不同組合滲透與冷凍前處理對藍莓干燥品質的影響

吳煒俊, 程麗娜，肖更生，徐玉娟，余元善，劉偉俊，鄭曉濤，鄒 穎，鄒 波，李 俊

(1.華南農業(yè)大學 食品學院，廣東 廣州 510640；2.廣東省農業(yè)科學院 蠶業(yè)與農產品加工研究所/農業(yè)農村部功能食品重點實驗室/廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610；3.仲愷農業(yè)工程學院，廣東 廣州 510225)

藍莓，亦為越橘，杜鵑花科( Ericaceae) 越橘屬(Vaccinium)野生莓種，因富含營養(yǎng)成分，具有抗衰老等功效，被譽為“水果皇后”和“漿果之王”[1]。藍莓是所有果蔬中生物活性物質最豐富的水果之一，也被聯合國糧農組織(FAO)列作人類五大健康食品之一[2-3]。藍莓以鮮銷為主，而國產藍莓成熟期一般集中在高溫多濕季節(jié)，采后易受微生物侵染或其他機械性損傷導致品質劣變，因而不耐貯藏，采后損失嚴重，在0℃和90% ～ 95%相對濕度環(huán)境下，貨架期不足兩周[4]。

干燥是延長食品貨架期和增加食品附加值的有效手段，果干產品也頗受消費者青睞。目前，工業(yè)上常采用的熱風干燥，具備操作簡易、干燥速度相對較快等優(yōu)勢，但同時也存在一些不足，如干燥時間長，干燥速率不易控制，干燥后質構、色澤和其他營養(yǎng)成分都會有所改變或劣變[5]。在干燥過程中，水分擴散速率隨溫度升高而增大，當水果長時間置于高溫環(huán)境中，可能會導致果實中的營養(yǎng)成分嚴重損失[6]。研究發(fā)現，在干燥藍莓過程中，藍莓表面含有一層蠟狀疏水層，會阻礙水分從藍莓內部到表面的運輸，從而限制果實內部的傳熱，特別是在較低溫條件下[7-9]。滲透常作為一種促進傳質的干燥前處理方式[10]；冷凍是一種生鮮食品有效的貯藏方式，對促進干燥過程中的傳熱傳質也具有一定效果[11]。滲透和冷凍在食品干燥過程中的各自效果有限，目前關于二者聯合使用效果的研究較少，其作用機制尚未十分明確。研究滲透與冷凍- 解凍不同組合的作用模式對藍莓干燥過程中的影響，對提高藍莓商品附加值具有實際指導意義，同時也可為藍莓干燥技術的改進提供進一步的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

藍莓(遼寧丹東，粉藍品種)，采購于廣州市農貿市場。分類篩選大小形狀均一、無機械性損傷、無蟲害霉變的藍莓，每25顆藍莓用小密封袋(13 cm×18 cm)分裝后置于4 ℃冷庫預冷24 h，待用。蔗糖(食品級)，南寧糖業(yè)股份有限公司；海藻糖(食品級)，河南萬邦實業(yè)有限公司。新鮮藍莓基本理化指標見表1。

表1 新鮮藍莓漿果基本理化指標Tab.1 Main physical and chemical indexes of fresh blueberry

1.2 主要試劑

氯化鈣、甲醇、碳酸鈉、福林酚試劑、苯酚、濃硫酸、濃鹽酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、水溶性維生素E(Trolox)、熒光素鈉、2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二鹽酸鹽，均采購于福晨(天津)化學試劑有限公司，以上試劑均為分析純。

1.3 主要儀器

DJL- QF型液氮速凍機，深圳市德捷力冷凍科技有限公司；CR22GⅢ型高速冷凍離心機，日本日立公司；TA Xplus型質構儀，英國Stable Micro System公司；DHG 101- 3A型電熱恒溫烘箱，上海喆鈦機械制造有限公司；Infinite M200PRO型酶標儀，瑞士TECAN公司；Ultra Scan VIS型全自動色差儀，美國Hunter Lab公司；UV1800型紫外可見分光光度計，日本島津公司；L3.5TB1型熱泵干燥機，廣東威爾信實業(yè)有限公司。

1.4 藍莓干燥前處理方法

以藍莓為研究對象，在對樣品進行相同干燥處理(熱風，30 h ，60 ℃)前，進行不同組合模式的滲透[質量分數為15%海藻糖、15%氯化鈣、15%蔗糖，固液比1∶10(質量比)，室溫靜置3 h]和冷凍- 解凍(液氮-80 ℃冷凍，室溫解凍)前處理，前處理方式見表2。

表2 不同組合滲透、冷凍前處理方式Tab.2 Different combination of osmosis and freezing pretreatment methods

1.5 各理化指標的測定

1.5.1水分測定

采用GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》中的方法，測定處理樣品的含水量，以干基質量計算。

1.5.2質構測定

參考文獻[12]的方法略有修改。采用質構儀對樣品進行測定，使用直徑為5 cm的圓柱形平底探頭，測前速度1.60 mm/s，測中速度0.8 mm/s，測后速度2.00 mm/s，觸發(fā)力為5.0 g，壓縮變性程度30.0% ，時間為10 s。以兩次壓縮的最大峰值平均值作為硬度指標，每組樣品隨機取樣平行測定15次。

1.5.3色差分析

采用全自動色差儀的反射模式測定處理后樣品的色澤變化，以新鮮組作為色差測定的參比樣，色差結果主要以L*(亮度)，a*(紅綠)，b*(黃藍)，ΔE*(變化值)表示[13]，ΔE*值計算如式(1)。

(1)

1.5.4總糖測定

參考文獻[14]的方法對樣品進行測定，最終結果以葡萄糖當量表示。

1.5.5總酚含量測定

樣品提取方法參考文獻[15]，總酚測定參考文獻[16]中的方法，最終結果以每克樣品所含毫克當量沒食子酸計算。

1.5.6總花色苷含量測定

花色苷含量測定采用pH示差法，參考文獻[17]中的方法。最終結果用單位質量(g)樣品所含矢車菊素-3-葡萄糖苷質量(mg)表示，花色苷含量計算方法如式(2)、(3)。

A=(A510-A700)pH1.0-(A510-A700)pH4.5；

(2)

C=(A×M×f×1 000)×V/(ε×1×m)。

(3)

式(3)中，C為花色苷質量分數，mg/100 g；M為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾質量449.2 g/mol；f為稀釋因子；ε為主要花色苷的摩爾吸收率，26 900 L/(mol·cm)。

1.5.7氧化自由基吸收能力測定

使用常見的ORAC(oxygen radical absorbance capacity)測定方法，具體參考文獻[18]的方法。熒光測定條件：激發(fā)波長485 nm，發(fā)射波長520 nm，循環(huán)35次，每個循環(huán)2.5 min。以Trolox為標準品，樣品的ORAC值以Trolox當量表示(μmol/L)。

1.6 數據處理

2 結果與討論

2.1 不同組合滲透與冷凍前處理對藍莓干燥過程中物理品質的影響

2.1.1對水分的影響

圖1、圖2分別是不同組合滲透、冷凍前處理對藍莓預干燥(30 h)脫水速率和干燥后含水量變化實驗結果。不同組合前處理模式對藍莓脫水速率和含水量變化均有顯著差異(P<0.05)。圖1結果顯示，含水量隨干燥時間推移呈降低趨勢，不同組合前處理對其含水量影響較大。由圖2結果得到各組每小時平均脫水速率分別為2.076%、2.057%、2.080%、2.090%、1.610%，其中方法Ⅳ的脫水速率最快，干燥結束后含水量最低(較方法Ⅰ、方法Ⅱ和Ⅴ的脫水速率分別提高了5.55%、6.39%、36.91%)；方法Ⅲ次之；單一模式組間無顯著性差異(P>0.05)；未處理組效果最差。

圖1 不同組合前處理方法的藍莓預干燥脫水速率變化Fig.1 Effect of pretreatment with different combinations on dehydration rate of blueberry during drying

不同小寫字母表示具有顯著差異(P<0.05)。圖2 不同組合前處理方法的藍莓干燥過程中含水量變化Fig.2 Effect of pretreatment with different combinations on water content of blueberry during drying

由此可見，滲透與冷凍前處理模式結合對藍莓干燥具有協同作用，較優(yōu)于單一作用模式，均顯著優(yōu)于未處理組。這可能是滲透和冷凍都可作為促進傳質的一種干燥前處理方式，對促進干燥過程中的傳熱傳質也具有一定效果，但二者單獨作用還不能使產品達到穩(wěn)定的品質狀態(tài)，各自效果具有局限性；經凍融處理后的藍莓表面機械強度降低而增加其表面滲透性，此時對其做進一步的滲透處理，高滲透壓溶液可能改變漿果的流變特性和玻璃化溫度[19]，果實內部脫水過程得到進一步實現，從而促進干燥過程中熱量和水分的傳遞。

2.1.2對硬度的影響

考察藍莓果干的硬度變化對表征其品質是至關重要的，不同組合滲透、冷凍前處理對藍莓干燥的硬度影響如圖3。由圖3可見，各組別間的硬度具有顯著性差異(P<0.05)。與未處理組對比，不同前處理模式的樣品(方法Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)硬度分別提高了8.29、6.22、8.64、9.09倍，而滲透液處理過的3個組別無顯著性差異(P>0.05)。“冷凍- 解凍- 滲透- 干燥”組(方法Ⅳ)硬度最大(較方法Ⅰ和Ⅱ的硬度分別提高8.59%、39.80%)，未處理組干燥失水后硬度最小且呈軟癟狀態(tài)。這可能是藍莓在干燥過程中水分不斷減少，內部結構被破壞，細胞壁形成不均勻形狀，胞壁內容物出現皺縮現象，從而表面出現波形皺褶形態(tài)，宏觀上可見到原本飽滿的果實顯得皺縮而軟癟[20]。藍莓表面含有蠟狀疏水層，阻礙水分從內部運輸到表面，從而限制了對內部的傳熱，但在低溫條件下，能夠降低表面阻力影響和促進干燥過程中高水分轉移[7-9]，有效提高干燥速率，降低含水量而提高果干硬度。另一方面，滲透液與果實間存在滲透差，滲透液與藍莓內部水分子之間互相滲透，而導致內容物比例發(fā)生變化。滲透液中含有CaCl2、蔗糖和海藻糖，藍莓經低溫冷凍處理后，一部分CaCl2分子更加容易進入組織內部，與果肉內的果膠類物質發(fā)生反應從而增加了藍莓果干的硬度[21]；糖分也大量滲入細胞內部，與細胞內水分子發(fā)生交互作用[22]，導致細胞內部孔隙度降低，干燥后的果干質地結構變硬。此外，實驗中發(fā)現，滲透處理組比未經滲透處理組更能延緩果干的皺縮現象，可能是因為海藻糖具有穩(wěn)定蛋白質和生物細胞結構，能夠對多種有害刺激產生對抗性，有效提高果實的持水力與保水效果，增大凝膠凍融穩(wěn)定性等作用[23-24]。藍莓水分的流失會導致細胞結構的變化，滲透液中的溶質及外部條件會維持細胞組織構架，凍融對促進干燥過程中的傳熱傳質也具有一定效果。因此，滲透與冷凍前處理聯用模式具有協調作用，能夠使硬度顯著提高。

2.1.3對色澤的影響

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3 不同組合前處理方法對藍莓干燥后硬度的影響Fig.3 Effect of pretreatment with different combinations on hardness of dried blueberry

產品的色澤是影響消費者選擇的最直觀指標之一，不同組合滲透、冷凍前處理方法的藍莓干燥后色澤變化結果如表3。

表3 不同前處理方式對藍莓干燥后色澤的影響Tab.3 Effect of different pretreatment methods on color of dried blueberry

表3顯示，相比新鮮組，不同組合模式對藍莓干燥的L*值顯著降低(P<0.05)，藍莓本身的深藍色色澤出現降低現象。相比未處理組，其他處理組與新鮮藍莓L*值比較接近，說明不同組合前處理模式能有效保持果實亮度。滲透后直接進行干燥的組別(如方法Ⅰ、Ⅳ)表現亮度更高，可能因為滲透后直接干燥的藍莓經過干燥一段時間，表面析出更多的糖分[25]，從而顯示出更好的光澤。

表3顯示，不同組合模式對藍莓干燥的a*值具有顯著性差異(P<0.05)，而方法Ⅰ、Ⅳ組別與新鮮組a*值最接近且差異不顯著(P>0.05)。未滲透組(如方法Ⅱ、Ⅴ)果干出現紅色小泡，其他組樣品并未出現，與實驗測得的結果一致。這是因為藍莓經干燥后，果實中的花色苷會發(fā)生降解與聚合[26]，導致果干色澤產生一定程度的變化；而藍莓經滲透處理后，滲透液中溶質與藍莓內部水分子互相滲透，并發(fā)生交替作用，在一定程度上能較好地保護其細胞結構[27]，減少干燥對細胞組織(如液泡等)的破壞，從而較好地維持原有的色澤。

表3顯示，不同組合模式對藍莓干燥后的b*值與新鮮組相比具有顯著性差異(P<0.05)，這是因為藍莓自身含有的蛋白質和可溶性糖(滲透液中的蔗糖包括在內)，在長時間的干燥過程中分別降解為氨基酸和含羰基的單糖，兩者間發(fā)生美拉德反應，導致藍莓發(fā)生褐變，顏色由深藍色褐變成藍黑色[28]，但b*絕對值變??；各組間無顯著性差異可能是藍莓經干燥后，顏色變成藍黑色，形態(tài)皺縮后接近黑色，組間顏色變化極其微小，所測得數據無明顯變化，因而差異不顯著。

ΔE*值越小，表示顏色變化越小。以新鮮組作為參比，不同組合模式組間具有顯著性差異(P<0.05)。表3結果顯示，方法Ⅳ中ΔE*值最小，經干燥后顏色變化最小。相比其他組別作用模式，“冷凍- 解凍- 滲透- 干燥”組所得到的藍莓果干色澤質量更好。

2.2 不同組合滲透與冷凍前處理對藍莓干燥過程中營養(yǎng)物質的影響

2.2.1對總糖含量的影響

總糖含量的高低可作為藍莓果干風味物質和營養(yǎng)成分保留程度的衡量指標之一。新鮮藍莓的總糖含量為110.2 mg/g，經不同組合前處理的藍莓干燥后總糖變化情況見圖4。由圖4可知，不同組合前處理模式之間具有顯著性差異(P<0.05)。相比新鮮藍莓，未滲透處理組的總糖含量顯著性降低(P<0.05)；反之，其他組總糖含量顯著性提高(P<0.05)?！袄鋬? 解凍- 滲透- 干燥”組(方法Ⅳ)為最優(yōu)(較方法Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ的糖含量保持率分別提高1.10、1.44、2.70倍)，方法Ⅲ處理效果次之。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖4 不同組合前處理方法對藍莓干燥后總糖含量變化的影響Fig.4 Effect of pretreatment with different combinations on total sugar of dried blueberry

藍莓本身含有可溶性糖，以含有羰基的葡萄糖和果糖為主。在長時間的干燥過程中，細胞內的蛋白質發(fā)生降解產生氨基酸，與羰基化合物發(fā)生美拉德反應，從而降低可溶性糖含量。此外，果實表面的疏水性蠟質層可能會降低對水的滲透性而對滲透脫水有一定的阻礙性，但在較低的溫度條件下，采用凍融的方法改變細胞膜的通透性能有效降低表面阻力的影響[7-9]；藍莓經滲透作用后，由于凍融后細胞膜通透性改變，溶質中蔗糖分子因細胞膜內外滲透壓差進入細胞內[29]，進而引起經過滲透處理組的總糖含量上升。

2.2.2對活性物質抗氧化活性的影響

藍莓富含酚類天然活性物質，其與藍莓色澤、品質優(yōu)劣密切相關。不同組合前處理模式對藍莓干燥后抗氧化活性物質(酚類物質、ORAC)的影響結果如圖5、圖6，各組間均具有顯著性差異(P<0.05)，新鮮藍莓進行不同組合前處理模式干燥后，其抗氧化活性均顯著降低；與新鮮組相比，“冷凍- 解凍- 滲透- 干燥”組(方法Ⅳ)的抗氧化活性保留效果最好，總酚和花色苷含量與ORAC的保留率分別為91.01%、60.70%、62.91%，較方法Ⅰ、Ⅱ和Ⅴ，方法Ⅳ的抗氧化活性(總酚、花色苷、DRAC)提高了16%以上，顯著優(yōu)于單一作用模式，而未前處理組的保留效果最差。

總酚與花色苷均屬酚類物質，也是天然的抗氧化活性物質，穩(wěn)定性較差，易受O2和溫度等因素影響而造成損失[30]。酚類物質與抗氧化活性呈正相關，在長時間的干燥過程中，藍莓由于受到較高溫的影響，同時在干燥過程中與氧氣充分接觸，兩者均是導致酚類物質發(fā)生氧化、降解和聚合等一系列反應的因素[31]，從而引起這類抗氧化活性物質的降低。藍莓經凍融處理后，其內部的細胞組織結構受到破壞，導致細胞膜通透性發(fā)生改變，但有利于酚類物質的溶出與提取[32]；滲透液中含有氯化鈣、蔗糖和海藻糖成分，這可能是添加氯化鈣對果干抗氧化性物質具有較好的保護作用的原因[11]。Nikkhah等[33]發(fā)現，蔗糖可能會提高抗氧化物質的穩(wěn)定性。因此，在相同干燥處理前，進行不同組合模式的滲透和凍融作用模式的前處理，二者聯用具有協同作用，對抗氧化活性物質的保留效果顯著增強。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖5 不同組合前處理方式對藍莓干燥后酚類物質變化的影響Fig.5 Effects of pretreatment with different combinations on phenols of dried blueberry

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖6 不同組合前處理方式對藍莓干燥后ORAC變化的影響Fig.6 Effect of pretreatment with different combinations on ORAC of dried blueberry

3 結 論

本實驗研究不同組合滲透與冷凍前處理對藍莓干燥特性的影響，以干果的脫水速率、含水量、色澤、質構、總糖、抗氧化活性物質等作為評價指標進行分析。結果表明，不同組合滲透、冷凍- 解凍前處理對藍莓物化品質影響具有顯著性差異(P<0.05)，滲透和冷凍-解凍前處理模式聯用具有明顯的協同作用，顯著優(yōu)于單一作用模式，未處理組效果最差，而滲透處理模式較冷凍處理效果更好。“冷凍- 解凍- 滲透- 干燥”組處理模式最為適宜，通過冷凍改善滲透效果，二者結合顯著提高了傳熱傳質速率，從而顯著提高了果干品質和較好地維持藍莓的營養(yǎng)品質，具有一定的現實生產意義。本研究對藍莓果干的品質與營養(yǎng)物質進行了初步研究，后續(xù)可對處理后的藍莓果干的風味物質、水分遷移和微觀結構等指標做進一步的探究。