甘薯的传统食用方式包括蒸、烤、炸、煮等,其中油炸甘薯片因其酥脆化渣的独特口感受到广大消费者的青睐。常压油炸后的甘薯片通常具有较高的含油量,如何有效降低含油量并保持其酥脆口感是一个需要解决的产业问题[1-2]。研究报道,采用真空低温油炸技术可将甘薯脆片的含油量控制在20%以下[2]。RAVLI等[3]采取常压油炸(1 min)后进行真空油炸(2 min)的两阶段油炸工艺,使甘薯脆片的含油量降低15%(相对于单独使用真空油炸)。真空油炸需要专用设备,因此在餐饮、连锁店、家用厨房等场合仍普遍采用常压油炸。林河通等[4]通过对甘薯片进行烫漂、脱水、冻结等预处理,使油炸甘薯片的含油量低于20%。潘牧等[5]通过烫漂、热风干燥、两步油炸等工艺实现油炸甘薯片平均含油率17.1%。根据结构决定性能的原理,改善甘薯片的油炸特性可从预处理调整甘薯片的组成结构入手。
淀粉是甘薯的主要成分,约占甘薯干物质的50%～80%。有关马铃薯条/片的研究显示,淀粉组成结构是影响马铃薯条/片的油炸特性的决定因素。REYNIERS等[6]研究指出,影响马铃薯脆片吸油率的关键因素是可萃取直链淀粉的链结构,研究认为这主要与直链淀粉影响凝胶化有关,而淀粉凝胶结构能影响油炸过程中水分蒸发和油脂吸收的速度。JIAMJARIYATAM等[7]的研究表明,大米淀粉凝胶经老化、烘干后进行油炸,随着老化时间的增加,油炸产品的脆性增加、吸油性降低。ZHANG等[8]研究发现,超声波结合对流空气干燥可显著降低常压油炸马铃薯片的吸油率。BINGOL等[9]通过红外干法烫漂预处理薯条,使其吸油率降幅达37.5%,而且薯条感官质量得到改善。LIU等[10]报道甘薯片经1.2 kV/cm脉冲电场处理后,190 ℃油炸时吸油率可降低18%。SUN等[11]将甘薯片经不同烫漂条件烫漂后烘干(60 ℃)到水分含量10%以下,结果发现这在不同程度上改变了甘薯片中淀粉的结构。本文拟从2个方面通过改变甘薯片中淀粉的聚集态结构,其一是采取热水浴烫漂,设置烫漂温度65、80、90 ℃,这3个温度对淀粉糊化和甘薯片组织结构完整性具有显著不同的影响;其二是采取蒸汽烫漂使甘薯片中淀粉糊化,然后于4 ℃冰箱中放置不同时间来控制淀粉的老化程度。经热水浴或蒸汽烫漂-4 ℃老化的甘薯片采取相同的烘干、油炸条件,研究淀粉结构变化对甘薯片油炸特性的影响,以期为高品质油炸甘薯片的工业化生产提供实验参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
甘薯,市售,挑选成熟、外表无机械损伤、大小较均匀(250～300 g)的甘薯作为实验原料,经测定,甘薯的干物质含量28.32 g/100 g,淀粉含量19.44 g/100 g。玉米油,益海嘉里食品营销有限公司;焦亚硫酸钠、柠檬酸,均为分析纯试剂,上海麦克林生化科技有限公司;石油醚(沸程30～60 ℃),成都市科隆化学品有限公司。
1.2 仪器与设备
DHG-9140电热恒温鼓风干燥箱、HWS-26电热恒温水浴锅,上海齐欣科学仪器有限公司;BSA 323S电子天平,塞多利斯科学仪器(北京)有限公司;Spectrum 100傅里叶变换红外光谱仪,珀金埃尔默公司;X’Pert3 MRD XL X-射线衍射仪,马尔文帕纳科公司;MesoMR23-060H-I核磁共振分析与成像系统,苏州纽迈分析仪器股份有限公司;Phenome ProX扫描电子显微镜,飞纳科学仪器(上海)有限公司;GSL-1100X-SPC-16M磁控等离子体溅射镀膜机,深圳市科晶智达科技有限公司;UltraScan PRO测色仪,美国HunterLab公司;CT3 25K质构仪,美国博勒飞公司。
1.3 实验方法
1.3.1 甘薯片预处理
将甘薯用自来水洗净、去皮,用手摇切片机切成厚度(3.00±0.20) mm的薄片。为防止甘薯切片变色,用m(蒸馏水)∶m(焦亚硫酸钠)∶m(柠檬酸)=100∶1∶1配制的溶液浸泡,进行护色处理10 min,取出后沥水,用吸水纸吸干甘薯切片表面残余水分。对甘薯切片进行预处理,参数如表1,完成后转移到电热恒温鼓风干燥箱中,摊开平铺,每30 min翻面一次,恒定50 ℃烘干。将烘干的甘薯片置于样品袋中,密封备用。
表1 甘薯片样品烘干前的预处理条件
Table 1 Pretreatment condition of sweet potato slices before oven-drying
样品预处理条件蒸汽烫漂时间/min4 ℃老化处理时间/h30 min水浴温度/℃A---B060-B1612-B2624-B3636-C1--65C2--80C3--95
注:-表示未进行该项处理。
1.3.2 油炸甘薯片的制备
根据预实验的结果,将甘薯片置于(175±2) ℃集热式恒温加热油炸锅油炸17 s,油炸介质为玉米油。油炸结束后,用漏勺将甘薯片样品从热油中迅速捞出,于吸油薄纸上放置5 min左右,以自然冷却和吸去表面浮油。样品完全冷却后保存在样品袋中,密封备用。
1.3.3 甘薯片的结构表征
1.3.3.1 显微结构观测
采用扫描电子显微镜观测,油炸甘薯片在观测前先经抽提脱脂、干燥处理。测试时取少量样品、脆断,甘薯片横截面朝上,用双面导电胶固定在样品台上,洗耳球轻吹样品表面,然后离子溅射喷金以增加样品的导电性,提高图像分辨率。将样品推入仪器内部,抽真空后于低电压下观察样品的显微形貌特征。根据需要调节放大倍数,对视野进行拍照及保存。
1.3.3.2 红外光谱表征
将样品粉碎后过200目筛,在干燥器中平衡水分48 h后,取适量的样品,放入红外光谱仪的样品槽中,采集4 000～650 cm-1范围内的红外光谱,分辨率4 cm-1,累加扫描次数32次。通过采集空气信号、进行基线校正和平衡处理后,利用Happ-Genzel函数(程序默认)去卷积处理,峰宽5.0 cm-1,增强因子3.0。
1.3.3.3 X-射线衍射分析
在X-射线衍射分析前,样品粉碎后过200目筛,在干燥器中平衡水分48 h。将样品粉末装填入圆形样品槽中,用玻璃片压实表面。辐射光源:单色Cu- Ka射线,电压40 kV,电流40 mA。测定参数为:以2 °/min的步长从4°扫描至40°(2θ)。利用Jade 6软件对X-射线衍射图谱进行分析,计算相对结晶度。
1.3.4 甘薯片的水分含量及水分分布测定
样品水分含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》第一法(直接干燥法)。
样品中水分分布测定采用低场核磁共振仪法。以样品中水分1H为探针,利用多脉冲回波序列(Carr-Purcell-Meiboom-Gill, CPMG)进行样品横向弛豫时间T2(自旋-自旋弛豫时间)的测定,参数设为: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。扫描结束后对CPMG数据采用反演软件拟合得到反演谱。
1.3.5 油炸甘薯片脂肪含量的测定
参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》第一法测定样品脂肪含量。
1.3.6 油炸甘薯片色差的测定
采用UltraScan PRO色差仪测定油炸甘薯片表面的色泽。测量前,仪器用黑白陶瓷板进行校准。色差仪采取D65模式:F2=10°,SCI=4 mm,选择反射模式测定样品的CIELab色空间参数,记录L*(0为黑色,100为白色)、红绿色度a*和黄蓝色度b*值。每组样品随机选择8个位点进行测量。色差ΔE按照公式(1)计算:
(1)
式中:ΔL、Δa、Δb分别为直接烘干样品与其他预处理组样品的L*、a*和b*值之间的差值。
1.3.7 油炸甘薯片质构的测定
在CT3 25K型质构仪上进行,采用TA9探头对油炸甘薯片进行穿刺测试,测试参数:测前速度5.00 mm/s,测试速度1.00 mm/s,测试后返回速度10.00 mm/s,测试压缩比30%,触发点负载3 g,穿刺深度2.5 mm。
1.4 数据分析
除特殊说明外,所有实验至少重复3次,结果以平均值±标准偏差表示。采用Origin 2021绘图。使用SPSS 18.0进行单因素方差分析(analysis of variance, ANOVA),采用Duncan法检验数据之间的差异显著性,显著性水平P<0.05。
2 结果与分析
2.1 预处理对甘薯片结构特性的影响
2.1.1 经预处理甘薯片的显微结构
如图1-a所示,直接烘干的甘薯片(A)中淀粉颗粒形态完整,呈球形、半球形或多角型结构,这是甘薯淀粉典型的颗粒结构特征[12]。样品B0的扫描电镜照片显示(图1-b),经6 min蒸汽烫漂,甘薯片中淀粉的颗粒结构已完全破坏,各个细胞组织中的淀粉融合成为整体,但细胞间隙清晰,这表明在蒸汽烫漂过程中,淀粉发生了糊化而细胞壁结构保持了相对的完整性[13]。MENNAH-GOVELA等[14]对甘薯蒸煮后观测其显微结构发现,蒸煮使淀粉大量吸水和糊化,细胞内充满了糊化的淀粉。在4 ℃老化过程中甘薯片发生了一定程度的结构变化(图1-c～图1-e)、老化使不同细胞组织中的淀粉凝胶析水收缩,增大了细胞间隙[15]。图1还表明,不同温度的热水浴对甘薯片的组织结构产生了不同程度的影响。65 ℃水浴处理组(图1-f),可观测到甘薯片中淀粉颗粒仍保持着较好的完整性,但是视野中出现了将淀粉粒黏连在一起的片层状结构。片层状结构可能是水浴过程中溶出的直链淀粉在冷却、干燥阶段发生凝胶化而形成的。当水浴温度升高到80 ℃时,淀粉颗粒依旧相对完整但发生了聚集。提取纯化的甘薯淀粉在此温度通常已发生糊化,而且峰值糊化温度不会超过80 ℃[16]。相比于提取纯化的淀粉,即使在相同温度条件下,细胞组织中的淀粉发生糊化、崩解要困难一些。例如,绿豆需经长时间烧煮才能做成绿豆汤,汤中溶出的淀粉极少,因而汤的黏度低,糊化的淀粉被截留在细胞组织内部。研究表明,甘薯淀粉的最终糊化温度可以在80 ℃以上[12]。这就能解释80 ℃水浴下的甘薯片中淀粉颗粒保持完整性的原因。甘薯片中淀粉发生部分糊化而溶出的直链淀粉分布在淀粉粒周围,从而造成淀粉颗粒的聚集。当水浴温度升高到95 ℃时,甘薯片中淀粉完全糊化、吸水膨胀,在细胞内它们相互黏连融合[17],并在冷却、干燥阶段在细胞内形成淀粉凝胶[18]。
a-样品A;b-样品B0;c-样品B1;d-样品B2;e-样品B3; f-样品C1;g-样品C2;h-样品C3
图1 不同条件预处理的甘薯片扫描电镜照片(500×)
Fig.1 Effect of pretreatment on the microscopic morphology of sweet potato slices
2.1.2 甘薯片中淀粉的短程有序度
在傅里叶变换红外光谱图上,800～1 200 cm-1范围内的谱带能显示淀粉的精细结构信息,其中1 045、1 022、995 cm-1分别表示结晶区(有序结构)、非晶区(无序结构)和水合晶体的振动吸收峰[19]。与X-射线衍射分析获得淀粉的长程有序结构不同,红外光谱测试用来表征淀粉短程有序结构。淀粉的短程有序结构主要指淀粉的双螺旋结构。对淀粉分子的特征吸收峰进行去卷积处理后,如图2所示,1 045 cm-1和1 022 cm-1两组峰的峰面积之比(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(样品A)中淀粉的R1 045 cm-1/1 022 cm-1值最大,表明其淀粉的双螺旋结构含量最高,同时表明预处理造成了甘薯淀粉的短程有序结构不同程度的破坏。其中,样品B0的R1 045 cm-1/1 022 cm-1值较样品A的显著下降(P<0.05),这提示蒸汽烫漂使甘薯片中淀粉发生糊化,导致淀粉的短程有序度下降。甘薯片中淀粉的短程有序度随着老化时间的增加而增大,这主要是老化过程中淀粉分子重结晶使双螺旋结构重新形成。同时,该值在样品C1和样品A之间存在显著性差异,即使是65 ℃、30 min水浴对甘薯淀粉的短程有序结构仍存在破坏作用。此外,995 cm-1处为水合晶体的振动吸收峰,其对样品中的水分子比较敏感。通常1 022 cm-1和995 cm-1两组峰的峰面积之比(R1 022 cm-1/995 cm-1)反映淀粉分子链段与水分子之间的相互作用。从表2可知,样品A和C1的R1 022 cm-1/995 cm-1值较小,而经过蒸汽烫漂和较高温度水浴(≥80 ℃)的甘薯片样品(B0～B3、C2、C3)的R1 022 cm-1/995 cm-1值较大,这表明甘薯片的水热处理过程使淀粉分子与水分子之间的相互作用得到了增强。
图2 不同条件预处理甘薯片中淀粉的去卷积 傅里叶红外光谱图
Fig.2 Deconvolution of Fourier transform infrared spectra of starch in sweet potato slices pretreated under different conditions
2.1.3 甘薯片中淀粉的结晶结构
如图3所示,直接烘干的甘薯片具有典型的淀粉结晶衍射峰。由于干燥温度(50 ℃)低于甘薯淀粉糊化温度,在干燥过程中甘薯片的淀粉颗粒保持着相对完整的结晶结构(相对结晶度29.42%,见表2)。根据X-射线衍射谱图特征将淀粉划分为A、B、C结晶形态[16]。在5.6°(2θ)处没有衍射峰,而在23°(2θ)处呈现单峰,这提示本实验采用甘薯的淀粉为A型结晶[20]。SUN等[11]用于加工甘薯片的甘薯淀粉为A型。GUO等[16]报道白心、黄心和紫心等甘薯的淀粉为C型,相对结晶度在22.8%～25.6%。图3还表明,热水浴、蒸汽烫漂和老化处理对甘薯片中淀粉的结晶结构产生显著影响。其中,蒸汽烫漂造成甘薯片中淀粉发生糊化,结晶结构遭到破坏,烘干后甘薯片(B0)的相对结晶度为8.08%,仅为直接烘干样品(A)相对结晶度的27.46%(表2)。4 ℃老化使甘薯片结晶度有所增加,其中36 h老化使其提高到16.57%,为未老化样品的2倍。尽管在图1中显示,65 ℃、30 min水浴对淀粉的颗粒形态基本无影响,但是从图3的结果看,淀粉的衍射峰强度明显减弱,其相对结晶度发生显著下降(P<0.05)。从表2可知,热水浴温度越高,甘薯片中淀粉的结晶结构受到破坏的程度就越大,相对结晶度越低(P<0.05)。
表2 不同条件预处理的甘薯片的淀粉短程和 长程有序结构特征
Table 2 Short-range and long-range ordered structures of starch in sweet potato slices pretreated under different conditions
样品短程有序结构长程有序结构R1 045 cm-1/1 025 cm-1R1 022 cm-1/995 cm-1相对结晶度/%A0.730±0.003a0.782±0.024d29.42±0.20aB00.668±0.011c0.859±0.012b8.08±0.13hB10.688±0.013bc0.835±0.007c10.83±0.18gB20.700±0.022b0.843±0.006c12.76±0.07eB30.708±0.015b0.851±0.003b16.57±0.09cC10.705±0.012b0.795±0.002d27.67±0.18bC20.661±0.006cd0.878±0.013a14.78±0.07dC30.644±0.020d0.856±0.020ab12.38±0.11f
注:组间不同小写字母表示显著性差异(P<0.05)(下同)。
图3 不同条件预处理的甘薯片的X-射线衍射图谱
Fig.3 XRD pattern of sweet potato slices pretreated under different conditions
2.2 预处理对甘薯片中水分含量及其分布的影响
甘薯片的平衡水分含量反映其组成成分对水分子的结合能力。如图4所示,不同预处理方式使甘薯片中平衡水分含量呈现差异。其中,直接烘干(样品A)甘薯片的水分含量最小,这表明未经蒸汽烫漂或热水浴的甘薯片在干燥中容易失去水分。65 ℃水浴(样品C1)的甘薯片水分含量略高于直接烘干的甘薯片,其原因可能在于该温度条件下的预处理增进了淀粉分子对水分子的结合作用。当热水浴温度从65 ℃提高到80 ℃,甘薯片的平衡水分含量从7.78 g/100 g增加到10.61 g/100 g(P<0.05),这表明糊化淀粉较淀粉颗粒在干燥阶段可保留更多的水分。甘薯片经6 min蒸汽烫漂使其具有较高的水分含量,其中经过老化36 h的(样品B3)甘薯片的水分含量最高,是样品A的2.1倍,这表明老化形成的凝胶结构使其保留更多水分。KORESE等[21]研究发现,预处理可以影响富含淀粉的Gardenia erubescens果实切片经热风干燥后的平衡水分含量,设置烘干温度为50 ℃,直接烘干组为7.83 g/100 g,添加抗坏血酸组为8.17 g/100 g,而蒸汽烫漂组的水分含量为12.67 g/100 g,即蒸汽烫漂显著提高了干燥样品中的平衡水分含量。
图4 不同条件预处理甘薯片的水分含量
Fig.4 Moisture content of sweet potato slices pretreated under different conditions
注:不同小写字母表示显著性差异(P<0.05)(下同)。
低场核磁共振(磁场强度<0.5 T)常用于分析食品中水分状态,主要利用了氢原子核在磁场中的自旋弛豫特性,通过自旋-自旋弛豫时间(T2)的变化来解释样品中水分的分布及迁移情况[22]。横向弛豫时间长短反映水分子移动性或水分与食品组分结合的强度[15]。如图5所示,将曲线上的峰从左至右依次命名为T21(0.1～10 ms),为结合水;T22(10～100 ms),为不易流动水;T23(>100 ms),为自由水[22]。在T2图谱上信号量越强、峰面积越大表示该类型水分的含量越高。由此可见,所有样品中均以结合水为主,而不易流动水和自由水的比例非常低。从T21区主峰位置看,热水浴组样品(C1～C3)的横向弛豫时间大于直接烘干(A)的甘薯片,这说明热水浴使甘薯片中紧密结合水的流动性增强。从峰面积来看,样品A中结合水的量相对较小,而热水浴组结合水的量增加;同时,经蒸汽烫漂的甘薯片(B0～B3)的T21峰面积大于样品A的T21峰面积,其中样品B3的T21峰面积最大。HE等[23]将富含淀粉的蛋黄果切片后采用不同方式进行干燥,结果表明干燥显著提高了样品中结合水的比例;从T21峰面积看,热风干燥样品组最高,真空干燥次之,冷冻干燥样品则最低;研究认为冷冻干燥通过将结合水转化为自由水从而使蛋黄果片脱水程度更大。在本研究中,蒸汽烫漂后4 ℃老化36 h的样品具有最大的结合水含量。在干燥的淀粉颗粒中结合水的比例有限,而淀粉经糊化后,水分大量进入结晶区,相当比例的水分在随后的淀粉凝胶化过程中固定在凝胶网络骨架中,从而增加了T21峰面积。
2.3 不同预处理甘薯片的油炸特性
2.3.1 经油炸处理的甘薯片显微结构
如图6所示,在相同油炸条件下,不同预处理甘薯片的细胞组织结构发生着不同程度的变化。油炸后,直接烘干(A)的甘薯片和65 ℃水浴30 min后烘干(C1)的甘薯片在电子显微镜下淀粉的颗粒形态未发生显著改变。CHEN等[24]研究发现,玉米淀粉颗粒的水分含量为20%时经180 ℃油炸后仍然呈颗粒状,与原淀粉相比没有发生显著改变,但偏光十字的清晰度减弱提示淀粉颗粒内部遭到了一定程度的结晶结构破坏。同时,经蒸汽烫漂样品的组织中出现大小不一的气孔结构(图6)。这些气孔结构主要是甘薯片中的水分因受热迅速产生水蒸气,由蒸汽压推动产生。
MONTEIRO等[25]在对甘薯片进行真空微波干燥过程中观测到孔隙结构形成,并指出这主要是甘薯片中水分汽化引起的。对于蒸汽烫漂样品组B0、B1和B2油炸形成的气孔结构主要分布在细胞间隙,淀粉凝胶填充的细胞仍保持着相对完整性;而对于样品B3,气孔既分布在细胞间隙也分布在淀粉凝胶内部,这提示水分的汽化更加全面,由此形成更加均匀的气孔结构。经油炸后样品C2和C3形成了大量气孔结构。与油炸前相比较(图1),油炸使淀粉颗粒或淀粉凝胶填充的细胞结构发生较大改变。这表明在油炸阶段样品C2和C3发生了淀粉糊化,在水蒸气的压力推动下原结构发生膨胀、破裂[26]。
2.3.2 预处理对甘薯片吸油特性的影响
如图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。这2组样品油炸前后的显微结构也较相似(见图1和图6),其粗糙的表面和较大的孔隙方便了油脂的附着、扩散和吸收[27]。随着水浴温度从65 ℃升高到95 ℃,甘薯片的吸油性显著下降(P<0.05)。提高水浴温度使预处理时甘薯片中淀粉的糊化程度增加,伴随着直链淀粉溶出和细胞壁多糖物质的降解,使甘薯片在干燥阶段更易形成致密的组织结构并且对水分具有更强的结合能力(见图5和图6),从而限制了油进入甘薯片的毛细管扩散作用[28]。吴列洪等[1]将20个品种甘薯的块茎刨成1.6～1.8 mm薄片后直接油炸,测得油炸甘薯片含油量16.62%～34.83%,并发现干物质含量越高的品种,甘薯片的含油量越低。图7还显示,蒸汽烫漂显著降低了甘薯片的吸油性。从样品组B0、B1、B2和B3的比较可知,4 ℃老化进一步降低了甘薯片的吸油性。样品B3的脂肪含量为17.77%,相比于直接烘干样品其对油脂的吸收率降低了31.86%。
a-样品A、C1、C2和C3;b-样品B0、B1、B2和B3
图5 不同条件预处理甘薯片的水分分布图
Fig.5 Water distributions in the sweet potato slices after different pretreatments
a-样品A;b-样品B0;c-样品B1;d-样品B2;e-样品B3; f-样品C1;g-样品C2;h-样品C3
图6 不同条件预处理的甘薯片经油炸后的 扫描电镜照片(500×)
Fig.6 The SEM images of pretreated sweet potato slices after deep-frying
图7 不同条件预处理对油炸甘薯片脂肪含量的影响
Fig.7 Effect of pretreatment on fat content of sweet potato slices after deep-frying
老化使这些甘薯片中的淀粉处于凝胶状态,经烘干可使其结构收缩、致密性增强。JIAMJARIYATAM等[7]研究发现,直链淀粉含量14%的大米淀粉凝胶,随着老化时间从24 h增加到72 h,经棕榈油油炸时的吸油性逐渐降低,研究认为这与老化淀粉形成的致密结构有关。
2.3.3 油炸甘薯片的色差分析
表3为不同预处理甘薯片经油炸后样品的色差(L*、a*、b*和ΔE值)结果。L*值代表亮度,其值范围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,其他条件下预处理样品油炸后L*值偏小。样品A和C1中淀粉颗粒相对完整,淀粉颗粒的白色使这两组样的L*值较大[12]。实际上,蒸汽烫漂或高温水浴(≥80 ℃)使甘薯片颜色加深,这些样品经油炸后颜色变得更深,这提示发生了褐变反应[29-30]。a*值代表红绿色,负值为绿。由表3可知,3组样品A、C1和C3的a*为负值,其他样品组a*为正值,但都离中性色(a*值为0)较近。b*值代表黄蓝色,负值为蓝。由表3可知,所有样品均偏黄,这与MONTEIRO等[25]微波真空干燥甘薯片的b*值接近。蒸汽烫漂或高温水浴(≥80 ℃)均使样品的b*值增大。ΔE值反映总色差的大小。一般地,当ΔE在0～1之间,肉眼分辨不出色差,ΔE在2～3之间,肉眼可辨别色差但不很明显,当ΔE>3,色差就非常明显。由表3可知,只有C1样与A样接近但仍存在明显色差,其他样品组的ΔE值均在20以上。这表明,预处理能显著影响油炸甘薯片的色泽。
表3 不同预处理对油炸甘薯片色差的影响
Table 3 Effect of pretreatment on color of sweet potato slices after deep-frying
样品L∗a∗b∗ΔEA90.79±2.03a-1.95±0.15e21.02±3.03de-B063.01±4.21bc0.91±0.93bc28.14±4.66ab28.86±4.57bcB159.53±5.48cd2.24±1.22a31.49±4.22a33.37±2.92abB256.64±2.4d1.37±0.7b30.07±2.98ab35.54±0.87aB364.22±3.9b0.4±0.72c26.98±3.54bc27.54±4.21cC192.07±1.23a-1.96±0.14e17.96±1.94e4.06±3.95dC261.78±1.74bc0.31±0.16c23.05±3.95cd29.58±0.58bcC364.87±0.99b-0.89±0.37d21.29±2.25de26.10±0.84c
注:-表示没有该数值。
2.4 油炸甘薯片的质构特性
如图8所示,不同预处理甘薯片在油炸后呈现不同的质构特性曲线。所有样品在受探头压缩时,随着时间的延长,其负荷呈先增大后减小的趋势,并且压缩过程中出现多个峰值。曲线上记录到的第一个峰值称为破裂强度,即样品刚发生破裂时受到的力,可以用来反映样品的韧性。
由图8可知,不同预处理的油炸甘薯片韧性排序为B0>B1>B2>C2>B3>C3>A>C1。曲线上从原点到峰值力连线的斜率称为正峰值梯度,可以一定程度反映样品的脆性[18]。由图8可见,脆性排序为B0≈B2≈C2>B1>B3>C3>A>C1。以上结果表明,蒸汽烫漂和热水浴(80 ℃)均可改善油炸甘薯片的韧性和脆性,要优于未经处理直接烘干的甘薯片。
a-样品A、C1、C2和C3;b-样品B0、B1、B2和B3
图8 不同条件预处理的油炸甘薯片的应力-压缩时间曲线
Fig.8 Effect of pretreatment on the force-time curves of sweet potato slices after deep-frying
在应力-压缩时间曲线上,峰值力通常指探头冲压样品时,使被测样品断裂前受到的最大的力,可以用来反映样品的硬度[31]。各样品峰值力如图9所示,在压缩实验中,直接烘干(样品A)和65 ℃水浴30 min后烘干(样品C1)的油炸甘薯片的峰值力最低;蒸汽烫漂或高温水浴(≥80 ℃)使油炸甘薯片的峰值力增大。其原因在于样品A和C1中淀粉主要为颗粒形态,组织结构较为松散,油炸时由于细胞壁结构的热降解破坏效应使样品A和C1更加松散,因而硬度较低;其他样品组在预处理过程中发生淀粉糊化和凝胶化,干燥时形成了较为致密的结构,抵抗负荷的能力更强,因而硬度增大[32]。样品B3、C2和C3的硬度较小,因为从图6可知,油炸对样品B3、C2和C3组织结构破坏程度较B1和B2要大。
图9 不同条件预处理的油炸甘薯片的峰值力比较
Fig.9 Effect of pretreatment on the peak force of sweet potato slices after deep-frying
3 结论与讨论
本研究采取热水浴(65、80、90 ℃)、蒸汽烫漂-冰箱老化(4 ℃,0～36 h)等方法预处理甘薯片,经50 ℃烘干后进行相同的油炸处理,通过扫描电子显微镜观测、淀粉短程及长程有序结构分析、水分分布测定等探究不同预处理对甘薯片结构的影响,结合脂肪含量测定、色差及穿刺测试等手段分析甘薯片油炸特性的变化情况。结论如下:
直接烘干甘薯片几乎保持了淀粉颗粒的完整性,淀粉的相对结晶度为29.42%,水分含量为6.86 g/100 g。热水浴对甘薯片淀粉及组织结构的改变程度随水浴温度增加而增大。其中,65 ℃水浴仅使甘薯片的小部分淀粉颗粒发生黏连,相对结晶度27.67%;80 ℃水浴后淀粉颗粒依旧完整但发生了聚集,相对结晶度14.78%;95 ℃水浴后甘薯片的淀粉糊化、相互黏连融合,相对结晶度降至12.38%。同时,热水浴加强了甘薯片组成成分对水分子的结合作用。65 ℃水浴的甘薯片水分含量略高于直接烘干样品,温度从65 ℃提高到80 ℃,其水分含量即从7.78 g/100 g增加到10.61 g/100 g(P<0.05);热水浴组的T21峰横向弛豫时间大于直接烘干甘薯片,表明热水浴使甘薯片中紧密结合水的流动性增强。蒸汽烫漂造成甘薯片中淀粉糊化、淀粉颗粒形态消失,随后4 ℃老化使甘薯片组织中充盈淀粉凝胶。随着老化时间从0 h延长到36 h,淀粉的短程有序度R1 045 cm-1/1 022 cm-1从0.668增加到0.708,相对结晶度从8.08%增加到16.57%,T21峰面积逐渐增加,表明甘薯片的组成成分对水分的结合力增强。经过36 h老化后烘干的甘薯片,其水分含量为直接烘干样品的2.1倍,表明老化形成的凝胶结构使其保留更多水分。
从油炸甘薯片的脂肪含量看,相比直接烘干组(脂肪含量为26.08%),65 ℃热水浴没有引起甘薯片吸油性显著变化(P>0.05);当水浴温度升高到80 ℃,脂肪含量降至20.69%;升高到95 ℃时,进一步下降到19.95%。蒸汽烫漂使甘薯片吸油性下降(P<0.05),随后4 ℃老化使其吸油性逐步降低。蒸汽烫漂6 min后4 ℃老化36 h组样品的脂肪含量为17.77%,具有最低的脂肪含量,相比于直接烘干样品降幅达31.86%。
从油炸甘薯片的颜色特性看,相比直接烘干组,预处理使甘薯片颜色加深,甘薯片经油炸后亮度值下降,其中高温水浴(≥80 ℃)或蒸汽烫漂样品组的L*值下降幅度较大;热水浴对b*值的影响不显著,而蒸汽烫漂和随后的老化处理使b*值(黄值)增加,油炸甘薯片的色泽得到改善。
从油炸甘薯片的质地特性看,相比直接烘干组,65 ℃热水浴使其韧性和脆性下降,而高温水浴(≥80 ℃)使韧性和脆性上升;蒸汽烫漂未经老化的样品韧性和脆性最好,随后的老化处理使其韧性和脆性下降但仍高于直接烘干组。本研究结果表明,通过预处理手段调整甘薯片淀粉聚集态结构是改善甘薯片油炸特性的一项有效方式。
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