滲透-微波真空干燥對(duì)軟香蕉干質(zhì)構(gòu)調(diào)控及貯藏穩(wěn)定性的影響

王俊濤，滕建文，韋保耀，黃麗，夏寧，朱赟豪

(廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004)

香蕉的保質(zhì)期很短，因此需要采取措施來防止質(zhì)量損失并延長(zhǎng)保質(zhì)期[1]。預(yù)處理如滲透脫水可用在干燥前去除部分水分，可以成為實(shí)現(xiàn)水果塊較高貨架期的可行替代方案，并改善干果品質(zhì)[2]。滲透脫水可以減少食物因熱而產(chǎn)生的顏色、風(fēng)味和質(zhì)地的變化，被用作預(yù)處理來改善食物的營(yíng)養(yǎng)、感官和功能特性[3]。

目前國(guó)際市場(chǎng)上香蕉干產(chǎn)品主要有膨化香蕉脆片[4]、油炸香蕉脆片[5]、熱風(fēng)香蕉干[6]、冷凍香蕉干[7]。另外，一種新型的柔軟耐嚼香蕉干(USA Organic Made in Nature)已經(jīng)出現(xiàn)，該產(chǎn)品口感柔軟耐嚼，具有較為柔軟的口感和其特有的風(fēng)味，具有廣闊的市場(chǎng)前景。但目前關(guān)于該產(chǎn)品的研究鮮有報(bào)道。而滲透-微波真空干燥能否通過調(diào)整香蕉干質(zhì)構(gòu)生產(chǎn)軟香蕉干以及對(duì)產(chǎn)品的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的研究還未見報(bào)道。

文獻(xiàn)表明，衡量食品儲(chǔ)藏穩(wěn)定性時(shí)，水分活度直接影響微生物活動(dòng)、酶促反應(yīng)以及非酶促反應(yīng)[8]，是不可忽視的主要因素。終產(chǎn)品的水分活度往往與產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特征相關(guān)聯(lián)，而水分活度則與產(chǎn)品貯藏期的褐變及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化等化學(xué)穩(wěn)定性相關(guān)[9]。由于軟香蕉干需要較高的水分活度以維持其較為柔軟的口感和其特有的風(fēng)味，但是另一方面，較高的水分活度卻不利于軟香蕉干的保存，所以尋找儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和柔軟口感的平衡點(diǎn)是軟香蕉干貯藏的加工控制難點(diǎn)。

本文將滲透后的香蕉干進(jìn)行微波真空干燥，考察經(jīng)歷了滲透、干燥后的香蕉干產(chǎn)品的水分活度對(duì)其質(zhì)構(gòu)調(diào)整及貯藏穩(wěn)定性的影響。分析維生素C含量的變化，從而建立不同水分活度香蕉干儲(chǔ)藏時(shí)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，分析不同水分活度香蕉干的儲(chǔ)藏性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

香蕉：市售；山梨糖醇(食品級(jí))：南寧越前食品添加劑有限公司；其他試劑：均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

真空微波干燥機(jī) 貴陽新奇微波工業(yè)有限責(zé)任公司；恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；水分活度儀 無錫市華科儀器儀表有限公司；Moc-120H水分儀 Shimadzu公司；分析天平 賽多利斯公司；低頻核磁共振儀 蘇州(上海)紐邁電子科技有限公司；差示量熱掃描儀 馬爾文儀器有限公司；物性分析儀 英國(guó)Stable Micro System公司；色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝方法

將新鮮香蕉剝皮切片，將厚度為1 cm的香蕉干置于微波真空干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，氣壓為25 kPa，在10 W/g的微波強(qiáng)度下使用100 g香蕉微波真空干燥到水分含量為40%(約5 min)。

隨后用質(zhì)量濃度為20%的山梨糖醇對(duì)香蕉干滲透腌制6 h，之后在25 kPa下進(jìn)行微波真空干燥，將香蕉干燥到不同的水分活度。

1.3.2 香蕉干產(chǎn)品的儲(chǔ)藏試驗(yàn)

將經(jīng)山梨糖醇滲透后微波真空干燥到不同水分活度的香蕉干分別裝袋，選用PA/PE 復(fù)合膜包裝袋，每袋裝100 g香蕉干，分別在不同的溫度(0，20，30，40，50 ℃)下保藏，且環(huán)境的相對(duì)濕度保持在60%，每隔7 d取出測(cè)定其維生素C含量和色差值，持續(xù)35 d。

續(xù) 表

1.3.3 香蕉干水分含量測(cè)定

稱取1 g香蕉片樣品，剪碎后放入已校準(zhǔn)的水分儀中，測(cè)定溫度為120 ℃，其30 s內(nèi)質(zhì)量變化小于0.05%視為恒重，完成后從水分儀上讀取水分含量數(shù)值，每組樣品測(cè)定3次取平均值。

1.3.4 香蕉干水分活度測(cè)定

稱取3 g香蕉片樣品，用剪刀將其剪成小塊鋪滿塑料表面皿，放入已校準(zhǔn)的水分活度儀中測(cè)定，讀取水分活度的數(shù)值，每組樣品測(cè)定3次取平均值。

1.3.5 香蕉干質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

利用物性分析儀對(duì)香蕉片進(jìn)行測(cè)定：使用P/100探頭，TPA分析模式對(duì)不同水分活度下的香蕉片進(jìn)行下壓測(cè)定。測(cè)定了香蕉片的硬度、彈性、咀嚼性和粘附性。具體測(cè)定參數(shù)的設(shè)定參考張文會(huì)等[10,11]的文獻(xiàn)報(bào)道，每個(gè)樣品測(cè)定10次取平均值。

1.3.6 差示掃描量熱法(DSC)測(cè)定香蕉干的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

參考林麗君等[12]的方法并做適當(dāng)修改，取10 mg香蕉粉末在差示量熱掃描儀上進(jìn)行分析，溫度從-75～80 ℃，升溫速率為10 ℃/min，吹掃氣為氮?dú)?。同時(shí)用軟件分析其玻璃化溫度的轉(zhuǎn)變區(qū)間。

1.3.7 香蕉干色差的測(cè)定

將香蕉片用色差分析儀進(jìn)行色度分析，每組樣品測(cè)定10次取平均值，以新鮮未干燥的香蕉片作為標(biāo)準(zhǔn)色度值，對(duì)比干燥前后的色差變化，每組樣品測(cè)定3次取平均值。

1.3.8 香蕉干維生素C含量的測(cè)定

參考GB 5009.86-2016測(cè)定[13]：稱取10 g香蕉片，剪碎后置于研缽中研碎后，加入20 g/L的偏磷酸溶液迅速搗成勻漿，加白膏土脫色，用20 g/L的偏磷酸溶液將試樣轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，震搖溶解并定容，用錫箔紙包裹離心管(防止光照使Vc氧化)。搖勻，全部轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中，超聲提取5 min后，于4000 r/min離心5 min，取上清液待測(cè)。用2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定樣品的維生素C含量。先使用(1.000 mg/mL)抗壞血酸對(duì)2,6-二氯靛酚進(jìn)行標(biāo)定，用標(biāo)定后的2,6-二氯靛酚對(duì)其進(jìn)行滴定，每組樣品測(cè)定3次取平均值。

1.3.9 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析

參考任思忱等的研究方法，在保藏過程中，定期測(cè)定不同溫度(T)下香蕉干的VC含量，分別作各溫度下VC對(duì)時(shí)間(t)的變化曲線，線性回歸擬合后直線方程的斜率即為反應(yīng)速率常數(shù)(kT)。利用Arrhenius 方程對(duì)保藏環(huán)境溫度及對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)進(jìn)行擬合，可計(jì)算香蕉干VC的反應(yīng)活化能(Ea)，了解香蕉干在存儲(chǔ)過程中的穩(wěn)定性。

1.3.10 香蕉干的感官評(píng)價(jià)

為了更加深入地了解本研究制作的香蕉干的感官特性，參考感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14]，稍作改動(dòng)，邀請(qǐng)了7名評(píng)價(jià)人員，經(jīng)培訓(xùn)后，品嘗香蕉干產(chǎn)品，根據(jù)表1的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，滿分為100分。

表1 香蕉干感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The sensory evaluation criteria of dried banana

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)以“X±SD”表示，采用Excel將試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄整理，用GraphPad Prism 6.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 滲透-微波真空干燥對(duì)產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)及感官評(píng)價(jià)的影響

本試驗(yàn)考察了水分含量為40%的香蕉片在滲透-微波真空干燥后產(chǎn)品的表征數(shù)據(jù)，在同一水分含量下，利用物性分析儀測(cè)定了香蕉干產(chǎn)品的硬度、粘附性、彈性和咀嚼性，可以直觀地比較不同水分活度下滲透-微波真空干燥與未滲透對(duì)香蕉干產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)參數(shù)的影響。 由表2可知，比較滲透-微波真空干燥與未滲透的香蕉干產(chǎn)品的硬度、粘附性、咀嚼性，發(fā)現(xiàn)與未滲透的香蕉干相比，滲透-微波真空干燥的香蕉干的硬度、粘附性、咀嚼性均減小了，彈性均增大了，說明滲透-微波真空干燥可以較好地調(diào)控香蕉干的硬度、粘附性、彈性和咀嚼性。同時(shí)，香蕉干產(chǎn)品的硬度、粘附性、咀嚼性均隨產(chǎn)品水分活度的減少而增大，而彈性隨水分活度的減少而變小。這可能是由于當(dāng)水分活度降低時(shí)，香蕉干中自由水的含量相對(duì)變小，從而導(dǎo)致香蕉干產(chǎn)品的硬度、粘附性和咀嚼性增大；彈性是變形樣品在去除壓力后恢復(fù)到變形前的高度比率[15]，因而當(dāng)水分活度減小時(shí)，產(chǎn)品的彈性也會(huì)隨之變小。由于制作的香蕉干產(chǎn)品是作為可食用的食品果干，在選擇水分活度時(shí)需考慮口感的適宜性，即果干產(chǎn)品的硬度、粘附性、彈性和咀嚼性需適中，故而水分活度在0.388～0.410之間較適宜。

表2 水分活度對(duì)香蕉干產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)及感官評(píng)價(jià)的影響

為了更加深入地了解滲透-微波真空干燥對(duì)香蕉干感官評(píng)價(jià)的影響，邀請(qǐng)了7名評(píng)價(jià)人員，在品嘗了香蕉干產(chǎn)品后，根據(jù)表1的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，滿分為100分。各組去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分后，評(píng)分結(jié)果取平均值。由表2可知，與未滲透香蕉干相比，滲透-微波真空干燥的香蕉干的感官評(píng)價(jià)總分均增大了；當(dāng)水分活度在0.388～0.410之間時(shí)，滲透-微波真空干燥的香蕉干產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)總分大于70分，此時(shí)，香蕉干產(chǎn)品質(zhì)地柔軟，有一定韌性和彈性，無塌陷，無褐變，甜味與新鮮香蕉差別不大，無苦澀味；而未滲透的香蕉干只有水分活度為0.410時(shí)感官評(píng)價(jià)總分高于70分，口感適宜的水分活度范圍相對(duì)較窄，這也說明了滲透-微波真空干燥可以較好地調(diào)控產(chǎn)品的口感，這與上述水分活度對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響結(jié)果一致。

2.2 產(chǎn)品水分活度對(duì)香蕉干產(chǎn)品保藏性的影響

2.2.1 產(chǎn)品水分活度對(duì)保藏過程中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響

產(chǎn)品的保藏性是每個(gè)產(chǎn)品制作過程中必須考慮的重要因素。而產(chǎn)品水分活度對(duì)其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響很大, 水分活度較低的干制品表現(xiàn)尤其明顯，取經(jīng)過滲透-微波真空干燥后的香蕉干產(chǎn)品，利用DSC測(cè)定了不同水分活度下香蕉干產(chǎn)品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響，見表3。

表3 DSC法測(cè)定產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Table 3 Determination of glass transition temperatures of final products by DSC method

由表3可知，隨著水分活度的降低，香蕉干產(chǎn)品玻璃化轉(zhuǎn)變溫度呈增大趨勢(shì)，說明水分活度越低，香蕉干產(chǎn)品越利于保藏。同時(shí)，山梨糖醇滲透后制作的產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度會(huì)略高于未滲透的產(chǎn)品，這也很好說明了滲透的重要性。

2.2.2 產(chǎn)品水分活度對(duì)保藏過程中產(chǎn)品色差的影響

為了研究香蕉干在保藏過程中的褐變情況，本試驗(yàn)測(cè)定了不同水分活度下香蕉干的色差值，見圖1。

圖1 產(chǎn)品水分活度對(duì)保藏過程中產(chǎn)品色差的影響Fig.1 The influence of product water activity on product color difference in the process of storage

由圖1可知，香蕉干在保藏過程中都會(huì)出現(xiàn)不同程度的褐變情況，具體表現(xiàn)為隨保藏的進(jìn)行，其色差值逐漸增大；而在同一保藏時(shí)間下，香蕉干水分活度越低，其色差值越小。

2.2.3 保藏過程中產(chǎn)品的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析

軟香蕉干經(jīng)歷了滲透-微波真空干燥后，在儲(chǔ)存過程中，一方面香蕉干中水分活度再創(chuàng)新低，其組織中無法提供足夠的自由水與多酚氧化后的產(chǎn)物作用；另一方面VC能使果干組織環(huán)境中pH降低，甚至能與PPO發(fā)生氧化反應(yīng)，從而會(huì)在一定程度上抑制多酚氧化過程的發(fā)生。因此，本研究中以VC含量變化作為香蕉干品質(zhì)指標(biāo)，建立不同水分活度香蕉干儲(chǔ)藏時(shí)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，深入分析不同水分活度香蕉干的儲(chǔ)藏性質(zhì)。

2.2.3.1 保藏過程中產(chǎn)品VC含量的變化

一般可用定量的品質(zhì)指標(biāo)的減少或不良品質(zhì)指標(biāo)的增加來判斷大多數(shù)食品品質(zhì)的損失[16]。為了研究香蕉干在保藏過程中的穩(wěn)定性，以保藏過程中的VC含量為切入點(diǎn)，以期初步分析香蕉干保藏過程中VC的變化趨勢(shì)。

由圖2可知，隨著保藏時(shí)間的增長(zhǎng)，香蕉干的VC含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，且隨水分活度的增加，VC含量的減少量也隨之增加，這可能是由于在保藏時(shí)VC發(fā)生自降解過程致使其含量因消耗而減少，而水分活度越高，這種自降解過程越明顯。

圖2 產(chǎn)品水分活度對(duì)保藏過程中產(chǎn)品VC含量的影響Fig.2 The influence of product moisture activity on product VC content in the process of storage

2.2.3.2 VC的氧化動(dòng)力學(xué)分析

Labuza指出，在食品加工和保藏過程中,與食品質(zhì)量相關(guān)的品質(zhì)變化一般都符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律[17]。所以，VC氧化分解也符合這一規(guī)律,則在溫度T下，VC含量變化的反應(yīng)方程如下：

ln[Vc]=kt+ln[Vc0]。

式中：[Vc]為保藏t天時(shí)的VC含量(mg/100 g)；[Vc0]為初始Vc含量(mg/100 g)；t為保藏時(shí)間(d)；k為氧化反應(yīng)速率常數(shù)(d-1)。

試驗(yàn)中分別用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)回歸方程分析滲透-微波真空干燥后的多個(gè)不同保藏溫度下不同水分活度香蕉干的VC含量。由表4可知，各回歸方程的R2均大于0.9600，擬合效果較好，VC的氧化反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。不同水分活度的香蕉干產(chǎn)品在保藏過程中，其VC氧化反應(yīng)的k值都小于零，表明VC與時(shí)間t呈負(fù)相關(guān)。同時(shí)當(dāng)保藏時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，VC含量逐漸減少。且不同溫度下VC含量單位時(shí)間減少量(k值)不同，具體為溫度升高時(shí)香蕉干VC氧化的k值也變大，這在某種程度上為溫度的升高可導(dǎo)致香蕉干褐變的加快提供了理論支持。本研究中，香蕉片在0～50 ℃的范圍內(nèi)，VC的變化趨勢(shì)遵照一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的變化。

表4 保藏過程中產(chǎn)品VC的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析Table 4 Analysis of reaction kinetics of vitamin C in the process of storage

2.2.3.3 香蕉干儲(chǔ)藏過程中活化能的計(jì)算

香蕉干VC對(duì)儲(chǔ)藏時(shí)間的變化規(guī)律可用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程來表示，而反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T相關(guān)，從而Arrhenius 方程可用來確定其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性[18]：

式中：T為反應(yīng)溫度(K)；kT為溫度T下的反應(yīng)速率常數(shù)(d-1)；K0為指前因子(d-1)；Ea為活化能(J/mol)；R為氣體常數(shù)[8.3144 J/(mol·K)]。

以ln(kT)對(duì)相應(yīng)的1/T作圖，根據(jù)所得直線的斜率Ea/R可求出Ea 和K0，活化能Ea是香蕉干VC含量發(fā)生變化需要戰(zhàn)勝的能量阻力，用于反映引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的阻力大小；其中Ea值愈大的化學(xué)反應(yīng)的能量阻力愈大，反應(yīng)愈難發(fā)生[19]。

由表5可知，水分活度越高，香蕉干維生素C氧化的Ea值也越高，說明高水分活度儲(chǔ)藏時(shí)的香蕉干維生素C氧化所需要克服的能量壁壘較低，其儲(chǔ)藏的穩(wěn)定性也較差。

表5 香蕉干儲(chǔ)藏過程中活化能的計(jì)算分析Table 5 The calculation analysis of activation energy of dried banana in the process of storage

3 結(jié)論

本文通過比較滲透-微波真空干燥與未滲透的香蕉干產(chǎn)品的硬度、粘附性、咀嚼性以及感官評(píng)分，發(fā)現(xiàn)滲透-微波真空干燥可以起到較好地調(diào)控香蕉干產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和口感的作用。同時(shí)，香蕉干產(chǎn)品的水分活度在0.388～0.410之間時(shí)口感適宜；而在考慮到產(chǎn)品保藏穩(wěn)定性時(shí)，香蕉干的水分活度越低越利于保藏。綜合考慮產(chǎn)品的口感和儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，本研究中軟香蕉干產(chǎn)品的水分活度為0.388較適宜。

本研究中以VC含量變化作為香蕉干品質(zhì)指標(biāo)，建立不同水分活度香蕉干儲(chǔ)藏時(shí)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，深入分析不同水分活度香蕉干的儲(chǔ)藏性質(zhì)。結(jié)果表明，香蕉干產(chǎn)品VC含量與保藏時(shí)間t呈負(fù)相關(guān)，同時(shí)當(dāng)保藏時(shí)間增長(zhǎng)時(shí)，不同溫度下VC含量單位時(shí)間減少量(k值)不同，具體為溫度升高時(shí)香蕉干VC氧化的k值也變大，這在某種程度上為溫度的升高可導(dǎo)致香蕉干褐變的加快提供了理論支持。另一方面，通過所建立的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出各水分活度下對(duì)應(yīng)的香蕉干產(chǎn)品在儲(chǔ)藏過程中的活化能，發(fā)現(xiàn)其活化能與水分活度呈正相關(guān)，這也為上述試驗(yàn)結(jié)果得到的水分活度越低越利于產(chǎn)品儲(chǔ)藏的結(jié)果提供了理論支撐；且香蕉干水分活度為0.388時(shí)Vc氧化活化能為 53318.58 J/mol，利于穩(wěn)定貯藏。