真空冷凍干燥果膠-纖維素-小分子糖氣凝膠質(zhì)構(gòu)研究

李卓豪 畢金峰 易建勇,* 馮舒涵 郭玉霞

(1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2 河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院，河北 秦皇島 066004)

真空冷凍干燥(freeze-drying, FD)果蔬具有形態(tài)外觀接近果蔬原料、營(yíng)養(yǎng)健康等優(yōu)勢(shì)，占據(jù)中國(guó)FD食品市場(chǎng)主導(dǎo)地位[1]。然而直接凍干的果蔬通常會(huì)因口味差以及質(zhì)構(gòu)綿軟的問(wèn)題導(dǎo)致感官體驗(yàn)不佳，因此生產(chǎn)上常通過(guò)滲糖預(yù)脫水改善產(chǎn)品的口味以及質(zhì)構(gòu)。但添加過(guò)多的蔗糖、麥芽糖等小分子糖會(huì)提高FD果蔬的熱量，影響消費(fèi)者健康。近年來(lái)，低糖、低能量已經(jīng)成為果蔬休閑食品的發(fā)展趨勢(shì)。

質(zhì)構(gòu)品質(zhì)是FD果蔬的核心品質(zhì)。前期研究表明，果膠等細(xì)胞壁多糖是連接和維持FD果蔬多孔剛性結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。高糖FD果蔬中的小分子糖能夠填充并支撐由細(xì)胞壁多糖構(gòu)成的多孔骨架結(jié)構(gòu)，并極大地影響其質(zhì)構(gòu)特性[3]。小分子糖主要是指低分子量的糖，包括單糖、二糖以及低聚糖[4-5]。在果蔬中添加小分子糖，能夠起到調(diào)節(jié)滋味、質(zhì)構(gòu)，影響加工過(guò)程，改善香氣，增加重量，降低生產(chǎn)成本等作用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，糖滲透處理能夠改善杏干[6]、FD草莓[7]、蘋果片[8]、胡蘿卜[9]等果蔬的質(zhì)構(gòu)特性。然而，不同果蔬的組織結(jié)構(gòu)不同，且同種果蔬不同部位的組織結(jié)構(gòu)具有特殊性，滲透過(guò)程存在不確定性和不均勻性，導(dǎo)致干燥后果蔬質(zhì)構(gòu)品質(zhì)產(chǎn)生較大差異。因此，構(gòu)建均勻、簡(jiǎn)單的果蔬干模擬體系，用于研究小分子糖對(duì)FD果蔬干質(zhì)構(gòu)的影響具有重要意義。

氣凝膠是一種密度較低的固體，具有輕便、絕熱等特性，目前已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域[10]。與FD果蔬相同，氣凝膠具有多孔、高比表面積的特性[11]，因此氣凝膠能夠很好地模擬FD果蔬的基本結(jié)構(gòu)。目前已有國(guó)外學(xué)者將纖維素[12]和果膠[13]作為物質(zhì)基礎(chǔ)研究氣凝膠，Abitbol等[14]構(gòu)建了在食品、生物等方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值的果膠-纖維素納米晶體多孔網(wǎng)絡(luò)水凝膠體系，為建立FD果蔬果膠-纖維素多糖氣凝膠體系提供了理論基礎(chǔ)?；诠z-纖維素多糖氣凝膠體系研究小分子糖對(duì)FD果蔬質(zhì)構(gòu)的影響能夠有效地避免果蔬組織不均勻、果蔬自身含糖、果蔬細(xì)胞內(nèi)化學(xué)組分復(fù)雜等問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)外在可溶性小分子糖對(duì)FD果蔬干質(zhì)構(gòu)影響方面的研究尚不詳盡、全面；果蔬干生產(chǎn)中常使用蔗糖，導(dǎo)致產(chǎn)品糖含量較高，不符合健康飲食的理念；且部分產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性有待改進(jìn)。因此為深入了解小分子糖對(duì)高糖FD果蔬制品質(zhì)構(gòu)的影響，本試驗(yàn)以市面上常見(jiàn)的FD草莓為參考建立果膠/纖維素多糖氣凝膠體系，研究相同含量下11種商品化可溶性小分子糖對(duì)FD果蔬干品質(zhì)的影響，以期尋找能夠代替蔗糖生產(chǎn)的其他小分子糖，為產(chǎn)業(yè)上FD果蔬干的加工提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

果糖、葡萄糖、蔗糖、海藻糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、木糖醇、麥芽糖醇(≥90%)，上海源葉科技有限公司；山梨糖醇(≥90%)，北京萃鋒科技有限公司；水蘇糖(≥90%)，江蘇鴻達(dá)食品配料公司；麥芽糖(≥90%)，江蘇省奧谷生物科技有限公司；羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose，CMC，≥98%)，河南聚榮化工產(chǎn)品有限公司；果膠(77.1%)，鄭州弈博食品添加劑有限公司；氯化鈉(99%)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。以上小分子糖分子量如表1所示。

表1 小分子糖的分子量Table 1 Molecular weight of small molecular sugars

1.2 儀器與設(shè)備

ULT1386-3-V41超低溫冰箱，美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司；LGJ-10BP/BJ真空冷凍干燥機(jī)，北京八方中大科技發(fā)展有限公司；VSP3000045體積測(cè)定儀、TA.HD plus物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro System公司；DSC8000差示量熱掃描儀，美國(guó)PE公司；SU8010電子掃描顯微鏡，日本日立公司；低場(chǎng)核磁共振分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備 在蒸餾水中分別加入12%(w/w)的果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、海藻糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、水蘇糖、麥芽糖醇、山梨糖醇以及木糖醇，并加入0.5%(w/w)的果膠和1%(w/w)的CMC，制備成含糖量為12%的樣品液，將0.5%(w/w)的果膠和1%(w/w)的CMC加入蒸餾水中制備成對(duì)照組樣品液。將樣品液于60℃水浴振蕩，混合至完全溶解且均勻后，冷卻至室溫，靜置消除氣泡。將樣品液倒入1.4 cm×2.5 cm×2.5 cm的硅膠模具中。

1.3.2 真空冷凍干燥 將注模的樣品置于-60℃超低溫冰箱中預(yù)凍4 h以上，之后凍干。凍干機(jī)預(yù)冷至 -56℃， 凍干過(guò)程中真空度維持在4±3 Pa，常溫凍干72 h以上。樣品凍干后于-40℃密封保存。

1.3.3 表觀密度與皺縮率的測(cè)定 為使試驗(yàn)結(jié)果更加精準(zhǔn)，將9 mL的樣品液注模后凍干。將測(cè)定質(zhì)量后的樣品放于置物臺(tái)上，室溫下采用中速對(duì)樣品進(jìn)行體積掃描。每組樣品平行測(cè)定3次。樣品表觀密度(ρ)計(jì)算公式如下：

(1)

式中，m為樣品質(zhì)量，g；v為樣品體積，mL。

樣品皺縮率(w)計(jì)算公式如下：

(2)

式中，v為樣品體積，mL。

1.3.4 硬脆度的測(cè)定 參考Peng等[15]的方法并稍作修改。選用HDP/CFS球形探頭，將樣品放置于檢測(cè)臺(tái)面中央，在樣品中心位置進(jìn)行穿刺。觸發(fā)力為5 g，穿透距離為15.0 mm。每組樣品平行測(cè)定6次。測(cè)定過(guò)程中最大力表示硬度，正峰個(gè)數(shù)表示脆度。

1.3.5 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 參考Peng等[16]的方法。切取樣品斷面進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，將樣品斷面粘在樣品臺(tái)的導(dǎo)電膠上，噴金處理，樣品的微觀結(jié)構(gòu)圖像在低真空(100 Pa)和10 kV加速電壓下采集，在50和150倍下拍照。

1.3.6 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定 參考中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所畢金峰團(tuán)隊(duì)[17]前期研究方法進(jìn)行測(cè)定。將玻璃化轉(zhuǎn)變中點(diǎn)作為樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(glass transition temperature,Tg)。每組樣品平行測(cè)定2次。

1.3.7 水分分布測(cè)定 參考Qiu等[18]的方法測(cè)定。稱取1 g樣品粉末放入核磁管中，之后將核磁管放入低場(chǎng)核磁設(shè)備體腔中采集信息。

注：A：對(duì)照；B：果糖；C：葡萄糖；D：蔗糖；E：麥芽糖；F：海藻糖；G：低聚果糖；H：低聚異麥芽糖；I：水蘇糖；J：麥芽糖醇；K：山梨糖醇；L：木糖醇。Note: A: Control. B: Fructose. C: Glucose. D: Sucrosel. E: Maltosel. F: Trehalosel. G: Fructooligosaccharidel.H: Isomaltooligosaccharidel. I: Stachyosel. J: Maltitoll. K: Sorbitoll. L: Xylitol.圖1 氣凝膠樣品外觀圖Fig.1 Appearance of the aerogel samples

1.3.8 吸濕率的測(cè)定 室溫條件下(28±2℃)將樣品放置于潔凈的移去硅膠的干燥器中。預(yù)先在干燥器下層放飽和氯化鈉溶液，并且密封平衡濕度12 h以上，使其內(nèi)部相對(duì)濕度達(dá)到75%左右[19]。間隔0.5、1、1.5、2、8、12、24、48、72、96 h取樣稱量。每組樣品平行測(cè)定3次。樣品吸濕率計(jì)算公式如下：

(3)

式中，φ為樣品的吸濕率，g·100 g-1；M為樣品的初始質(zhì)量，g；Mt為t時(shí)刻樣品的質(zhì)量，g。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin 2021軟件作圖，采用SPSS 22.0軟件中的Duncan’s法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較以及顯著性分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類糖對(duì)氣凝膠體系外觀及質(zhì)構(gòu)的影響

模擬體系樣品外觀如圖1所示。除木糖醇樣品外，其他樣品均具有較為規(guī)則、統(tǒng)一的外觀，這是由于整個(gè)真空冷凍干燥過(guò)程在較低的溫度下進(jìn)行，且一次干燥階段和二次干燥階段的升溫速度均較低。對(duì)照具有完整的外觀形態(tài)，說(shuō)明果膠和CMC能夠在FD產(chǎn)品中形成基本的骨架結(jié)構(gòu)，為樣品提供一定的剛性支撐，因此推測(cè)果膠與纖維素對(duì)于維持FD果蔬干產(chǎn)品基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)具有重要作用。而木糖醇樣品未成形，喪失了長(zhǎng)方體基本的形態(tài)和質(zhì)構(gòu)特性，難以從模具中取出，因此本研究不考慮木糖醇樣品的皺縮率、表觀密度、質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)以及吸濕性。

與對(duì)照樣品(圖1-A) 結(jié)構(gòu)松散呈海綿狀的剖面結(jié)構(gòu)相比，添加可溶性小分子糖使得樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，這是由于可溶性小分子糖可能附著在果膠-纖維素骨架上，并且填充在骨架孔隙中，使得樣品內(nèi)部更加致密。模擬體系樣品中的孔隙結(jié)構(gòu)是由于樣品中的水分被凍結(jié)進(jìn)而升華留下的冰晶的形狀。與對(duì)照樣品明顯的針狀孔隙結(jié)構(gòu)相比，添加小分子糖的樣品的剖面圖中，針狀孔隙結(jié)構(gòu)更纖細(xì)，甚至在麥芽糖、低聚果糖以及低聚異麥芽糖樣品中針狀孔隙結(jié)構(gòu)更小，說(shuō)明添加不同小分子糖的樣品液的預(yù)凍過(guò)程不同。Voelker等[20]提出，體系黏度越高，分子遷移率越低，因此可能由于麥芽糖、低聚果糖以及低聚異麥芽糖溶液黏度較高導(dǎo)致凍結(jié)過(guò)程中阻礙了水分子的遷移，使得樣品中的孔隙較小。

樣品的皺縮率如圖2所示。與對(duì)照相比，除果糖外，添加其他小分子糖均能夠降低樣品的皺縮率，這是由于其他小分子糖的填充使得樣品的體積增大。添加果糖顯著提高了樣品的皺縮率(P<0.05)，說(shuō)明果糖樣品的塌陷、皺縮現(xiàn)象比果糖對(duì)樣品的填充效果更顯著。低聚果糖樣品的皺縮率最低，說(shuō)明低聚果糖的填充效果最好。圖3證實(shí)了圖1樣品剖面圖的結(jié)果，添加小分子糖能夠顯著提高樣品的表觀密度(P<0.05)，其中果糖樣品的表觀密度最大，達(dá)到了0.29 g·mL-1。表明添加12%的果糖能顯著影響FD果蔬干的外觀品質(zhì)，給產(chǎn)品外觀帶來(lái)明顯的不良影響。皺縮率和表觀密度結(jié)果綜合表明，低聚果糖樣品的外觀品質(zhì)最好。

注：不同字母表示不同樣品間存在顯著差異(P<0.05)。下同。Note: Different letters indicate significant differences at 0.05 level between different samples. The same as following.圖2 氣凝膠樣品的皺縮率Fig.2 Collapse rate of the aerogel samples

圖3 氣凝膠體系樣品的表觀密度Fig.3 Apparent density of the aerogel system samples

可溶性小分子糖對(duì)樣品質(zhì)構(gòu)的影響如圖4所示，與對(duì)照相比，添加可溶性小分子糖能夠顯著改變氣凝膠的質(zhì)構(gòu)特性(P<0.05)。由圖4-A可知，相同含量下不同的可溶性小分子糖對(duì)FD果蔬干的質(zhì)構(gòu)影響不同。添加可溶性小分子糖能夠顯著提高氣凝膠體系樣品的硬度(P<0.05)。在糖含量相同的條件下，果糖樣品的硬度顯著高于其他樣品(P<0.05)，海藻糖和低聚異麥芽糖樣品的硬度較低。低聚果糖以及山梨糖醇樣品硬度與葡萄糖、麥芽糖、蔗糖樣品無(wú)顯著差異(P>0.05)。由圖4-B可知，可溶性小分子糖的添加能夠顯著提高模擬體系樣品的脆度(P<0.05)。其中添加果糖的樣品脆度最高，水蘇糖和山梨糖醇對(duì)于樣品脆度的提高程度較低，而其他樣品之間的脆度無(wú)顯著差異(P>0.05)。

注：A：添加不同糖的模擬體系樣品的硬度；B：添加不同糖的模擬體系樣品的脆度。Note: A: Hardness of simulated system samples with different sugars. B: Crispness of simulated system samples with different sugars. 圖4 模擬體系樣品質(zhì)構(gòu)特性Fig.4 Texture properties of the simulation system samples

2.2 不同種類糖對(duì)氣凝膠體系微觀結(jié)構(gòu)的影響

電鏡圖所示樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步揭示了樣品間質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生差異的原因。樣品微觀結(jié)構(gòu)圖中呈現(xiàn)許多孔隙結(jié)構(gòu)以及清晰的網(wǎng)絡(luò)骨架(圖5)，這是由水分子在預(yù)凍過(guò)程中凍結(jié)后升華形成的[21]。由圖5可知，對(duì)照組的微觀結(jié)構(gòu)較為疏松，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的有序性，進(jìn)一步說(shuō)明可能是由于對(duì)照組中不存在或存在微量的小分子糖，樣品溶液黏度較低，在預(yù)凍過(guò)程中水分更易凍結(jié)，形成大的規(guī)則的冰晶。與對(duì)照組相比，小分子糖的添加明顯提高了樣品孔隙結(jié)構(gòu)的壁厚。由于小分子糖的粘黏和填充效果，樣品微觀結(jié)構(gòu)的連續(xù)性得到增強(qiáng)，呈現(xiàn)出大面積的連續(xù)的平面結(jié)構(gòu)。與其他樣品組相比，果糖、葡萄糖和蔗糖樣品組的微觀結(jié)構(gòu)孔隙壁邊緣更加平滑。研究表明，由于冷凍濃縮效應(yīng)，在預(yù)凍過(guò)程中隨著溫度進(jìn)一步降低，組分會(huì)由橡膠態(tài)逐漸向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變[22]，因此在非晶狀態(tài)下果糖、葡萄糖和蔗糖的黏性可能比其他二糖、低聚糖以及糖醇更高。果糖樣品微觀結(jié)構(gòu)圖(圖5-B)顯示樣品的孔隙結(jié)構(gòu)更小，并形成了堅(jiān)硬且連續(xù)的孔隙壁，這可能是造成果糖樣品硬度顯著高于其他樣品的原因。水蘇糖樣品微觀結(jié)構(gòu)圖(圖5-I)呈現(xiàn)出明顯的無(wú)定形態(tài)，這可能是水蘇糖樣品脆度較低的主要原因。另外，除水蘇糖樣品外，其他樣品孔隙壁表面均呈現(xiàn)明顯的連成片的白色斑點(diǎn)，而放大150倍的對(duì)照組樣品電鏡圖中無(wú)明顯的白色斑點(diǎn)，可能是由于在預(yù)凍過(guò)程中冷凍濃縮效應(yīng)使得可溶性小分子糖集中于冰晶表面，干燥之后而留下的痕跡。

2.3 不同種類糖對(duì)氣凝膠體系水分分布以及Tg的影響

添加不同種類可溶性小分子糖的氣凝膠體系樣品的Tg如表2所示。相同含量下，除山梨糖醇外，添加其他小分子糖的氣凝膠體系Tg與對(duì)照相比差異顯著(P<0.05)。與對(duì)照相比，添加12%的果糖、葡萄糖、水蘇糖、麥芽糖醇、山梨糖醇以及木糖醇使得模擬體系的Tg降低了2.14～65.90℃，其中木糖醇樣品的Tg最低，為-23.56℃；添加12%的蔗糖、麥芽糖、海藻糖、低聚果糖以及低聚異麥芽糖能夠顯著提高模擬體系的Tg(P<0.05)，其中以海藻糖最為顯著，提高了49.23℃。食品體系的Tg與食品內(nèi)部組分的分子量以及結(jié)構(gòu)有關(guān)，如糖醇Tg比相應(yīng)的單糖的Tg低，這是由于多元醇含有更多的羥基，更容易與水分子結(jié)合。有研究表明雙糖具有較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，能夠在較高的溫度下固定分子，使得體系保持穩(wěn)定[23]，因此蔗糖、麥芽糖以及海藻糖樣品具有較高的Tg。

添加不同種類可溶性小分子糖的模擬體系樣品的弛豫時(shí)間如圖6所示。0.01～10 ms所示的峰為樣品結(jié)合水的弛豫峰[24-25]，由于掃描樣品均為凍干樣品，因此樣品中的水分以結(jié)合水的狀態(tài)體現(xiàn)，10 ms以后響應(yīng)值過(guò)低的峰可能是由于設(shè)備噪聲等因素的干擾而出現(xiàn)的雜峰。圖6顯示不同樣品結(jié)合水的弛豫峰的峰面積大小并不像樣品的Tg呈現(xiàn)同樣的規(guī)律性，說(shuō)明樣品中的結(jié)合水與樣品的Tg可能不存在關(guān)聯(lián)性。由于結(jié)合水的含量主要受樣品中組分與水分子結(jié)合能力的影響，因此樣品中結(jié)合水的含量對(duì)于樣品的穩(wěn)定性影響并不大，但可能會(huì)在預(yù)凍過(guò)程中影響分子的遷移速率。

2.4 不同種類糖對(duì)模擬體系吸濕性的影響

吸濕性是評(píng)判果蔬干制品貯藏品質(zhì)的重要指標(biāo)。圖7-A為添加不同糖模擬體系樣品在相對(duì)濕度為75%時(shí)的吸濕率。添加等量不同的糖對(duì)樣品吸濕率的影響不同。所有樣品的吸濕速度均在8 h之后開(kāi)始降低。果糖組樣品吸濕率持續(xù)明顯高于其他組，而山梨糖醇組樣品吸濕率在48 h之后出現(xiàn)躍變，可能是由于山梨糖醇組樣品在48 h后吸收了一定量的水分后，由非晶態(tài)變?yōu)橄鹉z態(tài)甚至是游離態(tài)，從而突然加劇了樣品的吸濕速度。蔗糖、海藻糖、葡萄糖以及水蘇糖組樣品的吸濕率分別在48、72 h之后出現(xiàn)下降趨勢(shì)。由圖7-B可知，蔗糖、葡萄糖、海藻糖和水蘇糖4組樣品在48 h之后出現(xiàn)明顯的皺縮，逐漸喪失孔隙結(jié)構(gòu)，喪失脆度且硬度得到極大提高。這是由于產(chǎn)品的貯藏穩(wěn)定性，特別是產(chǎn)品的脆度易受到環(huán)境濕度的影響，提高水分活度(water activity, AW)值可以提高糖的結(jié)晶度[26]。因此，相對(duì)濕度為75%條件下，樣品中的蔗糖、海藻糖、葡萄糖以及水蘇糖與水分子結(jié)合，經(jīng)歷了一個(gè)由無(wú)定形態(tài)到結(jié)晶態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，從而使樣品從疏松多孔的結(jié)構(gòu)變?yōu)橹旅艿慕Y(jié)構(gòu)，同時(shí)多孔結(jié)構(gòu)的喪失以及糖結(jié)晶態(tài)的轉(zhuǎn)變使得樣品的脆度喪失，硬度變大。另外這4組樣品吸濕性在48、72以及96 h處標(biāo)準(zhǔn)誤差較大，可能是由于樣品吸濕48 h后發(fā)生明顯塌陷皺縮，樣品中小分子糖開(kāi)始出現(xiàn)大量的結(jié)晶，樣品呈現(xiàn)出高度不規(guī)則和不均勻的狀態(tài)，使得各個(gè)平行之間出現(xiàn)較大的偏差。

注：A：對(duì)照；B：果糖；C：葡萄糖；D：蔗糖；E：麥芽糖；F：海藻糖；G：低聚果糖；H：低聚異麥芽糖；I：水蘇糖；J：麥芽糖醇；K：山梨糖醇。Note: A: Control. B: Fructose. C: Glucose. D: Sucrose. E: Maltose. F: Trehalose. G: Fructooligosaccharide. H: Isomaltooligosaccharide. I: Stachyose. J: Maltitol. K: Sorbitol.圖5 氣凝膠樣品的微觀結(jié)構(gòu)Fig.5 Microstructure of the aerogel samples

表2 添加不同小分子糖樣品的TgTable 2 Tg of the simulation system samples

圖6 氣凝膠樣品的水分分布狀態(tài)Fig.6 Water distribution of the aerogel samples

注：a：蔗糖；b：葡萄糖；c：海藻糖；d：水蘇糖。Note: a: Sucrose. b: Glucose. c: Trehalose. d: Stachyose.圖7 氣凝膠樣品吸濕率及其吸濕48 h后外觀形態(tài)Fig.7 Hygroscopicity of the aerogel samples and their appearance after 48 h moisture absorption

3 討論

在冷凍干燥的預(yù)凍過(guò)程中，物料有從橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)，然后到非晶態(tài)，再到玻璃態(tài)的變化過(guò)程，始終在玻璃態(tài)下干燥，物料最終能夠以穩(wěn)定的玻璃態(tài)形式存在[22]。因此推測(cè)，相同干燥條件下，木糖醇樣品一次干燥的升溫速度過(guò)快，使得樣品不能始終保持在玻璃態(tài)下進(jìn)行干燥，導(dǎo)致樣品傾向于呈現(xiàn)不穩(wěn)定的橡膠態(tài)或者是介于玻璃態(tài)與橡膠態(tài)之間的固態(tài)非晶態(tài)，從而產(chǎn)生塌陷皺縮，甚至不成形。因此，添加大量的木糖醇會(huì)增加干燥難度，F(xiàn)D果蔬生產(chǎn)中不適合添加大量的木糖醇。本研究發(fā)現(xiàn)添加等量不同小分子糖的FD果蔬樣品質(zhì)構(gòu)特性存在顯著差異(P<0.05)，這與張鵬飛[27]的研究結(jié)果一致，即不同糖的滲透對(duì)高壓差膨化干燥桃片的質(zhì)構(gòu)影響不同。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，添加等量果糖樣品的硬度顯著高于其他樣品，這可能與FD果蔬樣品中小分子糖的存在形式以及分子內(nèi)和分子間的化學(xué)鍵有關(guān)。由于蔗糖、葡萄糖以及麥芽糖[28-29]被廣泛應(yīng)用于果蔬加工中以改善產(chǎn)品的風(fēng)味以及質(zhì)構(gòu)，因此，生產(chǎn)中可參考添加蔗糖、葡萄糖以及麥芽糖產(chǎn)品的品質(zhì)添加小分子糖，使消費(fèi)者更易接受。此外，由于低聚果糖樣品的質(zhì)構(gòu)特性與蔗糖、葡萄糖以及麥芽糖樣品無(wú)顯著差異(P>0.05)，同時(shí)存在一定的益生功效，如調(diào)節(jié)腸道菌群[30]，因此低聚果糖在生產(chǎn)上具有較好的應(yīng)用前景。

不同小分子糖會(huì)對(duì)樣品的Tg產(chǎn)生一定的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，添加雙糖或分子量較高的碳水化合物能夠提高樣品的Tg，使得體系能夠保持在較為穩(wěn)定的狀態(tài)，同樣的結(jié)果被國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者證實(shí)，如饒小勇等[31]研究發(fā)現(xiàn)隨著麥芽糊精含量的增加，噴霧干燥五味子粉的Tg會(huì)逐漸提高。另外，本研究發(fā)現(xiàn)樣品吸濕會(huì)發(fā)生結(jié)晶變硬的現(xiàn)象，F(xiàn)auster等[32]同樣發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。為保障高糖產(chǎn)品的商品價(jià)值，可以通過(guò)在產(chǎn)品中添加干擾因子來(lái)防止小分子糖結(jié)晶[33]。

綜上所述，通過(guò)比較添加等量不同小分子糖FD果蔬樣品的氣凝膠質(zhì)構(gòu)等特性，可在FD果蔬樣品果蔬生產(chǎn)中根據(jù)所需產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)以及結(jié)晶特性，選擇小分子糖的添加種類以及貯藏條件，從而保障產(chǎn)品質(zhì)量。后續(xù)可以通過(guò)對(duì)比研究不同單糖對(duì)FD果蔬樣品氣凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響，揭示果糖樣品硬度大的內(nèi)在機(jī)理。同時(shí)，可以細(xì)化小分子糖的添加比例，了解添加小分子糖與FD果蔬樣品質(zhì)構(gòu)特性的量效關(guān)系，為確定FD果蔬生產(chǎn)中小分子糖的添加量提供數(shù)據(jù)支持及理論依據(jù)。本研究?jī)H選用了11種較為常見(jiàn)的小分子糖進(jìn)行研究，涉及到的糖種類仍然有限，今后的研究仍可聚焦探究其他不同的小分子糖對(duì)FD果蔬質(zhì)構(gòu)等特性的影響，以篩選出更多能用于生產(chǎn)的可替代蔗糖的小分子糖。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，添加11種可溶性小分子糖能顯著影響FD氣凝膠模擬體系樣品的質(zhì)構(gòu)、Tg等特性，其中添加木糖醇的樣品不能成形，使樣品喪失了硬度和脆度，表明在實(shí)際生產(chǎn)中FD果蔬制品添加大量木糖醇是不可行的。添加果糖的樣品硬度顯著大于添加其他糖的樣品；添加低聚果糖的樣品在質(zhì)構(gòu)方面與添加葡萄糖、蔗糖和麥芽糖的樣品非常接近，且Tg較高，貯藏時(shí)不易吸濕結(jié)晶，發(fā)生硬化，在貯藏方面具有較大優(yōu)勢(shì)?？紤]到消費(fèi)者的接受度以及低聚糖的益生功效，低聚果糖可以較好地替代葡萄糖、蔗糖和麥芽糖應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。與添加蔗糖的樣品相比，添加單一種類糖會(huì)造成FD果蔬樣品的硬度過(guò)高或過(guò)低，單一種類糖對(duì)FD果蔬產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)的調(diào)節(jié)存在一定的局限性。