菠萝蜜热风-变温压差膨化工艺响应面优化研究 5页

农产品加工（学刊）2014年第10期第10期（总第368期）农产品加工（学刊）No.102014年10月AcademicPeriodicalofFarmProductsProcessingOct.文章编号：1671-9646（2014）10b-0038-05菠萝蜜热风-变温压差膨化工艺响应面优化研究1，211*1112王萍，易建勇，刘璇，毕金峰，周林燕，吴昕烨，钟耀广（1.中国农业科学院农产品加工研究所，农业部农产品加工重点实验室，北京100193；2.上海海洋大学食品学院，上海201306）摘要：为确定菠萝蜜变温压差膨化工艺最佳工艺参数，在单因素试验基础上运用响应面优化法进行优化试验，研究膨化温度、抽空温度、抽空时间3个因素对于菠萝蜜干的色泽b*值、含水率、脆度、硬度的影响以及各因素之间的交互作用。结果表明，菠萝蜜变温压差膨化试验工艺的最佳参数为膨化温度86~95℃，抽空温度59~64℃，抽空时间133~169min。关键词：菠萝蜜；变温压差膨化；响应面优化中图分类号：TS255.42文献标志码：Adoi：10.3969/jissn.1671-9646（X）.2014.10.040OptimizationofHotAir-explosionPuffingDryingatVariableTemperatureandPressureforJackfruitbyResponseSurfaceMethodologyWANGPing1，2，YIJian-yong1，LIUXuan1，*BIJin-feng1，ZHOULin-yan1，WUXin-ye1，ZHONGYao-guang2（1.InstituteofAgro-productsProcessingScienceandTechnology，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，KeyLaboratoryofAgro-productsProcessing，MinistryofAgriculture，Beijing100193，China；2.CollegeofFoodScience&Technology，ShanghaiOceanUniversity，Shanghai201306，China）Abstract：Inordertodeterminetheoptimumparametersofexplosionpuffingdryingatmodifiedtemperatureandpressureforjackfruitbasedonthesinglefactorexperiment，theeffectsofpuffingtemperature，vacuumtemperature，vacuumdryingtimeandtheinteractionofthethreefactorsonvalueb*，watercontent，crispnessandhardnessofproductareanalyzedwithresponsesurfacemethodology.Theoptimaltechnicalconditionsareobtainedasfollows：puffingtemperatureis86~95℃，vacuumtemperatureis59~64℃，vacuumdryingtimeis133~169min.Keywords：jackfruit；explosionpuffingdrying；responsesurfacemethodology[4]菠萝蜜（Artocarpusheterophyllus）又称木菠萝、膨胀、造成多孔结构，降低干燥时间。利用变温压树菠萝、大树菠萝等，是世界著名的热带果树，为差膨化生产出来的产品不含任何添加剂，保留了原[5]桑科木菠萝属植物，广泛种植于印度、孟加拉以及料绝大多数的风味、色泽和营养，且口感酥脆。[1]东南亚国家。菠萝蜜引进我国有1000多年的历因此，本研究以菠萝蜜为原料，采用热风-变史，主要种植在我国的广东、广西、云南、海南等温压差膨化联合干燥技术，运用响应面优化分析方[2]南方地区。菠萝蜜一般以鲜食为主，也可烹调食法探讨膨化温度、抽空温度和抽空时间3个因素对用。然而，菠萝蜜的后熟现象严重，贮藏期短，常温菠萝蜜干的色泽、含水率、硬度、脆度的影响，找[3]下可贮藏2~3d，在12℃下也只可贮藏20d左右。出影响菠萝蜜品质的最显著因素，确定菠萝蜜变温目前，市场上最常见的菠萝蜜加工产品主要是压差膨化干燥的最佳工艺参数。菠萝蜜脆片，多采用低温油炸冷冻干燥和真空冷冻1材料与方法干燥的方法加工而成，但这2种方法各有利弊。变温压差膨化干燥又称为爆炸膨化干燥，是近1.1材料与设备几年来新兴起的一种新型非油炸干燥果蔬产品的技1.1.1试验材料术，其原理是在一定的温度下，使膨化罐中的压力菠萝蜜品种为马来西亚6号，产地海南，购买瞬间降低，产品内部的水分瞬间蒸发，从而使物料于北京市新发地水果批发市场。菠萝蜜原料要求七收稿日期：2014-06-23基金项目：农业部公益性行业（农业）科研专项（201303077）；新疆生产建设兵团科技支疆计划（2013AB020）。作者简介：王萍（1989—），女，在读硕士，研究方向为特色热带果品干燥制粉研究。*通讯作者：毕金峰（1970—），男，博士，研究员，研究方向为果蔬精深加工与综合利用技术。 2014年第10期王萍，等：菠萝蜜热风-变温压差膨化工艺响应面优化研究·39·分熟左右，去皮取果后将整果放在-40℃环境中冷2结果与分析藏待用，试验时解冻去核后切成1cm×5cm左右的条状。2.1变温压差膨化优化试验1.1.2试验设备菠萝蜜变温压差膨化试验条件为产品预留水分QDPH10-1型果蔬变温压差膨化干燥机，天津市含量30%左右，膨化次数5次，停滞时间5min，使勤德新材料科技有限公司产品；DHG-9123A型电热得物料的温度达到膨化温度，真空罐的真空度为*恒温鼓风箱，上海精宏试验设备有限公司产品；Ta.0.1MPa。测定膨化后的产品的色泽b值（Y）1、含XT2i/50型质构仪，英国StableMicroSystem公司产水率（Y）2、脆度（Y）3、硬度（Y）4。品；D25L型色彩色差仪，美国Huterlab公司产品。试验设计与结果见表2。1.2试验方法表2试验设计与结果1.2.1工艺流程Y2含水率Y3脆度Y4硬度试验号XXXYb*值新鲜菠萝蜜→去皮→切半取花序轴→取果苞→清洗→整1231/%/个/N果-40℃下贮藏→自然解冻→切分→热风干燥→变温压差膨1-1-1028.3913.393.905098.78化干燥→菠萝蜜干。21-1026.0212.181.895618.501.2.2指标测定方法3-11017.746.7513.114282.26（1）含水率。采用直接干燥法。将菠萝蜜干放411021.038.258.444182.06[6]5-10-127.8711.595.336393.36在105℃的烘箱中烘干至恒质量。610-128.6515.027.117272.98（2）色泽。采用色彩色差计测定菠萝蜜的色泽，7-10118.408.564.222295.20***用CIELAB表色系统测定菠萝蜜干的L，a和b值，810122.928.276.672410.79其中L*代表明度指数，从黑暗（L*=0）到明亮90-1-124.2119.891.6710072.64（L*=100）的变化；a*代表颜色从绿色（-a）到红色*1001-120.327.233.003033.52110-1126.699.252.332310.42***（+a）的变化，b代表颜色从蓝色（-b）到黄色1201114.584.6818.893351.69**（+b）的变化。本试验采用b值作为产品色泽的筛1300026.425.978.673020.48*选指标，b值越大越好。1400025.2911.4012.896517.79（3）脆度和硬度。采用TA.XT2i/50型物性分析1500023.308.4914.333965.62仪测定产品硬度和酥脆度[7]。测试时曲线上形成的峰1600024.549.2410.334933.80数来表示脆度值，单位为个，峰数越多，产品酥脆2.2结果分析度越好，反之产品酥脆度越差；硬度表示被测样品对表2中的数据结果进行分析，得到膨化温度达到一定变形程度所需要的力，它的值指第1次压（X）1、抽空温度（X）2、抽空时间（X）与产品的色3冲该样品形成的曲线中力的峰值，即样品断裂所需泽b*值（Y）、含水率（Y）、脆度（Y）、硬度（Y）1234要的最大力，单位为N。之间的关系。多元二次回归方程表示如下：1.2.3响应面优化试验设计Y1=24.89+0.78X1-3.96X2-2.31X3+1.41X1X2+根据前期试验结果，得出菠萝蜜最佳单因素条0.94XX-2.05XX+0.71X2-2.30X2-1.14X21323123件为预留水分含量30%，膨化温度90℃，抽空温度（R2=0.9003）.（1）60℃，抽空时间2.5h，膨化次数5次。根据影响效Y2=8.78+0.43X1-3.47X2-2.87X3+0.68X1X2-果大小，最终选择膨化温度（X）1、抽空温度（X）2、0.93XX+2.02XX+0.98X2+0.39X2+1.10X21323123抽空时间（X）3个因素进行响应面优化试验3。试验（R2=0.8202）.（2）设计采用Box-BehnkenDesign的设计方法。Y3=11.56-0.31X1+4.21X2+1.88X3-2.68X1X2-因素与水平编码见表1。2.04XX-3.04XX-0.67X2+0.17X2+3.81X213231232（R=0.8051）.（3）表1因素与水平编码Y4=4609.42+176.84X1-1031.35X2-2050.55X2+水平X1膨化温度θ/℃X2抽空温度θ/℃X3抽空时间t/min243.50X1X2+142.48X1X3-59.84X2X3-154.98X1--185552.0222191.01X2+2020.10X3（R=0.8707）.（4）090602.5回归系数及变量分析见表3。195653.0通过对回归系数的检验可知，影响产品色泽的1.3统计分析b*值、含水率和脆度的因素主次顺序均为抽空温度采用Design-Expert.V8.0.6对试验数据进行数据（X）>抽空时间（2X）>膨化温度（3X），其中抽空1处理及分析。温度（X）和抽空时间（X）对于b*值和含水率的23 ·40·农产品加工（学刊）2014年第10期脆度影响均不显著；影响产品硬度的因素主次顺序表3回归系数及变量分析*为抽空时间（X31）>抽空温度（X）>膨化温度2项目Y1b值Y2含水率/%Y3脆度/个Y4硬度/N（X），其中抽空时1间（X）对产品硬度的影响为显3变异来源24.898.7811.564609.42X10.780.43-0.31176.84著；抽空温度（X）和膨化温度（2X）对产品的硬度1X2-3.96*-3.47*4.21*-1031.35影响不显著。X3-2.31*-2.87*1.88-2050.55*2.3交互作用分析X21.420.98-0.67-154.9812.3.13因素对菠萝蜜色泽b*值的影响X20.940.390.17-191.0123为观察交互作用，固定一个因素为0水平，得X3-2.051.103.812020.10X1X20.710.68-2.6843.50到交互方程（5）~（7）：X1X3-2.30-0.93-2.04142.48Y（1X1，X2）=24.89+0.78X1-3.96X2+1.41X1X2+X2X3-1.142.02-3.04-59.84*0.71X2-2.30X2.（5）12R20.90030.82020.80510.8707Y（1X1，X3）=24.89+0.78X1-2.31X3+0.94X1X3+回归方程：Y=b+bX+bX+bX+bX2+bX2+bX2+bXX+01122331112223331212220.71X1-1.14X3.（6）b13X1X3+b23X2X3注：*表示差异显著，p<0.05Y（1X2，X3）=24.89-3.96X2-2.31X3-2.05X2X3-222.30X2-1.14X3.（7）影响均为显著；抽空温度（X）对产品的脆度影响23因素对菠萝蜜色泽b*值的影响见图1。*为显著；膨化温度（X）对于产品的1b值、含水率、由图1（a）可知，当抽空时间（X）一定时，抽330.030.030.026.426.426.4*值22.8值22.8值22.8b19.2*19.2*19.2bb15.615.615.612.012.012.065180180959555X6393X16593X571652抽空温度613抽空时间2抽空温度59150/h5990θ/℃15090/℃61tθ63135间5788度13588度时θ化温t化温θ/℃65120抽空/℃5585膨/h12085膨X3X1X1（a）（b）（c）图13因素对菠萝蜜色泽b*值的影响*-3-32空温度（X）在较低范围内时，菠萝蜜的色泽2b值随3.86×10X1X3+6.79×10X1+2着膨化温度（X）几乎没有变化趋势，抽空1温度0.020X3.（9）*（X）在较高范围内时，菠萝蜜的色泽2b值随着膨化Y（2X2，X3）=0.088-0.035X2-0.029X3+0.011X2X3--322温度（X）逐渐变大；当抽空时1间（X）一定时，菠39.31×10X2+0.020X3.（10）*萝蜜的色泽b值随着抽空温度（X）的升高而减小2。3因素对菠萝蜜含水率的影响见图2。由图1（b）可知，当抽空温度（X）一定时，随着膨2由图2（a）可知，当抽空时间（X）一定时，3*化温度（X）升高和抽空时1间（X）的延长，3b值的当抽空温度（X）较低时，产品含水率随着2膨化温变化趋势不明显。由图1（c）可知，当膨化温度度（X）的升高先升高后降低，但是1变化趋势较小；*（X）一定时，随着抽空温1度（X）的升高菠萝蜜的2b当抽空时间（X）一定时，产品的含水率随3着抽空*值逐渐减小，随着抽空时间（X）的延长，3b值在较温度（X）的升高而逐渐降低2。由图2（b）可知，低抽空温度（X）范围内呈先增大后减小的趋势，2当抽空温度（X）一定时，随着抽空时2间（X）的延3*在较高抽空温度（X）范围内，2b值随着抽空时间长，产品的含水率逐渐降低；当抽空温度（X）一2的延长而变小。定时，产品的含水率随膨化温度（X）变化趋势不12.3.23因素对菠萝蜜含水率的影响明显。由图2（c）可知，当膨化温度（X）一定时，1为观察交互作用，固定一个因素为0水平，得随着抽空温度（X）的升高和抽空时2间（X）的延3到交互方程（8）~（10）：长，产品的含水率均逐渐降低，但抽空温度（X）对2-3Y（2X1，X2）=0.088+4.29×10X1-0.035X2+含水率的影响比抽空时间（X）影响更加显著3。-3-329.83×10X1X2+6.79×10X1-2.3.33因素对菠萝蜜脆度的影响-329.31×10X1.（8）为观察交互作用，固定一个因素为0水平，得-3Y（2X1，X3）=0.088+4.29×10X1-0.029X3+到交互方程（11）~（13）： 2014年第10期王萍，等：菠萝蜜热风-变温压差膨化工艺响应面优化研究·41·Y（3X1，X2）=11.56-0.31X1+4.21X2-2.68X1X2-Y（3X2，X3）=11.56+4.21X2+1.88X3-3.04X2X3+22220.67X1+0.17X2.（11）0.17X2+3.81X3.（13）Y（3X1，X3）=11.56-0.31X1+1.88X3-2.04X1X3-3因素对菠萝蜜脆度的影响见图3。220.67X1+3.81X3.（12）由图3（a）可知，当抽空时间（X）一定时，30.20%0.200.20%/0.16/0.16%/0.16率0.12率0.12率0.12水0.08水0.08水0.080.040.040.04含0含0含0856585180651208763X87168X63132X1561膨化温度8961θ/℃1膨化温度89/h2抽空温度61144/h9159度91144t59156t9357温93132时间57168时间θ/℃9555抽空θ/℃95120空θ55180空2抽/抽XX3℃X3（a）（b）（c）图23因素对菠萝蜜含水率的影响202020个15个15个/15//101010度度度脆5脆5脆50008565851806512088638816863132X61X1156X611441膨化温度9059θ/℃膨化温度90144/h2抽空温度59156t/ht9357度93132间57168时间空温时55180空θ/℃9555抽θ/95120抽空θ/℃抽X2℃X3X3（a）（b）（c）图33因素对菠萝蜜脆度的影响22产品脆度随着膨化温度（X）的升高呈现先1增大后142.48X1X3-154.98X1+2020.10X3.（15）减小的趋势；当抽空时间（X）一定时，产品脆度3Y（4X2，X3）=4609.42-1031.35X2-2050.55X3-22随着抽空温度（X）的升高逐渐增大2。由图3（b）59.84X2X3-191.01X2+2020.10X3.（16）可知，当抽空温度（X）一定时，产品的脆2度随着3因素对菠萝蜜硬度的影响见图4。膨化温度（X）的升高和抽空时1间（X）的延长，均3由图4（a）可知，当抽空时间（X）一定时，3出现先增大后减小的趋势，在中间水平时出现最大产品的硬度随膨化温度（X）的升高，变化不明显，1值。由图3（c）可知，当膨化温度（X）一定时，1随着抽空时间（X）的延长，逐渐变小3。由图4（b）在较短抽空时间（X）范围内，产品的脆度3随着抽可知，当抽空温度（X）一定时，产品的硬2度随膨空温度（X）的升高出现先增大后减小的趋2势，在化温度（X）的升高，变化不明显，随着抽1空温度较长的抽空时间（X）范围内，产品的脆度3随着抽（X）的升高，逐渐变小2。由图4（c）可知，当膨化空温度（X）的升高逐渐变大；当膨化温2度（X）一1温度（X）一定时，抽空温1度（X）与抽空时间2定时，在较低抽空温度（X）范围内，随着2抽空时（X）的交互作用对于产品的硬度的3影响显著，在较间（X）的延长，产品的脆度呈现先增大后3减小的短抽空时间（X）范围内，随着抽空温3度（X）的升2趋势，在较高抽空温度（X）范围内，随着2抽空时高，产品的硬度逐渐减小；在较长的抽空时间（X）3间（X）的延长，产品的脆度逐渐增大3。范围内，随着抽空温度（X）的升高，产品2的硬度2.3.43因素对菠萝蜜硬度的影响逐渐增大；当膨化温度（X）一定时，在较1低的抽为观察交互作用，固定一个因素为0水平，得空温度（X）内，随着抽空时2间（X）的延长，产品3到交互方程（14）~（16）：的硬度逐渐减小，在较高的抽空温度（X）内，随2Y（4X1，X2）=4609.42+176.84X1-1031.35X2+着抽空时间（X）的延长，产品的硬3度变化不明显，2243.50X1X2-154.98X1-191.01X2.（14）最终在中间水平出现最小值。Y（4X1，X3）=4609.42+176.84X1-2050.55X3+2.4菠萝蜜变温压差膨化最佳工艺的确定及验证 ·42·农产品加工（学刊）2014年第10期120001200012000N1000010000N10000/8000N/8000/8000度60006000度6000度4000硬4000硬4000硬20002000200000055180856585180571688863X88168X259156X156抽空温度/h1膨化温度9061/℃1膨化温度90/h61144t59θ144t63132间9357度93132时间65120时温空θ抽空θ9555抽空θ/951203抽/℃X3/℃X2℃X（a）（b）（c）图43因素对菠萝蜜硬度的影响2.4.1最佳工艺的确定菠萝蜜变温压差膨化过程的控制和结果预测。*色泽b值越大、含水率越小、脆度越大、硬度（2）3因素3水平试验结果表明，抽空温度对于*越小，说明菠萝蜜产品的品质越好。对于菠萝蜜的产品的b值、含水率、脆度、硬度的影响最为显著，*膨化产品，选择脆度作为最主要的评价指标，其次其次是抽空时间，膨化温度对于b值、含水率、脆是色泽。度、硬度的影响不显著。根据因素水平编码表，根据计算机寻优结果，（3）交互效应分析结果表明，抽空温度和抽空对其应用频数分析法进行分析。时间的交互作用对于产品的各项指标影响最为显著，应用频数分析法分析结果见表4。膨化温度和抽空温度、膨化温度和抽空时间的交互作用对产品各项指标的影响不显著。表4应用频数分析法分析结果（4）根据响应面优化结果表明，菠萝蜜变温压X1X2X3水平差膨化试验工艺的最佳参数为膨化温度86~95℃，频数频数频数频数频数频数抽空温度59~64℃，抽空时间133~169min。-1100.26210.5560.1600010.0300.00参考文献：1280.74160.42320.84标准差0.44710.37250.3787[1]RahmanA，NaharN，JabbarMA，etal.Variationof因素优化carbohydratecompositionoftwoformsoffruitfromjacktree86~9558.85~64.29133.47~168.71取值范围（ArtocarpusheterophyllusL.）withmaturityandclimaticconditions[J].FoodChemistry，1999，65（1）：91-97.根据表4的分析结果可知，菠萝蜜变温压差膨[2]SwamiSB，ThakorNJ，HaldankarPM，etal.Jackfruit化工艺的最佳参数为膨化温度86~95℃，抽空温度anditsmanyfunctionalcomponentsasrelatedtohuman59~64℃，抽空时间133~169min。health：areview[J].ComprehensiveReviewsinFood2.4.2验证试验ScienceandFoodSafety，2012，11（6）：565-576.在优化的12组试验中，任意选择一组，进行验证[3]NakasoneHY，PaullRE.Tropicalfruits[M].CabInter－试验。本试验选择膨化温度93℃，抽空温度60℃，national，1998：334-341.抽空时间167min进行验证，根据二次回归方程，得[4]方芳，毕金峰，丁媛媛，等.菠萝变温压差膨化干燥前后到试验的拟合值为色泽b*值为24.66，含水率为的理化性质分析[J].农产品加工（创新版），2010（7）：41-43.8.0%，脆度为10个，硬度为3511.05N。3次重复[5]毕金峰．果蔬变温压差膨化干燥技术[J]．农产品加工，*试验得到的实际值为色泽b值为26.27，含水率为2007（7）：26－27．7.51%，脆度为10.67个，硬度为3333.23N。结果[6]TuyenCK，NguyenMH，RoachPD.Effectsofspraydry－显示实际值与拟合值基本吻合，说明试验优化参数ingconditionsonthephysicochemicalandantioxidantprop－合理，根据响应面优化模型可以很好用于菠萝蜜产ertiesoftheGac（Momordicacochinchinensis）fruitaril品的膨化过程和结果预测。powder[J].JournalofFoodEngineering，2010，98（3）：385-392.3结论[7]FigielA.Dryingkineticsandqualityofbeetrootsdehydrated2bycombinationofconvectiveandvacuum-microwave（1）回归分析结果表明，方程的相关系数R均methods[J].JournalofFoodEngineering，2010，98（4）：大于0.8，说明方程的模拟性较好，可以很好低用于461-470.◇