一款真空冷凍干燥胡蘿卜黃花梨果蔬脆的研制

歐陽銳，江貽潔，王志輝，陳文韜，林淵智，施源德*

福建師范大學(xué)福清分校，食品軟塑包裝技術(shù)福建省高校工程研究中心（福清 350300）

胡蘿卜含有豐富的維生素和纖維素，并含有益于機(jī)體健康的胡蘿卜素，是生活中食用最多的蔬菜之一[1-2]。黃花梨是中國科學(xué)家新培育出的優(yōu)秀砂梨品種，富含維生素、碳水化合物，以及礦物質(zhì)如鈣、鐵、磷等，口感甜脆，有著良好食用和經(jīng)濟(jì)價值，但黃花梨存在采收期短，不易保存，微生物繁殖速度快，極易失水、變色及軟化[3]，因此，黃花梨的貯運(yùn)和保鮮及其新的衍生產(chǎn)品的開發(fā)成為研究熱點(diǎn)。果蔬脆片是以果蔬為原料，通過脫水技術(shù)加工而成的口感酥脆的天然食品[4]。

傳統(tǒng)的果蔬脆產(chǎn)品通常以一種水果或蔬菜為原料，經(jīng)油炸脫水制成，存在含油量相對較高，容易生成丙烯酰胺等問題[5]?；诖耍捎酶倪M(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)果蔬脆片，特別是真空冷凍干燥技術(shù)（FD）的應(yīng)用成為研究熱門。如侯春輝[6]以胡蘿卜和馬鈴薯為主原料，采用4種不同干燥方式制備再造型復(fù)合脆片，探究干燥方式和原料配比對再造型復(fù)合脆片干燥特性與品質(zhì)的影響，提出真空凍干干燥的復(fù)合脆片品質(zhì)較佳，形態(tài)結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)成分都保持較好；段柳柳等[7]研究微波凍干技術(shù)制備懷山藥脆片，并研究在干燥過程中的質(zhì)構(gòu)變化規(guī)律，提出微波凍干懷山藥脆片干燥過程中的最佳脆性數(shù)學(xué)模型為DoseResp模型y=A1+(A2-A1)/(1+10(lgx0-x)p)，R2＞0.99，其中x為水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，y為脆性，A、x0、p為系數(shù)常數(shù)，該模型可較好地預(yù)測懷山藥脆片的脆性變化規(guī)律；馮穎等[8]以產(chǎn)出率、復(fù)水比、硬度、脆度等16項(xiàng)為品質(zhì)指標(biāo)，并根據(jù)品質(zhì)模型和綜合得分，來評價11種凍干桃片的綜合品質(zhì)，得到6個主要指標(biāo)為硬度、維生素C、總果膠、蔗糖、纖維素和色差（ΔE），最佳凍干品種為紫桃；對單一果蔬凍干研制[9]有較多比較分析，但是將水果與蔬菜復(fù)配再進(jìn)行凍干制備的研究尚少。因此，試驗(yàn)將胡蘿卜與黃花梨復(fù)配后采用真空冷凍干燥技術(shù)，制備果蔬脆，利用響應(yīng)面法優(yōu)化得到最佳配方，并研究最佳配方的復(fù)水率和微觀結(jié)構(gòu)，以期為黃花梨以及果蔬復(fù)配的新產(chǎn)品開發(fā)提供思路。

1 原料與方法

1.1 原料與試劑

黃花梨（市售）；果葡糖漿（中糧生化能源（衡水）有限公司）；凍干胡蘿卜粉（山東佐緣食療科技有限公司）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

DW-40超低溫冰箱（滄州鑫興）；TFDX0.25真空冷凍干燥機(jī)（煙臺中孚）；EZtest-ez-S質(zhì)構(gòu)儀（日本島津）；Nikon DS-Ri2熒光顯微鏡（上海尼康）；TG1850-WS高速離心機(jī)（上海湘儀）。

1.3 工藝流程[10]

胡蘿卜粉預(yù)處理↘ ↙果葡糖漿黃花梨預(yù)處理→果蔬糊→注模整型→急速預(yù)凍結(jié)→真空冷凍干燥→脫模→成品

1.4 部分操作要點(diǎn)

1.4.1 胡蘿卜粉預(yù)處理

按胡蘿卜粉與水質(zhì)量比1︰3比例溶解，接連30目和60目篩網(wǎng)后備用。

1.4.2 黃花梨預(yù)處理

將黃花梨清洗去皮，切分去核，去核間隙可將黃花梨塊放入清水中，以隔絕空氣，防止氧化，榨汁備用。

1.4.3 注模整型

將果蔬糊分裝于模具當(dāng)中，用刮板刮平其表面，輕微振蕩模具，使果蔬糊中可能存在的氣泡消失。

1.4.4 急速預(yù)凍結(jié)

將果蔬糊置于-35 ℃的超低溫冰箱中，凍結(jié)時間5 h。利用超低溫環(huán)境進(jìn)行急速預(yù)凍結(jié)，使果蔬糊的中心溫度下降到-35 ℃，其中水分凍成結(jié)晶狀態(tài)。若有未凍結(jié)水分，在升華干燥時會沸騰，導(dǎo)致產(chǎn)品外觀膨脹異常[11]。

1.4.5 真空冷凍干燥

取出凍結(jié)完全的果蔬糊，按照真空冷凍干燥步驟放入凍干倉中干燥，并控制凍干參數(shù)，使物料內(nèi)部的冰晶完全升華，降溫至60 ℃以下出倉，得到胡蘿卜黃花梨果蔬脆。緩慢加熱并保持加熱罐溫度50 ℃以下，冷阱溫度小于-35 ℃，真空度小于40 Pa干燥時間22 h[12]。

1.5 試驗(yàn)方法

1.5.1 硬度測定

硬度是第1次壓縮時的最大峰值，即食品達(dá)到變形時的力，是評價果蔬脆口感與品質(zhì)的重要指標(biāo)。通過EZtest-ez-S質(zhì)構(gòu)儀測定果蔬脆的硬度。使用直徑2 mm的平底柱形探頭P/2和帶孔的平臺，測前速率2 mm/s，測定速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，各試驗(yàn)處理組的測定重復(fù)3次，均測試果蔬脆的中心，其測定結(jié)果取平均值。

1.5.2 感官品質(zhì)測定

試驗(yàn)采用感官評分法對果蔬脆的外觀及口感進(jìn)行感官檢驗(yàn)。選取身體健康，年齡在20～45歲之間的師生共10人組成感官鑒定小組，由感官鑒定小組對樣品進(jìn)行打分。各指標(biāo)的感官評分值定在0～25分之間，共100分，感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1[13]。

表1 胡蘿卜黃花梨果蔬脆感官評分標(biāo)準(zhǔn)

1.5.3 測定復(fù)水比

通過真空冷凍干燥脫水的食品，其復(fù)水能力可以直接體現(xiàn)胡蘿卜黃花梨果蔬脆的品質(zhì)。稱取一定質(zhì)量的果蔬脆粉m1（g）于盛有蒸餾水的離心管中，恒溫20 ℃下浸泡1 h，以4 000 r/min離心30 min，稱量沉淀物m2（g）[14]。

1.5.4 微觀結(jié)構(gòu)測定

利用熒光顯微鏡，在100倍和400倍條件下，分別對熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥的果蔬脆樣品截面進(jìn)行觀察。

1.6 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2 響應(yīng)面分析因素和水平表

分別以胡蘿卜、果葡糖漿和黃花梨的添加量為單因素，探究各因素對果蔬脆感官品質(zhì)的影響，確定單因素最佳范圍，并利用響應(yīng)面法確定最佳配方[15-16]。響應(yīng)面分析因素和水平見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 胡蘿卜添加量對果蔬脆品質(zhì)的影響

以果葡糖漿1.0 g、黃花梨60 g為基準(zhǔn)，胡蘿卜添加量分別為2，4，6，8和10 g，探究胡蘿卜不同添加量對果蔬脆品質(zhì)的影響。圖1是不同胡蘿卜添加量對果蔬脆硬度的影響，表3是感官評價的結(jié)果。

由圖1可知，果蔬脆硬度值隨胡蘿卜添加量增加而上升，結(jié)合表3感官評價可知，胡蘿卜添加量小于4 g時，果蔬脆的胡蘿卜與黃花梨味兼具，風(fēng)味可口，硬度適中，疏松酥脆；胡蘿卜添加量大于4 g時，果蔬脆的胡蘿卜味逐漸加重，硬度逐漸加大，口感降低；因此，胡蘿卜添加量選擇3，4和5 g進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖1 胡蘿卜添加量對果蔬脆的硬度的影響

表3 胡蘿卜不同添加量下的果蔬脆感官評分

2.1.2 果葡糖漿添加量對果蔬脆品質(zhì)的影響

以胡蘿卜4 g、黃花梨60 g為基準(zhǔn)，果葡糖漿添加量分別為1.0，2.0，3.0，4.0和5.0 g，探究果葡糖漿不同用量對果蔬脆質(zhì)量的影響。圖2是不同果葡糖漿添加量對果蔬脆硬度的影響，表4是感官評價的結(jié)果。

由圖2可知，果蔬脆硬度值隨著果葡糖漿添加量增加而上升。結(jié)合表4可知，果葡糖漿添加量大于1.0 g時，胡蘿卜與黃花梨味道逐漸降低，且甜度不斷增加，口感逐漸降低，并且果蔬脆硬度值隨著果葡糖漿添加量增加而不斷上升，因此，果葡糖漿添加量選擇0.5，1.0和1.5 g進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 果葡糖漿添加量對果蔬脆的硬度的影響

表4 果葡糖漿不同添加量下的果蔬脆感官評分

2.1.3 黃花梨添加量對果蔬脆品質(zhì)的影響

以胡蘿卜4 g、果葡糖漿1.0 g為基準(zhǔn)，黃花梨添加量分別為40，50，60，70和80 g，探究黃花梨不同用量對果蔬脆品質(zhì)的影響。圖3為不同黃花梨添加量對果蔬脆的硬度影響的結(jié)果，表5為感官評分結(jié)果。

圖3 黃花梨添加量對果蔬脆硬度的影響

表5 黃花梨不同添加量下的果蔬脆感官評分

由圖3可看出，果蔬脆硬度值隨著黃花梨添加量而逐漸降低。結(jié)合表5可知，黃花梨添加量小于60 g時，果蔬的口感略粗糙，硬度偏大，質(zhì)地適宜；黃花梨添加量大于1.0 g時，果蔬脆口感明顯降低，硬度值明顯降低，質(zhì)地逐漸松散，因此，黃花梨添加量選擇55，60和65 g進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 多元二次響應(yīng)面回歸模型的建立及顯著性檢驗(yàn)

通過Design-Expert 8.0.6.1軟件對表6的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，明確各因素對響應(yīng)值Y的影響，得到多元回歸方程為Y=2.93+0.37A+0.89B-0.23C+0.26AB-0.27AC-0.18BC-0.065A2+0.085B2-0.084C2。

表6 響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果

對所得回歸方程進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，可知3個因素對果蔬脆硬度的影響。表7即為各因素對果蔬脆硬度影響的方差分析表。

表7 試驗(yàn)結(jié)果方差分析表

由表7可知，該模型的p=0.045 3＜0.05，表明試驗(yàn)所用的模型回歸效果顯著，因此響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法所得到的二次方程模型可信，可用于指導(dǎo)胡蘿卜黃花梨果蔬脆的配方優(yōu)化。從表7可看出，p（A）=0.075 9，p（B）=0.001 5＜0.01，p（C）=0.241 3，所以這3個因素對果蔬脆硬度影響主次順序?yàn)椋汗咸菨{添加量（B）＞胡蘿卜添加量（A）＞黃花梨添加量（C）。

2.2.2 各因素交互的響應(yīng)面曲面圖分析

在響應(yīng)面3D圖中，圖形的陡峭程度可反映各因素交互作用對果蔬脆硬度的影響，圖形越陡峭，則交互作用越明顯。圖4～圖6曲面形態(tài)都較為平緩，由此可得胡蘿卜、黃花梨、果葡糖漿三者的添加量之間交互作用并不明顯，與表7結(jié)論基本一致。

圖4 胡蘿卜與果葡糖漿添加量對果蔬脆硬度的影響

圖5 胡蘿卜與黃花梨添加量對果蔬脆硬度的影響

圖6 果葡糖漿與黃花梨添加量對果蔬脆硬度的影響

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

由Design-Expert 8.0.6.1軟件的響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法，結(jié)合回歸模型預(yù)測分析，所得果蔬脆配方最佳方案為：胡蘿卜添加量5 g、黃花梨添加量55 g、果葡糖漿添加量1.5 g，模型預(yù)測的硬度為5.06 N。采用最佳方案，對果蔬脆的硬度做3次平行驗(yàn)證測定，測得果蔬脆硬度的均值為5.21 N，與模型的預(yù)測值幾乎沒有差別，表明采用Box-Behnken設(shè)計(jì)法準(zhǔn)確可靠，最佳配方下的感官得分為91.4分。

2.3 最優(yōu)配方的理化指標(biāo)和結(jié)構(gòu)分析

2.3.1 復(fù)水比

復(fù)水比=m離心后/m離心前=24.97/8.01=3.12，表明果蔬脆復(fù)水能力較好，這可能與真空冷凍干燥技術(shù)制備果蔬脆的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2.3.2 熒光顯微鏡截面微觀圖

由圖7與圖8可看出，真空冷凍干燥條件下的果蔬脆結(jié)構(gòu)疏松，孔洞均勻；熱風(fēng)干燥條件下的果蔬脆結(jié)構(gòu)較為緊致，部分結(jié)塊明顯。這可能是在真空冷凍干燥的過程中，果蔬脆中所含水分由固體直接升華為氣體，從而形成的內(nèi)部具有分散較好的多孔結(jié)構(gòu)，即真空冷凍干燥制備的果蔬脆能更好地保持干燥前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這可能也是真空冷凍干燥制備的果蔬脆的口感品質(zhì)較好的原因。

圖7 真空冷凍干燥果蔬脆的微觀截面圖（A為100倍下，B為400倍下）

圖8 熱風(fēng)干燥果蔬脆的微觀截面圖（C為100倍下，D為400倍下）

3 結(jié)論

利用真空冷凍干燥技術(shù)，以胡蘿卜、黃花梨及果葡糖漿添加量為變量，以硬度和感官評價為指標(biāo)，通過響應(yīng)面設(shè)計(jì)方法建模分析可知，胡蘿卜黃花梨果蔬脆的最佳配方為：胡蘿卜8%、黃花梨89%、果葡糖漿3%。由驗(yàn)證試驗(yàn)可知，最佳配方下果蔬脆硬度5.21 N，與模型預(yù)測值5.06 N基本沒有差別，同時，最佳配方果蔬脆的感官評價為91.4分，復(fù)水比為3.12，是一款風(fēng)味獨(dú)特，品質(zhì)口感良好的產(chǎn)品；熒光顯微鏡觀察可知，真空冷凍干燥技術(shù)制備的胡蘿卜黃花梨果蔬脆的截面微觀孔洞均勻，結(jié)構(gòu)疏松，因此，研究可為真空冷凍干燥技術(shù)在果蔬類產(chǎn)品的開發(fā)提供思路。