葛根又称鹿藿、黄斤、鸡齐等,市售葛根主要为野葛和粉葛两种,野葛为豆科植物野葛的干燥根,粉葛是豆科植物甘葛藤的干燥根[1]。葛根的主要营养成分为淀粉和膳食纤维,含量分别为55.14%和11.53%[2]。此外,葛根中还富含各种矿物质(如钾、钙、镁、锰、锌、硒等),且氨基酸种类丰富。Song 等[3]研究发现除色氨酸外,葛根是其他人体必需氨基酸的良好食物来源。已有研究发现,葛根提取物具有降血脂、降血糖、改善血压等作用[4-5]。葛根含有大量的生物活性物质,如黄酮类化合物、葛根多糖、三萜类化合物等,具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、提升免疫功能和调节代谢等生理功能[6-8]。葛根在2002 年被列入“既是食品又是药品”名录,具有良好的保健功效,享有“亚洲人参”的美誉[9]。新鲜采收的葛根可直接烹煮进行食用,但由于新鲜葛根含水量高,不易储存,市场上常将其制成干片入药或制成葛根粉进行销售、二次加工[10]。近年来市场上陆续出现了各种葛根产品,在食品产业中主要加工为面点制品、发酵制品及保健饮料制品[11-12],但关于将葛根经过油炸或其他工艺加工成休闲食品的研究鲜见报道。
中国是世界上最大的休闲食品消费市场之一,目前休闲食品逐渐向健康化、高端化发展[13],根据葛根的营养特性研制一款休闲食品不仅能够推动葛根产业的技术创新,同时也可以满足市场的需求,方便人们食用。孙加刚等[14]的研究表明在麦芽糊精浓度为30.4%、麦芽糊精浸泡时间2.9 h、真空微油炸温度为91 ℃时,葛根脆片的酥脆性和感官评分均较高;施建斌等[15]发现当葛片厚度为2 mm、油炸温度为105 ℃、油炸时间为35 min、漂烫时间为3 min 时,葛根脆片的品质最优。也有研究表明葛根等膳食纤维含量的增加通常会导致膨化量减少、密度更高、质地更硬、脆度降低[16]。然而,现阶段对葛根脆片制作的工艺参数及品质的研究较少,研究方法和内容还有待进一步深入。因此,为充分利用葛根资源、提高葛根产品的附加值,本研究以广西藤县本地产的葛根为研究对象,以初炸温度、初炸时间、复炸温度、复炸时间为优化条件,探究葛根脆片的最佳生产工艺。同时基于葛根的高淀粉与高膳食纤维含量,确定葛根脆片的最优生产工艺后,采用纤维素酶对葛根进行酶解处理,探究去除部分纤维素对葛根脆片品质的影响。研究结果为葛根的开发利用及葛根脆片的生产提供参考。
新鲜葛根(广西藤县):市售;棕榈油:益海嘉里粮油公司;纤维素酶(700 U/mL):国药集团化学试剂有限公司;柠檬酸(食品级):青岛九泰生物科技有限公司。
GZX-GF101-3-BS 电热恒温鼓风干燥箱:上海跃进医疗器械有限公司;XJ-6K116 电炸锅:爱思杰电器(深圳)有限公司;DBS-139 切片机:广州乐杰电器有限公司;YP10002 电子天平:上海衡际科学仪器有限公司;TMS-PRO 型质构仪:美国FTC 公司;CM-36000d 型色差计:日本柯尼卡美能达公司;F16502 型扫描电镜:荷兰PHENOM 公司。
1.3.1 油炸葛根脆片的加工方法
1.3.1.1 油炸工艺流程
选料→清洗去皮→切片→漂洗→护色→二次漂洗→快速沥干→初炸、复炸→控油→成品。
1.3.1.2 操作要点
选料:挑选新鲜的大小均匀、无虫蛀的葛根。
清洗:将葛根清洗干净,削去外皮。
切片:用切片机将洗净去皮的葛根切成厚度为1.5 mm 的片状。
漂洗、护色:切片之后进行漂洗去除表面的淀粉,置于浓度为0.8%的柠檬酸溶液中浸泡30 min,之后进行二次漂洗除去残留的柠檬酸。
油炸:将沥干水分的葛根片进行油炸,初炸条件为125 ℃、7 min;复炸条件为155 ℃、60 s。
控油:将油炸好的原料置于吸油纸上,去除表面残留的油脂,即可得到酥脆的葛根脆片。
1.3.2 单因素试验设计
经预试验确定葛根脆片的基础处理条件为厚度1.5 mm、柠檬酸浓度0.8%、柠檬酸溶液浸泡时间30 min、初炸温度125 ℃、初炸时间7 min、复炸温度155 ℃、复炸时间60 s。研究初炸温度(115、125、135、145、155 ℃)、初炸时间(5、6、7、8、9 min)、复炸温度(135、145、155、165、175 ℃)、复炸时间(20、40、60、80、100 s)对葛根脆片感官品质的影响。
1.3.3 响应面试验设计
在单因素试验基础上,选取初炸温度(A)、初炸时间(B)、复炸温度(C)与复炸时间(D)4 个试验因素,以感官评分(Y)为响应值,进一步优化油炸葛根脆片的工艺。响应面分析因素及水平见表1。
表1 响应面分析因素及水平
Table 1 Factors and levels of response surface analysis
因素水平B 初炸时间/min-1 0 1 A 初炸温度/℃115 125 135 5 6 7 C 复炸温度/℃155 165 175 D 复炸时间/s 40 60 80
1.3.4 纤维素酶酶解葛根片
护色沥干水分后采用0.5% 的纤维素酶水解葛根片,温度为40 ℃,pH 值为6.5,水解时间24 h。
1.3.5 感官评价
筛选10 名具有感官评价知识的专业人士组成评价小组,对葛根脆片的色泽(30 分)、口感(30 分)、滋味(20 分)、气味(20 分)进行综合评价,评价标准参考王辉等[17]的评价方法并稍作修改。油炸葛根脆片感官评分标准见表2。
表2 油炸葛根脆片感官评分标准
Table 2 Sensory scoring standards for fried P. lobata root crisps
项目色泽(30 分)口感(30 分)滋味(20 分)气味(20 分)评分标准色泽金黄、均匀,无其他颜色色泽金黄,较均匀,有些许偏深的轮廓色泽焦黑,有褐变口感酥脆,有类似油炸薯片的香味大部分酥脆,有一定硬度,香味较淡硬度大或者中心有回软口味香甜,有回味,无油腻感口味较好,有一定回味,油腻感适中口感差,有焦糊的苦味具有一定油炸葛根香气,无异味香味偏淡,无异味出现焦糊味或植物油味偏重分值>25~30>10~25 1~10>25~30>10~25 1~10>14~20>6~14 1~6>14~20>6~14 1~6
1.3.6 水分含量和脂肪含量测定
参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》和GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》分别对油炸后粉葛片的水分含量和脂肪含量进行测定,每个样品平行测定3 次。
1.3.7 色差特性检测
选取较为平整的葛根脆片,使用色差计测定其亮度(L*)值、红绿(ɑ*)值和黄蓝(b*)值,每个样品平行测定6 次。
1.3.8 质构特性检测
参照周梦琪等[18]的操作方法并稍作修改,采用质构仪(texture profile analyzer, TPA)对葛根脆片的质构特性进行测定,TPA 测试参数:探头类型P/36R,保持测前、测试、测后的速率恒定为0.8 mm/s,压缩程度为40%,触发应力5 N,两次下压间隔时间为2 s。每组样品平行测定6 次,结果取平均值。
1.3.9 扫描电镜观察微观结构
将粉葛片切成小块,用双面胶贴在扫描电镜的样品台上,进行喷金等处理,在20 kV 加速电压下进行观察。
响应面试验采用Design-Expert.V8.0.6.1 软件进行分析,试验数据均通过SPSS 22.0 软件进行方差分析显著性(p<0.05)检验,用Origin 2021 中文版进行绘图。所得的试验结果以平均值±标准差表示。
2.1.1 初炸温度对葛根脆片感官品质的影响
初炸温度对葛根脆片感官品质的影响见图1。
图1 初炸温度对葛根脆片感官品质的影响
Fig.1 Effect of initial frying temperature on sensory quality of P.lobata root crisps
同一指标不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
由图1 可以看出,随着初炸温度的升高,感官评分总分呈现先上升后下降的变化趋势。初炸温度为125 ℃时,感官评分总分最高,初炸温度为155 ℃时,感官评分总分最低。初炸温度过高会导致葛根片内外受热不均匀,当油温传达到内部时,表面已经焦糊容易产生苦味,感官品质下降;初炸温度过低容易导致葛根片内部无法熟透,水分过多,口感不酥脆,也没有油炸所具有的香味。初炸温度125 ℃时的感官评分总分显著高于其他4 个温度条件,且各单项得分均为最高。因此,选取初炸温度为115、125、135 ℃进行后续优化试验。
2.1.2 初炸时间对葛根脆片感官品质的影响
初炸时间对葛根脆片感官品质的影响见图2。
图2 初炸时间对葛根脆片感官品质的影响
Fig.2 Effect of initial frying time on sensory quality of P. lobata root crisps
同一指标不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
由图2 可以看出,随着初炸时间的延长,感官评分总分呈现先上升后下降的变化趋势。初炸时间为6 min时,感官评分总分最高。在不同的初炸时间条件下,初炸时间过短会导致葛根片成熟度不够,酥脆性较差;初炸时间过长会导致葛根片组织裂变、失水过多,严重影响葛根脆片的各项感官指标。初炸时间为6 min 时,感官评分总分最高,且各单项得分均明显高于其他4 个条件,因此选择初炸时间5、6、7 min 进行后续优化试验。
2.1.3 复炸温度对葛根脆片感官品质的影响
复炸温度对葛根脆片感官品质的影响见图3。
图3 复炸温度对葛根脆片感官品质的影响
Fig.3 Effect of refrying temperature on sensory quality of P.lobata root crisps
同一指标不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
由图3 可以看出,随着复炸温度的升高,感官评分总分呈现缓慢上升后急剧下降的变化趋势。复炸温度为165 ℃时,感官评分总分最高。初炸是将原料炸熟、定型,复炸可以使葛根脆片析出更多的油脂和水分,形成酥脆的特点并进一步提升滋味和口感,在不同复炸温度条件下,复炸温度过高葛根片表面容易迅速焦糊甚至碳化,复炸温度过低葛根薯片内部水分残留较多,无法形成多孔结构且内部的呈香物质无法进一步浓缩,影响葛根脆片的酥脆质地和风味。复炸温度为165 ℃时感官评分总分显著高于其他4 个条件,且各单项得分均为最高得分。因此,选择复炸温度155、165、175 ℃进行后续优化试验。
2.1.4 复炸时间对葛根脆片感官品质的影响
复炸时间对葛根脆片感官品质的影响见图4。
图4 复炸时间对葛根脆片感官评分的影响
Fig.4 Effect of refrying time on sensory quality of P. lobata root crisps
同一指标不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
由图4 可以看出,随着复炸时间的延长,感官评分总分呈现先上升后下降的变化趋势。复炸时间为60 s时感官评分最高,复炸时间超过一定时长会导致感官品质下降,复炸时间为100 s 时,葛根脆片内部失水过多,表面颜色出现焦黑,严重影响颜色、滋味和气味。复炸时间为60 s 时感官评分总分均显著高于其他4 个条件(p<0.05)且各单项得分均为最高分,因此,选择复炸时间40、60、80 s 进行后续优化试验。
响应面试验设计和分析见表3。利用Design-Expert.V8.0.6.1 软件对试验数据进行回归分析,回归模型方差分析见表4。
表3 试验设计及结果
Table 3 Experimental design and results
序号B 初炸时间/min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 A 初炸温度/℃115 135 115 135 125 125 125 125 115 135 115 135 125 125 125 125 115 135 115 135 125 125 125 125 125 125 125 125 125 5 5 7 7 6 6 6 6 6 6 6 6 5 7 5 7 6 6 6 6 5 7 5 7 6 6 6 6 6 C 复炸温度/℃165 165 165 165 155 175 155 175 165 165 165 165 155 155 175 175 155 155 175 175 165 165 165 165 165 165 165 165 165 D 复炸时间/s 60 60 60 60 40 40 80 80 40 40 80 80 60 60 60 60 60 60 60 60 40 40 80 80 60 60 60 60 60 Y 感官评分60.0 66.5 76.0 65.0 69.5 68.0 60.0 45.5 64.0 76.5 77.0 53.0 70.0 66.5 53.5 48.0 66.0 53.5 62.0 51.0 69.5 72.0 58.0 56.0 86.0 82.0 81.5 88.5 82.0
表4 回归模型方差分析
Table 4 Analysis of variance on regression model
注:**表示影响极显著(p<0.01);*表示影响显著(p<0.05)。
变异项模型项自由度14 A B C D AB显著性*******AC AD BC BD CD A2 B2 C2 D2残差失拟项纯误差总离差平方和3 409.78 130.02 3 275.52 408.33 76.56 0.56 333.06 1 5.06 42.25 466.35 606.13 1 579.39 487.21 362.9 324.4 38.5 3 772.67 606.13 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 F 值9.40 5.02 0.12 10.63 15.75 2.95 0.02 12.85 0.04 0.20 1.63 17.99 23.38 60.93 18.80 p 值<0.000 1 0.041 9 0.738 8 0.005 7 0.001 4 0.107 7 0.885 0 0.003 0 0.847 1 0.665 3 0.222 5 0.000 8 0.000 3<0.000 1 0.000 7**********10 4 28 1均方243.56 130.02 3 275.52 408.33 76.56 0.56 333.06 1 5.06 42.25 466.35 606.13 1 579.39 487.21 25.92 32.44 9.62 3.37 0.126 5 606.13 23.38 0.000 3
以感官评分为响应值,对表3 的试验数据进行多元回归拟合,得到多元二次响应面回归方程模型:Y=84.00-3.29A+0.50B-4.79C-5.83D-4.38AB+0.38AC-9.13AD-0.50BC-1.13BD-3.25CD-8.48A2-9.67B2-15.60C2-8.67D2。为进一步提高预测的准确性,剔除不显著的交互作用项AB、AC、BC、BD、CD 后得到新的回归方程:Y=84.00-3.29A+0.50B-4.79C-5.83D-9.13AD-8.48A2-9.67B2-15.60C2-8.67D2。
由表4 中的方差分析结果可以看出,模型的F 值为9.40,p<0.000 1,说明该模型极显著;初炸温度(A)、复炸温度(C)、复炸时间(D)与响应值(Y)的影响显著或极显著(p<0.05,p<0.01),模型失拟项的F 值为3.37,p 值为0.126 5>0.05,试验数据与模型不相符合的情况不显著,表明该模型的可信度较高。由相关性分析可知,模型的决定系数R2 为0.903 8,校正决定系数R2Adj为0.807 6,表明模型中各独立项之间的相关性较好,说明该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[19-20]。模型中的C、D、AD、A2、B2、C2、D2 对感官评分影响极显著(p<0.01),A对感官评分影响显著(p<0.05),而B、AB、AC、BC、BD、CD 对感官评分影响不显著(p>0.05)。由表4 可知,对葛根脆片感官评分影响的顺序依次为复炸时间>复炸温度>初炸温度 >初炸时间。
初炸温度、初炸时间、复炸温度及复炸时间4 个因素交互作用对感官评分影响的响应面和等高线见图5。
图5 四因素交互影响葛根脆片感官评分的响应面和等高线
Fig.5 Response surface and contour lines of four factors interactively influencing sensory scores of P. lobata root crisps
等高线的形状可呈现出各因素之间交互作用的强弱,椭圆形反映了两因素之间的交互作用具有显著影响,越接近圆形则代表两因素之间的交互作用越不显著[21]。由图5 可知,各交互项的等高线图呈椭圆形,说明它们之间的交互作用显著,响应面呈一定坡度,说明存在最佳点可使权重达到最大值,结果与方差分析一致。其中AD 的等高线椭圆趋势最明显,表明初炸温度与复炸时间之间的交互作用具有极显著影响(p<0.01),与表4 的方差分析结果一致。
根据Design-Expert.V8.0.6.1 软件对感官评分响应优化结果进行分析,最终试验优化的葛根脆片加工工艺参数为初炸温度124.43 ℃、初炸时间6.06 min、复炸温度163.74 ℃、复炸时间54.28 s ,此时感官评分最高,为85.245 6。考虑到实际操作的方便,工艺参数调整为初炸温度为124 ℃、初炸时间6 min、复炸温度为164 ℃、复炸时间为54 s,通过此最佳工艺参数进行感官评价分析,最终感官评分为84.80,与试验优化结果基本符合,验证了该模型的可靠性。
2.4.1 纤维素酶处理对葛根脆片水分和脂肪含量的影响
纤维素酶处理的葛根脆片和感官最优组的水分含量和脂肪含量比较见表5。
表5 纤维素酶处理对葛根脆片水分和脂肪含量的影响
Table 5 Effect of cellulase treatment on water and fat content of P. lobata root crisps
注:-表示未测定。同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
脂肪含量/%18.17±0.43b 20.73±0.30a-组别感官最优组酶解工艺组新鲜葛根组水分含量/%4.39±0.07b 4.66±0.06b 67.84±0.74a
感官最优组样品是采用响应面优化得到的最佳工艺参数制备的葛根脆片,酶解工艺组样品是经纤维素处理后再采用最佳工艺参数制备的葛根脆片,新鲜葛根组样品是未经油炸的鲜葛根片。由表5 可知,感官最优组的水分含量为4.39%,酶解工艺组为4.66%,新鲜葛根组显著高于其他2 组(p<0.05),原因是经过油炸过程中葛根片中大量的水分快速挥发;酶解工艺组的脂肪含量为20.73%,显著高于感官最优组(18.17%),原因可能是酶解过后葛根片表面的纤维素经纤维素酶作用后,形成多孔形状而截留了部分油脂。此外,经纤维素酶处理后的葛根片外层淀粉颗粒暴露,油炸后膨化、疏松,也截留了部分油脂,导致脂肪含量显著高于感官最优组。
2.4.2 纤维素酶处理对葛根脆片色差的影响
纤维素酶处理的葛根脆片、感官最优组以及新鲜葛根组的L*值、ɑ*值、b*值比较见表6。
表6 纤维素酶处理对葛根脆片色差的影响
Table 6 Effect of cellulase treatment on color difference of P. lobata root crisps
注:同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
b*值25.49±0.36a 19.19±0.33b 9.06±0.76c组别感官最优组酶解工艺组新鲜葛根组L*值51.85±0.77b 38.63±0.51c 84.53±0.18a ɑ*值6.52±0.62a 4.19±0.58b 1.02±0.26c
食品在油炸脱水过程中发生的美拉德反应、焦糖化反应影响颜色变化[22]。由表6 可知,新鲜葛根组的L*值、ɑ*值、b*值与油炸后的葛根脆片存在显著性差异。新鲜葛根组L*值最高为84.53,ɑ*值和b*值最低,分别为1.02 和9.06,说明油炸对葛根的色度有着较大的影响。经油炸后的葛根脆片中,感官最优组的L*值为51.85,高于酶解工艺组,原因可能是经纤维素酶处理后的葛根片表面的淀粉颗粒变形破裂、糊化、变焦导致。由L*值、ɑ*值、b*值可知新鲜葛根片的颜色较明亮,经油炸后颜色变为金黄色,其中经纤维素酶处理的葛根脆片颜色偏淡。
2.4.3 纤维素酶处理对葛根脆片酥脆性的影响
纤维素酶处理的葛根脆片和感官最优组的硬度和脆度比较见表7。
表7 纤维素酶处理对葛根脆片硬度和脆度的影响
Table 7 Effect of cellulase treatment on hardness and brittleness of P. lobata root crisps
注:同列不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。
硬度/N 4.32±0.55b 15.20±0.57a组别感官最优组酶解工艺组脆度/N 6.84±0.56b 16.04±0.64a
硬度和脆度是反映果蔬脆片口感重要指标,不同油炸过程对脆片质构的影响不同。感官最优组的脆度和硬度均显著低于酶解工艺组,表现出较小的硬度和良好的酥脆性,原因是较优的油炸工艺使葛根脆片出现多孔蜂窝状的结构,质地变脆、酥脆性提高。由2.4.1 结果可知,酶解工艺组的水分含量和脂肪含量均较高,油炸零食中的水分迁移对硬度和脆度的损失起着关键作用,有研究表明油脂含量过高、水分含量偏低也会导致硬度增大[23],与本研究结果相符合。
葛根脆片的微观结构如图6 所示。
图6 葛根脆片的表面扫面电镜观察图
Fig.6 Scanning electron microscope images of surface of P. lobata root crisps
A.新鲜葛根组;B.鲜葛酶解组;C.感官最优组;D.酶解工艺组。
由图6A 可看出,新鲜葛根片表面附着有大量的淀粉颗粒,周围横纵着许多纤维素。而经纤维素酶处理过的葛根片表面纤维素均被水解,表面仅观察到大量淀粉颗粒和一些蜂窝孔洞雏形(图6B)。经油炸处理后,两组样品表面的淀粉颗粒几乎全部消失,且均出现了大量蜂窝状的孔洞,其中经纤维素酶水解过的样品(图6D)表面孔洞最多,但孔隙均较小;没有酶解处理的样品(图6C)表面也出现了较多的蜂窝状孔洞,孔洞比酶解工艺组更大。薯片的多孔结构对品质和水分迁移有重要影响,酥脆性、油脂率与含水量均是影响薯片感官质地的重要特性,而这些特性与成品中的孔隙率与孔隙大小有关。Yang 等[24]的研究表明,孔隙率越高,薯片的水分含量越高。孔洞多且大的样品其缝隙空间越大,酥脆性越好,如感官最优组的葛根脆片。Dhital 等[25]的研究表明,油炸薯片的油脂主要分布在细胞壁和细胞内空间,以及在油炸过程中与组织分离的起泡区域,即微观结构的孔隙中。油炸后形成的孔隙越大、孔隙率越多,导致油脂的储藏空间越大,因此油脂率也越高,这与2.4.1 的结果基本一致。
初炸温度、时间与复炸温度、时间对葛根脆片的感官品质有较大影响,葛根脆片的最优工艺参数为初炸温度124 ℃、初炸时间6 min、复炸温度164 ℃、复炸时间54 s,由此生产出的葛根脆片感官评分最佳。经纤维素酶水解预处理的葛根脆片水分与含油率偏高,色泽偏暗,硬度更高,微观结构上出现更多孔洞。综上,酶解预处理的葛根脆片品质区别于正常油炸葛根脆片。
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