韓俊豪 楊慧 謝永康 朱廣成 王童 翟辰璐 路風(fēng)銀
摘要:為優(yōu)化綠蘆筍熱風(fēng)-微波聯(lián)合干制工藝、縮短干燥時(shí)間、提升干品品質(zhì),以復(fù)水比、色差和感官評(píng)分為考核指標(biāo),基于Box-Behnken Design響應(yīng)面優(yōu)化熱風(fēng)溫度、轉(zhuǎn)化點(diǎn)含水率、微波功率與考核指標(biāo)的回歸模型,得到綠蘆筍最佳熱風(fēng)-微波聯(lián)合干制工藝為:前期熱風(fēng)溫度55 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率42.00%、后期微波功率300 W。在此條件下,得到復(fù)水比為2.54,a值為2.07,感官評(píng)分為15.16。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明模型可靠有效,可用于生產(chǎn)預(yù)測(cè)和控制,試驗(yàn)為綠蘆筍干制品的制備提供新的思路。
關(guān)鍵詞:綠蘆筍;聯(lián)合干燥;熱風(fēng)-微波;工藝優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào):TS255.36 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A
文章編號(hào):1002-1302(2021)20-0188-06
收稿日期:2021-03-30
基金項(xiàng)目:河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào):182102110026);河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀青年科技基金(編號(hào):2020YQ31)。
作者簡(jiǎn)介:韓俊豪(1990—),男,河南省修武縣人,碩士,研究實(shí)習(xí)員,主要從事農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地減損技術(shù)及裝備研究。E-mail:2469417511@qq.com。
通信作者:路風(fēng)銀,研究員,主要從事農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工研究。E-mail:lfy1968@163.com。
蘆筍(Asparagus officinalis),別名龍須菜、石刁柏[1],天門(mén)冬科植物,富含人類(lèi)需要的多種礦物質(zhì)元素、氨基酸及甾皂苷、蕓香苷、多糖、膽堿、黃酮、葉酸等生物活性物質(zhì)[2],風(fēng)味獨(dú)特、柔嫩多汁、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,能夠提高免疫力,調(diào)節(jié)人體代謝,具有很高的醫(yī)療保健功能,是名副其實(shí)的食藥兩用蔬菜,被譽(yù)為“蔬菜之王”[3-6]。研究表明,綠蘆筍比白蘆筍具有更好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]。
綠蘆筍適宜鮮食,但其含水量高,極易發(fā)生失水、木質(zhì)化、腐爛等現(xiàn)象,干燥脫水處理就是最有效的方法之一[8],可作為蘆筍加工增值的重要手段。聯(lián)合干燥技術(shù)近年來(lái)被廣泛研究應(yīng)用,該技術(shù)克服了單一干燥技術(shù)的諸多缺點(diǎn),能夠提高果蔬干制品質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保、干燥速率快、高效、安全等特點(diǎn),成為科研工作者研究的“新寵兒”[9],其中,“熱風(fēng)-微波聯(lián)合”干燥技術(shù)是目前應(yīng)用較廣泛的聯(lián)合干燥技術(shù)之一,它根據(jù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)原則,克服了熱風(fēng)干燥所需時(shí)間長(zhǎng)、微波干燥不均勻、能耗大等缺點(diǎn),已成功應(yīng)用于胡蘿卜、青花椒、生姜、橘子皮、山楂、香椿等多種果蔬干燥[10-15]。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)綠蘆筍的干燥多采用真空冷凍干燥[16-18],鮮見(jiàn)綠蘆筍熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥相關(guān)研究與報(bào)道?;诖?,本試驗(yàn)系統(tǒng)研究熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥綠蘆筍,探討獲取優(yōu)質(zhì)綠蘆筍的最佳工藝條件,以期達(dá)到提升干品品質(zhì),同時(shí)縮短干燥時(shí)間的目的,為蘆筍干制產(chǎn)品的研發(fā)及廢棄物的綜合加工利用提供新思路。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
綠蘆筍(2020年4月由漯河市億康工貿(mào)有限公司提供)。
1.2 儀器與設(shè)備
BXH-130S精密可程式烘箱,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;NN-CD997實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)用微波爐,松下電器;FW-80高速萬(wàn)能粉碎機(jī),北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;ColorFlex EZ臺(tái)式色差儀,美國(guó)HunterLab 公司。
1.3 方法
1.3.1 干燥處理
熱風(fēng)干燥:準(zhǔn)確稱(chēng)取300 g鮮蘆筍,整株放入網(wǎng)篩平鋪均勻后,置于烘箱進(jìn)行熱風(fēng)干燥,熱風(fēng)溫度設(shè)置為60、70、80 ℃,風(fēng)速設(shè)置為 0.3 m/s,相對(duì)濕度控制在15%~30%,每30 min稱(chēng)1次樣品質(zhì)量,將樣品干燥至干基水分含量 0.100 g/g。
微波干燥:準(zhǔn)確稱(chēng)取300 g鮮蘆筍,整株放入網(wǎng)篩平鋪均勻后,置于微波爐進(jìn)行微波干燥。微波功率設(shè)置為100、250、400、550、700 W,相應(yīng)微波密度(即微波功率與裝載量之比)分別為0.3、0.8、1.3、1.8、2.3 W/g,進(jìn)行干燥至干基水分含量0.100 g/g,期間每1 min稱(chēng)1次樣品質(zhì)量。
熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥:根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以熱風(fēng)溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率和微波功率為自變量,采用響應(yīng)面優(yōu)化微波-熱風(fēng)聯(lián)合干燥工藝條件,試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。
1.3.2 理化指標(biāo)的測(cè)定
1.3.2.1 干基、濕基含水率測(cè)定與干燥速率的計(jì)算
水分測(cè)定:采用 GB 5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定》的方法[19]。
干基含水率:按式(1)計(jì)算。
Mt=(mt-mg)/mg。(1)
式中:Mt為干基含水率,g/g;mt為t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的物料質(zhì)量,g;mg為絕干時(shí)物料質(zhì)量,g。
干燥速率:按式(2)計(jì)算。
DR=(Mt1-Mt2)/(t2-t1)。(2)
式中:DR為干燥速率,g/(g·min);Mt1和Mt2分別為干燥時(shí)間在t1和t2時(shí)綠蘆筍的干基水分含量,g/g。
1.3.2.2 復(fù)水比
參考李湘利等的方法[15],稍作修改。準(zhǔn)確稱(chēng)取2.0 g干制后的蘆筍,以1 ∶100的質(zhì)量比置于25 ℃蒸餾水中浸泡4 h,然后取出并通過(guò)適度按壓去除蘆筍表面水分,復(fù)水后蘆筍質(zhì)量(g)與復(fù)水前蘆筍干品質(zhì)量(g)的比值即為蘆筍的復(fù)水比。復(fù)水比值大反映產(chǎn)品復(fù)水性能好[20]。
1.3.2.3 色差
將干燥后的綠蘆筍放入高速萬(wàn)能粉碎機(jī),過(guò)100目篩后,采用Color Quest XE色差儀進(jìn)行測(cè)定。L*值表示亮度,其范圍為0(黑)~100(白),其值越大,顏色越亮;a*值表示綠色/紅色值,其值越大表示綠色損失越嚴(yán)重;b*值表示藍(lán)色/黃色值,其值越大顏色越黃[21]。本試驗(yàn)用綠色值a*值來(lái)表征綠蘆筍干制后顏色的變化。
1.3.2.4 感官評(píng)價(jià)
感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)果蔬干燥效果的一個(gè)重要指標(biāo),參考徐明亮等的方法[22]進(jìn)行適當(dāng)改良。成立10名評(píng)價(jià)人員(5男5女)組成的評(píng)價(jià)小組,對(duì)冷卻后的綠蘆筍干制品及時(shí)進(jìn)行感官評(píng)價(jià),具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。
1.4 數(shù)據(jù)處理
各處理均重復(fù)3次,所有數(shù)據(jù)采用Origin 8.6 作圖,用IBM SPSS Statistics 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 綠蘆筍的熱風(fēng)干燥結(jié)果
2.1.1 熱風(fēng)干燥對(duì)綠蘆筍失水特性的影響
由圖1可知,綠蘆筍經(jīng)60、70、80 ℃熱風(fēng)干燥后,其干基水分含量從11.30 g/g將至0.100 g/g左右所需時(shí)間分別為1 200、840、690 min。熱風(fēng)干燥設(shè)置的溫度越高,綠蘆筍失水則越快,干燥時(shí)間則越短,這是由于熱風(fēng)溫度越高,造成蘆筍內(nèi)外溫差越大、傳質(zhì)動(dòng)力越大,故高溫可明顯提高蘆筍干燥速率,縮短干燥時(shí)間[23-25]。由圖2可知,隨著熱風(fēng)溫度升高,干燥速率呈升高趨勢(shì),其中,60 ℃時(shí)熱風(fēng)干燥速率曲線較平緩,80 ℃時(shí)熱風(fēng)干燥速率最高,為 0.70 g/(g·min),分別是熱風(fēng)溫度60、70 ℃最高干燥速率的1.79倍和1.35倍。與多數(shù)果蔬干燥一樣,綠蘆筍干燥過(guò)程同樣分為“加速→恒速→降速”3個(gè)干燥階段,在干燥初期,因新鮮蘆筍含水率高,表面水分汽化快,干燥速率由零升到最大值,此為加速干燥階段;隨著表面水分繼續(xù)蒸發(fā),干燥速率基本維持恒定,此時(shí)進(jìn)入短暫的恒速干燥階段;當(dāng)蘆筍內(nèi)部水分?jǐn)U散速率低于其表面汽化速率時(shí),此時(shí)轉(zhuǎn)為降速干燥階段[26]。
2.1.2 熱風(fēng)干燥對(duì)綠蘆筍復(fù)水比和色澤的影響 復(fù)水比常用來(lái)衡量干制品的吸水能力[27]。熱風(fēng)干燥對(duì)綠蘆筍復(fù)水比及色澤的影響見(jiàn)圖3。由圖3-a可知,復(fù)水比隨熱風(fēng)溫度的升高呈下降趨勢(shì),這可能是由于隨著熱風(fēng)溫度升高,綠蘆筍的組織和細(xì)胞破壞越來(lái)越嚴(yán)重,同時(shí)高溫也會(huì)使蛋白質(zhì)部分變性而失去吸水能力,淀粉、果膠等也會(huì)發(fā)生變化,導(dǎo)致親水性下降[27]。當(dāng)熱風(fēng)溫度為60 ℃時(shí)復(fù)水比最高,為2.07,但與70、80 ℃溫度下干制綠蘆筍的復(fù)水比達(dá)不到顯著差異(P>0.05)。由圖3-b可知,a值隨熱風(fēng)溫度升高呈增大趨勢(shì),且當(dāng)溫度為 60 ℃ 時(shí)a值最小,為0.59,極顯著低于另外2種溫度下的綠蘆筍干品a值(P<0.01),表明溫度越高綠蘆筍綠色損失越大,這可能由于綠蘆筍中的葉綠素對(duì)熱比較敏感,溫度越高綠蘆筍葉綠素?zé)峤到庠絿?yán)重。綜合考慮,綠蘆筍熱風(fēng)干燥溫度宜在 60 ℃ 左右。
2.1.3 熱風(fēng)干燥對(duì)綠蘆筍感官評(píng)價(jià)的影響
不同熱風(fēng)溫度下綠蘆筍感官評(píng)價(jià)見(jiàn)圖4。由圖4可知,在色澤方面,在綠蘆筍熱風(fēng)干燥過(guò)程中,隨熱風(fēng)溫度的升高其顏色由綠色逐漸變淺綠色、灰綠色、灰色甚至無(wú)色,這可能是葉綠素受熱發(fā)生降解所致。在風(fēng)味方面,溫度60 ℃干燥的蘆筍有明顯的清香氣味,隨著溫度的升高,清香氣味逐漸消失,當(dāng)溫度為80 ℃時(shí)蘆筍伴有輕微的焦糊味,可能是溫度升高促使綠蘆筍部分糖類(lèi)與氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng),并呈現(xiàn)清香味,但隨著溫度的繼續(xù)升高發(fā)生焦化反應(yīng)而呈現(xiàn)輕微的焦糊味。在組織形態(tài)方面,隨著溫度的升高,蘆筍萎蔫嚴(yán)重,此與干燥速率相關(guān)。在口感方面,隨著溫度升高,蘆筍口感變硬,可能時(shí)因?yàn)楦邷厥固J筍水分、果膠等物質(zhì)大量散失,物料發(fā)生塌陷收縮,使得硬度增加[20]。經(jīng)綜合評(píng)價(jià),熱風(fēng)溫度為60 ℃時(shí)蘆筍感官評(píng)分最高,極顯著高于其他溫度(P<0.01),蘆筍感官品質(zhì)最佳。
2.2 綠蘆筍的微波干燥結(jié)果
2.2.1 微波干燥對(duì)蘆筍失水特性的影響
由圖5可知,微波功率越高,蘆筍干燥失水越快,干燥至恒質(zhì)量所需時(shí)間越短。在微波功率為100、250、400、550、700 W時(shí),蘆筍達(dá)到水分平衡所需要的時(shí)間分別為178、89、48、35、16 min。與熱風(fēng)干燥相比,微波干燥有效縮短了干燥所需時(shí)間。由圖6可知,干燥速率隨微波設(shè)置功率的升高呈逐漸增大趨勢(shì),且微波干燥速率顯著高于熱風(fēng)干燥速率,這是由于微波與熱風(fēng)的干燥機(jī)理不同,微波干燥是通過(guò)電磁波作用物料內(nèi)部水分子的碰撞摩擦產(chǎn)熱,使物料內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行加熱,使物料溫度迅速升溫,內(nèi)部水分能快速遷移到物料表面,從而實(shí)現(xiàn)快速干燥。綠蘆筍微波干燥可分為加速、恒速和降速3個(gè)干燥階段,此與任茹娜等的研究[14]的不一致,可能與微波強(qiáng)度、物料種類(lèi)、組織結(jié)構(gòu)等有關(guān)。此外,微波干燥速率局部呈上下波動(dòng)趨勢(shì),分析可能由微波干燥不均勻?qū)е隆?/p>
2.2.2 微波干燥對(duì)蘆筍色澤和復(fù)水比的影響
微波干燥對(duì)綠蘆筍復(fù)水比及色澤的影響,由圖7-a可知,復(fù)水比隨微波功率的增大呈先升高后降低趨勢(shì),當(dāng)微波功率為400 W時(shí),復(fù)水比最高,為3.06,但不同微波功率干燥的綠蘆筍復(fù)水比差異達(dá)不到顯著水平(P>0.05)。此與李湘利等研究的微波干燥對(duì)大蒜粒復(fù)水比的影響[25]相一致。此外,通過(guò)比較,微波干燥的蘆筍復(fù)水比略高于熱風(fēng)干燥,這可能是因?yàn)闊犸L(fēng)較微波干燥時(shí)間長(zhǎng),對(duì)物料細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞較嚴(yán)重的緣故。由圖7-b可知,a值隨微波功率的增大呈先升高后降低趨勢(shì),當(dāng)微波功率為 700 W 時(shí)a值降低,這是因?yàn)殡S著微波功率的增大,縮短了綠蘆筍干燥時(shí)間,大大降低了微波對(duì)葉綠素降解的影響。當(dāng)微波功率為100 W時(shí),a值最小,為1.73,極顯著低于其他微波處理(P<0.01),但功率過(guò)低,干燥時(shí)間較長(zhǎng),干燥效率低。綜合考慮,微波干燥綠蘆筍的微波功率在250 W為宜。
2.2.3 微波干燥對(duì)綠蘆筍感官評(píng)價(jià)的影響
從微波干燥對(duì)綠蘆筍感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖(圖8)可知,在色澤方面,低功率干燥蘆筍色澤較好,隨著功率的升高,蘆筍綠色消失;在風(fēng)味方面,隨著功率增大,清香氣味消失;在組織形態(tài)和口感方面,低功率與高功率萎蔫嚴(yán)重,且口感偏硬,此與低功率干燥時(shí)間長(zhǎng)和高功率急促脫水有關(guān)。綜合評(píng)價(jià),微波功率為 250 W 時(shí)感官品質(zhì)最佳。
2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果
2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與結(jié)果
基于單因素試驗(yàn)結(jié)果,選取先期蘆筍熱風(fēng)干燥溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率和后期微波功率為因素,進(jìn)行綠蘆筍的熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥工藝優(yōu)化試驗(yàn),其設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見(jiàn)表3。
2.3.2 回歸方程的建立及方差分析
利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸分析,獲得各因素對(duì)產(chǎn)品復(fù)水比、色差及感官評(píng)分響應(yīng)值之間的三元二次回歸方程,方程的回歸系數(shù)及顯著性分析見(jiàn)表4。
R1=2.43-0.082A-0.045B+0.073C+0.009 5AB-0.004 5AC+0.011BC-0.072A2-0.098B2-0.20C2;
R2=4.00+1.06A+0.50B-0.26C-0.18AB-0.041AC-0.013BC-0.19A2-0.021B2-0.0049C2;
R3=13.26-0.30A-1.51B+0.36C+0.23AB-0.16AC-0.10BC-0.72A2-1.00B2-0.26C2。
由表4可知,試驗(yàn)各指標(biāo)的模型P值均小于0.01,表明回歸模型顯著;各響應(yīng)值的失擬項(xiàng)P值分別為0.290 3、0.076 1、0.074 1,均大于0.05,表明該模型與實(shí)際情況擬合質(zhì)量較好,試驗(yàn)誤差小。方程的多重相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.9 217、0.9 711、0.9 856,說(shuō)明試驗(yàn)建立的模型能分別解釋92.17%、97.11%和98.56%響應(yīng)值的變化,變異系數(shù)分別為2.97%、5.75%和1.93%,該模型能很好地表述綠蘆筍干燥品質(zhì)隨熱風(fēng)溫度等干燥條件的變化規(guī)律。因此,該模型可用來(lái)分析和預(yù)測(cè)熱風(fēng)-微波聯(lián)合干制綠蘆筍的工藝條件。
由回歸方程系數(shù)及顯著性可知,影響產(chǎn)品復(fù)水比的主效應(yīng)關(guān)系依次是:熱風(fēng)溫度(A)>微波功率(C)>轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量(B),影響產(chǎn)品色差的主效應(yīng)關(guān)系依次是:熱風(fēng)溫度(A)>轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量(B)>微波功率(C),影響產(chǎn)品感官評(píng)分的主效應(yīng)關(guān)系依次是:轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量(B)>微波功率(C)>熱風(fēng)溫度(A)。熱風(fēng)溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水量、微波功率對(duì)綠蘆筍干品復(fù)水比、色差及感官評(píng)分的影響均達(dá)到極顯著水平。
2.5 熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥綠蘆筍工藝的指標(biāo)優(yōu)化及驗(yàn)證
利用分析軟件Design-Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面分析并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,得到聯(lián)合干燥綠蘆筍的最佳工藝條件為:先期設(shè)置熱風(fēng)溫度為55? ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率42.62%、后期設(shè)置微波功率為285.56 W。根據(jù)實(shí)際操作及設(shè)備性能,將上述最優(yōu)條件修正為:先期熱風(fēng)溫度55 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率42%、后期微波功率300 W,并對(duì)該最優(yōu)工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。由表5可知,驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與模型理論值較接近,表明所建回歸模型具有良好預(yù)測(cè)效果。
3 結(jié)論
本試驗(yàn)以復(fù)水比、色差和感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用響應(yīng)面優(yōu)化熱風(fēng)溫度、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率、微波功率與評(píng)價(jià)指標(biāo)的回歸模型,得到綠蘆筍最佳熱風(fēng)-微波聯(lián)合干制工藝為:先期熱風(fēng)溫度55 ℃、轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率42.00%、后期微波功率300 W。在此條件下得到復(fù)水比為2.54,a值為2.07,感官評(píng)分為15.16。通過(guò)試驗(yàn)證明,此模型合理可靠,可用于生產(chǎn)預(yù)測(cè)和控制。試驗(yàn)為綠蘆筍干制品的制備提供了新的思路,但關(guān)于綠蘆筍熱風(fēng)-微波聯(lián)合干燥技術(shù)能耗及成本、與其他干燥方式的品質(zhì)差異等尚需進(jìn)一步分析和研究。此外,在干燥試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng),綠蘆筍顏色由綠色變成橄欖色、黃褐色甚至無(wú)色,因此,綠蘆筍干制過(guò)程中葉綠素降解機(jī)制及護(hù)色處理技術(shù)將會(huì)是下一步研究的重點(diǎn)。
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