不同預(yù)處理方式對胡蘿卜熱泵干燥品質(zhì)的影響

金聽祥,王廣紅,彭鈺航,馬瑜聰,張盼,曹瀧

(鄭州輕工業(yè)大學 能源與動力工程學院,河南 鄭州,450002)

胡蘿卜富含各類維生素、糖類、脂肪、揮發(fā)油、胡蘿卜素、花青素、鈣、鐵等營養(yǎng)成分[1],在我國廣泛種植,產(chǎn)量和出口量占全球40%,但是我國現(xiàn)有技術(shù)對胡蘿卜的開發(fā)利用率不高,深加工技術(shù)匱乏,會造成一定的資源浪費和環(huán)境污染。干燥是胡蘿卜較為常用的一種貯藏和加工方法,干燥前合適的預(yù)處理不僅能更好地保留胡蘿卜的營養(yǎng)物質(zhì),呈現(xiàn)較好的形態(tài)和色澤,還能節(jié)約能耗。

目前預(yù)處理在果蔬干燥應(yīng)用廣泛[2-3],常見的有超聲波[4-6]、熱燙[7-8]、冷凍[9-10]和滲透[11-12]以及多種預(yù)處理方式聯(lián)合的方法[13-15],多用于解決干燥過程中物料發(fā)生褐變、營養(yǎng)成分流失以及干燥時間長等問題。

在對胡蘿卜進行干燥時,針對不同的干燥方法也會采用不同的預(yù)處理方式。FAN等[16]發(fā)現(xiàn)超聲預(yù)處理可顯著縮短胡蘿卜紅外冷凍干燥的干燥時間。LIU等[17]發(fā)現(xiàn)超聲波輔助滲透預(yù)處理可提高胡蘿卜熱風干燥成品的類胡蘿卜素含量,降低脫水干燥過程的能耗。WANG等[18]發(fā)現(xiàn)真空蒸汽脈沖熱燙預(yù)處理可提高胡蘿卜的干燥速度,干燥時間縮短了25.9%。王森浩[19]通過實驗對比了熱燙、凍融、浸漬和CO2預(yù)處理對胡蘿卜壓差膨化干燥效果的影響,發(fā)現(xiàn)采用熱燙-CO2預(yù)處理方案干燥效果最好。ANDO等[20]發(fā)現(xiàn)凍融預(yù)處理可有效提高胡蘿卜微波真空干燥的干燥速率。KAYA等[21]研究了3個類型蔗糖+鹽混合進行的預(yù)處理對胡蘿卜干燥的影響,對未處理和預(yù)處理的胡蘿卜切片進行有效擴散系數(shù)估計。KOWALSKI等[22]發(fā)現(xiàn)滲透預(yù)處理能顯著提高胡蘿卜對流干燥最終產(chǎn)品的質(zhì)量,且成品變形較少,顏色保存較好。丁真真等[23]對比了海藻糖、葡萄糖、乳糖浸漬預(yù)處理對胡蘿卜熱風干燥脫水品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)葡萄糖滲透預(yù)處理得到的品質(zhì)最好。HIRANVARACHAT等[24]發(fā)現(xiàn)對胡蘿卜進行檸檬酸酸洗預(yù)處理后,干燥成品顏色比對照組更紅,β-胡蘿卜素保留率更高。ALAM等[25]發(fā)現(xiàn)脈沖電場預(yù)處理可在不影響產(chǎn)品品質(zhì)的前提下,有效地縮短胡蘿卜和歐洲防風草的干燥時間。GONG等[26]發(fā)現(xiàn)熱風輔助射頻加熱預(yù)處理可以使胡蘿卜熱風干燥后保持良好的質(zhì)量,且能耗更低。YUCEL等[27]研究采用不同壓力-時間-溫度組合的高壓靜水壓力對蘋果、紅豆和胡蘿卜進行干燥,發(fā)現(xiàn)超過100 MPa的壓力會影響細胞的滲透性,從而導(dǎo)致較高的干燥速率。

熱泵干燥是一種節(jié)能環(huán)保的干燥方法,但對胡蘿卜熱泵干燥的預(yù)處理方法研究較少,且缺乏不同預(yù)處理之間的比較。因此,本文結(jié)合胡蘿卜及果蔬常用的預(yù)處理方法,以干燥速率、色澤變化、復(fù)水比、胡蘿卜素含量、質(zhì)構(gòu)和感官評價為標準,研究漂燙、汽蒸、超聲波、滲透和凍融5種預(yù)處理方式對胡蘿卜熱泵干燥品質(zhì)的影響,以期對胡蘿卜熱泵干燥的實際生產(chǎn)過程提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 試驗材料

試驗樣品采用當天采購的同一批直徑大致相同[d=(4.5±0.2)cm]、成熟適度、未木質(zhì)化、無病蟲、無萎縮、無糠心、皮薄肉厚、顏色呈橙紅色的新鮮胡蘿卜。

1.1.2 試劑

石油醚60～90,鄭州利研儀器有限公司;石英砂50～80目，上海麥克林生化科技有限公司。

1.1.3 儀器設(shè)備

CG-05HA型空氣能熱泵箱式一體節(jié)能烘干機,廣東創(chuàng)陸制冷科技有限公司;TA.TOUCH型質(zhì)構(gòu)儀,上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司;200T高速多功能粉碎機,永康市鉑歐五金制品有限公司;FBS-750A型快速水分儀,廈門弗布斯檢測設(shè)備有限公司;YS3060型分光測色儀,深圳市三恩時科技有限公司;DC-3010型低溫恒溫槽(溫度波動±0.5 ℃),江蘇天翎儀器有限公司;多功能切菜機,中山市百客思電器有限公司;ES500精密電子天平(精度0.001 g),天津市德安特傳感技術(shù)有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗流程

新鮮胡蘿卜洗凈，用切片機切片，厚度為3 mm；取2片胡蘿卜片放入水分測量儀，按照GB 5009.3—85測定，胡蘿卜含水率為91%；每500 g一組，分組稱質(zhì)量；對物料分別進行不同的預(yù)處理；使用分光測色儀對預(yù)處理后的胡蘿卜片進行色澤測定；將處理過的樣品放入熱泵干燥機中進行干燥，干燥溫度50 ℃，每30 min記錄一次質(zhì)量，直至質(zhì)量差<0.02 g/100 g，結(jié)束干燥；對干燥成品進行硬度、脆度、復(fù)水比及胡蘿卜素含量的測定；制定感官評價表，進行感官評分；對復(fù)水后的胡蘿卜進行質(zhì)構(gòu)實驗，測定出硬度和脆度。

1.2.2 預(yù)處理試驗

漂燙預(yù)處理：稱取5組胡蘿卜片,每組500 g,按料液比1∶5(g∶mL),放入100 ℃的水中恒溫水浴,分別漂燙2、2.5、3、3.5和4 min后放入冷水中冷卻,擦干表面水分備用。

汽蒸預(yù)處理：稱取5組胡蘿卜片,每組500 g,待水沸后平鋪在蒸籠上,分別汽蒸2、2.5、3、3.5和4 min后取出放涼備用。

超聲波預(yù)處理：稱取5組胡蘿卜片,每組500 g,放入超聲波清洗器中,分別設(shè)定50、60、70、80和90 ℃,超聲波作用10 min后取出,擦干表面水分備用。

滲透預(yù)處理：滲透溶液有15%(質(zhì)量分數(shù),下同)海藻糖、20%葡萄糖、2%殼聚糖、20%乳糖以及15%鹽的鹽溶液,以料液比1∶10(g∶mL)放入不同溶劑的燒杯中,室溫下靜置2 h,取出擦干表面水分備用。

凍融預(yù)處理：取500 g的胡蘿卜片,鋪放在冰柜中,冷凍溫度-20 ℃,冷凍時間2 h。再置于25 ℃的條件下解凍3 h備用。該過程為1次凍融。

1.2.3 評價標準

干基含水率計算如公式(1)所示：

(1)

式中：Wd,t時刻的干基含水率;mw,t時刻濕胡蘿卜質(zhì)量,g;md,胡蘿卜的絕干質(zhì)量,g。

色差：使用手持分光測色儀進行測定。L*值0表示黑色,100表示白色。a*值100為紅色,-80為綠色。b*值100為黃色,-80為藍色。每種處理方式干燥成品取3片,每片測量3個不同位置,取9次讀數(shù)的平均值。總體顏色變化用色差值ΔE表示,計算如公式(2)所示：

(2)

復(fù)水比：分別取各組干燥成品2 g,放入250 mL燒杯中,用水量為200 mL。樣品復(fù)水過程中,將燒杯置于恒溫水浴裝置中,水溫控制在90 ℃,20 min后取出試樣置于篩網(wǎng)上瀝水,擦干表面水分后稱質(zhì)量,按公式(3)計算復(fù)水比。每種處理方式干燥成品取3次樣,分別進行試驗,計算平均值作為最終結(jié)果。

(3)

式中：Rf,復(fù)水比;Gf,樣品復(fù)水后瀝干質(zhì)量,g;Gg,干制品試樣質(zhì)量,g。

類胡蘿卜素含量：將干燥后胡蘿卜片粉碎至60目,精確稱取胡蘿卜粉1.5 g于燒杯中,加入20 mL石油醚及少量石英砂后,置于超聲波振蕩器(聲波頻率為60 kHz)中,振蕩15 min后抽濾,濾液轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中。向沉淀中加入20 mL石油醚,振蕩15 min后再次抽濾,將得到的濾液再次移入上面50 mL容量瓶中。而后將液體用石油醚定容至100 mL,吸取2 mL用石油醚定容至25 mL。利用紫外分光光度計在450 nm波長下進行比色,查標準曲線計算得吸光度值,代入公式(4)計算類胡蘿卜素含量。每組樣品取3次樣,每個樣品測量5次,取平均值作為實驗結(jié)果。

(4)

式中：N,類胡蘿卜素的含量,mg/g;x,利用標準曲線求得的類胡蘿卜素含量,mg/mL;m,胡蘿卜粉質(zhì)量,g;k,干基水分含量,%。

質(zhì)構(gòu)分析：取復(fù)水后的胡蘿卜片,切成尺寸為1 cm×1 cm的待測樣品。采用TA/5柱形探頭進行TPA測試,每組樣品平行測試10次,并采用儀器自帶軟件計算實驗數(shù)據(jù)的平均值。

感官評價：在農(nóng)業(yè)標準(NYT 1045—2014)及行業(yè)標準(SB/T 10158—2012)的基礎(chǔ)上進行修改,確定胡蘿卜感官評價評分標準,如表1所示。

表1 胡蘿卜片感官評定標準Table 1 Sensory evaluation standards for carrot slices

2 結(jié)果與分析

經(jīng)過試驗研究發(fā)現(xiàn)漂燙3.5 min,汽蒸3.5 min,超聲波70 ℃處理,2%殼聚糖滲透處理以及凍融1次處理可使胡蘿卜干燥品質(zhì)達到最佳效果,基于此結(jié)果,對5種預(yù)處理方式進行對比分析。圖1為采用5種方式進行預(yù)處理不同階段的外觀對比。

圖1 不同預(yù)處理各階段外觀對比Fig.1 Appearance of samples before and after different pretreatments

2.1 干基含水率

從干基含水率變化(圖2)中可以看出,漂燙3.5 min最早達到干燥標準,且干燥時間縮短約20%。所有經(jīng)過預(yù)處理的樣品組都比未處理組更快地達到干燥標準,這是因為漂燙和汽蒸預(yù)處理可以在高溫條件下軟化果蔬組織結(jié)構(gòu),提高細胞通透性,使干燥過程水分脫除更加容易,超聲預(yù)處理可以在干燥前期加快干燥速率,因為超聲波在物料中會產(chǎn)生空化、機械和生物等效應(yīng),導(dǎo)致內(nèi)部的微孔數(shù)量增多,增加了熱質(zhì)遷移通道,減少了水分遷移阻力,加快水分散失速率;滲透預(yù)處理時,可在低溫無相變條件下快速脫除水分,改善細胞結(jié)構(gòu),加快干燥速率;凍融預(yù)處理中,速凍過程產(chǎn)生的冰晶使細胞間隙增大、結(jié)構(gòu)膨脹,而解凍過程中冰晶體的生長使果蔬的細胞壁、細胞膜等結(jié)構(gòu)受到損傷,減少了內(nèi)部水分擴散的阻力。

圖2 干基含水率變化Fig.2 Dry-base moisture content during pretreatment

2.2 色差

由圖1可知,漂燙3.5 min和汽蒸3.5 min比新鮮樣品的顏色更紅,超聲波處理、滲透處理、凍融處理以及未進行預(yù)處理的干燥成品均比新鮮樣品的顏色更白。其中漂燙的干燥成品最紅,超聲波處理的干燥成品顏色最淺。

采用色差儀對干燥產(chǎn)品測量發(fā)現(xiàn)(表2),汽蒸預(yù)處理樣品組的干燥成品色差最小。超聲波處理、滲透處理、凍融處理以及未進行預(yù)處理的樣品組干燥成品顏色均偏白,白度值最接近新鮮樣品的是汽蒸預(yù)處理樣品組;滲透處理和未進行預(yù)處理的樣品組干燥后的紅度值高于新鮮樣品,凍融預(yù)處理組的紅度值最接近新鮮樣品組,漂燙預(yù)處理組和汽蒸預(yù)處理組的紅度值低于新鮮樣品;所有預(yù)處理后的干燥成品黃度值均低于新鮮樣品,其中滲透處理組數(shù)值最接近,超聲波處理組的相差最大。殼聚糖滲透處理和凍融處理的紅度值較大,同時白度值也最大,由于胡蘿卜干的整體色澤由L*,a*,b*共同決定,因此綜合顏色并沒有表現(xiàn)出最佳的橙紅色。

表2 干燥后產(chǎn)品色差Table 2 Color difference of products after drying

2.3 復(fù)水情況

由圖1可以看出,干燥成品的褶皺以及顏色差別較大,但復(fù)水后胡蘿卜片整體均較為平整,且顏色相差不大。

由圖3可知,不同預(yù)處理方式干燥成品的復(fù)水比分別為8.52、6、5.65、4.61、4.83,其中經(jīng)過漂燙處理的干燥成品的復(fù)水比最高為8.52,比未進行預(yù)處理干燥成品高68.71%,復(fù)水效果最好。汽蒸和超聲波組復(fù)水比分別高于未處理樣品組18.82%和11.88%,滲透處理和凍融處理組的復(fù)水比值則分別低于未處理樣品組8.71%和4.36%。這是因為在高溫漂燙的過程中,細胞結(jié)構(gòu)遭到破壞,水分進出細胞阻力變小,從而使干燥時水分脫除容易,復(fù)水時水分進入細胞的阻力也小,從而表現(xiàn)出較好的復(fù)水效果。

圖3 不同胡蘿卜樣品的復(fù)水比Fig.3 Rehydration ratio of different carrot samples

2.4 類胡蘿卜素含量

類胡蘿卜素的降解方式有物理降解、化學降解和生物降解等,物理降解主要包括光降解和熱降解[28]。在大多數(shù)的食品加工中,光降解是不可避免、不可控制的。而熱降解根據(jù)處理溫度的不同可分為高溫降解和中低溫降解[29]。漂燙和汽蒸預(yù)處理都涉及到高溫降解。而漂燙處理因為酶鈍化和硫處理作用可提高產(chǎn)品在貯藏過程中的β-胡蘿卜素含量[30],汽蒸處理跟漂燙處理有相似的機理。超聲波處理會由于空化作用對類胡蘿卜素的降解產(chǎn)生一定的影響。從圖4可知,經(jīng)過5種不同預(yù)處理干燥后產(chǎn)品的β-胡蘿卜素保留量分別為36.82、36.5、39.47、32.93和22.27 mg/100 g,分別比未進行預(yù)處理干燥產(chǎn)品高出65.33%、63.89%、77.23%。

圖4 不同胡蘿卜樣品的類胡蘿卜素含量Fig.4 β-Carotene content of different carrot samples

2.5 質(zhì)構(gòu)分析

通過對比表3中6組樣品的測試值發(fā)現(xiàn),2%殼聚糖滲透預(yù)處理后的干燥樣品的脆度及硬度值最接近未進行預(yù)處理樣品組。凍融預(yù)處理樣品干燥復(fù)水后的樣品硬度和脆度最低,是因為凍融過程對細胞結(jié)構(gòu)的破壞較為嚴重,復(fù)水后的硬度脆度明顯低于未處理樣品組。漂燙處理和汽蒸處理時,由于高溫條件對細胞結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞,所以硬度和脆度也較低。超聲波處理和滲透處理對細胞結(jié)構(gòu)的破壞較小,對硬度及脆度的影響也不太明顯。綜合對比6組樣品的數(shù)值,2%殼聚糖滲透處理和超聲波70 ℃處理的硬度和脆度效果較好,其次是漂燙3.5 min樣品組。

表3 胡蘿卜質(zhì)構(gòu)測試結(jié)果 單位：gF

2.6 感官評價

對比圖5中的感官評價可以看出,進行預(yù)處理與未處理樣品在外觀上差別不大;色澤方面,經(jīng)過漂燙和汽蒸預(yù)處理的樣品,色澤更加鮮艷,與新鮮樣品之間的色差較小,未經(jīng)預(yù)處理的樣品干燥后整體色澤不鮮艷,評分較低,這與色差儀測量的結(jié)果及圖1相匹配;質(zhì)構(gòu)方面,經(jīng)過預(yù)處理的樣品在干燥后水分脫除的更加徹底,因此干燥后的樣品更加酥脆,而未處理的樣品直到干燥結(jié)束仍有部分水分沒有脫除,脆度會比較低,呈現(xiàn)韌性較大的狀態(tài)。氣味方面,漂燙處理3.5 min和超聲波70 ℃處理時,干燥結(jié)束后的香味最濃郁?？诟蟹矫?超聲波處理和滲透處理的樣品復(fù)水后的口感更加爽脆,和未經(jīng)過預(yù)處理的樣品口感接近,凍融預(yù)處理的胡蘿卜經(jīng)干燥復(fù)水后口感偏軟,與質(zhì)構(gòu)測試結(jié)果一致。綜合5個感官評價指標對比分析得分排序為：漂燙(74.73)>超聲波(73.885)>滲透(70.81)>汽蒸(67.48)>凍融(64.855)>未處理(58.15),漂燙3.5 min時干燥成品的品質(zhì)最好。

圖5 胡蘿卜感官評價雷達圖Fig.5 Radar map of sensory evaluation of carrots

3 結(jié)論

通過實驗研究了不同預(yù)處理方式對胡蘿卜熱泵干燥品質(zhì)的影響,結(jié)論如下：

對比采用5種預(yù)處理和未進行預(yù)處理的胡蘿卜干燥品質(zhì)發(fā)現(xiàn),采用漂燙3.5 min的預(yù)處理方法,干燥時間最短,比未進行預(yù)處理的樣品組干燥時間縮短約20%,且復(fù)水比高,香味濃郁,色澤鮮亮。汽蒸預(yù)處理相較其他4種預(yù)處理方式而言,干燥前后產(chǎn)品的色差最小,且顏色比新鮮樣品更加鮮艷,干燥成品香味濃郁。超聲波預(yù)處理與其他幾種預(yù)處理方式相比,干燥后類胡蘿卜素保留率最高,為39.47 mg/100 g。2%殼聚糖滲透預(yù)處理與其他預(yù)處理方式相比,復(fù)水后產(chǎn)品的硬度和脆度較大,口感較爽脆。凍融預(yù)處理的干燥成品相比其他預(yù)處理的干燥成品,質(zhì)地方面有韌性,且較為平整,外觀形態(tài)較好。

綜合各項指標分析得出,采用漂燙3.5 min的預(yù)處理方式,得到的胡蘿卜干燥品質(zhì)最好且干燥時間較短。