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微波膨化山药脆片的加工工艺研究
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摘要：以新鲜蕲春山药（Dioscorea opposita）为材料，采用微波膨化工艺，开发一种新型的山药脆片。通过分析比较，考察了山药片厚度、氯化钠溶液浓度、干燥时间、微波功率及膨化时间对山药脆片脆度和色度（b*值）的影响。结果表明，当山药片厚度为1.5 mm、氯化钠溶液的浓度为3%、70 ℃条件下干燥80 min、微波功率420 W、微波膨化时间60 s时，山药片的脆度值为6.917，色度（b*值）为13.62，介于最佳范围内。在此工艺条件下制得的山药脆片含水量为0.44%，总糖含量为14.11%，氨基酸含量为9.89%。所得到的山药脆片产品组织饱满、口感松脆、咸淡适中、颜色金黄、无焦化现象，具有山药的清香气味。

　　山药（Dioscorea opposita）， 薯蓣科薯蓣属植物[1]。山药块茎中主要含淀粉、多糖（包括黏液质及糖蛋白）、游离氨基酸等营养物质。此外，还含有黏液质等活性成分，其中黏蛋白的氨基酸组成全面，人体必需氨基酸含量较高。山药因含有大量多糖，故表现出良好的调节或增强免疫功能、抗氧化、抗衰老及抗肿瘤功能及降血糖功能[2-6]。
　　与传统的膨化技术相比，微波膨化加工时间短，可最大限度地保存物料的营养成分，同时还可以克服传统油炸膨化含油量高、能耗大的缺点。但是目前市场上非油炸膨化果蔬脆片的种类还比较单一，特别是浆果类果蔬脆片国内外报道较少，远不能满足不同口味消费者的需求[7，8]。
　　本研究以新鲜蕲春山药为原料，采用微波膨化工艺制作山药脆片，研究了山药片厚度、氯化钠溶液浓度、干燥时间、微波功率及微波膨化时间等因素对微波膨化山药脆片加工工艺的影响，通过测定其质构特性、色度及感官评定确定其最佳加工工艺，旨在为山药产品的开发利用提供参考。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料与试剂
　　蕲春山药，购自湖北省蕲春县；氯化钠、无水碳酸钠、硼酸、蒽酮、氢氧化钠、浓硫酸、95%乙醇等均为分析纯。
　　1.2 主要仪器
　　TA-XT2型食品物性测定仪，HA-2312型简单色彩色差计，SH10A型快速水分活度测定仪，BS124S型分析天平，QP300型果蔬切片机，SDHS31-190型电磁炉，LX-800型微波炉，DHG-06-100B型电热恒温鼓风干燥箱，SP-752型紫外分光光度计，DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器。 　　1.3 试验方法
　　1.3.1工艺流程 选料→清洗→去皮→切片→漂烫→氯化钠浸泡→烘干→膨化。
　　1.3.2 单因素试验
　　1）山药片厚度对山药脆片脆度和色度的影响。将山药清洗去皮后切成3个不同厚度（1.5、2.5、4.0 mm）的薄片，经漂烫（70～80 ℃，2～3 min），3%氯化钠溶液浸泡5 min，沥干表面的水分，置于烘箱中烘干（70 ℃，90 min），于630 W功率下微波膨化50 s，测定产品的脆度和色度。
　　2）氯化钠溶液浓度对山药脆片脆度和色度的影响。将山药清洗去皮后切成1.5 mm的薄片，经漂烫（70～80 ℃，2～3 min）后沥干水分，分别在不同浓度（2%、3%、4%、5%、6%）的氯化钠溶液中浸泡5 min，捞出沥干后置于烘箱中烘干（70 ℃，90 min），于630 W功率下微波膨化50 s，测定产品的脆度和色度。
　　3）干燥时间对山药脆片脆度和色度的影响。将山药清洗去皮后切成1.5 mm的薄片，经漂烫（70～80 ℃，2～3 min），3%氯化钠溶液浸泡5 min，沥干表面的水分，置于70 ℃烘箱分别干燥40、60、80、100、120 min，于630 W功率下微波膨化50 s，测定产品的脆度和色度。
　　4）微波功率与时间对山药脆片脆度和色度的影响。微波膨化时，当膨化功率相同时，膨化时间越长，山药片膨化越充分，膨化效果越好；如膨化时间过短，则产品膨化率小，质地坚硬；如膨化时间过长，则产品易焦糊，因此要将微波功率与时间一起控制。试验设计的原则是：火力越大，膨化时间越短，火力越小则膨化时间相应延长。
　　将山药清洗去皮后切成1.5 mm的薄片，经漂烫（70～80 ℃，2～3 min），3%氯化钠溶液浸泡5 min，沥干表面的水分，捞出沥干后置于烘箱中烘干（70 ℃，90 min）。分别于630 W功率下微波膨化10、20、30、40、50、60 s；560 W功率下膨化20、30、40、50、60、70 s；490 W功率下膨化30、40、50、60、70、80 s；420 W功率下膨化40、50、60、70、80、90 s；350 W功率下膨化50、60、70、80、90、100 s，分别测定产品的脆度和色度。
　　1.3.3 测定方法
　　1）质构特性测定。测试时，在起始位置，探头先以一定速率压向测试样品，接触到样品的表面后，再以测试速率对样品进行压缩一定的距离，而后返回到压缩的触发点。
　　测定山药脆片的硬度值和脆度（峰值个数）。硬度（Hardness）是第一次压缩时的最大峰值数，多数食品的硬度值出现在最大变形处，有些食品压缩到最大变形处并不出现应力峰。脆度以曲线上设置范围内的正峰数来表示。
　　将山药脆片加工完后，测定其质构。参数设置为：探头型号：剪切探头P5S；操作模式：压力测定；测试速度：0.2 mm/s；目标模式：应变模式；操作类型：Return to start；触发模式：应力；等待时间：0 s；测试前速度2 mm/s；测试后速度：10.00 mm/s；测试距离：3 mm；触发应力：5 g；取点频率：200 pps。测定脆片的硬度值和脆度（峰值的个数）。理论上脆片的硬度越小，峰值越多（脆性高）时，品质越好。每组做10个平行，记录数据并计算，结果取平均值。
　　2）色度测定。随机抽取加工好的样品，每组5片。预热好色差计，进行调零，调白操作，设定为反射模式，测定过程中保持片状完整，使光能完全照射在样品上，每片样品测试5次作为平行，结果取平均值，记录色度值。全自动测色色差计的主要色泽参数为b*值。b*值表示黄蓝偏向的色度，也有正负之分，+b*值越大，偏向黄色的程度越大；-b*值越大偏向蓝色的程度越大。
　　1.3.4 膨化前后山药片的营养指标测定 水分含量测定：参照GB 5009.3-2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》。总糖测定：采用蒽酮硫酸法进行测定。蛋白质总量测定：参照GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》进行测定。
　　1.3.5 感官评定 将微波膨化所得的山药脆片经冷却后摆放在白色瓷盘里，观察其外观质地，放入口中品尝其风味和松脆感。
　　2 结果与分析
　　2.1 山药片厚度对山药脆片脆度和b*值的影响
　　山药片厚度对山药脆片脆度和b*值的影响见图1与图2。由图1可知，随切片厚度增加，山药脆片脆度逐渐下降，经感官评定，其口感和形状也随切片厚度增加而变差。当切片厚度为4.0 mm时，山药片甚至不发生膨化现象。这可能是由于随切片厚度逐渐增加，氯化钠溶液无法顺利浸入，在一定的漂烫时间内淀粉得不到充分的糊化，导致产品的膨化度和口感都呈下降趋势。同时，切片过厚也会影响膨化过程中水分的蒸发，使最终产品缺少松脆感。结合图1与图2可知，以脆性为主要判定依据，脆性越大越好，色度以b*值最小为最佳，则可以确定1.5 mm的厚度最为合适。
　　2.2 氯化钠溶液浓度对山药脆片脆度和b*值的影响
　　氯化钠溶液浓度对山药脆片脆度和b*值的影响见图3与图4。由图3与图4可知，山药片脆度随氯化钠溶液浓度的增大而逐渐增大，经不同浓度的氯化钠溶液浸泡后的山药片在微波膨化后其b*值的差异并不明显，可见氯化钠溶液浓度对山药片的色度无显著影响。氯化钠可使物料的复合介电损耗增加，有利于物料吸收微波能，进而使得其膨化速率加快，缩短膨化所需时间。物料中氯化钠溶液浓度越高，微波对物料的穿透深度越小，产品膨化率越大，周边加热越明显。在氯化钠溶液浓度为2%～4%时，山药脆片孔隙逐渐变得小而均匀；氯化钠溶液浓度为4%以上时，山药脆片孔隙又逐渐变大而膨化率提高。但氯化钠溶液浓度过高会导致口感明显变差，最终选择3%的氯化钠溶液浓度为最佳浓度。 　　2.3 干燥时间对山药脆片脆度和b*值的影响
　　干燥时间对山药脆片脆度和b*值的影响见图5与图6。由图5可知，随干燥时间的延长，山药脆片脆度值呈现先上升后下降的变化趋势。当干燥时间为80 min时，其脆度达到最大值，为6.4。干燥时间主要影响了产品的含水量，膨化是需要一定的水分作为膨化推动力的，物料中水分汽化产生的水蒸气是微波膨化时体积膨胀的动力，水分含量低则膨化动力不足、膨化率低；水分含量过高，产生水蒸气太多，膨化时容易在物料内部形成大的气泡，膨化后物料温度降低则气泡塌陷，也会导致膨化率低。在干燥时间为80 min时，山药脆片的含水量适宜。由图6可知，干燥时间为80 min时膨化后的山药脆片b*值为19，介于理想的色度范围，故干燥时间为80 min最为适宜。
　　2.4 微波功率与膨化时间对山药脆片脆度和b*值的影响
　　微波功率与膨化时间对山药脆片脆度和b*值的影响见图7与图8。当微波功率为630 W，膨化时间为10 s时，山药脆片未发生膨化现象，此时的脆度值和色度值无效；山药脆片在微波的作用下至少经过20 s才发生膨化现象。由图7与图8可见，从20 s到60 s山药脆片的脆度值是先增后减的，b*值则随时间的延长而逐渐增大，颜色逐渐加深。当微波功率为630 W，膨化为50 s时，山药脆片的脆度值最大，为4.8，b*值为15.17。
　　当微波功率为560 W，膨化时间为60 s时，山药片脆度值最大，为5.2，b*值为18.74。超过60 s时由于山药脆片中淀粉的老化导致山药脆片的脆度减小，硬度增加。b*值则随时间的延长逐渐增大，颜色逐渐加深。本试验以脆度作为最佳的评判依据，因此560 W功率下膨化60 s最为合适。
　　当微波功率为490 W，膨化时间为30 s时，部分山药脆片边缘未完全膨化；40 s之后膨化完全。在此微波功率下，山药脆片的脆度值随膨化时间的延长而先增后减。当膨化时间为70 s时，脆度值达到最大，为7.091；b*值随膨化时间的延长呈上升趋势。综合分析可知当微波功率为490 W时，膨化70 s最为合适。
　　当微波功率为420 W时，在不同膨化时间下，山药脆片均全部膨化，其脆度值随膨化时间的延长先增大后减小，在60 s时达到最大，为6.917；少于60 s时由于山药脆片中含有一定的水分，导致其脆度不佳；超过60 s时由于时间过长、淀粉老化导致山药脆片的硬度增加，脆度减小。b*值随膨化时间的延长逐渐增加，当膨化时间为60 s时，b*值为13.62。从60 s到90 s时，b*值变化不大。由此可确定在420 W微波功率下膨化60 s最为合适。
　　当微波功率为350 W时，在不同膨化时间下，山药脆片均膨化完全。其脆度值随膨化时间的延长逐渐增加，在70 s时达到最大，为6.625；b*值随膨化时间的延长逐渐增加，70 s时b*值为14.91。综合分析后认为350 W功率下膨化70 s最为合适。
　　综合630 W 50 s、560 W 60 s、490 W 70 s、420 W 60 s、350 W 70 s 5个不同的微波功率与膨化时间条件，经分析比较，确定微波功率420 W、膨化时间60 s为最佳条件，此时脆度值为6.917，b*值为13.62。
　　2.5 感官评定结果
　　外观：金黄色、无焦化现象，色泽好；质地：组织饱满、内部产生细密而均匀的气孔、不干不黏，口感松脆；风味：具有山药的清香气味，咸淡适中、无异味。
　　2.6 膨化后山药脆片的营养指标测定结果
　　对最佳工艺条件制成的山药脆片的营养指标进行测定，其结果为：水分含量0.44%、总糖含量14.11%、蛋白质含量9.89%。
　　3 结论
　　本试验通过采取单因素试验和感官评定试验对微波膨化山药脆片的加工工艺及营养成分进行了初步的研究。试验结果表明，当山药片厚度为1.5 mm、氯化钠溶液浓度为3%、70 ℃条件下干燥80 min、微波功率420 W、膨化时间60 s时山药片的脆度值为6.917，色度（b*值）为13.62。所得到的山药脆片产品组织饱满、口感松脆、咸淡适中、颜色金黄、无焦化现象，具有山药的清香气味。对该条件下制成的山药脆片的营养指标进行测定，其水分含量为0.44%、总糖含量为14.11%、蛋白质含量为9.89%。由此可见，微波膨化能够大大降低山药片的水分含量，减少微生物的生长繁殖，有利于产品的保存及其质量和风味的提升。