苗峻偉,段續(xù),2*,任廣躍,劉文超,李琳琳,曹偉偉

1(河南科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng),471000)2(河南省農(nóng)產(chǎn)品干燥裝備工程技術(shù)研究中心,河南 洛陽(yáng),471000)

面條是我國(guó)常見(jiàn)的傳統(tǒng)面食之一,在日常飲食中占據(jù)著重要的地位。然而,隨著人們生活節(jié)奏的日漸加快,傳統(tǒng)面條制備工藝已無(wú)法滿足當(dāng)前消費(fèi)者的需求。預(yù)制面條指能夠直接食用或僅需簡(jiǎn)單加工即可食用的一類方便產(chǎn)品,為解決上述矛盾提供了可行方法。根據(jù)預(yù)制面條產(chǎn)品含水情況,可將其分為高濕預(yù)制面條和脫水預(yù)制面條。脫水預(yù)制面條因其方便、易于儲(chǔ)存和攜帶等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為了現(xiàn)代快餐、方便面等市場(chǎng)不可或缺的一部分。油炸是制備脫水預(yù)制面條的傳統(tǒng)加工方式,但隨著“大健康”消費(fèi)觀念的普及,油炸方便面的市場(chǎng)前景不容樂(lè)觀。非油炸方便面因其低脂低熱量的特點(diǎn),已經(jīng)逐漸成為人們的新寵。此外,非油炸方便面生產(chǎn)過(guò)程中不需要高溫油炸,可以更好地保留食材的營(yíng)養(yǎng)成分和口感。

傳統(tǒng)非油炸預(yù)制面條主要是面條在蒸煮過(guò)后,通過(guò)熱風(fēng)干燥進(jìn)行面條的脫水工序。但傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥預(yù)制面條,對(duì)面條的復(fù)水特性、非酶促褐變、機(jī)械損傷等品質(zhì)影響較大[1-3]。凍干能夠最大程度抑制面條褐變的發(fā)生,并保留產(chǎn)品內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu),使得脫水面條的復(fù)水性能較佳。然而,凍干過(guò)程需要長(zhǎng)時(shí)間維持系統(tǒng)高真空及冷阱單元的極低溫狀態(tài),導(dǎo)致其干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng),運(yùn)行成本過(guò)高,凍干預(yù)制面條市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不足。

采用微波輻射加熱單元替代傳統(tǒng)凍干加熱板傳導(dǎo)加熱方式能夠提升凍干過(guò)程中的熱傳遞效率,從而縮短干燥時(shí)長(zhǎng),降低干燥能耗,節(jié)約食品生產(chǎn)成本,這種干燥方式被稱為微波冷凍干燥。已有研究表明,微波冷凍干燥能夠生產(chǎn)出與凍干相似品質(zhì)的脫水果蔬產(chǎn)品,且能節(jié)省約55%的干燥時(shí)間[4]。然而,目前仍未見(jiàn)關(guān)于微波冷凍干燥技術(shù)制備脫水預(yù)制面條適用性的報(bào)道。因此,為將微波冷凍干燥這一節(jié)能優(yōu)質(zhì)干燥技術(shù)應(yīng)用于高品質(zhì)脫水預(yù)制面的生產(chǎn)中,本文通過(guò)將熱風(fēng)干燥作為對(duì)照組,研究了微波凍干預(yù)制面的干燥特性,以及微波加載功率對(duì)面條品質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的影響,以期為微波冷凍干燥預(yù)制面條的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

高筋小麥粉,五得利面粉集團(tuán)有限公司;鹽,市售;瓜爾豆膠,河南萬(wàn)邦化工科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

微波冷凍干燥機(jī),實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)[5];102-2型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,北京科偉永興有限公司;A-2003 N型電子天平,上海佑科儀器儀表有限公司;電冰箱,北京海信電器有限公司;X-rite Color I5型色差計(jì),美國(guó)愛(ài)色麗公司;TM3030Plus型電子掃描顯微鏡,日本島津公司;食品物性分析儀,Stable Micro Systems公司。

1.3 試驗(yàn)方法

采用文獻(xiàn)[6-7]中的方法,稱取面粉200 g后加入面粉質(zhì)量0.5%的瓜爾豆膠攪拌均勻,將4 g的食鹽溶解在90 mL蒸餾水中,充分溶解后倒入混合好的面粉中,攪拌成面絮進(jìn)行糅合形成面團(tuán);室溫下保溫靜置20 min,緩解面團(tuán)的應(yīng)力,促進(jìn)面筋網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步形成。使用制面機(jī)制成厚度為1.0 mm、寬度為2 mm的面條;制好的鮮面條在沸水中煮制2～3 min,直到面條的橫截面沒(méi)有白芯,用冷水冷卻后瀝干水分;將熟面條按每份100 g放入模具中,在-25 ℃冰箱中冷凍8 h備用。根據(jù)GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》測(cè)得熟面條中干基含水率為(3.20±0.10) g/g。

1.3.2 干燥方式

微波冷凍干燥:冷阱溫度-40 ℃,真空度200 Pa,設(shè)置不同微波功率密度(1.0、2.0、3.0 W/g)進(jìn)行干燥;熱風(fēng)干燥:固定風(fēng)速1.5 m/s,干燥溫度分別設(shè)置為80、90、100 ℃;干燥過(guò)程中每隔30 min稱取一次質(zhì)量,根據(jù)GB 17400—2015《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 方便面》面餅含水率低于14%時(shí)干燥結(jié)束。

1.3.3 干燥特性的測(cè)定

干燥過(guò)程中面餅干基水分含量的計(jì)算如公式(1)所示:

(1)

式中:X,任意干燥t時(shí)刻樣品的干基水分含量,g/g;mt、m1,在任意干燥t時(shí)刻的質(zhì)量和物料的初始質(zhì)量,g;w1,初始濕基水分含量,g/g。

干燥速率的計(jì)算如公式(2)所示[8]:

每次放假姥爺帶我們出門旅游，古玩市場(chǎng)是必去之處。2012年暑假，我們一家去山東日照旅游。返回晉城前我們專門留了一天逛當(dāng)?shù)氐墓磐媸袌?chǎng)，姥爺帶著我逛了幾家店都沒(méi)看到想要的制錢。我們又進(jìn)到一家冷冷清清的店，發(fā)現(xiàn)是家瓷器店，轉(zhuǎn)身就要走。老板挽留說(shuō)有制錢，沒(méi)想到姥爺還真挑出了他想要的，更沒(méi)想到老板還贈(zèng)送了幾枚銹跡斑斑的制錢?；丶依褷攷矣们逅?，拿鑷子和毛刷去除土銹后發(fā)現(xiàn)竟然有兩枚他半年都沒(méi)尋到的“康熙小全套”中的“臺(tái)”，真是“踏破鐵鞋無(wú)覓處，得來(lái)全不費(fèi)工夫”，撿到大漏了。到此為止，康熙“小全套”就已全部集齊了。

(2)

式中:Ui,干燥時(shí)間為ti時(shí)刻的干燥速率,g/(g·min);Xi-1、Xi+1,ti-1、ti+1時(shí)刻面餅的干基水分含量,g/g;t,干燥時(shí)間,min。

1.3.4 方便面的品質(zhì)測(cè)定

方便面的白度測(cè)定:測(cè)定不同干燥條件下面條的L*、a*、b*值。白度值的計(jì)算如公式(3)所示:

(3)

復(fù)水時(shí)間和吸水率的測(cè)定:將不同干燥條件下的面條定量放入80 ℃的溫水中,每隔10 s取出2根面條觀察面條的橫截面,直至沒(méi)有白芯,記錄的時(shí)間即為復(fù)水時(shí)間。

吸水率的測(cè)定:參考GUO等[9]的方法,吸水率的計(jì)算如公式(4)所示:

(4)

式中:W,方便面的水分含量,g/g;m前,煮制前方便面的質(zhì)量,g;m后,煮制結(jié)束后方便面的質(zhì)量,g。

煮制損失率的測(cè)定:準(zhǔn)確稱取20 g面餅,放入沸水中煮至面條白芯消失撈出過(guò)冷水瀝干,收集面湯和沖洗水并烘干到絕干,稱取質(zhì)量記作M。煮制損失率的計(jì)算如公式(5)所示:

(5)

式中:M,烘干面湯的干物質(zhì)質(zhì)量,g。

質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定:主要測(cè)定方便面的TPA指標(biāo),將干燥好的面餅放入沸水中煮制5 min,在自來(lái)水中冷卻1 min,然后每組3根平行放置在平板上測(cè)試。為了確保樣品一致性,每次復(fù)水一組樣品進(jìn)行測(cè)試。TPA測(cè)試參數(shù):測(cè)前速率2.0 mm/s,側(cè)中速率0.8 mm/s,測(cè)后速率2.0 mm/s,壓縮程度70%,停留時(shí)間2 s,觸發(fā)力5 g,探頭P/75[10-11]。

1.3.5 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

使用掃描電子顯微鏡觀察微波冷凍干燥后干面條的橫截面微觀結(jié)構(gòu)。將面條橫截面朝上黏貼在導(dǎo)電膠帶上,噴金后在15 kV電壓下放大500倍獲得圖像。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。除另外說(shuō)明,所有試驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥條件對(duì)預(yù)制面條干燥特性的影響

將煮制好的新鮮熟面條分別進(jìn)行微波冷凍干燥和熱風(fēng)干燥,脫水后得到非油炸脫水預(yù)制面條。圖1和圖2分別為微波冷凍干燥和熱風(fēng)干燥的干燥曲線和干燥速率曲線。由圖1可以看出,隨著微波加載功率越高,面條的干燥曲線變化明顯,干燥到預(yù)定干基含水率用時(shí)越短。3.0 W/g時(shí)干燥時(shí)間最短,分別比1.0和2.0 W/g縮短了60 min和90 min。同圖2相比,微波冷凍比熱風(fēng)干燥速率曲線更平滑,干燥速率主要為恒速和降速過(guò)程,而熱風(fēng)干燥速率則表現(xiàn)出較明顯的升速,恒速和降速過(guò)程。

a-密度干燥曲線圖;b-干燥速率圖

區(qū)別于傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥,微波冷凍干燥由于物料處于一個(gè)真空冷凍的條件下,物料水分主要是以升華的形式脫離物料,微波輻射直接作用在物料內(nèi)部,熱量的傳遞方向和水分的遷移方向一致。因此,前期可以保持一個(gè)較高的干燥速率,干燥速率曲線也比熱風(fēng)干燥更平滑,后期由于水分主要是細(xì)胞間的結(jié)合水不容易滲透出來(lái),所以干燥速率降低水分變化平緩。傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥時(shí)間雖然短于微波冷凍干燥,但是由于前期干燥速率太快,面條的表面水分蒸發(fā)過(guò)快,協(xié)同熱風(fēng)干燥過(guò)程中的底物表面熱積累,最終導(dǎo)致面條的色澤和硬度等品質(zhì)下降。

2.2 不同干燥條件對(duì)預(yù)制面條品質(zhì)的影響

根據(jù)1.3.4節(jié)測(cè)得干燥后面條的各種指標(biāo)如圖3所示,可以明顯看出微波冷凍干燥的吸水率和白度優(yōu)于熱風(fēng)干燥,煮制損失率和復(fù)水時(shí)間差于熱風(fēng)干燥。一般來(lái)講對(duì)于復(fù)水時(shí)間和煮制損失率希望越低越好,吸水率和白度則希望越高越好。復(fù)水時(shí)間是方便面的一個(gè)重要指標(biāo),80 ℃下復(fù)水時(shí)間應(yīng)小于360 s,時(shí)間越短面條品質(zhì)越好[10-11]。圖3可以看出兩種干燥方式復(fù)水時(shí)間均符合要求,微波凍干中復(fù)水時(shí)間最短的為3.0 W/g,熱風(fēng)干燥中復(fù)水時(shí)間最短的為80 ℃并且隨溫度變化不明顯,可見(jiàn)干燥溫度不是影響脫水預(yù)制面條的主要因素。微波凍干產(chǎn)品復(fù)水時(shí)間最短為3.0 W/g,隨著微波功率的增加復(fù)水時(shí)間縮短說(shuō)明微波功率是影響其脫水預(yù)制面條復(fù)水時(shí)間的一個(gè)主要因素。這可能與冰晶破壞淀粉空間結(jié)構(gòu)有關(guān):升華干燥過(guò)程緩慢會(huì)導(dǎo)致干燥過(guò)程中更多的冰晶融化,形成對(duì)淀粉空間結(jié)構(gòu)破壞更大形態(tài)的小冰晶;提升升華速率,降低了上述現(xiàn)象的發(fā)生,從而得到內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)保留更好的脫水淀粉基產(chǎn)品,這有助于提升其吸水率[12]。吸水率是反映干制品品質(zhì)優(yōu)良的一個(gè)重要指標(biāo),較高的吸水率對(duì)面條的硬度口感有一定改善,表1證實(shí)了這一判斷。

表1 不同干燥條件下方便面的TPA特性指標(biāo)Table 1 TPA characteristic index of instant noodles under different drying conditions

圖3 不同干燥條件方便面的品質(zhì)指標(biāo)Fig.3 Quality index of instant noodles under different drying conditions

白度是產(chǎn)品重要的色澤指標(biāo),對(duì)于面條而言,外觀明亮、呈淡黃色產(chǎn)品是消費(fèi)者所接受的[13]。圖3可以看出隨著微波功率的增加面條的白度呈上升趨勢(shì),對(duì)比熱風(fēng)干燥產(chǎn)品,微波凍干面條具有明顯的色澤優(yōu)勢(shì)。這是由于在微波冷凍干燥過(guò)程中,越高的微波密度具有更快的干燥速率,更短的干燥時(shí)長(zhǎng),多酚氧化酶的活性也隨之降低,褐變減緩白度提高[14]。微波凍干預(yù)制面條相比熱風(fēng)產(chǎn)品具有更高的煮制損失率,隨著微波功率的增加損失率降低,這可能同樣與上述冰晶破壞淀粉空間結(jié)構(gòu)有關(guān):高微波功率干燥冰晶對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)破壞較小,相應(yīng)產(chǎn)品損失率降低[14]。后續(xù)的研究中可以添加添加劑來(lái)改善微波冷凍干燥產(chǎn)品煮制損失率偏高的問(wèn)題。

2.3 不同干燥條件對(duì)預(yù)制面條質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.3.1 不同干燥條件面條質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)和相關(guān)性分析

使用物性分析儀對(duì)微波冷凍干燥和熱風(fēng)干燥得到的面條復(fù)水后進(jìn)行測(cè)試得到的TPA指標(biāo),并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,如表1和表2所示。

表2 方便面TPA特性指標(biāo)之間的相關(guān)性矩陣Table 2 Correlation analysis of instant noodle TPA characteristic indexes

由表2可以看出各指標(biāo)之間均有很強(qiáng)的相關(guān)性,尤其是硬度、咀嚼性和膠著性,回復(fù)性和內(nèi)聚性之間相關(guān)性系數(shù)均大于0.98。為便于準(zhǔn)確分析,將TPA測(cè)試得到的7個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后,采用主成分分析進(jìn)行降維,消除變量間的相關(guān)性[11, 15],進(jìn)行綜合性評(píng)分。

2.3.2 不同干燥條件預(yù)制面條質(zhì)構(gòu)特性的主成分分析

使用SPSS軟件對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行降維后,進(jìn)行分析得到各成分的特征值和貢獻(xiàn)率,如表3所示。

表3 相關(guān)成分的特征值和貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues and variance contribution rates of the related components

根據(jù)成分的特征值,選取特征值大于1的成分,可以提取出2個(gè)成分為Z1和Z2為主成分[16]。這2個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為83.949%,能夠反映出面條品質(zhì)的大部分信息。因子載荷表可以反映出各指標(biāo)對(duì)成分的貢獻(xiàn)大小。由表4可知,成分Z1主要包括硬度、黏性、彈性和內(nèi)聚性的信息,其中硬度和黏性載荷量最大,為“硬度和黏性因子”;成分Z2主要包括回復(fù)性和咀嚼性的信息,為“回復(fù)性和咀嚼性因子”[17-18]。

表4 兩個(gè)主成分的因子載荷Table 4 Factor load table of two principal components

根據(jù)表3中成分的特征值和表4中的載荷量,可以構(gòu)建出主成分與各TPA指標(biāo)之間的線性關(guān)系,表達(dá)式如公式(6)、公式(7)所示:

Z1=0.417X1+0.363X2-0.117X3+0.364X4+0.440X5+0.436X6+0.404X7

(6)

Z2=0.138X1-0.310X2+0.898X3-0.038X4+0.120X5+0.193X6+0.094X7

(7)

式中:X1～X7分別為硬度、黏性、彈性、內(nèi)聚性、膠著性、咀嚼性、回復(fù)性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

根據(jù)2個(gè)主成分的特征值建立面條綜合評(píng)價(jià)模型,如公式(8)所示:

Z=68.540 85Z1+15.407 93Z2

(8)

依據(jù)上訴評(píng)價(jià)模型計(jì)算得到的不同干燥條件面條的綜合評(píng)價(jià)得分進(jìn)行排名,如表5所示。一般來(lái)講,面條的質(zhì)地要硬而有彈性,有嚼勁,黏結(jié)力好,不要太黏[7, 19]。成分Z1主要包括了上述的指標(biāo),綜合評(píng)分的排名結(jié)果也印證了這一觀點(diǎn)。對(duì)于熱風(fēng)干燥溫度越高評(píng)分越高,微波凍干2.0 W/g的評(píng)分最高。對(duì)比載荷表可知指標(biāo)中占主要因素的是硬度、黏度和回復(fù)性,由于熱風(fēng)干燥上述指標(biāo)普遍較高所以綜合評(píng)分高于微波凍干。對(duì)于微波凍干,2.0 W/g下得到的面條綜合評(píng)分最高。

表5 不同干燥條件的面條主成分綜合得分Table 5 Comprehensive score of principal components of noodles under different drying conditions

2.4 微波冷凍干燥對(duì)預(yù)制面條微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖4分別為微波功率密度1.0、2.0、3.0 W/g產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)。

a-MFD-1.0 W/g;b-MFD-2.0 W/g;c-MFD-3.0 W/g

圖4表明脫水過(guò)程中水分蒸發(fā)形成了廣泛分布的孔隙,具有典型的蜂窩狀結(jié)構(gòu),復(fù)水過(guò)程吸水較快。有研究表明,孔隙大小和數(shù)量也是決定硬度和黏結(jié)性的關(guān)鍵因素[20]。同時(shí)隨著微波功率的增加,面條內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊密,淀粉顆粒被面筋網(wǎng)緊緊包裹,面筋網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和數(shù)量直接影響面條的質(zhì)構(gòu)特性[11, 21],表現(xiàn)出較高的嚼勁和硬度。同時(shí)圖4-b可以看到明顯的斷裂結(jié)構(gòu),表明微波作用下會(huì)破壞淀粉的結(jié)構(gòu),造成面條的煮制損失率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱風(fēng)干燥的面條。雖然增大功率可以改善上述現(xiàn)象,但過(guò)大的加載密度會(huì)造成面條的口感變差。表5也可以看出3.0 W/g下的面條綜合評(píng)分低于1.0 W/g和2.0 W/g的綜合評(píng)分。

3 結(jié)論

對(duì)比熱風(fēng)干燥過(guò)程,微波冷凍干燥預(yù)制面條速率曲線更加平緩,主要為降速干燥階段,其主要影響因素為微波功率密度;對(duì)脫水預(yù)制面條的主要品質(zhì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),微波凍干產(chǎn)品有較好的復(fù)水時(shí)間和白度,但其煮制損失率較熱風(fēng)干燥產(chǎn)品略高;對(duì)脫水預(yù)制面條質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行主成分分析結(jié)果表明,各個(gè)指標(biāo)之間具有很高的相關(guān)性,熱風(fēng)干燥中溫度為100 ℃產(chǎn)品的綜合評(píng)分最高,微波凍干中2.0 W/g功率密度產(chǎn)品的綜合評(píng)分最高,同時(shí)發(fā)現(xiàn)微波凍干能有效減緩干燥過(guò)程中面條硬度增加問(wèn)題;綜合分析產(chǎn)品微觀結(jié)構(gòu)和主成分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),微波凍干產(chǎn)品緊密的面筋網(wǎng)絡(luò)對(duì)提升其勁道口感有較好的作用。