不同干燥方式對梨干質構特性和微觀結構的影響

蔣小雅，鄭炯,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400715)

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不同干燥方式對梨干質構特性和微觀結構的影響

蔣小雅1，鄭炯1,2*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400715)

摘要研究了熱風干燥和真空冷凍干燥2種干燥方式對梨干質構特性和微觀結構的影響。結果表明：2種方式干燥后梨干的內聚性和回復性均顯著上升(P<0.05)，其中熱風干燥上升的幅度較大，但是2種方式干燥后的彈性都顯著下降(P<0.05)；與鮮樣相比，熱風干燥后硬度與咀嚼性均顯著增加(P<0.05)，而真空冷凍干燥后咀嚼性無顯著差異(P>0.05)，硬度顯著下降(P<0.05)；不同熱風干燥溫度(60、70、80 ℃)對梨干的質構特性影響差異不顯著(P>0.05)；熱風干燥后的梨干微觀結構變化較明顯，真空冷凍干燥后的細胞組織變得疏松多孔，形變較小。

關鍵詞梨干；熱風干燥；真空冷凍干燥；質構特性；微觀結構

梨(Pyrusspp)是薔薇科梨屬植物，素有“百果之宗”的美稱。梨營養豐富，含有多種礦物質和維生素，具有生津，潤燥，清熱，化痰等功效[1-3]。但是梨在儲藏運輸過程中，營養成分容易遭到破壞，降低了商品的食用價值[4-5]。因此，常常將梨加工成梨汁、梨罐頭和梨果脯等來延長其貨架期，并滿足了消費者對梨食用方式多樣性的需求。

干燥脫水是果蔬加工中比較常見的一種方式，通過干燥可以將物料中水分含量降低到一定程度，延長食品的貨架期、降低貯運成本，但是干燥過程中物料的物理、化學變化會直接影響到最終產品品質[6]。因此，有關干燥果蔬品質的研究成為近年來的熱點。近年來，有一些學者研究了干燥對蘋果[7]、芒果[8]、青椒[9]、蘑菇[10]、菠蘿[11]等果蔬質構特性和微觀結構的影響。熱風干燥和真空冷凍干燥技術是食品脫水常用的加工手段[12]。劉云宏等[13-14]分別研究了超聲滲透脫水-熱風干燥和超聲波強化熱風干燥對梨片干燥特性的影響，劉志勇等[1]研究了梨干低溫氣流膨化干燥工藝，但是目前為止比較不同干燥方式對梨干質構特性和微觀結構影響的研究還較少。因此，本實驗采用真空冷凍干燥和熱風干燥對梨干進行干燥，比較2種不同干燥方式對其質構特性和微觀結構的影響。

1材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮皇冠梨，購自重慶市北碚區永輝超市。

戊二醛、KH2PO4、乙醇，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1儀器與設備

CT-3質構儀，美國Brookfield公司；S-3000N掃描電鏡，日本Hitachi公司；ALPAAI-4LSC真空冷凍干燥機，德國Christ公司；DGG-9240B電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司。

1.3干燥方法

1.3.1熱風干燥

挑選色澤較好，大小相對一致的梨。洗凈，擦干，去皮去核，將梨切成長4 cm、寬3 cm、厚2 cm大小的塊狀，均勻平鋪在干燥盤上，分別設置不同的干燥溫度 (60、70、80 ℃)，干燥風速為2.0 m/s。當水分含量為6%時[1]，停止干燥，進行質構特性的測定。

1.3.2真空冷凍干燥

參考周國燕等[15]的方法。挑選色澤較好，大小相對一致的梨。洗凈，擦干，去皮去核，將梨切成長4 cm、寬3 cm、厚2 cm大小的塊狀，然后將樣品在-30℃進行預凍后，放入真空冷凍干燥機內進行干燥，調節真空度到5 Pa，一次干燥的溫度為-10 ℃，冷阱溫度為-40 ℃。干燥10 h后，二次干燥溫度為30 ℃。當水分含量為6%時，停止干燥，進行質構特性的測定。

1.4測定項目與方法

1.4.1梨干中水分含量的測定

參照GB5009.3—2010方法[16]。熱風干燥和真空冷凍干燥過程中每隔6 h取樣進行水分含量的測定，直到水分含量為6%止。

1.4.2質構測定

將干燥后的梨干樣品切成長約1 cm、寬約0.8 cm、厚約0.3 cm的大小，置于質構儀TP/5探頭下做質構分析測試。質構儀參數如下：測前速率，2 mm/s；測試速率，1 mm/s；測后速率與測試速率一致；壓縮程度，60%；停頓時間，5 s；數據采集速率，400 pps；觸發值，5 g。每個樣品測試重復12次。

1.4.3微觀結構測定

將鮮樣和干燥樣切成長5 mm、寬5 mm、高1 mm的規格，將樣品放入到裝適量4%戊二醛固定液的小瓶中固定24 h，真空抽氣0.5 h，經pH 7.2的磷酸緩沖溶液漂洗后，以梯度乙醇溶液(體積分數分別為50%、70%、80%、95%、100%)脫水，脫水后的樣品用臨界點設備進行干燥。最后將干燥好的樣品置于真空鍍膜機中進行噴金鍍膜，并在掃描電鏡下觀察樣品組織的微觀結構[17-18]。

1.5數據分析

使用SPSS16.0，Microcal Origin7.5等軟件進行圖表的繪制和相關數據的處理，圖中標注字母不同表示有顯著性差異(P<0.05)。

2結果與分析

2.1不同條件下干燥過程中水分含量的變化

由圖1可知，經過不同干燥方式干燥，隨干燥時間的增加，樣品的水分含量逐漸降低。比較不同干燥方式，熱風干燥的水分含量下降速率要快于真空冷凍干燥，所用時間也明顯減少。比較不同熱風干燥溫度的影響，干燥溫度越高，梨的水分含量下降越快，在干燥前12 h樣品的水分含量下降的較快，說明前12 h是水分蒸發的主要階段，而干燥18 h后水分含量變化逐漸趨緩。在真空冷凍干燥中，干燥前6 h水分含量下降比較平緩，6～18 h水分含量下降較快，干燥30 h后，水分含量變化不明顯，這一結果與徐艷陽等[19]的研究結果相似。

圖1　不同干燥方式對梨干水分含量的影響Fig.1　Effect of different drying methods on moisture content of pears

2.2不同干燥方式對梨干質構特性的影響

2.2.1不同干燥方式對硬度的影響

硬度是一定變形率下樣品對于壓縮的抵抗力，其值是TPA第一次壓縮過程中的峰值，與果蔬組織結構直接相關，是評價果蔬質地品質的最重要的指標之一[20]。由圖2可知，鮮樣的硬度為16.32N，經過真空冷凍干燥后，樣品的硬度大幅下降(P<0.05)，說明真空冷凍干燥會使梨片的質地變軟，這與VEGA-GALVEZ等對干燥蘋果片的質地研究結果一致[7]；經過熱風干燥以后的樣品硬度顯著增加(P<0.05)；比較不同干燥方式干燥后樣品的硬度差異，結果為真空冷凍干燥后的硬度顯著低于熱風干燥(P<0.05)，而熱風干燥的3個不同溫度之間差異不顯著(P>0.05)。BUREN[21]研究表明，果蔬的質構特性很大程度上取決于細胞壁中果膠物質的組成和含量。熱風干燥和真空冷凍干燥后樣品硬度出現差異，其原因可能是由于真空冷凍干燥的梨干內部成疏松多孔海綿狀，而熱風干燥由于長時間的高溫處理，細胞結構破壞程度較大，內部結構較緊密。

圖2　不同干燥方式對梨干硬度的影響Fig.2　Effect of different drying methods on hardness of pears

2.2.2不同干燥方式對彈性的影響

彈性是指當樣品材料變形的力去除后，樣品所能恢復到變形前的程度，數值上表現為第2次壓縮中所檢測到的樣品恢復高度和第1次的壓縮變形量之比[22]。由圖3可知，經過不同干燥方式后，梨干的彈性都顯著下降(P<0.05)，比較不同干燥方式，真空冷凍干燥后樣品的彈性顯著低于熱風干燥(P<0.05)，說明不同干燥方式對梨干彈性的影響較大，而熱風干燥的3個不同溫度之間差異不顯著(P>0.05)。這可能是因為經過干燥處理后，樣品的細胞變形、破裂和分離，細胞膨壓部分喪失，樣品組織結構中的基本骨架遭到破壞，使得樣品喪失了部分彈性。比較不同干燥方式，真空冷凍干燥后樣品的彈性顯著低于熱風干燥(P<0.05)，這可能是由于真空冷凍干燥后梨干組織疏松多孔，在壓縮后容易受到破壞，不易恢復到變形前的程度，因而其彈性較小。

圖3　不同干燥方式對梨干彈性的影響Fig.3　Effect of different drying methods on elasticity of pears

2.2.3不同干燥方式對咀嚼性的影響

咀嚼性反映食品從可咀嚼狀態到可吞咽狀態所需的能量，它綜合反映了樣品對咀嚼的持續抵抗能力，其值為硬度、內聚性和彈性三者的乘積[23]。由圖4可知，鮮樣的咀嚼性為2.19 mJ，經過真空冷凍后的樣品咀嚼性為1.93 mJ，說明真空冷凍干燥后梨干的咀嚼性與鮮樣較為接近。熱風干燥的樣品咀嚼性顯著上升，為6.5 mJ～6.68 mJ，與鮮樣和真空冷凍干燥的差異顯著(P<0.05)，但不同溫度之間的差異不顯著(P>0.05)，表明熱風干燥對梨干咀嚼性的影響較大，其原因可能是由于干燥過程中的表面加熱方式，導致梨片的表皮硬化，使其耐咀嚼程度大幅上升。

圖4　不同干燥方式對梨干咀嚼性的影響Fig.4　Effect of different drying methods on chewiness of pears

2.2.4不同干燥方式對內聚性的影響

內聚性表示測試樣品經過第一次壓縮變形后所表現出來的對第二次壓縮的相對抵抗能力，在曲線上表現為兩次壓縮所做正功之比[24]。內聚性反映了梨干組織細胞間結合力的大小，即咀嚼梨干時樣品組織結構抵抗牙齒咀嚼破壞而表現出的內部結合力，它常常與樣品的硬度成正相關。由圖5可知，經過2種方式干燥后，梨干的內聚性均顯著升高，與鮮樣的差異顯著(P<0.05)；真空冷凍干燥的內聚性明顯低于熱風干燥，兩者差異顯著(P<0.05)。在熱風干燥中，隨著溫度的上升，其內聚性數值略有升高，但不同溫度間的差異不顯著(P>0.05)。

圖5　不同干燥方式對梨干內聚性的影響Fig.5　Effect of different drying methods on cohesiveness of pears

2.2.5不同干燥方式對梨干回復性的影響

回復性表示的是樣品在第1次壓縮過程中回彈的能力。由圖6可知，在2種不同方式干燥下，梨干的回復性變化與內聚性的變化趨勢一致。經過熱風干燥和真空冷凍干燥后，其回復性均明顯升高，與鮮樣的差異顯著(P<0.05)；熱風干燥梨干的回復性雖然隨溫度的升高而增大，但是不同溫度間的差異不顯著(P>0.05)。

圖6　不同干燥方式對梨干回復性的影響Fig.6　　Effect of different drying methods on resilience of pears

2.3不同干燥方式對梨干微觀結構的影響

干燥食品的質構變化常常受到其細胞膜、細胞壁和中間層的萎縮或破裂等微觀結構變化的影響。梨鮮樣和干燥樣品組織細胞的電鏡掃描如圖7所示。由圖7可知，鮮樣的薄壁細胞呈現出較規則的海綿狀排列，細胞保持較完整。經過熱風干燥以后，樣品的薄壁細胞形態發生了較大的變化，細胞壁呈現出明顯的萎縮，細胞坍塌并呈現蜂窩狀排列，細胞之間的界限開始變得模糊。而且，隨著干燥溫度的升高，這種變化越明顯，在80℃干燥后蜂窩狀的多孔結構基本消失。分析這可能是由于在干燥過程中，細胞受熱后水分喪失而收縮，細胞結構被破壞所致[7]。由圖7-E可看出，經過真空冷凍干燥后，細胞組織變得疏松多孔，組織收縮或細胞坍塌較少，細胞之間的界限也基本清楚，說明凍干可以獲得海綿狀的樣品[25]。

比較熱風和真空冷凍2種干燥方式，前者梨干的細胞坍塌比后者更為嚴重，說明果蔬組織在熱風干燥過程中呈現的細胞收縮和微觀結構變化的程度更大[26]。VEGA-GALVEZ[7]觀察到熱風干燥后蘋果片細胞出現破損，認為這是由于細胞膨脹和細胞內含物的損失引起。HUANG等[27]的研究也表明真空冷凍干燥能較好的保持樣品原來的細胞結構。前人的研究結果與本實驗中兩種干燥方式對梨干的微觀結構分析結果較一致。

A-鮮樣；B-熱風干燥60℃；C-熱風干燥70℃；D-熱風干燥80℃；E-真空冷凍干燥圖7　不同干燥方式后梨干組織結構的電鏡掃描圖Fig.7　Scanning electron microscope photographs of different drying methods after pears organization structure

3結論

(1)熱風干燥后梨干的硬度、咀嚼性、內聚性和回復性均顯著增加，而彈性顯著降低，但60、70、80℃三個干燥溫度對質構特性影響的差別不顯著。

(2)真空冷凍干燥后梨干的內聚性和回復性顯著增加，硬度和彈性顯著下降，而咀嚼性變化不明顯。

(3)熱風干燥后梨干的薄壁細胞形態變化較大，細胞壁呈現出明顯的皺縮，細胞有不同程度的坍塌，細胞之間的界限也變得模糊；而真空冷凍干燥后，其組織變得疏松多孔，細胞形變較小，更接近于鮮樣。

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Effects of different drying methods on texture and microstructure characteristics of pears

JIANG Xiao-ya1, ZHENG Jiong1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing, Chongqing 400715, China)

ABSTRACTThe effects of hot-air drying and vacuum freeze drying on textural characteristics and microstructure of pears were investigated. The results showed that textural characteristics such as cohesiveness and resilience decreased obviously in both drying methods (P<0.05), and hot-air drying decreased more. But elasticity in both drying methods decreased obviously (P<0.05). Compared with the fresh sample, the hardness and chewiness increased obviously after hot-air drying (P<0.05), while chewiness had no significant difference (P>0.05) after vacuum freeze drying，but hardness decreased obviously (P<0.05). No obvious difference on pear textural characteristics (P>0.05) was observed at three different drying temperature of 60 ℃, 70 ℃, 80 ℃. After hot-air drying, microstructure of pears changed obviously. With vacuum freeze drying, the tissues became loose and porous but deformation was not obvious.

Key wordspears; vacuum freeze drying; hot-air drying; textural properties; microstructure

收稿日期：2015-09-01，改回日期：2015-10-12

基金項目：重慶市特色食品工程技術研究中心能力提升項目(cstc2014pt-gc8001)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201603024

第一作者：本科生(鄭炯博士為通訊作者，E-mail: zhengjiong_swu@126.com)。