微波輔助泡沫干燥藍(lán)靛果果粉工藝的研究

孫 宇，鄭先哲，李 強(qiáng)，許相雯，張芹芹

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

藍(lán)靛果（Honeysuckle）學(xué)名藍(lán)靛果忍冬（Lonicera edulis Turcz），忍冬屬，多年生落葉小灌木，果實(shí)為漿果，果汁為鮮艷的深玫瑰色。在我國主要分布在吉林省長白山、黑龍江省大興安嶺東部山區(qū)[1－2]，藍(lán)靛果具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，富含多種維生素、氨基酸，還含有鋅、硒等多種礦物質(zhì)和其他微量元素，VC含量高于蘋果和柑橘，且含有豐富的VP活性物質(zhì)，具有很高的藥用價(jià)值，多酚類化合物在體內(nèi)通過發(fā)揮抗氧化作用調(diào)整人體機(jī)能，可以降低心臟病、癌癥和其他慢性病的發(fā)生率，如花青甙、蕓香甙，兒茶酸等[3－5]。但藍(lán)靛果采摘期短、果皮薄而多汁，采摘時(shí)易破損并可引發(fā)霉?fàn)€，常溫保存一般達(dá)不到24 h，極不易貯藏和運(yùn)輸，因此藍(lán)靛果的損耗率非常大。如何提高藍(lán)靛果的儲(chǔ)藏期，降低儲(chǔ)存損失，成為研究的熱點(diǎn)。

泡沫干燥（Foam drying）技術(shù)適用于熱敏性強(qiáng)、黏性大和含糖量高的食品物料干燥加工[6－7]。藍(lán)靛果含糖量較高，使用泡沫干燥方式可以減少或避免粘結(jié)現(xiàn)象[8]。泡沫干燥方法曾被用于芒果、香蕉、胡蘿卜等果蔬的干燥[9－10]，但應(yīng)用泡沫干燥方法在藍(lán)靛果加工方面的研究還未見報(bào)道。常規(guī)的泡沫干燥是以高溫?zé)犸L(fēng)作為干燥介質(zhì)，但是藍(lán)靛果中還有較多的熱敏性成分，加熱時(shí)易使其營養(yǎng)成分損失，活性物質(zhì)變性[11]，且泡沫內(nèi)空氣會(huì)阻礙熱量向料層內(nèi)部的傳遞，限制干燥速度[12]。

微波干燥是通過微波能激發(fā)極性分子振蕩產(chǎn)生熱量，熱量是由里及表傳遞的體加熱方式進(jìn)行的，具有熱效率高、干燥溫度低（與相同干燥速度的熱風(fēng)干燥方式比較）等特點(diǎn)[13－15]，已經(jīng)在蕨菜、胡蘿卜、蘋果、金針菇等果蔬的脫水加工方面得到廣泛應(yīng)用[16－20]。本研究以微波加熱代替熱空氣，對(duì)干燥介質(zhì)進(jìn)行泡沫干燥，可利用其保持藍(lán)靛果活性物質(zhì)的生物活性，對(duì)藍(lán)靛果果漿進(jìn)行脫水加工，保持鮮果的原味、色澤和營養(yǎng)成分，以獲得營養(yǎng)價(jià)值高、產(chǎn)品質(zhì)量好的藍(lán)靛果果粉，這種果粉既能夠保持原果的營養(yǎng)成分又便于貯藏，具有廣闊的市場[21－24]。

1 材料與方法

1.1 材料

藍(lán)靛果采自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院實(shí)驗(yàn)站。

1.2 試劑

分子蒸餾單甘脂（GMS）（廣州市佳士力食品有限公司）；羧甲基纖維素（CMC）（東莞新寶精化有限公司）；大豆分離蛋白（SPI）（哈高科大豆食品有限責(zé)任公司）；抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品（VC）（天津市博迪化工有限公司）；95%乙醇（分析純，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠）；香草醛（化學(xué)純，天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心）；甲酸（分析純，天津市耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司）；2，6－二氯靛酚（北京篤信精細(xì)制劑廠）。

1.3 試驗(yàn)儀器

食物攪拌機(jī)（型號(hào)：飛利浦HR1727，珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)飛利浦家庭電器有限公司）；電動(dòng)攪拌器（型號(hào)：JJ－1，江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠）；微波干燥設(shè)備（型號(hào)：WXD10S－17，南京三樂微波技術(shù)發(fā)展有限公司）；便攜式紅外測溫儀（食品專用）（型號(hào)：MTFS，美國RayTek公司）；微型植物試樣粉碎機(jī)銘牌（型號(hào)：FZ102，天津泰斯特儀器有限公司）；真空包裝機(jī)（型號(hào)：DZDD400/2SB，中國通州騰飛食品包裝機(jī)械廠）；電子精密天平（型號(hào)：ARRW60，上海奧豪斯公司）；紫外－可見分光光度計(jì)（1 cm石英比色皿）（型號(hào)：6010，惠普上海分析儀器有限公司）；全自動(dòng)測色色差計(jì)（型號(hào)：DC－P3，北京市興光測色儀器公司）。

1.4 流程及方法

選取籽粒飽滿、大小適中的藍(lán)靛果，去雜，攪拌機(jī)打漿8 min，至果漿細(xì)膩、均勻。將6%的分子蒸餾單甘酯（GMS）和3%的大豆分離蛋白（SPI），溶于100 mL蒸餾水中，并加入10 mL濃度為0.5%的羧甲基纖維素（CMC）作為穩(wěn)定劑。在恒溫70℃下水浴30 min，期間不斷攪拌，水浴后取出冷卻至室溫。將藍(lán)靛果果漿與起泡劑按1∶1的比例混合，用攪拌器勻速攪拌6 min，至藍(lán)靛果果漿中泡沫大小一致并且分布均勻，泡沫穩(wěn)定。經(jīng)測定此時(shí)泡沫密度為0.42 g·cm－3（鮮藍(lán)靛果果漿密度為1.16 g·cm－3），適合進(jìn)行泡沫干燥的果漿密度范圍在200～600 kg·cm3[25]。

將盛有果漿的料盒放在微波干燥設(shè)備履帶的中間位置，控制履帶的轉(zhuǎn)速為1 600 r·min－1，使盛有藍(lán)靛果發(fā)泡果漿的料盒在微波干燥機(jī)內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)，均勻地接收微波。每隔50s測定溫度和質(zhì)量，干燥至到達(dá)安全水分范圍。為了減小稱量過程導(dǎo)致的誤差，稱量質(zhì)量和測量溫度的過程要控制在20s之內(nèi)。將干燥后的藍(lán)靛果果粉半成品用粉碎機(jī)粉碎，制得顆粒均勻、細(xì)膩、流動(dòng)性好的藍(lán)靛果果粉，并封裝。

1.5 指標(biāo)測定

1.5.1 花青素含量測定方法

花青素采用低濃度香草醛－鹽酸法[26]。

其中，D－試樣中花青素的百分含量（%）；C－試樣定容體積（mL）；n－稀釋倍數(shù)；W－試樣重量（g）。

1.5.2 維生素C含量測定方法

維生素C采用GBT6195－86中的2，6－二氯靛酚滴定法[27]。

1.5.2.1 滴定度按式（1）計(jì)算

式中：T－每毫升2，6－二氯靛酚溶液相當(dāng)于抗壞血酸的毫克數(shù)（mg·mL－1）；C－抗壞血酸的濃度（mg·mL－1）；V－吸取抗壞血酸的體積（mL）；V1－滴定抗壞血酸溶液所用2，6－二氯靛酚溶液的體積（mL）；V2－滴定空白所用2，6－二氯靛酚溶液的體積（mL）；取藍(lán)靛果果粉2 g左右，加浸提劑溶解，過濾，定容稀釋至100 mL。若濾液有色，可按每克樣品家0.4 g白陶土脫色后再過濾。

1.5.2.2 計(jì)算

式中，V－滴定樣液時(shí)消耗染料溶液的體積（mL）；V0－滴定空白時(shí)消耗染料溶液的體積（mL）；T－2，6－二氯靛酚染料滴定度（mg·mL－1）；A－稀釋倍數(shù)；W－樣品重量（g）。不同處理?xiàng)l件，重復(fù)3次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果

1.5.3 含水率測定方法

含水率采用國標(biāo)GB500932010中的直接干燥法。

1.5.4 色度測定方法

色度測定采用CIE（國際發(fā)光照明委員會(huì)）提出的均勻色空間理論。

根據(jù)CIE（國際發(fā)光照明委員會(huì)）1976年均勻色空間理論，確定樣品的L*值、a*值和b*值。其中：L*值（Lightness，明度）越大亮度越大，表示褐變?cè)捷p；a*值（Redness，紅色度），表示紅綠偏向的色度，正值越大偏向紅色的程度越大，負(fù)值越大偏向綠色的程度越大；b*值（Yellowness，黃色度），表示黃藍(lán)偏向的色度，正值越大，偏向黃色的程度越大，負(fù)值越大偏向藍(lán)色的程度越大。使用色差計(jì)測定干燥后藍(lán)靛果果粉的色澤參數(shù)，比較哪種干燥方式對(duì)干燥后藍(lán)靛果果粉色澤的影響最小。用經(jīng)起泡預(yù)處理后、未干燥前測量的藍(lán)靛果鮮果漿色澤參數(shù)做參比。每組試驗(yàn)重復(fù)3次取平均值。

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用軟件Excel2003分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波功率對(duì)干燥過程及藍(lán)靛果果粉品質(zhì)的影響

取100 g預(yù)起泡的藍(lán)靛果果漿，置于底部直徑為18 cm的中號(hào)漿料盒中，此時(shí)起泡果漿厚度為8 mm。分別在功率為4、7、10 kW的條件下進(jìn)行微波干燥，將料盒放在微波干燥設(shè)備履帶的中間位置進(jìn)行微波干燥，每隔50 s測定溫度和質(zhì)量，達(dá)到安全水分后結(jié)束干燥。以最終得到的果粉中花青素和VC的含量為目標(biāo)因素，其影響結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)差見圖1。

新鮮藍(lán)靛果中花青素的含量為57.834 mg·g－1，VC含量為15.986 mg·g－1。圖1a中，7 kW對(duì)藍(lán)靛果中花青素含量破壞最小，得到的果粉中花青素保有率為74.3%，是微波功率為4 kW時(shí)的保有率（47.7%）的1.56倍。7 kW條件下果粉中VC的保有率最高為93.2%，10 kW時(shí)最低為24.4%。綜合考慮干燥過程中營養(yǎng)物質(zhì)含量的變化、消耗的能量以及干燥所需時(shí)間，最佳的微波處理功率為7 kW。

圖1 微波功率對(duì)花青素和VC含量的影響Fig.1 Effect of microwave power on the content of anthocyanin and vitamin C

由圖1c可知，物料的初始含水量（干基）為9.395 kgH2O·kg－1DW干物質(zhì)。物料干燥至安全水分所需時(shí)間，隨微波功率的增加而縮短，在功率為4 kW時(shí)需要500 s；7 kW時(shí)，需要400 s；10 kW時(shí)，所需時(shí)間為150 s，比4 kW時(shí)縮短了70%。三個(gè)功率下的干燥過程都處于降速干燥階段，且都未出先預(yù)熱和恒速干燥階段，這是由于微波干燥效率比較高，能夠在較短時(shí)間實(shí)現(xiàn)物料內(nèi)大部分的干燥，當(dāng)達(dá)到最大干燥速率后，物料所含水量不能保持最大干燥速率，因此在直接進(jìn)入降速干燥階段，物料水分?jǐn)U散由內(nèi)部傳質(zhì)阻力控制。由此可知，微波干燥過程會(huì)對(duì)藍(lán)靛果中的花青素和VC造成一定的破壞，且微波對(duì)藍(lán)靛果中花青素和VC含量降低的影響相同，所得果粉的營養(yǎng)物質(zhì)在微波功率為7 kW時(shí)含量最高。4 kW時(shí)由于微波功率較低延長了干燥時(shí)間使得營養(yǎng)物質(zhì)的含量破壞較多，10 kW時(shí)雖然微波處理時(shí)間較短，但由于功率較大，營養(yǎng)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)迅速降低。并且，花青素降低的程度明顯大于VC。

2.2 載樣量對(duì)干燥過程及藍(lán)靛果果粉品質(zhì)的影響

微波功率設(shè)定為7 kW，分別取100、200、300、400和500 g起泡藍(lán)靛果果漿，置于不同型號(hào)的漿料盒中，保持厚度都為8 mm。將果漿料盒放在微波干燥設(shè)備履帶的中間位置進(jìn)行微波干燥，每隔50s測定溫度和質(zhì)量，達(dá)到安全水分后結(jié)束干燥。載樣量對(duì)所得果粉中花青素和VC含量的影響如圖2所示。

由圖2可以看出，不同的載樣量對(duì)藍(lán)靛果中花青素的影響程度大于對(duì)VC的影響，所得果粉中花青素?fù)p失程度的差異較大。如圖2a所示，載樣量為200 g時(shí)，所得果粉中花青素含量為38.636 mg·g－1，其保有率最高為66.8%。圖2b中，載樣量對(duì)藍(lán)靛果中VC損失的影響不大，且不同載樣量之間的差異也不大，載樣量為200 g時(shí)所得果粉中VC含量最高為 14.885 mg·g－1，占鮮果的93.2%，載樣量為500 g時(shí)所得果粉中VC含量最低為11.344 mg·g－1，占鮮果的70.9%，這是因?yàn)槲⒉üβ室欢〞r(shí)，載樣量增加，單位質(zhì)量的物料吸收微波能的減少，使得干燥時(shí)間延長，進(jìn)而導(dǎo)致藍(lán)靛果中營養(yǎng)物質(zhì)損失較多。

由圖2c可知，物料干燥到安全水分所需時(shí)間，隨載樣量的增加而增加，100和200 g需要150 s，300 g需要200 s?？梢钥吹诫S著載樣量的降低，物料含水率下降的幅度逐漸增大。當(dāng)干燥500 g物料時(shí)，含水率平緩的下降，而干燥100 g物料時(shí)，含水率在100 s內(nèi)急劇下降到0.02 kg·kg－1。載樣量較低時(shí)，大量的水分能夠被迅速脫去，并且在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大干燥速率，到達(dá)最大干燥速率后物料所含水量已不能保持最大干燥速率，氣化面逐漸向物料內(nèi)部移動(dòng)，繼而進(jìn)入了降速干燥階段，直至干燥終點(diǎn)。

圖2 載樣量對(duì)花青素和VC含量的影響Fig.2 Effect of loading mass on the content of anthocyanin and vitamin C

2.3 物料厚度對(duì)干燥過程及藍(lán)靛果果粉品質(zhì)的影響

微波功率設(shè)定為7 kW，取100 g起泡藍(lán)靛果果漿，置于不同型號(hào)的漿料盒中，此時(shí)當(dāng)量厚度分別為1、4、8、12和16 mm。將果漿料盒放在微波干燥設(shè)備履帶的中間位置進(jìn)行微波干燥，每隔50 s測定溫度和質(zhì)量，達(dá)到安全水分后結(jié)束干燥。以最終得到的果粉中花青素和VC的含量為目標(biāo)因素，所得結(jié)果見圖3。

如圖3a所示，在不同厚度的條件下，藍(lán)靛果中花青素含量的變化趨勢和變化程度大致相同，并且最終得到果粉中花青素的含量差異不顯著（P＜0.05），厚度為8 mm時(shí)果粉中花青素的含量最高為32.692 mg·g－1，厚度為16 mm時(shí)所得果粉中花青素含量最低為23.98 mg·g－1，差異不顯著。圖3b中，厚度為12 mm時(shí)所得果粉中VC含量最高為12.826 mg·g－1，厚度為1 mm時(shí)所得果粉中維生素C含量最低為11.387 mg·g－1，但藍(lán)靛果中的維生素C含量均無顯著差異（P＞0.05），這表明厚度對(duì)起泡藍(lán)靛果干燥沒有顯著影響。這是由于微波具有較強(qiáng)的穿透能力，只激發(fā)物料中極性分子（大部分為水分子）的運(yùn)動(dòng)，起泡藍(lán)靛果果漿中有大量的泡沫，有較多孔隙，因此微波能夠快速地滲透到不同厚度的料層內(nèi)部，激發(fā)極性水分子，去除水分，達(dá)到干燥目的。由圖3c可知，不同厚度條件下干燥時(shí)間相差不多，且各時(shí)間段的變化量差異不大，物料含水量的變化趨勢受厚度不同的影響也不明顯。

圖3 厚度對(duì)花青素和VC含量的影響Fig.3 Effect of thickness on the content of anthocyanin and vitamin C

2.4 感官評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)CIE（國際發(fā)光照明委員會(huì)）提出的均勻色空間理論對(duì)所得果粉的顏色進(jìn)行測定，L*值表示明度，a*值表示紅色度，b*值表示黃色度。

圖4 所得藍(lán)靛果果粉色度值Fig.4 Color values of the obtained honeysuckle powder

藍(lán)靛果果汁呈深玫瑰色，制得的果粉也呈現(xiàn)深紅色，所以對(duì)于黃度值b*值，本文對(duì)此不做詳細(xì)討論。由圖4a可知，在功率單因素試驗(yàn)中，7 kW條件下，果粉的明亮程度L*值最大，褐變程度較小，且果香濃郁，保留有大量的藍(lán)靛果原味和原色。在載樣量單因素試驗(yàn)中，由圖4b知，200 g條件下制得的果粉明度值大，果粉a*值較小，說明褐變程度較輕，100和300 g條件下也都有較好的明亮程度和較低的褐變程度；而500 g條件則相反，說明載樣量的增加導(dǎo)致接收微波處理時(shí)間延長，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)果粉營養(yǎng)成分的影響，反映到果粉色澤就表現(xiàn)為明亮程度低和褐變程度大。由圖4c可得厚度對(duì)果粉顏色的影響狀況，除厚度1和12 mm外，厚度由4～8 mm的過程中，果粉明亮程度和褐變程度的變化不大，厚度對(duì)微波輔助泡沫干燥藍(lán)靛果的影響不大，這是因?yàn)槲⒉ň哂休^強(qiáng)的穿透能力，厚度的大小對(duì)干燥效果的影響不大。

3 確定微波輔助泡沫干燥藍(lán)靛果的合理工藝

3.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

在單因素的基礎(chǔ)上，確定了影響因素的適合范圍，以最終果粉中花青素的含量為目標(biāo)因素，對(duì)微波功率、載樣量、厚度3個(gè)影響因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其因素水平見表1。試驗(yàn)實(shí)施過程及結(jié)果見表2。

根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)理論，極差（Ri）越大，影響越顯著。由表2極差分析結(jié)果可知，藍(lán)靛果微波輔助泡沫干燥試驗(yàn)影響主次順序?yàn)檩d樣量＞微波功率＞厚度，最優(yōu)水平為A2B1C2，即微波功率7 kW，載樣量100 g，厚度8 mm，考慮到生產(chǎn)實(shí)際對(duì)產(chǎn)出量的要求且100與200 g二者干燥效果差異不大，載樣量設(shè)定為200 g。

表1 因素與水平Table 1 Factors and levels

表2 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 Orthogonal design and results

由表3可知，微波功率、載樣量對(duì)干燥效果影響顯著，而厚度影響不顯著。這表明微波功率、載樣量是決定微波輔助泡沫干燥效果的決定因素。厚度的影響不大其原因可能是由于微波具有較強(qiáng)的穿透能力，能夠迅速激發(fā)物料內(nèi)極性水分子的運(yùn)動(dòng)，因此干燥單位質(zhì)量的物料，厚度的差異不會(huì)對(duì)干燥結(jié)果產(chǎn)生較大的影響；干燥相同厚度，不同載樣量的物料時(shí)，由于微波功率一定，釋放的微波能相同，加熱干燥物料量較多時(shí)，物料單位面積吸收的平均微波能量就較少，因此影響了干燥效果。

表3 方差分析Table 3 Variance analysis

4 結(jié)論

本文初步探討了微波輔助泡沫干燥中各因素對(duì)所得果粉中營養(yǎng)成分的影響，發(fā)現(xiàn)通過對(duì)預(yù)泡沫化處理的藍(lán)靛果果漿進(jìn)行微波加熱干燥，能夠在較短的處理時(shí)間內(nèi)得到營養(yǎng)成分較高、顏色純正、果香濃郁的藍(lán)靛果果粉，影響這一過程的因素，按影響程度排序依次是載樣量、微波功率和厚度。并且得到了適合于連續(xù)化生產(chǎn)的工藝參數(shù)：微波功率7 kW，載樣量200 g，厚度8 mm。以藍(lán)靛果果漿為原料采取預(yù)泡沫化處理與微波干燥相結(jié)合的工藝制備藍(lán)靛果果粉，是藍(lán)靛果干制加工的重要途徑之一。

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