香草蘭豆莢不同干燥方法的比較研究

谷風林+董智哲+潘思軼+徐飛+王慶煌+趙建平

摘要對熱風干燥和冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥效果進行比較，結果表明熱風干燥的干燥速率隨溫度的增加而增加，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風干燥的速率之間。電子鼻分析結果表明，與40、50和60℃熱風干燥相比，相同干燥時間條件下，冷凍干燥能更好的保留香草蘭原有風味，同時冷凍干燥處理的香草蘭樣品具有更強的香氣強度。

關鍵詞香草蘭 ；冷凍干燥 ；熱風干燥 ；水分含量 ；香氣

分類號S573+.9 ；TQ651

Comparison of Drying Techniques for Vanilla Bean

GU Fenglin1,3)DONG Zhizhe2)PAN Siyi2)

XU Fei1,3)WANG Qinghuang1,3)ZHAO Jianping3)

(1 Spice and Beverage Research Institute, CATAS, Wanning, Hainan 571533, China

2 College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University,

Wuhan, Hubei 430070, China

3 Ministry of Agriculture Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice

and Beverage Crops, Wanning, Hainan 571533, China)

AbstractDesiccative effects of hot-air drying and vacuum freeze-drying for vanilla were compared in this research. The results showed that drying rate of hot-air drying increased with the increasing drying temperature, and the rate of vacuum freeze-drying is between the rates of hot-air drying at 40℃and 50℃. E-nose analysis revealed that, compared with hot-air drying at 40℃, 50℃and 60℃, the drying vanilla treated by vacuum freeze-drying at the same drying time can retain its original flavor and give higher odor intensity.

Keywordsvanilla ; vacuum freeze-drying ; hot-air drying ; moisture content ; odor

香草蘭(Vanilla planifolia Andrews)屬蘭科(Orchidaceae)香草蘭屬(Vanilla)，因其獨特的香氣而被認為是最具有經濟價值的蘭科植物[1]，素有“食品香料之王”的美譽。香草蘭原產于墨西哥，目前種植地區主要分布在南北緯27°以內、海拔700 m以下的熱帶和亞熱帶地區[2]。對香草蘭的開發應用已有四百多年歷史，它已作為一種高級香料廣泛用于飲料、冰激凌、糖果、巧克力、奶制品、香煙等食品工業，也用于化妝行業，如香水制造[1,3-4]。

目前，對香草蘭的研究主要集中在香草蘭發酵生香機理及工藝、香氣成分、生物活性功能等方面[5-12]，而對香草蘭成品豆莢的干燥工藝研究較少。雖然在香草蘭生香過程中會通過日曬或其它方式對香草蘭進行干燥，但成品豆莢中仍有20%以上的水分，有些產地的豆莢如湯加地區豆莢中水分含量甚至接近40%。對某些要求水分含量較低的食品而言，香草蘭成品豆莢作為一種香味添加劑，其水分含量仍然較高，因此為滿足生產的需要，有必要對香草蘭成品豆莢做進一步的干燥研究。

1材料與方法

1.1材料

1.1試驗材料

香草蘭豆莢由中國熱帶農業科學院香料飲料研究所提供。

1.1.2主要儀器設備

MB45快速水分測定儀(奧豪斯，美國)；電子鼻分析系統(Alpha MOS 法國)。

1.2方法

1.2.1冷凍干燥

樣品分別經冷凍干燥處理2、4、6、8、10 h，干燥后的樣品快速裝入密封袋，再經水分測定儀測定水分含量。每個樣品重復測量3次。

1.2.2熱風干燥

樣品在40℃條件下分別熱風干燥3、6、9、12、15 h；在50℃條件下干燥2、4、6、8、10 h；在60℃條件下干燥1、2、3、4、5 h。干燥處理的樣品快速裝入密封袋，再經水分測定儀測定水分含量。每個樣品重復測量3次。

1.2.3電子鼻分析

用電子鼻系統分析經不同干燥方式、干燥時間處理的香草蘭樣品。分析條件為：加熱溫度50℃，加熱時間5 min，頂空進樣量1.5 mL。每個樣品重復測量5次。

1.2.4數據分析

用主成分分析法(Principal Component Analysis, PCA)對電子鼻實驗數據進行統計分析，分析軟件為SAS統計軟件。

2結果與分析

2.1水分含量

熱風干燥是借助烘干室內產生的熱風促進樣品快速干燥的一種方法。冷凍干燥則是基于低溫條件下樣品中的水份變為冰塊，冰塊在真空下快速升華的原理設計的干燥方法。圖1顯示了分別用這2種方法處理香草蘭樣品后水分含量的變化。從圖中可以看出，熱風干燥的干燥速率隨溫度的增加而增加。60℃條件下干燥速率相對較快，經5 h干燥后水分含量僅3.2%；40℃條件下干燥速率較慢，經15 h干燥后仍有7.8%的水分。冷凍干燥的速率介于40和50℃熱風干燥的速率之間，經10 h干燥處理后水分含量為4.99%。

2.2香氣分析

香草蘭往往作為香味添加劑加入食品，因此在干燥過程中除要求具有較低的水分含量外，還需要保持香草蘭豆莢原有的香氣，盡量減少香氣溢散或香氣物質的分解。利用電子鼻對不同干燥條件處理后的香草蘭樣品進行測量，通過主成份分析法對電子鼻中各傳感器的響應值進行統計分析。結果顯示，第一主成份貢獻率為77%，第一和第二主成份的累計貢獻率為95%，能夠較好的反映香草蘭樣品香氣的實際情況。從干燥處理后香草蘭樣品的電子鼻分析結果(圖2)可看出，經干燥處理的樣品其香氣分布區域能明顯區分于未經干燥處理樣品(對照)的香氣分布分區，這說明干燥處理在一定程度上會影響香草蘭的香氣組成。此外，經相同干燥方式處理的香草蘭樣品隨著干燥時間的增加，其香氣分布區域與對照樣品分布區域的距離也逐漸增加，這表明干燥時間的延長會加快香草蘭整體香氣的改變。40和50℃熱風干燥以及冷凍干燥處理的樣品隨著干燥時間的增加，其香氣分布區域逐漸向左方區域移動，而60℃熱風干燥的樣品則逐漸向上方移動，這可能是由于在較低溫度條件下，香草蘭樣品中只是發生簡單的香氣溢散，而在高溫條件下，香草蘭樣品在香氣溢散的同時，部分香氣物質會發生分解或是樣品中生成了某些新的香味成分，這導致了高溫熱風干燥樣品的香氣區域變化趨勢與低溫熱風干燥和冷凍干燥的變化趨勢有所差異。

endprint

此外，冷凍干燥10 h樣品的香氣區域和對照樣品香氣區域的距離與40℃熱風干燥15 h樣品的香氣區域距對照樣品的距離接近，這說明二者香氣變化幅度相似，但前者具有較低的水分含量且所用時間較短。50℃熱風干燥10 h和60℃熱風干燥5 h的樣品水分含量略低于冷凍干燥，但距離對照樣品香氣區域較遠，香氣變化較大。

圖3列出電子鼻中6個傳感器對不同香草蘭樣品的響應值，響應值越大說明香氣強度越強[13]。

從圖3可看出，隨著干燥時間的延長，香草蘭樣品的響應值會發生不同程度的減小(60℃熱風干燥處理的樣品除外)。在相同的干燥時間下，除干燥后期Sensor3和Sensor4略低于40℃熱風干燥處理的樣品外，冷凍干燥處理的香草蘭樣品的香氣強度均強于40℃熱風干燥處理的樣品，而40℃熱風干燥處理樣品的香氣強度又明顯強于50℃處理的樣品。對于60℃熱風干燥處理的樣品，Sensor1、Sensor2、Sensor3和Sensor4四個傳感器響應值的變化趨勢與另外幾種干燥方式一樣，均是隨著時間的增加而逐漸降低，在干燥過程的中后期樣品響應值逐漸超過50℃熱風干燥處理的樣品，而剩下兩個傳感器的響應值則出現，隨著干燥時間的增加而先降低再增加再下降的趨勢。這種差異可能是由于高溫條件下，在干燥前期香氣成分快速溢散，導致傳感器響應值快速下降，隨著干燥時間的延長香草蘭中某些物質發生熱反應產生新的香氣物質，因此在干燥中期香氣強度增強，在干燥后期熱反應底物逐漸減少、香氣物質生成的速率下降，導致傳感器的響應值逐漸減小，香氣強度變弱。綜上，60℃熱風干燥雖然在干燥的中后期有較強的香氣強度，但香草蘭的整體風味可能發生了變化，而冷凍干燥與40和50℃相比有較大的響應值，因此香氣強度相對較強。

3結論

由于冷凍干燥和熱風干燥在干燥機理上存在本質上的區別，因此干燥效果也存在差異。從干燥速率方面來看，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風干燥的速率之間，且更接近與50℃的干燥速率，經過10 h冷凍干燥處理后，香草蘭水分含量能達到一個較低的水平，約為5%，接近于經50℃熱風干燥處理10 h香草蘭樣品的4 %。從香氣方面來看，兩種干燥方式處理的香草蘭樣品香味均會發生變化，但變化的程度隨著干燥方式、溫度以及時間的不同而有所差異，隨著干燥時間的延長、干燥溫度的增加，香草蘭香味變化越大。當用60℃熱風干燥處理樣品時，香草蘭樣品中除了發生香氣快速溢散外，還可能產生新的揮發性物質，影響香草蘭整體風味。PCA分析結果表明，冷凍干燥10 h樣品的香氣變化程度接近40℃ 15 h和50℃ 4 h熱風干燥處理的樣品，但冷凍干燥處理的樣品有較強的香氣強度以及較低的水分含量。因此，與40、50、60℃熱風干燥相比，利用冷凍干燥處理香草蘭具有較快的干燥速率和更好的保留原有香味的特點。由于不同食品對香草蘭水分含量的要求不盡一致，所以在接下來的研究中有必要對冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥工藝進行優化，建立冷凍干燥動力學模型，對不同干燥條件下干燥效果進行預測，為工業化生產提供理論基礎。

參考文獻

[1] 陳慶文，郭運青. 海南香草蘭產業發展概況[J]. 熱帶農業科學，2010，30(7)：61-64.

[2] 劉愛芳，盧少芳，劉愛勤，等. 香草蘭產業發展現狀調研[J]. 熱帶農業科學，2008，28(5)：59-65.

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[9] Shyamala B N, Madhava N M, Ulochanamma G S, et al. Studies on the antioxidant activities of natural vanilla extract and its constituent compounds through in vitro models[J]. Journal Agriculture Food Chemistry. 2007, 55, 7 738-7 743.

[10] Araceli Pérez Silva, Ziya Gunata and Jean-Paul Lepoutre , et al.New insight on the genesis and fate of odor-active compounds in vanilla beans(Vanilla planifolia G.Jackson) during traditional curing[J]. Food Research International, 2011, 44: 2 930-2 937.

[11] Toth S J. Comparison and integration of analytical methods for the characterization of vanilla chemistry[D]. New Brunswick: The State University of New Jersey, 2012.

[12] Perez-Silva A, Odoux E, Bart P, et al. GC-MS and GC-olfactometry analysis of aroma compounds in a representative organic aroma extract from cured Vanilla (Vanilla planifolia G.Jackson)beans[J]. Food Chemistry, 2006, 99(4): 728-735.

[13] Zhizhe Dong, Fenglin Gu, Fei Xu, et al. Comparison of Four Kinds of Extraction Techniques and Kinetics of Microwave-Assisted Extraction of Vanillin from Vanilla planifolia Andrews. Food Chemistry, 2014, 149(15): 54-61.

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此外，冷凍干燥10 h樣品的香氣區域和對照樣品香氣區域的距離與40℃熱風干燥15 h樣品的香氣區域距對照樣品的距離接近，這說明二者香氣變化幅度相似，但前者具有較低的水分含量且所用時間較短。50℃熱風干燥10 h和60℃熱風干燥5 h的樣品水分含量略低于冷凍干燥，但距離對照樣品香氣區域較遠，香氣變化較大。

圖3列出電子鼻中6個傳感器對不同香草蘭樣品的響應值，響應值越大說明香氣強度越強[13]。

從圖3可看出，隨著干燥時間的延長，香草蘭樣品的響應值會發生不同程度的減小(60℃熱風干燥處理的樣品除外)。在相同的干燥時間下，除干燥后期Sensor3和Sensor4略低于40℃熱風干燥處理的樣品外，冷凍干燥處理的香草蘭樣品的香氣強度均強于40℃熱風干燥處理的樣品，而40℃熱風干燥處理樣品的香氣強度又明顯強于50℃處理的樣品。對于60℃熱風干燥處理的樣品，Sensor1、Sensor2、Sensor3和Sensor4四個傳感器響應值的變化趨勢與另外幾種干燥方式一樣，均是隨著時間的增加而逐漸降低，在干燥過程的中后期樣品響應值逐漸超過50℃熱風干燥處理的樣品，而剩下兩個傳感器的響應值則出現，隨著干燥時間的增加而先降低再增加再下降的趨勢。這種差異可能是由于高溫條件下，在干燥前期香氣成分快速溢散，導致傳感器響應值快速下降，隨著干燥時間的延長香草蘭中某些物質發生熱反應產生新的香氣物質，因此在干燥中期香氣強度增強，在干燥后期熱反應底物逐漸減少、香氣物質生成的速率下降，導致傳感器的響應值逐漸減小，香氣強度變弱。綜上，60℃熱風干燥雖然在干燥的中后期有較強的香氣強度，但香草蘭的整體風味可能發生了變化，而冷凍干燥與40和50℃相比有較大的響應值，因此香氣強度相對較強。

3結論

由于冷凍干燥和熱風干燥在干燥機理上存在本質上的區別，因此干燥效果也存在差異。從干燥速率方面來看，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風干燥的速率之間，且更接近與50℃的干燥速率，經過10 h冷凍干燥處理后，香草蘭水分含量能達到一個較低的水平，約為5%，接近于經50℃熱風干燥處理10 h香草蘭樣品的4 %。從香氣方面來看，兩種干燥方式處理的香草蘭樣品香味均會發生變化，但變化的程度隨著干燥方式、溫度以及時間的不同而有所差異，隨著干燥時間的延長、干燥溫度的增加，香草蘭香味變化越大。當用60℃熱風干燥處理樣品時，香草蘭樣品中除了發生香氣快速溢散外，還可能產生新的揮發性物質，影響香草蘭整體風味。PCA分析結果表明，冷凍干燥10 h樣品的香氣變化程度接近40℃ 15 h和50℃ 4 h熱風干燥處理的樣品，但冷凍干燥處理的樣品有較強的香氣強度以及較低的水分含量。因此，與40、50、60℃熱風干燥相比，利用冷凍干燥處理香草蘭具有較快的干燥速率和更好的保留原有香味的特點。由于不同食品對香草蘭水分含量的要求不盡一致，所以在接下來的研究中有必要對冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥工藝進行優化，建立冷凍干燥動力學模型，對不同干燥條件下干燥效果進行預測，為工業化生產提供理論基礎。

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此外，冷凍干燥10 h樣品的香氣區域和對照樣品香氣區域的距離與40℃熱風干燥15 h樣品的香氣區域距對照樣品的距離接近，這說明二者香氣變化幅度相似，但前者具有較低的水分含量且所用時間較短。50℃熱風干燥10 h和60℃熱風干燥5 h的樣品水分含量略低于冷凍干燥，但距離對照樣品香氣區域較遠，香氣變化較大。

圖3列出電子鼻中6個傳感器對不同香草蘭樣品的響應值，響應值越大說明香氣強度越強[13]。

從圖3可看出，隨著干燥時間的延長，香草蘭樣品的響應值會發生不同程度的減小(60℃熱風干燥處理的樣品除外)。在相同的干燥時間下，除干燥后期Sensor3和Sensor4略低于40℃熱風干燥處理的樣品外，冷凍干燥處理的香草蘭樣品的香氣強度均強于40℃熱風干燥處理的樣品，而40℃熱風干燥處理樣品的香氣強度又明顯強于50℃處理的樣品。對于60℃熱風干燥處理的樣品，Sensor1、Sensor2、Sensor3和Sensor4四個傳感器響應值的變化趨勢與另外幾種干燥方式一樣，均是隨著時間的增加而逐漸降低，在干燥過程的中后期樣品響應值逐漸超過50℃熱風干燥處理的樣品，而剩下兩個傳感器的響應值則出現，隨著干燥時間的增加而先降低再增加再下降的趨勢。這種差異可能是由于高溫條件下，在干燥前期香氣成分快速溢散，導致傳感器響應值快速下降，隨著干燥時間的延長香草蘭中某些物質發生熱反應產生新的香氣物質，因此在干燥中期香氣強度增強，在干燥后期熱反應底物逐漸減少、香氣物質生成的速率下降，導致傳感器的響應值逐漸減小，香氣強度變弱。綜上，60℃熱風干燥雖然在干燥的中后期有較強的香氣強度，但香草蘭的整體風味可能發生了變化，而冷凍干燥與40和50℃相比有較大的響應值，因此香氣強度相對較強。

3結論

由于冷凍干燥和熱風干燥在干燥機理上存在本質上的區別，因此干燥效果也存在差異。從干燥速率方面來看，冷凍干燥的干燥速率介于40和50℃熱風干燥的速率之間，且更接近與50℃的干燥速率，經過10 h冷凍干燥處理后，香草蘭水分含量能達到一個較低的水平，約為5%，接近于經50℃熱風干燥處理10 h香草蘭樣品的4 %。從香氣方面來看，兩種干燥方式處理的香草蘭樣品香味均會發生變化，但變化的程度隨著干燥方式、溫度以及時間的不同而有所差異，隨著干燥時間的延長、干燥溫度的增加，香草蘭香味變化越大。當用60℃熱風干燥處理樣品時，香草蘭樣品中除了發生香氣快速溢散外，還可能產生新的揮發性物質，影響香草蘭整體風味。PCA分析結果表明，冷凍干燥10 h樣品的香氣變化程度接近40℃ 15 h和50℃ 4 h熱風干燥處理的樣品，但冷凍干燥處理的樣品有較強的香氣強度以及較低的水分含量。因此，與40、50、60℃熱風干燥相比，利用冷凍干燥處理香草蘭具有較快的干燥速率和更好的保留原有香味的特點。由于不同食品對香草蘭水分含量的要求不盡一致，所以在接下來的研究中有必要對冷凍干燥處理香草蘭樣品的干燥工藝進行優化，建立冷凍干燥動力學模型，對不同干燥條件下干燥效果進行預測，為工業化生產提供理論基礎。

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