基于光波微波炉的胡萝卜脆片膨化工艺开发

吴鹏，王恒鹏，许志诚，张涛，陈胜姝，孟祥忍

(扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州，225000)

基于光波微波炉的胡萝卜脆片膨化工艺开发

吴鹏，王恒鹏，许志诚，张涛，陈胜姝，孟祥忍*

(扬州大学 旅游烹饪学院，江苏 扬州，225000)

利用光波微波炉对膨化胡萝卜脆片工艺进行研究，选定微波功率、光波功率和加热时间3个因素的3个水平进行中心组合实验，建立感官评分和脆度值的二次回归方程，通过响应面法分析得到膨化胡萝卜脆片的最佳制作工艺。同时分析感官评分与脆度这2个关键评价指标的相关性。结果表明，当微波功率为1 019 W，光波功率为490 W，加热时间为36 min时，非油炸胡萝卜脆片的感官评分可高达92.8分，脆度值为1.53 s，品质最佳。

光波微波炉；膨化胡萝卜脆片；响应面分析法；感官评定；脆度值

广义上的膨化食品是指利用油炸、挤压、烘炒、烘焙[1]等技术作为熟化工艺，在熟化工艺前后，体积有明显增加的食品[2]。

胡萝卜富含丰富的维生素和矿物质，经常食用有益肝明目、利膈宽肠、健脾除疳、增强免疫功能和降糖降脂之功效[3]。我国是胡萝卜产出大国，但多是作为农副产品食用，其深加工或者调理预制品的开发较为落后，将胡萝卜制成膨化食品是胡萝卜深加工一条可行之路。现有的胡萝卜脆片的加工工艺大致可分为以下3种类型：(1)是烘焙型，即利用烤箱对胡萝卜片进行烘烤，蒸发其水分使其达到酥脆的口感，此方法效率较低且成品质量不均一；(2)是油炸型，与薯片类似，此方法虽然外形口感俱佳，但高温油炸使成品含有大量的油脂和氧化物质，过多食用不利于人体健康；(3)是挤压型[4]，先磨成粉，再加入添加剂挤压成型，此方法会令胡萝卜脆片的脆度不够，需要借助含铝膨松剂改良口感从而导致重金属含量超标[5]。

本文拟利用微波、光波相结合的加工方式[6]处理胡萝卜片，在双重加热的条件下提高效率，同时避免高温产生的有害物质，且不需要任何食品添加剂就可以使胡萝卜片达到酥脆的口感。以感官评分与脆度值为主要评价指标，采用响应面分析法对胡萝卜脆片制作工艺中的3个重要因素进行优化，为膨化胡萝卜脆片的标准化生产与产品质量控制提供依据。

1 材料与方法

1.1实验材料

实验所用胡萝卜购买于本地农贸市场，挑选新鲜、饱满、色泽橙黄鲜艳、无病虫害机械损伤的胡萝卜为实验材料，并用保鲜膜包装4 ℃冷藏备用。

1.2实验仪器

LY-4KW-WG微波光波炉(上海隆裕生产)；300-SL金霸切片机；Revco Eliteplus V-49超低温冰箱；HTG型立式鼓风干燥箱(上海精密仪器)；BS210S千分之一电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。

1.3实验设计

(1)洗净胡萝卜表皮上的泥沙及其他杂质。

(2)用10%的NaOH溶液，在不低于95 ℃的温度下浸泡15 min后取出，并立即用流动清水冲洗2～3 min，再辅以机械去皮进行处理。

(3)将去皮后的胡萝卜放入切片机，切成2 mm的薄圆片。

(4)胡萝卜片置于-70 ℃的冷冻柜中冷冻120 min[7]。

(5)取出样品置于光波炉中，每次处理的样品量为300 g，大约是3根胡萝卜净料的量。(放置时注意平铺，如果叠加需要用隔板隔开并保证2 cm以上间距。)

(6)运用光波微波炉进行干燥膨化处理，在不同微波功率，光波功率，加热时间下进行工艺研究。(LY-4KW-WG微波光波炉在设置输出功率时是以5 W为一个调节单位，时间则是以1 min为一个单位。)

(7)感官评定。

1.4脆度值测定

采用美国FTC公司TMS-Pro型质构仪测定[8]。测定条件：P/0.25S 型不锈钢球形探头，下行速度、测试速度和返回速度分别为2.5，1.0，6 mm/s。脆度值用趋势中应力峰值的横坐标取值，即样品受压力作用发生断裂所需要的时间，单位为s，脆度值越小，表明产品越脆[9]。

1.5感官评价

试验用评分环境模拟正常品尝环境，菜肴评价人员之间相互不交流。评价过程代码由电脑随机编码。样品采用圆形摆放，准备纸巾及饮用水，更换不同样品时，品评间隙必须清漱口腔。品评打分时对每一样品的胡萝卜脆片按表1的具体要求逐一打分。评分人员对色泽、香味、口感和形态两两比较[10]。相关细则见表1。

表1 膨化胡萝卜脆片的感官品质评分标准

1.6单因素试验

以胡萝卜脆片的感官评分和脆度为响应值，在确定了处理液为质量分数10%的NaOH溶液，并设定胡萝卜薄片厚度为2，冷冻时间为120 min，单次实验量为300 g的前提下，分别对微波功率、光波功率和加热时间进行单因素试验。

1.7数据处理

采用SPSS 19.0的全因子模型对实验测定的结果进行数据统计分析。数据用(平均值±标准差)表示，差异显著(α=0.05水平)。采用Design-Expert 8.0.5软件进行响应面分析。

2 结果与讨论

2.1单因素实验

2.1.1 微波功率对胡萝卜脆片品质的影响

将冷冻处理好的胡萝卜片取300 g平铺置于500W光波功率下加热处理35 min，并通过单因素优选法，分别在微波功率(设定功率即为输出功率，下同)为800、900、1 000、1 100 W的光波微波炉中处理后取出进行感官评价，得分分别为58.2分、69.9分、84.6分和61.7分，如图1所示，从中可明显看出较优微波功率为1 000 W。

图1 微波功率对感官评分的影响Fig.1 Effect of microwave power on sensory score

2.1.2 光波功率对胡萝卜脆片品质的影响

将冷冻处理好的胡萝卜片取300 g平铺置于1 000 W微波功率下加热处理35 min，并通过单因素优选法，分别将光波功率为设定为400、500、600、700 W的光波微波炉中进行试验后取出进行感官评价，得分分别为78.5分、84.6分、76.2分和70.7分，如图2所示，从中可明显看出较优光波功率为500 W。

图2 光波功率对感官评分的影响Fig.2 Effect of Infrared power on sensory score

2.1.3 加热时间对胡萝卜脆片品质的影响

将冷冻处理好的胡萝卜片置于1 000 W微波功率、500 W光波功率条件下，通过单因素优选法，分别将时间设定为25、30、35、40 min的光波微波炉中并进行实验后取出感官评价，得分分别为60.2分、78.8分、84.6分和68.1分，如图3所示，从中可明显看出35 min为较优时间。

图3 加热时间对感官评分的影响Fig.3 Effect of heating time on sensory score

2.1.4 响应面试验因素水平

在单因素的基础上，根据Box-Benhnken中心组合试验设计原理，设计3因素3水平的响应面试验，响应面试验因素水平见表2。

表2 响应面试验因素水平

2.2响应面法优化膨化胡萝卜脆片工艺

2.2.1 响应面实验结果

结合单因素实验结果，利用Design-Expert 8.0.5软件进行实验设计[11]，见表3。并对实验结果进行回归分析，见表4。在去除不显著的交互作用项后，得到以感官评分(Y1)与脆度(Y2)为响应值，自变量为微波功率(A)、光波功率(B)、加热时间(C)的多元二次回归方程分别为：

Y1=92.22+2.19A-1.53B+2.56C-1.97AB+2.77BC-6.16A2-7.08B2-5.76C2；Y2=1.58-0.15A+0.11B-0.17C+0.13AB-0.14BC+0.31A2+0.35B2+0.27C2

(1)

表4 感官评价的回归模型方差分析

注：*表示差异显著(plt;0.05)，**表示差异极显著(plt;0.01)。表5同。

由表4可知，回归模型的p值lt;0.000 1，具有高度的显著相关性，且方程失拟项不显著(pgt;0.05)，相关系数R2=0.975 1，表明该模型具有极显著的统计学意义，与实际情况拟合较好，实验误差小，能较好地反映胡萝卜脆片的感官品质与各个因素之间的关系。此外，在设定的3个单因素中，微波功率、光波功率与加热时间均对胡萝卜脆片的感官品质有极显著影响(plt;0.01)。对实验结果进一步分析，交互项AB(plt;0.01)影响极显著，BC(plt;0.01)影响极显著，AC(pgt;0.05)影响不显著，导出显著交互项的响应曲面见图4～图5。

图4 光波功率与微波功率交互作用相应面及等高线Fig.4 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and microwave power

由图4～图5可知，当微波功率一定时，随着光波功率的增加感官评分呈现先升高后降低的一个趋势，在光波功率为490 W时达到最大值，这与单因素实验结论相符合。光波功率为600 W时感官评分最低，这是因为此时的高强度长时间的红外线照射导致胡萝卜脆片大面积焦黑，影响感官得分。

图5 光波功率与加热时间交互作用相应面及等高线Fig.5 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and heating time

当光波功率一定时，随着加热时间的增加感官评分呈现先升高后降低的一个趋势，在加热时间为36 min时感官评分达到最大值，这与单因素实验结论相符合。当加热时间为30 min时感官评分最低，这是因为此时胡萝卜薄片中还含有一定量的水分，薄片呈现一个较软韧的口感，影响感官得分。

表5 脆度值的回归模型方差分析

由表5可知，回归模型的p值lt;0.000 1，具有高度的显著相关性，且方程失拟项不显著(pgt;0.05)，相关系数R2=0.980 9，表明该模型具有极显著的统计学意义，与实际情况拟合较好，实验误差小，能较好地反映膨化胡萝卜脆片的脆度值与各个因素之间的关系。此外，交互项AB、BC(plt;0.01)均影响极显著，AC(pgt;0.05)影响不显著，导出显著交互项的响应曲面见图6～图7。

图6 光波功率与微波功率交互作用相应面及等高线Fig.6 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and microwave power

图7 光波功率与加热时间交互作用相应面及等高线Fig.7 Response surface and contour plots for interaction between infrared power and heating time

由图6～图7可知，当微波功率一定时，随着光波功率的增加脆度值呈现先降低后升高的一个趋势。当光波功率为600 W和400 W时脆度值都非常大，这是因为当光波功率600 W时胡萝卜脆片水分严重流失，使得脆片接近粉状，硬度下降；而400 W时由于在一定时间下功率不够，脆片尚在一个较为软韧的状态，故此时脆度值很大，脆度不佳[12]。

当光波功率一定时，随着加热时间的增加脆度值呈现先降低后升高的一个趋势。当加热时间为30 min时脆度值最大，这是因为此时胡萝卜脆片加热不充分，硬度小而脆度值大；而随着微波功率的增加脆度值呈现先降低后升高的一个趋势，在微波功率为1 019 W时脆度值最小，此时由于微波促使胡萝卜片中水的极性分子加速摩擦，促使水分的散发达到最优值，薄片脆度良好。

2.2.2 最佳工艺验证

通过岭脊分析[13]，得出响应面回归模型存在最大值点，Y1的最优预测值为 92.8，Y2的最优预测值为1.53，两者所对应的因素稳定点是一致的，由响应面软件分析得到胡萝卜脆片的最佳制作工艺为：微波功率1 019.27 W，光波功率490.41 W，加热时间35.99 min，感官评分为92.8，脆度值为1.53 s。

为了检验响应面法优化结果的可行性，采用得到的最佳制作工艺进行膨化胡萝卜脆片的验证实验，同时考虑实际操作过程中的便利，将验证实验条件调整为：微波功率1 019 W，光波功率490 W，加热时间36 min，同时设置随机对照组[14]：微波功率1 050 W，光波功率500 W，加热时间40，结果见表6。

表6 最佳工艺验证实验

从表6中可以看出，验证组的感官评分高于随机对照组，而脆度值低于随机对照组，说明验证组的胡萝卜脆片品质更优。同时通过3组平行验证实验得到最终感官评分为92.5，脆度值为1.55 s，与预测值基本一致。

2.3感官评分与脆度值的相关性分析

由表6可知，膨化胡萝卜脆片的感官评分与脆度值之间呈极显著正相关(plt;0.01)。脆度值可直观反映胡萝卜脆片爽脆度的大小，脆度值越大说明胡萝卜脆片越不脆，口感越差，脆度值将直接影响胡萝卜脆片的感官评价。爽脆可口的胡萝卜脆片是消费者最易接受的[15]，因而较小的脆度值恰恰能反映出较高的感官评分。

表7 感官评分与脆度值的相关性分析

3 结论

本文借助LY-4KW-WG型微波光波炉，在单因素实验基础上，通过响应面分析法优化膨化胡萝卜脆片的制作工艺，得出最优制作工艺条件为设定微波功率1 019 W，光波功率490 W，加热时间36 min，在此条件下，膨化胡萝卜脆片的感官评分为92.8分，脆度值为1.53 s。采用响应面分析法优化得到的工艺参数准确可靠，可有效地减少操作盲目性。本实验主要器械LY-4KW-WG型微波光波炉具有操作简单、成品品质易监控的特点[16](输出功率调节方便，有可视透窗)，且适合批量化的生产，为工业化生产提供理论可能性；在上文工艺条件下加工出的产品口感酥脆，营养健康，更容易得到市场的认可，推广潜力巨大。

[1] 张丽晶,林向阳,张宏,等.微波膨化技术在食品中的应用研究[J]. 农产品加工:学刊,2008,41(8):26-28.

[2] 于功明,陆晓滨.挤压膨化食品的营养学评价[J].食品工业科技,2003,3(2):78-81.

[3] 李清明,谭兴和,申双贵,等. 食品微波膨化技术研究进展[J]. 包装与食品机械,2003,37(4):13-16.

[4] 刘英. 挤压膨化技术在谷物食品加工中的应用[J]. 西部粮油科技,1999,7(4):30-31.

[5] 刘福盛.膨化食品的安全性问题[J].食品科技,2006,7(1)：143-144.

[6] 黄宗海,何新益,王佳蕊,等.预处理方式对胡萝卜变温压差膨化干燥品质的影响[J]. 食品与机械,2011,27(1)：124-126.

[7] 彭润玲.几种生物材料冻干过程传热传质特性的研究[D].沈阳：东北大学,2007.

[8] 李云雁,胡传荣,著.试验设计与数据处理[J].北京：化学工业出版社,2008,6:114-119.

[9] 解伟妮,陈建杨.食品脆度的客观表征及其通用测量公式的研究[J]. 食品科学,2010,47(3):150-152.

[10] 姜文.产品设计中感官评价方法的应用研究[D].无锡：江南大学,2013.

[11] GALKOWSKA DOROTA, DLUGOSZ MAGDA, JUSZCZAK LESLAW. Effect of high methoxy pec-tin and sucrose on pasting, rheological, and textural properties of modified starch systems[J].Starch-Starke.2013,65(5):499-508.

[12] 江宁,刘春泉,李大婧,等. 气流膨化甘薯片的工艺优化[J]. 农业工程学报,2010(11):361-367.

[13] 杨抑,徐伟,陈杰.响应面分析法对油炸香芋片的工艺优化[J]. 食品与机械, 2009, 25(1): 46-50.

[14] 毛玮,胡良平,王琪.试验设计必须遵循对照原则[J]. 药学服务与研究,2010,17(4):252-255.

[15] 苏慧,郑明珠,蔡丹,等.微波辅助技术在食品工业中的应用研究进展[J]. 食品与机械,2011,21(2):165-167.

[16] 宫尚.光波炉取代微波炉[J]. 全国商情:综合版,2001(Z4):9-10.

Thedevelopmentofpuffingcarrotchipsbyinfraredmicrowave

WU Peng, WANG Heng-peng, XU Zhi-cheng, ZHANG Tao, CHEN Sheng-shu, MENG Xiang-ren*

(School of Tourism and Culinary Science,Yangzhou 225000,China)

The infrared microwave puffing carrots chips technology was developed. Microwave and infrared power and heating time on carrots chips of sensory quality were studied. The three factors - three level central composition experiment was designed and regression equation of carrots chips was established. At the same time, the correlation between the two key evaluation indexes of sensory score and crispness was studied. Results show that the best parameters were: microwave power 1 019 W, infrared power 490 W, and heating time 36 minutes. Under the above conditions, the sensory evaluation score was the highest and quality was the best.

domestic microwave oven; carrot chips; response surface;sensory evaluation；brittleness value

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014373

硕士研究生(孟祥忍副教授为通讯作者,E-mail：455608455@qq.com)。

部分南方黄牛生长与肉用性状功能基因组学研究(2013AA102505)

2017-03-24，改回日期：2017-05-17