干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片品質的影響

孫洪蕊，杜金鴿，范杰英，孟悅，張佳霖，康立寧*，劉香英*

（1.吉林省農業科學院（中國農業科技東北創新中心）農產品加工研究所，吉林 長春 130033；2.北華大學 林學院，吉林 吉林 132013；3.吉林省農業科學院（中國農業科技東北創新中心）農業生物技術研究所，吉林 長春 130033）

油莎豆營養豐富，富含脂肪、蛋白質、淀粉等營養素以及甾醇、皂苷和生物堿等生物活性物質[1-2]，具有降血脂、降血糖等生理特性[3-4]，可預防冠心病、結腸癌、糖尿病、肥胖癥、心血管疾病等多種疾病[5]。近年來，油莎豆作為新興油料作物在我國發展迅速，基于油莎豆原料的新型食品開發也成為研究熱點[6-8]。脆片類休閑食品是深受大眾喜愛的休閑食品之一，市場規模不斷擴大，產品種類日益豐富。隨著生活水平日益提升，人們對于休閑食品的選擇更多地聚焦于營養、健康[9]。脆片的原材料不再拘泥于馬鈴薯，而是采用純天然的水果和新鮮蔬菜制備脆片產品，如甘薯脆片、山藥脆片和香蕉脆片等[10]。目前脆片的生產主要采用高溫油炸工藝，但由于油炸溫度較高且含油率高，長期食用對健康不利[11]。因此，探索合適的干燥方式是開發新型健康即食油莎豆脆片食品的關鍵。

焙烤干燥是利用烤箱內的高溫環境使原料成熟膨化，它的主要工作原理是通過設備內的溫度差使物料中的水分蒸發，物料組織內部結構發生膨化而形成多孔狀的結構，達到酥脆的口感[12]。真空微波干燥是一種新型的干燥方式，該技術克服了真空干燥和微波干燥原有的缺點，將微波和真空結合起來，充分發揮了兩者的優勢。真空微波干燥是在真空室中進行工作，利用微波對物料的直接作用，使物料內部的水分迅速蒸發，得到干燥產品[13]。目前，關于脆片干燥方式的研究多集中于胡蘿卜脆片、芒果脆片以及食用菌脆片等，而油莎豆脆片以及干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片品質影響的研究未見報道?；诖?，本研究以全脂油莎豆和脫脂油莎豆為原料，研究焙烤干燥和真空微波干燥2 種干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片品質的影響，以期為油莎豆脆片干燥方式的選取以及油莎豆的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

油莎豆：產自吉林省松原市；總抗氧化能力(DPPH法)試劑盒：蘇州夢犀生物醫藥科技有限公司；鐵離子還原能力試劑盒：上海棕益科技有限公司；三氯乙酸(分析純)：湖北鑫潤德化工有限公司。

1.2 儀器與設備

SLG-30 雙螺桿擠壓膨化機：杭州譽球機械有限公司；JCXZ 面團整型機：北京東孚久恒儀器技術有限公司；XC-24B 烤箱：廣州紅菱電熱設備有限公司；HWLB 箱式真空微波干燥設備：天水華圓制藥設備科技有限責任公司；500/VP 掃描電子顯微鏡：德國卡爾-蔡司公司；1260Ⅱ高效液相色譜儀、G2641A 氣相色譜-質譜聯用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）儀：美國安捷倫公司；FA25 高速均質機：上海弗魯克流體機械制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 油莎豆脆片的制備

全脂/脫脂油莎豆粉的制備：將脫皮油莎豆洗凈，60 ℃干燥5 h，將干燥后的油莎豆粉碎過60 目篩，得到全脂油莎豆粉；利用索氏抽提法對全脂油莎豆粉進行脫脂處理，得到脫脂油莎豆粉。調整全脂/脫脂油莎豆粉的含水量為15%，利用雙螺桿擠壓膨化機對油莎豆粉進行擠壓處理，參數設置為螺桿轉速18 Hz、喂料速率15 Hz、1 區～4 區機筒溫度60、80、100、120 ℃。將擠壓后的油莎豆粉置于恒溫干燥箱中60 ℃干燥5 h，粉碎后過60 目篩，得到全脂/脫脂油莎豆粉。

全脂/脫脂油莎豆脆片的制備：將全脂/脫脂油莎豆粉與水混合，水添加量分別為22%和45%。揉混6 min，靜置5 min，將靜置后的面團進行壓片處理（參數設置：滾輪間距1.2 mm、壓片3 次），切割成長3 cm、寬1 cm 的長方形薄片。分別利用焙烤干燥（參數設置：上火170 ℃、下火140 ℃、焙烤時間12 min）。和真空微波干燥（參數設置：微波溫度40 ℃、微波時間4 min、微波功率4 kW）2 種干燥方式對油莎豆薄片進行干燥，獲得4 種脆片，分別為焙烤干燥-全脂油莎豆脆片（S1）、焙烤干燥-脫脂油莎豆脆片（S2）、真空微波干燥-全脂油莎豆脆片（S3）、真空微波干燥-脫脂油莎豆脆片（S4）。

1.3.2 微觀結構測定

參考朱翠平[14]的試驗方法，將油莎豆脆片粉碎，對樣品進行前處理，利用掃描電子顯微鏡對油莎豆脆片的微觀結構進行拍照觀察。

1.3.3 質構特性測定

油莎豆脆片的硬度和脆度的測定參考朱翠平[14]的方法并稍作修改。質構儀參數設置：探頭為P/0.5S 球形探頭、觸發力為5 g、模式為壓縮、測前速度及測試速度均為1.0 mm/s、距離為3 mm。

1.3.4 抗氧化性測定

采用分光光度法測定油莎豆脆片的抗氧化性，利用總抗氧化能力(DPPH 法)試劑盒和鐵離子還原能力試劑盒測定油莎豆脆片的1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(1，1-diphenyl-2-piccrylhydrazyl，DPPH)自由基清除能力、鐵離子還原能力。

1.3.5 游離氨基酸含量測定

參考劉若詩等[15]的試驗方法并稍作修改。將油莎豆脆片粉碎，稱取粉碎后的油莎豆脆片10 g，與25 mL三氯乙酸(5 g/100 mL)混和均勻(均質時間30 s，轉速10 000 r/min)。將油莎豆脆片混合液離心(10 000×g，10 min)，上清液利用雙層濾紙過濾，離心(10 000×g，10 min)，取上清液用鄰苯二醛進行柱前衍生，使用高效液相色譜法測定油莎豆脆片的游離氨基酸含量。

1.3.6 揮發性風味物質含量測定

參考高永欣[16]的試驗方法進行測定。將油莎豆脆片粉碎，稱取粉碎后的油莎豆脆片2 g，置于20 mL 固相微萃取專用樣品瓶中。萃取頭在氣相色譜進樣口(250 ℃)老化1 h，將萃取頭插入樣品瓶的頂部，60 ℃萃取45 min。將萃取頭抽出，迅速插入GC-MS 進樣口，250 ℃解吸5 min，進行揮發性風味物質含量分析。

1.4 數據處理

試驗數據用平均值±標準差表示。應用statistic軟件中的Tukey HSD 工具進行數據統計以及顯著性分析，應用Origin 軟件進行繪圖分析。

2 結果與分析

2.1 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片微觀結構的影響

電鏡分析是鑒定樣品微觀結構的常用方法之一，其工作原理是利用電子束對樣品表面進行掃描，從而獲得樣品表面的三維高分辨率圖像[14]。焙烤干燥和真空微波干燥后的全脂/脫脂油莎豆脆片的微觀結構如圖1 所示。

圖1 油莎豆脆片微觀結構Fig.1 Microstructures of tiger nut crisps

油莎豆脆片的微觀結構可以直接反映出油莎豆脆片的形態，對油莎豆脆片的品質評價有著極其重要的作用。由圖1 可知，S1 的微觀結構與S3 相似，組織結構疏松，分布相對均一。S2 和S4 的微觀結構差異明顯，其中，S2 的組織結構致密，S4 呈現出不規則的結構，孔洞分布不均一。

2.2 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片質構特性的影響

硬度和脆度是評價脆片品質的2 個重要評價指標[14]。干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片硬度和脆度的影響如圖2、圖3 所示。

圖2 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片硬度的影響Fig.2 Effect of drying methods on hardness of full-fat/defatted tiger nut crisps

圖3 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片脆度的影響Fig.3 Effect of drying methods on crispness of full-fat/defatted tiger nut crisps

由圖2 和圖3 可知，S1、S2、S3 和S4 的硬度分別為258.90、548.40、216.33 g 和473.39 g，脆度分別為2.00、1.33、2.33 和1.67，S3 的硬度最小、脆度最大。分析兩種干燥方法對全脂/脫脂油莎豆脆片質構特性的影響可以得出，經焙烤干燥制備的脆片硬度高于真空微波干燥脆片，可能是因為焙烤工藝與真空微波干燥工藝相比加熱溫度較高，高溫能夠使物料內部水分蒸發較為徹底，加之焙烤時間較長，長時間高溫的情況下物料表面變硬[12]。而真空微波干燥工藝對物料內外同時進行加熱，在真空條件下用較低的干燥溫度對物料進行干燥，避免了干燥后物料表面變硬的情況，且在干燥過程中產生的多孔結構使產品具有酥脆口感[13]。

2.3 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片抗氧化性的影響

油莎豆中含有黃酮類成分，具有較強的抗氧化能力，可以作為天然的抗氧化劑[17]。Faller 等[18]的研究結果表明，熱處理會改變原料中蛋白質、總糖以及多酚等組分的含量，并對其抗氧化能力產生明顯影響。圖4、圖5 分別為干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片DPPH自由基清除能力和鐵離子還原能力的影響。

圖4 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片DPPH 自由基清除率的影響Fig.4 Effect of drying methods on DPPH free qadical scavenging rate of full-fat/defatted tiger nut crisps

圖5 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片鐵離子還原能力的影響Fig.5 Effect of drying methods on iron ion reduction capacity of full-fat/defatted tiger nut crisps

由圖4、圖5 可知，焙烤干燥和真空微波干燥后的全脂/脫脂油莎豆脆片的DPPH 自由基清除能力和鐵離子還原能力差異明顯。S1、S2、S3 和S4 的DPPH 自由基清除能力和鐵離子還原能力均隨著樣品濃度的增加而增加。相同樣品濃度條件下，S1 的DPPH 自由基清除能力和鐵離子還原能力最低。DPPH 自由基清除能力與鐵離子還原能力的排序均為S4＞S2＞S3＞S1。真空微波干燥-脫脂油莎豆脆片(S4)的DPPH 自由基清除能力與鐵離子還原能力值明顯高于S1、S2 和S3。劉玉蕎[19]對不同加工方式下雙孢菇對DPPH 自由基清除能力進行研究時發現，微波加工方式可保持或提高雙孢菇的DPPH 自由基清除能力，這與本研究結果一致。朱翠平[14]研究結果表明，真空冷凍干燥及真空微波干燥牛蒡脆片對鐵離子的還原能力較強，明顯高于熱風干燥等其他干燥方式。

2.4 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片游離氨基酸含量的影響

干燥方式以及原料組成均會影響產品的風味，而游離氨基酸是產品形成最終風味的前體物質，因此本研究利用高效液相色譜法測定了不同干燥方式的全脂/脫脂油莎豆脆片的游離氨基酸含量，結果如表1所示。

表1 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片游離氨基酸含量的影響Table 1 Effect of drying methods on free amino acid content of full-fat/defatted tiger nut crisps

由表1 可知，從S1、S2、S3 和S4 油莎豆脆片樣品中均檢測出11 種游離氨基酸，分別為天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、組氨酸、賴氨酸、精氨酸。S1、S2、S3 和S4 的游離氨基酸總量差異明顯，分別為213.58、289.69、280.52 mg/100 g 和365.66 mg/100 g。在相同干燥方式的條件下，樣品游離氨基酸總含量的排序分別為S2＞S1、S4＞S3；在相同原料的條件下，樣品游離氨基酸總含量的排序分別為S3＞S1、S4＞S2。研究結果表明，真空微波干燥法制備的脫脂油莎豆脆片的游離氨基酸含量較高。與焙烤干燥相比，真空微波干燥技術具有微波加熱快和真空條件下水汽化點低的特點，因此物料中的營養成分大部分被保留下來[13]。此外，有研究結果表明，多數氨基酸及其鹽是甜味或苦澀味的，少數幾種具有鮮味或者酸味[20]。一般能呈現出特殊鮮味的氨基酸稱為呈味氨基酸，主要包括谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和甘氨酸。馬鈴薯脆片的味道之所以獨特鮮美，就是因為在鮮馬鈴薯中含有呈味氨基酸[21]。如表1 所示，S1、S2、S3 和S4中精氨酸含量明顯高于其他種類氨基酸含量，天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸這類呈味氨基酸含量也相對較高，因此油莎豆適合用來生產脆片。

2.5 干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片揮發性風味物質含量的影響

采用氣相色譜-質譜聯用的方法對兩種干燥方式下所得到的全脂/脫脂油莎豆脆片中的揮發性風味物質進行了測定。表2 和表3 分別為干燥方式對全脂/脫脂油莎豆脆片揮發性風味物質含量的影響以及風味物質成分分類。

表2 油莎豆脆片揮發性風味物質含量測定Table 2 Effect of drying methods on volatile flavor substance content of tiger nut crisps

表3 油莎豆脆片風味物質成分分類Table 3 Classification of flavor substances in tiger nut crisps

由表2 和表3 可知，從S1、S2、S3 和S4 油莎豆脆片樣品中檢測出9 種化合物，其風味物質有醛類3 種(正己醛、糠醛、壬醛)、醇類2 種(1-壬醇、1-十一醇)、酯類1 種(甲酸辛酯)、烷烴類1 種(十二烷)、烯烴類1 種(苯乙烯)和雜環類1 種(順式-3，4-二甲基-2-苯基四氫-1，4-噻嗪)；其中醛類物質含量占揮發性風味物質總含量的50% 以上，糠醛和壬醛的含量相對較高，其風味特征分別為焦糖味和草木香[22]。S1、S2、S3 和S4 中9種風味物質的產生可能歸因于3 點：1)油莎豆原料中原有風味物質的釋放；2)油莎豆原料中糖、氨基酸以及核苷酸的降解；3)熱處理過程中油莎豆原料中還原糖和氨基酸之間發生美拉德反應[19]。不同干燥方式對油莎豆全脂/脫脂脆片的熱滲透方式以及溫度的影響均不同，可能會影響原料組分的降解速度或釋放，進而導致S1、S2、S3 和S4 中9 種風味物質含量之間的差異[23]。

3 結論

本文比較了S1、S2、S3 和S4 的微觀結構、質構特性、抗氧化性、游離氨基酸含量以及揮發性風味物質含量之間的差異。結果表明，焙烤干燥和真空微波干燥對全脂/脫脂油莎豆脆片的品質影響明顯，其中S3 的硬度最小、脆度最大，分別為216.33 g 和2.33，其質構特性最優；S4 的游離氨基酸總含量、DPPH 自由基清除能力與鐵離子還原能力值明顯高于S1、S2 和S3，其營養品質最優。用真空微波干燥方式制備的油莎豆脆片(S3 和S4)品質優于烘焙干燥方式制備的油莎豆脆片(S1 和S2)。從S1、S2、S3 和S4 油莎豆脆片樣品中檢測出9 種化合物，其風味物質有醛類3 種、醇類2 種、酯類1 種、烷烴類1 種、烯烴類1 種和雜環類1 種；其中醛類物質含量占揮發性風味物質總含量的50%以上。S1、S2、S3 和S4 中天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸這類呈味氨基酸含量相對較高，因此油莎豆適合用來生產脆片。研究結果對油莎豆食品的開發以及提高油莎豆附加值具有現實意義。