彭麒燕,任美玲,王博,葉發(fā)銀,2,3*,趙國(guó)華,3

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715)2(食品科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(西南大學(xué)),重慶,400715) 3(重慶市甘薯工程技術(shù)研究中心,重慶,400715)

甘薯的傳統(tǒng)食用方式包括蒸、烤、炸、煮等,其中油炸甘薯片因其酥脆化渣的獨(dú)特口感受到廣大消費(fèi)者的青睞。常壓油炸后的甘薯片通常具有較高的含油量,如何有效降低含油量并保持其酥脆口感是一個(gè)需要解決的產(chǎn)業(yè)問(wèn)題[1-2]。研究報(bào)道,采用真空低溫油炸技術(shù)可將甘薯脆片的含油量控制在20%以下[2]。RAVLI等[3]采取常壓油炸(1 min)后進(jìn)行真空油炸(2 min)的兩階段油炸工藝,使甘薯脆片的含油量降低15%(相對(duì)于單獨(dú)使用真空油炸)。真空油炸需要專(zhuān)用設(shè)備,因此在餐飲、連鎖店、家用廚房等場(chǎng)合仍普遍采用常壓油炸。林河通等[4]通過(guò)對(duì)甘薯片進(jìn)行燙漂、脫水、凍結(jié)等預(yù)處理,使油炸甘薯片的含油量低于20%。潘牧等[5]通過(guò)燙漂、熱風(fēng)干燥、兩步油炸等工藝實(shí)現(xiàn)油炸甘薯片平均含油率17.1%。根據(jù)結(jié)構(gòu)決定性能的原理,改善甘薯片的油炸特性可從預(yù)處理調(diào)整甘薯片的組成結(jié)構(gòu)入手。

淀粉是甘薯的主要成分,約占甘薯干物質(zhì)的50%～80%。有關(guān)馬鈴薯?xiàng)l/片的研究顯示,淀粉組成結(jié)構(gòu)是影響馬鈴薯?xiàng)l/片的油炸特性的決定因素。REYNIERS等[6]研究指出,影響馬鈴薯脆片吸油率的關(guān)鍵因素是可萃取直鏈淀粉的鏈結(jié)構(gòu),研究認(rèn)為這主要與直鏈淀粉影響凝膠化有關(guān),而淀粉凝膠結(jié)構(gòu)能影響油炸過(guò)程中水分蒸發(fā)和油脂吸收的速度。JIAMJARIYATAM等[7]的研究表明,大米淀粉凝膠經(jīng)老化、烘干后進(jìn)行油炸,隨著老化時(shí)間的增加,油炸產(chǎn)品的脆性增加、吸油性降低。ZHANG等[8]研究發(fā)現(xiàn),超聲波結(jié)合對(duì)流空氣干燥可顯著降低常壓油炸馬鈴薯片的吸油率。BINGOL等[9]通過(guò)紅外干法燙漂預(yù)處理薯?xiàng)l,使其吸油率降幅達(dá)37.5%,而且薯?xiàng)l感官質(zhì)量得到改善。LIU等[10]報(bào)道甘薯片經(jīng)1.2 kV/cm脈沖電場(chǎng)處理后,190 ℃油炸時(shí)吸油率可降低18%。SUN等[11]將甘薯片經(jīng)不同燙漂條件燙漂后烘干(60 ℃)到水分含量10%以下,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這在不同程度上改變了甘薯片中淀粉的結(jié)構(gòu)。本文擬從2個(gè)方面通過(guò)改變甘薯片中淀粉的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),其一是采取熱水浴燙漂,設(shè)置燙漂溫度65、80、90 ℃,這3個(gè)溫度對(duì)淀粉糊化和甘薯片組織結(jié)構(gòu)完整性具有顯著不同的影響;其二是采取蒸汽燙漂使甘薯片中淀粉糊化,然后于4 ℃冰箱中放置不同時(shí)間來(lái)控制淀粉的老化程度。經(jīng)熱水浴或蒸汽燙漂-4 ℃老化的甘薯片采取相同的烘干、油炸條件,研究淀粉結(jié)構(gòu)變化對(duì)甘薯片油炸特性的影響,以期為高品質(zhì)油炸甘薯片的工業(yè)化生產(chǎn)提供實(shí)驗(yàn)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甘薯,市售,挑選成熟、外表無(wú)機(jī)械損傷、大小較均勻(250～300 g)的甘薯作為實(shí)驗(yàn)原料,經(jīng)測(cè)定,甘薯的干物質(zhì)含量28.32 g/100 g,淀粉含量19.44 g/100 g。玉米油,益海嘉里食品營(yíng)銷(xiāo)有限公司;焦亞硫酸鈉、檸檬酸,均為分析純?cè)噭?上海麥克林生化科技有限公司;石油醚(沸程30～60 ℃),成都市科隆化學(xué)品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9140電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、HWS-26電熱恒溫水浴鍋,上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;BSA 323S電子天平,塞多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;Spectrum 100傅里葉變換紅外光譜儀,珀金埃爾默公司;X’Pert3MRD XL X-射線衍射儀,馬爾文帕納科公司;MesoMR23-060H-I核磁共振分析與成像系統(tǒng),蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;Phenome ProX掃描電子顯微鏡,飛納科學(xué)儀器(上海)有限公司;GSL-1100X-SPC-16M磁控等離子體濺射鍍膜機(jī),深圳市科晶智達(dá)科技有限公司;UltraScan PRO測(cè)色儀,美國(guó)HunterLab公司;CT3 25K質(zhì)構(gòu)儀,美國(guó)博勒飛公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 甘薯片預(yù)處理

將甘薯用自來(lái)水洗凈、去皮,用手搖切片機(jī)切成厚度(3.00±0.20) mm的薄片。為防止甘薯切片變色,用m(蒸餾水)∶m(焦亞硫酸鈉)∶m(檸檬酸)=100∶1∶1配制的溶液浸泡,進(jìn)行護(hù)色處理10 min,取出后瀝水,用吸水紙吸干甘薯切片表面殘余水分。對(duì)甘薯切片進(jìn)行預(yù)處理,參數(shù)如表1,完成后轉(zhuǎn)移到電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中,攤開(kāi)平鋪,每30 min翻面一次,恒定50 ℃烘干。將烘干的甘薯片置于樣品袋中,密封備用。

表1 甘薯片樣品烘干前的預(yù)處理?xiàng)l件Table 1 Pretreatment condition of sweet potato slices before oven-drying

1.3.2 油炸甘薯片的制備

根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,將甘薯片置于(175±2) ℃集熱式恒溫加熱油炸鍋油炸17 s,油炸介質(zhì)為玉米油。油炸結(jié)束后,用漏勺將甘薯片樣品從熱油中迅速撈出,于吸油薄紙上放置5 min左右,以自然冷卻和吸去表面浮油。樣品完全冷卻后保存在樣品袋中,密封備用。

1.3.3 甘薯片的結(jié)構(gòu)表征

1.3.3.1 顯微結(jié)構(gòu)觀測(cè)

采用掃描電子顯微鏡觀測(cè),油炸甘薯片在觀測(cè)前先經(jīng)抽提脫脂、干燥處理。測(cè)試時(shí)取少量樣品、脆斷,甘薯片橫截面朝上,用雙面導(dǎo)電膠固定在樣品臺(tái)上,洗耳球輕吹樣品表面,然后離子濺射噴金以增加樣品的導(dǎo)電性,提高圖像分辨率。將樣品推入儀器內(nèi)部,抽真空后于低電壓下觀察樣品的顯微形貌特征。根據(jù)需要調(diào)節(jié)放大倍數(shù),對(duì)視野進(jìn)行拍照及保存。

1.3.3.2 紅外光譜表征

將樣品粉碎后過(guò)200目篩,在干燥器中平衡水分48 h后,取適量的樣品,放入紅外光譜儀的樣品槽中,采集4 000～650 cm-1范圍內(nèi)的紅外光譜,分辨率4 cm-1,累加掃描次數(shù)32次。通過(guò)采集空氣信號(hào)、進(jìn)行基線校正和平衡處理后,利用Happ-Genzel函數(shù)(程序默認(rèn))去卷積處理,峰寬5.0 cm-1,增強(qiáng)因子3.0。

1.3.3.3 X-射線衍射分析

在X-射線衍射分析前,樣品粉碎后過(guò)200目篩,在干燥器中平衡水分48 h。將樣品粉末裝填入圓形樣品槽中,用玻璃片壓實(shí)表面。輻射光源:單色Cu- Ka射線,電壓40 kV,電流40 mA。測(cè)定參數(shù)為:以2 °/min的步長(zhǎng)從4°掃描至40°(2θ)。利用Jade 6軟件對(duì)X-射線衍射圖譜進(jìn)行分析,計(jì)算相對(duì)結(jié)晶度。

1.3.4 甘薯片的水分含量及水分分布測(cè)定

樣品水分含量測(cè)定參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》第一法(直接干燥法)。

樣品中水分分布測(cè)定采用低場(chǎng)核磁共振儀法。以樣品中水分1H為探針,利用多脈沖回波序列(Carr-Purcell-Meiboom-Gill, CPMG)進(jìn)行樣品橫向弛豫時(shí)間T2(自旋-自旋弛豫時(shí)間)的測(cè)定,參數(shù)設(shè)為:SW=100 MHz,SF=21 MHz,RFD=0.080 ms,Q1=280 957.22,RG1=20.0 db,P1=6.00 μs,DRG1=4,TD=400 018,PRG=3,TW=4 000 ms,NS=4,P2=12.00 μs,TE=0.800 ms,NECH=5 000。掃描結(jié)束后對(duì)CPMG數(shù)據(jù)采用反演軟件擬合得到反演譜。

1.3.5 油炸甘薯片脂肪含量的測(cè)定

參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》第一法測(cè)定樣品脂肪含量。

1.3.6 油炸甘薯片色差的測(cè)定

采用UltraScan PRO色差儀測(cè)定油炸甘薯片表面的色澤。測(cè)量前,儀器用黑白陶瓷板進(jìn)行校準(zhǔn)。色差儀采取D65模式:F2=10°,SCI=4 mm,選擇反射模式測(cè)定樣品的CIELab色空間參數(shù),記錄L*(0為黑色,100為白色)、紅綠色度a*和黃藍(lán)色度b*值。每組樣品隨機(jī)選擇8個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。色差ΔE按照公式(1)計(jì)算:

(1)

式中:ΔL、Δa、Δb分別為直接烘干樣品與其他預(yù)處理組樣品的L*、a*和b*值之間的差值。

1.3.7 油炸甘薯片質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

在CT3 25K型質(zhì)構(gòu)儀上進(jìn)行,采用TA9探頭對(duì)油炸甘薯片進(jìn)行穿刺測(cè)試,測(cè)試參數(shù):測(cè)前速度5.00 mm/s,測(cè)試速度1.00 mm/s,測(cè)試后返回速度10.00 mm/s,測(cè)試壓縮比30%,觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載3 g,穿刺深度2.5 mm。

1.4 數(shù)據(jù)分析

除特殊說(shuō)明外,所有實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。采用Origin 2021繪圖。使用SPSS 18.0進(jìn)行單因素方差分析(analysis of variance, ANOVA),采用Duncan法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的差異顯著性,顯著性水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理對(duì)甘薯片結(jié)構(gòu)特性的影響

2.1.1 經(jīng)預(yù)處理甘薯片的顯微結(jié)構(gòu)

如圖1-a所示,直接烘干的甘薯片(A)中淀粉顆粒形態(tài)完整,呈球形、半球形或多角型結(jié)構(gòu),這是甘薯淀粉典型的顆粒結(jié)構(gòu)特征[12]。樣品B0的掃描電鏡照片顯示(圖1-b),經(jīng)6 min蒸汽燙漂,甘薯片中淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)已完全破壞,各個(gè)細(xì)胞組織中的淀粉融合成為整體,但細(xì)胞間隙清晰,這表明在蒸汽燙漂過(guò)程中,淀粉發(fā)生了糊化而細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)保持了相對(duì)的完整性[13]。MENNAH-GOVELA等[14]對(duì)甘薯蒸煮后觀測(cè)其顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),蒸煮使淀粉大量吸水和糊化,細(xì)胞內(nèi)充滿(mǎn)了糊化的淀粉。在4 ℃老化過(guò)程中甘薯片發(fā)生了一定程度的結(jié)構(gòu)變化(圖1-c～圖1-e)、老化使不同細(xì)胞組織中的淀粉凝膠析水收縮,增大了細(xì)胞間隙[15]。圖1還表明,不同溫度的熱水浴對(duì)甘薯片的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同程度的影響。65 ℃水浴處理組(圖1-f),可觀測(cè)到甘薯片中淀粉顆粒仍保持著較好的完整性,但是視野中出現(xiàn)了將淀粉粒黏連在一起的片層狀結(jié)構(gòu)。片層狀結(jié)構(gòu)可能是水浴過(guò)程中溶出的直鏈淀粉在冷卻、干燥階段發(fā)生凝膠化而形成的。當(dāng)水浴溫度升高到80 ℃時(shí),淀粉顆粒依舊相對(duì)完整但發(fā)生了聚集。提取純化的甘薯淀粉在此溫度通常已發(fā)生糊化,而且峰值糊化溫度不會(huì)超過(guò)80 ℃[16]。相比于提取純化的淀粉,即使在相同溫度條件下,細(xì)胞組織中的淀粉發(fā)生糊化、崩解要困難一些。例如,綠豆需經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間燒煮才能做成綠豆湯,湯中溶出的淀粉極少,因而湯的黏度低,糊化的淀粉被截留在細(xì)胞組織內(nèi)部。研究表明,甘薯淀粉的最終糊化溫度可以在80 ℃以上[12]。這就能解釋80 ℃水浴下的甘薯片中淀粉顆粒保持完整性的原因。甘薯片中淀粉發(fā)生部分糊化而溶出的直鏈淀粉分布在淀粉粒周?chē)?從而造成淀粉顆粒的聚集。當(dāng)水浴溫度升高到95 ℃時(shí),甘薯片中淀粉完全糊化、吸水膨脹,在細(xì)胞內(nèi)它們相互黏連融合[17],并在冷卻、干燥階段在細(xì)胞內(nèi)形成淀粉凝膠[18]。

a-樣品A;b-樣品B0;c-樣品B1;d-樣品B2;e-樣品B3; f-樣品C1;g-樣品C2;h-樣品C3

2.1.2 甘薯片中淀粉的短程有序度

在傅里葉變換紅外光譜圖上,800～1 200 cm-1范圍內(nèi)的譜帶能顯示淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)信息,其中1 045、1 022、995 cm-1分別表示結(jié)晶區(qū)(有序結(jié)構(gòu))、非晶區(qū)(無(wú)序結(jié)構(gòu))和水合晶體的振動(dòng)吸收峰[19]。與X-射線衍射分析獲得淀粉的長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)不同,紅外光譜測(cè)試用來(lái)表征淀粉短程有序結(jié)構(gòu)。淀粉的短程有序結(jié)構(gòu)主要指淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)。對(duì)淀粉分子的特征吸收峰進(jìn)行去卷積處理后,如圖2所示,1 045 cm-1和1 022 cm-1兩組峰的峰面積之比(R1 045 cm-1/1 022 cm-1)反映淀粉的短程有序度[16]。由表2可知,直接烘干甘薯片(樣品A)中淀粉的R1 045 cm-1/1 022 cm-1值最大,表明其淀粉的雙螺旋結(jié)構(gòu)含量最高,同時(shí)表明預(yù)處理造成了甘薯淀粉的短程有序結(jié)構(gòu)不同程度的破壞。其中,樣品B0的R1 045 cm-1/1 022 cm-1值較樣品A的顯著下降(P<0.05),這提示蒸汽燙漂使甘薯片中淀粉發(fā)生糊化,導(dǎo)致淀粉的短程有序度下降。甘薯片中淀粉的短程有序度隨著老化時(shí)間的增加而增大,這主要是老化過(guò)程中淀粉分子重結(jié)晶使雙螺旋結(jié)構(gòu)重新形成。同時(shí),該值在樣品C1和樣品A之間存在顯著性差異,即使是65 ℃、30 min水浴對(duì)甘薯淀粉的短程有序結(jié)構(gòu)仍存在破壞作用。此外,995 cm-1處為水合晶體的振動(dòng)吸收峰,其對(duì)樣品中的水分子比較敏感。通常1 022 cm-1和995 cm-1兩組峰的峰面積之比(R1 022 cm-1/995 cm-1)反映淀粉分子鏈段與水分子之間的相互作用。從表2可知,樣品A和C1的R1 022 cm-1/995 cm-1值較小,而經(jīng)過(guò)蒸汽燙漂和較高溫度水浴(≥80 ℃)的甘薯片樣品(B0～B3、C2、C3)的R1 022 cm-1/995 cm-1值較大,這表明甘薯片的水熱處理過(guò)程使淀粉分子與水分子之間的相互作用得到了增強(qiáng)。

圖2 不同條件預(yù)處理甘薯片中淀粉的去卷積 傅里葉紅外光譜圖Fig.2 Deconvolution of Fourier transform infrared spectra of starch in sweet potato slices pretreated under different conditions

2.1.3 甘薯片中淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)

如圖3所示,直接烘干的甘薯片具有典型的淀粉結(jié)晶衍射峰。由于干燥溫度(50 ℃)低于甘薯淀粉糊化溫度,在干燥過(guò)程中甘薯片的淀粉顆粒保持著相對(duì)完整的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(相對(duì)結(jié)晶度29.42%,見(jiàn)表2)。根據(jù)X-射線衍射譜圖特征將淀粉劃分為A、B、C結(jié)晶形態(tài)[16]。在5.6°(2θ)處沒(méi)有衍射峰,而在23°(2θ)處呈現(xiàn)單峰,這提示本實(shí)驗(yàn)采用甘薯的淀粉為A型結(jié)晶[20]。SUN等[11]用于加工甘薯片的甘薯淀粉為A型。GUO等[16]報(bào)道白心、黃心和紫心等甘薯的淀粉為C型,相對(duì)結(jié)晶度在22.8%～25.6%。圖3還表明,熱水浴、蒸汽燙漂和老化處理對(duì)甘薯片中淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。其中,蒸汽燙漂造成甘薯片中淀粉發(fā)生糊化,結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞,烘干后甘薯片(B0)的相對(duì)結(jié)晶度為8.08%,僅為直接烘干樣品(A)相對(duì)結(jié)晶度的27.46%(表2)。4 ℃老化使甘薯片結(jié)晶度有所增加,其中36 h老化使其提高到16.57%,為未老化樣品的2倍。盡管在圖1中顯示,65 ℃、30 min水浴對(duì)淀粉的顆粒形態(tài)基本無(wú)影響,但是從圖3的結(jié)果看,淀粉的衍射峰強(qiáng)度明顯減弱,其相對(duì)結(jié)晶度發(fā)生顯著下降(P<0.05)。從表2可知,熱水浴溫度越高,甘薯片中淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞的程度就越大,相對(duì)結(jié)晶度越低(P<0.05)。

表2 不同條件預(yù)處理的甘薯片的淀粉短程和 長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)特征Table 2 Short-range and long-range ordered structures of starch in sweet potato slices pretreated under different conditions

圖3 不同條件預(yù)處理的甘薯片的X-射線衍射圖譜Fig.3 XRD pattern of sweet potato slices pretreated under different conditions

2.2 預(yù)處理對(duì)甘薯片中水分含量及其分布的影響

甘薯片的平衡水分含量反映其組成成分對(duì)水分子的結(jié)合能力。如圖4所示,不同預(yù)處理方式使甘薯片中平衡水分含量呈現(xiàn)差異。其中,直接烘干(樣品A)甘薯片的水分含量最小,這表明未經(jīng)蒸汽燙漂或熱水浴的甘薯片在干燥中容易失去水分。65 ℃水浴(樣品C1)的甘薯片水分含量略高于直接烘干的甘薯片,其原因可能在于該溫度條件下的預(yù)處理增進(jìn)了淀粉分子對(duì)水分子的結(jié)合作用。當(dāng)熱水浴溫度從65 ℃提高到80 ℃,甘薯片的平衡水分含量從7.78 g/100 g增加到10.61 g/100 g(P<0.05),這表明糊化淀粉較淀粉顆粒在干燥階段可保留更多的水分。甘薯片經(jīng)6 min蒸汽燙漂使其具有較高的水分含量,其中經(jīng)過(guò)老化36 h的(樣品B3)甘薯片的水分含量最高,是樣品A的2.1倍,這表明老化形成的凝膠結(jié)構(gòu)使其保留更多水分。KORESE等[21]研究發(fā)現(xiàn),預(yù)處理可以影響富含淀粉的Gardeniaerubescens果實(shí)切片經(jīng)熱風(fēng)干燥后的平衡水分含量,設(shè)置烘干溫度為50 ℃,直接烘干組為7.83 g/100 g,添加抗壞血酸組為8.17 g/100 g,而蒸汽燙漂組的水分含量為12.67 g/100 g,即蒸汽燙漂顯著提高了干燥樣品中的平衡水分含量。

圖4 不同條件預(yù)處理甘薯片的水分含量Fig.4 Moisture content of sweet potato slices pretreated under different conditions

低場(chǎng)核磁共振(磁場(chǎng)強(qiáng)度<0.5 T)常用于分析食品中水分狀態(tài),主要利用了氫原子核在磁場(chǎng)中的自旋弛豫特性,通過(guò)自旋-自旋弛豫時(shí)間(T2)的變化來(lái)解釋樣品中水分的分布及遷移情況[22]。橫向弛豫時(shí)間長(zhǎng)短反映水分子移動(dòng)性或水分與食品組分結(jié)合的強(qiáng)度[15]。如圖5所示,將曲線上的峰從左至右依次命名為T(mén)21(0.1～10 ms),為結(jié)合水;T22(10～100 ms),為不易流動(dòng)水;T23(>100 ms),為自由水[22]。在T2圖譜上信號(hào)量越強(qiáng)、峰面積越大表示該類(lèi)型水分的含量越高。由此可見(jiàn),所有樣品中均以結(jié)合水為主,而不易流動(dòng)水和自由水的比例非常低。從T21區(qū)主峰位置看,熱水浴組樣品(C1～C3)的橫向弛豫時(shí)間大于直接烘干(A)的甘薯片,這說(shuō)明熱水浴使甘薯片中緊密結(jié)合水的流動(dòng)性增強(qiáng)。從峰面積來(lái)看,樣品A中結(jié)合水的量相對(duì)較小,而熱水浴組結(jié)合水的量增加;同時(shí),經(jīng)蒸汽燙漂的甘薯片(B0～B3)的T21峰面積大于樣品A的T21峰面積,其中樣品B3的T21峰面積最大。HE等[23]將富含淀粉的蛋黃果切片后采用不同方式進(jìn)行干燥,結(jié)果表明干燥顯著提高了樣品中結(jié)合水的比例;從T21峰面積看,熱風(fēng)干燥樣品組最高,真空干燥次之,冷凍干燥樣品則最低;研究認(rèn)為冷凍干燥通過(guò)將結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水從而使蛋黃果片脫水程度更大。在本研究中,蒸汽燙漂后4 ℃老化36 h的樣品具有最大的結(jié)合水含量。在干燥的淀粉顆粒中結(jié)合水的比例有限,而淀粉經(jīng)糊化后,水分大量進(jìn)入結(jié)晶區(qū),相當(dāng)比例的水分在隨后的淀粉凝膠化過(guò)程中固定在凝膠網(wǎng)絡(luò)骨架中,從而增加了T21峰面積。

2.3 不同預(yù)處理甘薯片的油炸特性

2.3.1 經(jīng)油炸處理的甘薯片顯微結(jié)構(gòu)

如圖6所示,在相同油炸條件下,不同預(yù)處理甘薯片的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)發(fā)生著不同程度的變化。油炸后,直接烘干(A)的甘薯片和65 ℃水浴30 min后烘干(C1)的甘薯片在電子顯微鏡下淀粉的顆粒形態(tài)未發(fā)生顯著改變。CHEN等[24]研究發(fā)現(xiàn),玉米淀粉顆粒的水分含量為20%時(shí)經(jīng)180 ℃油炸后仍然呈顆粒狀,與原淀粉相比沒(méi)有發(fā)生顯著改變,但偏光十字的清晰度減弱提示淀粉顆粒內(nèi)部遭到了一定程度的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞。同時(shí),經(jīng)蒸汽燙漂樣品的組織中出現(xiàn)大小不一的氣孔結(jié)構(gòu)(圖6)。這些氣孔結(jié)構(gòu)主要是甘薯片中的水分因受熱迅速產(chǎn)生水蒸氣,由蒸汽壓推動(dòng)產(chǎn)生。

MONTEIRO等[25]在對(duì)甘薯片進(jìn)行真空微波干燥過(guò)程中觀測(cè)到孔隙結(jié)構(gòu)形成,并指出這主要是甘薯片中水分汽化引起的。對(duì)于蒸汽燙漂樣品組B0、B1和B2油炸形成的氣孔結(jié)構(gòu)主要分布在細(xì)胞間隙,淀粉凝膠填充的細(xì)胞仍保持著相對(duì)完整性;而對(duì)于樣品B3,氣孔既分布在細(xì)胞間隙也分布在淀粉凝膠內(nèi)部,這提示水分的汽化更加全面,由此形成更加均勻的氣孔結(jié)構(gòu)。經(jīng)油炸后樣品C2和C3形成了大量氣孔結(jié)構(gòu)。與油炸前相比較(圖1),油炸使淀粉顆粒或淀粉凝膠填充的細(xì)胞結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變。這表明在油炸階段樣品C2和C3發(fā)生了淀粉糊化,在水蒸氣的壓力推動(dòng)下原結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹、破裂[26]。

2.3.2 預(yù)處理對(duì)甘薯片吸油特性的影響

如圖7所示,直接烘干甘薯片的脂肪含量(26.08%)最高,其次是65 ℃水浴30 min后烘干的甘薯片。這2組樣品油炸前后的顯微結(jié)構(gòu)也較相似(見(jiàn)圖1和圖6),其粗糙的表面和較大的孔隙方便了油脂的附著、擴(kuò)散和吸收[27]。隨著水浴溫度從65 ℃升高到95 ℃,甘薯片的吸油性顯著下降(P<0.05)。提高水浴溫度使預(yù)處理時(shí)甘薯片中淀粉的糊化程度增加,伴隨著直鏈淀粉溶出和細(xì)胞壁多糖物質(zhì)的降解,使甘薯片在干燥階段更易形成致密的組織結(jié)構(gòu)并且對(duì)水分具有更強(qiáng)的結(jié)合能力(見(jiàn)圖5和圖6),從而限制了油進(jìn)入甘薯片的毛細(xì)管擴(kuò)散作用[28]。吳列洪等[1]將20個(gè)品種甘薯的塊莖刨成1.6～1.8 mm薄片后直接油炸,測(cè)得油炸甘薯片含油量16.62%～34.83%,并發(fā)現(xiàn)干物質(zhì)含量越高的品種,甘薯片的含油量越低。圖7還顯示,蒸汽燙漂顯著降低了甘薯片的吸油性。從樣品組B0、B1、B2和B3的比較可知,4 ℃老化進(jìn)一步降低了甘薯片的吸油性。樣品B3的脂肪含量為17.77%,相比于直接烘干樣品其對(duì)油脂的吸收率降低了31.86%。

a-樣品A、C1、C2和C3;b-樣品B0、B1、B2和B3

a-樣品A;b-樣品B0;c-樣品B1;d-樣品B2;e-樣品B3; f-樣品C1;g-樣品C2;h-樣品C3

圖7 不同條件預(yù)處理對(duì)油炸甘薯片脂肪含量的影響Fig.7 Effect of pretreatment on fat content of sweet potato slices after deep-frying

老化使這些甘薯片中的淀粉處于凝膠狀態(tài),經(jīng)烘干可使其結(jié)構(gòu)收縮、致密性增強(qiáng)。JIAMJARIYATAM等[7]研究發(fā)現(xiàn),直鏈淀粉含量14%的大米淀粉凝膠,隨著老化時(shí)間從24 h增加到72 h,經(jīng)棕櫚油油炸時(shí)的吸油性逐漸降低,研究認(rèn)為這與老化淀粉形成的致密結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2.3.3 油炸甘薯片的色差分析

表3為不同預(yù)處理甘薯片經(jīng)油炸后樣品的色差(L*、a*、b*和ΔE值)結(jié)果。L*值代表亮度,其值范圍0～100,其值越大表示越明亮。由表3可知,直接烘干(A)和水浴(65 ℃、30 min)后烘干(C1)甘薯片的亮度值最大,其他條件下預(yù)處理樣品油炸后L*值偏小。樣品A和C1中淀粉顆粒相對(duì)完整,淀粉顆粒的白色使這兩組樣的L*值較大[12]。實(shí)際上,蒸汽燙漂或高溫水浴(≥80 ℃)使甘薯片顏色加深,這些樣品經(jīng)油炸后顏色變得更深,這提示發(fā)生了褐變反應(yīng)[29-30]。a*值代表紅綠色,負(fù)值為綠。由表3可知,3組樣品A、C1和C3的a*為負(fù)值,其他樣品組a*為正值,但都離中性色(a*值為0)較近。b*值代表黃藍(lán)色,負(fù)值為藍(lán)。由表3可知,所有樣品均偏黃,這與MONTEIRO等[25]微波真空干燥甘薯片的b*值接近。蒸汽燙漂或高溫水浴(≥80 ℃)均使樣品的b*值增大。ΔE值反映總色差的大小。一般地,當(dāng)ΔE在0～1之間,肉眼分辨不出色差,ΔE在2～3之間,肉眼可辨別色差但不很明顯,當(dāng)ΔE>3,色差就非常明顯。由表3可知,只有C1樣與A樣接近但仍存在明顯色差,其他樣品組的ΔE值均在20以上。這表明,預(yù)處理能顯著影響油炸甘薯片的色澤。

表3 不同預(yù)處理對(duì)油炸甘薯片色差的影響Table 3 Effect of pretreatment on color of sweet potato slices after deep-frying

2.4 油炸甘薯片的質(zhì)構(gòu)特性

如圖8所示,不同預(yù)處理甘薯片在油炸后呈現(xiàn)不同的質(zhì)構(gòu)特性曲線。所有樣品在受探頭壓縮時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),其負(fù)荷呈先增大后減小的趨勢(shì),并且壓縮過(guò)程中出現(xiàn)多個(gè)峰值。曲線上記錄到的第一個(gè)峰值稱(chēng)為破裂強(qiáng)度,即樣品剛發(fā)生破裂時(shí)受到的力,可以用來(lái)反映樣品的韌性。

由圖8可知,不同預(yù)處理的油炸甘薯片韌性排序?yàn)锽0>B1>B2>C2>B3>C3>A>C1。曲線上從原點(diǎn)到峰值力連線的斜率稱(chēng)為正峰值梯度,可以一定程度反映樣品的脆性[18]。由圖8可見(jiàn),脆性排序?yàn)锽0≈B2≈C2>B1>B3>C3>A>C1。以上結(jié)果表明,蒸汽燙漂和熱水浴(80 ℃)均可改善油炸甘薯片的韌性和脆性,要優(yōu)于未經(jīng)處理直接烘干的甘薯片。

a-樣品A、C1、C2和C3;b-樣品B0、B1、B2和B3

在應(yīng)力-壓縮時(shí)間曲線上,峰值力通常指探頭沖壓樣品時(shí),使被測(cè)樣品斷裂前受到的最大的力,可以用來(lái)反映樣品的硬度[31]。各樣品峰值力如圖9所示,在壓縮實(shí)驗(yàn)中,直接烘干(樣品A)和65 ℃水浴30 min后烘干(樣品C1)的油炸甘薯片的峰值力最低;蒸汽燙漂或高溫水浴(≥80 ℃)使油炸甘薯片的峰值力增大。其原因在于樣品A和C1中淀粉主要為顆粒形態(tài),組織結(jié)構(gòu)較為松散,油炸時(shí)由于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的熱降解破壞效應(yīng)使樣品A和C1更加松散,因而硬度較低;其他樣品組在預(yù)處理過(guò)程中發(fā)生淀粉糊化和凝膠化,干燥時(shí)形成了較為致密的結(jié)構(gòu),抵抗負(fù)荷的能力更強(qiáng),因而硬度增大[32]。樣品B3、C2和C3的硬度較小,因?yàn)閺膱D6可知,油炸對(duì)樣品B3、C2和C3組織結(jié)構(gòu)破壞程度較B1和B2要大。

圖9 不同條件預(yù)處理的油炸甘薯片的峰值力比較Fig.9 Effect of pretreatment on the peak force of sweet potato slices after deep-frying

3 結(jié)論與討論

本研究采取熱水浴(65、80、90 ℃)、蒸汽燙漂-冰箱老化(4 ℃,0～36 h)等方法預(yù)處理甘薯片,經(jīng)50 ℃烘干后進(jìn)行相同的油炸處理,通過(guò)掃描電子顯微鏡觀測(cè)、淀粉短程及長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)分析、水分分布測(cè)定等探究不同預(yù)處理對(duì)甘薯片結(jié)構(gòu)的影響,結(jié)合脂肪含量測(cè)定、色差及穿刺測(cè)試等手段分析甘薯片油炸特性的變化情況。結(jié)論如下:

直接烘干甘薯片幾乎保持了淀粉顆粒的完整性,淀粉的相對(duì)結(jié)晶度為29.42%,水分含量為6.86 g/100 g。熱水浴對(duì)甘薯片淀粉及組織結(jié)構(gòu)的改變程度隨水浴溫度增加而增大。其中,65 ℃水浴僅使甘薯片的小部分淀粉顆粒發(fā)生黏連,相對(duì)結(jié)晶度27.67%;80 ℃水浴后淀粉顆粒依舊完整但發(fā)生了聚集,相對(duì)結(jié)晶度14.78%;95 ℃水浴后甘薯片的淀粉糊化、相互黏連融合,相對(duì)結(jié)晶度降至12.38%。同時(shí),熱水浴加強(qiáng)了甘薯片組成成分對(duì)水分子的結(jié)合作用。65 ℃水浴的甘薯片水分含量略高于直接烘干樣品,溫度從65 ℃提高到80 ℃,其水分含量即從7.78 g/100 g增加到10.61 g/100 g(P<0.05);熱水浴組的T21峰橫向弛豫時(shí)間大于直接烘干甘薯片,表明熱水浴使甘薯片中緊密結(jié)合水的流動(dòng)性增強(qiáng)。蒸汽燙漂造成甘薯片中淀粉糊化、淀粉顆粒形態(tài)消失,隨后4 ℃老化使甘薯片組織中充盈淀粉凝膠。隨著老化時(shí)間從0 h延長(zhǎng)到36 h,淀粉的短程有序度R1 045 cm-1/1 022 cm-1從0.668增加到0.708,相對(duì)結(jié)晶度從8.08%增加到16.57%,T21峰面積逐漸增加,表明甘薯片的組成成分對(duì)水分的結(jié)合力增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)36 h老化后烘干的甘薯片,其水分含量為直接烘干樣品的2.1倍,表明老化形成的凝膠結(jié)構(gòu)使其保留更多水分。

從油炸甘薯片的脂肪含量看,相比直接烘干組(脂肪含量為26.08%),65 ℃熱水浴沒(méi)有引起甘薯片吸油性顯著變化(P>0.05);當(dāng)水浴溫度升高到80 ℃,脂肪含量降至20.69%;升高到95 ℃時(shí),進(jìn)一步下降到19.95%。蒸汽燙漂使甘薯片吸油性下降(P<0.05),隨后4 ℃老化使其吸油性逐步降低。蒸汽燙漂6 min后4 ℃老化36 h組樣品的脂肪含量為17.77%,具有最低的脂肪含量,相比于直接烘干樣品降幅達(dá)31.86%。

從油炸甘薯片的顏色特性看,相比直接烘干組,預(yù)處理使甘薯片顏色加深,甘薯片經(jīng)油炸后亮度值下降,其中高溫水浴(≥80 ℃)或蒸汽燙漂樣品組的L*值下降幅度較大;熱水浴對(duì)b*值的影響不顯著,而蒸汽燙漂和隨后的老化處理使b*值(黃值)增加,油炸甘薯片的色澤得到改善。

從油炸甘薯片的質(zhì)地特性看,相比直接烘干組,65 ℃熱水浴使其韌性和脆性下降,而高溫水浴(≥80 ℃)使韌性和脆性上升;蒸汽燙漂未經(jīng)老化的樣品韌性和脆性最好,隨后的老化處理使其韌性和脆性下降但仍高于直接烘干組。本研究結(jié)果表明,通過(guò)預(yù)處理手段調(diào)整甘薯片淀粉聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是改善甘薯片油炸特性的一項(xiàng)有效方式。