不同組合冷凍干燥方法對水蜜桃脆片品質的影響

王海鷗，扶慶權，陳守江，張李陽，王蓉蓉，張偉

(南京曉莊學院 食品科學學院，江蘇 南京，211171)

水蜜桃屬于薔薇科、李屬，原產中國，歷史悠久[1]。水蜜桃肉嫩汁多、香濃味醇、鮮甜甘美，營養(yǎng)豐富，且具有美膚、清胃、潤肺、祛痰等醫(yī)療保健功效，素有“果中皇后”的美譽，深受市場歡迎[2-4]。我國水蜜桃主要以鮮食為主，但水蜜桃是呼吸躍變型高水分果實，成熟期間正值炎熱天氣，采后耐貯性差、貨架期短，極易腐爛變質，且低溫下又易發(fā)生冷害，難以貯藏保鮮[5-7]。

將新鮮水蜜桃進行干燥加工制成水蜜桃脆片，是豐富水蜜桃加工產品品類、實現水蜜桃原料深加工增值的一種有效途徑。目前生產中應用的果蔬干燥加工方法很多，主要有熱風干燥、真空冷凍干燥、真空干燥、微波干燥、氣流膨化干燥、熱泵干燥等，其中真空冷凍干燥技術可較好地保留新鮮物料的色、香、味、形及營養(yǎng)成份，是國際公認的生產高品質、高附加值脫水食品的加工方法，但存在干燥時間長、能耗大、產品成本高等缺陷[8-11]。近年來，一些學者將冷凍干燥與熱風、微波等多種干燥方式進行組合，對毛竹筍、蘋果、胡蘿卜、太湖銀魚、海生等果蔬和水產品物料開展聯(lián)合干燥特性和產品品質研究，表明冷凍干燥與其他干燥方式合理組合，可規(guī)避和降低單純使用冷凍干燥生產產品的弊端，可以縮短干燥時間、降低過程能耗并獲得適宜的干燥品質[12-16]。

目前已見有關于水蜜桃干燥加工的研究報道，涉及的干燥方法主要有壓差膨化、遠紅外干燥、微波干燥、熱風干燥等[17-20]，而冷凍干燥與其他干燥方式組合對水蜜桃脆片品質影響仍未見有報道。本研究以典型水蜜桃品種為原料，以真空冷凍干燥方法為基礎，與熱風、微波、氣流膨化3種其他方法進行組合干燥加工，探討不同組合冷凍干燥方式對水蜜桃脆片的色澤、收縮率、吸濕性、質地及組織微觀結構的影響，以期為水蜜桃脆片干燥加工生產提供技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

新鮮水蜜桃購于南京蘇果超市，品種為夏玉女。SCIENTZ-50F冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司；DHG-9070電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；QDPH-5型氣流膨化設備，天津市勤德新材料科技有限公司；RWBZ-08S型微波干燥機 南京蘇恩瑞干燥設備有限公司；BS224S電子分析天平，北京賽多利斯科學儀器公司；FW100高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；3nh高品質電腦色差儀，深圳市三恩時科技有限公司；TA.XTplus物性測試儀，英國Stable Micro System公司； EVO-LS10型掃描電子顯微鏡，德國ZEISS公司；EMITECH K750臨界點干燥儀，英國Quorum公司。

1.2 組合冷凍干燥方法

1.2.1 真空冷凍干燥(凍干組)

將采摘下來的新鮮水蜜桃清洗去皮，切成直徑為50 mm、厚度為5 mm的圓形桃片，立即整齊地擺盤，放入真空冷凍干燥設備中，首先開啟制冷機組將桃片預凍3 h使其中心溫度降至-30 ℃以下，然后開啟真空泵，真空度達到30 Pa時啟動隔板加熱程序，將“溫度-時間”控制程序設定為： 20 ℃-2 h， 10 ℃ -2 h，0℃-2 h，10 ℃-2 h，20 ℃-2 h，30 ℃-2 h，40 ℃ -2 h，50 ℃-至結束，當桃片溫度與隔板油溫趨于一致時真空冷凍干燥加工結束，凍干時間約20 h，收集凍干桃片，含水質量分數為5%以下。

1.2.2 凍干-熱風干燥(凍干-熱風組)

采用1.2.1中的凍干方法對桃片進行冷凍干燥16 h，水分質量分數降至25%左右，再將桃片置于-20 ℃冰箱中均濕48 h，然后放入鼓風干燥箱用65 ℃熱風干燥4 h，至水分質量分數為5%以下。

1.2.3 凍干-微波干燥(凍干-微波組)

采用1.2.1中的凍干方法對桃片進行冷凍干燥16 h，水分含量降至25%左右，再將桃片置于-20 ℃冰箱中均濕48 h，再用微波干燥機繼續(xù)干燥，微波功率為400 W，干燥2 min再間歇2 min，持續(xù)循環(huán)3次(耗時12 min)將水分質量分數降為5%以下。

1.2.4 凍干-氣流膨化干燥(凍干-氣流組)

采用1.2.1中的凍干方法對桃片進行冷凍干燥16 h，水分質量分數降至25%左右，再將桃片置于-20 ℃冰箱中均濕48 h后放入氣流膨化干燥機進行膨化干燥，氣流膨化溫度80 ℃，50 ℃保溫1.5 h，將水分含量降為5%以下。

1.3 水蜜桃脆片品質分析

1.3.1 水蜜桃脆片色差測定

用3nh高品質電腦色差儀測定上述4種水蜜桃脆片樣品色澤，根據CIELAB表色系統(tǒng)，讀取明暗度指數L*、紅綠度指數a*、黃藍度指數b*、色飽和度C*、色調角H，并按公式計算色差值ΔE，每組樣品平行測定5次，取其平均值。

(1)

式中:L*為干制樣品明暗度指數，a*為干制樣品紅綠度指數、b*為干制樣品黃藍度指數，L0*、a0*、b0*為新鮮水蜜桃色差值。

1.3.2 水蜜桃脆片組織微觀結構掃描電鏡觀察

從4組干燥水蜜桃脆片樣品中選取典型樣品一片，用液氮速凍處理后立即掰斷自然形成脆片斷面)，制取水蜜桃脆片的斷面觀察樣本，用碳導電膠將橫斷面觀察樣本粘在樣品托上，采用離子濺射儀在斷面觀察樣本上噴金，再用掃描電子顯微鏡(scanning electronic microscopy, SEM)觀察拍照。

1.3.3 水蜜桃脆片直徑收縮率測定

用游標卡尺測定水蜜桃新鮮圓片樣品直徑、干燥后脆片樣品直徑，按如下公式計算直徑收縮率，每組樣品平行測定5次，取其平均值。

(2)

式中:Sd,直徑收縮率，%；D0,水蜜桃新鮮圓片樣品直徑，mm；D1,水蜜桃干燥后脆片樣品直徑，mm。

1.3.4 水蜜桃脆片吸濕率測定

精確稱取3個桃片放置于已稱重的干燥平皿中，將平皿放置在盛有飽和NaCl溶液(環(huán)境相對濕度75.5%)(25 ℃每100 g水可溶解約36.2 g NaCl)的玻璃干燥器中，放置2 h、4 h、8 h、16 h、1 d、2 d、3 d、5 d、7 d、10 d、15 d，稱其質量變化，試驗設3 次重復，吸濕率為前后質量差占吸濕前質量的百分比，計算公式如下：

(3)

式中:Ar,脆片吸濕率，%；m0，水蜜桃脆片吸濕前質量，g；m1，水蜜桃吸濕后質量,g。

1.3.5 水蜜桃脆片硬度和脆度測定

從4組干燥水蜜桃脆片樣品中各取10片，用質構儀測定脆片的硬度和脆度。質構測定時采用壓縮模式，壓縮探頭P 75為直徑75 mm圓盤，壓縮距離3 mm，測試前速度1 mm/s，測試速度1 mm/s，測試后速度1 mm/s，記錄脆片壓縮破碎時所需最大力為硬度，記錄脆片壓縮破碎前受力的屈服峰值為脆度。

1.4 數據處理

采用SPSS軟件對試驗數據進行方差分析，若方差分析差異顯著，則用Duncan’s 法進行多重比較，顯著性水平p<0.05。

2 結果與分析

2.1 水蜜桃脆片色澤

采用色差儀“CIE Lab”表色系統(tǒng)表征物料的顏色屬性，其中明暗度指數L*測定值越大則表示樣品表面亮度越高，紅綠度指數a*絕對值越大則說明紅色或綠色越深，黃藍度指數b*絕對值越大說明黃色或藍色越深，色飽和度C*值越大表明顏色越純，色調角H值從0°到180°分別代表顏色為紫紅(0°)、紅、橙紅、橙、黃(90°)、黃綠、綠和藍綠色(180°)。4種干燥后的水蜜桃脆片色澤測定結果如表1所示。其中，紅綠度指數a*值和色調角H值均未見顯著差異(p<0.05)；在L*值方面，凍干、凍干-熱風2組脆片亮度最高，L*值顯著高于其他2組，凍干-氣流組L*值最低(p<0.05)；在b*值和H值方面，凍干-微波組脆片最高，凍干-氣流組最低(p<0.05)；在ΔE值方面，凍干-微波組顯著高于其他3組，其對桃片原有色澤改變最大，而其他3組未見顯著差異。水蜜桃脆片色澤變化與干燥方法及條件密切相關，綜合上述色澤指標來看，凍干-微波組脆片色澤改變相對較大，表觀顏色偏暗、黃，而凍干組脆片色澤較為鮮亮。分析認為，凍干-微波組使用常壓微波加熱的方式去除后段干燥剩余水分，干燥速度過快，且受微波場受熱不均勻影響容易引起局部高溫焦化現象[13-14]，也有相關研究資料表明[21-23]，常壓微波干燥會使得干燥產品的L*值下降、a*值升高、b*值升高，因此造成了凍干-微波組組水蜜桃脆片的表觀色澤特征。

表1 不同組合凍干方法加工的水蜜桃脆片色澤指標Table 1 Color indices of juicy peach crisps dried by different combined FD methods

注：同列肩標字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

2.2 水蜜桃脆片組織微觀結構

4種水蜜桃脆片樣品的微觀組織掃描電鏡觀察如圖1所示。相對其他3組脆片而言，凍干組樣品組織內部形成了蓬松飽滿的多孔構造，孔隙率高，孔隙邊界清晰，排列相對規(guī)則；采用冷凍干燥方式的水蜜桃片全程在真空低溫條件下緩慢完成脫水，能保持較好細胞組織形態(tài)和多孔骨架，樣品原有形態(tài)保持好。與凍干組樣品形成鮮明對比，凍干-微波組樣品組織結構致密，細胞壁坍塌、褶皺、收縮、卷曲現象嚴重、排列雜亂，孔隙少；有研究資料表明，果蔬采用先凍干后微波的組合干燥形式，前段冷凍升華干燥脫去物料中大部分水后初步形成多孔結構骨架，而后續(xù)進入常壓下微波干燥，其脫水強度高且原有真空狀態(tài)不再維持，容易導致多孔結構收縮變形[12-14,23]。而凍干-熱風、凍干-氣流2組獲得了相近的孔隙網絡結構，其組織形態(tài)介于凍干組和凍干-微波組之間，上述品質指標也處于兩者之間的適中狀態(tài)。

a-凍干；b-凍干-熱風；c-凍干-微波；d-凍干-氣流圖1 不同組合凍干方法加工的水蜜桃脆片SEM觀察(×100)Fig.1 SEM photographs of peach crisps dried by different combined FD methods (×100)

2.3 水蜜桃脆片直徑收縮率

水蜜桃片經4種組合凍干加工后，其直徑均發(fā)生了不同程度的收縮現象，測試結果如圖2所示，4組水蜜桃脆片直徑收縮率均呈現出了顯著差異(p<0.05)。凍干-微波組脆片直徑收縮率為52.24%，收縮現象最為嚴重；凍干-熱風組、凍干-氣流組的直徑收縮率分別為29.58%、26.48%，干燥收縮現象仍然較為嚴重；而凍干組脆片直徑收縮率僅為5.7%，僅采用冷凍干燥加工制作水蜜桃脆片，其外觀形態(tài)保持最好。干燥水蜜桃脆片收縮率指標也可以間接地反映脆片內部組織網孔狀態(tài)，收縮率越高，表明水蜜桃組織內部細胞原有大小形態(tài)破壞越大[24-25]。結合水蜜桃脆片微觀結構SEM觀察結果可知，凍干組脆片組織內部細胞大小形態(tài)變化最小，形成最佳的多孔網絡結構，其直徑收縮率最??；而凍干-微波組脆片則相反，由于后段干燥采用常壓下微波干燥方法去除物料中剩余水分，脫水強度高、速度快，形成了致密的微觀結構，最終呈現出直徑收縮率最高。因此，4組水蜜桃脆片直徑收縮率差異與其在微觀結構上呈現出的差異基本相吻合。

圖2 不同組合凍干方法對水蜜桃脆片直徑收縮率的影響Fig.2 Effect of different combined FD methods on the shrinkage rate in the diameter of peach crisps注：相同指標中字母不同表示差異顯著(p<0.05)。下同。

2.4 水蜜桃脆片吸濕率

果蔬物料一般初始水分含量很高，經不同干燥方式脫去幾乎所有原有水分后，物料內部通常形成多孔性骨架結構，干制品在后續(xù)加工或貯藏過程中處于一定濕度的環(huán)境中則很容易吸濕回潮而影響品質。本實驗中4種干燥方式的水蜜桃脆片吸濕性測試結果如圖3所示。

圖3 不同組合凍干方法對水蜜桃脆片吸濕率的影響Fig.3 Effect of different combined FD methods on the moisture absorption rate of peach crisps

4組水蜜桃脆片在前8 h吸濕率增長速度較快，隨后增加非常緩慢；在各吸濕時間段的脆片吸濕率總體表現出凍干組最高、凍干-熱風組和凍干-氣流組兩者吸濕率相當且處于中間水平、凍干-微波組則顯著低于其他3組的變化規(guī)律(p<0.05)。4種水蜜桃脆片吸濕性差異與其內部多孔性骨架形態(tài)密切相關，通常果蔬脆片內多孔網絡骨架而形成孔隙比表面積越大，其對環(huán)境中濕度越敏感，更容易吸收水分回潮[26-27]。4組水蜜桃脆片吸濕率差異與其SEM微觀結構觀察結果也基本對應吻合。

2.5 水蜜桃脆片硬度和脆度

硬度和脆度是描述水蜜桃脆片樣品在壓縮測試過程中抵抗外力破壞出現的最大受力峰值及之前的屈服峰值，是反映果蔬脆片質地屬性的重要指標，與干燥樣品內部組織結構性質與多孔構造密切相關，測試結果如圖4所示。在硬度方面，凍干-微波組硬度值為64.62 N，遠高于其他3組脆片，而凍干-熱風、凍干-氣流2組硬度次之且未見顯著差異，凍干組硬度最小(p<0.05)。4組水蜜桃脆片樣品的脆度均呈顯著差異，其中凍干-微波組脆度遠高于其他3組，凍干-熱風、凍干-氣流、凍干3組脆度值依次減小(p<0.05)。4組水蜜桃脆片硬度、脆度差異與樣品內部組織質構有關，通常干燥形成的網孔結構越致密、孔隙率越小，其質地越堅實，硬度和脆度值越高[28-29]。由圖1中4組水蜜桃脆片樣品的SEM觀察可知，凍干-微波組形成的組織質構最緊實、孔隙率最小，凍干-熱風、凍干-氣流2組形成了相近的多孔構造形態(tài)，而凍干組蜂窩狀多孔構造最為飽滿，4組水蜜桃脆片微觀結構觀察結果能較好地解釋其在硬度、脆度質地方面的差異。

圖4 不同組合凍干方法對水蜜桃脆片硬度和脆度的影響Fig.4 Effect of different combined FD methods on the hardness and brittleness of peach crisps

3 結論

凍干、凍干-熱風、凍干-微波、凍干-氣流4種組合凍干方法干燥水蜜桃脆片對比試驗表明：凍干-微波組脆片樣品綜合色差指標ΔE值顯著高于其他3組，顏色偏暗、黃，而其他3組未見顯著差異；在脆片組織微觀結構方面，凍干組形成了飽滿多孔的網絡骨架，孔隙率高，組織原有形態(tài)保持較好，而凍干-微波組樣品細胞壁變形嚴重、組織結構致密、孔隙率少，凍干-熱風、凍干-氣流2組組織微觀形態(tài)介于凍干組和凍干-微波組之間；4組樣品直徑收縮率由高到低分別是凍干-微波、凍干-熱風、凍干-氣流、凍干，差異顯著(p<0.05)；在脆片吸濕率方面，凍干組最高，凍干-熱風和凍干-氣流2組未見差異且處于中間水平，凍干-微波組則顯著低于其他3組；在脆片硬度和脆度方面，凍干-微波組遠高于其他3組，凍干組最?。?組水蜜桃脆片組織的微觀結構觀察結果能較好地解釋脆片樣品在直徑收縮率、吸濕率、硬度、脆度等指標上的差異?；谏鲜鲅芯拷Y果，從4組水蜜桃脆片的綜合品質來看，凍干-微波組綜合品質最差，凍干組最佳，而凍干-熱風、凍干-氣流2組綜合品質介于中間。