干燥方式對火龍果果皮理化特性的影響

何玉倩，宋曉燕，劉寶林

(上海理工大學 醫療器械與食品學院，上海，200093)

火龍果營養豐富，可作為水果直接食用也有一定的藥用價值，深受人們喜愛。果皮含有大量果皮色素、黃酮類營養物質，但只有少量被用于天然色素和膳食纖維的提取原料，一般被直接丟棄，造成資源浪費[1]。若將果皮制成果干再開發成干粉或活性物質膠囊既可以增加營養物質利用率也減少污染，因此，研究不同干燥方式對果皮理化特性的影響對提高果皮利用率有重要意義[2]。

傳統的干燥方式為日曬，這種干燥方式加工時間較長，干燥完產品品質較差。現階段，改進的加工方式有熱風干燥、真空干燥、微波輔助真空干燥、真空冷凍干燥等，根據不同物料選擇不同的干燥方式。鄧媛元等[3]研究了真空冷凍干燥、熱風干燥、微波干燥對苦瓜營養與品質的影響，發現經過干燥后的苦瓜的VC、總酚、總黃酮含量均有所下降，熱風干燥會引起苦瓜褐變，但營養成分和抗氧化活性損失較小，而真空冷凍干燥有利于保持干燥苦瓜的質構和色澤，微波干燥苦瓜的綜合品質較差。鄧紅等[4]研究熱風干燥、遠紅外干燥和微波干燥對蘋果品質的影響，結果表明：微波干燥后蘋果的VC含量、總酸度、感官指標結果都較好，熱風干燥略差于微波干燥，遠紅外干燥后的蘋果VC含量最小，復水性較差，口感有糊味，干燥結果最差。不同的干燥方式對于果蔬理化品質和營養品質影響差別較大。目前，關于火龍果果皮干燥的研究較少，更缺少綜合比較不同干燥方式對于火龍果果皮理化性質和營養成分的研究報道，本文通過熱風干燥、真空干燥和真空冷凍干燥3種干燥處理方式，比較不同干燥方式對火龍果果皮的理化性質和營養成分的影響，旨在為火龍果果皮的進一步加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅心火龍果(購買于上海市楊浦區小江西水果店)將其剪去葉子，清洗干凈，去除果肉，果皮切至4.00 cm×4.00 cm×1.00 cm大小，再用濾紙吸干其表面水分，原始果皮濕基含水率：(88±2)%。

試劑：乙醇、蘆丁、NaNO2、Al(NO3)3、FeSO4、醋酸、醋酸鈉、DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)、TPTZ(三吡啶基三嗪)，所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Virtis真空冷凍干燥機，美國VIRTIS公司；DGH-9053A臺式鼓風干燥箱，上海和呈儀器制造有限公司；DZF-6020D真空干燥箱，上海東麓儀器設備有限公司；美能達CR-400便攜色差儀，日本Konica Minolta公司；LyoResis共晶點測試儀,北京海博飛科技有限公司；PTY全自動智能內校分析天平,福州普力斯特科學儀器有限公司；尼康XT225工業CT斷層掃描儀，尼康儀器上海有限公司；SMS TA-XT Plus質構分析儀，英國Stable Micro System公司；759S紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1干燥方法

熱風干燥：將處理好的果皮放至熱風干燥箱，干燥溫度保持70 ℃，風速為0.8 m/s，連續干燥10 h，干燥過程中將果皮平鋪，保持適當距離，避免其相互粘連。

真空干燥：在真空干燥機內進行，溫度為50 ℃，真空度為0.2 kPa，連續干燥5 h。

真空冷凍干燥：真空冷凍干燥分為預凍、一次干燥、二次干燥。預凍溫度為-50 ℃，時間為4 h，一次干燥冷阱溫度為-40 ℃，真空度為10 Pa，一次干燥時間為5 h，二次干燥加熱板溫度為35 ℃，真空度為30 Pa，時間為5 h。

干燥過程中定期測定果皮濕基含水率，濕基含水率低于5%時干燥結束。

1.3.2檢測方法

1.3.2.1 色澤分析

使用美能達CR-400便攜色差儀測定色度值L*、a*、b*，其中L*代表明暗度,a*代表紅綠值，b*代表黃藍色。以儀器空白版為標準，每個樣品進行3次平行測定[5]。

1.3.2.2 收縮率

使用體積替代方法，以小米作為替代品，測量干燥前、后果皮的體積。根據公式(1)計算收縮率，并繪制收縮率變化曲線。

(1)

式中：R1，收縮率，%；V0，干燥前樣品的體積，cm3；V1，干燥后的體積，cm3[6]。

1.3.2.3 孔隙率

使用XTH225型工業CT機掃描斷層截面，每張樣品CT圖由3次掃描結果復合而成。設定管電壓為88 kV，管電流為72 mA，曝光時間為500 m/s，拍攝張數為800 張，利用自帶圖像處理軟件3D Pro復合掃描截圖和計算軟件VGS Studio定量分析，得出斷層3D圖片和平均孔隙率[7]。

1.3.2.4 復水性

精確稱取20.00g不同干燥方式處理的果干放置于500 mL燒杯中，加入25 ℃、400 mL純水，開始階段每間隔10 min取出，濾紙吸干表面水分，稱取1次質量。復水60 min后，每間隔20 min稱重1次，復水過程持續120 min。根據公式(2)繪制復水率曲線[8]。

(2)

式中：R2，復水率，%；m1，復水后的質量，g；m2，干燥后的質量，g。

1.3.2.5 硬度、脆性和彈性的測定

室溫條件下，使用TA-XT Plus質構儀在TPA模式檢測不同干燥樣品的硬度、脆性和彈性。采用P/2探頭，測前速率為1 mm/s，測中速率為2 mm/s，測后速率為10 mm/s，樣品承受力為5.0 g，測定樣品的硬度和脆性。采用P/5s探頭，測前速率為1 mm/s，測中速率為1 mm/s，測后速率為1 mm/s，檢測樣品彈性[9-10]。

1.3.2.6 果皮色素

稱取4份果皮各5.00 g，分別加入100.00 mL體積分數30%的乙醇，料液比為1∶20，在40 ℃恒溫水浴鍋中浸提60 min， 4 000 r/min離心15 min，取上清液，測量其在538 nm處的吸光值。

1.3.2.7 總黃酮含量

采取蘆丁分光光度法測定[15]。根據實驗所得數據，計算回歸方程。回歸方程為y=1.085 7x+0.004 9，相關系數R2=0.999 6。

取0.50 g果皮于25 mL碘量瓶中，加入10.00 mL體積分數為80%的乙醇溶劑，80 ℃恒溫水浴鍋水浴30 min，3 000 r/min離心10 min，取上清液，在波長511 nm處測定其吸光度。果皮中總黃酮提取率的計算公式為：

(3)

式中：P，總黃酮含量，mg/g；c，從回歸方程中計算得出樣品中總黃酮質量，mg；n，稀釋倍數；V，濃溶液的體積，mL；V1，測定體積，mL；w，投料量，g。

1.3.2.8 總氧化能力(FRAP)值測定

取0.50 g樣品于50 mL的三角瓶中，加入體積分數為80%乙醇20.00 mL，60 W超聲3 min，粉碎3次，輻射時間10 s，超聲頻率400 Hz，用體積分數為80%的乙醇定容備用。

測定FeSO4標準曲線：將pH 3.6的0.30 mol/L的醋酸鹽緩沖溶液、10.00 mmol/L TPTZ溶液、20.00 mmol/L FeCl3以10∶1∶1混合制備TPTZ工作液。取1.80 mL TPTZ工作液，加入0.20 mL不同濃度FeSO4(濃度分別為0.025、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.5、1.00、1.50 mmol/L)，在593 nm處測定吸光度。

移取上述配用各組樣品溶液0.20 mL，加入TPTZ工作液，混勻反應，于593 nm處讀取吸光度，樣品的總抗氧化能力以FRAP表示：1 FRAP=1 mmol/L FeSO4的氧化能力[11]。

1.3.2.9 清除自由基能力測定(DPPH)

移取上述配用各組樣品溶液0.20 mL，稀釋5倍后移取100 μL，加入2.00 mL 0.20 mmol/L DPPH，避光室溫反應20 min，在517 nm處檢測吸光度，同時以體積分數為80%的乙醇與DPPH混合溶液作為空白對照組，清除率計算公式如下：

(4)

式中：A517樣品，加入樣品時DPPH的吸光度；A517空白，未加入樣品空白組DPPH的吸光度[12]。

1.4 數據分析

每組實驗平行3次測定，結果用x±s表示，采用SPSS 2.0軟件對數據進行顯著性分析，使用Excel 2016軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對火龍果果皮色澤的影響

由表1可以看出，熱風干燥處理后果皮的色度值亮度(L*)、紅綠值(a*)、黃藍值(b*)與新鮮果皮、真空干燥、真空冷凍干燥后的果皮均有顯著性差異(P<0.05)。

表1 不同干燥方式對于火龍果果皮色澤的影響Table 1 Different drying methods for the pitaya pericarp color

注：同一列中a、b、c、d不同字母表示顯著性差異(P<0.05)。

熱風干燥后果皮亮度(L*)減小，即果皮變暗，是因為熱風干燥過程果皮與氧氣充分接觸，果皮內的氨基酸和還原糖發生美拉德反應，生成黑褐色絡合物。而真空干燥和真空冷凍干燥這2種干燥方式基本與氧氣隔絕，杜絕了褐變反應。而水分減少增加果皮的亮度(L*)，所以真空冷凍干燥、真空干燥后果皮亮度值(L*)大于新鮮果皮。果皮內紅色素不穩定易分解，干燥后果皮的紅綠值(a*)減小，熱風干燥溫度最高，紅綠值(a*)最小，真空冷凍干燥溫度最低，最有效地減少了果皮色素被破壞，最完整地保持了果皮本身的顏色和氣味，且其紅綠值(a*)最接近新鮮果皮。從色澤角度考慮，真空冷凍干燥優于真空干燥和熱風干燥。葉興乾等[13]研究了4種不同干燥方法對栗粉色澤的影響，結果表明自然干燥、熱風干燥比微波干燥和高溫蒸后干燥褐變程度低，微波干燥和高溫蒸煮后熱風干燥具有較低的紅綠值(a*)和較高的黃藍值(b*)，說明在加工過程中發生褐變，近一步證明褐變程度與溫度有關，溫度越高，發生褐變程度越嚴重。

2.2 不同干燥方式對火龍果果皮收縮率的影響

由圖1可以得出，不同干燥方式的火龍果果皮的收縮率有顯著性差異(P<0.05)。真空冷凍干燥后的果皮收縮率最小(26.28%±0.81%)，其次是熱風干燥(83.19%±0.96%)，真空干燥收縮率最大(89.88%±1.23%)，是真空冷凍干燥的3.4倍。不同的干燥方式，果皮水分流失的方式不同，導致果皮收縮率不同。熱風干燥和真空干燥將果皮內水分直接蒸發，水分蒸發的初期先失去果皮內的自由水，再失去結合水，結合水的流失導致果皮內細胞壁不可逆破裂，纖維素皺縮，產生不可逆形變。而真空冷凍干燥先經過預凍，將果皮內自由水和結合水的溫度降低至共晶點溫度以下，經過升華干燥除去果皮內的大部分水分，再經過解析干燥進一步除去剩余的少量水分，干燥后的果皮所占空間保留，可基本保持其原有形狀、體積和形態基本不變，但是由于重力作用和水分升華作用，果皮的結構會輕微收縮，但整體收縮率較小，所以真空冷凍干燥后果皮收縮率遠小于熱風干燥和真空干燥[14]。黃建立等[15]研究熱風干燥、微波干燥、真空干燥、微波真空干燥及真空冷凍干燥5種干燥方式對銀耳干品收縮率的影響，結果表明：冷凍干燥<熱風干燥<真空干燥，其結果與干燥火龍果果皮的收縮率相同。從收縮率角度比較不同干燥方式的優劣：真空冷凍干燥>熱風干燥>真空干燥。

圖1 不同干燥方式對火龍果果皮收縮率的影響Fig.1 Effect of different drying methods on the shrinkage of pitaya pericarp

2.3 不同干燥方式對火龍果果皮孔隙率的影響

為了研究不同干燥方式對于火龍果果皮的微觀結構的影響，使用XTH225型工業CT機對新鮮果皮和經過熱風干燥、真空干燥和真空冷凍干燥的果皮斷層掃描，測其微觀結構和孔隙率。

由圖2可知，真空冷凍干燥后果皮的孔隙率(30.83%±1.03%)最高，且高于新鮮果皮(24.57%±0.87%)，而真空干燥(14.30%±0.89%)和熱風干燥(19.67%±0.61%)的果皮孔隙率低于新鮮果皮。不同干燥方式后火龍果果皮孔隙率差異性顯著(P<0.05)。

a-新鮮；b-熱風干燥；c-真空干燥；d-真空冷凍干燥圖2 不同干燥方式對火龍果果皮孔隙率的影響Fig.2 Effect of different drying methods on the porosity of pitaya pericarp

不同干燥方式后果皮的細胞組織結構與新鮮果皮相差較大，新鮮果皮組織細胞結構緊密，經過干燥后細胞組織發生不同程度的空腔，由于干燥原理不同，組織內結構變化也不相同，進而導致空隙大小、形狀和孔隙率都不同。

經過真空冷凍干燥后的果皮單個孔隙較小，孔隙率較高，空隙分布較均勻且廣泛，熱風干燥和真空干燥后果皮孔隙較大，分布不均勻。果皮孔隙率大小和形狀取決于干燥過程，熱風干燥和真空干燥都是水分由表及里蒸發，在蒸發過程中存在溫度梯度和濕度梯度，兩種梯度反向進行，干燥速率慢，干燥時間長，蒸發過程破壞了果皮結構，尤其是果皮內的纖維素隨著水分的直接蒸發產生了形變，甚至斷裂，組織干縮嚴重，導致孔徑變小甚至消失[16]。真空冷凍干燥將水分由固態直接升華為氣態，以達到干燥的目的，真空冷凍干燥的預凍過程將組織結構固定，再均勻升華除去果皮內水分，水分流失均勻，保持了果皮內纖維素原狀，這也是冷凍干燥后果皮收縮率較小的主要原因[17]。

2.4 不同干燥方式對火龍果果皮復水性的影響

干燥后果皮的復水性是檢驗干燥過程對果皮內部結構損傷的有利途徑。復水性越好表明果皮內組織結構和組織纖維受損程度越小，復水后越接近新鮮果皮。由圖3可以得出，真空冷凍干燥后果皮復水率與熱風干燥和真空干燥存在顯著性差異(P<0.05)，真空冷凍干燥之后的火龍果果皮的復水性最好，復水率最高(405.60%±6.83%)，是真空干燥的1.5倍。熱風干燥(261.73%±4.39%)和真空干燥(261.20%±2.82%)的復水性相對較差，且兩者復水率相差不大。

圖3 不同干燥方式對于火龍果果皮的復水性影響Fig.3 Effect of different drying methods on rehydration of pitaya pericarp

干燥后果皮的復水性主要取決于果皮組織和細胞的破損程度和干燥后其表面孔隙率。在干燥過程中，如果果皮發生了不可逆的細胞破損，導致細胞完整性缺失，組織結構坍塌，則其復水性會降低。由工業CT斷層掃描可以得出，真空冷凍干燥后的果皮收縮率較小、孔隙率大、表面和內部纖維之間都存在大量空隙，為復水時的水分的滲透提供了有效途徑。而經過熱風干燥和真空干燥的果皮水分蒸發導致細胞組織結構不可逆的被破壞，內部結構密集，果皮孔徑變小甚至消失，復水時水分難以滲透，所以其復水率較小[18]。綜上所述：真空冷凍干燥對果皮的收縮率、孔隙率和復水性影響小于熱風干燥和真空干燥，而熱風干燥和真空干燥對于果皮影響較大，但兩者之間相差不大。馬先英等[19]使用不同的干燥方式處理胡蘿卜，觀察干燥對于胡蘿卜復水性的影響，結果也表明不同的干燥方法對于胡蘿卜干制品的復水性和感官品質有明顯差異。

2.5 不同干燥方式對火龍果果皮TPA的影響

由表2可以得出，不同干燥方式對復水前后火龍果果皮TPA(包括果皮的硬度、脆性和彈性)的影響。復水前干燥果皮的TPA參數可以為果皮直接食用口感提供依據，復水后的果皮TPA與新鮮果皮比較，以觀察干燥過程對于果皮TPA的影響。

表2 不同干燥方式對復水前后火龍果果皮TPA的影響Table 2 Effect of different drying methods on TPA of pitaya pericarp before and after rehydration

注：同一列中不同字母表示顯著性差異(P<0.05)，*表示檢測結果無實際意義。

熱風干燥和真空干燥后果皮的硬度和脆性與真空冷凍干燥有顯著性差異(P<0.05)，真空冷凍干燥的硬度和脆性均小于真空干燥和熱風干燥，而熱風干燥和真空干燥果皮硬度和脆性無顯著性差異(P>0.05)， 且熱風干燥和真空干燥的彈性檢測結果無實際意義。熱風干燥和真空干燥后果皮口感相似，較硬較脆且無彈性，口感較差。由復水前干燥果皮的TPA指標可以得出真空冷凍干燥后果皮硬度、脆性和彈性都更適合直接食用。

干燥后果皮口感差異是因為不同干燥方式的原理不同，也與果皮干燥溫度相關。熱風干燥和真空干燥過程中，果皮表面溫度高于內部，隨著表面水分的蒸發遷移，果皮內部水分未能及時轉移到表面，細胞收縮在表面迅速形成一層干硬膜。當果皮中心干燥和收縮時，又會出現內裂空隙，從而形成表皮起皺、開裂破損、干癟堅硬等現象，表現為口感堅硬，酥脆度差。熱風干燥溫度最高，硬度最大，是因為溫度較高時，達到平衡含水率時水分失散較快，快速流失水分致使干燥產品硬度較大[20]。

真空冷凍干燥后果皮復水后和復水前的彈性無顯著性差異(P>0.05)，再次說明真空冷凍干燥對于果皮結構改變較小，進而對果皮的彈性影響較小。

不同干燥方式后果皮復水后的硬度和脆性與新鮮果皮之間存在顯著性差異(P<0.05)。復水后熱風干燥和真空干燥的果皮硬度大于新鮮果皮，真空冷凍干燥的果皮硬度小于新鮮果皮，因為果皮復水率越大，吸收水分越多，其硬度越小。3種不同干燥方式處理的果皮復水后脆性均大于新鮮果皮，彈性均小于新鮮果皮，因為干燥對于果皮的損傷不可逆，復水過程并未恢復其組織結構，真空冷凍干燥后果皮脆性和彈性最接近新鮮果皮，說明真空冷凍干燥相對于其他兩種干燥方式對果皮的損傷最小。金洋等[21]研究經過不同干燥方法后的烏賊復水后的TPA，結果表明真空冷凍干燥后復水后的烏賊硬度小，彈性和咀嚼性接近新鮮烏賊，而熱風干燥后烏賊復水后比新鮮烏賊硬度小、彈性和咀嚼性大。近一步證明不同干燥方法對于樣品的TPA影響不同，真空冷凍干燥后的樣品口感更好，復水后更接近新鮮樣品。

總而言之，干燥后果皮的TPA結果表明：復水前真空冷凍干燥后果皮更適合直接食用，真空冷凍干燥果皮復水后更接近于新鮮果皮。

2.6 不同干燥方式對火龍果果皮營養物質的影響

由表3可以得出新鮮果皮的營養物質含量最高，其果皮色素、總黃酮均高于經過干燥后的果皮，不同干燥方式對果皮內果皮色素和總黃酮含量的影響有顯著性差異(P<0.05)。

表3 不同干燥方式對火龍果果皮營養物質和抗氧化能力的影響Table 3 Effects of different drying methods on the nutritional content and antioxidant capacity of pitaya pericarp

注：同一列中不同字母表示顯著性差異(P<0.05)。

熱風干燥后的果皮色素含量最低，真空干燥次之，真空冷凍干燥最多，這是由于果皮色素是一種熱敏性物質，熱風干燥和真空干燥溫度較高，果皮色素受熱分解。干燥后果皮總黃酮含量趨勢與果皮色素相同，真空冷凍干燥后果皮含量最多，熱風干燥最少，隨著溫度的升高含量減少，因為果皮內的黃酮類化合物新橙皮苷和蕓香苷受熱易分解[22]。

不同干燥方式處理后果皮的總抗氧化能力和清除自由基能力之間有顯著性差異(P<0.05)。新鮮果皮總抗氧化能力和清除自由基的能力最好，熱風干燥僅次于新鮮果皮，高于真空干燥和真空冷凍干燥。原因如下：(1)干燥后果皮的總抗氧化能力和清除自由基能力不僅與果皮內果皮色素、總黃酮含量相關，也與果皮內非熱敏性抗氧化性物質相關。PAPOUTSIS[23]在比較不同干燥方式對于檸檬皮抗氧化性物質的影響時得出結論：當干燥后檸檬皮內的新橙皮苷和蕓香苷較多時，果皮內的總抗氧化能力越強，這兩種物質也存在于火龍果果皮中。(2)當果皮內總酚含量較高時，抗氧化性和清除自由基能力較強，因為果皮內含有多酚氧化酶，多酚氧化酶是酚類化合物氧化的一種催化劑，熱風干燥和真空干燥條件下，較高的溫度使多酚氧化酶失去活性，降低酚類化合物被氧化概率，從而提高果皮的抗氧化性。(3)熱風干燥和真空干燥時，高溫度會促進組織細胞壁破裂，釋放出水解酶，高溫使水解酶失活，阻止其抗氧化性被破壞[24-25]。總之，真空冷凍干燥有助于保護熱敏性物質(果皮色素、總黃酮)，但不利于果皮總抗氧化能力和清除自由基能力。

3 結論

通過對比3種干燥方式對火龍果果皮理化特性的影響，可以發現：不同干燥方式對于火龍果果皮的理化特性的影響差異較大。采用真空冷凍干燥后的火龍果果皮色澤與新鮮果皮相近，其收縮率變化較小、孔隙率大、復水率高，且口感更適合直接食用，復水后的果皮TPA參數最接近于新鮮果皮，果皮色素和總黃酮含量明顯高于其他2種干燥方式，但其總抗氧化能力和清除自由基能力較差。

熱風干燥和真空干燥果皮的收縮率、孔隙率和復水性相近，都差于真空冷凍干燥。干燥后的果皮色澤變化較大，果皮較硬，無彈性，口感較差，不適合直接實用，熱風干燥后果皮總抗氧化能力和清除自由基能力優于真空干燥和真空冷凍干燥。

通過上訴結果分析，綜合考量干燥后果皮的色澤、收縮率、孔隙率、復水性、TPA、果皮色素、總黃酮含量、總抗氧化能力和清除自由基能力9項評價指標，真空冷凍干燥更適合將火龍果果皮直接加工成可直接食用食品，而熱風干燥更適合干燥果皮，然后進一步加工成果粉再利用。