山药是薯蓣科植物的干燥块茎，在中国的南北方地区均有广泛种植。其营养成分全面，深受消费者喜爱[1]。围绕着山药的加工，国内外很多学者对此做了广泛的研究，陈艳珍等[2]对淮山药作了热风干燥方面的研究；张薇等[3]研究淮山药的微波干燥过程中温度水分的变化；Lin等[4]研究了通过远红外-冷冻联合干燥淮山片；在油炸山药脆片方面，李昌文等[5]、刘璐等[6]分别采用不同的方式对常压油炸山药片的生产工艺作了研究。真空油炸在低氧、低温的环境中加工，其产品不仅具有较好的感官，而且具有油脂率低、营养保存性好的特点[7]。当前不少学者采用了真空油炸对苹果[8]、板栗[9]、薯片[10]、藕片[11]等进行加工，并优化工艺流程及参数。目前真空油炸山药的工艺优化研究未见报道，本试验拟通过联合评价的方式优化真空油炸山药生产工艺，并对比真空油炸与常温油炸山药的区别，为今后企业生产该类产品提供一些借鉴意义。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
山药：市售；食用调和油：上海福临门食品有限公司；无水乙醚、石油醚（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
YSXT-04索氏抽提器：上海熙扬仪器有限公司；HH-6恒温水浴锅：常州金坛良友仪器有限公司；FA1104分析天平：上海光学仪器厂；101-1B鼓风干燥箱：上海昕仪仪器仪表有限公司；JS-05真空低温油炸机：上海劲森轻工机械有限公司；JEOL 7800F Prime扫描电镜：日本电子株式合社；ColorQuest XE色差仪：美国HunterLab公司；CTK全自动色差计：北京辰泰克仪器技术有限公司。
1.3 方法
1.3.1 工艺流程及步骤
原料→筛选→清洗→去皮→切片→汽蒸→冷却→真空油炸→脱油→成品
1.3.2 测定方法
1.3.2.1 山药片在油炸过程中粗脂肪的含量变化测定
测定方法参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》。
1.3.2.2 色度测定
对比山药的常压油炸与真空油炸的色度变化。山药常压油炸方法参考刘璐等[6]采用的工艺及色度对比方式，根据本试验适当的改变，取厚度为6 mm的山药，100℃汽蒸 5 min，汽蒸后山药片厚度约为（10±1）mm，油炸温度200℃，油炸时间200 s并离心脱油3 min 43 s，脱油转速固定为700 r/min。制得的常压油炸山药脆片。上述常压油炸山药脆片与单因素筛选的和响应面筛选的两种真空油炸的山药脆片进行色差上的b值对比。样品用自动色差计测定，以白纸为参比样品。每个脆片样品测定3次，取平均值。
1.3.2.3 微观结构观察
取真空油炸山药片和常压油炸山药片，参照JY/T 010—1996《分析型扫描电子显微镜方法通则》标准作微观结构观察。
1.4 真空油炸山药的感官评价
建立真空油炸山药的感官评价因素集合{外形、色泽、口感、香气}，采用模糊综合评判的方法组织评价小组（20人）对产品进行评定。结果按“优（99～90）、良（89～80）、中（79～70）、较差（69～60）、很差（59～50）”5个等级对不同工艺参数制作的真空油炸山药分别进行模糊综合评判[12-13]，油炸山药的感官评价标准见表1。
表1 油炸山药的感官评价标准
Table 1 Standards for sensory evaluation of fried yam
项目 评价标准 权重外形 山药脆片完整度较好，几乎无破碎 0.25色泽 山药脆片色泽鲜明，淡白色 0.2口感 山药脆片酥脆适当，硬度适中 0.35香气 有山药的风味，并含油炸香味 0.2
1.5 综合指标
运用隶属度综合评分法[14]，将感官评分、含油率2项作为评价指标对低温真空油炸山药工艺方法进行综合评分，以感官评分为主要指标、含油率为次要指标，按照6∶4设置权值，考虑到检测的差异性，含油率检测重复3次，测量结果取平均值。
1.6 单因素试验
1.6.1 厚度对产品感官评分及含油率的影响
切取生山药片厚度（2、4、6、8、10 mm）、汽蒸 5 min、固定真空油炸温度100℃、油炸时间6 min、离心脱油1 min、考察山药脆片厚度对产品感官评分及含油率的影响。
1.6.2 油炸温度对产品感官评分及含油率的影响
切取生山药片厚度为6 mm、汽蒸5 min、固定真空油炸时间6 min、脱油时间1 min、考察油炸温度（85、90、95、100、105℃）对产品感官评分及含油率的影响。
1.6.3 油炸时间对产品感官评分及含油率的影响
切取生山药片脆片厚度为6 mm、汽蒸5 min、固定油炸温度95℃、脱油时间1 min、考察油炸时间（4、5、6、7、8 min）对产品感官评分及含油率的影响。
1.6.4 脱油时间对产品感官评分及含油率的影响
切取生山药片脆片厚度为6 mm、汽蒸5 min、固定油炸温度95℃、真空油炸时间6 min、考察脱油时间（1、2、3、4、5 min）对产品感官评分及含油率的影响。
1.7 响应面试验
在单因素试验基础上，采用响应面设计方法，选取油炸温度（x1）、油炸时间（x2）和脱油时间（x3）3 个试验因素，响应面分析因素及水平见表2，综合评分为响应值，进一步优化真空油炸山药的工艺。
表2 响应面分析因素及水平
Table 2 Factors and levels of response surface method
水平 x1油炸温度/℃ x2油炸时间/min x3脱油时间/min-1 90 5 2 0 95 6 3 1 100 7 4
1.8 数据处理
统计数据采用Microsoft Excel 2007和Design-Expert V 8.0.6软件进行分析。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果
2.1.1 脆片厚度对产品感官评分及含油率的影响
脆片厚度对产品感官评分及含油率的影响见图1。
图1 厚度对产品感官评分及含油率的影响
Fig.1 Effect of thickness on sensory score and oil content of products
从图1可看出，随着山药脆片的厚度加大，整体感官评分逐渐上升，在6 mm时最高，此后急剧下降。这是由于山药厚度太薄，油炸后容易破碎，而过高的厚度又造成产品脱水不够，内部纤维结构受破坏程度小，产品发软[15]。从含油率方面上看，厚度太薄使得相同体积下，表面积大，含油率高。综合上述数据，选取厚度为6 mm适宜。
2.1.2 油炸温度对产品感官评分及含油率的影响
油炸温度对产品感官评分及含油率的影响见图2。
图2 油炸温度对产品感官评分及含油率的影响
Fig.2 Effect of frying temperature on sensory score and oil content of products
由图2可以看出，当油炸温度在85℃～95℃时，真空油炸山药的感官评分随着油炸温度的升高而提高，这可能是油炸温度太低熟化度不足，内部水分难以有效排除，酥脆度不够，随着油炸温度进一步提高，产品过脆，色泽变深，影响了感官评价的整体的评分。另外，从考查的油炸温度范围内看，含油率随着油炸温度的增加而逐步部升高。综合这5组数据，选取油炸温度95℃为宜。
2.1.3 油炸时间对产品感官评分及含油率的影响
油炸时间对产品感官评分及含油率的影响见图3。
图3 油炸时间对产品感官评分及含油率的影响
Fig.3 Effect of frying time on sensory score and oil content of products
由图3可以看出，随着油炸时间的增长，感官评分呈现先增加后降低的趋势，在油炸时间为6 min时，分值最高。这是由于油炸时间过短，产品还没有熟化成型，含水量比较多，质地比较软，而油炸时间过长则导致产品过干，变硬。含油率则随着油炸时间逐渐上升并在6 min后趋于平稳[16]。综合上述分析，选取油炸时间6 min适宜。
2.1.4 脱油时间对产品感官评分及含油率的影响
脱油时间对产品感官评分及含油率的影响见图4。
图4 脱油时间对产品感官评分及含油率的影响
Fig.4 Effect of deoiling time on sensory score and oil content of products
由图4可以看出，感官评分随着脱油时间的延长呈现先升高后降低的趋势，而含油率则处于急剧降低并趋于平稳的态势。说明通过离心脱油的方式可以很有效地降低产品含油率；过高的含油率导致产品油腻会降低感官评分，而过长的离心脱油也容易造成产品的破碎，也增加了生产的能耗[10]。综合上述分析，选择脱油时间3 min做响应面设计。
2.2 响应面试验结果与分析
采用三因素三水平的响应面设计的试验方案及结果如表3所示。
表3 试验设计及结果
Table 3 Experimental design and results
试验号因素水平 响应值油炸温度x1/℃油炸时间x2/min脱油时间x3/minimages/BZ_112_596_747_612_772.png感官评分含油率/%感官评分隶属度含油率隶属度综合分S 1 90 6 2 74.3 27.82 0.487 8 0.081 2 0.325 1 2 95 6 3 85.81 22.14 1.000 0 0.749 4 0.899 8 3 95 5 4 77.69 20.01 0.638 6 1.000 0 0.783 2 4 90 5 3 63.34 20.81 0.000 0 0.905 9 0.362 4 5 95 7 4 76.72 22.69 0.595 5 0.684 7 0.631 2 6 95 7 2 75.87 28.32 0.557 6 0.022 4 0.343 5 7 100 6 2 75.79 28.51 0.554 1 0.000 0 0.332 4 8 95 6 3 85.45 23.64 0.984 0 0.572 9 0.819 6 9 95 6 3 85.31 23.05 0.977 7 0.642 4 0.843 6 10 100 5 3 76.86 22.52 0.601 7 0.704 7 0.642 9 11 90 6 4 80.18 23.11 0.749 4 0.635 3 0.703 8 12 90 7 3 75.42 23.08 0.537 6 0.638 8 0.578 1 13 95 6 3 84.72 23.11 0.951 5 0.635 3 0.825 0 14 95 6 3 85.64 24.12 0.992 4 0.516 5 0.802 0 15 100 7 3 64.41 26.12 0.047 6 0.281 2 0.141 0 16 95 5 2 78.48 24.12 0.673 8 0.516 5 0.610 9 17 100 6 4 76.35 23.53 0.579 0 0.585 9 0.581 7
2.3 最优条件的确定及模型验证
2.3.1 响应曲面分析
利用Design-Expert.V8.0.6软件对试验数据进行回归分析，得回归方程（编码）：综合分S=0.84-0.034X1-0.088x2+0.14x3-0.18x1x2-0.032x1x3+0.029x2x3-0.26x12-0.15x22-0.096x32。通过该方程中各项系数绝对值的大小及正负可以直接反映出该系数所在的因素对响应值的影响程度及影响方向[17]。从方程中可以看出在考查的参数的范围内，脱油时间x3对综合分的影响最大，接着是油炸时间x2和油炸温度x1。而在相互作用中：油炸温度x1和油炸时间x2的相互作用极其显著，油炸温度x1与脱油时间x3的相互作用以及油炸时间x2与脱油时间x3的相互作用均不显著，为进一步提高预测的准确性（Pred R-Squared），剔除不显著的交互作用项x1x3和x2x3后得到新的回归方程：综合分S=0.84-0.034x1-0.088x2+0.14x3-0.18x1x2-0.26x12-0.15x22-0.096x32。
回归模型方差分析见表4。
表4 回归模型方差分析
Table 4 Variance analyses for the regression model
注：**表示差异极显著（P＜0.01）。
变异源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性模型项 0.800 0 7 0.11 53.62 ＜0.000 1 **x1 0.009 2 1 0.01 4.33 0.067 1 x2 0.062 0 1 0.06 29.27 0.000 4 **x3 0.150 0 1 0.15 69.60 ＜0.000 1 **x1x2 0.130 0 1 0.13 60.55 ＜0.000 1 **x12 0.280 0 1 0.28 130.48 ＜0.000 1 **x22 0.095 0 1 0.10 44.70 ＜0.000 1 **x32 0.038 0 1 0.04 18.09 0.002 1 **残差 0.019 0 9 0.00失拟度 0.013 0 5 0.00 1.91 0.275 7纯误差 0.005 7 4 0.00总变异 0.820 0 16 R2=0.976 6 R2adj=0.958 4 R2pred=0.905 3
由表4中的方差分析结果可以看出，该模型项P＜0.000 1，说明模型高度显著；油炸时间x2、脱油时间 x3与响应值（S）之间均关系极其显著（P＜0.01），失拟度0.27＞0.1，表明该模型的可信度较高，同时试验数据与模型不相符合的情况不显著；调整确定系数
0.9584与预测确定系数
均较高，这说明该真空油炸工艺综合评分实际值与预测值拟合度很好，可用来对试验结果进行预测[16]。从数据上看x2、x3、x1x2、x12、x22、x32 对综合评分曲面效应影响极显著。油炸温度和油炸时间对真空油炸工艺综合评分S的影响见图5。
图5 油炸温度和油炸时间对真空油炸工艺综合评分S的影响
Fig.5 Influences of the frying temperature and time on comprehensive score S of vacuum frying process
通过图5直观地反映了当脱油时间固定时，油炸温度和油炸时间的交互作用。综合评分较高值均落在两坐标编码值的中间偏上区域。响应面等高线在该范围内相对较为密集，坡度较为陡峭，表明山药真空油炸工艺的响应值对油炸温度和油炸时间交互作用的改变较为敏感。
2.3.2 山药真空油炸工艺参数优化
以综合评分作为响应值，利用Design-Expert.V8.0.6软件对试验数据进行最优化分析，得到当油炸温度为95.23℃，油炸时间为5.68 min，脱油时间为3.71 min时，综合分最高，为0.899 759。考虑到实际操作的方便，取油炸温度为95℃，油炸时间5min 40 s，脱油时间为3 min 43 s时，综合分值0.889 0，试验值与预测值接近，验证了该模型的可靠性。
2.4 色度比较
油炸方式对色度的影响见图6。
图6 油炸方式对色度的影响
Fig.6 Effect of frying method on color
不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
采用单因素筛选的真空油炸方式较采用响应面筛选的真空油炸差异显著，二者均与常压油炸差异显著。这说明油炸方式对色度b值影响极大，使整体产品颜色变黄。这可能是由于过高的温度会导致美拉德反应加剧从而影响到色泽的变化。另外从真空油炸的样品的比较中可以看出，在相同的油炸温度下，油炸时间的长短也会影响到色泽，这可能是由于水分的进一步减少而导致的以及油脂的进一步渗透到内部组织中而导致的黄化，但相比常压油炸这类变化都是比较轻微的。
2.5 常压油炸与真空油炸山药片微观结构观察
常压油炸与真空油炸的山药片的微观结构见图7。
从图7中可以很清楚地观察到，常压油炸的样品组织膨胀，表面呈现出多孔的海绵状结构，孔状粗大，而油脂则深深地附着于里面；真空油炸的样品表面组织较为平整，表面的沟痕较浅但宽广，里面有细小的气泡孔。分析原因可能是由于常压油炸的温度较高，分子运动加剧，油温与水的沸点间温差较大，水分子急剧汽化，里层的水分也一起往外层汽化，使组织膨胀并爆裂，同时这也使得油脂可以更深入地渗入到内部组织中。同样地真空油炸则由于油温与水的沸点间温差较小，导热变慢，膨胀汽化均较缓慢，因此内部水分逃逸的气泡孔较细小，油脂多附着在表层，整体组织保留得较好。
图7 常压油炸与真空油炸的微观结构
Fig.7 Microstructure of normal pressure frying and vacuum frying
a、b为常压油炸放大500、2 000倍的微观结构；c、d为真空油炸放大200、500倍后的微观结构。
3 结论
1）本试验选用感官评价及含油率两项考核指标，应用指标隶属度方法，采用单因素试验和响应面试验设计对山药脆片真空油炸工艺进行优化，最优工艺为采用切片厚度6 mm，汽蒸5 min，油炸温度95℃，油炸时间5 min 40 s，脱油时间3 min 43 s。
2）通过响应面相互作用项分析得到，在考核的范围内，脱油时间、油炸时间对产品的整体评价有显著影响。此外，油炸时间与油炸温度的相互作用也对结果有显著影响。
3）通过对常压和真空油炸的山药脆片的色差测定及微观结构观察表明过高的油炸温度会对产品的色泽及结构产生极其显著影响。
[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].北京:中国医药科技出版社,2010:27.
[2]陈艳珍,任广跃,张仲欣,等.怀山药无硫护色及热风干燥研究[J].农产品加工·学刊,2009（10）:89-92,96.
[3]张薇,王泽槐,许静芬.淮山药微波干燥过程温度水分的特征变化研究[J].中药材,2005,28（9）:760-764.
[4]Lin Y P,Lee T Y,Tsen J H,et al.Dehydration of yam slices using FIR-assisted freeze drying[J].Journal of Food Engineering,2007,79（4）:1295-1301.
[5]李昌文,彭雪萍.油炸山药片生产工艺的研究[J].食品工业,2011,32（7）:36-38.
[6]刘璐,廖李,程薇,等.常压油炸山药脆片的工艺研究[J].食品科学技术学报,2014,32（6）:59-65.
[7]张慜,祝银银.调理食品高效油炸的研究进展[J].食品与生物技术学报,2014,33（2）:113-119.
[8]王辉,刘敏,董楠,等.真空油炸苹果脆片预处理工艺优化[J].食品工业科技,2019,40（17）:184-190.
[9]丁浩,韦良东,王琦,等.低温真空油炸板栗脆片加工工艺[J].食品与发酵工业,2015,41（3）:91-95.
[10]康巧娟,陈跃文,顾振宇.降低真空油炸紫薯片含油量的方法[J].中国食品学报,2016,16（11）:174-181.
[11]吴翔,尤逢惠,汪德尚,等.正交试验优化真空低温油炸藕片加工工艺[J].安徽农业科学,2017,45（32）:81-83.
[12]赵剪,方婷,陈梅英,等.模糊数学在不同处理橙汁感官评定中的应用[J].河南工业大学学报（自然科学版）,2008,29（1）:72-75.
[13]王文成,连建枝,余奇飞,等.不同处理方式对金线莲茶的感官评价影响[J].漳州职业技术学院学报,2013,15（1）:27-31.
[14]王文成,陈梅英,陈锦权.金线莲根茎提取液冷冻浓缩工艺优化[J].食品与机械,2016,32（5）:168-172.
[15]张文君,何慧,聂志奎,等.油炸藕片加工工艺和质构特性研究[J].食品科学,2012,33（10）:141-145.
[16]林璐,孙伟峰,车振明,等.响应面法优化真空油炸红薯脆片的工艺研究[J].粮食与油脂,2017,30（1）:68-73.
[17]王文成,饶建平,张远志,等.超临界CO2萃取罗汉果渣油工艺研究及其油脂成分分析[J].中国油脂,2017,42（1）:125-129.