喀斯特環境火龍果真空冷凍干燥工藝研究

楊妮，熊康寧，彭惠蓉

（貴州師范大學喀斯特研究院，國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心，貴州貴陽550001）

以貴州高原為中心的中國南方喀斯特是全球喀斯特發育最典型、最復雜、景觀類型最豐富、生態系統極為脆弱的地區，面積超過5.5×107hm2[1]，針對中國南方以貴州高原為中心的喀斯特地區石漠化嚴重、產業結構單一與區域貧困問題，應突破石漠化治理與生態衍生產業的科學問題和核心技術[2]，寓經濟發展于生態治理之中，培育發展與生態治理方向相適應的生態衍生產業，實現區域生態治理與脫貧致富的協同[3]。火龍果耐熱耐旱、喜肥耐瘠，極適宜在喀斯特環境下種植[4]，依托火龍果產業，對防治石漠化，促進地區經濟發展，成效十分顯著[5]。貴州省火龍果產量超過三萬噸，目前，火龍果產品主要有火龍果果酒、果醬、果干，但從整體上來看，火龍果加工產品種類較為單一。如何加工利用火龍果，從而實現社會、經濟與生態效益是目前需要解決的問題。干燥技術是解決果蔬采后存儲、豐富產品多樣性的有效手段，其中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[6]。熱風干燥產品質構特性、復水性與色澤較差[7]。真空冷凍干燥是指物料經完全凍結，并在一定的真空條件下使冰晶升華，從而達到低溫脫水的目的[8-9]，將真空冷凍干燥檳榔果與煙熏干燥和熱風烘干方法進行對比分析，發現檳榔堿粗提物含量極顯著高于煙熏干燥和熱風烘干的檳榔果（P＜0.01）[10]。在切片厚度 6 mm，凍干時間10 h，加熱板溫度60℃，凍干壓力80 Pa條件下加工的凍干檸檬片具有較好的感官品質及較高的檸檬酸及VC含量，褐變度較低[11]。茶樹菇的17種游離氨基酸總量（free amino acid，FAA）、7種必需氨基酸總量（essential amino acid，EAA）比值、呈鮮味的天冬氨酸和谷氨酸總量大小依次為真空干燥（70℃）＞熱風干燥（60℃）＞遠紅外干燥（70℃）[12]。目前干燥方法對火龍果品質影響的研究報道較少，鄒同華得出厚度為1 mm，一次干燥加熱板溫度為25℃，二次干燥加熱板溫度為50℃[13]。本研究討論不同厚度、升華溫度、解析溫度對火龍果干制品感官品質、VC、蛋白質、總膳食纖維、糖酸比的影響，篩選最佳的干燥工藝使火龍果鮮果得到保存的同時提高火龍果產品的附加值，為火龍果的加工利用提供科學依據，同時對促進區域經濟發展、鞏固已有的石漠化治理成果具有一定的價值。根據喀斯特火龍果果實的特點，探究喀斯特地區火龍果的真空冷凍干燥工藝參數，比較喀斯特地區火龍果果實干燥參數是否與其它地區存在差別。

1 材料與方法

1.1 材料

火龍果：貴州省關嶺縣火龍果種植基地，紅皮紅肉火龍果，每組火龍果選擇樣本株≥5株，于樹冠中上部東、西、南、北4個方向分別采集色澤接近、果肉飽滿、成熟度一致、無機械損傷的果實。

1.2 儀器與設備

DBS-139家用水果切片機：榕畔茶咖發展有限公司；LGJ-20F冷凍干燥機及配套的共晶點探頭：北京松源華興科技發展有限公司；AL-204型電子分析天秤：瑞士梅特勒-托利多公司；DHG－9073BS－Ⅲ型電熱鼓風恒溫干燥箱：上海新苗醫療器械制造公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 干燥方法

火龍果切割方法：火龍果切割方法用手動切割器切成不同厚度的薄片。

真空冷凍干燥：將火龍果放入真空冷凍干燥機進行原位凍結，之后進行干燥，真空度15 Pa～30 Pa，冷阱溫度為-60℃，干燥至火龍果最終含水量為（5±1）%。

1.3.2 共晶點溫度與共熔點溫度

共晶點溫度是凍干工藝中重要的參數，物料預凍溫度一般低于物料共晶點5℃～10℃，保證物料完全凍結。采用電阻法測定火龍果的共晶點和共熔點溫度。本試驗采用真空冷凍干燥機自帶的共晶點探頭插入火龍果物料內，進行冷凍，當火龍果內全部液體凍結成固體時，其電阻躍變增大，此時，溫度就是共晶點溫度，記錄電阻和溫度的大小。同理，解凍時根據電阻突然由大變小的現象測定火龍果共熔點溫度。

1.3.3 指標測試

VC含量的測定參考趙洪靜等[14]的方法測定；總糖含量的測定參照王艷等[15]的方法，在88℃條件下用HCl使樣品水解成單糖，水解后的單糖經過透析器凈化，除去顆粒物、蛋白質或生成有色基團的大分子，然后在堿性條件下新亞銅復合物Ⅱ被還原性單糖（果糖、葡萄糖）在88℃熱浴中還原形成新亞銅螯合物Ⅰ，在450 nm波長處測定吸光度；蛋白質含量的測定參考丁紅梅等[16]的方法；總膳食纖維含量的測定參考王亞等[17]中酶-重量法測定，樣品在膳食纖維儀上經酶解處理、乙醇沉淀、洗滌抽濾得殘渣，殘渣干燥稱重，再扣除膳食纖維殘渣中的蛋白質、灰分和試劑空白即為樣品中的膳食纖維，總酸含量的測定參考吳曉紅等[18]的方法。

感官評價：主要包括色澤、風味、形狀和口感4個方面，采用百分制進行打分，選定10人研究專業與此相符的人員組成評定小組，對凍干火龍果進行感官評價，如表1所示。

表1 感官質量評分表Table 1 Sensory quality score

1.3.4 正交試驗設計表

以物料溫度、升華溫度和解析溫度為試驗因素，以產品感官品質、VC、蛋白質、總膳食纖維、總糖含量、總酸含量、糖酸比為試驗指標，設計L9（33）正交試驗，來分析火龍果干干燥效果與厚度、升華溫度和解析溫度等因素之間的關系。

正交試驗因素水平見表2。

表2 正交試驗設計表Table 2 Orthogonal experimental design

1.3.5 數據分析

數據統計用origin軟件作圖，采用正交設計助手進行正交試驗分析。

2 結果與分析

2.1 火龍果共晶點溫度

共晶點趨勢見圖1。

圖1 共晶點趨勢圖Fig.1 Eutectic point trend

由圖1可知，在逐步降溫至-20℃時，電阻躍變上升到500 Ω，表明火龍果的共晶點溫度為-20℃。

2.2 火龍果共熔點溫度

共熔點趨勢見圖2。

圖2 共熔點趨勢圖Fig.2 Eutectic point trend

由圖2可知，火龍果共熔點溫度為-11.1℃，也就是在升溫過程中，當溫度達到-11.1℃時，火龍果內部的冰晶開始融化，導致其電阻值開始驟減，表明火龍果的共熔點溫度為-11.1℃。

2.3 火龍果預凍時間

火龍果預凍時間見表3。

由表3可知，厚度為10 mm的物料在預凍時間2 h下，物料外部已達到預定的目標溫度-30℃以下，物料內部已達到預定的目標溫度。

2.4 真空冷凍干燥工藝條件的篩選

真空冷凍干燥工藝的正交試驗結果見表4。

表3 不同預凍時間對火龍果感官質量的影響Table 3 Effect of different pre-freezing time on sensory quality of dragon fruit

表4 冷凍干燥正交試驗結果Table 4 Freeze-dried orthogonal experimental results

對感官評價做正交分析，R1A＞R1C＞R1B，因此各因素對試驗影響的主次順序為A＞C＞B，即對試驗影響的主次順序為厚度＞解析溫度＞升華溫度。感官評分優化的最佳工藝參數為：A1B3C3，即厚度為8 mm、升華溫度為25℃、解析溫度為50℃。

對VC含量做正交分析，R2A＞R2C＞R2B，因此各因素對試驗影響的主次順序為A＞C＞B即對試驗影響的主次順序為厚度＞解析溫度＞升華溫度。VC含量優化的最佳工藝參數為A2B3C1，即厚度為10 mm、升華溫度為25℃、解析溫度為40℃。

對蛋白質含量做正交分析，R3C＞R3B＞R3A，因此各因素對試驗影響的主次順序為C＞B＞A即對試驗影響的主次順序為解析溫度＞升華溫度＞厚度。蛋白質含量優化的最佳工藝參數為A1B1C2，即厚度為8 mm、升華溫度為15℃、解析溫度為45℃。

對總膳食纖維含量做正交分析，R4B＞R4C＞R4A，因此各因素對試驗影響的主次順序為B＞C＞A即對試驗影響的主次順序為升華溫度＞解析溫度＞厚度。總膳食纖維含量優化的最佳工藝參數為A2B1C2，即厚度為10 mm、升華溫度為15℃、解析溫度為45℃。

對糖酸比做正交分析，R5B＞R5A＞R5C，因此各因素對試驗影響的主次順序為B＞A＞C即對試驗影響的主次順序為升華溫度＞厚度＞解析溫度。糖酸比優化的最佳工藝參數為A2B2C3，即厚度為10 mm、升華溫度為20℃、解析溫度為50℃。

3 結論與討論

火龍果的共晶點溫度-20℃，共熔點溫度-11.1℃，預凍溫度-30℃。

不同干燥方法對火龍果品質的影響不同。控制干燥室壓力30 Pa，綜合考慮干燥效率與品質分析得出火龍果最佳干燥工藝條件為：厚度10 mm、升華溫度25℃、解析溫度50℃，所得火龍果感官得分95、VC含量74 mg/100 g、蛋白質含量9 g/100 g、總膳食纖維含量22.5 g/100 g、糖酸比64.37。

本試驗針對干燥后火龍果的感官評分、VC含量、蛋白質含量、膳食纖維含量、糖酸比為控制指標，得出相應的參數，可供消費者根據需求取舍。后續，在確定火龍果真空冷凍干燥工藝時，可將火龍果其它品質指標作為判斷標準，建立火龍果真空冷凍干燥工藝品質評價綜合體系，力求滿足不同需求的群體。

火龍果糖分含量較高時，在同樣干燥時間下，易造成粘鍋的現象，考慮縮短干燥時間，或調整干燥溫度，在進行真空冷凍干燥過程中，根據火龍果的品質特性，合理控制干燥時間，或調整干燥溫度，使干燥出的火龍果形態較好。除此之外，影響火龍果真空冷凍干燥的因素除厚度、升華溫度、解析溫度外，與火龍果裝盤方式、托盤材質、隔板的導熱性能有關，后續可以將這些因素納入考慮范圍，干燥出品質優良、感官品質較好的火龍果。