不同干燥方式對(duì)菠蘿品質(zhì)和揮發(fā)性風(fēng)味的影響

王曉艷,韓延超,吳偉杰,鄧尚貴,陳杭君,房祥軍,郜海燕,*

(1.浙江海洋大學(xué) 食品與藥學(xué)學(xué)院,浙江 舟山 316000; 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 食品科學(xué)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310021)

菠蘿(Ananascomosus)又名鳳梨,是一種產(chǎn)量?jī)H次于香蕉和柑橘的熱帶水果[1]。菠蘿含有豐富的維生素C(VC)和有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)成分,以其獨(dú)特的風(fēng)味和芳香多汁的口感備受消費(fèi)者喜愛(ài)。菠蘿具有消炎、助消化等作用。有研究表明,富含纖維或生物活性成分的植物源性飲食可以預(yù)防或減少毒物引起的炎癥[2]。近年來(lái),菠蘿已成為支撐熱帶、亞熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè),但是成熟后的菠蘿質(zhì)地脆弱,不耐貯藏,大多只能以鮮果的形式在產(chǎn)地消費(fèi)[3],一定程度上制約了菠蘿產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和農(nóng)民增收[4]。張魯斌等[5]研究發(fā)現(xiàn),采后菠蘿的VC和有機(jī)酸含量隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)逐漸下降。因此,深入探究菠蘿的加工利用技術(shù)在促進(jìn)菠蘿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上具有積極意義。

菠蘿除鮮銷外,其加工產(chǎn)品主要有菠蘿汁、菠蘿干、菠蘿罐頭,以及用其廢棄物加工而成的菠蘿酶、菠蘿纖維等[6]。干燥是一種常見(jiàn)的延長(zhǎng)果蔬保質(zhì)期的方法,它能夠降低果蔬的水分活度,抑制果蔬微生物的生長(zhǎng)和相關(guān)酶的活性[7]。目前,常見(jiàn)的干燥技術(shù)主要有微波、熱風(fēng)、真空冷凍、紅外,以及熱泵干燥等[8]。真空冷凍干燥能最大限度地保留產(chǎn)品中的營(yíng)養(yǎng)成分,使產(chǎn)品保持原有的色、香、味、形。許晴晴等[9]研究了熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥對(duì)藍(lán)莓品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,與熱風(fēng)干燥相比,真空冷凍干燥更能保持藍(lán)莓的復(fù)水性和較高的VC、總花色苷、總酚含量。Mzirai[10]探究熱風(fēng)和紅外干燥聯(lián)合變溫壓差膨化干燥菠蘿片的品質(zhì),結(jié)果表明,與熱風(fēng)干燥相比,紅外-變溫壓差膨化聯(lián)合干燥可節(jié)約50.98%的干燥時(shí)間,能夠保持較高的VC和總酚含量,經(jīng)過(guò)滲透脫水預(yù)處理后,其復(fù)水比提高,色澤保持良好,但還原糖和VC含量下降。袁越錦等[11]將熱風(fēng)干燥與真空冷凍干燥技術(shù)相結(jié)合,對(duì)熱風(fēng)冷凍組合干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果表明,當(dāng)熱風(fēng)溫度為60.72 ℃、切片厚度為9 mm、中間轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率為50%、真空壓力為60 Pa時(shí),干燥效果最好,此時(shí)菠蘿片的干燥時(shí)間為10.607 8 h,復(fù)水比達(dá)到4.556 7。微波干燥加熱速度比較快,效率高,但是干燥過(guò)程中可能因局部過(guò)熱導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)焦化。常虹等[12]研究發(fā)現(xiàn),與熱風(fēng)干燥相比,微波真空干燥后的菠蘿粉能夠維持較好的產(chǎn)品色澤,且VC損失率較低。許洋等[13]為避免干燥過(guò)程中出現(xiàn)的“熱點(diǎn)”問(wèn)題,使用變功率間歇微波干燥技術(shù)對(duì)香菇片進(jìn)行干燥,但是干燥后的產(chǎn)品皺縮率和色澤差異較大,而且復(fù)水后的產(chǎn)品質(zhì)地較硬。黃子建[14]對(duì)微波真空干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)將熱風(fēng)-微波真空干燥工藝聯(lián)合,結(jié)果表明,相較于微波真空干燥,聯(lián)合干燥工藝的菠蘿片的品質(zhì)稍差,能耗也較大,但相較于傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥,菠蘿片的感官品質(zhì)較好,VC、總糖含量較高,能耗也明顯降低。綜上,不同干燥方式對(duì)不同果蔬品質(zhì)的影響不同。目前,關(guān)于不同干燥方式對(duì)菠蘿風(fēng)味影響的研究較少。為此,本文對(duì)比了微波干燥、熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥對(duì)菠蘿品質(zhì)與揮發(fā)性風(fēng)味的影響,以期為菠蘿干燥制品的加工和產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮菠蘿,市售;檸檬酸、氯化鈣、氯化鈉,均為食品級(jí),購(gòu)自北京鼎國(guó)昌盛生物技術(shù)有限責(zé)任公司;牛血清蛋白、L-抗壞血酸、考馬斯亮藍(lán)、鄰二氯苯,均為分析純,購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑北京有限公司;硫酸、沒(méi)食子酸、無(wú)水乙醇、福林酚、磷酸,均為分析純,購(gòu)自上海凌鋒化學(xué)試劑有限公司;蔗糖(標(biāo)準(zhǔn)品),上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CR410型手持色差儀,日本Konica;TA. XT Plus質(zhì)構(gòu)儀,英國(guó)Stable Micro Systems;DGG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;Labconco FreeZone冷凍干燥機(jī),美國(guó)Labconco;Cintra4040紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì),澳大利亞GBC;EM7KCG4-NR微波爐,廣東美的廚房電器制造有限公司;XMTD-8222恒溫水浴鍋,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;TSQ9000氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國(guó)Thermo Scientific。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

菠蘿去皮→切片→護(hù)色→硬化→瀝干水分→干燥→成品。

1.3.2 原料預(yù)處理

取成熟度較高的菠蘿去皮后,切成厚度6～8 mm的薄片,十字交叉切成4塊扇形,用10%的氯化鈉溶液浸泡10 min后,分別用0.4%檸檬酸和0.3% CaCl2浸泡30 min進(jìn)行護(hù)色、硬化處理后撈出,瀝干水分待用。

1.3.3 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)處理:T1(微波干燥),將菠蘿片置于微波爐中,功率700 W,微波干燥30 min;T2(熱風(fēng)干燥),在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)的烘盤上鋪一層錫箔紙,將菠蘿片擺在烘盤上,55 ℃干燥20 h;T3(真空冷凍干燥),將菠蘿片置于-40 ℃冰箱預(yù)冷4 h,然后在冷阱溫度-82 ℃、真空度10 Pa條件下,真空冷凍干燥48 h。上述處理均重復(fù)3次,水分含量達(dá)到13%左右時(shí)干燥結(jié)束。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 感官評(píng)定

參照余洋洋等[4]的方法,選擇12名感官評(píng)價(jià)人員按照感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(表1)對(duì)菠蘿干燥后的外觀、色澤、風(fēng)味、口感進(jìn)行評(píng)價(jià),取平均值作為感官評(píng)分結(jié)果。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory scoring criteria

1.4.2 色澤測(cè)定

利用手持色差儀測(cè)定樣品的L*(明度指數(shù))、a*(紅綠指數(shù))、b*(黃藍(lán)指數(shù)),以儀器白板色澤為標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算樣品與儀器白板在上述指標(biāo)上的差值(ΔL*、Δa*、Δb*),并據(jù)此測(cè)算總色差值ΔE。

1.4.3 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

參考羅樹(shù)燦等[15]的方法,利用質(zhì)構(gòu)儀開(kāi)展質(zhì)構(gòu)分析(TPA),探頭使用SMSP/6(直徑6 mm的圓柱探頭),具體參數(shù)為:測(cè)前速率2 mm·s-1,測(cè)試速率0.5 mm·s-1,壓縮形變率30%,觸發(fā)值5 g。每個(gè)處理選取5份樣品進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果取平均值。

1.4.4 營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定

參考盧瑞雪等[16]的方法測(cè)定抗壞血酸含量,用L-抗壞血酸構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線。參考溫文娟等[17]的方法,采用苯酚-硫酸法測(cè)定總糖含量,用蔗糖構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線。參考Jiang等[18]的方法,采用Folin-Ciocalteu法測(cè)定總酚含量,用沒(méi)食子酸構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線。采用考馬斯亮藍(lán)法[19]測(cè)定可溶性蛋白含量,用牛血清蛋白構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.5 揮發(fā)性風(fēng)味化合物測(cè)定

參考Zhang等[20]的方法并稍作修改開(kāi)展頂空固相微萃取:稱取2 g樣品于20 mL頂空瓶中,加入1 μL 0.025 mL·L-1的鄰二氯苯溶液作為內(nèi)標(biāo)物,60 ℃平衡30 min后,在同樣溫度下萃取30 min,將萃取頭插入氣相色譜的進(jìn)樣口,于250 ℃解析8 min。氣相色譜采用DB-5 MS石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm,1.4 μm)。升溫程序:初溫40 ℃,以3 ℃·min-1升至120 ℃,再以5 ℃·min-1升至200 ℃,保持10 min。進(jìn)樣口溫度為250 ℃,載氣為He,不分流進(jìn)樣。質(zhì)譜條件:電子轟擊離子源(EI),離子源溫度250 ℃,電子轟擊能量70 eV,傳輸線溫度250 ℃,掃描范圍(質(zhì)荷比,m/z)29～400。所有化合物均依據(jù)NIST MS Search 2.3質(zhì)譜庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析,并依據(jù)內(nèi)標(biāo)濃度與峰面積的比值進(jìn)行定量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2010軟件進(jìn)行整理和制圖,用IBM SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA),對(duì)有顯著(P<0.05)差異的,采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)感官評(píng)定的影響

在菠蘿片的外觀、色澤和風(fēng)味上,T2與T3處理無(wú)顯著差異,兩者均顯著優(yōu)于T1處理(表2);在口感上,T2處理顯著優(yōu)于其他2個(gè)處理?？偟膩?lái)看,熱風(fēng)干燥的總分最高,保持了較好的感官品質(zhì)。微波干燥的總分最低,可能因?yàn)榧訜徇^(guò)程中受熱不均,導(dǎo)致菠蘿片局部出現(xiàn)黃褐色,影響了外觀和風(fēng)味。

表2 不同干燥方式對(duì)菠蘿片感官評(píng)分的影響Table 2 Effects of different drying methods on sensory score of pineapple

2.2 對(duì)色澤的影響

T3處理的菠蘿片L*值為92.33(表3),顯著高于其他處理,但其a*、b*和ΔE值均顯著低于其他處理,說(shuō)明真空冷凍干燥后的菠蘿片色差變化較小,顏色較為鮮亮;T1處理的菠蘿片的a*、b*和ΔE值均顯著高于T3處理,且其a*和ΔE值還顯著高于T2處理,整體色澤偏暗黃,可能是因?yàn)樵诟稍镞^(guò)程中溫度過(guò)高致使糖類分解,菠蘿片局部出現(xiàn)了焦糊現(xiàn)象[21]。

表3 不同干燥方式對(duì)菠蘿片色澤的影響Table 3 Effects of different drying methods on color of pineapple

表4 不同干燥方式對(duì)菠蘿片質(zhì)構(gòu)的影響Table 4 Effects of different drying methods on texturer of pineapple

表5 不同干燥方式對(duì)菠蘿揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響Table 5 Effects of different drying methods on volatile flavor compounds of pineapple

2.3 對(duì)質(zhì)構(gòu)的影響

T1和T2處理的菠蘿片在硬度和咀嚼性上均無(wú)顯著差異,但均顯著低于T3處理。T2處理的菠蘿片,其內(nèi)聚性和回復(fù)性分別為0.72和0.24,均顯著高于其他處理。T3處理的菠蘿片在硬度和咀嚼性上均顯著高于其他處理,說(shuō)明真空冷凍干燥會(huì)影響口感。微波干燥由于速度快、時(shí)間短,水分子逸出蒸發(fā)易形成較多的細(xì)小孔隙,致使結(jié)構(gòu)組織破壞、收縮嚴(yán)重[22],其產(chǎn)品的內(nèi)聚性和回復(fù)性較差。綜合判斷,使用熱風(fēng)干燥方式制備的菠蘿片口感較佳。雷炎等[23]的研究也表明,與真空冷凍干燥相比,熱風(fēng)和遠(yuǎn)紅外干燥制備的獼猴桃果脯口感更佳。

2.4 對(duì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

抗壞血酸是一種人體必需的微量營(yíng)養(yǎng)素,廣泛存在于新鮮果蔬中,具有預(yù)防心血管疾病等功效,但其在加工過(guò)程中容易被氧化,出現(xiàn)VC損失現(xiàn)象[24]。真空冷凍干燥和熱風(fēng)干燥處理的菠蘿片能夠保持較高的VC含量(圖1),二者無(wú)顯著差異,均顯著高于微波干燥后的菠蘿片。這可能是因?yàn)槲⒉ǜ稍锏臏囟容^高,且與氧氣充分接觸,易因氧化分解導(dǎo)致VC損失嚴(yán)重。真空冷凍干燥能夠降低菠蘿片在干燥過(guò)程中的VC損失。這與宋娟等[25]的研究結(jié)果一致。可能是因?yàn)?在真空和較低溫度下,真空冷凍干燥排出了物料組織間的氣體,減少了VC與氧氣接觸的機(jī)會(huì),因而減少了相應(yīng)的損失。

柱上無(wú)相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicate significant difference at P<0.05.圖1 不同干燥方式對(duì)菠蘿片VC、總糖、總酚、可溶性蛋白含量的影響Fig.1 Effects of different drying methods on contents of VC, total sugar, total phenol and soluble protein of pineapple

真空冷凍干燥處理后的菠蘿片,總糖含量最高(133.98 mg·g-1),且顯著高于其他處理,微波干燥次之,而熱風(fēng)干燥的總糖含量損失嚴(yán)重(僅83.29 mg·g-1)。真空冷凍干燥處理的溫度較低,有助于抑制菠蘿片中多糖的降解,從而維持較高的總糖含量。這與黃小丹等[26]的研究結(jié)果相似。蘇敬紅等[27]的研究也表明,真空冷凍干燥處理能夠獲得高品質(zhì)和高活性的火龍果莖多糖。

酚類化合物是廣泛存在于植物果實(shí)中的一種次生代謝產(chǎn)物,具有多種生物活性[28]。微波干燥與熱風(fēng)干燥處理后的菠蘿總酚含量無(wú)顯著差異,均顯著低于真空冷凍干燥后的菠蘿片的總酚含量(0.28 mg·g-1)。這可能是因?yàn)?真空冷凍干燥下,真空隔氧和低溫的環(huán)境有助于酚類物質(zhì)的保留。此外,在微波干燥和熱風(fēng)干燥的過(guò)程中,菠蘿片會(huì)不可避免地與氧氣接觸,因而酚類物質(zhì)的氧化損失也較多。這與唐璐璐等[29]、Sogi等[30]的研究結(jié)果一致。

真空冷凍干燥后菠蘿片的可溶性蛋白含量為0.57 mg·g-1,顯著高于其他處理;微波干燥后菠蘿片的可溶性蛋白含量最低,僅0.18 mg·g-1。這可能是因?yàn)?微波干燥過(guò)程中溫度較高,菠蘿中的蛋白質(zhì)發(fā)生分解或變性[13]。與微波干燥和熱風(fēng)干燥相比,真空冷凍干燥更利于維持菠蘿較高的可溶性蛋白含量。耿想等[31]的研究發(fā)現(xiàn),真空冷凍干燥處理制備的竹筍干品質(zhì)較好;而微波干燥制備的竹筍干制品中,可溶性蛋白和組織結(jié)構(gòu)均受到嚴(yán)重破壞。

2.5 對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響

對(duì)菠蘿香氣特征和揮發(fā)性有機(jī)化合物的檢測(cè)有助于評(píng)價(jià)菠蘿加工產(chǎn)品的質(zhì)量[1],不同干燥方式處理的菠蘿會(huì)產(chǎn)生不同的風(fēng)味物質(zhì)[32]。在本研究所設(shè)計(jì)的3種干燥方式下,共檢測(cè)出92種揮發(fā)性化合物,其中定性到57種化合物,具體包括酯類22種、醇類2種、酮類3種、醛類14種、烯烴類10種、酸類3種,以及乙苯、間二甲苯和2-乙酰基呋喃。在定性的57種化合物中,從微波干燥、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥后的菠蘿片中分別檢測(cè)到32、43和37種揮發(fā)性風(fēng)味化合物?？偟膩?lái)看,酯類是菠蘿中主要的揮發(fā)性成分[33]。具有菠蘿香味的己酸乙酯、辛酸乙酯和庚酸乙酯等化合物在真空冷凍干燥后的菠蘿片中含量較高,而經(jīng)微波干燥后這些香氣成分損失嚴(yán)重或無(wú)法檢出。相比其他處理,微波干燥制備的菠蘿片中醛類物質(zhì)種類較多,其糠醛含量最高,達(dá)到285.85 μg·kg-1,而熱風(fēng)干燥下僅18.14 μg·kg-1,真空冷凍干燥后未檢測(cè)到該物質(zhì)。該物質(zhì)及其衍生物產(chǎn)生的主要原因是,干燥過(guò)程中抗壞血酸在熱、氧條件下被降解,生成低分子量的醛類物質(zhì)[34]。微波干燥過(guò)程中溫度較高,故其產(chǎn)生的糠醛化合物含量最高。此外,微波干燥過(guò)程中因?yàn)榫植窟^(guò)熱,導(dǎo)致菠蘿片出現(xiàn)焦化現(xiàn)象,還產(chǎn)生了5-甲基呋喃醛、2-乙?；秽葞в薪固窍愕膿]發(fā)性風(fēng)味化合物,影響了干燥后菠蘿片的風(fēng)味。長(zhǎng)時(shí)間的熱風(fēng)干燥不利于菠蘿特征香氣的保持,同時(shí)還檢測(cè)到了乙酸、正己酸等具有刺激性氣味的化合物,影響干燥后菠蘿的風(fēng)味。真空冷凍干燥處理使菠蘿片產(chǎn)生特有的具有菠蘿香的庚酸乙酯、水果香的乙酸甲酯、蘋果香的丁酸甲酯、4-羥基-2-丁酮,以及柑橘香的2-十一烯醛等揮發(fā)性風(fēng)味化合物,且其風(fēng)味化合物總量也高于其他處理。這可能是由于一定的真空度使得物料中的香氣前體物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化,從而促成了風(fēng)味物質(zhì)的生成[35]。同時(shí),在低溫狀態(tài)下,其風(fēng)味物質(zhì)變化較小。

3 結(jié)論

本文探究了微波干燥、熱風(fēng)干燥和真空冷凍干燥3種方式對(duì)菠蘿品質(zhì)和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響,結(jié)果表明:熱風(fēng)干燥處理后的菠蘿片,其感官評(píng)分和質(zhì)構(gòu)優(yōu)于其他處理;真空冷凍干燥處理后的菠蘿片,其色澤,及VC、總糖、總酚、可溶性蛋白含量高于其他處理;微波干燥下受高溫影響菠蘿片局部受熱不均,色澤偏暗黃,營(yíng)養(yǎng)成分損失較嚴(yán)重。在3種干燥方式處理后的菠蘿片中共定性到57種揮發(fā)性風(fēng)味化合物,主要有酯類、醇類、酮類、醛類、烯烴類、酸類等。菠蘿果實(shí)香氣成分以酯類為主,其中,呈菠蘿香和果香的己酸乙酯、辛酸甲酯和辛酸乙酯含量較高。微波干燥后的菠蘿片香氣成分損失最大。與微波干燥和熱風(fēng)干燥相比,真空冷凍干燥能更好地保留菠蘿的揮發(fā)性風(fēng)味,維持菠蘿香味。綜上,本研究表明,真空冷凍干燥能夠延緩菠蘿片中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和風(fēng)味的流失。研究結(jié)果可為菠蘿干燥制品的工業(yè)化提供一定的參考。