荸荠脆片的工艺优化研究.pdf

第10 期（总第58 6 期）2023年10 月文章编号：16 7 1-9 6 46（2 0 2 3）10 b-0037-04农产品加工Farm Products Processing荸荠脆片的工艺优化研究No.10Oct.张梅，黎光会，肖家丽，蔡永梅，*张红霞（安顺学院化学化工学院，贵州安顺56 10 0 0)摘要：对荸荠脆片的加工工艺优化进行研究。以荠粉为原料，考查了水粉比例、烘焙时间、烘焙温度对脆片水分活度的影响。在单因素试验的基础上，采用响应面试验设计优化工艺条件，对其加工工艺进行优化。结果表明，最佳加工工艺水粉比例为1：2.5，烘焙温度为53，烘焙时间为17 min，此条件下水分活度为0.59 1，与理论值0.6 31相差较小。根据该比例加工的荠脆片感官性状最佳、口感酥脆、色泽均匀、品质优良。关键词：荸荠脆片；水分活度；响应面分析中图分类号：TS213.23(School of Chemistry and Engineering,Anshun University,Anshun,Guizhou 561000,China)Abstract:The process optimization of Eleocharis dulcis crisps was investigated.The effects of water-powder ratio,baking timeand baking temperature on the moisture activity of crisps were examined using Eleocharis dulcis powder as raw material.Basedon the single-factor test,the process conditions were optimized using response surface test design to optimize the processingprocess.The results showed that the optimal processing process had a water-to-powder ratio of 1:2.5,a baking temperatureof 53 C a n d a b a k i n g t i m e o f 17 m i n.T h e m o i s t u r e a c t i v i t y u n d e r t h i s c o n d i t i o n w a s 0.59 1,w h i c h w a s le s s d i f f e r e n t f r o m t h etheoretical value of 0.631.The Eleocharis dulcis crisps processed according to this ratio had the best organoleptic properties,crispy taste,uniform colour and good quality.Key words:Eleocharis dulcis crisps;water activity;response surface analysis荸荠（Eleocharis dulcis），是莎草科（Cyper-aceae）莎草属（Eleocharis R.Br）植物，又称蹄、栗、乌芋。荸荠可食用部分为其地下球茎，有“地下雪梨”的美誉。研究表明，荸荠中含有丰富的蛋白质、粗纤维、维C、胡萝卜素及钙、磷、铁等元素-3，荸荠球茎中含有黄酮、多糖、多酚、笛醇等多种活性成分，有润肺化痰、增强免疫功能、抗病消炎的功效，还可提高机体消化功能、增强食欲。荸荠的食用方法多样，既可直接削皮生食，也可以加热煮熟后食用，还可以用来炖汤调味。荸荠可加工成多种产品，一般可加工成削皮清水马蹄、糖荸荠、荸荠糖、荸荠脯、荸荠粉等产品，还可以用于加工成风味不同的荸荠饼、荸荠糕、威化马蹄件、马蹄香球、鲜奶马蹄盏、马蹄露、蜜汁荸荠、冰镇糖汁荸荠、雪花荸荠、酸辣荸荠等产品。国内有关荸荠加工食品的研究报告较多，主要涉及马蹄糕、清水马蹄罐头、荸荠饮料及荸荠山楂复合饮料等。收稿日期：2 0 2 3-0 6-0 7基金项目：安顺学院大学生创新创业计划项目（2 0 2 2 10 6 6 7 0 0 8）。作者简介：张梅（19 9 8 一），女，本科，研究方向为食品质量与安全。通讯作者：张红霞（19 7 0 一），女，本科，教授，研究方向为农产品生产及加工。文献标志码：AStudy on Process Optimization of Eleocharis dulcis CrispZHANG Mei,LI Guanghui,XIAO Jiali,CAI Yongmei,ZHANG Hongxiadoi:10.16693/ki.1671-9646(X).2023.10.037在荸荠果皮中发现一种不耐热的抑菌物质一掌荠英，此外还含有水溶性棕色素和膳食纤维，对荸荠加工副产物可以进一步提高其利用价值。荸荠淀粉含量较高，其淀粉颗粒易于糊化，有极强的黏性和抗冻能力。研究表明，荸荠粉具有较好的凝胶特性，比较不同的加工方式及不同的贮藏方式对荸荠粉的凝胶性和消化性的影响，室温贮藏和冷藏使荸荠淀粉凝胶的内聚性增加，而冻藏会使淀粉凝胶弹性明显降低6-7 。荸荠经热处理后还能够保持很好的脆性、硬度等质构特性。荸荠采收具有季节性，由于水分含量高，不易贮藏，因此开展荸荠加工技术研究能够提升荸荠的经济价值。有研究用微波膨化技术加工荸荠鲜果切片得到荸荠脆片9，但存在切片大小不一致，可能影响膨化效果的问题。对脆片加工方式还有油炸和烘焙，油炸方式存在热量过高及油料重复使用的安全性问题，而烘焙型荸荠脆片的研究较少。以荠38粉为原料，采用烘焙加工方法制成荸荠脆片，以加工后的脆片水分活度为考量，在考查单因素影响的基础上，通过响应曲面法优化荸荠脆片的工艺条件，筛选出最佳工艺条件，为荸荠的加工技术提供参考10-12 。1材料与方法1.1材料荸荠粉，广州市洲星食品有限公司提供。将颗粒状的荸荠粉碾磨成细粉，过40 目筛后室温密封保存备用。1.2仪器与设备GYY1冠亚活度仪（水分测定仪），深圳市冠亚技术科技有限公司产品；智能型电热恒温鼓风干燥箱，上海琅实验设备有限公司产品；AR224CN型电子天平、烘烤箱等，奥豪斯仪器有限公司产品。1.3试验方法1.3.1加工工艺流程荸荠粉粉碎过筛称量加水混合搅拌均匀一倒人烘焙模具一烘烤成型一冷却。1.3.2荠脆片工艺优化单因素试验准确称取9 g荸荠淀粉5份，按照表1的料液比与水混合，进行单因素试验。通过考查料液比、烘焙时间、烘焙温度对荸荠脆片水分活度的影响，以获得制备工艺参数的优选范围。试验因素水平见表1。表1试验因素水平料液比/g:mL烘焙时间t/min1:1.0121:1.5171:2.0221:2.5271:3.0321.3.3响应面试验在单因素试验基础上，以料液比、烘焙温度、烘焙时间为自变量，根据Box-behnken试验设计原理，采用三因素三水平的响应面分析法来模拟荸荠脆片的工艺优化的最佳参数。响应面试验因素与水平设计见表2。表2 响应面试验因素与水平设计水平料液比/g:mL-11:3.001:2.511:2.01.4类数据分析处理单因素试验数据采用Microsoft Office Excel 2016作图。响应面优化试验数据采用DesignExpertV8.0进行数据分析和作图。农产品加工2结果与分析2.1单因素试验2.2.1不同料液比对荸荠脆片水分活度的影响不同料液比对荸荠水分活度的影响见图1。0.650.600.550.500.450.400.350.300.251:1.0图1不同料液比对荸荠水分活度的影响由图1可知，随着水分的增加，脆片水分活度也随之升高，料液比达到1：1.2 5时，水分活度值达最高；当料液比为1：3.0 0 时，脆片的水分活度值已经降低。其原因可能荸荠粉与水混合加热后发生糊化，黏稠性增强，水分子与淀粉分子发生交联，在一定湿热条件下也能够稳定淀粉分子的结构，最终形成具有一定含水量的凝胶。当水的比例增加后，所形成的凝胶黏稠性较差，在湿热处理条件下，淀粉分子发生断裂，导致淀粉中小分子成分增加，从而降低了与水分子间的作用，所得产品的水分活度值较低。2.2.2不同烘焙温度对荸荠脆片水分活度的影响不同烘焙温度对荸荠脆片水分活度的影响见图2。烘焙温度/0.50450.4550556065烘焙温度/烘焙时间t/min5017552260272023年第10 期1:1.51:2.0料液比/g mL0.400.350.30+45图2 不同烘焙温度对荠脆片水分活度的影响由图2 可知，相同的料液比条件下，随着温度的升高，荸荠脆片的水分活度也在逐渐升高，当烘焙温度达到55时，水分活度最高，温度高于55后，水分活度值开始降低。结果说明适当的温度能够促进荸荠淀粉凝胶中淀粉分子与水分子的相互作用，形成比较稳定的胶体；当温度过高时，这种稳定胶体中的水分子就会失去，形成含水量低的产品，得到的脆片硬度也相应增大。2.2.3不同烘焙时间对荸荠脆片水分活度的影响不同烘焙时间对荸荠脆片水分活度的影响见图3。由图3可知，当烘焙时间为12 2 2 min时，随着烘焙时间的增加，水分活度也相应增高，在烘焙1:2.55055烘焙温度/1:3.060652023年第10 期0.550.500.450.400.3512图3不同烘焙时间对荠脆片水分活度的影响时间达到2 2 min时，水分活度值达最高，随着烘焙时间的增加，水分活度值开始降低。说明在一定湿热条件下，加热时间的延长，有利于水分子与淀粉分子的相互作用，从而增加荸荠脆片的水分活度，随着加热时间的延长，这种稳定的凝胶结构中水分子会丢失，表现为脆片的水分活度值下降，导致脆片硬度增大。2.3响应面优化加工工艺2.3.1响应面优化试验设计与结果在单因素试验的基础上，根据Design Expert试验设计原理，找到优化荸荠脆片的最佳加工工艺条件，以水分活度（Y）为响应面值、料液比为（A）、烘焙温度为（B）、烘焙时间为（C）3个对荸荠脆片品质有影响的因素进行响应面优化试验。响应面试验设计及结果见表4，回归方程方差分析见表5，回归方程可靠性分析见表6。表4响应面试验设计及结果试验号A102-13040506-17-1809-1101110120131140151161170利用DesignExpert8.06软件对表4数据进行二次回归分析，建立如下多元二次回归方程：Y=59.04+2.03A-2.97B-7.10C+5.42AB-5.63AC-1.38BC-8.28A2-4.98B2-3.88C2.由表5和表6 可知，该回归模型的p=0.00320.01，达到极显著，说明该模型具有统计学意义。失张梅，等：荸荠脆片的工艺优化研究方差来源平方和自由度均方F值P值显著性模型0.13A3.281 10-3B7.080 10-3C0.040AB0.0121722烘焙时间t/minBC00-1000-1-1-111010-1-1110011-1001000-100-10039：表5回归方程方差分析90.01413.281 10-317.080 10-310.04010.0122732水分活度0.6170.4870.5970.6010.3750.3510.5980.4790.3360.4520.5520.5990.5370.6020.4710.4740.5379.900.003 22.320.17185.000.060 428.490.001 18.320.0235AC0.013BC7.562 104A20.029B20.010C26.347 10-3残差9.910 10-3失拟项6.09 10-3纯误差3.811 10-3误差和0.14R2=0.927 2注：*.模型或因素差异显著(p0.05)；*.模型或因素差异极显著(p 0.0 5，为不显著，模型的决定系数R2=0.9272，说明模型的拟合度较好，表明该回归模型能与实测值进行较好拟合，可以用此模型来分析和预测荸荠脆片的水分活度值。校正系数R2Aa=0.8336，说明与脆片水分活度有关的因素中，由此模型解释的可达到8 3%。回归方程中一次项C和二次项A?对脆片水分活度值的影响达极显著水平，交互项AB和AC对脆片水分活度值有显著影响，3个因素对脆片水分活度值的影响顺序为CBA。各因素交互作用对脆片水分活度的影响见图4。经Design ExpertV8.0软件分析，得到各因素交互作用对脆片水分活动值影响的响应面图（图4)。为考查3个因素交互作用对水分活度的影响，在其他因素条件不变的条件下，对模型进行降维分析13(见图4中的等高线图)。由图4（a）可知，在烘焙温度一定的条件下，随着料液比的增大，脆片水分活度值呈先增大后减小的趋势，从等高线图可知，沿烘焙温度方向的等高线密集，说明烘焙温度对脆片水分活度值的影响比料液比的大，等高线是椭圆形，说明2 个因素的交互作用显著。由图4（b）可知，在料液比一定的条件下，随着烘焙时间的延长，水分活度值降低变化明显，等高线图呈椭圆形，说明这2 个因素的交互作用显著。由图4（c）可知，在烘焙时间一定的条件下，随烘焙温度升高，水分活度值变化不明显，且从等高线图可知这2 个因素*10.01317.562 10-310.02910.01016.347 10-371.416 10-332.033 10-349.528 10-316R2Aag=0.833 6项目R2RM精密度/%8.940.02020.530.488 620.400.002 77.380.02994.480.072.02.130.2387不显著数值0.92720.833 69.327*400.70.60.50.40.365B烘焙温度/A料液比/g:mL水分活度656055045-1:1.01:1.51:2.0A料液比/gmL(a）料液比和烘焙温度的交互作用不显著。在交互项对水分活度的影响中，烘焙时间（C）极显著，影响作用明显，料液比与烘焙时间及烘焙温度（AB、A C）之间交互影响作用明显，与分析方差结果一致。2.3.2最佳条件预测及验证通过回归模型的预测，得到荸荠脆片制作工艺的最佳理论条件为料液比1：2.5，烘焙温度53，烘焙时间17 min，在此条件下预测荸荠脆片水分活度值为0.6 31。结合实际制备条件，进行5次平行试验，实际测得荸荠脆片水分活度为0.59 1，与理论预测值0.6 31比较相差0.0 4，说明使用该模型拟合的最佳工艺条件对实际生产加工具有指导意义。3结论淀粉经糊化、老化后形成凝胶，在相同质量分数时，不同淀粉所得凝胶形态会有所不同4。以荸荠粉为原料，以水分活度值作为评定指标，在单因素试验的基础上，通过Design ExpertV8.0试验设计进行响应面试验。将响应面试验运用到荸荠脆片水分活度测定中，进行最佳加工工艺条件的优化，经试验结果表明，最后确定最佳加工工艺条件为料液比1：2.5，烘焙温度53，烘焙时间为17 min。在此条件下水分活度为0.6 31，理论最低值为0.59 9。与理论预测值相差较小，说明可以运用到实际生产中。经试验证明，通过烘烤的加工工艺方式对荸荠脆片进行工艺优化，是纯天然零添加的加工方法，能够很好的保持荸荠原有的营养成分，且感官性状与质构状态良好，是一款松脆可口、低热量、高纤维的新型休闲食品。农产品加工0.70.60.50.40.31:1.011：1.51：2.0322722171201:2.51:3.0图4各因素交互作用对脆片水分活度的影响2005(4):45-48.2蔡健.荸荠的营养保健和加工利用J】中国食物与营养，2 0 0 5(2):40-42.3 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