葛根为豆科葛属（Pueraria DC.）植物，在全球有26个种，主要分布在亚洲和美洲，其中野葛（Pueraria lobata （Willd.） Ohwi）和粉葛（Pueraria thomsonii Benth）分布最为广泛^[1]，根据《卫生部关于进一步规范保健食品原料管理的通知》，葛根被推荐为药食同源植物^[2]。葛根在我国种植面积有超70万公顷，年产葛根约20万吨^[3-5]。粉葛高淀粉和低纤维的特性使其更倾向于食品化利用，如加工淀粉、鲜食等^[6]。粉葛淀粉可以直接食用，也可制成葛根面条、葛根糕和葛根饼干等系列产品，但是在葛根制备淀粉过程中超过85%的异黄酮和氨基酸都随水流失^[7-8]，大大降低了葛根的营养价值。为了实现葛根的全质化利用，粉葛也被制成葛根全粉，粉葛中的营养成分得到了最大程度的保留^[9-11]。研究发现通过护色、干燥等处理得到的葛根全粉总黄酮、葛根素保留率超过86%^[12]。

低温真空油炸工艺是物料同油处于负压状态，在较低温度下油和水就能达到沸点，物料中的水分能很快变成蒸汽大量逸出而脱除^[13]。低温真空油炸能够有效避免高温等因素对物料营养组分的破坏；减轻、避免脂肪腐败、酶促褐变和其他氧化变质导致的危害，排除丙烯酰胺的产生；具有良好的微膨化效果和降低脂肪含量的效果^[14-15]。通过低温真空油炸工艺也能实现粉葛的全质化利用。孙加刚等^[16]将低温真空油炸技术用于葛根片的制备，研究发现麦芽糊精浸泡浓度和时间以及真空油炸温度对脆片酥脆性的影响显著，麦芽糊精浸泡浓度为30.4%，麦芽糊精浸泡时间为2.9 h，油炸温度为91 ℃葛根片感官较好，酥脆值为2512 g。然而预试验中本课题组发现，粉葛切片厚度、油炸时间、油炸温度对于粉葛脆片的品质有极其显著的影响，为了进一步确定粉葛片制备工艺实现粉葛的全质化利用，本研究通过研究粉葛片切片厚度、油炸温度、油炸时间、漂烫时间对粉葛片品质的影响确定粉葛片制备最优工艺。此外，比较不同工艺制备的粉葛片品质、气味和形态的差异。

1.   材料和方法

1.1   材料与仪器

鲜粉葛　由湖北中坪葛业开发有限公司提供；海皇牌棕榈油　益海嘉里食品有限公司；食品级柠檬酸　河南万邦实业有限公司；试验中所用全部化学试剂　均为分析纯。

ZK-500低温真空油炸机　广州旭众食品机械有限公司；TA-XTPlus质构仪　英国Stable Micro System；CP-159吸盘果蔬切片机　德清拜杰电器有限公司；CS-600C型分光测色仪　杭州彩谱科技有限公司；PEN3型电子鼻　德国AirSense；QUANTA 200扫描电镜　荷兰FEI公司。

1.2   实验方法

1.2.1   低温真空油炸粉葛片的制备

将葛根清洗、去皮后切成薄片，放入1%柠檬酸溶液中护色30 min，沥干后放入沸水中漂烫3 min，之后在25 ℃凉水中冷却15 min后沥干水分，沥干水分的粉葛片在−40 ℃冰箱中冷冻6 h。试验前将粉葛片取出，油温达到设定温度时将原料放入原料笼中（原料和油比例1:20），关闭舱门、抽真空，油炸结束后在6 Hz速率下脱油5 min。油炸过程中真空度控制在0.08~0.09 MPa范围内。

1.2.2   低温真空油炸粉葛片单因素实验

在预试验的基础上选取粉葛片厚度（1、2、3、4、5 mm）、油炸温度（85、90、95、100、105、110 ℃）、油炸时间（15、20、25、30、35、40 min）、漂烫时间（0、1、2、3、4、5 min）作为考察因素，研究其在试验设计的范围内对粉葛片的含水量、脂肪含量、色差值、脆度值的影响。单因素实验的固定水平为粉葛根片厚度2 mm，油炸温度95 ℃，油炸时间20 min，漂烫时间3 min。

1.2.3   低温真空油炸粉葛片正交试验

在单因素实验基础上根据各因素较优水平进行四因素三水平正交试验，以脆性值作为优化指标确定最优工艺配方，正交试验设计见表1。

表  1  低温油炸粉葛片正交试验因素水平设计

Table  1.  Orthogonal experiment factors and levels of low temperature vacuum fried Pueraria thomsonii crisp chips

水平	A粉葛片厚度（mm）	B漂烫时间（min）	C油炸温度（℃）	D油炸时间（min）
1	1	2	95	25
2	2	3	100	30
3	3	4	105	35

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1.2.4   不同工艺油炸粉葛片品质比较

比较不同处理粉葛片常规油炸（未漂烫常规油炸，漂烫后常规油炸，漂烫冷冻后常规油炸）和低温真空油炸（未漂烫低温真空油炸，漂烫后低温真空油炸，漂烫冷冻后低温真空油炸）样品的含水量、脂肪、色差、脆性、气味和形态差异。常规油炸油温160 ℃，炸制表面微黄（试验时间约为6 min）；低温真空油炸在正交最优工艺下进行。

1.2.5   油炸粉葛片含水量和脂肪含量测定

参照GB 5009.3-2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定和GB 5009.6-2016 食品安全国家标准 食品中脂肪的测定 分别对油炸后粉葛片的含水量和脂肪含量进行测定，每个样品平行测定3次。

1.2.6   色差测定

选取较为平整的粉葛片利用色差计测定其亮度值（L^*）和黄蓝值（b^*），每个样品平行测定6次。

1.2.7   脆性测定

用质构仪采用穿刺试验对粉葛片的脆性进行测定。将粉葛片放置于圆筒上面，使用HDP/CFS球形探头进行穿刺测定。测试参数如下：测试前速率3.0 mm/s、测试速率1.0 mm/s、返回速率10.0 mm/s、压缩距离6.0 mm、触发力10 g，每个样品平行测定6次。

1.2.8   电子鼻分析

采用电子鼻对不同工艺所得粉葛片的风味进行测定。测定方法如下：取5 g粉碎后的粉葛片于15 mL的样品瓶中，于60 ℃水中保温40 min，平行测定3次；样品进样流量为300 mL/min，测定时间为150 s，清洗时间为120 s。

1.2.9   扫描电镜观察微观结构

将粉葛片切成小块，用双面胶贴在扫描电镜的样品台上，进行喷金等处理，在20 kV加速电压下进行观察。

1.3   数据处理

试验结果以重复试验所得数据的$\overline{\rm{x}}$±s表示，列表或采用Origin 2018对所得数据进行作图处理。用SPSS通过一元方差分析（One-Way ANOVA）进行多个组间平均数的比较，如组间存在显著性差异（P<0.05），则采用Duncan检验进行组间多重比较。

2.   结果与分析

2.1   粉葛片厚度对低温真空油炸葛根片品质的影响

粉葛片厚度对低温真空油炸葛根片品质的影响见图1。由图1可知，在粉葛片厚度为1~4 mm时，油炸结束后粉葛片的含水量无显著性差异（P>0.05）；而粉葛片厚度为5 mm时含水量12.69%，含水量显著提高，说明在厚度小于4 mm时厚度对样品中水的脱除影响较小，而厚度再增加会导致一定时间内水分难以排出^[17]。随着厚度的增加脂肪含量逐渐降低，在厚度为1 mm时为35.96%，厚度为5 mm时为25.22%；而脆性值和脂肪含量的变化趋势相反。粉葛片厚度为5 mm时白度值L^*最高为65.80，而在厚度为4 mm时最低为53.86；表示黄色的b^*值随厚度的增加而呈增加的趋势，在厚度为1和2 mm时无显著变化，大于3 mm时显著增加（P<0.05）。粉葛片的厚度的增加会降低水分从内部的排出，降低油炸效率、增加油炸时间；虽然厚度增加能够降低脂肪含量，但是会使粉葛片颜色变深（b^*值增加）^[18]。此外，厚度的增加、含水量的增加会大大增加脆性值，降低酥脆性，影响口感。因此，综合各个指标，厚度1~3 mm时较为合适。

图  1  粉葛片厚度对低温油炸粉葛片品质的影响

注：不同小写字母表示差异显著，P<0.05；图2~图4同。

Figure  1.  Effects of thickness on low temperature vacuum fried Pueraria thomsonii crisp chips quality

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2.2   真空油炸温度对低温真空油炸粉葛片品质的影响

真空油炸温度对低温真空油炸粉葛片品质的影响见图2。从图中能看出随着油炸温度的增加，含水量逐渐降低，85 ℃下含水量为6.80%，110 ℃下含水量仅为3.50%。水在真空度0.08 MPa时沸点为60 ℃，因此在85 ℃下水也会快速气化从样品中脱除，温度的提高能将结合更为紧密的结合水脱除。而脂肪含量随着温度的增加变化不大，范围为27.19%~29.83%。油炸温度对于粉葛片b^*值无显著性（P>0.05）影响，L^*值呈先增加后减小，在95 ℃时最高为71.90。脆性值也呈先减小后增加的趋势，在100 ℃时最低为908.97 g，但与90、95和105 ℃时的脆性值相比无显著性差异（P>0.05）。温度是影响油炸产品的重要因素，过高、过低都会导致产品品质降低，如过高温度会造成产品外部脱水过快，内部水分过高的“外熟内生”的现象^[19]。在温度较低时水分不能有效的脱除，脆性值较高；而随着温度增加，脱水速度增加，降低酥脆值，形成较好的酥脆口感，但是温度继续增加会导致水分集中于内部，进而降低酥脆感，因此油炸温度95~105 ℃较为合适。

图  2  油炸温度对低温油炸粉葛片品质的影响

Figure  2.  Effects of cooking temperature on low temperature vacuum fried Pueraria thomsonii crisp chips quality

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2.3   真空油炸时间对低温真空油炸粉葛片品质的影响

真空油炸时间对低温真空油炸粉葛片品质的影响见图3。从图中能看出，在油炸时间为15~20 min时，粉葛片中含水量为6.47%~6.66%，说明大部分水分在15~20 min内已经被脱除。脂肪含量随油炸时间的增加有所增加，在40 min时为32.82%，相较15 min时增加约5.70%。油炸时间对于粉葛片L^*和b^*无显著性（P>0.05）的影响。粉葛片脆性值总体随着油炸时间的增加而减小，在15和20 min时脆性值无显著性差异（P>0.05）；之后脆性值显著性降低（P<0.05），40 min时为603.47 g。有研究指出脂肪含量与水分蒸发量有关^[20]，水分排出后脂肪才能进入水分脱除留下的空隙中，在一定时间内脂肪含量和油炸时间呈线性关系。林芳等^[21]发现杏鲍菇在低温真空油炸过程中，水分在14 min内从87.79%降低到3.35%，杏鲍菇中的自由水和半结合水被脱去，只剩少量的结合水，在这个过程中脂肪含量和脆性值显著增加，而颜色无显著变化，这与本试验结果相似。虽然油炸时间对粉葛片脂肪含量、含水量和颜色影响不明显，但是油炸时间的增加会导致内部空隙结构变得更加明显^[22]，使其具有更加酥脆的口感。但是过于低的酥脆值会导致产品的易于破碎，降低产品的商品率，因此油炸时间25~35 min较为合适。

图  3  油炸时间对低温油炸粉葛片品质的影响

Figure  3.  Effects of cooking time on low temperature vacuum fried Pueraria thomsonii crisp chips quality

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2.4   漂烫时间对低温真空油炸粉葛片品质的影响

漂烫时间对低温真空油炸粉葛片品质的影响见图4。从图4能看出未漂烫粉葛片与漂烫后的粉葛片相比，含水量和脆性值最低，而脂肪含量、L^*值和b^*值最高，其大部分数值都与漂烫后的具有显著性差异（P<0.05）。漂烫后L^*和b^*大部分数值之间无显著性差异（P>0.05）；虽然含水量（5.09%~6.88%）和脂肪含量（27.24%~30.79%）大部分有明显差异，但是其数值相差不大。粉葛片的脆性值随着漂烫时间增加总体呈现减小趋势，在漂烫时间1 min时最高为1745.70 g，在漂烫时间为5 min时最低为1164.89 g。漂烫能将表面淀粉凝胶化，阻止脂肪进入，降低含脂肪含量，但也会阻止水分的排出^[23]；虽然未漂烫的粉葛片够及时排出水分，但是也会吸收更多脂肪。此外，漂烫形成的淀粉凝胶会通过美拉德反应使粉葛片白度降低、黄色增加。漂烫处理能破坏粉葛片紧密的质地，使其脆性提高，但是过长时间的漂烫会导致粉葛片变型、软烂，因此漂烫时间应该适中^[20]。因此综合各个指标，漂烫时间2~4 min较为合适。

图  4  漂烫时间对低温油炸粉葛片品质的影响

Figure  4.  Effects of bleaching time on low temperature vacuum fried Pueraria thomsonii crisp chips quality

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2.5   低温油炸粉葛片工艺优化

在单因素实验基础上，选取粉葛片厚度、油炸温度、油炸时间和漂烫时间进行四因素三水平正交试验，正交试验结果直观分析见表2。通过极差分析，粉葛片厚度对样品脆性值影响最大，其次是油炸温度，再次是漂烫时间，最后是油炸时间，由极差分析最优工艺组合为A₁B₂C₃D₃。由表3方差分析可知，四个因素都对粉葛片的脆性值有效果，且具有显著性差异（P<0.05），通过邓肯检验发现最优工艺组合也为A₁B₂C₃D₃。但是在试验中发现，粉葛片厚度1 mm时粉葛片太薄、易碎。通过对正交试验粉葛片脂肪含量的分析发现粉葛片厚度在1 mm时脂肪含量最高为25.41%，厚度2和3 mm时分别为22.70%和21.67%，因此基于综合因素选择2 mm作为低温油炸粉葛片的切片厚度。因此，低温油炸粉葛片的工艺为粉葛片厚度2 mm，漂烫时间3 min，油炸温度105 ℃，油炸时间35 min。通过验证试验发现，粉葛片脆性值为989.35 g，脂肪含量为22.95%。

表  2  正交试验结果分析

Table  2.  Results and analysis of orthogonal experiment

实验号	因素				脆性值（g）
	A	B	C	D
1	1	1	1	1	750.91
2	1	2	2	2	846.03
3	1	3	3	3	695.29
4	2	1	2	3	1376.68
5	2	2	3	1	1060.14
6	2	3	1	2	1357.58
7	3	1	3	2	1727.45
8	3	2	1	3	1564.96
9	3	3	2	1	1840.46
K1	764.077	1285.013	1224.483	1217.170
K2	1264.8	1157.043	1354.39	1310.353
K3	1710.957	1297.777	1160.96	1212.31
极差值	946.88	140.734	193.43	98.043
较好水平	A1B2C3D3
主次顺序	A>C>B>D

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表  3  正交试验方差分析结果

Table  3.  Variance analysis of the orthogonal experiment

源	III型平方和	df	均方	F	Sig.
校正模型	4444316.353	8	555539.544	110.300	0.000
截距	41811779.597	1	41811779.597	8301.579	0.000
A	4096433.233	2	2048216.616	406.666	0.000
B	103249.273	2	51624.637	10.250	0.001
C	185364.623	2	92682.311	18.402	0.000
D	59269.224	2	29634.612	5.884	0.011
误差	90658.899	18	5036.606
总计	46346754.849	27
校正的总计	4534975.252	26

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2.6   不同工艺制备的油炸粉葛片比较

2.6.1   不同油炸粉葛片品质分析

不同处理粉葛片常规油炸和低温真空油炸品质比较见表4。由表4可知，常规油炸所得样品的含水量为1.71%~3.38%，显著低于真空油炸粉葛片的含水量（P<0.05），这主要是因为常规油炸温度较高，能在较短时间将水分排出。不同油炸工艺所得粉葛片脂肪含量之间具有显著性差异（P<0.05）；未经漂烫的粉葛片经常温和低温真空油炸后脂肪含量分别为33.97%和25.94%，但是后者显著（P<0.05）低于其它两种采用低温油炸所工艺所得的粉葛片的脂肪含量；然而与漂烫后低温真空油炸和漂烫冷冻后低温真空油炸相比，漂烫后常规油炸和冷冻后常规油炸所得粉葛片脂肪含量更高，分别为53.25%和62.66%。这表明低温真空油炸工艺能够降低样品的脂肪含量，而未经漂烫常规油炸所得粉葛片脂肪含量更低。未经漂烫处理的粉葛片常规油炸和低温真空油炸后L^*值之间无显著性差异（P>0.05），分别为70.35和72.27；漂烫、冷冻处理后制备的粉葛片L^*值都减小，而冷冻后常规油炸所得L^*值最小为62.24；通过漂烫冷冻低温真空冷冻干燥所得粉葛片b^*值最小，为22.79，而其余工艺所得b^*值之间无显著性差异（P>0.05）。未漂烫粉葛片常规油炸和低温真空油炸后脆性值无显著性差异（P>0.05），分别为1151.91和1141.00 g；在经过漂烫、冷冻处理后常规油炸制备的粉葛片脆性值显著降低（P<0.05），而通过低温真空油炸制备的粉葛片脆性值显著增加（P<0.05）。

表  4  不同油炸粉葛片品质比较

Table  4.  Characteristics of fried Pueraria thomsonii crisp chips by different processes

不同油炸方式	含水量（%）	脂肪含量（%）	L*	b*	脆性值（g）
未漂烫常规油炸	3.38±0.12d	33.97±0.49c	70.35±4.30ab	27.05±2.82a	1151.91±58.90c
漂烫后常规油炸	1.98±0.08e	53.25±0.36b	69.05±2.42ab	25.34±1.24ab	890.98±103.08d
漂烫冷冻后常规油炸	1.71±0.15f	62.66±0.38a	62.24±3.83c	27.98±1.60a	597.54±59.00e
未漂烫低温真空油炸	8.42±0.14a	25.94±0.07f	72.27±4.18a	27.69±2.23a	1141.00±142.71c
漂烫后低温真空油炸	7.51±0.12b	28.77±0.15e	66.30±2.02b	25.34±1.83ab	1636.79±199.09a
漂烫冷冻后低温真空油炸	6.07±0.04c	31.28±1.06d	68.48±2.00ab	22.79±1.81b	1415.59±86.70b
注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著。

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与低温真空油炸相比，常规油炸过程中温度较高能快速将水分脱除，因此其具有较低的含水量，这也导致在常温制备油炸工艺中制备的粉葛片具有较低的脆性值；但是常规油炸过程中无脱油处理，因此脂肪含量较高。与漂烫处理后的粉葛片相比，未漂烫粉葛片在常温和低温真空油炸工艺中制备的都具有较低脂肪含量，这与前人研究结论相反^[23]，这主要由于漂烫和冷冻的负面作用引起的。漂烫温度过高和时间过长会导致原料结构松散软化、增加果蔬脆片脂肪含量；而冷冻会导致也会导致细胞结构的破坏，增加脂肪含量^[24]。因此，在后续的试验中应对试验的工艺参数进一步进行优化。同时在产品的研发中，可以将常规油炸和脱油工艺相结合，降低产品含油量提升产品脆性，同时降低产品油炸时间。

2.6.2   不同油炸粉葛片电子鼻分析

不同油炸粉葛片电子鼻PCA和Loadings分析图见图5。由图5A可以看出来第一成分PC1的贡献率为99.37%，第二成分PC1的贡献率为0.39%，总贡献率为99.76%>85%，表明PC1和PC2能够体现样品的大部分信息特征且以第一主成分区分为主。不同油炸粉葛片样品能明显区分，无重叠显现，说明了不同油炸粉葛片风味物质有明显的区分；从图5B可以看出Loadings分析第一、二主成分贡献率与PCA相同，并且以第一主成分为主。其中对第一主成分贡献率最大为W5S，其次是W1W，再次是W2W，其它传感器对于粉葛片香气成分的敏感程度很低。在鲜葛根中香气主要成分为正己醇、顺-3-己烯醇和正己醛，干燥后醇类大量减少，主要香气成分为醛酮类和酯类^[25]。Loadings分析说明了不同油炸粉葛片的香气物质中，以氮氧化合物、硫化物和有机硫化物为主，而这些物质主要在油炸过程中生成。

图  5  不同油炸粉葛片PCA（A）和Loadings（B）分析图

Figure  5.  PCA (A) and Loadings (B) analysis of fried Pueraria thomsonii crisp chips by different processes

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2.6.3   不同油炸粉葛片形态比较

不同油炸粉葛片形态见图6。从图中能看出葛根细胞呈蜂窝状，淀粉颗粒填充于细胞间。经油炸后粉葛片表面蜂窝状的结构消失，在经过漂烫冷冻处理低温真空油炸的样品表面能看到部分孔洞，说明冷冻使粉葛片的形态固定，经过油炸后水分快速蒸发，增加葛根空隙；而未冷冻的样品的淀粉糊化会在粉葛片表面形成一层凝胶层，这能够降低油脂的渗入，也被用于降低油炸食品脂肪含量^[26]。研究发现对于淀粉含量较少的果蔬，如苹果、香蕉、马铃薯等，不同处理后细胞膜能保持完整，这些通道成为传质的通道^[26-29]，而含淀粉较多的物料经过油炸后淀粉形成的膜覆盖于物料表面阻碍水分的排出^[30]，这与本研究结论一致。

图  6  不同油炸粉葛片扫描电镜图片（200 μm）

Figure  6.  SEM images of fried Pueraria thomsonii crisp chips by different processes (200 μm)

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3.   结论

通过研究发现，随着粉葛片厚度的增加，油炸后脆性值和含水量显著增加（P<0.05），脂肪含量显著降低（P<0.05），在粉葛片厚度为5 mm时，其值分别为2643.03 g，12.69%和25.22%。随着油炸时间的增加，脆性值显著降低（P<0.05），低温真空油炸40 min时最低为603.47 g；而随着低温真空油炸温度的增加脆性值先减小后增加，在100 ℃时最低为908.97 g。通过工艺优化确定了低温真空油炸粉葛片的最优工艺为低温油炸粉葛片的工艺为粉葛片厚度2 mm，漂烫时间3 min，油炸温度105 ℃，油炸时间35 min。此外，对比了不同油炸工艺所得粉葛片的品质，香味物质和形态。未漂烫粉葛片经常规油炸后脂肪含量显著（P<0.05）高于低温真空油炸所得粉葛片，而脆性值无显著差异（P>0.05）；与常规油炸相比，漂烫、冷冻后处理粉葛片低温真空油炸后脂肪含量显著降低（P<0.05），脆性值显著增加（P<0.05）。油炸粉葛片香气物质以氮氧化合物、硫化物和有机硫化物为主，但是不同油炸所得产品香味有明显差异。经油炸后粉葛片表面蜂窝状的结构消失，过漂烫冷冻处理低温真空油炸的样品表面有少许孔洞，而在未冷冻的葛根片表面形成一层凝胶层。