吸濕性對(duì)凍干果蔬產(chǎn)品及其品質(zhì)特性的影響

李興霞 李 越 楊菲菲, 胡佳琦, 張紅琳 王海鷗

(1. 煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264006; 2. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110161；3. 南京曉莊學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 211171)

果蔬干制是果蔬加工的主要方式之一，可明顯降低新鮮果蔬的水分含量和微生物活性，減少新鮮果蔬在運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中的物理和化學(xué)變化，延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期。真空冷凍干燥 (Freeze-drying, FD)技術(shù)是在較低的溫度下將濕物料凍結(jié)成固態(tài)，真空狀態(tài)下物料中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華為氣態(tài)，最終使物料脫水的干燥技術(shù)，從而獲得具有疏松多孔結(jié)構(gòu)的干燥制品[1]。由于FD過(guò)程中物料處于低溫、真空和低氧的環(huán)境，微生物的大量繁殖與酶的活性得到了有效控制，原料中生物活性成分和熱敏性成分的損耗減少，產(chǎn)品的色澤和外觀形狀基本不變，物料中的營(yíng)養(yǎng)成分最大程度地得到了保留[2]。如周鳴謙等[3]研究發(fā)現(xiàn)FD技術(shù)與其他干燥方式相比，F(xiàn)D技術(shù)所得產(chǎn)品的復(fù)水性、色澤、硬度、比容均為最佳，具有較高的產(chǎn)品品質(zhì)；薛艾蓮等[4]研究發(fā)現(xiàn)FD制備的板栗生、熟粉水分含量最低，其淀粉和游離酚含量均最高，粉體具有較白的色澤；王瑩瑩等[5]研究發(fā)現(xiàn)FD樣品結(jié)構(gòu)完整，在短時(shí)間內(nèi)具有較高的干燥速率以及較低的含水率。因此，F(xiàn)D技術(shù)生產(chǎn)的果蔬干制品可滿足現(xiàn)代消費(fèi)者對(duì)于營(yíng)養(yǎng)健康食品的需求，且FD技術(shù)在果蔬干制方面的應(yīng)用十分廣泛，顯示出了良好的市場(chǎng)價(jià)值和發(fā)展?jié)撃躘6]。

FD雖然很好地保持了物料的營(yíng)養(yǎng)、色澤、結(jié)構(gòu)等，但FD產(chǎn)品在貯藏過(guò)程中易吸收空氣中的水分，影響產(chǎn)品品質(zhì)[7]。Li等[8]研究發(fā)現(xiàn)胡柚經(jīng)微波真空干燥后的吸濕性與真空冷凍干燥后的不同，真空冷凍干燥的具有較強(qiáng)的吸濕性，產(chǎn)品水分含量低且凍干過(guò)程中的水分汽化使結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多孔海綿狀結(jié)構(gòu)，與空氣中水分的接觸面積增大，使產(chǎn)品更易吸濕；李明娟等[9]研究發(fā)現(xiàn)真空冷凍干制品的吸濕性會(huì)影響干制品的硬脆度，進(jìn)而影響產(chǎn)品品質(zhì)，此外，在貯藏過(guò)程中吸濕也會(huì)造成微生物的繁殖，影響產(chǎn)品的食用安全性。物料本身的組織結(jié)構(gòu)和基質(zhì)組分都對(duì)凍干產(chǎn)品的吸濕性產(chǎn)生較大影響[10]。羅登林等[11]研究發(fā)現(xiàn)天然菊粉與長(zhǎng)鏈菊粉的吸濕性存在差異；鐘碧鑾等[12]發(fā)現(xiàn)在不同的濕度環(huán)境中，不同品種魚(yú)膠的吸濕性存在差異。因此，研究擬以4種果蔬(新鮮馬鈴薯、杏鮑菇、蘋果、白蘿卜)為對(duì)象，通過(guò)觀察4種凍干產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)、吸濕性、色澤及質(zhì)構(gòu)特性，分析凍干果蔬貯藏過(guò)程中吸濕性對(duì)品質(zhì)特性的影響，并進(jìn)行相關(guān)性分析。旨在為果蔬凍干生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品貯藏穩(wěn)定性提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮馬鈴薯、杏鮑菇、蘋果、白蘿卜：購(gòu)于南京大潤(rùn)發(fā)超市；

氯化鈉：分析純，西朧科學(xué)股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

真空冷凍干燥機(jī)：SCIENTZ-50F型，寧波新芝生物科技股份有限公司；

電腦色差儀：NR200型，深圳市三恩時(shí)科技有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TMS-PRO型，美國(guó)FTC公司；

掃描電子顯微鏡：EVO-LS10 型，德國(guó)蔡司公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備 將新鮮的馬鈴薯、杏鮑菇、蘋果和白蘿卜分別進(jìn)行清洗去皮，切成厚5 mm、直徑15 mm的圓柱果蔬片。開(kāi)啟冷凍干燥機(jī)制冷機(jī)組，將凍干倉(cāng)隔板溫度設(shè)定為-40 ℃，在凍干機(jī)料盤上平鋪一層果蔬片樣品，置于隔板上預(yù)凍8 h，當(dāng)物料凍結(jié)到-30 ℃以下后開(kāi)啟真空機(jī)組，維持凍干倉(cāng)壓強(qiáng)20 Pa左右，啟動(dòng)“溫度-時(shí)間”隔板升溫程序?qū)ξ锪线M(jìn)行冷凍干燥直至干燥完全[13-14]。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定

(1) 水分：按GB 5009.3—2016執(zhí)行。

(2) 碳水化合物：根據(jù)蒽酮比色法測(cè)定[15]。

(3) 粗蛋白：按GB/T 5009.5—2016執(zhí)行。

(4) 粗脂肪：按GB/T 5009.9—2016執(zhí)行。

1.3.3 微觀掃描電子顯微鏡觀察 取若干果蔬片樣品，用3%戊二醛(pH 7.2)固定48 h，然后分別用30%,50%，70%，85%，95%，100%的乙醇對(duì)樣品進(jìn)行梯度脫水，每級(jí)15 min。75%叔丁醇過(guò)渡干燥，100%叔丁醇置換2次，用100%叔丁醇將樣本冷藏(0～4 ℃)固化10 min，放入臨界CO2干燥儀中干燥2～3 h。用碳導(dǎo)電膠將處理后的果蔬片粘在樣品托上，采用離子濺射儀在樣本的橫斷面上噴金，最后利用掃描電鏡觀察果蔬片橫截面的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.4 吸濕性的測(cè)定 將4種凍干果蔬片置于已稱重的干燥平皿中，將平皿放置在盛有飽和氯化鈉溶液(環(huán)境相對(duì)濕度75.5%)的玻璃干燥器中，稱量放置不同時(shí)間后平皿的質(zhì)量，每種樣品重復(fù)10次，稱量結(jié)果取平均值。吸濕率為前后質(zhì)量差占吸濕前質(zhì)量的百分比[13]，數(shù)學(xué)計(jì)算式為：

(1)

式中:

Ar——脆片吸濕性，%；

m0——脆片吸濕前質(zhì)量，g；

m1——脆片吸濕后質(zhì)量，g。

1.3.5 色澤的測(cè)定 運(yùn)用色差儀測(cè)定4種凍干果蔬片吸濕貯藏0，1，2，3 d后的L*、a*、b*顏色值，以標(biāo)準(zhǔn)白色板為參照，計(jì)算樣品與標(biāo)準(zhǔn)白色版的色差值[16]。試驗(yàn)平行3次。按式(2)計(jì)算樣品的色差值。

(2)

式中：

ΔE——樣品與標(biāo)準(zhǔn)白板之間的色差；

L*、a*、b*——樣品的測(cè)定值；

L、a、b——標(biāo)準(zhǔn)白色板的測(cè)定值。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)特性 采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試條件：探頭型號(hào)為P/50平底柱形探頭，測(cè)前速率1 mm/s，測(cè)試速率1 mm/s，測(cè)后速率4 mm/s，壓縮位移2 mm，觸發(fā)值10 g。測(cè)定4種凍干果蔬片常溫貯藏0，1，2，3 d的硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性等，每個(gè)樣品平行測(cè)定5次，結(jié)果取平均值[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析，顯著性水平P<0.05；運(yùn)用Origin 2021 軟件進(jìn)行熱圖分析和分層聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同新鮮果蔬營(yíng)養(yǎng)成分含量

由表1可知，4種新鮮果蔬的營(yíng)養(yǎng)成分含量之間存在差異，其中白蘿卜水分含量最高(93.4%)，其次是杏鮑菇(88%)和蘋果(86%)，最低為馬鈴薯(79.8%)；馬鈴薯與蘋果的碳水化合物含量較高分別為16.6%與13.5%；蛋白質(zhì)含量由高到低分別為杏鮑菇、馬鈴薯、白蘿卜、蘋果；脂肪含量由高到低分別為杏鮑菇、蘋果、馬鈴薯、白蘿卜。

表1 不同新鮮果蔬營(yíng)養(yǎng)成分含量?Table 1 Nutrient content of different fresh fruits and vegetables %

2.2 不同果蔬的微觀結(jié)構(gòu)

由圖1(a)可知，新鮮蘋果的孔隙結(jié)構(gòu)較完整，細(xì)胞結(jié)構(gòu)較為飽滿，孔徑較大；由圖1(b)可知，凍干蘋果片總體組織結(jié)構(gòu)較為緊密，細(xì)胞結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較為明顯的皺縮現(xiàn)象，細(xì)胞壁較厚，孔隙結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則形狀；由圖1(c)可知，新鮮杏鮑菇的孔徑較小，孔隙結(jié)構(gòu)較多，細(xì)胞壁較薄，呈現(xiàn)絲狀結(jié)構(gòu)；由圖1(d)可知，凍干杏鮑菇片整體結(jié)構(gòu)致密，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，但仍呈現(xiàn)絲狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞排列雜亂，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)邊界相對(duì)纖細(xì)，細(xì)胞壁出現(xiàn)皺縮卷曲現(xiàn)象，細(xì)胞完整性降低；由圖1(e)可知，新鮮馬鈴薯的孔隙結(jié)構(gòu)較大，孔徑較大，細(xì)胞壁中包裹著大量的淀粉顆粒；由圖1(f)可知，凍干后馬鈴薯組織整體結(jié)構(gòu)較為清晰，連接較為緊密，細(xì)胞壁較薄呈正六邊形，多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)存在大量橢圓形的淀粉顆粒，較新鮮馬鈴薯中淀粉顆粒減少，這些淀粉顆粒被薄膜包裹，緊貼細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)，顆粒分明；由圖1(g)可知，新鮮白蘿卜的孔隙結(jié)構(gòu)較為明顯，孔徑較大，呈四邊形結(jié)構(gòu)，細(xì)胞結(jié)構(gòu)較為飽滿，呈規(guī)則排列；由圖1(h)可知，從整體上看凍干白蘿卜片的組織結(jié)構(gòu)較為緊密，表面較為光滑，孔隙結(jié)構(gòu)排列不均勻，孔徑大小不均勻，凍干后細(xì)胞皺縮現(xiàn)象嚴(yán)重，細(xì)胞間出現(xiàn)明顯的斷裂變形現(xiàn)象。

在FD過(guò)程中，果蔬片內(nèi)部水分形成固態(tài)冰晶，經(jīng)過(guò)高壓使得水分直接從固態(tài)升華為氣態(tài)，使得原本含有固態(tài)冰晶的空間結(jié)構(gòu)被保留下來(lái)，細(xì)胞大量失水，形成高度疏松多孔結(jié)構(gòu)[18-19]，不同果蔬FD后的組織結(jié)構(gòu)之間存在明顯差異，可以從圖1中觀察到FD后細(xì)胞孔徑由大到小依次為蘋果>馬鈴薯>白蘿卜>杏鮑菇。

圖1 果蔬凍干前后的微觀結(jié)構(gòu)Figure 1 Microstructure of different fruits and vegetables before and after FD (100×)

2.3 凍干果蔬在貯藏過(guò)程中吸濕性的變化

FD過(guò)程中，由于物料具有較低的界面溫度和表面溫度，物料中的水分升華為氣態(tài)而脫離物料，冰晶升華留下了大量孔隙，使物料保持固有的均勻組織結(jié)構(gòu)，易于外界水分進(jìn)入，產(chǎn)生吸濕現(xiàn)象[20]。不同凍干果蔬片在貯藏過(guò)程中吸濕性的變化如圖2所示。貯藏過(guò)程中4種凍干果蔬逐漸從環(huán)境中吸收水分，吸濕性不斷增加，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，吸濕性變化趨緩，這是因?yàn)闃悠方?jīng)FD加工后，呈現(xiàn)穩(wěn)定的網(wǎng)狀固體骨架，在相同貯藏條件下，4種凍干果蔬表面結(jié)合水分子并向內(nèi)部轉(zhuǎn)移較快，維持了表面較低的水蒸氣分壓，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，內(nèi)外壓強(qiáng)差逐漸減小，吸濕性變化較慢，直至達(dá)到吸濕平衡[11]。

由圖2可知，4種果蔬吸濕性的大小順序?yàn)樘O果>馬鈴薯>白蘿卜>杏鮑菇。凍干蘋果片的吸濕性較大，可能是因?yàn)槲锪媳旧砗休^高的碳水化合物，而部分糖類對(duì)水分具有高親和力，又因?yàn)槲锪显趦龈蛇^(guò)程中，水分升華，形成了較為完整的孔隙結(jié)構(gòu)，因此凍干蘋果片呈現(xiàn)出較高的吸濕性[21-22]；馬鈴薯片同時(shí)含有較高的糖含量，在FD后內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為完整，細(xì)胞結(jié)構(gòu)中存在著大量淀粉顆粒[圖1(f)]，淀粉中含有大量羥基，羥基為親水基，因此凍干馬鈴薯片具有較高的吸濕性[23-24]；凍干白蘿卜、杏鮑菇的吸濕性較低，是因?yàn)槲锪显贔D后內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損較為嚴(yán)重，細(xì)胞壁發(fā)生斷裂坍塌，孔徑較小，在一定程度上阻止了水分子的進(jìn)入，物料吸濕性與樣品所含糖類及細(xì)胞結(jié)構(gòu)有關(guān)，這與夏曉霞等[25]研究結(jié)果一致。

圖2 不同凍干果蔬在貯藏過(guò)程中吸濕性的變化Figure 2 Changes in hygroscopicity of different freeze-dried fruits and vegetables during storage

2.4 凍干果蔬在貯藏過(guò)程中色澤的變化

果蔬干燥后顏色的變化是影響其質(zhì)量及市場(chǎng)價(jià)值的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，以色澤變化最小，最接近新鮮果蔬原色的產(chǎn)品最為理想[26]。不同凍干果蔬片在吸濕過(guò)程中的L*、a*、b*及ΔE色澤參數(shù)變化如圖3所示。L*值

表示物料的亮度，凍干蘋果片、馬鈴薯片在貯藏期間L*值顯著降低(P<0.05)，而凍干杏鮑菇片、白蘿卜片L*值變化不顯著(P>0.05)，這是因?yàn)樵贔D過(guò)程中，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到破壞，釋放出較多的多酚氧化酶(PPO)，物料在貯藏過(guò)程中吸濕并與氧氣接觸，產(chǎn)生酶促褐變，因此凍干蘋果片與馬鈴薯片的亮度降低[27]，而杏鮑菇片和白蘿卜片的多酚氧化酶含量較低，因此色澤變化不明顯。a*和b*值分別表示紅(+a*)/綠(-a*)和黃(+b*)/藍(lán)(-b*)，凍干馬鈴薯片在貯藏期間a*值顯著增加(P<0.05)，b*

字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖3 不同凍干果蔬在貯藏過(guò)程中色澤的變化Figure 3 Color changes of different freeze-dried fruits and vegetables during storage

值顯著降低(P<0.05)，而凍干蘋果片、杏鮑菇片、白蘿卜片色澤變化不顯著(P>0.05)，這是因?yàn)轳R鈴薯中含有單寧類物質(zhì)，在酶的作用下極易被氧化，因此馬鈴薯的a*和b*值變化也較為明顯[28-29]。從圖3(d)中可以看出，4種果蔬中凍干馬鈴薯片的ΔE值變化較為顯著(P<0.05)，其他凍干果蔬片在貯藏過(guò)程中變化不顯著(P>0.05)，這是由于凍干馬鈴薯片在貯藏過(guò)程中與氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，而物料本身所含有的碳水化合物高于其他果蔬，而碳水化合物具有一定的吸濕性，因此吸濕性較強(qiáng)，色澤變化更為明顯。

2.5 凍干果蔬在貯藏過(guò)程中質(zhì)構(gòu)特性的變化

由表2可知，在相同貯藏條件下，不同凍干果蔬片吸濕后的質(zhì)構(gòu)特性有所差異。

表2 凍干果蔬在貯藏過(guò)程中質(zhì)構(gòu)特性的變化?Table 2 Changes in texture properties of different freeze-dried fruits and vegetables during storage

吸濕后的凍干果蔬片硬度均顯著降低(P<0.05)，其中貯藏第2天的硬度最低，凍干果蔬片的硬度分別降低了98.37%(凍干蘋果片)、79.17%(凍干杏鮑菇片)、86.47%(凍干馬鈴薯片)、78.04%(凍干白蘿卜片)。FD后，凍干蘋果、馬鈴薯片的細(xì)胞壁較厚，硬度較高，在貯藏過(guò)程中的吸濕性逐漸升高，硬度顯著降低(P<0.05)，這是由于樣品中含有較高的碳水化合物，使得產(chǎn)品具有較高吸濕性的同時(shí)，樣品呈現(xiàn)軟黏狀態(tài)，失去了脆片應(yīng)有的質(zhì)構(gòu)特性[30-31]；凍干杏鮑菇片吸濕后彈性顯著增加，原因可能是經(jīng)過(guò)干燥后的果蔬組織凝結(jié)，促使其張力增加[32]；凍干白蘿卜片的硬度較低，吸濕后的硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性均顯著降低(P<0.05)，這是由于白蘿卜片F(xiàn)D后細(xì)胞產(chǎn)生明顯的皺縮現(xiàn)象，細(xì)胞形態(tài)不完整，使得凍干白蘿卜片的硬度較其他凍干果蔬片的硬度低，而白蘿卜具有的碳水化合物含量較其他果蔬含量低，吸濕性較低，吸濕后硬度降低得最少(78.04%)，與李瑞杰等[33]研究結(jié)果一致。

2.6 相關(guān)性分析

采用Origin 2021分析4種不同果蔬中9項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，吸濕性與a*值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；物料凍干后具有疏松多孔的組織結(jié)構(gòu)，由于物料本身所含有的成分以及特殊的組織狀態(tài)，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，吸濕性不斷增加，致使物料發(fā)生氧化現(xiàn)象，進(jìn)而影響產(chǎn)品的色澤。吸濕性與質(zhì)構(gòu)特性呈顯著相關(guān)(P<0.05)。吸濕性與彈性、咀嚼性呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與內(nèi)聚性呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，與硬度、膠黏性呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，在貯藏過(guò)程中，隨著吸濕性的不斷增加，內(nèi)聚性逐漸增加，彈性、咀嚼性、硬度與膠黏性逐漸下降；物料凍干后組織結(jié)構(gòu)越完整，孔隙結(jié)構(gòu)破壞越小，孔徑越大，吸濕性越強(qiáng)，硬度下降越明顯。

*代表顯著相關(guān)(P<0.05)；**代表極顯著相關(guān)(P<0.01)圖4 不同凍干果蔬品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析Figure 4 Correlation analysis of quality indexes of different freeze-dried fruits and vegetables

2.7 聚類分析

對(duì)4種凍干果蔬貯藏過(guò)程中的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行R型聚類分析，由圖5(a)可知，當(dāng)距離為0.5時(shí)，可將不同果蔬品質(zhì)指標(biāo)分為3類：第一類為吸濕性、內(nèi)聚性；第二類為ΔE；第三類為硬度、膠黏性、咀嚼性、彈性。對(duì)4種不同凍干果蔬進(jìn)行Q型聚類分析，由圖5(b)可知，第一類為未吸濕的凍干馬鈴薯片、杏鮑菇片及蘋果片，第二類為貯藏過(guò)程中吸濕3 d的凍干杏鮑菇片，第三類為吸濕后的凍干果蔬片(除貯藏3 d的凍干杏鮑菇片)，第四類為未吸濕的凍干白蘿卜片。對(duì)于不同果蔬來(lái)說(shuō)，未吸濕與吸濕后的樣品之間品質(zhì)差異較為明顯，未吸濕的凍干蘋果片具有較高的a*、b*值以及較高硬度和咀嚼性，品質(zhì)較好。

圖5 不同凍干果蔬聚類分析圖Figure 5 Cluster analysis diagram of different freeze-dried fruits and vegetables

3 結(jié)論

通過(guò)研究4種冷凍干燥后果蔬片的微觀結(jié)構(gòu)及在相同貯藏條件下的吸濕性、色澤與質(zhì)構(gòu)特性的變化，并對(duì)質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行相關(guān)性分析與聚類分析，發(fā)現(xiàn)不同凍干果蔬的吸濕性對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)有較大的影響。新鮮果蔬的細(xì)胞結(jié)構(gòu)較為完整，呈現(xiàn)規(guī)則空隙結(jié)構(gòu)，凍干后，果蔬的組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的坍塌，其中不同F(xiàn)D樣品細(xì)胞孔徑大小依次為蘋果>馬鈴薯>白蘿卜>杏鮑菇；在貯藏過(guò)程中不同物料的吸濕性均不斷增加，隨著吸濕性的增加，物料的色澤及質(zhì)構(gòu)特性也發(fā)生改變。綜上，未吸濕與吸濕后的物料質(zhì)構(gòu)差距較大，吸濕現(xiàn)象影響著產(chǎn)品的品質(zhì)特性。果蔬的吸濕性可能與本身含有的糖類物質(zhì)有關(guān)，在貯藏過(guò)程中凍干果蔬糖類物質(zhì)與組織內(nèi)部的其他物質(zhì)之間的協(xié)同作用對(duì)其吸濕性的影響機(jī)理還有待進(jìn)一步的探討。