預(yù)處理對(duì)紅薯葉熱泵干燥品質(zhì)的影響

楊 玉 任廣躍 史亞楠 張亞鳳 劉書(shū)林 馬麗蘋(píng)

(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

紅薯又名地瓜，是中國(guó)的主要農(nóng)作物之一。紅薯葉中蛋白質(zhì)、胡蘿卜素、維生素和礦物質(zhì)含量極高，還富含多種生物活性成分，具有藥食兩用的作用[1-2]。目前已有一系列紅薯葉產(chǎn)品[3]，但中國(guó)紅薯葉的開(kāi)發(fā)利用還處于起步階段，尚需研究推廣。

熱泵干燥技術(shù)是利用回收干燥室排除的高溫高濕空氣中所含的顯熱和潛熱來(lái)加熱被干燥介質(zhì)，減少了熱量損失和環(huán)境污染，一定程度上控制干燥空氣的溫度和濕度，從而提升干燥效率和干制品品質(zhì)[4-5]。干燥前對(duì)果蔬進(jìn)行滲透預(yù)處理可以顯著提高其干燥效率，減少干燥過(guò)程對(duì)果蔬品質(zhì)的破壞[6-7]。滲透溶液濃度越高，果蔬失水量越大，其產(chǎn)品固形物得率增加，但隨著濃度的繼續(xù)升高，果蔬固形物得率則降低，這是由于滲透溶液濃度的升高其黏度也不斷升高，增加了傳質(zhì)阻力，阻礙了溶質(zhì)的滲入，導(dǎo)致干燥效率降低[8]。低頻超聲(20～100 kHz) 技術(shù)可用作果蔬干燥預(yù)處理，其作用機(jī)理為：超聲作用下，物料不斷地收縮和膨脹，促進(jìn)微細(xì)通道的形成，減小物料傳熱表面層厚度，從而提高果蔬對(duì)流傳質(zhì)效率[9-11]。

熱泵干燥前，對(duì)果蔬進(jìn)行超聲預(yù)處理會(huì)對(duì)果蔬品質(zhì)產(chǎn)生不同影響[12-14]。Jambrak等[15]發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理明顯提高了果蔬的干燥速率，且復(fù)水比(質(zhì)量增重)得到了顯著提升；Kadam等[16]發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理可以提高褐藻的顏色保留率；Dehghannya等[17]發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理可以提高李子熱風(fēng)干燥的水分有效擴(kuò)散系數(shù)；Wang等[18]發(fā)現(xiàn)超聲產(chǎn)生的空化效應(yīng)使胡蘿卜物料形成很多微小通道結(jié)構(gòu)，從而減少了干燥時(shí)間，提高了β-胡蘿卜素含量和干燥物料復(fù)水比；Nascimento等[19]發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理可以顯著減少百香果果皮總酚損失，提高其抗氧化性。上述研究只采取單一的預(yù)處理方式，未將鹽漬與超聲預(yù)處理進(jìn)行聯(lián)合操作。試驗(yàn)擬對(duì)紅薯葉進(jìn)行鹽漬、超聲及聯(lián)合預(yù)處理，以預(yù)處理后紅薯葉的干燥速度、色澤、葉綠素含量、POD酶活性及復(fù)水比[20]為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化其干燥工藝條件，為紅薯葉的加工提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紅薯葉：新鮮脫毒紅薯葉，顏色鮮綠、表面光滑、無(wú)腐爛、無(wú)蟲(chóng)眼，初始干基含水率為7.28 g/g，自種；

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉：分析純，濰坊興泰化工有限公司；

鄰苯二酚：分析純，鄭州市達(dá)明化工原料有限公司；

愈創(chuàng)木酚、過(guò)氧化氫：分析純，德州潤(rùn)昕實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

丙酮：分析純，洛陽(yáng)氚珅化工儀器有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

熱泵干燥機(jī)：GHRH-20型，廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所；

數(shù)控超聲清洗器：KQ-500DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

臺(tái)式高速離心機(jī)：TG16-WS型，湖南湘儀試驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；

紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)：UV2600A型，上海尤尼柯儀器有限公司；

全自動(dòng)測(cè)色色差儀：TC-PIG型，沈陽(yáng)子尊科技有限公司；

吉爾森精密移液槍?zhuān)篜200型，上海華運(yùn)分析儀器有限公司；

電子天平：JA2003型，上海天平儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 預(yù)處理

(1) 鹽漬處理：使用不同濃度(1%，2%，3%，4%，5%)的鹽溶液浸泡紅薯葉24 h，于60 cm×60 cm的多孔物料托盤(pán)中進(jìn)行熱泵干燥，測(cè)定鹽漬處理后紅薯葉的POD酶活性和葉綠素含量，并測(cè)定熱泵干燥后紅薯葉色澤、復(fù)水比及干基含水率。

(2) 超聲處理：先將紅薯葉于超聲功率200 W下分別超聲處理30，60，90，120，150 s，然后于60 cm×60 cm的多孔物料托盤(pán)中進(jìn)行熱泵干燥，測(cè)定超聲預(yù)處理后紅薯葉的POD酶活性和葉綠素含量，并測(cè)定熱泵干燥后紅薯葉色澤、復(fù)水比及干基含水率。

(3) 鹽漬超聲聯(lián)合處理：紅薯葉先于最適鹽漬濃度下浸泡24 h，然后于超聲功率200 W下分別超聲處理30，60，90，120，150 s，再于60 cm×60 cm的多孔物料托盤(pán)中進(jìn)行熱泵干燥，測(cè)定預(yù)處理后紅薯葉的POD酶活性和葉綠素含量，并測(cè)定熱泵干燥后紅薯葉色澤、復(fù)水比及干基含水率。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定

(1) 過(guò)氧化物酶(POD酶)活性：稱(chēng)取預(yù)處理后的紅薯葉0.50 g，加入10 mL磷酸緩沖液研磨成勻漿，8 000 r/min 離心25 min，收集上層清液并稀釋10倍，于4 ℃冰箱保存。采用比色法測(cè)定，并按式(1)、(2)計(jì)算POD酶活性。

△OD470 nm=(OD470 nm末-OD470 nm初)/(t1-t2)，

(1)

U=△OD470 nm×V/(Vs×m)，

(2)

式中：

△OD470 nm初——反應(yīng)時(shí)間內(nèi)吸光值的變化；

U——過(guò)氧化物酶活性，U/g；

OD470 nm初——起始吸光值；

OD470 nm末——結(jié)束吸光值；

t1——起始時(shí)間，min；

t2——結(jié)束時(shí)間，min；

V——粗酶液總體積，mL；

Vs——測(cè)定過(guò)程中加入酶液體積，mL；

m——紅薯葉樣品質(zhì)量，g。

(2) 葉綠素含量：稱(chēng)取預(yù)處理后的紅薯葉0.20 g，加入石英砂，10 mL 80%丙酮研磨，定容至50 mL，分別測(cè)定663，645 nm處吸光值。按式(3)、(4)計(jì)算葉綠素含量。

G=20.7×OD645 nm+8.02×OD663 nm，

(3)

C=G×V/(m×1 000)，

(4)

式中：

G——葉綠素含量，g；

C——溶液中葉綠素濃度，mg/L；

m——紅薯葉質(zhì)量，g；

V——提取液體積，mL。

(3) 復(fù)水比：稱(chēng)取一定量干燥后的紅薯葉，水中浸泡2 h，使其盡可能恢復(fù)到干燥前的狀態(tài)，用濾紙吸去表面水分，稱(chēng)重。按式(5)計(jì)算復(fù)水比。

Rf=m1/m0，

(5)

式中：

Rf——紅薯葉復(fù)水比；

m1——復(fù)水后樣品質(zhì)量，g；

m0——干燥后紅薯葉質(zhì)量，g。

(4) 色差：采用色差計(jì)測(cè)定紅薯葉的明度指數(shù)(L值)、彩度指數(shù)(a值和b值)，并按式(6)計(jì)算色差值。

(6)

式中：

L*——明度；

a*、b*——色度。

(5) 干基含水率：物料測(cè)定間隔時(shí)間1 h，按式(7)計(jì)算干基含水率。

(7)

式中：

Mt——干基含水率，g/g；

mt——干燥前樣品質(zhì)量，g；

mg——干燥后絕干物料質(zhì)量，g。

(6) 加權(quán)綜合評(píng)分法：令yjmax對(duì)應(yīng)100分，yjmin對(duì)應(yīng)0分，則每個(gè)指標(biāo)得分(yij′)為

(8)

按式(9)計(jì)算加權(quán)綜合評(píng)分。

yi*=∑Wjyij′,

(9)

式中：

wj——各項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)。

復(fù)水比得分yij′對(duì)加權(quán)綜合評(píng)分yi*的貢獻(xiàn)越大越好，色差值與干燥時(shí)間得分yij′對(duì)加權(quán)綜合評(píng)分yi*的貢獻(xiàn)越小越好，其加權(quán)系數(shù)分別為0.4，-0.3，-0.3。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有樣品平行測(cè)定2次。采用Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和制表，采用Origin 2017軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽漬處理對(duì)紅薯葉理化性質(zhì)的影響

2.1.1 POD酶活性、葉綠素含量及復(fù)水比 由圖1可知， POD酶活性隨鹽濃度的增大先降低后升高，當(dāng)鹽濃度為4%時(shí)活性最低，當(dāng)鹽濃度為1%時(shí)活性較高，可能是鹽濃度的升高對(duì)POD酶活性有抑制作用。葉綠素含量隨鹽濃度的增加先上升后下降，當(dāng)鹽濃度為4%時(shí)達(dá)最大值。復(fù)水比隨鹽濃度的增加而上升，當(dāng)鹽濃度為2%復(fù)水比最大。

圖1 鹽漬處理對(duì)紅薯葉POD酶活性、葉綠素含量

2.1.2 色差 由圖2可知，隨著鹽濃度的增大，L值與b值呈下降趨勢(shì)，a值呈上升趨勢(shì)，紅薯葉亮度降低，色澤變差。

圖2 鹽漬處理對(duì)紅薯葉色差的影響

2.1.3 干基含水率 由圖3可知，隨著干燥的進(jìn)行，紅薯葉內(nèi)水分不斷減少，當(dāng)經(jīng)4%鹽漬預(yù)處理后，紅薯葉熱泵干燥最先達(dá)到恒重，用時(shí)420 min，耗能最少；當(dāng)經(jīng)1%鹽漬預(yù)處理后，紅薯葉熱泵干燥最后達(dá)到恒重，耗能最多。這可能是由于隨鹽濃度的升高，紅薯葉內(nèi)部失水逐漸增大，一定程度上加快了熱泵干燥速度。

圖3 鹽漬處理對(duì)紅薯葉干基含水率的影響

2.2 超聲預(yù)處理對(duì)紅薯葉理化性質(zhì)的影響

2.2.1 POD酶活性、葉綠素含量及復(fù)水比 由圖4可知，POD酶活性隨超聲處理時(shí)間的增加而上升，當(dāng)超聲時(shí)間為30 s時(shí)活性最低，當(dāng)超聲時(shí)間為150 s時(shí)活性最高。葉綠素含量隨超聲時(shí)間的增加先上升后下降，當(dāng)超聲時(shí)間為30 s時(shí)含量最低，當(dāng)超聲時(shí)間為120 s時(shí)含量最高。紅薯葉復(fù)水比隨超聲時(shí)間的增加逐漸下降。

圖4 超聲預(yù)處理對(duì)紅薯葉POD酶活性、葉綠素含量及復(fù)水比的影響

2.2.2 色差 由圖5可知，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，L值和b值逐漸下降，a值先下降后上升。當(dāng)超聲時(shí)間為120 s時(shí)，a值最低，說(shuō)明此時(shí)紅薯葉的色澤較好。

圖5 超聲預(yù)處理對(duì)紅薯葉色差的影響

2.2.3 干基含水率 由圖6可知，經(jīng)超聲預(yù)處理120 s后，紅薯葉熱泵干燥最先達(dá)恒重，用時(shí)480 min，而其他各組達(dá)恒重時(shí)間差異不顯著。這可能是超聲預(yù)處理使紅薯葉內(nèi)部通道擴(kuò)大，加快紅薯葉內(nèi)部水分?jǐn)U散速度，提高熱泵干燥效率，并且一定程度地改善紅薯葉品質(zhì)。但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，超聲預(yù)處理對(duì)紅薯葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定破壞，導(dǎo)致紅薯葉品質(zhì)下降。

圖6 超聲預(yù)處理對(duì)紅薯葉干基含水率的影響

2.3 聯(lián)合預(yù)處理對(duì)紅薯葉理化性質(zhì)的影響

2.3.1 POD酶活性、葉綠素含量及復(fù)水比 由圖7可知，經(jīng)4%鹽漬預(yù)處理后，當(dāng)超聲時(shí)間為30 s時(shí)POD酶活性最強(qiáng)，當(dāng)超聲時(shí)間為60 s時(shí)POD酶活性最弱，當(dāng)超聲時(shí)間為90～150 s時(shí)，POD酶活性隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素含量先下降后上升，復(fù)水比總體呈下降趨勢(shì)，當(dāng)超聲時(shí)間為30 s時(shí)，葉綠素含量和復(fù)水比最高。

圖7 聯(lián)合預(yù)處理對(duì)紅薯葉POD酶活性、葉綠素含量及復(fù)水比的影響

2.3.2 色差 由圖8可知，經(jīng)4%鹽漬預(yù)處理后，當(dāng)超聲時(shí)間為60 s時(shí)紅薯葉a值最低，b值最高，此時(shí)紅薯葉色澤較好。

圖8 聯(lián)合預(yù)處理對(duì)紅薯葉色差的影響

2.3.3 干基含水率 由圖9可知，經(jīng)4%鹽漬預(yù)處理后，當(dāng)超聲時(shí)間為60 s時(shí)，紅薯葉熱泵干燥最先達(dá)恒重，用時(shí)420 min，耗能最少，而其他各組達(dá)恒重時(shí)間差異不顯著。這可能是經(jīng)鹽漬預(yù)處理后，紅薯葉失水，造成內(nèi)部通道部分收縮，再進(jìn)行超聲預(yù)處理，對(duì)紅薯葉內(nèi)部通道造成不同程度影響。當(dāng)時(shí)間較短時(shí)，超聲處理使收縮的通道擴(kuò)張，提高紅薯葉的干燥效率，但隨著超聲時(shí)間的增加，紅薯葉內(nèi)部通道被破壞，導(dǎo)致紅薯葉熱泵干燥速率降低，品質(zhì)下降。

圖9 聯(lián)合預(yù)處理對(duì)紅薯葉干基含水率的影響

2.4 加權(quán)綜合評(píng)價(jià)

由表1可知，當(dāng)鹽漬濃度為4%、超聲預(yù)處理時(shí)間為120 s時(shí)，紅薯葉熱泵干燥品質(zhì)較好。這可能是由于超聲介質(zhì)和樣品之間的水分活度差會(huì)造成超聲預(yù)處理樣品初始含水量上升，從而導(dǎo)致水分從超聲環(huán)境轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中，降低干燥效率，延長(zhǎng)干燥時(shí)間[21]。綜上，經(jīng)4%鹽漬預(yù)處理后，紅薯葉熱泵干燥的各項(xiàng)理化性質(zhì)優(yōu)于其他條件的。

表1 預(yù)處理對(duì)紅薯葉特性的影響

3 結(jié)論

以新鮮紅薯葉為試驗(yàn)原料，考察不同預(yù)處理方式下紅薯葉物化品質(zhì)的變化，同時(shí)研究了新鮮紅薯葉預(yù)處理方式與干燥速率之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，經(jīng)鹽漬預(yù)處理的紅薯葉干燥后的物化品質(zhì)顯著高于其他預(yù)處理的，其中4%鹽溶液預(yù)處理所得產(chǎn)品復(fù)水比較高、葉綠素含量最高、色澤保持較好，且熱泵干燥效率較高，能耗低。超聲預(yù)處理對(duì)紅薯葉的組織具有破壞性，導(dǎo)致葉綠素含量降低。試驗(yàn)預(yù)處理時(shí)并未對(duì)樣品進(jìn)行護(hù)色處理，導(dǎo)致紅薯葉干制品色澤與新鮮樣品相差較大，建議增加護(hù)色處理工序，并探討護(hù)色劑配比、濃度及處理時(shí)間等因素對(duì)紅薯葉熱泵干燥品質(zhì)的影響，進(jìn)而提升紅薯葉干制品的商業(yè)價(jià)值。