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猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥工艺优化猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥工艺优化 宋一凡，陈海峰，袁越锦* （陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 710021） 摘 要：为优化猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥工艺，在单因素试验基础上，采用二次回归正交旋转组合试验设计方法，研究膨化压差、膨化温度、抽空时间对猕猴桃脆片膨化度、硬度、脆度的影响。通过响应面法优化出猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥工艺的最佳参数范围并与N2-低温高压渗透膨化作比较。结果表明：膨化压差、膨化温度、抽空时间对产品的膨化度、硬度、脆度均有显著性影响（P＜0.05），3因素之间的交互作用显著；猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥最佳工艺参数为：膨化压差1.03～1.1 MPa，膨化温度80～82.46 ℃，抽空时间90～91.61 min。将最佳工艺参数范围内膨化制备的猕猴桃脆片与热风干燥的猕猴桃片进行比较，研究表明利用CO2-低温高压渗透膨化干燥制备的猕猴桃脆片内部组织结构更疏松，口感更佳，且VC保留率高。 关键词：猕猴桃；CO2-低温高压渗透膨化；响应面；工艺优化 猕猴桃属大型落叶藤本植物[1]。果肉呈绿色且肉质细致，酸甜适口。营养成分高，其VC含量为99.4～123 mg/100 g[2]。而且有很高的药用价值：能够抗氧化[3]、病毒、癌症以及防过敏[4]等，对心血管疾病也有一定的预防作用[5]。但猕猴桃在贮藏时衰老速度较快，易软化变质，较难鲜贮[6-7]。 将鲜果制成膨化食品是解决鲜果贮存问题的方法之一[8]。膨化的方式有低温真空油炸技术[9-11]、传统挤压膨化技术[12-15]、变温压差膨化技术[16-17]等。传统挤压膨化和变温压差膨化技术都属于蒸汽膨化，即物料是以高压水蒸汽[18]为介质进行膨化的。蒸汽膨化由于高温、高压、低水分和高剪切等会造成物料中热敏性成分以及营养成分有一定程度的损失，且因为膨化过程中气泡单元的大小和产品密度不易被控制，得到的产品结构较粗糙。而利用CO2气体代替高压水蒸气扩散到物料组织内部的熔体中形成气泡，产品的膨化效果更好，口感更佳。此外，CO2气体被广泛应用于食品加工中，它价格低廉且得到的组分纯度较高，形成的气泡更稳固。CO2气体已被用于制备淀粉-蔗糖混合物以及预糊化的大米粉膨化[19]。CO2-低温高压渗透膨化是利用其本身髙压的特性使物料膨化，且膨化温度较低，可最大程度地保留物料原有的营养成分。 因此，本研究通过CO2-低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片，同时对CO2-低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片工艺进行优化，并对成品进行微观结构的研究，以期为鲜果干制品工业化生产提供一定的理论参考。 1 材料与方法1.1 材料与试剂猕猴桃（徐香）购于京东电商平台；2,6-二氯靛酚合肥巴斯夫生物科技有限公司。 1.2 仪器与设备DHG-9070A鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；CO2-低温高压渗透膨化设备为实验室自制；DZ-280/2SE小型真空封装机 安溪县翔星机械设备有限公司；FA2204C电子天平 上海佑科仪器仪表有限公司；CM-5型色差计 日本Konica Minolta公司；TA.XTPLUS型食品物性分析仪 英国Stable Micro Systems公司；Verios 460型台式扫描电镜 美国FEI公司。 子宫内膜息肉(EP)是妇女常见的子宫内膜病变，临床表现主要为月经过多、贫血、经期延长、经间期出血、月经淋漓不净或不规则阴道出血，部分患者没有任何临床症状，只在超声检查时发现[1]。中国妇女EP发病率约为24%～25%[2]。由于宫腔镜可在直视下检查宫腔内病变，对可疑病灶定位活检，具有直观、准确的特点，目前被认为是诊断子宫内膜病变的金标准[3]。同时EP也可在宫腔镜下进行治疗。宫腔镜手术治疗EP的有效性已经十分肯定，但仍有一定的复发率[4]。本研究旨在探讨EP的不同的手术治疗方式对月经症状、贫血的改善及术后复发情况。 1.3 方法1.3.1 工艺流程 新鲜猕猴桃→前处理→预处理（热风干燥）→放入膨化罐→加热，通入CO2气体并保压→迅速泄压→抽真空干燥→冷却定型→猕猴桃脆片。 2.1.3 抽空时间对膨化效果的影响 根据GB 5009.3ü2016《食品中水分的测定》中的直接干燥法测定[20]，将猕猴桃片放入105 ℃的烘箱中烘干至恒定质量[21]。 检测装置是排种装置中的重要组成部分，现在很多传统排种器存在漏播不易检测的弊端，针对此种现象设计了一款检测装置用于实时监测漏播率，对连续漏播进行报警[7]。由图1可知，上面对射型传感器用于检测带的充种情况，对未充种的孔实现计数n1,下面对射型传感器用于检测带的排种情况，对于成功排种的计数n2，转速检测装置对带每转1周检测1次，传至单片机，并记录圈数m，单片机内程序计算单周内漏播率δi，所以可得 1.3.3 复水比的测定[22] 随机取2～3 片猕猴桃脆片，在25 ℃的蒸馏水中浸泡1.5 h后取出并用滤纸吸干表面水分，称其质量[23]。重复测量3 次，取平均值。复水比计算如式（1）所示： 
式中：MR为样品复水后质量/g；MD为样品复水前的质量/g。 “蔡先生大鉴，适才与我们民族博物馆馆长提伦纽斯教授商量过您的事情。他认为，您夫人在汉堡大学注册一事，当不成问题。我草拟了一份入学申请，随信寄上。务请您夫人尽快向大学提出申请。您若需要其他帮助，不妨去找汉堡大学汉学研究所的助教，他有意结识您及您夫人……希望不久能在此见到您和您夫人，并致以衷心问候。”[14]207 1.3.4 膨化度的测定 膨化度是指物料膨化前与膨化后的体积比。参考文献[24]并稍作修改，采用超细石英砂填埋体积置换法。重复测量3 次，取平均值。计算如式（2）所示： 
式中：Ve为膨化后体积/cm3；Vo为膨化前体积/cm3。 1.3.5 VC含量的测定 采用2,6-二氯靛酚滴定法[25]测定。 1.3.6 色泽的测定 采用色差计测定，结果以两种色调之间的差值即ΔE值作为猕猴桃脆片色泽的筛选指标，ΔE值越小说明产品色泽保留越好。重复测量3 次，取平均值[26]。计算如式（3）所示： 
式中：L*、a*、b*为白板的测定值，L、a、b为猕猴桃脆片的测定值。L*为明度指数，从黑暗（L=0）到明亮（L=100）的变化；a*为颜色从绿色（-a*）到红色（+a*）的变化；b*为颜色从蓝色（-b*）到黄色（+b*）的变化。 1.3.7 硬度及脆度的测定 宴西园话音刚落，便指挥翼龙在空中跃升，袭扰飞鼠群。灰色翼龙趁机前去接上曼香罗，凌空飞去。蓝蓝、橙橙和紫丁儿忙着在地上制造声势。一时间，飞鼠群阵脚大乱，有的愤怒地向翼龙追去，有的则在灯市中穿梭，拼力追捕在地上乱窜的紫丁儿和蓝蓝。 选取大小均一的猕猴桃脆片，用物性分析仪测定硬度和脆度，重复3 次，取平均值[27]。测定条件为：TPA双循环压缩模式，测试前速率5.0 mm/s，测试速率5.0 mm/s，测试后速率5.0 mm/s，测试距离3.0 mm，探头HDP/CFS，数据采集速率500h10-6。启动模式自动。 物性分析仪自动显示出应力随时间的变化曲线，曲线中的峰值就是样品的硬度值，即样品断裂所需要的最大应力，单位为g。峰值越大，硬度值越大，样品的硬度也就越大，硬度值在一定范围内与产品的酥脆性呈正相关。脆度值为样品破裂破碎所需的最大应力，单位为g。 1.3.8 微观结构观察 参考文献[28]：猕猴桃片→采样切片→喷金→扫描电镜扫描→电镜图谱。 课堂是学生生长的地方，在课堂教学中做到“学为中心”，学生就不再是接受知识的“容器”，而是可点燃的“火把”，可以充分感受到学的“活力”。 1.3.9 单因素试验设计 选取猕猴桃片切片厚度、预干燥后含水率、抽空时间（物料膨化完成后，将物料抽真空干燥至含水率达到标准起止所需要的时间，抽真空度为-0.07～-0.08 MPa）、膨化温度（物料膨化时膨化罐内加热的温度）、膨化压差（膨化罐内加压前、后的压力差）、进压时间（向膨化罐内加压的时间）6 个因素为单因素，每次改变一个因素逐一进行膨化实验，考察各个因素对膨化效果的影响，试验设计见表1。 表1 单因素试验因素与水平
Table 1 Levels of independent variables used for
one-factor-at-a-time design  因素 水平值切片厚度/mm 4、6、8、10预干燥后含水率/% 20、30、40、50抽空时间/h 1、1.25、1.5、1.75、2、2.25、2.5膨化温度/℃ 60、70、80、90膨化压差/MPa 1.1、1.3、1.5、1.7进压时间/min 6、8、10、12
1.3.2 含水率的测定 在教学中，要充分使用“班班通”多媒体。由于在课堂上要留足学生的自学时间，教师掌握的时间就相对减少要在有限的时间内启迪学生思维，开发学生创造力，就要充分利用多媒体教学手段让学生学得轻松愉快，可以使学生积极主动参与，还可以使学生思维活跃。在“启”中合理运用电教手段，可以创设情景激发学生的激情；在“读练”中巧用，能扫除阅读障碍有助于理解词义、句意；在“知”中运用电教手段，能强化教材重点，突破难点；在“结”中运用电教手段，可以巩固、加深对教材内容的了解。 根据单因素试验结果，以膨化压差、膨化温度、抽空时间为自变量，膨化度、硬度、脆度为响应值，根据中心组合试验设计原理建立3因素2 次回归正交旋转组合试验，优化CO2-低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片工艺。试验设计见表2。 表2 中心组合试验设计因素与水平
Table 2 Coded levels and corresponding actual levels of independent variables used for central composite design  因素 水平-1 0 1 A膨化压差/MPa 0.9 1.1 1.3 B膨化温度/℃ 77 80 83 C抽空时间/min 87 90 93
1.4 数据处理结果采用3 次重复fs表示，采用IBM SPSS19.0和Design-Expert 8.0.6 Trial进行数据处理和分析。 2 结果与分析2.1 单因素试验结果2.1.1 切片厚度对膨化效果的影响 如表3所示，产品的复水比和膨化度随着切片厚度的增加先增大后降低；含水率都在干制品的要求范围内；硬度及脆度在切片厚度6 mm时达到最大值；VC含量在6 mm时最高；色泽在6 mm时保留较好。因此，适当增加猕猴桃片的厚度有利于膨化度和脆性的增加，但过厚对膨化能的需求越高并不利于膨化。综合考虑切片厚度为6 mm左右最佳。 步骤2 假定风向为γ1,与X轴的夹角为θ。以风电场外的一个点作为参考点,计算风场中所有风机和参考点之间的距离,最靠近参考点的迎风向风机定义为WTγ1。 表3 切片厚度对膨化效果的影响
Table 3 Effect of slice thickness on puffing efficiency  注：同列肩标字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下表同。 厚度/mm 含水率/% 复水比 膨化度 硬度/g 脆度/g VC含量/（mg/100 g） ΔE切片4 3.10f 0.01a2.12f 0.01b0.89f 0.04bc1 498.15f 202.45a915.89f 183.76a 149f 0.28d 31.3f 0.01c 6 3.18f 0.07a2.15f 0.04a1.07f 0.11a2 552.18f 421.42b2 572.18f 161.13b 197f 0.33a 29.6f 0.01d 8 4.26f 0.01a2.13f 0.08b0.92f 0.01a 1 792.15f 689.63c2 052.85f 596.47ab181f 0.26b 31.8f 0.01b 10 4.72f 0.01a1.86f 0.01c0.81f 0.02c 1 201.20f 428.41d1 685.81f 416.60c 171f 0.37c 39.0f 0.01a
2.1.2 预干燥后含水率对膨化效果的影响 此外，随着人本主义、后现代主义浪潮的兴起，学者开始从社会文化地理视角对旅游者的地方感（万基财、张捷、卢韶婧等，2014）、地方依恋（苏勤、钱树伟，2012）、地方认同等进行理论化探讨，初步厘清了旅游者与地方的深层次联系。通过不同研究视角的多方位解读，国内旅游者行为研究正在朝着科学化、多元化的方向迈进。 表4 预干燥后含水率对膨化效果的影响
Table 4 Effect of water content after predrying on puffing efficiency  含水率/% 含水率/% 复水比 膨化度 硬度/g 脆度/g VC含量/（mg/100 g） ΔE预干燥后20 3.68f 0.16d1.92f 0.01a2.17f 0.18a1 375.00f 287.51a1 481.36f 572.48a 644f 2.17a 34.5f 0.67c 30 4.83f 0.12c1.70f 0.03c0.79f 0.11b1 216.7f 236.40a 434.72f 115.06b 216f 1.60b 45.5f 0.18a 40 9.93f 0.15b1.81f 0.01b1.03f 0.16bc1 283.71f 186.05a1 169.89f 210.05a 261f 2.03c 44.6f 0.09a 50 12.38f 0.35a1.77f 0.01b0.86f 0.04a 841.57f 77.36b 1 676.04f 256.91a 304f 2.19d 42.9f 0.04b
如表4所示，产品的膨化度和复水比随着预干燥后含水率的增大呈现减小的趋势，这是因为水分含量过高导致水分不能完全汽化，影响膨化效果；在20%时产品的硬度、脆度都较高，VC含量和颜色保留率都较好。综合考虑预干燥后含水率为20%时最佳。 1.3.10 中心组合试验设计 表5 抽空时间对膨化效果的影响
Table 5 Effect of pumping time on puffing efficiency  时间/h 含水率/% 复水比 膨化度 硬度/g 脆度/g VC含量/（mg/100 g） ΔE抽空1 6.58f 0.18a2.17f 0.00a2.05f 0.05a1 559.07f 293.66a1 543.52f 190.03a 639f 3.58a 43.4f 0.00b 1.25 6.19f 1.21a2.13f 0.07a1.99f 0.02a1 879.08f 181.22a2 174.18f 715.65b 211f 2.05d 39.6f 0.24d 1.5 5.05f 0.18b2.16f 0.01a2.00f 0.03a2 089.86f 287.42a1 679.84f 381.23c 164f 1.35c 37.1f 0.04f 1.75 3.50f 0.14b2.14f 0.01a1.69f 0.18b1 241.75f 232.23b1 194.84f 203.30d 165f 1.88b 43.9f 0.07a 2 3.19f 0.11b2.15f 0.04a2.14f 0.04a1 307.57f 109.46b1 506.75f 71.41e 150f 1.63b 38.4f 0.01e 2.25 4.20f 0.31b2.12f 0.04a2.02f 0.01a1 063.36f 270.44b1 507.01f 306.97e 139f 0.73e 40.4f 0.01c 2.5 3.92f 0.09b1.91f 0.04a1.68f 0.04b1 375.00f 287.51b1 481.36f 572.48e 127f 2.01f 34.1f 0.07g
如表5所示，随着抽空时间的延长，产品的水分含量变化显著，然而产品的膨化度和复水比变化不显著，主要是因为猕猴桃片中水分含量大幅降低，导致汽化的水分较少不足以形成膨化动力；硬度及脆度分别在1.5、1.25 h时达到最大；VC含量在1 h时保存率最高；色泽在1.5 h时和2.5 h时都保存较好。综合考虑，选取抽空时间为1.5 h。与利用N2进行膨化相比，抽空时间大幅缩短，提高了膨化效率。这是因为利用N2进行膨化时预处理需作冻融处理且预干燥后含水率较高，导致抽空时间过长。 2.1.4 膨化温度对膨化效果的影响 本文方法的偏好信息处理集中于设计变量空间这一范围。近年来，各种基于偏好的进化多目标优化算法[22]已经得到发展，这些算法的特点是集中对目标函数空间中设计人员感兴趣的某个区域进行搜索，其优点是减轻了计算负担，避免设计人员分析不期望的解。本文方法的另一个扩展方向是与这类基于偏好的算法相集成，进一步减轻设计人员的认知负担。 如表6所示，膨化温度对产品水分含量影响显著，膨化度和复水比都随着膨化温度的升高而增大；在90 ℃时硬度和脆度达到最大值，但是硬度过高不利于咀嚼，脆度过大不利于运输；VC含量在60 ℃时最高，因为温度越低VC降解速率越慢；色泽在70 ℃和80 ℃时变化不大，且都保留较好，在90 ℃时发生褐变。综合考虑，选择膨化温度80 ℃。 马铃薯在旺长期及初花期摘除顶心和花蕾，结果块茎增大，薯个均匀，一般能增产10%-15%，特别是花芽较多、生长较旺盛的品种，摘心摘花后增产更为明显。 表6 膨化温度对膨化效果的影响
Table 6 Effect of puffing temperature on puffing efficiency  温度/℃ 含水率/% 复水比 膨化度 硬度/g 脆度/g VC含量/（mg/100 g） ΔE膨化60 7.82f 0.14a 1.80f 0.01b 0.81f 0.01c1 492.88f 444.52a 32.00f 18.50a 207f 0.30a 35.6f 0.03b 70 5.40f 0.37b1.89f 0.01bc0.77f 0.17cd2 254.82f 337.58b1 964.57f 331.46b 165f 0.25b 37.8f 0.01a 80 4.22f 0.11c 2.18f 0.06a2.38f 0.02b1 264.71f 451.76c2 098.97f 226.72b 156f 0.51b 37.5f 0.02a 90 3.50f 0.10d 2.21f 0.05a 2.47f 0.03a2 770.41f 984.41b2 770.43f 1 039.58c147f 0.24c 40.3f 0.02a
2.1.5 膨化压差对膨化效果的影响 表7 膨化压差对膨化效果的影响
Table 7 Effect of puffing pressure difference on puffing efficiency  压差/MPa 含水率/% 复水比 膨化度 硬度/g 脆度/g VC含量/（mg/100 g） ΔE膨化1.1 4.60f 0.17b2.29f 0.01a1.63f 0.07a2 122.92f 516.88b2 170.04f 527.49d 205f 0.57b 37.7f 0.19a 1.3 5.64f 0.12a2.28f 0.06b1.64f 0.05a2 099.86f 1 011.05b3 278.25f 844.79a 183f 0.15b 42.5f 0.01b 1.5 4.90f 0.07ab1.82f 0.01c1.42f 0.02b2 863.89f 979.53a2 794.71f 1 039.30b165f 0.17c 37.4f 0.10c 1.7 4.54f 0.12b2.40f 0.03a1.33f 0.01c2 014.02f 988.85c2 450.81f 842.53c 221f 0.33a 42.1f 0.02d
如表7所示，膨化压差对含水率的影响不显著；复水比和膨化度随着膨化压差的增加反而减小，且VC含量以及色泽在1.1 MPa时都保存较好；硬度及脆度在1.5 MPa时较高，但是压力越高对设备的要求越高，成本就会提高，且硬度和脆度都过大时口感不佳。综合考虑，选择膨化压差1.1 MPa。利用N2进行膨化时膨化压差为1.82 MPa，利用CO2气体作为膨化介质，相比N2渗透性更强，所需压差较低，故降低了设备要求，节约了资源。 2.1.6 进压时间对膨化效果的影响 表8 进压时间对膨化效果的影响
Table 8 Effect of pressure on puffing efficiency  时间/min 含水率/% 复水比 膨化度 硬度/g 脆度/g VC含量/（mg/100 g） ΔE进压4 4.81f 0.63a2.22f 0.01d2.39f 0.03ab1 390.85f 180.66bc2 473.25f 254.21a 118f 3.98a 39.0f 0.90a 6 5.28f 0.25a2.27f 0.04a2.45f 0.07a1 331.58f 64.04c1 228.37f 63.75b 133f 1.66a 39.8f 1.66a 8 4.47f 0.16a 2.26f 0.02c 2.36f 0.04c699.96f 195.97c1 147.03f 112.90b 143f 2.42a 40.3f 0.02a 10 4.84f 0.33a2.27f 0.05b2.36f 0.01b1 939.24f 39.82a1 751.89f 433.52c 198f 7.89b 38.0f 0.01b
如表8所示，进压时间对膨化效果的影响不大。复水比、膨化度、VC含量以及色泽随着进压时间的延长变化不大；硬度及脆度在进压时间为4 min时较大，因此考虑节省时间以及提高生产效率，选择进压时间为4 min。 从文献上看，虽然数据分析观念及相近概念的表述不同，但有相似之处.在内涵上，数据分析观念是在统计过程中内化的、复杂的认识，并通过统计过程中的外显行为得以体现.组成部分包括基本要素和认知要素，基本要素为统计知识、统计技能、统计方法，认知要素为统计意识、随机思维、批判思维.其中，统计知识是运用统计技能、方法的基础，统计意识是面对情境中统计问题的领悟，随机思维和批判思维是统计过程中动态的认知.基本要素和认知要素是相互影响和联系，是统计过程中行为和认知的综合体. 2.2 响应面试验结果2.2.1 回归方程及其参数分析 我似乎还应该知道她正要到哪里去。她未必是归家去吧。家──要是父母的家倒也不妨事的，我可以进去，如像幼小的时候一样。但如果是她自己的家呢？我为什么不问她结婚了不曾呢……或许，连自己的家也不是，而是她的爱人的家呢，我看见一个文雅的青年绅士。我开始后悔了，为什么今天这样高兴，剩下妻在家里焦灼地等候着我，而来管人家的闲事呢。北四川路上。终于会有人力车往来的？即使我不这样地用我的伞伴送她，她也一定早已能雇到车子了。要不是自己觉得不便说出口，我是已经会得剩了她在雨中反身走了。 对表9试验结果进行回归分析，得到膨化压差（A）、膨化温度（B）、抽空时间（C）与产品的膨化度（Y1）、硬度（Y2）、脆度（Y3）之间的多元二次回归方程，该方程的回归系数与变量分析见表10。 表9 响应面试验设计与结果
Table 9 Experimental scheme and results for response surface analysis  试验号 A膨化压差脆度/g 1 -1 -1 -1 2.05 964.88 2 836.58 2 1 -1 -1 2.13 953.54 3 071.86 3 -1 1 -1 2.21 1 778.88 1 552.97 4 1 1 -1 2.29 1 899.88 1 431.01 5 -1 -1 1 2.11 2 361.67 3 174.97 6 1 -1 1 2.22 4 933.87 2 668.81 7 -1 1 1 2.23 2 422.95 3 177.42 8 1 1 1 2.34 4 508.43 1 461.54 9 -1.682 0 0 2.05 1 917.44 4 122.87 10 1.682 0 0 2.25 3 491.83 2 464.91 11 0 -1.682 0 1.96 951.50 2 509.43 12 0 1.682 0 2.30 2 676.16 1 113.07 13 0 0 -1.682 2.20 257.23 2 874.36 14 0 0 1.682 2.35 4 128.95 1 243.962 15 0 0 0 2.32 2 584.49 1 801.17 16 0 0 0 2.39 2 522.75 1 045.26 17 0 0 0 2.33 2 560.69 1 244.95 18 0 0 0 2.38 2 581.34 575.56 19 0 0 0 2.34 2 549.37 655.71 20 0 0 0 2.38 2 558.97 1 154.74 21 0 0 0 2.37 2 529.60 709.83 22 0 0 0 2.38 2 554.73 445.31 23 0 0 0 2.39 2 565.72 1 709.41 B膨化温度C抽空时间Y1硬度/g Y2Y3膨化度
表10 回归系数及变量分析
Table 10 Regression coefficients and analysis of significance  注：*.影响显著，P＜0.05；**.影响极显著，P＜0.01；***.影响高度显著，P＜0.001。 Y1膨化度 Y2硬度 Y3脆度A膨化压差 ＜0.000 1*** ＜0.000 1*** 0.028 5*B膨化温度 ＜0.000 1*** 0.000 3** 0.006 2**C抽空时间 0.001 6** ＜0.000 1*** 0.572 3 A2 0.973 4 0.603 0 0.321 9 B2 0.558 4 ＜0.000 1*** 0.148 8 C2 0.461 3 0.007 0** 0.278 9 AB ＜0.000 1*** 0.094 5 ＜0.000 1***AC ＜0.000 1*** 0.003 6** 0.072 9 BC 0.005 8** 0.228 6 0.022 0*R2 0.962 9 0.973 4 0.835 2回归方程系数P值
方程的决定系数R2均在0.85以上，说明方程的拟合性好，试验误差小[29]。通过方程的显著性分析可知，膨化压差和膨化温度对猕猴桃脆片的各项指标均有显著性影响；抽空时间对猕猴桃脆片的膨化度和硬度有极显著影响，对脆度值没有显著性影响。3因素对猕猴桃脆片品质的影响排序为A＞B＞C。 2.2.2 交互作用分析 由表10可知，膨化压差和膨化温度的交互作用对猕猴桃脆片的膨化度和脆度有极显著性影响，膨化压差和抽空时间交互作用对猕猴桃脆片的膨化度和硬度有极显著性影响，膨化温度和抽空时间交互作用对猕猴桃脆片的膨化度有极显著影响，其他变量之间的交互作用对于指标的影响不显著。此处，只对有极显著交互作用的情况进行分析，其他交互作用暂不予讨论。 依次固定C和B为0水平，观察AB的交互作用和AC的交互作用对产品Y1的影响，得到交互效应方程（4）和（5）。再固定C为0水平，观察AB的交互作用对产品Y3的影响，得到交互效应方程（6）。 
 图1 因素交互作用对膨化产品指标的影响
Fig. 1 Response surface plots showing the interactive effects of various factors on response variables
由图1a可知，当抽空时间一定，膨化压差较低时，膨化度随着膨化温度的升高而迅速增大；膨化压差较高时，膨化度随着膨化温度的升高先增大后缓慢减小；膨化温度较低时，产品的膨化度随着膨化压差的增大而增大；膨化温度较高时，产品的膨化度随着膨化压差的增大先增大后缓慢减小。膨化度在中心处达到最大值。当膨化温度和膨化压差取各自的最优值时，产品的膨化度可达到最大值。 在实际教学中，老师安排一节理论讲解，后一节学生上机实操。开课初期，学生的兴趣和积极性都比较高涨，随着课程难度的增加，课堂上大量理论知识的教学，学生参与度下降，加上成人继续教育学生的学情，很多学生就会出现厌学、逃学的现象。老师在课堂上虽然也会引入比较热门的案例，但是依然解决不了学生对知识点的吸收和理解难的问题，理论还可以接收，但是动手编程就抓耳骚腮、无从下手。 由图1b可知，当膨化温度一定，猕猴桃片的膨化度随着抽空时间的延长缓慢增大；随着膨化压差的增大而增大。抽空时间对猕猴桃片的膨化度影响较小，故在膨化温度一定时，膨化压差取最优值时膨化度可达到最大。 由图1c可知，当抽空时间一定，膨化压差较低时，脆度随着膨化温度的升高而缓慢增大；膨化压差较高时，脆度随着膨化温度的升高而减小；膨化温度较低时，脆度随着膨化压差的增大而增大；膨化温度较高时，脆度随着膨化压差的增大而减小。这是因为随着膨化温度和膨化压差的增大，猕猴桃表面析出的糖分较多，会使产品的硬度过大从而导致脆度减小。 2.3 工艺优化利用响应面法进行优化，在猕猴桃脆片ΔE值最小，含水率在7%以下，膨化度最高以及硬度、脆度和VC含量最佳的条件下寻找工艺参数的最优组合，得出最优工艺参数为膨化压差1.03～1.1 MPa，膨化温度80～82.46 ℃，抽空时间90～91.61 min。经过重复实验验证，在膨化压差1.1 MPa、膨化温度80 ℃、抽空时间90 min的条件下进行猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥，得到膨化度为2.36，硬度为2 497.38 g，脆度为1 114.82 g。通过比较CO2-低温高压渗透膨化和氮气低温高压渗透膨化两种膨化方式，得出前者比后者所需抽空时间更短、膨化压差更小，制备出的猕猴桃脆片具有更好的酥脆性、膨化度和复水比都增大，色泽也较鲜艳。因此，在优化参数的范围内，利用CO2气体进行低温高压渗透膨化干燥可以得到综合品质优良的猕猴桃脆片。 2.4 猕猴桃热风干燥和CO2-低温高压渗透膨化微观结构分析 图2 不同干燥方式的微观结构
Fig. 2 Microstructure of hot-air dried and puffed products
从图2可以看出，两种不同的干燥方式对猕猴桃脆片微观结构影响显著。热风干燥的产品结构遭到严重破坏[30]，内部结构塌陷且组织致密，出现组织断裂，产品口感较坚硬；由于热风干燥的过程是由外到内进行的，在干燥过程中湿度梯度和温度梯度的方向相反，故干燥时间过长，从而破坏了物料内部的组织结构，造成内部组织结构塌陷[31]。CO2-低温高压渗透膨化是在膨化罐中对猕猴桃片进行加压加热，在物料处于过热状态时迅速泄压，过热蒸汽瞬间蒸发、减压膨胀，并依靠气体的膨胀力带动物料中高分子等物质结构的变性，从而形成蜂窝状结构，这赋予了产品更好的口感。 2.5 猕猴桃膨化前后营养成分的变化常规变温压差膨化产品加工温度在100 ℃左右，甚至更高，会造成各种酶活性降低甚至丧失、美拉德反应和焦糖化反应加剧等，从而导致产品的品质下降。与传统蒸汽膨化相比，CO2-低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片的膨化温度较低、历时较短，因此猕猴桃中的大部分营养物质损失率较低，VC的保存率也较高。因为在有氧条件下，温度对猕猴桃VC降解速度的影响较大，VC降解速度随着温度的升高而增大[32]。此外，膨化过程中物料的淀粉发生了裂解过程，淀粉彻底α化，不会因放置还原成β淀粉，因此提高了人体对膨化产品的消化吸收率。 3 结 论通过CO2-低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片，综合考察了切片厚度、预干燥后含水率、抽空时间、膨化温度、膨化压差、进压时间对猕猴桃膨化产品含水率、复水比、膨化度、硬度、脆度、色泽和VC含量的影响，结果表明抽空时间、膨化温度、膨化压差对猕猴桃脆片的膨化度、硬度、脆度影响最大，预干燥后含水率和切片厚度次之，进压时间最小。 在单因素试验基础上，选取膨化压差、膨化温度、抽空时间为自变量，将产品的膨化度、硬度、脆度作为模型响应值，采用二次回归正交旋转组合试验设计优化膨化工艺，结果表明：CO2-低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片条件为膨化压差1.03～1.1 MPa、膨化温度80～82.46 ℃、抽空时间90～91.61 min。在此条件下制得的猕猴桃脆片色泽鲜亮，VC保存率较高，口感酥脆，且加工效率高于利用N2进行低温高压渗透膨化制备猕猴桃脆片。 参考文献： [1] LUH B S, WANG Z. Kiwifruit[J]. Advances in Food Research, 1984,29: 279-309. 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Optimization of CO2-Low Temperature High Pressure Permeation Drying Process of Kiwifruit SONG Yifan, CHEN Haifeng, YUAN Yuejin*
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China) Abstract: In order to optimize the explosion puffing drying process of kiwifruit by CO2-low temperature high pressure permeation, the one-factor-at-a-time and quadratic regression orthogonal rotary combination design methods were jointly adopted to study the influence of puffing pressure difference, puffing temperature and pumping time on the degree of expansion, hardness and brittleness of kiwifruit chips. The response surface methodology was further used to optimize the ranges of the three process parameters and the advantages of using CO2 as a puffing medium were evaluated by comparison with N2. The results showed that all the examined factors had significant effects on the puffing degree, hardness and brittleness of the product (P ＜ 0.05), with a significant interaction between each other; the optimal process parameters were determined as follows: puffing pressure difference 1.03–1.1 MPa, puffing temperature 80–82.46 ℃, and pumping time 90–91.61 min. Compared with hot-air dried kiwifruit chips, kiwi chips prepared by CO2-low temperature high pressure permeation drying had a looser structure, better taste, and higher VC retention rate. Keywords: kiwifruit; CO2-low temperature high pressure permeation; response surface methodology; process optimization
收稿日期：2019-01-20 基金项目：“十三五”国家重点研发计划重点专项（2017YFD0400900）；陕西省科技统筹项目（2011KTCL02-19） *通信作者简介：袁越锦（1974ü）（ORCID: 0000-0001-9022-9236），男，教授，博士，研究方向为干燥技术与设备。E-mail: yyjyuan1@163.comDOI:10.7506/spkx1002-6630-20190120-236 中图分类号：TS255.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2020）04-0229-06 引文格式：宋一凡, 陈海峰, 袁越锦. 猕猴桃CO2-低温高压渗透膨化干燥工艺优化[J]. 食品科学, 2020, 41(4): 229-234. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190120-236. http://www.spkx.net.cnSONG Yifan, CHEN Haifeng, YUAN Yuejin. Optimization of CO2-low temperature high pressure permeation drying process of kiwifruit[J]. Food Science, 2020, 41(4): 229-234. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190120-236. http://www.spkx.net.cn
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发表于 2021-1-31 22:12:50
