真空浸漬加工即食風味馬鈴薯片工藝優化

於曉燕,王思捷,李 俊,雷尊國,李 飛,劉 嘉,,*

(1.貴州大學釀酒與食品工程學院,貴州貴陽 550025;2.貴州省農業科學院食品加工研究所,貴州貴陽 550006)

馬鈴薯(Potatoes)俗稱洋芋、土豆、山藥蛋、薯仔等。富含蛋白質、淀粉及多種人體必須氨基酸、膳食纖維、維生素、微量礦物質等,是僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物[1-2]。其淀粉含量約為20%[3],蛋白質質量比大豆好,最接近于動物蛋白[4],有“地下蘋果”和“第二面包”的美稱。在世界上許多地區,馬鈴薯及其加工產品在改善人類健康和營養方面扮演著重要角色。我國是世界馬鈴薯主產國之一,產量居世界首位[5]。但相比于歐美等發達國家多達60%的加工利用率,我國馬鈴薯的加工產業相對滯后[6],90%的馬鈴薯是以鮮食形式消費,僅有小部分用于加工,鮮薯儲存不當導致的腐爛造成了極大的浪費[7]。

風味馬鈴薯片的常規加工方式通過縮短熱加工時間以保障其質地脆性,但淀粉未充分糊化導致消費者食用后發生脹氣等胃腸不適。經過酸、鹽預處理的馬鈴薯片在充分熱加工后仍然保持了一定的脆性,也解決了淀粉不能充分糊化的問題[8-10]。同時,馬鈴薯片在真空狀態下腌制,不僅保留了馬鈴薯的風味和營養成分,而且衛生、保鮮,便于保存和攜帶[11-12]。泡椒和麻辣風味是近年比較流行并且被大眾普遍接受的口味,在西南地區尤其受歡迎。泡椒顏色透亮有光澤,辣而不燥,辣中微酸,是我國的傳統風味食品之一,可以促進食欲也可以幫助腸道消化和吸收。辣椒中含有的辣椒素可促進脂肪的分解、預防血液中血栓的形成,有減肥和祛濕驅寒的功效[13-15]。即食風味馬鈴薯片結合了預處理后馬鈴薯片的爽脆口感和腌制后的酸辣鮮咸口味,具有成本較低、風味獨特、食用方便、易于攜帶等特點,市場前景廣闊[16-17]。

本試驗以馬鈴薯、辣椒、花椒等為原料制備泡椒風味和麻辣風味即食馬鈴薯片,在前期預處理的基礎上使用真空浸漬技術對馬鈴薯片進行快速腌制,考察了馬鈴薯片切片厚度、真空處理時間和蒸煮時間對馬鈴薯片感官的影響,通過響應面優化試驗確定最優的加工工藝,為即食風味馬鈴薯片的生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

馬鈴薯 購于貴陽市沃爾瑪超市,新鮮、色澤正常、無機械損傷、無腐爛變質且為同一批次;泡椒小米辣、雞精、紅朝天椒、二鍋頭、花椒粒、香葉、小茴香、八角、蒜、姜;辣椒面、干辣椒、桂皮、小茴香砂仁、青花椒、紅花椒、八角、蔥、芝麻、花生油 均購于貴陽市沃爾瑪超市;D-(+)半乳糖醛酸 Solarbio公司;冰醋酸、檸檬酸、酒石酸、L-蘋果酸、富馬酸、乳酸、己二酸、氯化鈣、硫酸亞鐵、氯化鉀、氯化鈉、氯化鎂 均為食品級,山東優索化工科技有限公司;氫氧化鈉、無水乙醇、硫酸、咔唑、α-酚萘 均為分析純,天津市大茂化學試劑廠。

TA-XT plus型物性測試儀 英國Stable Micro Systems公司;BSA223S型分析天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;KQ-500E型超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司;KEO-19AS35TE型電磁爐 深圳康佳智能電器科技有限公司;SHZ-Ⅲ型循環水真空泵 上海亞榮生化儀器廠;真空干燥器。

1.2 實驗方法

1.2.1 即食風味馬鈴薯片加工工藝

1.2.1.1 泡椒風味腌制液的調配 以泡椒豬肝腌制液的配方為參考做適當修改[18]。稱取泡椒小米辣1000 g、純凈水500 g、紅朝天椒200 g、白醋40 g、二鍋頭20 g、雞精8 g、味精8 g、白糖5 g、花椒粒3 g、八角2 g、香葉1 g、小茴香1 g、蒜片0.5 g、姜片0.5 g。將調味料充分混勻,備用。

1.2.1.2 麻辣風味紅油的調配 以紅油毛木耳的工藝配方為參考做適當修改[19]。辣椒面50 g、干辣椒10 g、大蒜20 g、生姜15 g、蔥10 g、芝麻3 g、紅花椒3 g、青花椒3 g、香葉1 g、桂皮2 g、八角2 g、砂仁2 g、茴香1 g,將調味料充分混勻,備用。將200 g花生油加熱至160 ℃后倒入調味料中,待調味料中的風味物質充分釋放后過濾出紅油,棄掉殘渣,向紅油中加入芝麻3 g、白糖1 g、味精0.25 g、雞精0.25 g、食鹽0.2 g。

1.2.1.3 即食風味馬鈴薯片加工工藝 馬鈴薯→去皮→切片→清洗→預處理→浸漬→真空包裝→蒸煮滅菌→泡椒風味(麻辣風味)即食馬鈴薯片

1.2.2 單因素實驗 新鮮馬鈴薯經清洗、去皮、切片后,按比例添加醋酸(7 g/L)及氯化鈣(1 g/L),置于室溫下浸泡處理10.5 h(以預實驗最優結果為準),然后用純凈水沖洗備用。經過預處理的馬鈴薯片放入燒杯中,倒入調配好的腌制液和紅油(按照馬鈴薯∶腌制液/紅油=1∶1.5 g/L),用保鮮膜封口后放入連接SHZ-Ⅲ循環水式多用真空泵的真空干燥器浸漬腌制,包裝封袋。最后經沸水蒸煮殺菌,得到泡椒和麻辣風味馬鈴薯片。在其他主輔用量(按照馬鈴薯∶腌制液/紅油=1∶1.5 g/L)及預處理條件(醋酸添加量為7 g/L,氯化鈣添加量為1 g/L,浸泡時間為10.5 h)不變的前提下,改變切片厚度(泡椒:1、1.5、2、2.5、3、3.5 mm;麻辣:0.5、1、1.5、2、2.5、3 mm),在真空度0.085 mPa室溫下浸漬60 min,蒸煮150 s。切片厚度為2 mm,蒸煮時間為150 s的條件下改變真空腌制時間(泡椒和麻辣均為：20、40、60、80、100、120 min)。控制切片厚度2 mm,真空處理時間80 min,考察蒸煮時間(泡椒：90、120、150、180、210、240 s;麻辣:60、90、120、150、180、210 s)對風味馬鈴薯片感官的影響。

1.2.3 響應曲面優化試驗設計 在單因素實驗的基礎上,選擇切片厚度(A)、真空浸漬時間(B)、蒸煮時間(C)為自變量,以感官評分為響應值,利用Design-Expert 8.0.5軟件,設計3因素3水平的響應面試驗方案(見表1和表2)。

表1 泡椒馬鈴薯片因素水平

表2 麻辣馬鈴薯片因素水平

1.2.4 感官評價 由10名專業從事食品研發的人員進行盲測,對產品的色澤、口感及風味等感官指標進行綜合評價[20],感官評分滿分為100分,感官評價標準見表3。

表3 感官評定標準

1.2.5 硬度測定 參考文獻[21]的操作。采用TA-XT plus物性測試儀測定,參數的選擇:TPA測定模式,又稱二次咀嚼試驗。探頭:P/5,起始距離:15 mm,測前速度:1.0 mm/s,測后速度:1.0 mm/s,兩次壓縮中間停頓5 s,受壓變形50%。

1.2.6 微生物指標測定 菌落總數測定參照《GB 4789.2-2016》[22];大腸菌群測定參照《GB 4789.3-2016》[23]。

1.3 數據處理

每個樣品做三次平行試驗取平均值。用SPSS 17.0和Design-Expert 8.0.5軟件進行數據分析,用Origin8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 切片厚度對馬鈴薯片感官及硬度的影響 如圖1所示,切片厚度對兩種風味馬鈴薯片的硬度和感官影響趨勢是相同的。隨著馬鈴薯切片厚度的增加,感官得分趨勢先升高而后降低,泡椒味馬鈴薯和麻辣味馬鈴薯分別于2.5和1.5 mm處于最高值,而硬度隨著切片厚度增加呈穩步上升趨勢。由此可知,馬鈴薯片過薄或過厚時,均會影響感官。Franco Pedreschi等[24]研究了直徑為30 mm、厚度為3.0 mm的馬鈴薯薯片的油脂吸收和分布,表明以滲透性表面油所占比例最高,說明薯片的吸油現象主要存在于表面,當切片厚度較大時難以腌制入味,影響其風味。綜合實際與感官評分,泡椒馬鈴薯切片厚度為2.5 mm左右較為合適,麻辣馬鈴薯切片厚度為1.5 mm左右較為合適。

圖1 切片厚度對泡椒馬鈴薯片(A)和麻辣馬鈴薯片(B)感官及硬度的影響

2.1.2 真空腌制時間對馬鈴薯片感官及硬度的影響 真空腌制技術作為目前馬鈴薯片最新的加工方法,一方面它可以在一定程度上保留原料的風味和營養成分,另一方面,可使浸漬后的產品保持原有的色澤,保鮮效果好,有利于產品的長期儲存[25-26]。研究發現,真空處理時間對馬鈴薯片硬度和風味影響較大,如圖2所示,隨著真空處理時間的延長,馬鈴薯片的硬度不斷下降,而硬度過低時口感變差,感官評分隨之降低。Elizabeth Troncoso等[27]對比了常壓和真空處理對馬鈴薯薯片含油量和失水率的影響,結果證明真空處理后的馬鈴薯薯片含油率降低了30%,同時變擴散系數模型較好的擬合了樣品失水量,隨著水分含量的增加,有效擴散系數減少。真空腌制時間延長,浸漬液不斷滲入馬鈴薯片,浸漬液擴散率隨之下降,得到的馬鈴薯片滋味變差。當真空處理時間為40 min時,泡椒和麻辣馬鈴薯片的感官評分均達到最大值,所以選擇40 min為較優的腌制時間。另外,Elizabeth Troncoso也討論了切片厚度對擴散系數的影響,3和2.5 mm的馬鈴薯片相比,3 mm擴散系數更小,這進一步驗證了以上試驗結果。

圖2 真空腌制時間對泡椒馬鈴薯片(A)和麻辣馬鈴薯片(B)感官及硬度的影響

2.1.3 蒸煮時間對馬鈴薯片感官及硬度的影響 馬鈴薯片經真空腌制40 min后,經由不同的蒸煮時間進行蒸煮,其硬度及感官評分隨時間變化如圖3所示。由圖3可知,隨著蒸煮時間的增長,馬鈴薯片的硬度呈穩定下降趨勢,而感官評分出現先上升后下降的現象,泡椒和麻辣馬鈴薯片分別在180和120 s時達到最大值。蒸煮時間較短時,馬鈴薯片的口感較脆,但食用時會有不愉悅的生味,蒸煮時間過長時,口感會變得綿軟甚至外形會受到一定程度的破壞,也影響了其外觀。所以,控制合適的蒸煮時間對風味馬鈴薯的香脆性和完整性至關重要[28]。從縮短蒸煮時間、提高馬鈴薯片脆性和保持形態完整方面考慮,選擇泡椒和麻辣馬鈴薯片蒸煮時間分別為180和120 s為宜。

圖3 蒸煮時間對泡椒馬鈴薯片(A)和麻辣馬鈴薯片(B)感官及硬度的影響

2.2 響應面優化試驗結果

2.2.1 泡椒風味馬鈴薯片響應面試驗結果分析

2.2.1.1 Box-behnken中心組合設計工藝優化試驗結果 按照表1因素與水平設計方案,試驗結果見表4。利用Design-Expert響應面進行回歸擬合分析,得到單因素和感官評分之間的二次多項模型為:

Y=92.22+1.19A+0.16B-2.80C+4.67AB+4.20AC+0.90BC-8.75A2-3.60B2-5.62C2

式(1)

由表5可知,回歸方程顯著(P<0.01),失擬項(P=0.0675>0.05)不顯著,R-S=0.977,R-Adj=0.949,說明該模型擬合程度高,可用于因子響應值預測。模型中A2、B2、C2、AB、AC、C具有極顯著性,表明各因素對響應值的影響不是簡單的線性關系,因子A、B、BC對感官評分影響不顯著。所選因素對響應值影響的主次順序為:C(蒸煮時間)>A(切片厚度)>B(真空處理時間)。

表4 響應面試驗設計及結果

2.2.1.2 響應面分析及優化 圖4為切片厚度、真空處理時間、蒸煮時間對泡椒味馬鈴薯片成品感官的影響。從圖4中可知蒸煮時間對感官評分的影響較為顯著(P<0.05),表現為曲線更加陡峭,切片厚度和真空處理時間次之,表現為曲線平緩。在同一蒸煮時間和真空處理時間下,感官評分隨切片厚度增加先增高后下降,在同一切片厚度和蒸煮時間下,感官評分隨真空處理時間延長先增高后下降,在同一切片厚度和真空處理時間下,感官評分隨蒸煮時間延長先增高后下降,其原因是因為蒸煮時間的延長降低了硬度,破壞了馬鈴薯片的完整性和香脆性,口感軟綿不適。

表5 回歸方程的方差分析

為確定最佳響應值的因素水平,采用Design Expert軟件對試驗模型進行分析,得到泡椒風味馬鈴薯片制作工藝的最佳參數:馬鈴薯切片厚度2.51 mm、真空處理時間39.97 min、蒸煮時間165.27 s,此時感官評分為92.6,結合實際操作的可行性,修正工藝參數為馬鈴薯切片厚度2.5 mm、真空處理時間40 min、蒸煮時間165 s。對工藝參數進行驗證,最終感官評分為92.0,與預測值92.6基本吻合。因此本文中所得數學模型(1)較為可靠,具有實際應用價值。

圖4 泡椒味Y=f(A,B,C)的響應面

2.2.2 麻辣風味馬鈴薯片響應面試驗結果

2.2.2.1 Box-behnken中心組合設計工藝優化試驗結果 按照表2因素與水平設計方案,試驗結果見表6。利用Design-Expert響應面進行回歸擬合分析,得到單因素和感官評分之間的二次多項模型為:

Y=93.68-6.74A+0.18B+1.76C+1.60AB+3.38AC+0.80BC-11.08A2-3.20B2-7.03C2

式(2)

由表7可知,回歸方程顯著(P<0.01),失擬項(P=0.1752>0.05)不顯著,R-S=0.9965,R-Adj=0.9920,說明該模型擬合程度高,可用于因子響應值預測。模型中A2、B2、C2、AB、AC、A、C具有極顯著性,因子B、BC對感官評分影響不顯著。所選因素對響應值影響的主次順序為:A(切片厚度)>C(蒸煮時間)>B(真空處理時間)。

表6 響應面試驗設計及結果

表7 回歸方程的方差分析

2.2.2.2 響應面分析及優化 圖5為切片厚度、真空處理時間、蒸煮時間對麻辣味馬鈴薯片成品感官的影響。從圖中可知切片厚度與蒸煮時間對感官評分的影響較為顯著,表現為曲線更加陡峭,真空處理時間次之,表現為曲線平緩。在同一蒸煮時間和真空處理時間下,感官評分隨切片厚度增加先增高后下降,在同一切片厚度和真空處理時間下,感官評分隨蒸煮時間延長先增高后下降,在同一切片厚度和蒸煮時間下,感官評分隨真空處理時間延長先增高后下降,其原因是因為真空處理時間的持續延長,一方面加速浸漬液的滲透,另一方面,樣品水分含量提高,浸漬液有效擴散率降低。

圖5 麻辣味Y=f(A,B,C)的響應面

為確定最佳響應值的因素水平,采用Design Expert軟件對試驗模型進行分析,得到麻辣風味馬鈴薯片制作工藝的最佳參數:馬鈴薯切片厚度1.70 mm、真空處理時間39.58 min、蒸煮時間123.09 s,此時感官評分為94.7分,結合實際操作的可行性,修正工藝參數為馬鈴薯切片厚度1.7 mm、真空處理時間40 min、蒸煮時間120 s。對工藝參數進行驗證,最終感官評分為93.0分,與預測值94.7分基本吻合。因此本文中所得數學模型(2)較為可靠,具有實際應用價值。

2.3 產品微生物學指標測定

按上述最佳工藝配方制得產品進行微生物檢測,細菌總數、大腸菌群、致病菌均未檢出,符合方便食品商業無菌的要求,這說明按照本文工藝配方制得風味馬鈴薯片是一種安全可靠的即食食品。

表8 微生物學指標

3 結論

在單因素實驗的基礎上,采用Box-behnken中心組合設計開發即食風味馬鈴薯片,結合響應面優化結果和實際操作的可能性確定泡椒風味馬鈴薯片的最佳制作工藝參數為:馬鈴薯切片厚度2.5 mm、真空處理時間40 min、蒸煮時間165 s,在此時感官評分為92.0分。麻辣風味馬鈴薯片的最佳制作工藝參數為:馬鈴薯切片厚度1.7 mm、真空處理時間40 min、蒸煮時間120 s,此時感官評分為93.0分。在此工藝配方下制作的泡椒風味馬鈴薯片和麻辣風味馬鈴薯片硬度適中、感官質量最好、色澤均勻、無褐變和發軟現象、口感爽脆、內質結構均勻,無微生物檢出。本文所得出的加工方法及工藝參數可為企業工業化生產風味馬鈴薯片提供一定的理論依據。