預處理對紅薯葉熱泵干燥品質的影響

楊 玉 任廣躍 史亞楠 張亞鳳 劉書林 馬麗蘋

(河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471023)

紅薯又名地瓜，是中國的主要農作物之一。紅薯葉中蛋白質、胡蘿卜素、維生素和礦物質含量極高，還富含多種生物活性成分，具有藥食兩用的作用[1-2]。目前已有一系列紅薯葉產品[3]，但中國紅薯葉的開發利用還處于起步階段，尚需研究推廣。

熱泵干燥技術是利用回收干燥室排除的高溫高濕空氣中所含的顯熱和潛熱來加熱被干燥介質，減少了熱量損失和環境污染，一定程度上控制干燥空氣的溫度和濕度，從而提升干燥效率和干制品品質[4-5]。干燥前對果蔬進行滲透預處理可以顯著提高其干燥效率，減少干燥過程對果蔬品質的破壞[6-7]。滲透溶液濃度越高，果蔬失水量越大，其產品固形物得率增加，但隨著濃度的繼續升高，果蔬固形物得率則降低，這是由于滲透溶液濃度的升高其黏度也不斷升高，增加了傳質阻力，阻礙了溶質的滲入，導致干燥效率降低[8]。低頻超聲(20～100 kHz) 技術可用作果蔬干燥預處理，其作用機理為：超聲作用下，物料不斷地收縮和膨脹，促進微細通道的形成，減小物料傳熱表面層厚度，從而提高果蔬對流傳質效率[9-11]。

熱泵干燥前，對果蔬進行超聲預處理會對果蔬品質產生不同影響[12-14]。Jambrak等[15]發現超聲預處理明顯提高了果蔬的干燥速率，且復水比(質量增重)得到了顯著提升；Kadam等[16]發現超聲預處理可以提高褐藻的顏色保留率；Dehghannya等[17]發現超聲預處理可以提高李子熱風干燥的水分有效擴散系數；Wang等[18]發現超聲產生的空化效應使胡蘿卜物料形成很多微小通道結構，從而減少了干燥時間，提高了β-胡蘿卜素含量和干燥物料復水比；Nascimento等[19]發現超聲預處理可以顯著減少百香果果皮總酚損失，提高其抗氧化性。上述研究只采取單一的預處理方式，未將鹽漬與超聲預處理進行聯合操作。試驗擬對紅薯葉進行鹽漬、超聲及聯合預處理，以預處理后紅薯葉的干燥速度、色澤、葉綠素含量、POD酶活性及復水比[20]為評價指標，優化其干燥工藝條件，為紅薯葉的加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紅薯葉：新鮮脫毒紅薯葉，顏色鮮綠、表面光滑、無腐爛、無蟲眼，初始干基含水率為7.28 g/g，自種；

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉：分析純，濰坊興泰化工有限公司；

鄰苯二酚：分析純，鄭州市達明化工原料有限公司；

愈創木酚、過氧化氫：分析純，德州潤昕實驗儀器有限公司；

丙酮：分析純，洛陽氚珅化工儀器有限公司。

1.1.2 儀器與設備

熱泵干燥機：GHRH-20型，廣東省農業機械研究所；

數控超聲清洗器：KQ-500DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

臺式高速離心機：TG16-WS型，湖南湘儀試驗室儀器開發有限公司；

紫外—可見分光光度計：UV2600A型，上海尤尼柯儀器有限公司；

全自動測色色差儀：TC-PIG型，沈陽子尊科技有限公司；

吉爾森精密移液槍：P200型，上海華運分析儀器有限公司；

電子天平：JA2003型，上海天平儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 預處理

(1) 鹽漬處理：使用不同濃度(1%，2%，3%，4%，5%)的鹽溶液浸泡紅薯葉24 h，于60 cm×60 cm的多孔物料托盤中進行熱泵干燥，測定鹽漬處理后紅薯葉的POD酶活性和葉綠素含量，并測定熱泵干燥后紅薯葉色澤、復水比及干基含水率。

(2) 超聲處理：先將紅薯葉于超聲功率200 W下分別超聲處理30，60，90，120，150 s，然后于60 cm×60 cm的多孔物料托盤中進行熱泵干燥，測定超聲預處理后紅薯葉的POD酶活性和葉綠素含量，并測定熱泵干燥后紅薯葉色澤、復水比及干基含水率。

(3) 鹽漬超聲聯合處理：紅薯葉先于最適鹽漬濃度下浸泡24 h，然后于超聲功率200 W下分別超聲處理30，60，90，120，150 s，再于60 cm×60 cm的多孔物料托盤中進行熱泵干燥，測定預處理后紅薯葉的POD酶活性和葉綠素含量，并測定熱泵干燥后紅薯葉色澤、復水比及干基含水率。

1.2.2 指標測定

(1) 過氧化物酶(POD酶)活性：稱取預處理后的紅薯葉0.50 g，加入10 mL磷酸緩沖液研磨成勻漿，8 000 r/min 離心25 min，收集上層清液并稀釋10倍，于4 ℃冰箱保存。采用比色法測定，并按式(1)、(2)計算POD酶活性。

△OD470 nm=(OD470 nm末-OD470 nm初)/(t1-t2)，

(1)

U=△OD470 nm×V/(Vs×m)，

(2)

式中：

△OD470 nm初——反應時間內吸光值的變化；

U——過氧化物酶活性，U/g；

OD470 nm初——起始吸光值；

OD470 nm末——結束吸光值；

t1——起始時間，min；

t2——結束時間，min；

V——粗酶液總體積，mL；

Vs——測定過程中加入酶液體積，mL；

m——紅薯葉樣品質量，g。

(2) 葉綠素含量：稱取預處理后的紅薯葉0.20 g，加入石英砂，10 mL 80%丙酮研磨，定容至50 mL，分別測定663，645 nm處吸光值。按式(3)、(4)計算葉綠素含量。

G=20.7×OD645 nm+8.02×OD663 nm，

(3)

C=G×V/(m×1 000)，

(4)

式中：

G——葉綠素含量，g；

C——溶液中葉綠素濃度，mg/L；

m——紅薯葉質量，g；

V——提取液體積，mL。

(3) 復水比：稱取一定量干燥后的紅薯葉，水中浸泡2 h，使其盡可能恢復到干燥前的狀態，用濾紙吸去表面水分，稱重。按式(5)計算復水比。

Rf=m1/m0，

(5)

式中：

Rf——紅薯葉復水比；

m1——復水后樣品質量，g；

m0——干燥后紅薯葉質量，g。

(4) 色差：采用色差計測定紅薯葉的明度指數(L值)、彩度指數(a值和b值)，并按式(6)計算色差值。

(6)

式中：

L*——明度；

a*、b*——色度。

(5) 干基含水率：物料測定間隔時間1 h，按式(7)計算干基含水率。

(7)

式中：

Mt——干基含水率，g/g；

mt——干燥前樣品質量，g；

mg——干燥后絕干物料質量，g。

(6) 加權綜合評分法：令yjmax對應100分，yjmin對應0分，則每個指標得分(yij′)為

(8)

按式(9)計算加權綜合評分。

yi*=∑Wjyij′,

(9)

式中：

wj——各項指標的加權系數。

復水比得分yij′對加權綜合評分yi*的貢獻越大越好，色差值與干燥時間得分yij′對加權綜合評分yi*的貢獻越小越好，其加權系數分別為0.4，-0.3，-0.3。

1.3 數據處理

所有樣品平行測定2次。采用Excel 2010軟件處理數據和制表，采用Origin 2017軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 鹽漬處理對紅薯葉理化性質的影響

2.1.1 POD酶活性、葉綠素含量及復水比 由圖1可知， POD酶活性隨鹽濃度的增大先降低后升高，當鹽濃度為4%時活性最低，當鹽濃度為1%時活性較高，可能是鹽濃度的升高對POD酶活性有抑制作用。葉綠素含量隨鹽濃度的增加先上升后下降，當鹽濃度為4%時達最大值。復水比隨鹽濃度的增加而上升，當鹽濃度為2%復水比最大。

圖1 鹽漬處理對紅薯葉POD酶活性、葉綠素含量

2.1.2 色差 由圖2可知，隨著鹽濃度的增大，L值與b值呈下降趨勢，a值呈上升趨勢，紅薯葉亮度降低，色澤變差。

圖2 鹽漬處理對紅薯葉色差的影響

2.1.3 干基含水率 由圖3可知，隨著干燥的進行，紅薯葉內水分不斷減少，當經4%鹽漬預處理后，紅薯葉熱泵干燥最先達到恒重，用時420 min，耗能最少；當經1%鹽漬預處理后，紅薯葉熱泵干燥最后達到恒重，耗能最多。這可能是由于隨鹽濃度的升高，紅薯葉內部失水逐漸增大，一定程度上加快了熱泵干燥速度。

圖3 鹽漬處理對紅薯葉干基含水率的影響

2.2 超聲預處理對紅薯葉理化性質的影響

2.2.1 POD酶活性、葉綠素含量及復水比 由圖4可知，POD酶活性隨超聲處理時間的增加而上升，當超聲時間為30 s時活性最低，當超聲時間為150 s時活性最高。葉綠素含量隨超聲時間的增加先上升后下降，當超聲時間為30 s時含量最低，當超聲時間為120 s時含量最高。紅薯葉復水比隨超聲時間的增加逐漸下降。

圖4 超聲預處理對紅薯葉POD酶活性、葉綠素含量及復水比的影響

2.2.2 色差 由圖5可知，隨著超聲時間的延長，L值和b值逐漸下降，a值先下降后上升。當超聲時間為120 s時，a值最低，說明此時紅薯葉的色澤較好。

圖5 超聲預處理對紅薯葉色差的影響

2.2.3 干基含水率 由圖6可知，經超聲預處理120 s后，紅薯葉熱泵干燥最先達恒重，用時480 min，而其他各組達恒重時間差異不顯著。這可能是超聲預處理使紅薯葉內部通道擴大，加快紅薯葉內部水分擴散速度，提高熱泵干燥效率，并且一定程度地改善紅薯葉品質。但隨著時間的增長，超聲預處理對紅薯葉內部結構造成一定破壞，導致紅薯葉品質下降。

圖6 超聲預處理對紅薯葉干基含水率的影響

2.3 聯合預處理對紅薯葉理化性質的影響

2.3.1 POD酶活性、葉綠素含量及復水比 由圖7可知，經4%鹽漬預處理后，當超聲時間為30 s時POD酶活性最強，當超聲時間為60 s時POD酶活性最弱，當超聲時間為90～150 s時，POD酶活性隨超聲時間的延長而下降。隨著超聲時間的延長，葉綠素含量先下降后上升，復水比總體呈下降趨勢，當超聲時間為30 s時，葉綠素含量和復水比最高。

圖7 聯合預處理對紅薯葉POD酶活性、葉綠素含量及復水比的影響

2.3.2 色差 由圖8可知，經4%鹽漬預處理后，當超聲時間為60 s時紅薯葉a值最低，b值最高，此時紅薯葉色澤較好。

圖8 聯合預處理對紅薯葉色差的影響

2.3.3 干基含水率 由圖9可知，經4%鹽漬預處理后，當超聲時間為60 s時，紅薯葉熱泵干燥最先達恒重，用時420 min，耗能最少，而其他各組達恒重時間差異不顯著。這可能是經鹽漬預處理后，紅薯葉失水，造成內部通道部分收縮，再進行超聲預處理，對紅薯葉內部通道造成不同程度影響。當時間較短時，超聲處理使收縮的通道擴張，提高紅薯葉的干燥效率，但隨著超聲時間的增加，紅薯葉內部通道被破壞，導致紅薯葉熱泵干燥速率降低，品質下降。

圖9 聯合預處理對紅薯葉干基含水率的影響

2.4 加權綜合評價

由表1可知，當鹽漬濃度為4%、超聲預處理時間為120 s時，紅薯葉熱泵干燥品質較好。這可能是由于超聲介質和樣品之間的水分活度差會造成超聲預處理樣品初始含水量上升，從而導致水分從超聲環境轉移到產品中，降低干燥效率，延長干燥時間[21]。綜上，經4%鹽漬預處理后，紅薯葉熱泵干燥的各項理化性質優于其他條件的。

表1 預處理對紅薯葉特性的影響

3 結論

以新鮮紅薯葉為試驗原料，考察不同預處理方式下紅薯葉物化品質的變化，同時研究了新鮮紅薯葉預處理方式與干燥速率之間的相關性。結果表明，經鹽漬預處理的紅薯葉干燥后的物化品質顯著高于其他預處理的，其中4%鹽溶液預處理所得產品復水比較高、葉綠素含量最高、色澤保持較好，且熱泵干燥效率較高，能耗低。超聲預處理對紅薯葉的組織具有破壞性，導致葉綠素含量降低。試驗預處理時并未對樣品進行護色處理，導致紅薯葉干制品色澤與新鮮樣品相差較大，建議增加護色處理工序，并探討護色劑配比、濃度及處理時間等因素對紅薯葉熱泵干燥品質的影響，進而提升紅薯葉干制品的商業價值。