品種比較與篩選,選用馬來西亞1號(hào)品種作為研究對(duì)象[23]。

JDG-0.2T型凍干機(jī) 蘭州科近真空凍干技術(shù)有限公司;奧克斯(AUX)全營(yíng)養(yǎng)果蔬調(diào)理機(jī) 奧克斯集團(tuán)有限公司;海爾DW-86L728J超低溫冰箱 海爾集團(tuán);Master-S-Plus UVF型實(shí)驗(yàn)室專用超純水機(jī) 上海和泰有限公司;艾卡Magic-Lab多功能乳化分散機(jī) 艾卡(廣州)儀器設(shè)備有限公司;MB45型快速水分測(cè)定儀 奧豪斯儀器(上海)有限公司;x-rite SP62分光測(cè)色儀 美國(guó)Xrite公司;DHG-9013A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)有限公司;LXJ-IIB低速離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;AL 104電子天平 梅特勒-托利儀器(上海)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 菠蘿蜜去除果皮、果絲和種子,洗凈,取100 g菠蘿蜜果肉,在一定料液比(鮮果質(zhì)量:去離子水質(zhì)量)下,低溫條件下打漿5 min后,添加一定量的麥芽糊精,以4500 r/min的速度均質(zhì)10 min,超低溫條件預(yù)凍12 h,真空冷凍干燥機(jī)設(shè)定一定溫度進(jìn)行干燥,干燥后備用。。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定方法

1.2.2.1 含水率 干燥結(jié)束后,立即利用MB45型快速水分測(cè)定儀對(duì)其含水率進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2.2 溶解度 取0.5 g菠蘿蜜果粉,加入50 mL的超純水,用磁力攪拌器以1500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min,4000 r/min條件離心5 min,取上清液20 mL兩次,分別置于已知質(zhì)量的玻璃培養(yǎng)皿中,烘箱105 ℃的條件干燥4 h,稱其質(zhì)量,計(jì)算其溶解度。

式中:η表示菠蘿蜜果粉的溶解度(%),m0表示培養(yǎng)皿的質(zhì)量(g),m1表示稱取菠蘿蜜果粉的質(zhì)量(g);m2表示培養(yǎng)皿與蒸干菠蘿蜜殘余量的質(zhì)量(g);δ表示菠蘿蜜果粉的含水率。

1.2.2.3 色差值ΔE 采用x-rite SP62 分光測(cè)色儀進(jìn)行色差值ΔE的測(cè)定(標(biāo)樣參數(shù):L=87.15、a=3.86、b=35.16、c=35.37、h=83.73)。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)置真空冷凍干燥機(jī)參數(shù),真空度為20～80 Pa,冷肼溫度為-20 ℃,第一階段物料板溫度為60 ℃持續(xù)3 h,單因素實(shí)驗(yàn)溫度研究為第二階段,待真空冷凍干燥機(jī)屏幕顯示物料恒重后取出物料實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

固定料液比為1∶4 g/mL,麥芽糊精添加量為12.50%,考察干燥溫度(40、50、60、70、80和90 ℃)對(duì)菠蘿蜜果粉品質(zhì)的影響;固定溫度為60 ℃,麥芽糊精添加量為12.50%,考察料液比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 g/mL)對(duì)菠蘿蜜果粉品質(zhì)的影響;固定溫度為60 ℃,料液比為1∶4 g/mL考察麥芽糊精添加量(5.00%、7.50%、10.00%、12.50%、15.00%、17.50%)對(duì)菠蘿蜜果粉品質(zhì)的影響。

1.2.4 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,確定干燥溫度(A)、麥芽糊精添加量(B)和料液比(C)的實(shí)驗(yàn)范圍,以含水率(Y1)、溶解度(Y2)和色差值ΔE(Y3)為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),采用Box-Behnken法對(duì)菠蘿蜜果粉品質(zhì)進(jìn)行綜合優(yōu)化,因素水平及其編碼見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素水平及其編碼表Table 1 Independent variables and their levels

1.3 數(shù)據(jù)分析

單因素與指標(biāo)的趨勢(shì)圖,通過Origin Pro 9.0軟件完成圖形的繪制;因素與指標(biāo)間響應(yīng)面圖的繪制和響應(yīng)面回歸方程式的建立均采用Design-Expert 8.0.5軟件進(jìn)行處理,因素間顯著性通過方差分析,p<0.01表示極顯著影響,p<0.05表示顯著影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素結(jié)果與分析

2.1.1 干燥溫度的確定 由圖1a可知,含水率隨著溫度的升高先降低后升高,溫度在真空冷凍干燥過程中主要為物料內(nèi)部水分逸出提供能量,當(dāng)干燥過程中干燥溫度較高時(shí),物料失水處于內(nèi)控狀態(tài),供給的能量一部分用于水分的逸出,多余的能量會(huì)增加表層的溫度,因溫度過高,表層會(huì)出現(xiàn)水蒸氣通道堵塞和硬化現(xiàn)象,從而物料的含水率增大。由圖1b可知,溶解度隨著干燥溫度的升高,先升高后降低,溫度較高時(shí),物料外皮硬化,導(dǎo)致溶解度降低,在干燥溫度為60 ℃,菠蘿蜜果粉具有較高的溶解度;由圖1c可知,溫度較高會(huì)破壞物料原有的色澤,菠蘿蜜果粉色差值ΔE隨著干燥溫度的升高逐漸升高。結(jié)果表明,干燥溫度直接影響菠蘿蜜果粉的效果,當(dāng)干燥溫度較低時(shí)菠蘿果粉具有較好的色澤,但需要較長(zhǎng)的干燥時(shí)間,較高的干燥溫度雖然能縮短干燥時(shí)間,但是果粉的品質(zhì)受到一定影響。

為防止粉末產(chǎn)品結(jié)塊,規(guī)定產(chǎn)品包裝前的含水率不能高于4%[24],為了保證有充足的包裝時(shí)間,果粉的含水率越低越好。關(guān)于溶解度現(xiàn)在還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn),溶解度越高越容易被人體消化吸收,同時(shí)考慮到果粉后期多元化的利用,溶解度越高越好。當(dāng)色差值ΔE超過7后就會(huì)超過可接受誤差。綜合考慮干燥溫度對(duì)含水率,溶解度和色差值ΔE的影響,因此選取干燥溫度為50～70 ℃作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)范圍。

2.1.2 麥芽糊精添加量的確定 如圖2a所示,隨著麥芽糊精添加量的增加,

圖2 麥芽糊精對(duì)(a)含水率、

含水量逐漸減小并趨于穩(wěn)定,是由于麥芽糊精易溶于水也易失水的結(jié)構(gòu),當(dāng)麥芽糊精與被干燥的物料混合后,改變了物料之間的粘黏度,增大了果粉顆粒之間間隔,加速樣品的干燥。本研究發(fā)現(xiàn),添加麥芽糊精的量越多,干燥終點(diǎn)的含水率越低,可能是由于果漿微粒間夾雜的麥芽糊精的量增多,減小了物料的粘黏性和增大了干燥過程中形成的干燥通道,使菠蘿蜜果漿越容易被干燥;圖2b所示,溶解度隨著麥芽糊精添加量的增加逐漸增加,添加適當(dāng)?shù)柠溠亢纳屏瞬ぬ}蜜果粉的外層形態(tài),使果粉之間的粘黏性降低,溶解度升高;如圖2c所示,隨著麥芽糊精添加量的增加,色差值ΔE也逐漸增大,用于麥芽糊精的本體顏色為白色,菠蘿蜜果粉的本體顏色為黃色,當(dāng)隨著麥芽糊精添加量逐漸增大時(shí),菠蘿蜜果粉越來越偏離本體顏色。

綜合考慮麥芽糊精添加量對(duì)果粉含水率、溶解度和色差值ΔE的影響,因此選取麥芽糊精添加量為5%～10%作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)范圍。

2.1.3 料液比的確定 由圖3a可知,隨著料液比的增加,菠蘿蜜果粉的含水率總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),料液比達(dá)到1∶5后,隨著料液比的增加含水率趨于穩(wěn)定。料液比越大,菠蘿蜜微粒的距離就越大,自由水較易從果漿中逸出,逸出的自由水,使菠蘿蜜微粒之間的干燥通道變大,水蒸氣從凍結(jié)的物料中逸出就越容易,物料也越容易被充分干燥。在同一干燥溫度下,此溫度的干燥能力有限,當(dāng)物料內(nèi)部的自由水逸出后,物料的水分不再隨著料液比的增加發(fā)生變化,即含水率隨著料液比的增加趨于平穩(wěn)[25];由圖3b可知,溶解度隨著料液比的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì),料液比越大,菠蘿蜜果粉的溶解度越低。由圖3c可知,料液比對(duì)色差值ΔE幾乎沒有影響。

圖3 料液比對(duì)(a)含水率、

料液比越小所需要的干燥時(shí)間就越短,考慮到能耗和以及對(duì)干燥后果粉的含水率,溶解度和色差值ΔE的影響,因此選擇料液比為1∶2～1∶4 g/mL作為響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)范圍。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原則,利用Design-Expert 8.0.5軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。以含水率、溶解度、色差值ΔE作為相應(yīng)值,設(shè)計(jì)了三因素三水平共計(jì)17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)方案,其中有12個(gè)析因?qū)嶒?yàn),5個(gè)零點(diǎn)實(shí)驗(yàn),用以估計(jì)實(shí)驗(yàn)誤差。

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Experimental design and results

利用Design-Expert 8.0.5軟件對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表3。

表3 回歸系數(shù)顯著性分析Table 3 Regression coefficient significance analysis

2.2.1 回歸方程分析 利用Design-Expert 8.0.5軟件,對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸處理,得到Y(jié)1(含水率)、Y2(溶解度)和Y3(色差值ΔE)三個(gè)響應(yīng)面回歸方程:

Y1=2.35-0.13A-0.096B-0.033C+0.032AB+0.005BC+0.39A2+0.00075B2-0.032C2

Y2=87.53+0.010A+0.44B-0.35C+0.11AB-0.14AC-0.45BC-1.79A2-0.33B2-0.30C2

Y3=6.35+0.50A+0.11B-0.00625C-0.040AB+0.0025AC-0.010BC-0.20A2+0.020B2-0.063C2

2.2.2 響應(yīng)面圖分析 根據(jù)回歸方程得出不同因素影響指標(biāo)的響應(yīng)面圖見圖4～圖6,響應(yīng)面圖能直觀的反應(yīng)出因素對(duì)指標(biāo)的影響情況。

2.2.2.1 工藝參數(shù)對(duì)含水率的影響 由表3可知,一次項(xiàng)中,干燥溫度和麥芽糊精的添加量對(duì)含水率的影響極顯著(p<0.01),料液比對(duì)含水率的影響不顯著(p>0.05),由p的大小可以得出影響菠蘿蜜粉含水率的主次因素為:A(干燥溫度)>B(麥芽糊精添加量)>C(料液比);二次項(xiàng)中,干燥溫度A2達(dá)到了極顯著水平(p<0.01),說明溫度對(duì)菠蘿蜜含水率有直接影響,是限制含水率的主要因素;交互項(xiàng)中可以看出個(gè)交互項(xiàng)對(duì)含水率影響不顯著(p>0.05),說明因素對(duì)指標(biāo)的影響沒有產(chǎn)生疊加效應(yīng)。

由圖4可知,溫度較低時(shí)物料有較高的含水率,當(dāng)溫度超過60 ℃后,物料的含水率出現(xiàn)上升趨勢(shì),但增加幅度較小。隨著干燥溫度的升高含水率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì),當(dāng)干燥溫度為60 ℃時(shí),含水率最低。在真空冷凍升華干燥階段,介質(zhì)傳入的熱量主要使冰晶升華,升華干燥結(jié)束后進(jìn)入解析階段,此時(shí)物料內(nèi)部仍具有約10%的含水量,大部分以吸附水的形式存在,去除吸附水比去除自由水具有更高的難度,因此,干燥溫度較低時(shí)吸附水較難去除,具有較高的含水率;然而,當(dāng)干燥溫度升高到一定程度后,傳入的能量一部分用于冰晶的升華,多余的熱量會(huì)增加凍干體表層的溫度,使基質(zhì)粘度升高,導(dǎo)致局部氣流通道粘結(jié),使內(nèi)部水汽蒸發(fā)通道受阻,甚至出現(xiàn)表層硬化的現(xiàn)象[26];Akkaya Z[27]和Sathalakshmy[28]研究發(fā)現(xiàn)含糖量高的物料水分蒸發(fā)過程受外表皮結(jié)殼狀態(tài)的影響顯著,表皮結(jié)殼后,內(nèi)部水分較難逸出,這就是高溫時(shí)含水率較高的原因[28]。此外,在料液比不變的條件下,隨著麥芽糊精添加量的增加,含水率呈現(xiàn)下降趨勢(shì),這與陳啟聰?shù)萚29]的研究結(jié)果相一致。麥芽糊精添加和料液比對(duì)含水率的影響呈現(xiàn)線性關(guān)系,麥芽糊精添加量曲面變化較料液比曲面變化明顯要陡,這說明麥芽糊精添加量對(duì)含水率影響較料液比更顯著,與表3中的回歸系數(shù)顯著性結(jié)果分析相一致。

圖4 各因素對(duì)含水率影響的響應(yīng)面分析Fig.4 Response surface analysis of various factors affecting moisture content

2.2.2.2 工藝參數(shù)對(duì)溶解度的影響 由表3可知,在一次項(xiàng)中,麥芽糊精添加量對(duì)溶解度有顯著影響(p<0.05),溫度和料液比對(duì)溶解度影響不顯著。從p值大小順序確定影響溶解度的主次順序?yàn)?B(麥芽糊精添加量)>C(料液比)>A(干燥溫度);二次項(xiàng)中干燥溫度A2對(duì)溶解度有極顯著影響(p<0.01);交互項(xiàng)對(duì)溶解度的影響不顯著(p>0.05)。

從圖5可知,隨著麥芽糊精添加量的增大,菠蘿蜜果粉的溶解度逐漸增加,這點(diǎn)與Caliskan G[30]的研究結(jié)果相一致,可能是通過加入麥芽糊精減少了物料粘性,并于干燥過程中在果粉顆粒表面形成外層,在外層麥芽糊精的保護(hù)下,物料一定程度上避免了長(zhǎng)時(shí)間與熱空氣直接接觸,另一方面麥芽糊精縮短了干燥時(shí)間,也縮短果粉與熱空氣接觸的時(shí)間,從而進(jìn)一步提高了溶解度。料液比對(duì)溶解度的影響接近顯著(p=0.0517>0.05)。溶解度隨著料液比的增加逐漸減小(圖5),可能是因?yàn)榱弦罕仍酱?升華時(shí)水蒸氣逸出的通道就越大,水蒸氣逸出后,解析階段,增大了物料與熱空氣接觸的相對(duì)表面積,受干燥溫度影響表面形成一層致密的硬殼,從而導(dǎo)致菠蘿蜜果粉的溶解度降低;Si X[31]研究還發(fā)現(xiàn)高溫或者長(zhǎng)時(shí)間的干燥方法會(huì)導(dǎo)致果粉的溶解度降低,可能是因?yàn)楦稍镞^程中美拉德反應(yīng)使單糖損失嚴(yán)重所以導(dǎo)致溶解度減低,料液比越大意味著干燥時(shí)間越長(zhǎng),單糖損失的越嚴(yán)重,溶解度就越低。

圖5 各因素對(duì)溶解度影響的響應(yīng)面分析Fig.5 Response surface analysis of various factors affecting solubility

2.2.2.3 工藝參數(shù)對(duì)色差值ΔE的影響 由表3可知,在一次項(xiàng)中,干燥溫度和麥芽糊精添加量對(duì)色差值ΔE有極顯著的影響(p<0.01),料液比對(duì)色澤的影響不顯著(p>0.05)。影響菠蘿蜜粉溶色差值ΔE的主次因素為:干燥溫度(A)>麥芽糊精添加量(B)>料液比(C);二次項(xiàng)中干燥溫度A2對(duì)溶解度有極顯著影響(p<0.01);交互項(xiàng)對(duì)色差值ΔE的影響不顯著(p>0.05)。

由圖6可知,隨著干燥溫度的升高,色差值ΔE增大。資料顯示物料水汽逸出溫度越低時(shí),干燥過程中產(chǎn)品褐變減少,產(chǎn)品的色澤越好[32]。當(dāng)干燥溫度較高時(shí),導(dǎo)致色澤熱降解或者在干燥過程中發(fā)生美拉德反應(yīng),致使色澤產(chǎn)生變化[31]。隨著麥芽糊精添加量的增加,菠蘿蜜果粉色差值越大。這是由于麥芽糊精所占的比例越大,使得菠蘿蜜果粉的顏色越偏離本色。從圖6可以看出無論溫度和麥芽糊精添加量如何變化,料液比對(duì)色差值ΔE的影響值都保持水平值,說明料液比對(duì)色差值ΔE幾乎沒有影響。

圖6 因素對(duì)色澤的影響相應(yīng)面分析Fig.6 Response surface analysis of various factors affecting color

2.3 優(yōu)化結(jié)果分析

利用Design-Expert 8.0.5軟件中的優(yōu)化程序,對(duì)表3中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,Y1(含水率)和Y3(色差值ΔE)在實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到最小值,Y2(溶解度)在實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到最大值,即Yj=MinY(j=1,3),Y2=MaxY,各實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的優(yōu)化值及對(duì)應(yīng)的工藝參數(shù)組合如表4。

表4 指標(biāo)優(yōu)化值Table 4 Indicator optimization values

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)分析,令:F0=λ1Y1+λ2Y2+λ3Y3,其中λ1、λ2、λ3分別對(duì)應(yīng)Y1(含水率)、Y2(溶解度)、Y3(色差值ΔE)的加權(quán)系數(shù),且λ1+λ2+λ3=1。參照文獻(xiàn)[33-34]方法評(píng)定菠蘿蜜果粉的權(quán)重系數(shù),果粉產(chǎn)品在安全水分內(nèi)(含水率5%),對(duì)各個(gè)指標(biāo)的重要性達(dá)成以下共識(shí):色澤相對(duì)重要,含水率和溶解度略重要,得出權(quán)重系數(shù)的分配情況為λ1=0.3、λ2=0.3、λ3=0.4。

利用Design-Expert 8.0.5軟件對(duì)其進(jìn)行加權(quán)綜合優(yōu)化分析得到綜合優(yōu)化分析的參數(shù)組合為干燥溫度(A)=55.90 ℃,麥芽糊精添加量(B)=9.10%,料液比(C)=1∶2 g/mL,得到各指標(biāo)理論最優(yōu)值為:含水率(Y1)為2.21%,溶解度(Y2)為87.40%,色澤(Y3)為5.71,對(duì)最優(yōu)工藝參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的修正,工藝參數(shù)為干燥溫度(A)=56 ℃,麥芽糊精添加(B)=9.00%,料液比(C)=1∶2 g/mL。

參照修正后的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),獲得菠蘿蜜果粉的含水率(Y1)為2.29%,溶解度(Y2)為88.10%,色澤(Y3)為5.86,三個(gè)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)含水率,溶解度,色差值ΔE接近的理論值最優(yōu)值,表明本研究?jī)?yōu)化的干燥工藝參數(shù)達(dá)到預(yù)期。

3 討論與結(jié)論

真空冷凍干燥制備果蔬粉兩種(干法和濕法)加工方式中,濕法加工在干燥過程中能有效的縮短干燥時(shí)間,降低含水率低,還可以通過添加助干劑提高產(chǎn)品品質(zhì)。鄧資靖等[35]以紫薯為原料,通過真空干燥、真空冷凍干燥、鼓風(fēng)干燥三種干燥方法對(duì)紫薯濕法加工全粉干燥工藝進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)真空冷凍干燥較其他兩種干燥方式能較好的保存紫薯的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),且有較高的出粉率。李翠麗等[36]采用四種干燥方式制備梨棗粉,發(fā)現(xiàn)真空冷凍濕法加工不僅能夠很好的保持梨棗的理化性質(zhì),而且梨棗粉的抗氧化活性也能較好保留。王偉等[37]探究了濕法凍干草莓粉的加工工藝,確定了最優(yōu)工藝為在-25 ℃的條件下預(yù)凍5 h,裝料厚度為6 mm,升華溫度為55 ℃,解析溫度為70 ℃時(shí)制備的草莓粉品質(zhì)最佳。張康逸等[38]將三種鮮食谷物玉米、青麥仁、青豆磨漿處理后采用真空冷凍干燥方式獲得復(fù)水性、溶解性較好,吸濕率低,顆粒細(xì)膩、色澤均一、具有特有的香氣谷物全粉,綜合感官評(píng)分為96分。

綜上所述,真空冷凍濕法加工在干燥果蔬粉過程中保持物料原有的色澤和營(yíng)養(yǎng)成分方面,具有其他干燥方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文通過濕法加工菠蘿蜜果粉,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面優(yōu)化得到菠蘿果粉真空冷凍干燥工藝參數(shù)為干燥溫度56 ℃、麥芽糊精添加量9.00%、料液比1∶2 g/mL,在此工藝參數(shù)下制備的菠蘿蜜果粉含水率為2.29%,溶解度為88.10%,色差值ΔE為5.86。優(yōu)化后的工藝參數(shù)制備的菠蘿蜜果粉品質(zhì)更好,為菠蘿蜜果粉后續(xù)的研究和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考。