基于阿膠棗質構品質提升的熱風干燥工藝研究

張 賽,周 青,勞 菲,郭興峰,孟苓鳳,和嫻嫻,汝文文,王東亮,*,吳繼紅,*

(1.中國農業大學食品科學與營養工程學院,國家果蔬加工工程技術研究中心,農業農村部果蔬加工重點實驗室,北京 100083;2.聊城大學農學院,山東聊城 252000;3.東阿阿膠股份有限公司,國家膠類中藥工程技術研究中心,山東聊城 252200)

棗又稱紅棗、大棗等,是一種鼠李科(Rhamnaceae)棗屬植物(ZiziphusjujubeMill)的果實,富含維生素C、環磷酸腺苷、有機酸、多種氨基酸、鈣和鐵等多種營養物質[1-3]。棗采收期短,其深加工是主要的研究方向[4]。阿膠棗是一種利用紅棗、糖漿、阿膠等加工而成的蜜餞類食品。阿膠作為主要原料之一,由驢皮熬制而成,富含氨基酸、蛋白質、多糖、揮發性物質及無機物等[5]。通過對阿膠中活性物質的提取和相關臨床試驗的驗證,發現阿膠可有效輔助治療缺血性疾病,增強免疫力,促進心血管系統疾病患者的健康恢復等生物活性[6-9]。因此,由阿膠和紅棗加工而成的阿膠棗成為廣受消費者歡迎的,具有滋補作用的保健休閑食品。

阿膠棗的制作工藝與一般蜜餞類產品類似,主要分為原料處理、清洗、糖制、烘烤、回涼和包裝等幾個主要工序[10-11]。其中烘烤過程對阿膠棗質構等品質影響較大,工業化生產阿膠棗由于多種原因出現硬度不均一、品質參差不齊等問題[12]。果脯的烘烤過程有很多種工藝可供選擇,例如熱風干燥,微波干燥,真空干燥,遠紅外干燥等[13-15]。常壓熱風干燥是以流動的熱空氣作為干燥介質,在將熱量傳遞給物料的同時帶走物料水分的干燥方式。這種干燥方法有著操作容易、投入少、成本低、設備維修快捷、可干燥多種類型和性質的物料等優點,在各個行業得到廣泛應用。熱風干燥的溫度范圍一般在60～120 ℃之間,干燥果蔬大概需要10 h[16]。我國近90%的脫水果蔬采用常壓熱風干燥[17]。

阿膠棗在常壓熱風干燥過程中,其品質與干燥溫度和時間密切相關[18]。此外,目前工廠普遍采用的帶式干燥設備,由于設備受熱風機位置的限制,在傳送帶上位于邊緣的棗樣受熱要較中心位置的棗樣受熱多,相較于傳送帶中心,傳送帶邊緣的棗因處于較高的溫度和空氣流速環境下,干燥程度也偏高,導致同一批次的成品阿膠棗質構特性不均一,嚴重影響了阿膠棗的品質。本研究通過分析影響阿膠棗干燥過程的因素,包括烘烤時間、烘烤溫度和半成品棗在烘烤過程的空間分布等,探究其與終產品質構間的關系,通過優化工藝參數提升成品阿膠棗的品質,以期對阿膠棗干燥工藝優化提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金絲棗、阿膠糖漿、阿膠棗專用塑料復合包材 由東阿阿膠股份有限公司提供;計數瓊脂、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂 北京奧博星生物技術有限責任公司;孟加拉紅培養基、磷酸二氫鈉 分析純,北京索萊寶科技有限公司;氫氧化鈉、無水乙醇 分析純,北京化工廠。

197加壓浸漬罐 溫州中核機械有限公司;LabSwift-aw水分活度儀 瑞士Novasina AG公司;TA-XT plus物性分析儀 英國Stable Micro System Texture Analyser公司;BKDP-11醒烤箱 上海科麥食品有限公司;HZY-223型烤箱 德普公司;電熱恒溫培養箱 上海精宏實驗設備有限公司;立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫療器械廠;雙人雙面凈化工作臺 蘇州凈化設備有限公司。

1.2 阿膠棗制備工藝流程

鮮棗→前處理→一次滲糖→二次滲糖→瀝糖→干燥→成品

操作要點:選取無霉變及蟲蛀、大小均一的金絲棗進行清洗、去核,置于煮沸溶化的阿膠糖漿中浸漬;浸漬罐加蓋密閉,煮沸并保持沸騰30 min后,停止加熱并浸泡約2.5 h,再開蓋浸泡4 h以上,瀝糖后,置于烤箱中均勻平鋪干燥,獨立包裝獲得成品阿膠棗。

1.3 阿膠棗熱風干燥質構特性及均一性研究

1.3.1 熱風干燥溫度和時間對阿膠棗質構品質的影響

1.3.1.1 干燥溫度的確定 固定干燥時間為275 min,參考企業現有工藝參數,分別在95、100、105 ℃溫度下干燥,測定樣品的質構特性(硬度及膠粘性)、水分活度,研究干燥溫度對阿膠棗質構品質的影響。

1.3.1.2 干燥時間的確定 固定干燥溫度為100 ℃,參考企業現有工藝參數,將阿膠棗分別干燥225、250、275、300 min,測定樣品質構特性(硬度及膠粘性)、水分活度,研究干燥時間對阿膠棗質構品質的影響。

1.3.1.3 干燥溫度與時間的雙因素完全隨機實驗 在單因素實驗基礎上,以阿膠棗的感官評分為指標,采用2×3兩因素完全隨機實驗方法(表1)確定阿膠棗熱風干燥最佳工藝條件。

表1 阿膠棗熱風干燥溫度與時間的雙因素隨機實驗因素水平表Table 1 Two-factor random experiment for hot airdrying temperature and time of Colla Corii Asini jujube

1.3.2 阿膠棗熱風干燥質構均一性提升實驗 利用實驗室烘箱模擬帶式干燥工藝,通過調整阿膠棗在烘箱中的位置來模擬帶式干燥機中不同空間單元的重新分布,考察干燥受熱分布優化對產品硬度均一性改良的結果。圖1顯示了實驗室烘箱模擬帶式干燥機熱分布調整的過程:烘箱中部溫度及風速較低,用以模擬工廠傳送帶中心區域;反之,烘箱四周則是模擬傳送帶邊緣區域。本實驗在100 ℃/275 min干燥條件下,對阿膠棗進行0、1、2次受熱重新分布,干燥結束后,繼續在80±5 ℃條件下烘烤15 min,而后檢測A、B、C三行阿膠棗的硬度、膠粘性、水分活度的變化,比較阿膠棗的質構均一性。

圖1 阿膠棗干燥加工受熱重分布示意圖Fig.1 Transfer position diagram for heatredistribution of Colla Corii Asini jujube

1.4 阿膠棗加速貨架期實驗

在質構品質最佳的工藝條件下制得成品阿膠棗,采用塑料復合膜進行獨立熱封包裝,在45 ℃恒溫箱中儲藏70 d模擬阿膠棗產品在貨架期內的變化,每14 d采樣,檢測阿膠棗的硬度、膠粘性、水分活度以及微生物指標變化。

1.5 測定指標及方法

1.5.1 質構特性的測定 采用物性分析儀對經熱風干燥后的阿膠棗進行質地剖面分析(TPA)實驗[19],選取外觀大小均一的阿膠棗,剖開阿膠棗,使用棗中段1 cm2切片,選取硬度及膠粘性作為主要評價指標[20],測定參數為:設置TPA模式,選擇P35探頭,測試前速率1.0 mm/s,測試中速率1.0 mm/s,測試后速率1.0 mm/s,壓縮程度60%,停留時間5 s,觸發值5 g,平行測定六次[21-22]。

1.5.2 水分活度的測定 手工剪切阿膠棗樣品,直至試樣顆粒細小均勻,放置于水分活度儀中測定,待儀器示數穩定后讀數,平行測定3次。

1.5.3 感官評價 組織12名有經驗人員(男女比例1∶3)進行品評,感官評價參考標準NY/T 436-2018《綠色食品 蜜餞》[23],如表2所示的評分細則,對阿膠棗樣品的外觀、咀嚼特性、風味、整體口感進行感官品評。

表2 阿膠棗感官評價評分細則Table 2 Colla Corii Asini jujube sensory evaluation score rules

1.5.4 微生物指標的測定 菌落總數:參考GB 4789.2-2016[24]《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》,取樣的方法略有改動,取1 g阿膠棗樣粉碎后加入9 mL緩沖液稀釋,在旋渦混合器上旋渦2 min后取上清液。

大腸桿菌:參考GB 4789.3-2016[25]《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》,取樣方法同上。

霉菌:參考GB 4789.15-2016[26]《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》,取樣方法同上。

1.6 數據處理

所有實驗重復3次,采用IBM SPSS 20進行數據處理,結果采用平均值±標準差形式表示,采用方差分析對數據進行差異性分析;應用Origin 2017進行作圖。

2 結果與分析

2.1 阿膠棗熱風干燥質構特性及均一性研究

2.1.1 干燥溫度對阿膠棗質構品質的影響 干燥溫度的改變對阿膠棗品質有著較大的影響。王萍等[20]研究紅棗的營養成分與質構特性的相關性發現,紅棗的水分對于紅棗的質構特性影響較大。由圖2可知,當干燥溫度分別為95和100 ℃時,阿膠棗的水分活度較為接近,105 ℃時水分活度有所降低。隨干燥溫度的升高,阿膠棗的硬度及膠粘性數值均逐漸升高,這與張群等[27]研究不同溫度熱風干燥對藍莓果干質構特性的影響的結果相似。特別是在105 ℃干燥條件下,阿膠棗的硬度及膠粘性顯著升高(P<0.05)。前期實驗結果表明,口感適宜的理想阿膠棗的質構參數為:質構儀硬度數值約為2000～4000 g,膠粘性數值約為600～1000 g·sec。由此可知,當干燥溫度過高時,對阿膠棗質構不利。分析其原因可能是由于干燥溫度升高,分子運動加快,物料表面熱空氣對流也加快,物料內體積熱增加,加速分子運動,導致水分擴散速率加快[28]。此外,高溫會使表面水分散失過快,內部水分來不及向表面轉移,在產品表面形成硬殼,導致硬度增大[29]。綜合考慮,干燥溫度應選定在100 ℃左右為宜。

圖2 不同熱風干燥溫度對阿膠棗質構品質影響Fig.2 Effect of different drying temperatureson the Colla Corii Asini jujube drying quality注:同一指標不同字母代表顯著性差異(P<0.05);圖3、圖5～圖7,表5同。

2.1.2 干燥時間對阿膠棗質構品質的影響 由圖3可知,隨著干燥時間的延長,阿膠棗的水分活度逐漸降低,硬度及膠粘性數值逐漸升高,這與王君[30]研究熟化甘薯熱風干燥過程中的水活、硬度及膠粘性的變化結果一致。特別是在干燥275～300 min過程中,持續高溫環境使阿膠棗周圍的濕度逐漸變小,阿膠棗的硬度及膠粘性顯著升高(P<0.05),水分活度顯著降低(P<0.05),質構品質下降,綜合考慮,干燥時間應選定在275 min左右為宜。

圖3 不同熱風干燥時間對阿膠棗質構品質影響Fig.3 Effect of different drying timeson the Colla Corii Asini jujube drying quality

2.1.3 阿膠棗熱風干燥溫度與時間的雙因素完全隨機實驗 采用雙因素完全隨機實驗確定阿膠棗熱風干燥最佳工藝條件,實驗結果見表3,雙因素方差分析結果見表4,阿膠棗感官描述見圖4,表3中右側感官評分為色澤、形態結構、硬度、粘度、風味五項指標評分總和。

表3 阿膠棗熱風干燥溫度與時間雙因素隨機實驗Table 3 Outcomes of the two-factor random experiment aboutthe Colla Corii Asini jujube hot air drying temperature and time

表4 阿膠棗熱風干燥溫度與時間雙因素方差分析結果Table 4 Analysis of variance results of Colla Corii Asinijujube hot air drying temperature and time experiment

根據表3感官評分結果,實驗采用雙向評分表,分數越靠近0代表該項指標感觀數據越好,故通過比對感官評分接近0的程度來選擇最合適的A/B水平。表中樣品編號5的感官評分為-0.33,最接近0,所以最佳的干燥工藝條件是A2B2,即在干燥溫度為100 ℃,干燥275 min條件下,阿膠棗的感官評價最優。

表4方差分析結果可知,干燥溫度(A因素)主效應是統計顯著的,F=22.339,P=0.007(<0.05);干燥時間(B因素)主效應統計上不顯著,F=2.237,P=0.223(>0.05)。結果表明,干燥溫度對阿膠棗感官評分有顯著影響。

圖4阿膠棗感官描述結果可知,隨干燥溫度的升高及干燥時間的延長,阿膠棗的色澤、風味、形態結構能夠維持在可接受的范圍,硬度及粘度則出現口感偏硬,過于粘牙的結果。由此可知,烘烤工藝參數的變化對外觀結構的影響較小,對咀嚼特性影響較大。原因是在烘烤過程中,阿膠棗成品處于恒速干燥結束后降速干燥階段開始時,表層水分減少,顏色維持在半透明的深紫紅色,不會發生較大的變化,但由于水分蒸發冷卻效應的降低致使表面溫度過高出現硬化現象,阿膠棗在此階段的咀嚼口感會出現很大的差異。

圖4 不同溫度、時間熱風干燥生產的阿膠棗品質感官描述Fig.4 Sensory evaluation results of Colla Corii Asinijujube produced at different temperatures and times

2.1.4 阿膠棗熱風干燥質構均一性提升實驗 不同熱分布調整次數下,阿膠棗的硬度、膠粘性及水分活度結果如圖5、圖6、表5所示。實驗結果表明,不同受熱重新分布次數對阿膠棗的水分活度沒有顯著性差異(P>0.05),阿膠棗的整體硬度在1次熱重新分布后達到最佳均一狀態。烘箱內阿膠棗的硬度和膠粘性趨于一致,硬度數值均位于2000～4000 g范圍內,干燥過程中阿膠棗的空間重新分布對阿膠棗的質構均一性產生了良好的影響。在不重新分布的情況下,A、B、C三行阿膠棗的硬度和膠粘性分布較為離散,呈現C>B>A的趨勢,且處于烘箱最邊緣的C行阿膠棗因干燥程度過高,其硬度和膠粘性遠遠高于A、B兩行(P<0.05)。然而,當熱重新分布次數提高到2次時,烘箱內阿膠棗的硬度和膠粘性數值又重新趨于分散。結合實際操作,烘烤過程中引入1次受熱重新分布能夠顯著提升阿膠棗產品的硬度均一性。

圖5 受熱重新分布次數對阿膠棗硬度影響Fig.5 Effect of the heat redistribution numberon the hardness of the Colla Corii Asini jujube

圖6 受熱重新分布次數對阿膠棗膠粘性影響Fig.6 Effect of the heat redistribution numberon the stickiness of the Colla Corii Asini jujube

表5 不同受熱重新分布次數條件下阿膠棗的水分活度變化Table 5 Effect of the number of reversal on theactivity water of the Colla Corii Asini jujube

2.2 阿膠棗高溫加速儲藏期實驗

45 ℃環境下貨架期70 d內阿膠棗的硬度、膠粘性、水分活度的變化如圖7所示,微生物指標結果如表6所示。由圖7可知,最佳干燥工藝條件下,阿膠棗儲藏期內的硬度、膠粘性、水分活度等指標均未發生顯著性變化,維持了其良好品質。由表6所示,依據GB 14884-2016《食品安全國家標準 蜜餞》,阿膠棗儲藏期內符合食品安全微生物標準(菌落總數≤103CFU/g,大腸菌群≤10 CFU/g,霉菌≤50 CFU/g),可以有效保證食品的衛生安全性。此外,可以看出阿膠棗在儲藏期內的菌落總數呈先增后減的趨勢,但均在安全范圍內,分析認為這可能與阿膠棗的水分活度的輕微波動相關。

圖7 45 ℃阿膠棗儲藏期內質構及水分活度的加速試驗Fig.7 Changes in texture and water activity ofColla Corii Asini jujube during 45 ℃ storage

表6 45 ℃阿膠棗儲藏期內微生物指標加速試驗Table 6 Changes in microbial indicators ofColla Corii Asini jujube during 45 ℃ storage

3 結論

本實驗以阿膠棗為原料,研究其基于熱風干燥工藝條件下的質構品質提升。通過單因素和雙因素隨機實驗,以水分活度、硬度、膠粘性和感官評價為指標,確定了阿膠棗最佳質構品質時的熱風干燥工藝條件為:100 ℃下烘烤275 min,干燥進程138 min時進行一次受熱重新分布操作,通過阿膠棗原料干燥位置的重新分布,以實現干燥產品受熱和產品終點水分均一性控制。該干燥工藝條件下,阿膠棗的質量較佳,水分活度保持穩定,為0.63,硬度為2500.07 g,膠粘性為967.72 g·sec,阿膠棗的質構均一性也顯著提高,感官測評反饋良好,并且產品在45 ℃儲存70 d的貨架期內能夠保持食用品質及安全性。本研究結果也可為蜜餞類產品熱風干燥產業化應用提供借鑒。