不同干燥工藝對(duì)獼猴桃粉理化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及品質(zhì)的影響

錢(qián)曉燕,周夢(mèng)琪,呂遠(yuǎn)平,陳婧司

1(蘇州大學(xué) 蘇州醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院,江蘇 蘇州,215123)2(蘇州工業(yè)園區(qū)疾病防治中心,江蘇 蘇州,215021)3(四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院,四川 成都,610065)

獼猴桃富含糖類(lèi)、有機(jī)酸、維生素、蛋白質(zhì)、酚類(lèi)及礦物質(zhì),因其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高,在市場(chǎng)上廣受歡迎[1]。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)顯示,2019年我國(guó)獼猴桃的產(chǎn)量高達(dá)2.20×106t,占全球總產(chǎn)量的50.52%,穩(wěn)居世界第一,較我國(guó)2009年產(chǎn)量增加了348.31%[2]。隨著我國(guó)種植業(yè)的迅速發(fā)展,獼猴桃作為一種不耐貯藏的水果,鮮銷(xiāo)已無(wú)法消耗大量的獼猴桃,對(duì)其進(jìn)行深加工成為必然趨勢(shì)。

將獼猴桃制成全果粉,可沖調(diào)后飲用或作為基礎(chǔ)性原料應(yīng)用于調(diào)味品、快餐食品和方便食品加工中,果粉使用方便快捷,提高了獼猴桃原料的加工利用率,已成為延長(zhǎng)獼猴桃產(chǎn)業(yè)鏈的重要加工方式[3]。不同干燥工藝制得的果粉產(chǎn)品品質(zhì)相差較大[4-6],因此評(píng)估不同干燥工藝加工的產(chǎn)品性質(zhì)并進(jìn)行改良具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前關(guān)于不同干燥方式得到的櫻桃粉、橄欖粉、南瓜粉等品質(zhì)的比較研究較多[7-9],但對(duì)于獼猴桃粉的研究主要集中于工藝優(yōu)化及復(fù)合粉的開(kāi)發(fā)上,干燥方式比較的研究較少,且分析方法單一,關(guān)于其多方面性質(zhì)綜合性評(píng)估的文獻(xiàn)較少[10-13]。

本研究采用3種常見(jiàn)干燥工藝制作全果粉,通過(guò)對(duì)其色澤、微觀結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定,探究不同干燥工藝對(duì)獼猴桃粉品質(zhì)的影響,并采用主成分分析法對(duì)全果粉品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為獼猴桃粉加工工藝的改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

國(guó)產(chǎn)徐香綠心獼猴桃,市售;分析純L(+)-抗壞血酸、蒽酮-乙酸乙酯試劑、酚酞、NaOH、濃H2SO4、HCl、蔗糖,四川省成都市科隆化學(xué)品有限公司;食品添加劑(微晶纖維素、磷酸三鈣復(fù)合物、β-環(huán)糊精),湖州市菱湖新望化學(xué)有限公司;食用菜籽油,益海(廣漢)糧油飼料有限公司;無(wú)水檸檬酸,淮坊英軒實(shí)業(yè)有限公司。

C012攪拌機(jī),九陽(yáng)股份有限公司;SQP型電子天平,北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;DZF-6020真空干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;SCIENTZ-10 N冷凍干燥機(jī),寧波新芝生物科技股份有限公司;GZX-9140MBE 電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司;CM-5色差色度儀,柯尼卡美能達(dá)辦公系統(tǒng)有限公司;UV-1800BPC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海美普達(dá)儀器有限公司;Helio G4 UC掃描電鏡,美國(guó)賽默飛世爾科技公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 獼猴桃粉生產(chǎn)工藝

獼猴桃→篩選→果皮脫苦除澀→洗凈瀝干→打漿→干燥→過(guò)篩→成品

采集成熟度一致,無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷的獼猴桃。在參考文獻(xiàn)[14]和前期實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)果皮脫苦除澀,采用45 ℃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的β-環(huán)糊精溶液浸泡100 min。m(獼猴桃)∶m(β-環(huán)糊精)=1∶5。將獼猴桃?guī)で袎K,放入攪拌機(jī)中,2檔(250 W)10 min打?yàn)閯驖{。取獼猴桃果漿100 g平鋪于15 cm玻璃培養(yǎng)皿中,進(jìn)入干燥工序。微晶纖維素、Ca3(PO4)2與干燥后果粉的質(zhì)量比為1∶1∶100,混合打成均勻的粉末,過(guò)100目篩。

1.2.2 干燥方式及參數(shù)

1.2.2.1 真空干燥

將獼猴桃漿放入真空干燥箱,溫度40 ℃,真空度-0.085 MPa,烘干20 h。冷卻后取出,真空包裝。樣品記為VDP。

1.2.2.2 熱風(fēng)干燥

將獼猴桃漿60 ℃恒溫干燥12 h。冷卻后真空包裝。所得樣品記為HADP。

1.2.2.3 真空冷凍干燥

將獼猴桃漿-20 ℃冷凍24 h后迅速放入凍干機(jī)干燥倉(cāng)(冷阱溫度-45 ℃,真空度10 Pa),冷凍干燥72 h。然后真空包裝。所得樣品記為FDP。

1.2.3 色度測(cè)定

采用CM-5色差色度儀,利用L*、a*、b*表色系統(tǒng)評(píng)價(jià)獼猴桃粉色澤。

1.2.4 維生素C含量測(cè)定

采用紫外分光光度法[15]進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 總酸測(cè)定

采用GB 12456—2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》方法。

1.2.6 總糖測(cè)定

采用蒽酮比色法[16]。

1.2.7 水分含量

按照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》中相關(guān)方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.8 得率計(jì)算

獼猴桃粉的得率按公式(1)計(jì)算:

(1)

式中:m1,獼猴桃果粉質(zhì)量,g;m2,獼猴桃果漿質(zhì)量,g。

1.2.9 堆積密度

參考任愛(ài)清等[17]的方法,稱(chēng)取2.0 g獼猴桃粉輕輕倒入10 mL干燥潔凈的量筒中,將量筒置于旋渦振動(dòng)器上1 min,使其體積恒定,記錄樣品的質(zhì)量和體積,堆積密度為粉末的質(zhì)量與體積的比值。

1.2.10 流動(dòng)性

通過(guò)測(cè)定休止角對(duì)其流動(dòng)性進(jìn)行比較,參考羅麗蓉等[18]的方法,將坐標(biāo)紙平鋪在桌面上,將漏斗垂直固定在坐標(biāo)紙上方,漏斗下端出口距離坐標(biāo)紙6 cm。取10.00 g獼猴桃粉經(jīng)玻璃漏斗垂直流動(dòng)至白紙,形成圓錐體,測(cè)定其底部直徑及高度。休止角α按公式(2)計(jì)算:

(2)

式中:h,漏斗下端與坐標(biāo)紙的距離,cm;r,獼猴桃粉形成的圓錐體底部直徑,cm。

1.2.11 吸油性

參考林炎娟等[7]的方法。稱(chēng)取1.0 g樣品加入盛有8 mL菜籽油的離心管,渦旋振蕩混勻后,靜置30 min,4 000 r/min離心20 min,記錄上層油體積,吸油性按公式(3)計(jì)算:

(3)

式中:V1,添加菜籽油體積,mL;V2,上層菜籽油體積,mL;m,獼猴桃粉質(zhì)量,g。

1.2.12 溶解性

參考林炎娟等[7]的方法。稱(chēng)取1.0 g樣品于200 mL燒杯中,加100 mL蒸餾水,磁力攪拌器攪拌5 min,4 000 r/min 離心5 min,取上清液20 mL于玻璃培養(yǎng)皿,105 ℃干燥3 h,記干燥后總質(zhì)量,溶解度按公式(4)計(jì)算:

(4)

式中:m1,獼猴桃粉質(zhì)量,g;m2,玻璃培養(yǎng)皿質(zhì)量,g;m3,烘干后玻璃培養(yǎng)皿與殘?jiān)傎|(zhì)量,g;V1,蒸餾水總體積,mL;V2,上清液體積,mL;w,含水率,%。

1.2.13 水合能力

參考 ZHANG 等[19]采用的測(cè)定方法,并按實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。稱(chēng)取1.0 g樣品于離心管,加10 mL蒸餾水,搖晃均勻。60 ℃水浴30 min,取出冷卻30 min,10 000 r/min離心40 min,倒去上清液,稱(chēng)量離心管和沉淀物的質(zhì)量,水合能力按公式(5)計(jì)算:

(5)

式中:m,離心管質(zhì)量,g;m1,獼猴桃粉質(zhì)量,g;m2,離心管和沉淀物質(zhì)量,g。

1.2.14 微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

將獼猴桃粉平鋪于樣品板上,噴金、抽真空后采用掃描電鏡進(jìn)行觀察、拍照[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 26對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次以上,采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式得到的獼猴桃粉色澤參數(shù)

不同干燥方式處理對(duì)于獼猴桃粉色澤變化有較大的影響,各樣品間存在顯著性差異(表1和圖1)。其中FDP亮度(L*)最高,為75.52,a*值為-2.25,保持了獼猴桃綠色的色澤。HADP的b*值達(dá)到了34.03,a*值達(dá)到了11.01,呈現(xiàn)出焦黃色,這與王科堂等[13]的研究結(jié)果相似。在真空冷凍干燥過(guò)程中,物料溫度低,且不與空氣接觸,可更好地維持物料顏色穩(wěn)定性,盡可能地使其保持干燥前的狀態(tài)。熱風(fēng)干燥溫度較高,同時(shí)與熱空氣接觸,增加了獼猴桃粉的氧化程度,使其發(fā)生美拉德等顏色加深反應(yīng)。

a-HADP;b-VDP;c-FDP圖1 不同干燥方式得到的獼猴桃粉外觀Fig.1 Apperance of kiwifruit powder obtained by different drying methods

表1 不同干燥方式得到的獼猴桃粉色澤參數(shù)表Table 1 Color parameters of kiwifruit powder obtained by different drying methods

2.2 不同干燥方式得到的獼猴桃粉理化指標(biāo)

堆積密度可反應(yīng)干燥過(guò)程中物料基體坍塌而樣品中空氣體積減少的程度[21],由表2可知,HADP組的堆積密度最大,為0.59,提示熱風(fēng)干燥得到的獼猴桃粉顆粒與顆粒間的空隙最小,運(yùn)輸與包裝成本最低。

水合能力反映了獼猴桃粉對(duì)水分的束縛能力,其大小取決于粉的表面結(jié)構(gòu)及粉的粒徑[22]。冷凍干燥過(guò)程使凍結(jié)冰晶直接升華,留下孔洞,得到的FDP水分含量低,組織疏松且粒徑較小,因此水合能力佳,在與水接觸時(shí)顆粒潤(rùn)濕的比表面積更大,有利于親水基團(tuán)吸附水分,使得FDP更易溶解于水。

果粉在儲(chǔ)存過(guò)程中易出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象,因此常在其中加入抗結(jié)劑,在果粉間形成物理阻隔,同時(shí)與其競(jìng)爭(zhēng)吸濕,提高其流動(dòng)性[23]。實(shí)驗(yàn)中采用微晶纖維素、Ca3(PO4)2作為抗結(jié)劑,發(fā)現(xiàn)FDP休止角最大,為37.71°,流動(dòng)性最差,這是由于其顆粒疏松多孔導(dǎo)致比表面積較大,顆粒間的摩擦力較大,易發(fā)生團(tuán)聚[24],HADP則呈現(xiàn)較好的流動(dòng)性。劉巖龍等[8]研究顯示干燥溫度越高,水分散失越快,食品本身組織結(jié)構(gòu)則被破壞,櫻桃果粉末顆粒越小,流動(dòng)性越好,與本文結(jié)果相似。

FDP的吸油性?xún)?yōu)于另2種粉,這說(shuō)明其對(duì)油脂的吸收和保留能力更強(qiáng)。此外,FDP的水分含量也低于其他2種干燥方式,在產(chǎn)品儲(chǔ)藏方面更具優(yōu)勢(shì)。

在營(yíng)養(yǎng)成分方面,3種干燥方式得到的獼猴桃粉總糖含量無(wú)顯著差異,FDP對(duì)維生素C有較好的保留,說(shuō)明低溫、低氧環(huán)境有利于維生素C的保留。李莉峰等[25]比較了不同干燥方式對(duì)南果梨干的酸度影響,結(jié)果與本研究相符。

2.3 不同干燥方式得到的獼猴桃粉微觀結(jié)構(gòu)

由圖2可知,3種獼猴桃粉的顆粒大小、形態(tài)各有差別。其中,FDP、HADP表面多孔、不平整,少量顆粒伴有裂紋。HADP表面出現(xiàn)一些不規(guī)則圓球形狀,粉體顆粒更膨脹,這可能是由于熱處理后引起的體積增大,使其顆粒表面折疊起皺、變得粗糙。FDP顆粒小,表面出現(xiàn)許多孔洞,結(jié)構(gòu)最為疏松,這也是其比表面積較大,顆粒間的摩擦力較大,易發(fā)生團(tuán)聚的原因。VDP表面光滑平整,有類(lèi)似柱狀以及較大塊狀的結(jié)構(gòu),其質(zhì)地較為致密,表現(xiàn)為水合能力、吸油性較差。不同干燥方式對(duì)獼猴桃粉的微觀結(jié)構(gòu)影響較大,進(jìn)而影響其物理特性。

2.4 主成分分析不同干燥方式得到的獼猴桃粉品質(zhì)

采取主成分分析法對(duì)不同干燥方式得到的獼猴桃粉的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)一步分類(lèi)簡(jiǎn)化。將獼猴桃粉的13個(gè)品質(zhì)指標(biāo)降維,根據(jù)特征值>1進(jìn)行主成分提取。由表3可知,提取的主成分共2個(gè),其方差貢獻(xiàn)率依次為63.27%和36.73%,累積方差貢獻(xiàn)率為100%,保留了絕大部分信息,達(dá)到對(duì)原信息降維的目的。

表3 不同干燥方式得到的獼猴桃粉的品質(zhì)指標(biāo)的主成分載荷矩陣、特征值和方差貢獻(xiàn)率Table 3 Principal component loading matrix, characteristic value and variance contribution rate of quality index of kiwifruit powders produced by different drying methods

由表3可知,第1主成分主要反映a*、維生素C、L*值、堆積密度、流動(dòng)性、溶解性、總糖、水分含量的信息,第2主成分反映b*、總酸、吸油性、持水力和得率的特征。

利用表3數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)特征值開(kāi)平方根,得到2個(gè)主成分中各指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù),設(shè)2個(gè)主成分得分依次為F1、F2,X1～X12分別為不同干燥方式得到的獼猴桃粉L*值、a*值、維生素C含量、水分含量、堆積密度、流動(dòng)性、持水力、吸油性、總糖含量、b*值、溶解性、總酸含量、得率。以特征向量為權(quán)重構(gòu)建2個(gè)主成分的得分表達(dá)式。

F1=-0.34X1+0.34X2+0.33X3-0.34X4-0.33X5+0.33X6+0.32X7-0.25X8+0.07X9-0.13X10+0.21X11+0.22X12+0.23X13

F2=0.09X1-0.13X2+0.14X3+0.13X4-0.15X5+0.15X6-0.19X7-0.32X8-0.45X9+0.42X10+0.36X11+0.35X12+0.35X13

以2個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重,構(gòu)建獼猴桃粉品質(zhì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)模型:Dn=63.27%F1+36.73%F2。

根據(jù)上述綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算出獼猴桃粉的綜合評(píng)價(jià),分值越高,該獼猴桃粉品質(zhì)越好。由表4可知,FDP主成分綜合得分最高,品質(zhì)最好。其次為熱風(fēng)干燥獼猴桃粉,真空干燥的綜合評(píng)分最低。

表4 不同干燥方式得到的獼猴桃粉主成分得分Table 4 Scores of the principal component of kiwifruit powders produced by different drying methods

3 結(jié)論

本研究使用了熱風(fēng)干燥、真空干燥以及真空冷凍干燥等3種干燥工藝,探究不同干燥工藝對(duì)獼猴桃粉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,FDP可有效保持獼猴桃綠色的色澤,其水分含量低、水合能力佳、吸油性好,維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)111.50 mg/100 g,其顆粒小,表面出現(xiàn)許多孔洞,結(jié)構(gòu)最為疏松。HADP呈現(xiàn)出焦黃色,堆積密度最大,其表面出現(xiàn)一些不規(guī)則圓球形狀,粉體顆粒更膨脹。VDP的水合能力和吸油性均在3種獼猴桃粉中表現(xiàn)最差,其表面光滑平整,有類(lèi)似柱狀以及較大塊狀的結(jié)構(gòu),其質(zhì)地較為致密。不同干燥方式得到獼猴桃粉的微觀結(jié)構(gòu)各有差別,其顆粒形態(tài)大小可影響其物理特性。

利用主成分法構(gòu)建獼猴桃粉品質(zhì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算得出,FDP主成分綜合得分最高,品質(zhì)最好。其次為HADP。