喀斯特環(huán)境火龍果真空冷凍干燥工藝研究

楊妮，熊康寧，彭惠蓉

（貴州師范大學(xué)喀斯特研究院，國(guó)家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽(yáng)550001）

以貴州高原為中心的中國(guó)南方喀斯特是全球喀斯特發(fā)育最典型、最復(fù)雜、景觀類(lèi)型最豐富、生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱的地區(qū)，面積超過(guò)5.5×107hm2[1]，針對(duì)中國(guó)南方以貴州高原為中心的喀斯特地區(qū)石漠化嚴(yán)重、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一與區(qū)域貧困問(wèn)題，應(yīng)突破石漠化治理與生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)的科學(xué)問(wèn)題和核心技術(shù)[2]，寓經(jīng)濟(jì)發(fā)展于生態(tài)治理之中，培育發(fā)展與生態(tài)治理方向相適應(yīng)的生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)治理與脫貧致富的協(xié)同[3]。火龍果耐熱耐旱、喜肥耐瘠，極適宜在喀斯特環(huán)境下種植[4]，依托火龍果產(chǎn)業(yè)，對(duì)防治石漠化，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，成效十分顯著[5]。貴州省火龍果產(chǎn)量超過(guò)三萬(wàn)噸，目前，火龍果產(chǎn)品主要有火龍果果酒、果醬、果干，但從整體上來(lái)看，火龍果加工產(chǎn)品種類(lèi)較為單一。如何加工利用火龍果，從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益是目前需要解決的問(wèn)題。干燥技術(shù)是解決果蔬采后存儲(chǔ)、豐富產(chǎn)品多樣性的有效手段，其中熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥技術(shù)是食品脫水常用的加工手段[6]。熱風(fēng)干燥產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性、復(fù)水性與色澤較差[7]。真空冷凍干燥是指物料經(jīng)完全凍結(jié)，并在一定的真空條件下使冰晶升華，從而達(dá)到低溫脫水的目的[8-9]，將真空冷凍干燥檳榔果與煙熏干燥和熱風(fēng)烘干方法進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)檳榔堿粗提物含量極顯著高于煙熏干燥和熱風(fēng)烘干的檳榔果（P＜0.01）[10]。在切片厚度 6 mm，凍干時(shí)間10 h，加熱板溫度60℃，凍干壓力80 Pa條件下加工的凍干檸檬片具有較好的感官品質(zhì)及較高的檸檬酸及VC含量，褐變度較低[11]。茶樹(shù)菇的17種游離氨基酸總量（free amino acid，F(xiàn)AA）、7種必需氨基酸總量（essential amino acid，EAA）比值、呈鮮味的天冬氨酸和谷氨酸總量大小依次為真空干燥（70℃）＞熱風(fēng)干燥（60℃）＞遠(yuǎn)紅外干燥（70℃）[12]。目前干燥方法對(duì)火龍果品質(zhì)影響的研究報(bào)道較少，鄒同華得出厚度為1 mm，一次干燥加熱板溫度為25℃，二次干燥加熱板溫度為50℃[13]。本研究討論不同厚度、升華溫度、解析溫度對(duì)火龍果干制品感官品質(zhì)、VC、蛋白質(zhì)、總膳食纖維、糖酸比的影響，篩選最佳的干燥工藝使火龍果鮮果得到保存的同時(shí)提高火龍果產(chǎn)品的附加值，為火龍果的加工利用提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、鞏固已有的石漠化治理成果具有一定的價(jià)值。根據(jù)喀斯特火龍果果實(shí)的特點(diǎn)，探究喀斯特地區(qū)火龍果的真空冷凍干燥工藝參數(shù)，比較喀斯特地區(qū)火龍果果實(shí)干燥參數(shù)是否與其它地區(qū)存在差別。

1 材料與方法

1.1 材料

火龍果：貴州省關(guān)嶺縣火龍果種植基地，紅皮紅肉火龍果，每組火龍果選擇樣本株≥5株，于樹(shù)冠中上部東、西、南、北4個(gè)方向分別采集色澤接近、果肉飽滿(mǎn)、成熟度一致、無(wú)機(jī)械損傷的果實(shí)。

1.2 儀器與設(shè)備

DBS-139家用水果切片機(jī)：榕畔茶咖發(fā)展有限公司；LGJ-20F冷凍干燥機(jī)及配套的共晶點(diǎn)探頭：北京松源華興科技發(fā)展有限公司；AL-204型電子分析天秤：瑞士梅特勒-托利多公司；DHG－9073BS－Ⅲ型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱：上海新苗醫(yī)療器械制造公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 干燥方法

火龍果切割方法：火龍果切割方法用手動(dòng)切割器切成不同厚度的薄片。

真空冷凍干燥：將火龍果放入真空冷凍干燥機(jī)進(jìn)行原位凍結(jié)，之后進(jìn)行干燥，真空度15 Pa～30 Pa，冷阱溫度為-60℃，干燥至火龍果最終含水量為（5±1）%。

1.3.2 共晶點(diǎn)溫度與共熔點(diǎn)溫度

共晶點(diǎn)溫度是凍干工藝中重要的參數(shù)，物料預(yù)凍溫度一般低于物料共晶點(diǎn)5℃～10℃，保證物料完全凍結(jié)。采用電阻法測(cè)定火龍果的共晶點(diǎn)和共熔點(diǎn)溫度。本試驗(yàn)采用真空冷凍干燥機(jī)自帶的共晶點(diǎn)探頭插入火龍果物料內(nèi)，進(jìn)行冷凍，當(dāng)火龍果內(nèi)全部液體凍結(jié)成固體時(shí)，其電阻躍變?cè)龃?，此時(shí)，溫度就是共晶點(diǎn)溫度，記錄電阻和溫度的大小。同理，解凍時(shí)根據(jù)電阻突然由大變小的現(xiàn)象測(cè)定火龍果共熔點(diǎn)溫度。

1.3.3 指標(biāo)測(cè)試

VC含量的測(cè)定參考趙洪靜等[14]的方法測(cè)定；總糖含量的測(cè)定參照王艷等[15]的方法，在88℃條件下用HCl使樣品水解成單糖，水解后的單糖經(jīng)過(guò)透析器凈化，除去顆粒物、蛋白質(zhì)或生成有色基團(tuán)的大分子，然后在堿性條件下新亞銅復(fù)合物Ⅱ被還原性單糖（果糖、葡萄糖）在88℃熱浴中還原形成新亞銅螯合物Ⅰ，在450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定參考丁紅梅等[16]的方法；總膳食纖維含量的測(cè)定參考王亞等[17]中酶-重量法測(cè)定，樣品在膳食纖維儀上經(jīng)酶解處理、乙醇沉淀、洗滌抽濾得殘?jiān)?，殘?jiān)稍锓Q(chēng)重，再扣除膳食纖維殘?jiān)械牡鞍踪|(zhì)、灰分和試劑空白即為樣品中的膳食纖維，總酸含量的測(cè)定參考吳曉紅等[18]的方法。

感官評(píng)價(jià)：主要包括色澤、風(fēng)味、形狀和口感4個(gè)方面，采用百分制進(jìn)行打分，選定10人研究專(zhuān)業(yè)與此相符的人員組成評(píng)定小組，對(duì)凍干火龍果進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，如表1所示。

表1 感官質(zhì)量評(píng)分表Table 1 Sensory quality score

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

以物料溫度、升華溫度和解析溫度為試驗(yàn)因素，以產(chǎn)品感官品質(zhì)、VC、蛋白質(zhì)、總膳食纖維、總糖含量、總酸含量、糖酸比為試驗(yàn)指標(biāo)，設(shè)計(jì)L9（33）正交試驗(yàn)，來(lái)分析火龍果干干燥效果與厚度、升華溫度和解析溫度等因素之間的關(guān)系。

正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 2 Orthogonal experimental design

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用origin軟件作圖，采用正交設(shè)計(jì)助手進(jìn)行正交試驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 火龍果共晶點(diǎn)溫度

共晶點(diǎn)趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 共晶點(diǎn)趨勢(shì)圖Fig.1 Eutectic point trend

由圖1可知，在逐步降溫至-20℃時(shí)，電阻躍變上升到500 Ω，表明火龍果的共晶點(diǎn)溫度為-20℃。

2.2 火龍果共熔點(diǎn)溫度

共熔點(diǎn)趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

圖2 共熔點(diǎn)趨勢(shì)圖Fig.2 Eutectic point trend

由圖2可知，火龍果共熔點(diǎn)溫度為-11.1℃，也就是在升溫過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到-11.1℃時(shí)，火龍果內(nèi)部的冰晶開(kāi)始融化，導(dǎo)致其電阻值開(kāi)始驟減，表明火龍果的共熔點(diǎn)溫度為-11.1℃。

2.3 火龍果預(yù)凍時(shí)間

火龍果預(yù)凍時(shí)間見(jiàn)表3。

由表3可知，厚度為10 mm的物料在預(yù)凍時(shí)間2 h下，物料外部已達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)溫度-30℃以下，物料內(nèi)部已達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)溫度。

2.4 真空冷凍干燥工藝條件的篩選

真空冷凍干燥工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 不同預(yù)凍時(shí)間對(duì)火龍果感官質(zhì)量的影響Table 3 Effect of different pre-freezing time on sensory quality of dragon fruit

表4 冷凍干燥正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Freeze-dried orthogonal experimental results

對(duì)感官評(píng)價(jià)做正交分析，R1A＞R1C＞R1B，因此各因素對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)锳＞C＞B，即對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)楹穸龋窘馕鰷囟龋旧A溫度。感官評(píng)分優(yōu)化的最佳工藝參數(shù)為：A1B3C3，即厚度為8 mm、升華溫度為25℃、解析溫度為50℃。

對(duì)VC含量做正交分析，R2A＞R2C＞R2B，因此各因素對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)锳＞C＞B即對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)楹穸龋窘馕鰷囟龋旧A溫度。VC含量?jī)?yōu)化的最佳工藝參數(shù)為A2B3C1，即厚度為10 mm、升華溫度為25℃、解析溫度為40℃。

對(duì)蛋白質(zhì)含量做正交分析，R3C＞R3B＞R3A，因此各因素對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)镃＞B＞A即對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)榻馕鰷囟龋旧A溫度＞厚度。蛋白質(zhì)含量?jī)?yōu)化的最佳工藝參數(shù)為A1B1C2，即厚度為8 mm、升華溫度為15℃、解析溫度為45℃。

對(duì)總膳食纖維含量做正交分析，R4B＞R4C＞R4A，因此各因素對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)锽＞C＞A即對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)樯A溫度＞解析溫度＞厚度。總膳食纖維含量?jī)?yōu)化的最佳工藝參數(shù)為A2B1C2，即厚度為10 mm、升華溫度為15℃、解析溫度為45℃。

對(duì)糖酸比做正交分析，R5B＞R5A＞R5C，因此各因素對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)锽＞A＞C即對(duì)試驗(yàn)影響的主次順序?yàn)樯A溫度＞厚度＞解析溫度。糖酸比優(yōu)化的最佳工藝參數(shù)為A2B2C3，即厚度為10 mm、升華溫度為20℃、解析溫度為50℃。

3 結(jié)論與討論

火龍果的共晶點(diǎn)溫度-20℃，共熔點(diǎn)溫度-11.1℃，預(yù)凍溫度-30℃。

不同干燥方法對(duì)火龍果品質(zhì)的影響不同。控制干燥室壓力30 Pa，綜合考慮干燥效率與品質(zhì)分析得出火龍果最佳干燥工藝條件為：厚度10 mm、升華溫度25℃、解析溫度50℃，所得火龍果感官得分95、VC含量74 mg/100 g、蛋白質(zhì)含量9 g/100 g、總膳食纖維含量22.5 g/100 g、糖酸比64.37。

本試驗(yàn)針對(duì)干燥后火龍果的感官評(píng)分、VC含量、蛋白質(zhì)含量、膳食纖維含量、糖酸比為控制指標(biāo)，得出相應(yīng)的參數(shù)，可供消費(fèi)者根據(jù)需求取舍。后續(xù)，在確定火龍果真空冷凍干燥工藝時(shí)，可將火龍果其它品質(zhì)指標(biāo)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，建立火龍果真空冷凍干燥工藝品質(zhì)評(píng)價(jià)綜合體系，力求滿(mǎn)足不同需求的群體。

火龍果糖分含量較高時(shí)，在同樣干燥時(shí)間下，易造成粘鍋的現(xiàn)象，考慮縮短干燥時(shí)間，或調(diào)整干燥溫度，在進(jìn)行真空冷凍干燥過(guò)程中，根據(jù)火龍果的品質(zhì)特性，合理控制干燥時(shí)間，或調(diào)整干燥溫度，使干燥出的火龍果形態(tài)較好。除此之外，影響火龍果真空冷凍干燥的因素除厚度、升華溫度、解析溫度外，與火龍果裝盤(pán)方式、托盤(pán)材質(zhì)、隔板的導(dǎo)熱性能有關(guān)，后續(xù)可以將這些因素納入考慮范圍，干燥出品質(zhì)優(yōu)良、感官品質(zhì)較好的火龍果。