蠶蛹變溫壓差膨化干燥工藝優(yōu)化

吳釗龍，林芳，陳振林*，莫嘉華，楊艷蘭，楊春梅

（1.大連工業(yè)大學食品學院，遼寧大連116034；2.賀州學院食品科學與工程技術(shù)研究院，廣西賀州542899）

蠶蛹（silkworm pupa），又稱小蜂兒，蠶蛾科，是蠶發(fā)育到一定階段的產(chǎn)物，而且是2004 年衛(wèi)生部批準的作為普通食品管理的食品新資源中唯一的昆蟲類食品，我國每年可產(chǎn)鮮蛹30 萬噸以上，約占全世界總產(chǎn)量的80%[1-4]。蠶蛹不僅是一種營養(yǎng)價值較高的美食，也是一種具有功能活性的中藥[5]。蠶蛹中富含蛋白質(zhì)、脂肪酸、甲殼素、糖類、多種蛋白質(zhì)激素、多種維生素、蛹磷脂、干擾素、抗菌肽、溶菌酶、腺嘌呤、次黃嘌呤、腎上腺素、去甲腎上腺素和豐富的微量元素[6]等。蠶蛹蛋白質(zhì)中含有18 種氨基酸，其中8 種人體必需氨基酸占總氨基酸的42%，必需氨基酸與非必需氨基酸的比例達到0.7∶1.0，非常符合聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）及世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）建議的理想氨基酸模式[7]?，F(xiàn)今我國的蠶蛹大多數(shù)進行粗加工后當飼料和肥料，對其精深加工開發(fā)利用較少，開發(fā)利用手段和途徑有限，深加工綜合利用加工的產(chǎn)品種類不多，限制了蠶桑產(chǎn)業(yè)收入增長[8-9]。

變溫壓差膨化干燥是一種新型的環(huán)保干燥技術(shù)[10-11]。通過變溫壓差膨化干燥技術(shù)干燥出來的產(chǎn)品綠色天然、口感良好，最大程度地保留了食品原有的營養(yǎng)成分及香氣成分，并且產(chǎn)品內(nèi)部能形成大氣泡，酥脆度俱佳、食用方便、便于貯藏，克服了油炸食品制品營養(yǎng)成分大量損失、含油量高和不易貯藏等缺點，有利于生產(chǎn)休閑食品、方便食品及保健食品[12-15]。目前，變溫壓差膨化干燥技術(shù)在膨化果蔬產(chǎn)品加工中已得到廣泛應用[16-18]，對于采用變溫壓差膨化干燥方法加工昆蟲的有關(guān)研究鮮有報道，迄今還未見有采用變溫壓差膨化干燥方法干燥蠶蛹的研究報道。本研究以蠶蛹在膨化后的含水量、色澤和脆度值為主要指標，對蠶蛹的膨化工藝條件進行優(yōu)化研究，為蠶蛹干制深加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

蠶蛹：廣西平樂國弘繭絲綢有限公司。

1.2 試驗設(shè)備

變溫壓差膨化干燥機（KAAE 型）：江蘇楷益智能科技有限公司；電子天平（JJ1000 型）：常熟市雙杰測試儀器廠；水分測定儀（MB90 型）：奧豪斯儀器常州有限公司；色彩色差計（CR-400 型）：KONICA MINOLTA；物性測定儀（S-081 型）：英國SMS 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蠶蛹酥制備

1.3.1.1 工藝流程

原料→清洗→燙漂→瀝干→變溫壓差膨化干燥→干制品

1.3.1.2 操作要點

原料：選用個體完整、大小均勻的冰凍蠶蛹。

清洗：將蠶蛹用清水漂洗2 次～3 次。

燙漂：將蠶蛹在沸水中煮沸滅酶3 min[19]。

瀝干：瀝干調(diào)好味的蠶蛹表面水分，將蠶蛹擺在變溫壓差膨化干燥設(shè)備托盤上。

變溫壓差膨化干燥：在膨化溫度為90 ℃，壓力差為0.3 MPa，停滯時間為10 min 下進行干燥，干燥至水分含量低于1%。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 膨化壓力差對蠶蛹的影響

每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，抽空時間為3 h 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究膨化壓力差分別為0.1、0.2、0.3、0.4 MPa 和0.5 MPa 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3 次，最終取平均值。

1.3.2.2 停滯時間對蠶蛹的影響

每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在膨化溫度為90 ℃，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究停滯時間分別為5、10、15、20 min 和25 min 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3 次，最終取平均值。

1.3.2.3 抽空時間對蠶蛹的影響

每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究抽空時間分別為1、2、3、4 h 和5 h 時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3次，最終取平均值。

1.3.2.4 膨化溫度對蠶蛹的影響

每次取100 g 調(diào)好味的蠶蛹來進行變溫壓差膨化干燥，在停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下進行變溫壓差膨化干燥，研究膨化溫度分別為70、80、90、100 ℃和110 ℃時對蠶蛹硬度、色澤和水分含量的影響。得到的蠶蛹酥各項指標都測量3 次，最終取平均值。

1.3.3 正交優(yōu)化試驗

由單因素試驗的結(jié)果，正交優(yōu)化試驗中以膨化壓力、停滯時間、抽空時間、膨化溫度為試驗因素，以含水量、色澤、脆度值為指標，采用四因素三水平的正交表L9（34）對蠶蛹的變溫壓差膨化干燥進行優(yōu)化，具體的試驗設(shè)計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設(shè)計Table 1 Orthogonal experiment design level and factors

1.4 測定方法

1.4.1 含水量的測定方法

通過用MB90 型快速水分測定儀測定蠶蛹的含水量。得到蠶蛹平均初始含水量為71.27%。蠶蛹干基含水量根據(jù)式（1）計算。

式中：M 為蠶蛹變溫壓差膨化干燥到t 時刻時的干基含水量，%；W 為蠶蛹變溫壓差膨化干燥到t 時刻時的濕基含水量，%。

1.4.2 色澤的測定方法

利用色彩色差計測定蠶蛹的顏色。以儀器白板的色澤為標準，測定樣品的亮度L*值，L*表示明暗，其值越大，產(chǎn)品的亮度最好，可以間接反應產(chǎn)品色澤的好壞[20]。每個樣品重復測定3 次，取平均值。

1.4.3 脆度值的測定

采用物性測定儀測定蠶蛹的硬度。使用P2 探頭，測前速度1 mm/s，測試速度2 mm/s，測后速度10 mm/s，穿刺距離20 mm，測定蠶蛹酥的脆度值，脆度定義為以爆裂時的力與爆裂時的時間的比值，而且脆度值越小，脆片的酥脆性越好[21]。

1.4.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)整理分析用Excel 2010，折線圖采用Origin 9.0 軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 壓力差對蠶蛹酥含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，抽空時間為3 h 條件下，不同壓力差蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖1。

圖1 壓力差對蠶蛹酥的影響Fig.1 Effect of pressure difference on silkworm pupa crisp

膨化壓力差指膨化前膨化罐中的壓力與真空罐中的壓力差值，是變溫壓差膨化的重要參數(shù)，其主要作用是通過氣壓的瞬間變化，使蠶蛹中具有一定能量的水分發(fā)生相變，從原來的液相瞬間變?yōu)闅庀郲22]。由圖1 可知，在其他條件一定時，壓力差對蠶蛹的色澤影響較小，對含水量和脆度值影響較大。隨著壓力差的增大，含水量總體呈下降的趨勢，亮度L*值影響幅度不大，其主要原因在于加深產(chǎn)品顏色的物質(zhì)是熱敏性物質(zhì)，壓力影響較小[23]。而脆度值隨著壓力差的增大，呈先下降后上升的趨勢，在一定的范圍內(nèi)，在壓力差為0.3 MPa 的條件下有最小的脆度值，此條件下的蠶蛹酥口感好而且酥脆。因此，綜合考慮，壓力差為0.3 MPa時為最優(yōu)的蠶蛹壓力差。

圖2 停滯時間對蠶蛹酥的影響Fig.2 Effect of dwell time on silkworm pupa crisp

2.1.2 停滯時間對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

在膨化溫度為90 ℃，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下，不同停滯時間蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖2。

由圖2 可知，隨著停滯時間的增加，亮度L*值和含水量均呈現(xiàn)下降的趨勢，停滯時間為20 min 后含水量下降趨勢變得平緩，脆度值呈先下降后上升趨勢，停滯時間為10 min 時脆度值最低，產(chǎn)品的酥脆性好；而當停滯時間為20 min 和25 min 時，脆度值較高，亮度L*值較暗，此時的蠶蛹酥產(chǎn)品不佳且較硬。停滯時間是物料進入膨化罐前均勻受熱的時間，停滯時間太長，導致產(chǎn)品焦糊，色澤L*值變暗，同時會使產(chǎn)品的營養(yǎng)成分損失較多，停滯時間不宜選取過長，因此綜合考慮，選用停滯時間為5、10 min 和15 min 做蠶蛹酥的優(yōu)化試驗[24]。

2.1.3 抽空時間對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

在膨化溫度為90 ℃，停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa 條件下，不同抽空時間蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖3。

圖3 抽空時間對蠶蛹酥的影響Fig.3 Effect of vacuum-pumping time on silkworm pupa crisp

抽空時間指物料在膨化后通過真空系統(tǒng)繼續(xù)除去物料中水分的起止時間[25]。由圖3 可知，在其他條件一定時，隨著抽空時間的增加，含水量呈現(xiàn)下降的趨勢，在2 h 后含水量趨于平緩；亮度L*值呈先上升后下降的趨勢，當抽空時間為3 h 時達最大，色澤最好；脆度值呈一直上升趨勢，在抽空時間為1 h～3 h 時，蠶蛹酥脆度值增加的幅度顯著，當抽空時間為3 h 之后，蠶蛹酥脆度值變化的幅度減小。抽空時間太短時，蠶蛹酥中的水分含量較高，水分散失的速度較快；隨著抽空時間的延長，蠶蛹酥中的水分含量逐漸減少，脆度值逐漸升高，在抽空時間為3 h 后物料中的水分含量變化不太明顯，而且在抽空時間為5 h 時蠶蛹酥有焦糊的情況出現(xiàn)，從而產(chǎn)品亮度L*值變暗。因此綜合考慮選擇抽空時間為2、3 h 和4 h 做優(yōu)化試驗。

2.1.4 膨化溫度對蠶蛹含水量、脆度值、色澤的影響結(jié)果

在停滯時間為10 min，膨化壓力差為0.3 MPa，抽空時間為3 h 條件下，不同膨化溫度蠶蛹酥的含水量、脆度值、亮度L*值的曲線見圖4。

圖4 膨化溫度對蠶蛹酥的影響Fig.4 Effect of puffing temperature on silkworm pupa crisp

由圖4 可知，蠶蛹酥隨著膨化溫度的升高，亮度L*值呈先上升后下降的趨勢，脆度值呈先下降后上升的趨勢，含水量呈一直下降的趨勢。在膨化溫度為90 ℃時，亮度L*值達到最大值，脆度值是最小值，表明該膨化溫度得到的蠶蛹酥亮度較好且酥脆性好。當膨化溫度為110 ℃時，蠶蛹酥表面的水分揮發(fā)速度低于其內(nèi)部水分擴散到表面的速度，導致蠶蛹酥有一定程度的焦糊現(xiàn)象出現(xiàn)，亮度L*值明顯降低，所以其色澤明顯變黑。但溫度過低也會導致蠶蛹的內(nèi)部水分擴散受到限制，影響蠶蛹酥內(nèi)部的均勻多孔結(jié)構(gòu)[22]。所以膨化溫度為90 ℃是蠶蛹變溫壓差膨化干燥單因素試驗中的最優(yōu)膨化溫度，因此綜合考慮選擇膨化溫度為80、90 ℃和100 ℃做優(yōu)化試驗。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上選取壓力差、停滯時間、抽空時間和膨化溫度為因素來設(shè)計四因素三水平正交試驗，正交試驗結(jié)果見表2。

表2 L9（34）試驗結(jié)果Table 2 Test results of L9（34）

正交結(jié)果優(yōu)化采用公式評分法[25]，本試驗將每項指標的最優(yōu)值定為滿分，分值為10 分，試驗值按照與最優(yōu)值的差別來進行比例評分。亮度L*值在正交試驗第5 組69.39 為最佳，定為滿分10 分；在正交試驗第3 組定為最差1 分。含水量在正交試驗第3 組0.42 為最佳，定為滿分10 分；在正交試驗第1 組定為最差1 分。脆度值在正交試驗第8 組110.77 為最佳，定為滿分10 分；在正交試驗第4 組定為最差1 分。其他試驗值按照與最優(yōu)值的差別來進行比例評分。因為脆度值與亮度L*值是品質(zhì)指標，對試驗的結(jié)果影響顯著，所以將其以兩倍計算，即權(quán)數(shù)為2；含水量以一倍計算，即權(quán)數(shù)為1。最終評分公式為：綜合評分＝2×亮度L*值+2×脆度值+含水量。利用公式評分法得到的正交試驗結(jié)果和極差分析試驗結(jié)果分別見表3、表4。

表3 公式評分法試驗結(jié)果Table3 Test results of formula scoring method

表4 公式評分法極差分析試驗結(jié)果Table 4 Results of range analysis by formula scoring method

由表3 和表4 可知，各個試驗因素極差R 的大小順序為B＞D＞C＞A，即各個因素對蠶蛹酥影響主次順序為停滯時間＞膨化溫度＞抽空時間＞壓力差。表明蠶蛹在變溫壓差膨化工藝中停滯時間和抽空時間對產(chǎn)品品質(zhì)影響較大，膨化溫度和壓力差對產(chǎn)品品質(zhì)影響較小。由正交試驗結(jié)果中得出最優(yōu)組合為A1B2C1D1，即該組合的壓力差為0.2 MPa，停滯時間為10 min，抽空時間為2 h，膨化溫度為80 ℃。

2.3 最優(yōu)結(jié)果驗證試驗

該最優(yōu)組合不在正交試驗內(nèi)，在最優(yōu)條件A1B2C1D1下，壓力差為0.2 MPa，停滯時間為10 min，抽空時間為2 h，膨化溫度為80 ℃的條件下做變溫壓差膨化干燥驗證試驗。結(jié)果如表5。

表5 最佳工藝驗證試驗結(jié)果Table 5 Best process validation test

在最優(yōu)條件下進行試驗，最終得出的亮度L*為65.49，含水量為2.95 %，脆度值為156.28 g/s，要優(yōu)于正交試驗中的任何一組，試驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的結(jié)果穩(wěn)定。

3 結(jié)論

在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗，確定蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優(yōu)工藝。蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)為：壓力差為0.2 MPa，停滯時間為10 min，抽空時間為2 h，膨化溫度為80 ℃，在此參數(shù)下高度L*為65.49，含水量為2.95 %，脆度值為156.28 g/s。其中4 個因素對綜合評分的影響程度從大到小分別為：停滯時間＞膨化溫度＞抽空時間＞壓力差。在此最優(yōu)工藝的條件下，蠶蛹酥色澤均勻明亮，口感軟硬適中，且具有酥脆性。蠶蛹變溫壓差膨化干燥的最優(yōu)工藝參數(shù)能夠為進一步研究蠶蛹變溫壓差膨化干燥提供參考。