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    不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片品質(zhì)的影響

    2017-05-23 12:20:55朱翠平張鐘元李大婧劉春泉
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年7期
    關(guān)鍵詞:脆度脆片牛蒡

    朱翠平+張鐘元+李大婧+劉春泉

    摘要:研究熱風(fēng)、真空微波、真空冷凍、熱風(fēng)聯(lián)合真空微波、真空冷凍聯(lián)合真空微波5種干燥方式對(duì)牛蒡脆片干燥時(shí)間、色澤、收縮率、微觀結(jié)構(gòu)、多酚含量、黃酮含量和多糖含量等指標(biāo)的影響。結(jié)果表明:熱風(fēng)、真空微波以及熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥后產(chǎn)品色差大、收縮嚴(yán)重、營(yíng)養(yǎng)損失多,產(chǎn)品品質(zhì)明顯低于其他干燥方式。真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥產(chǎn)品品質(zhì)接近于真空冷凍干燥,內(nèi)部形成多孔狀結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品硬度和脆度適中,多酚、黃酮、多糖的含量保留較好,而干燥時(shí)間縮短46%。綜上所述,真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥是牛蒡脆片最適宜的加工方法。

    關(guān)鍵詞:牛蒡;脆片;生產(chǎn)工藝;干燥方式;物理指標(biāo);營(yíng)養(yǎng)指標(biāo);品質(zhì);干燥時(shí)間;微觀結(jié)構(gòu)

    中圖分類號(hào): TS255.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2017)07-0181-04

    牛蒡(Arctium lappa L.)別稱惡實(shí)、大力子、東洋參等,屬于菊科牛蒡?qū)?年生草本植物[1]。牛蒡營(yíng)養(yǎng)豐富,其中含有的多酚類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化、抗菌、消炎、抗突變、降血壓等功效[2-3];牛蒡多糖可促進(jìn)體內(nèi)乳酸菌和雙歧桿菌的增殖,維持腸道微生態(tài)[4]。我國(guó)牛蒡主要種植于山東、江蘇、安徽、黑龍江等省,銷售以出口為主,但隨著對(duì)牛蒡營(yíng)養(yǎng)成分的深入研究,其食用價(jià)值和藥用價(jià)值在國(guó)內(nèi)也越來越受到重視。鮮牛蒡根肉質(zhì)灰白,其中含有大量纖維,在生長(zhǎng)后期及貯藏過程中極易纖維化而變空心[5-6]。牛蒡根纖維化后,其纖維素和木質(zhì)素含量迅速增加,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變硬,不但影響食用口感,而且為深入加工帶來困難。目前,牛蒡干制品主要有牛蒡茶和牛蒡脆片。牛蒡脆片采用的工藝多為真空油炸,營(yíng)養(yǎng)損失嚴(yán)重,且油脂易氧化,長(zhǎng)期食用易帶來健康問題。非油炸干燥主要有熱風(fēng)干燥、微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥、冷凍干燥、聯(lián)合干燥等。Paengkanya等研究發(fā)現(xiàn),真空微波聯(lián)合熱風(fēng)干燥比單一真空微波、熱風(fēng)干燥榴蓮干速率快,且可提高產(chǎn)品的亮度值、脆度值,降低產(chǎn)品的收縮率、硬度[7]。Chong等研究發(fā)現(xiàn),對(duì)流聯(lián)合真空微波干燥可節(jié)省50%的干燥時(shí)間,而熱泵聯(lián)合真空微波干燥得到的蘋果干收縮率小、色澤變化小,多酚保留率最高,抗氧化活性最強(qiáng),且在這2種聯(lián)合干燥方式中由于真空微波的應(yīng)用大大降低了產(chǎn)品硬度、脆度,使口感更佳[8]。以上研究表明,聯(lián)合干燥較單一干燥方式能有效提高干燥效率和產(chǎn)品品質(zhì),但由于牛蒡根易纖維化的結(jié)構(gòu),非油炸干燥方式尤其是聯(lián)合干燥方式對(duì)于干燥牛蒡脆片的影響有待進(jìn)一步深入研究。本研究采用熱風(fēng)干燥、真空微波干燥、真空冷凍干燥、熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥、真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥5種方式對(duì)牛蒡片進(jìn)行干燥,分析不同干燥方式生產(chǎn)的牛蒡脆片物理指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的差異,探討不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片品質(zhì)的影響,旨在確定適宜牛蒡脆片生產(chǎn)的干燥工藝,為牛蒡綜合開發(fā)利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

    1材料與方法

    1.1材料與試劑

    新鮮牛蒡購(gòu)于江蘇省徐州市牛蒡種植基地,為柳川理想黃肌牛蒡,嫩黃色,根莖粗壯,貯藏于實(shí)驗(yàn)室4 ℃冷藏庫(kù)中。

    分析純乙醇、Na2CO3、NaOH、NaNO2、Al(NO3)3、苯酚、沒食子酸購(gòu)于北京化學(xué)試劑公司;Folin-酚試劑購(gòu)買于 Sigma-Aldrich 上海貿(mào)易有限公司。

    1.2儀器與設(shè)備

    數(shù)顯101A-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海浦東榮本科學(xué)儀器有限公司;VMD-1型真空微波干燥設(shè)備,南京孝馬機(jī)電設(shè)備廠;WSC-S型色差儀,上海精密科學(xué)儀器有限公司;CT3質(zhì)構(gòu)儀,美國(guó)Brookfield公司;MP2002電子天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;KQ-300DE型數(shù)控超聲清洗器,江蘇省昆山市超聲儀器有限公司;TU-1810紫外可見分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī),湖南省長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;ZEISS EVO-LS10掃描電子顯微鏡,德國(guó)卡爾蔡司公司。

    1.3方法

    1.3.1牛蒡脆片生產(chǎn)工藝新鮮牛蒡→清洗→切片→預(yù)處理→瀝干表面水分→干燥→牛蒡脆片產(chǎn)品。

    1.3.2牛蒡預(yù)處理將鮮切牛蒡放入1%檸檬酸中浸泡 30 min。

    1.3.3干燥方法的設(shè)定(1)熱風(fēng)干燥(hot air drying,AD)。將預(yù)處理后的牛蒡片放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中(70 ℃)干燥至含水率為5%以下。(2)真空微波干燥(vacuum microwave drying,VMD)。將預(yù)處理后,牛蒡片放入真空微波干燥設(shè)備中(8 W/g)干燥至含水率為5%以下。(3)真空冷凍干燥(vacuum freeze drying,VFD)。將預(yù)處理后的牛蒡片放入真空冷凍干燥設(shè)備中(絕壓20 Pa、加熱板溫度25 ℃、冷阱溫度-58 ℃)干燥至含水率為5%以下。(4)熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥(hot air & vacuum microwave drying,AD&VMD)。將預(yù)處理后的牛蒡片放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中(70 ℃)干燥30 min后,再真空微波干燥(8 W/g)至含水率為5%以下。(5)真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥(vacuum freeze&vacuum microwave drying,VFD&VMD):將預(yù)處理后牛蒡片真空冷凍干燥至含水率為60%,真空微波干燥(8 W/g)至含水率為5%以下。

    1.3.4指標(biāo)分析測(cè)定(1)含水率。采用GB 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》中的方法進(jìn)行測(cè)定。

    式中:mt表示物料t時(shí)刻對(duì)應(yīng)的質(zhì)量,g;ms表示絕干物料質(zhì)量,g。

    (2)色澤及褐變指數(shù)。色澤采用色差計(jì)測(cè)定。L*值(lightness,亮度),在0~100之間變化,0表示黑色,100表示白色;a*值(redness,紅色度)表示紅綠之間的色澤,“+”表示偏紅,“-”表示偏綠,值越大,表示偏向越嚴(yán)重;b*值(yellowness,黃色度)表示黃藍(lán)之間的色澤,“+”表示偏黃,“-”表示偏藍(lán)。按下列公式計(jì)算總色差ΔE、褐變指數(shù):

    式中:ΔE為總色差;BI為褐變指數(shù);L0、a0、b0是新鮮牛蒡的白度值、紅綠值和黃藍(lán)值;L*、a*、b*是不同干燥方式下牛蒡粉的白度值、紅綠值和黃藍(lán)值。

    (3)收縮率采用體積排除法[9]。

    式中:V1表示小米與干燥前牛蒡的體積,cm3;V2表示小米與干燥后牛蒡的體積,cm3;V0表示小米體積,cm3。

    (4)硬度、脆度。采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定干制品的硬度和脆度,探頭型號(hào)為TA3/100,測(cè)試速度為0.5 mm/s,以坐標(biāo)圖中出現(xiàn)的最大壓力峰表示硬度,即樣品斷裂所需的最大力;以出現(xiàn)在下壓探頭第1次沖向樣品過程中坐標(biāo)圖上的第1個(gè)明顯壓力峰值表示脆度。每種樣品重復(fù)5次,取平均值。

    (5)微觀結(jié)構(gòu)。采用掃描電子顯微鏡[10]。將干燥后的樣品切成(5×5×5) mm3的立方塊,固定在掃描電鏡專用樣品套件上,在真空條件下對(duì)樣品表面進(jìn)行鍍金處理,最后將其放入掃描電鏡中檢測(cè),放大300倍條件下觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)。

    (6)多酚、黃酮、總糖、還原糖、脆片多糖含量的測(cè)定。多酚、黃酮、總糖、還原糖的含量分別采用Folin-Ciocalteus(FC)法[11]、NaNO2-Al(NO3)3-NaOH方法[12]、苯酚-硫酸方法[13]、3,5-二硝基水楊酸法[14]測(cè)定。牛蒡脆片多糖的計(jì)算公式:多糖含量(mg/g)=總糖含量-還原糖含量。

    1.3.5統(tǒng)計(jì)分析單因素試驗(yàn)指標(biāo)的差異采用SAS 統(tǒng)計(jì)軟件中ANOVA 方差分析,由Tukey分析均值差異的顯著性,顯著水平α=0.05。

    2結(jié)果與分析

    2.1不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片干燥時(shí)間的影響

    由表1可知,真空冷凍干燥牛蒡脆片時(shí)間最長(zhǎng),而真空微波干燥時(shí)間最短。真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥與真空冷凍干燥相比時(shí)間縮短了46%,可能是因?yàn)榍捌诓捎谜婵绽鋬龈稍锸古]蚝式抵?0%,產(chǎn)品內(nèi)部形成蜂窩狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)促進(jìn)了后期真空微波干燥的傳熱和傳質(zhì),從而使干燥時(shí)間大為縮短[15]。

    2.2不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片色澤的影響

    色澤是評(píng)價(jià)果蔬干制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo),L*值是用來表示亮度的一個(gè)指標(biāo),L*值越大,表示樣品越亮;ΔE反映處理后樣品與鮮樣之間的顏色差異,ΔE值越大,說明處理后物料色澤變化越明顯;褐變指數(shù)BI反映加工過程中所產(chǎn)生褐色物質(zhì)的量,BI值越高,說明褐變程度越大。由表1可知,不同干燥方式所得牛蒡脆片的L*、ΔE、BI差異顯著。熱風(fēng)干燥、真空微波干燥和熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥所得產(chǎn)品的L*較小,ΔE、BI較大,產(chǎn)品色澤較暗,偏黃,總色差和褐變程度較大,其中熱風(fēng)干燥產(chǎn)品的總色差達(dá)到22.43,嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀品質(zhì)。一方面可能是由于在這3種干燥過程中牛蒡片中的多酚類物質(zhì)在多酚氧化酶和氧的作用下被氧化成醌,進(jìn)而聚合成有色物質(zhì)[16];另一方面牛蒡片干燥過程中糖類物質(zhì)發(fā)生非酶褐變,如美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)等[8,17],且非酶褐變則比較難以控制,總色差和褐變指數(shù)也隨之升高。真空冷凍干燥和真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥后牛蒡脆片L*較大,ΔE、BI較小,產(chǎn)品色澤較亮,總色差和褐變程度較小。這可能因?yàn)樵诘蜏鼗蚋艚^空氣的狀態(tài)下,可以有效地抑制牛蒡脆片酶和非酶褐變,保證產(chǎn)品品質(zhì)。

    2.3不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片硬度、脆度的影響

    硬度和脆度是反映牛蒡脆片質(zhì)構(gòu)的重要指標(biāo),直接影響到人們食用時(shí)的口感。產(chǎn)品硬度過高,口感堅(jiān)硬;硬度過低,口感偏軟,沒有嚼勁。脆度越小,表示產(chǎn)品的口感越酥脆。如圖1所示,牛蒡脆片硬度值在1 200~2 700 g之間,其中熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥硬度值分別為2 672、1 278 g。熱風(fēng)干燥脆度值最高,真空冷凍和真空冷凍聯(lián)合真空微波脆度值顯著低于其他3個(gè)方式。這可能是由于熱風(fēng)干燥過程中,溫度從外向內(nèi)傳遞,使牛蒡脆片表面溫度高于內(nèi)部,隨著表面水分的蒸發(fā)遷移,細(xì)胞快速收縮使物料表面干癟堅(jiān)硬,導(dǎo)致產(chǎn)品堅(jiān)硬。而真空冷凍干燥過程中,當(dāng)壓力低至三相點(diǎn)壓力時(shí),水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)重合,此時(shí)固態(tài)的冰直接升華轉(zhuǎn)為氣態(tài),很好地保留了物料疏松多孔的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致產(chǎn)品硬度低,酥脆性好[18]。

    對(duì)于真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥,前期真空冷凍過程中,牛蒡片內(nèi)部已經(jīng)形成了多孔的結(jié)構(gòu),后期真空微波干燥保持了這種結(jié)構(gòu),使最終產(chǎn)品硬度和脆度適中。

    2.4不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片收縮率的影響

    收縮率不僅會(huì)引起產(chǎn)品體積變化,而且會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品形變,直接影響產(chǎn)品感官品質(zhì)。干燥過程中產(chǎn)品收縮是因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)部水分經(jīng)由細(xì)胞膜、細(xì)胞壁然后穿過多孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散到外界環(huán)境中,產(chǎn)品內(nèi)部水分梯度引發(fā)的顯微結(jié)構(gòu)應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)品收縮[17]。由圖2可知,熱風(fēng)干燥產(chǎn)品收縮率最高為60.63%,與熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥產(chǎn)品收縮較嚴(yán)重但并無顯著差異,真空冷凍干燥產(chǎn)品的收縮率最小。熱風(fēng)干燥時(shí),物料表面形成干硬膜,使牛蒡內(nèi)部水分未能及時(shí)轉(zhuǎn)移到表面,導(dǎo)致干燥速率減慢,干燥時(shí)間過長(zhǎng),皺縮嚴(yán)重。真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥前期在低溫低壓的條件下,牛蒡中水分從冰晶狀態(tài)下直接升華,所占空間仍然保留,形成穩(wěn)定的固定骨架[18],有利于后期真空微波干燥,在這種聯(lián)合干燥方式下物料的收縮程度大大降低。

    2.5不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片微觀結(jié)構(gòu)的影響

    圖3為不同干燥方式下牛蒡脆片的微觀結(jié)構(gòu),圖3-a表明熱風(fēng)干燥對(duì)牛蒡脆片沒有膨化作用,產(chǎn)品內(nèi)部維管束皺縮,細(xì)胞結(jié)構(gòu)排列致密,細(xì)胞間幾乎沒有空隙。這是因?yàn)樵跓犸L(fēng)干燥過程中,熱量由外向內(nèi)傳遞,水分從微孔道蒸發(fā)緩慢,細(xì)胞間隙水分排出的同時(shí)空氣進(jìn)入,擠壓細(xì)胞壁造成組織塌陷[19-20],這也是造成牛蒡脆片收縮嚴(yán)重、質(zhì)地堅(jiān)硬的原因。經(jīng)真空微波干燥和熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥的產(chǎn)品細(xì)胞間隙不均等,維管束孔徑大小不一,孔壁較厚,且組織結(jié)構(gòu)均有不同程度的擠壓現(xiàn)象(圖3-b、圖3-d)。這可能是干燥過程中物料在熱的作用下,導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重[7]。由圖3-c可以看出,真空冷凍干燥牛蒡脆片細(xì)胞具有明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)、維管束數(shù)量較多且結(jié)構(gòu)均勻、保持好。但由于真空冷凍干燥的牛蒡脆片組織結(jié)構(gòu)較疏松,微孔道壁太薄,產(chǎn)品易破碎產(chǎn)生粉末,不利于包裝運(yùn)輸。真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥的產(chǎn)品微孔結(jié)構(gòu)破壞程度較低(圖3-e),從而保留了內(nèi)部組織的多孔性[21],且這個(gè)結(jié)構(gòu)在真空微波干燥過程中得到了保持,與單一真空冷凍干燥沒有顯著差異。

    2.6不同干燥方式對(duì)牛蒡脆片中多酚、黃酮、多糖含量的影響

    2.6.1多酚、黃酮多酚和黃酮類物質(zhì)在干燥、提取過程中易離解、水解和氧化,導(dǎo)致含量大大損失[12]。從圖4可知,熱風(fēng)干燥得到的牛蒡脆片中多酚和黃酮含量均低于真空微波干燥和熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥。真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥、真空冷凍干燥的多酚含量較高,且兩者無顯著差別,分別為14.48、16.92 mg/g。真空冷凍干燥中多酚、黃酮含量均最高,為16.92、33.92 mg/g。這是因?yàn)樵诘蜏?、真空條件下,熱不穩(wěn)定,具有活性的化合物不易與氧接觸發(fā)生氧化反應(yīng),因此酚類和黃酮類物質(zhì)保留得較好,使產(chǎn)品具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[22]。

    2.6.2多糖從圖5可知,真空冷凍干燥時(shí)多糖含量最高,為562.94 mg/g;熱風(fēng)干燥下多糖含量最低,為420.99 mg/g。熱風(fēng)干燥、真空微波干燥和熱風(fēng)聯(lián)合真空微波干燥下牛蒡脆片中多糖含量明顯低于其他2個(gè)處理,這是因?yàn)槎嗵窃诟邷叵乱装l(fā)生美拉德反應(yīng)而損失;另外在這3種干燥方式下的牛蒡脆片收縮嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)致密,使后期提取不充分,導(dǎo)致測(cè)得的多糖含量較低。

    3結(jié)論

    本研究對(duì)不同干燥方式干燥所得牛蒡脆片的物理指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果表明,真空冷凍干燥聯(lián)合真空微波干燥比真空冷凍干燥節(jié)省近一半時(shí)間;從色澤、褐變程度考慮,熱風(fēng)干燥、熱風(fēng)聯(lián)合真空微波以及真空微波干燥后的牛蒡脆片亮度小、色差大、褐變嚴(yán)重且明顯低于其他干燥方式;真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥的牛蒡脆片硬度脆度適中、收縮不明顯;微觀結(jié)構(gòu)表明,真空冷凍干燥和真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥牛蒡脆片均能形成明顯的疏松、多孔結(jié)構(gòu),而其他3種干燥方式下牛蒡脆片內(nèi)部有明顯塌陷、皺縮現(xiàn)象;對(duì)比不同干燥方式條件下牛蒡脆片多酚、黃酮、多糖含量可知,真空冷凍干燥和真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥后牛蒡脆片中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較高。綜合考慮,真空冷凍聯(lián)合真空微波干燥的牛蒡脆片色澤變化和褐變程度小、組織疏松、收縮率小、質(zhì)地均勻、酥脆性好,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保留率高,是一種節(jié)能高效、適合牛蒡脆片干燥加工的方法。

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