不同處理與干燥方式對黃瓜脆片理化特性和抗氧化性的比較

王浩，祖正梅，程晨霞，張懷震，楊紹蘭

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山東青島 266109）

黃瓜（Cucumis sativus）屬葫蘆科一年生攀援草本植物，又名胡瓜、吊瓜等。黃瓜兼具蔬菜和水果雙重特性，富含葫蘆素C，不僅營養(yǎng)價(jià)值豐富，還可提高人體免疫力，具有一定的保健功效。黃瓜貯藏過程中易出現(xiàn)皺縮失水，頭部膨大，果皮褪綠變黃和變質(zhì)腐爛等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其口感和營養(yǎng)價(jià)值[1]。因此，研制不同的黃瓜加工產(chǎn)品，可以延長其貯藏期，提高其利用率[2]。

非油炸蔬菜脆片有低糖、低脂、低鹽的特點(diǎn)，深受消費(fèi)者青睞[3]。研究表明，不同預(yù)處理及干燥方式可明顯影響蔬菜干的色、香、口感及其營養(yǎng)價(jià)值等[4]。目前果蔬預(yù)處理方式主要有：冷凍、超聲、蒸汽、燙漂、添加檸檬酸等[5]。金聽祥等[6]在研究胡蘿卜干燥中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過燙漂以后，干燥時(shí)間明顯縮短、香味更加濃郁、色澤更亮。但張明等[7]在西蘭花超微粉研究中發(fā)現(xiàn)燙漂后使溶解度降低。Sun 等[8]在馬鈴薯干燥特性研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過檸檬酸處理后可以有效提高馬鈴薯脆片的維生素C 含量。目前果蔬干燥方式主要有以下六種：真空冷凍干燥、紅外干燥、熱風(fēng)干燥、通風(fēng)干燥、微波干燥等[9]。且隨各種家電的普及，空氣炸鍋也成為家用干燥、自制果蔬脆片的一種常用方式。熱風(fēng)干燥和微波干燥等升溫脫水的干燥方式，易使蔬菜脆片制品發(fā)生嚴(yán)重褐化和變形，不利于商品銷售。真空冷凍干燥方式則可有效避免高溫引發(fā)的各種不良現(xiàn)象，保持脆片制品的原型，較好維持其營養(yǎng)價(jià)值[10]。

本試驗(yàn)以黃瓜為試材，分別通過蒸汽、燙漂方式對黃瓜片進(jìn)行預(yù)處理，以不處理的黃瓜脆片作為對照。將預(yù)處理后的黃瓜片用空氣炸鍋、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥三種方式干燥處理。測定干燥后黃瓜脆片的生理指標(biāo)，并測定其抗氧化活性。通過比較不同預(yù)處理和不同干燥方式對黃瓜脆片的生理指標(biāo)以及抗氧化活性的影響，篩選黃瓜脆片的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取大小均勻、成熟度一致且無病蟲害和機(jī)械損傷的新鮮采摘黃瓜作為試驗(yàn)材料。

1.2 處理

1.2.1 預(yù)處理

選擇粗細(xì)均勻無病蟲害的新鮮黃瓜洗凈，橫切成厚度約1 mm 的薄片。將切好的黃瓜片均分為三組：未處理（鮮片）、蒸汽處理（沸水蒸汽處理5 min）和燙漂處理（沸水浴10 s）。

1.2.2 干燥處理1.2.2.1 空氣炸鍋干燥

將預(yù)處理后的黃瓜片置于空氣炸鍋中，120 ℃干燥40 min。

1.2.2.2 熱風(fēng)干燥

將預(yù)處理后的黃瓜片置于電熱鼓風(fēng)干燥箱（GFL-230）風(fēng)門調(diào)至900 r/min，70 ℃干燥4 h。

1.2.2.3 真空冷凍干燥

將預(yù)處理后的黃瓜脆片放到-80 ℃冰箱預(yù)冷1 h后，再放入真空冷凍干燥機(jī)中，-50 ℃冷凍干燥24 h。

1.3 指標(biāo)檢測

1.3.1 硬度測定

根據(jù)李曉等[11]的方法，選取若干片不同干燥處理的黃瓜脆片進(jìn)行測定。

1.3.2 復(fù)水性測定

根據(jù)湯夢情等[12]的方法，取若干不同處理黃瓜脆片稱重，置于20 ℃水浴鍋中，每間隔3 min 將黃瓜脆片取出，用吸水紙拭干表面水分后迅速稱重。稱重后迅速放入原容器繼續(xù)水浴計(jì)時(shí)，重復(fù)操作，直至飽和。黃瓜脆片的復(fù)水比R按下列公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：

R——復(fù)水比；

M1——復(fù)水后的質(zhì)量，g；

M2——復(fù)水前的質(zhì)量，g。

1.3.3 色澤測定

取若干不同處理黃瓜脆片，將樣品中心對準(zhǔn)色差儀（CR-400，柯尼卡美能達(dá)）進(jìn)行測定。

1.3.4 葉綠素測定

參照丁富功等[14]方法稍做改進(jìn)。取磨碎樣品0.1 g 加φ=80%丙酮溶解過濾，定容于10 mL 容量瓶中，以φ=80%丙酮溶液做空白對照，立即在645 nm和663 nm 波長下測定吸光值。葉綠素含量C（mg/g）計(jì)算公式如下：

式中：

C——葉綠素含量，mg/g；

A645nm——樣品在645 nm 測得的吸光值；

A663nm——樣品在663 nm 測得的吸光值；

V——提取液體積，mL；

m——樣品質(zhì)量，g。

1.3.5 電子鼻測定

根據(jù)Shi 等[15]的方法，將干燥完成的樣品分別放入瓶中用保鮮膜封口，室溫放置1 h，采用頂空吸氣法進(jìn)行測定。

1.3.6 抗氧化性測定

DPPH 自由基清除率的測定參照王瑩等[15]的方法，取0.2 mg/mL 的樣品，甲醇溶液0.3 mL，加入0.5 mL 6.34×105mol/L 的DPPH 乙醇溶液，以0.5 mL乙醇和0.3 mL 甲醇的混合液位參比，用酶標(biāo)儀測定517 nm 波長處的吸光度；

超氧陰離子自由基清除率參照Zhang 等[16]方法進(jìn)行改進(jìn)。超氧陰離子自由基清除率計(jì)算公式如下：

式中：

O——超氧陰離子自由基清除率，%；

A0——空白對照液的吸光度；

A1——樣品溶液本身的吸光度；

A2——樣品組的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用GraphPad Prism 9（http://www.graphpad.com/）進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖。顯著性分析由Excel 2013 完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同預(yù)處理和干燥方式對黃瓜脆片硬度的影響

由圖1 可知，不同預(yù)處理后的黃瓜脆片硬度存在明顯差異，未預(yù)處理黃瓜片經(jīng)空氣炸鍋、熱風(fēng)干燥和冷凍干燥處理后，硬度均低于蒸汽和燙漂處理的黃瓜脆片，未預(yù)處理后冷凍干燥的黃瓜脆片硬度最低，為0.22 N（圖1）。不同干燥方式對黃瓜脆片硬度無顯著影響。Wang 等[17]在鮮棗干燥試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)冷凍干燥具有更高的脆度，但硬度較低。Hou等[18]在香菇干燥后的理化性質(zhì)研究中發(fā)現(xiàn)由于冷凍干燥處理時(shí)間更長，且內(nèi)部呈海綿狀，其硬度最低。

圖1 不同預(yù)處理和干燥方式的黃瓜脆片硬度Fig.1 Hardness of cucumber chips by different pretreatments and drying methods

2.2 不同預(yù)處理和干燥方式對黃瓜脆片復(fù)水率的影響

由圖2 可知，不同預(yù)處理對空氣炸鍋干燥和熱風(fēng)干燥的復(fù)水率無顯著影響。但在冷凍干燥處理樣品中的復(fù)水率差異明顯，未預(yù)處理、蒸汽、燙漂在復(fù)水時(shí)間21 min 時(shí)復(fù)水率分別為6.35%、8.26%、13.38%，復(fù)水率從高到低依次為：燙漂、蒸汽、未預(yù)處理。

圖2 不同預(yù)處理和干燥方式制備的黃瓜脆片復(fù)水率Fig.2 Dry rehydration rate of cucumber chips by different pretreatment and drying methods

不同干燥方式處理中，空氣炸鍋和熱風(fēng)干燥的黃瓜脆片復(fù)水率相近，冷凍干燥的黃瓜脆片復(fù)水率較高。對比不同干燥方式、不同預(yù)處理對黃瓜脆片復(fù)水率的影響，可以明顯看出燙漂后冷凍干燥的復(fù)水率更高。在燙漂過程中會使細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間結(jié)構(gòu)受損，使水分在細(xì)胞間更易流動(dòng)[19]；并且經(jīng)過燙漂后，可以去除細(xì)胞內(nèi)的空氣，增強(qiáng)細(xì)胞膜的通透性[20]。所以燙漂后冷凍干燥的復(fù)水率更高。

冷凍干燥的黃瓜脆片復(fù)水率最高，這可能是由于冷凍干燥加大了細(xì)胞間隙，使樣品大量吸水[21]。Si 等[22]在不同干燥方式對樹莓粉物理性質(zhì)的研究中，經(jīng)由冷凍干燥處理后，其結(jié)構(gòu)更加疏松，細(xì)胞間隙更大并呈海綿結(jié)構(gòu)，水分含量、復(fù)水率更高。Xu 等[23]在探究山楂不同干燥方式對風(fēng)味的影響中由于冷凍干燥是先結(jié)晶后升華使復(fù)水率更高。

2.3 不同預(yù)處理和干燥方式對黃瓜脆片色差的影響

由圖3 可知，真空冷凍干燥的黃瓜脆片明亮偏綠，較好地保持了脆片原形，而空氣炸鍋和熱風(fēng)干燥的黃瓜脆片皺縮嚴(yán)重，并伴隨褐化。通過對黃瓜脆片不同處理色差變化的觀察，發(fā)現(xiàn)冷凍干燥可以更好的保持黃瓜脆片固有色澤，不易氧化變色。根據(jù)湯慧民等[24]的研究，這可能與低溫環(huán)境下各種化學(xué)反應(yīng)不活躍有關(guān)，低溫減緩了各種色素的分解，使退色現(xiàn)象減弱。同時(shí)低溫環(huán)境下大部分酶的活性降低，褐變不易發(fā)生。

圖3 不同預(yù)處理和干燥方式制備的黃瓜脆片樣品Fig.3 Dried cucumber chips prepared by different pretreatment and drying methods

由圖4 可知，冷凍干燥中，經(jīng)過未預(yù)處理、蒸汽和燙漂的ΔL值分別為-22.48、-20.96、-16.76，空氣炸鍋和熱風(fēng)干燥中，經(jīng)過未預(yù)處理、蒸汽和燙漂的ΔL值分別為-30.08、-42.90、-53.07和-31.78、-57.18、-62.55。在相同預(yù)處理下，冷凍干燥后的黃瓜脆皮ΔL值最小，說明冷凍干燥后的黃瓜脆片亮度最高。經(jīng)不同預(yù)處理后在空氣炸鍋和熱風(fēng)干燥兩種干燥方式中，未預(yù)處理的ΔL值最大，說明在兩種干燥方式中未預(yù)處理組黃瓜脆片的亮度最高。在冷凍干燥中，經(jīng)燙漂預(yù)處理后的黃瓜脆片ΔL值最大，說明經(jīng)燙漂預(yù)處理后冷凍干燥的黃瓜脆片亮度最高。

圖4 不同預(yù)處理和干燥方式制備的黃瓜脆片色澤Fig.4 Color of cucumber chips prepared by different pretreatment and drying methods

在相同預(yù)處理下，冷凍干燥后的未預(yù)處理、蒸汽、燙漂ΔA值分別為-6.79、-7.18、-10.03 都低于空氣炸鍋和熱風(fēng)干燥未預(yù)處理、蒸汽、燙漂（-5.39、-7.30、-8.55 和-1.97、-3.48、-7.67）的ΔL值。以上結(jié)果表明，在相同預(yù)處理下冷凍干燥后的黃瓜脆片顏色更綠，而在不同干燥方式中的黃瓜脆片的ΔA值為未預(yù)處理＞蒸汽＞燙漂，說明經(jīng)燙漂后的黃瓜脆片顏色更綠。Kaveh 等[25]在不同干燥方式對青豆能量和品質(zhì)的研究中發(fā)現(xiàn)冷凍干燥由于不會暴露在高溫環(huán)境中使其更好的保持顏色，最大限度的保留了青豆的顏色特性。Izli 等[26]在不同干燥方式對菠菜脆片的干燥動(dòng)力學(xué)和抗氧化活性研究中也發(fā)現(xiàn)，通過高溫干燥處理會加快色素降解，不利于保持菠菜顏色。

2.4 不同預(yù)處理和干燥方式對葉綠素含量的影響

由圖5 可知，經(jīng)未預(yù)處理、蒸汽和燙漂的黃瓜脆片在冷凍干燥后葉綠素含量分別為0.88、1.11、1.85 mg/g，均顯著高于其他干燥方式的葉綠素含量。在不同的干燥處理中黃瓜脆片葉綠素含量均呈現(xiàn)燙漂＞蒸汽＞未預(yù)處理趨勢。試驗(yàn)證明黃瓜片經(jīng)燙漂后進(jìn)行冷凍干燥處理的葉綠素含量（1.85 mg/g）最高。

圖5 不同預(yù)處理和干燥方式制備的黃瓜脆片葉綠素含量Fig.5 Chlorophyll content of cucumber chips prepared by different pretreatment and drying methods

葉綠素與蛋白質(zhì)結(jié)合存在植物中，而高溫破壞了蛋白質(zhì)，致使葉綠素游離在植物體內(nèi)[25]，干燥后可能使葉綠素酶失活降低了葉綠素的降解，使在相同干燥條件下經(jīng)蒸汽、燙漂后的黃瓜脆片葉綠素含量更高，在Araújo 等[27]預(yù)處理對干燥羽衣甘藍(lán)品質(zhì)和營養(yǎng)成分的研究中也發(fā)現(xiàn)了，與未處理的羽衣甘藍(lán)相比經(jīng)過燙漂和蒸汽處理后其葉綠素含量更高。冷凍干燥的過程是將物料中預(yù)凍成冰的水分直接進(jìn)行升華，真空低溫環(huán)境保護(hù)了其中易氧化的成分且有利于保留熱敏性成分[28]。葉綠素作為易氧化物質(zhì)，冷凍干燥更容易使葉綠素得到保護(hù)。Samakradhamrongthai 等[29]通過三種干燥方式對秋葵粉理化性質(zhì)的影響中發(fā)現(xiàn)冷凍干燥葉綠素含量更高，這是由于在冷凍過程中會在組織基質(zhì)中形成大量冰晶，極大的破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而更好的用溶劑萃取。

2.5 不同預(yù)處理和干燥方式對黃瓜脆片電子鼻的影響

對不同預(yù)處理和不同干燥方式處理后的黃瓜脆片進(jìn)行電子鼻LDA 分析，由圖6 可知，LDA 分析能夠較好的區(qū)分三種干燥方式，空氣炸鍋干燥、熱風(fēng)干燥、冷凍干燥的黃瓜脆片分別屬于不同的聚集區(qū)，但不同預(yù)處理的黃瓜脆片較難采用電子鼻的LDA 進(jìn)行區(qū)分。圖中橫縱坐標(biāo)分別對應(yīng)第一、第二主成分貢獻(xiàn)率，貢獻(xiàn)率分別為70.27%和12.23%，貢獻(xiàn)率之和為82.5%。齊琪等[30]研究發(fā)現(xiàn)，電子鼻LDA 分析可區(qū)分不同提香溫度的韭菜茶，且第一、第二主成分貢獻(xiàn)率分別為83.37%和15.16%，主成分貢獻(xiàn)率和為98.53%。因此，電子鼻可以較好的區(qū)分不同干燥方式的黃瓜脆片。

圖6 不同預(yù)處理和干燥方式制備的黃瓜脆片電子鼻LDA分析Fig.6 Dried cucumber LDA prepared by different pretreatment and drying methods

2.6 不同預(yù)處理和干燥方式對黃瓜脆片抗氧化能力的影響

由圖7 可知，在不同的干燥方式中，不同預(yù)處理的DPPH·清除活性為未預(yù)處理＞蒸汽＞燙漂，冷凍干燥處理的黃瓜脆片中DPPH·的清除活性最強(qiáng)，未預(yù)處理后冷凍干燥的黃瓜脆片DPPH·的清除活性最高，為66.30%。Sim 等[31]在不同干燥方式對木槿葉物理性質(zhì)和抗氧化活性研究中發(fā)現(xiàn)，由于冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，化學(xué)降解有限，保留了更多的抗氧化的化合物，所以冷凍干燥的抗氧化能力更強(qiáng)。Ma 等[32]在不同干燥方式對桑葉抗氧化活性的研究中發(fā)現(xiàn)，由于冷凍干燥過程中低溫和無液態(tài)水，可以阻止大部分的酶促反應(yīng)，減少物質(zhì)降解，所以冷凍干燥可以更好的保持南瓜脆片的抗氧化活性。

圖7 不同預(yù)處理和干燥方式制備的黃瓜脆片對DPPH·清除和O2-·清除率Fig.7 DPPH free radical scavenging and · scavenging rates of cucumber crisp prepared by different pretreatment and drying methods

在不同干燥方式中，冷凍干燥后的黃瓜脆片對DPPH·的清除活性和O2-·的清除率更強(qiáng)。研究顯示，DPPH·和O2-·在細(xì)胞中積累過多，會嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞活性，對DPPH·和O2-·清除率越高，其抗氧化能力也就越強(qiáng)[33,34]。因此，對黃瓜脆片直接使用冷凍干燥更有利于提高黃瓜脆片的抗氧化活性。

3 結(jié)論

該研究以黃瓜為原材料，對不同預(yù)處理及不同干燥方式處理后黃瓜脆片的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析發(fā)現(xiàn)，黃瓜片未經(jīng)預(yù)處理進(jìn)行冷凍干燥后的黃瓜脆片硬度最低；將黃瓜片燙漂后再進(jìn)行冷凍干燥的黃瓜脆片，在相同時(shí)間其復(fù)水率更高。在色澤方面，由于冷凍干燥在處理過程中不會將材料置于高溫環(huán)境中，所以更好的保持了黃瓜片的顏色和形狀，最大限度保留了黃瓜的顏色特性；將黃瓜片燙漂后再進(jìn)行冷凍干燥的黃瓜脆片其葉綠素含量最高；對比不同干燥方式和預(yù)處理電子鼻LDA 分析發(fā)現(xiàn)，能夠較好的區(qū)分空氣炸鍋干燥、熱風(fēng)干燥、冷凍干燥三種干燥方式，但不同預(yù)處理的黃瓜脆片較難區(qū)分。在抗氧化活性方面，未預(yù)處理冷凍干燥的DPPH·的清除率和O2-·的清除率更高，表明其抗氧化活性更強(qiáng)。

總體來看，經(jīng)過燙漂后再進(jìn)行干燥更易保持脆片的顏色特性，燙漂后再冷凍干燥的復(fù)水率更高，但燙漂后的抗氧化活性較低。冷凍干燥的黃瓜脆片雖然保持了更高的復(fù)水率、葉綠素含量、抗氧化活性并且維持了黃瓜脆片的顏色和形狀，但其干燥時(shí)間更長，耗能也更高，脆片制作成本以及制作技術(shù)更加復(fù)雜；相對的空氣炸鍋制作的脆片，理化特性及抗氧化活性都不如冷凍干燥制作的脆片優(yōu)異，但其干燥時(shí)間更短，耗能更低，制作更加簡便。本文對指導(dǎo)黃瓜脆片加工具有一定的參考價(jià)值。