干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片品质的影响

孙洪蕊，杜金鸽，范杰英，孟悦，张佳霖，康立宁*，刘香英*

（1.吉林省农业科学院（中国农业科技东北创新中心）农产品加工研究所，吉林 长春 130033；2.北华大学 林学院，吉林 吉林 132013；3.吉林省农业科学院（中国农业科技东北创新中心）农业生物技术研究所，吉林 长春 130033）

油莎豆营养丰富，富含脂肪、蛋白质、淀粉等营养素以及甾醇、皂苷和生物碱等生物活性物质[1-2]，具有降血脂、降血糖等生理特性[3-4]，可预防冠心病、结肠癌、糖尿病、肥胖症、心血管疾病等多种疾病[5]。近年来，油莎豆作为新兴油料作物在我国发展迅速，基于油莎豆原料的新型食品开发也成为研究热点[6-8]。脆片类休闲食品是深受大众喜爱的休闲食品之一，市场规模不断扩大，产品种类日益丰富。随着生活水平日益提升，人们对于休闲食品的选择更多地聚焦于营养、健康[9]。脆片的原材料不再拘泥于马铃薯，而是采用纯天然的水果和新鲜蔬菜制备脆片产品，如甘薯脆片、山药脆片和香蕉脆片等[10]。目前脆片的生产主要采用高温油炸工艺，但由于油炸温度较高且含油率高，长期食用对健康不利[11]。因此，探索合适的干燥方式是开发新型健康即食油莎豆脆片食品的关键。

焙烤干燥是利用烤箱内的高温环境使原料成熟膨化，它的主要工作原理是通过设备内的温度差使物料中的水分蒸发，物料组织内部结构发生膨化而形成多孔状的结构，达到酥脆的口感[12]。真空微波干燥是一种新型的干燥方式，该技术克服了真空干燥和微波干燥原有的缺点，将微波和真空结合起来，充分发挥了两者的优势。真空微波干燥是在真空室中进行工作，利用微波对物料的直接作用，使物料内部的水分迅速蒸发，得到干燥产品[13]。目前，关于脆片干燥方式的研究多集中于胡萝卜脆片、芒果脆片以及食用菌脆片等，而油莎豆脆片以及干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片品质影响的研究未见报道。基于此，本研究以全脂油莎豆和脱脂油莎豆为原料，研究焙烤干燥和真空微波干燥2 种干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片品质的影响，以期为油莎豆脆片干燥方式的选取以及油莎豆的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

油莎豆：产自吉林省松原市；总抗氧化能力(DPPH法)试剂盒：苏州梦犀生物医药科技有限公司；铁离子还原能力试剂盒：上海棕益科技有限公司；三氯乙酸(分析纯)：湖北鑫润德化工有限公司。

1.2 仪器与设备

SLG-30 双螺杆挤压膨化机：杭州誉球机械有限公司；JCXZ 面团整型机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；XC-24B 烤箱：广州红菱电热设备有限公司；HWLB 箱式真空微波干燥设备：天水华圆制药设备科技有限责任公司；500/VP 扫描电子显微镜：德国卡尔-蔡司公司；1260Ⅱ高效液相色谱仪、G2641A 气相色谱-质谱联用（gas chromatograph-mass spectrometer，GC-MS）仪：美国安捷伦公司；FA25 高速均质机：上海弗鲁克流体机械制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 油莎豆脆片的制备

全脂/脱脂油莎豆粉的制备：将脱皮油莎豆洗净，60 ℃干燥5 h，将干燥后的油莎豆粉碎过60 目筛，得到全脂油莎豆粉；利用索氏抽提法对全脂油莎豆粉进行脱脂处理，得到脱脂油莎豆粉。调整全脂/脱脂油莎豆粉的含水量为15%，利用双螺杆挤压膨化机对油莎豆粉进行挤压处理，参数设置为螺杆转速18 Hz、喂料速率15 Hz、1 区～4 区机筒温度60、80、100、120 ℃。将挤压后的油莎豆粉置于恒温干燥箱中60 ℃干燥5 h，粉碎后过60 目筛，得到全脂/脱脂油莎豆粉。

全脂/脱脂油莎豆脆片的制备：将全脂/脱脂油莎豆粉与水混合，水添加量分别为22%和45%。揉混6 min，静置5 min，将静置后的面团进行压片处理（参数设置：滚轮间距1.2 mm、压片3 次），切割成长3 cm、宽1 cm 的长方形薄片。分别利用焙烤干燥（参数设置：上火170 ℃、下火140 ℃、焙烤时间12 min）。和真空微波干燥（参数设置：微波温度40 ℃、微波时间4 min、微波功率4 kW）2 种干燥方式对油莎豆薄片进行干燥，获得4 种脆片，分别为焙烤干燥-全脂油莎豆脆片（S1）、焙烤干燥-脱脂油莎豆脆片（S2）、真空微波干燥-全脂油莎豆脆片（S3）、真空微波干燥-脱脂油莎豆脆片（S4）。

1.3.2 微观结构测定

参考朱翠平[14]的试验方法，将油莎豆脆片粉碎，对样品进行前处理，利用扫描电子显微镜对油莎豆脆片的微观结构进行拍照观察。

1.3.3 质构特性测定

油莎豆脆片的硬度和脆度的测定参考朱翠平[14]的方法并稍作修改。质构仪参数设置：探头为P/0.5S 球形探头、触发力为5 g、模式为压缩、测前速度及测试速度均为1.0 mm/s、距离为3 mm。

1.3.4 抗氧化性测定

采用分光光度法测定油莎豆脆片的抗氧化性，利用总抗氧化能力(DPPH 法)试剂盒和铁离子还原能力试剂盒测定油莎豆脆片的1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(1，1-diphenyl-2-piccrylhydrazyl，DPPH)自由基清除能力、铁离子还原能力。

1.3.5 游离氨基酸含量测定

参考刘若诗等[15]的试验方法并稍作修改。将油莎豆脆片粉碎，称取粉碎后的油莎豆脆片10 g，与25 mL三氯乙酸(5 g/100 mL)混和均匀(均质时间30 s，转速10 000 r/min)。将油莎豆脆片混合液离心(10 000×g，10 min)，上清液利用双层滤纸过滤，离心(10 000×g，10 min)，取上清液用邻苯二醛进行柱前衍生，使用高效液相色谱法测定油莎豆脆片的游离氨基酸含量。

1.3.6 挥发性风味物质含量测定

参考高永欣[16]的试验方法进行测定。将油莎豆脆片粉碎，称取粉碎后的油莎豆脆片2 g，置于20 mL 固相微萃取专用样品瓶中。萃取头在气相色谱进样口(250 ℃)老化1 h，将萃取头插入样品瓶的顶部，60 ℃萃取45 min。将萃取头抽出，迅速插入GC-MS 进样口，250 ℃解吸5 min，进行挥发性风味物质含量分析。

1.4 数据处理

试验数据用平均值±标准差表示。应用statistic软件中的Tukey HSD 工具进行数据统计以及显著性分析，应用Origin 软件进行绘图分析。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片微观结构的影响

电镜分析是鉴定样品微观结构的常用方法之一，其工作原理是利用电子束对样品表面进行扫描，从而获得样品表面的三维高分辨率图像[14]。焙烤干燥和真空微波干燥后的全脂/脱脂油莎豆脆片的微观结构如图1 所示。

图1 油莎豆脆片微观结构Fig.1 Microstructures of tiger nut crisps

油莎豆脆片的微观结构可以直接反映出油莎豆脆片的形态，对油莎豆脆片的品质评价有着极其重要的作用。由图1 可知，S1 的微观结构与S3 相似，组织结构疏松，分布相对均一。S2 和S4 的微观结构差异明显，其中，S2 的组织结构致密，S4 呈现出不规则的结构，孔洞分布不均一。

2.2 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片质构特性的影响

硬度和脆度是评价脆片品质的2 个重要评价指标[14]。干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片硬度和脆度的影响如图2、图3 所示。

图2 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片硬度的影响Fig.2 Effect of drying methods on hardness of full-fat/defatted tiger nut crisps

图3 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片脆度的影响Fig.3 Effect of drying methods on crispness of full-fat/defatted tiger nut crisps

由图2 和图3 可知，S1、S2、S3 和S4 的硬度分别为258.90、548.40、216.33 g 和473.39 g，脆度分别为2.00、1.33、2.33 和1.67，S3 的硬度最小、脆度最大。分析两种干燥方法对全脂/脱脂油莎豆脆片质构特性的影响可以得出，经焙烤干燥制备的脆片硬度高于真空微波干燥脆片，可能是因为焙烤工艺与真空微波干燥工艺相比加热温度较高，高温能够使物料内部水分蒸发较为彻底，加之焙烤时间较长，长时间高温的情况下物料表面变硬[12]。而真空微波干燥工艺对物料内外同时进行加热，在真空条件下用较低的干燥温度对物料进行干燥，避免了干燥后物料表面变硬的情况，且在干燥过程中产生的多孔结构使产品具有酥脆口感[13]。

2.3 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片抗氧化性的影响

油莎豆中含有黄酮类成分，具有较强的抗氧化能力，可以作为天然的抗氧化剂[17]。Faller 等[18]的研究结果表明，热处理会改变原料中蛋白质、总糖以及多酚等组分的含量，并对其抗氧化能力产生明显影响。图4、图5 分别为干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力的影响。

图4 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片DPPH 自由基清除率的影响Fig.4 Effect of drying methods on DPPH free qadical scavenging rate of full-fat/defatted tiger nut crisps

图5 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片铁离子还原能力的影响Fig.5 Effect of drying methods on iron ion reduction capacity of full-fat/defatted tiger nut crisps

由图4、图5 可知，焙烤干燥和真空微波干燥后的全脂/脱脂油莎豆脆片的DPPH 自由基清除能力和铁离子还原能力差异明显。S1、S2、S3 和S4 的DPPH 自由基清除能力和铁离子还原能力均随着样品浓度的增加而增加。相同样品浓度条件下，S1 的DPPH 自由基清除能力和铁离子还原能力最低。DPPH 自由基清除能力与铁离子还原能力的排序均为S4＞S2＞S3＞S1。真空微波干燥-脱脂油莎豆脆片(S4)的DPPH 自由基清除能力与铁离子还原能力值明显高于S1、S2 和S3。刘玉荞[19]对不同加工方式下双孢菇对DPPH 自由基清除能力进行研究时发现，微波加工方式可保持或提高双孢菇的DPPH 自由基清除能力，这与本研究结果一致。朱翠平[14]研究结果表明，真空冷冻干燥及真空微波干燥牛蒡脆片对铁离子的还原能力较强，明显高于热风干燥等其他干燥方式。

2.4 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片游离氨基酸含量的影响

干燥方式以及原料组成均会影响产品的风味，而游离氨基酸是产品形成最终风味的前体物质，因此本研究利用高效液相色谱法测定了不同干燥方式的全脂/脱脂油莎豆脆片的游离氨基酸含量，结果如表1所示。

表1 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片游离氨基酸含量的影响Table 1 Effect of drying methods on free amino acid content of full-fat/defatted tiger nut crisps

由表1 可知，从S1、S2、S3 和S4 油莎豆脆片样品中均检测出11 种游离氨基酸，分别为天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸。S1、S2、S3 和S4 的游离氨基酸总量差异明显，分别为213.58、289.69、280.52 mg/100 g 和365.66 mg/100 g。在相同干燥方式的条件下，样品游离氨基酸总含量的排序分别为S2＞S1、S4＞S3；在相同原料的条件下，样品游离氨基酸总含量的排序分别为S3＞S1、S4＞S2。研究结果表明，真空微波干燥法制备的脱脂油莎豆脆片的游离氨基酸含量较高。与焙烤干燥相比，真空微波干燥技术具有微波加热快和真空条件下水汽化点低的特点，因此物料中的营养成分大部分被保留下来[13]。此外，有研究结果表明，多数氨基酸及其盐是甜味或苦涩味的，少数几种具有鲜味或者酸味[20]。一般能呈现出特殊鲜味的氨基酸称为呈味氨基酸，主要包括谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和甘氨酸。马铃薯脆片的味道之所以独特鲜美，就是因为在鲜马铃薯中含有呈味氨基酸[21]。如表1 所示，S1、S2、S3 和S4中精氨酸含量明显高于其他种类氨基酸含量，天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸这类呈味氨基酸含量也相对较高，因此油莎豆适合用来生产脆片。

2.5 干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片挥发性风味物质含量的影响

采用气相色谱-质谱联用的方法对两种干燥方式下所得到的全脂/脱脂油莎豆脆片中的挥发性风味物质进行了测定。表2 和表3 分别为干燥方式对全脂/脱脂油莎豆脆片挥发性风味物质含量的影响以及风味物质成分分类。

表2 油莎豆脆片挥发性风味物质含量测定Table 2 Effect of drying methods on volatile flavor substance content of tiger nut crisps

表3 油莎豆脆片风味物质成分分类Table 3 Classification of flavor substances in tiger nut crisps

由表2 和表3 可知，从S1、S2、S3 和S4 油莎豆脆片样品中检测出9 种化合物，其风味物质有醛类3 种(正己醛、糠醛、壬醛)、醇类2 种(1-壬醇、1-十一醇)、酯类1 种(甲酸辛酯)、烷烃类1 种(十二烷)、烯烃类1 种(苯乙烯)和杂环类1 种(顺式-3，4-二甲基-2-苯基四氢-1，4-噻嗪)；其中醛类物质含量占挥发性风味物质总含量的50% 以上，糠醛和壬醛的含量相对较高，其风味特征分别为焦糖味和草木香[22]。S1、S2、S3 和S4 中9种风味物质的产生可能归因于3 点：1)油莎豆原料中原有风味物质的释放；2)油莎豆原料中糖、氨基酸以及核苷酸的降解；3)热处理过程中油莎豆原料中还原糖和氨基酸之间发生美拉德反应[19]。不同干燥方式对油莎豆全脂/脱脂脆片的热渗透方式以及温度的影响均不同，可能会影响原料组分的降解速度或释放，进而导致S1、S2、S3 和S4 中9 种风味物质含量之间的差异[23]。

3 结论

本文比较了S1、S2、S3 和S4 的微观结构、质构特性、抗氧化性、游离氨基酸含量以及挥发性风味物质含量之间的差异。结果表明，焙烤干燥和真空微波干燥对全脂/脱脂油莎豆脆片的品质影响明显，其中S3 的硬度最小、脆度最大，分别为216.33 g 和2.33，其质构特性最优；S4 的游离氨基酸总含量、DPPH 自由基清除能力与铁离子还原能力值明显高于S1、S2 和S3，其营养品质最优。用真空微波干燥方式制备的油莎豆脆片(S3 和S4)品质优于烘焙干燥方式制备的油莎豆脆片(S1 和S2)。从S1、S2、S3 和S4 油莎豆脆片样品中检测出9 种化合物，其风味物质有醛类3 种、醇类2 种、酯类1 种、烷烃类1 种、烯烃类1 种和杂环类1 种；其中醛类物质含量占挥发性风味物质总含量的50%以上。S1、S2、S3 和S4 中天冬氨酸、谷氨酸和丙氨酸这类呈味氨基酸含量相对较高，因此油莎豆适合用来生产脆片。研究结果对油莎豆食品的开发以及提高油莎豆附加值具有现实意义。