水果干風(fēng)味物質(zhì)及干燥方式的影響研究

莫一凡，姚凌云，馮濤，宋詩清，孫敏，王化田

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)香料香精技術(shù)與工程學(xué)院上海 201418）

果干具有濃郁的香氣和酸甜的味道，一直是廣受大眾喜愛的食品。果干的風(fēng)味包括氣味（嗅覺體現(xiàn)）和滋味（味覺體現(xiàn)）。風(fēng)味對果干非常重要，是衡量果干品質(zhì)的重要指標(biāo)[1]。水果在干燥過程中，風(fēng)味物質(zhì)因發(fā)生了諸如美拉德反應(yīng)、酶促反應(yīng)、Strecker 降解等一系列復(fù)雜的反應(yīng)而發(fā)生了變化[2]。因此通過不同干燥方式制備出的產(chǎn)品中風(fēng)味物質(zhì)具有較大差異。選擇適宜的干燥方式對果干的風(fēng)味非常關(guān)鍵，常用的干燥方法有真空冷凍干燥、微波干燥、熱風(fēng)干燥等。本文以常見的果干為研究對象，總結(jié)了水果干中的特征風(fēng)味物質(zhì)種類，并以真空冷凍干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥為例分析了不同干燥技術(shù)對水果干風(fēng)味的影響，以期深入了解果干的特征性風(fēng)味物質(zhì)及干燥前后風(fēng)味物質(zhì)的變化，對于水果的深加工具有重要的意義。

1 水果干風(fēng)味物質(zhì)的種類

水果干的風(fēng)味是由醇類、醛類、酯類、酸類、烷烴類和萜烯類等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和有機酸、可溶性糖、游離氨基酸等非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成，前者宏觀表現(xiàn)為水果的氣味，這些物質(zhì)含量極微、氣味各異；后者賦予了水果一種特征滋味，并為前者合成提供前體物質(zhì)，二者共同作用形成了水果干的整體風(fēng)味。

1.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

水果干的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)主要是指嗅聞時的香氣感受，香氣是水果干的重要特征，也是評估水果干品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。常見水果干的主要揮發(fā)性化合物種類見表1。水果干揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類繁多，其中主要包括醛類、酯類、酮類、醇類、萜烯類化合物，這些物質(zhì)是桑葚干[3]、桃果實干[4]，杏果實干[5]、甜瓜干[6]、草莓干[7]等水果的主要風(fēng)味物質(zhì)。無花果干中含有豐富的苯甲醛、己醛、乙酸乙酯、3-羥基-2-丁酮、芳樟醇等香氣物質(zhì)[8]。醇類和烯類物質(zhì)在荔枝干中的相對含量較高，也是構(gòu)成荔枝干風(fēng)味物質(zhì)的主體成分[9]。

水果干中還有少量的其他揮發(fā)物，如硫化物有助于形成水果干的特征香氣；甲烷硫醇、乙硫醇、丙硫醇、二甲基二硫、3-巰基-1-己醇和4-巰基-4-甲基-2-戊酮是蔓越莓干中的重要香氣[10]；4-巰基-4-甲基-2-戊醇、4-巰基-4-甲基-2-戊酮、3-(巰基)乙酸己酯和3-巰基-1-己醇是長相思葡萄干香氣的重要貢獻(xiàn)者[11]。有學(xué)者在覆盆子中發(fā)現(xiàn)了3-甲硫基丙醛、2-甲基硫代乙醇、3-巰基-3-甲基丁-1-醇和糠基硫醇[12]等含硫化合物。硫化物也在葡萄、葡萄柚、芒果、奶酪、火腿和藍(lán)莓中得到了鑒定[13-18]。盡管這些食品中的硫化合物含量較低，但由于其氣味閾值極低，因此極大地促進(jìn)了香氣的形成。

1.2 非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)

水果干中含有豐富的有機酸、可溶性糖、游離氨基酸等非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，決定了其特殊的滋味[19]。

1.2.1 有機酸

果干中各種有機酸的組分含量和配比與其酸風(fēng)味息息相關(guān)[20]。水果中的有機酸多為脂肪族羧酸，如酒石酸、蘋果酸、檸檬酸等。根據(jù)含量最高的有機酸種類有蘋果酸優(yōu)勢型、檸檬酸優(yōu)勢型及酒石酸優(yōu)勢型三大類[21]，其中蘋果酸優(yōu)勢型的代表水果為蘋果，蘋果酸含量占60%以上[22]；酒石酸優(yōu)勢型的代表水果為葡萄，酒石酸占42.8%～77.0%，蘋果酸占10.3%～41.6%，檸檬酸占1.3%～9.9%[23]；檸檬酸優(yōu)勢型的代表水果為菠蘿，檸檬酸占比高達(dá)45.7%～76.1%[24]。有的水果存在多種有機酸優(yōu)勢類型，如梨有蘋果酸和檸檬酸兩種優(yōu)勢型。不同的有機酸具有不同的酸味強度，以含有一個結(jié)晶水的檸檬酸為基準(zhǔn)（100），乳酸、蘋果酸、無水檸檬酸、酒石酸和富馬酸的酸度強度分別為60、125、110、130 和165[25]。檸檬酸可快速產(chǎn)生酸度并持續(xù)很長時間。蘋果酸酸味爽口但略有澀感，呈味速度較緩慢，酸感持續(xù)時間比檸檬酸長；酒石酸稍有澀感但酸味爽口；乙酸酸性強但揮發(fā)性也強；富馬酸酸味特殊[26]。有機酸對果干風(fēng)味的影響還與其味道閾值有關(guān)，只有當(dāng)其含量與味道閾值之比大于1 時，它才會影響干果的酸度，閾值越小影響越大。蘋果酸和檸檬酸的味感閾值分別為0.2145、0.4419 mg/g[27]。

1.2.2 可溶性糖

水果中的可溶性糖主要包括果糖、葡萄糖、蔗糖、山梨糖醇、木糖和甘露糖醇等[28]。根據(jù)可溶性糖的最高含量，水果主要分為兩種類型，即蔗糖積累型和果糖積累型[29]；另外，還有葡萄糖積累型和單糖積累型。蘋果中的可溶性糖主要有果糖、葡萄糖、蔗糖和山梨醇，果糖含量最高（占40%以上），因此是果糖積累型[30]。桃干中蔗糖含量最高（平均占65%以上），多數(shù)品種葡萄糖和果糖含量接近，故桃子是蔗糖積累型[31]。甜櫻桃是葡萄糖蓄積型，主要包含葡萄糖、果糖和山梨糖醇，其中葡萄糖含量最高（41.7%～51.2%），其次是果糖（34.6%～43.3%）[32]。越橘主要含有果糖和葡萄糖，二者含量基本相同，屬于單糖積累型[33]。一些水果可能具有一種以上的可溶性糖積累。例如，荔枝主要包含蔗糖、葡萄糖和果糖，屬于蔗糖累積型、葡萄糖累積型和果糖累積型三種類型[34]。水果的甜度和味道與糖分的類型和組成比有關(guān)。果糖、葡萄糖和蔗糖的甜度分別為1.75、0.75 和1，則即使同樣濃度糖對水果甜度的貢獻(xiàn)也不同[35]。因而高果糖含量有利于甜味的增加，因而在品種選育時多以果糖含量高的品種為親本[36]。趙尊行等[37]指出，可溶性糖總含量不能反映其綜合甜味，但用甜度指數(shù)的絕對值進(jìn)行判斷是合理的。甜味指數(shù)=蔗糖×1+果糖×1.75+葡萄糖×0.7+山梨醇×0.4。糖分對水果甜度的影響也與味道閾值有關(guān)，當(dāng)含量與閾值之比大于1 時，該糖組分對水果甜味產(chǎn)生影響；閾值越小，敏感性越強。果糖、蔗糖、葡萄糖和山梨醇的味感閾值分別為5.7、6.84、11.03、13.68 mg/g[38]。

表1 常見果干的主要揮發(fā)性化合物種類Table 1 Main types of volatile compounds of some common dried fruit

1.2.3 糖酸比

果干特殊的甜、酸風(fēng)味主要是由糖、酸含量及其比例共同決定的[39]。如果糖酸比小于14.9，則風(fēng)味大多為酸甜或酸澀；糖酸比為15～25，味道主要是酸甜；如果糖酸比為25.1～60，則味道多為酸甜適口；糖酸比大于60.1，則味道大多為淡甜、甜或甘甜。果干中糖含量變化較少，而酸含量變化較大，因此酸含量是決定糖酸比的主要因素。梁俊等[40]認(rèn)為蘋果干風(fēng)味主要取決于酸含量，而糖含量影響不大。較甜的蘋果干可能沒有很高的糖含量，但其酸含量一定非常低。蘋果干的糖酸比與可滴定酸含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與可溶性糖含量的相關(guān)系數(shù)則小得多。除了糖酸比外還有其它方法來評價果干的酸甜風(fēng)味，如趙尊行等[37]以甜味指數(shù)絕對值/總酸為指標(biāo)評價蘋果干的酸甜風(fēng)味，認(rèn)為其值在3000～6000 為風(fēng)味優(yōu)良品種，大于6000 的風(fēng)味偏甜，小于3000 的風(fēng)味偏酸。王海波等[38]以葡萄糖、果糖、蔗糖及糖總量/蘋果酸為指標(biāo)對蘋果干進(jìn)行了味感品質(zhì)評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)果糖、葡萄糖、蔗糖共同影響了5 種蘋果的甜味味感，蘋果酸影響了酸味味感；不同中早熟蘋果品種糖總量、糖總量/蘋果酸含量及味感評價存在較大差異，味感評價的差異性與糖酸測定結(jié)果基本一致。

果干中的非揮發(fā)性物質(zhì)不僅有豐富的有機酸、可溶性糖，還有豐富的游離氨基酸[41]、維生素、黃酮[42]、多酚[43]等，共同構(gòu)成了果干獨特的滋味。常見水果干中主要非揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)種類見表2。

2 水果干燥技術(shù)對水果風(fēng)味的影響

新鮮水果皮薄多汁，易造成機械傷害，并且新鮮果實極易失水，造成萎蔫、褐變及易受到病蟲害的威脅[44]，因此對于新鮮水果進(jìn)行干燥處理尤為重要。目前，我國的水果干燥分為自然干燥和人工干燥兩種。自然干燥是指利用自然條件對水果進(jìn)行脫水和干燥，包括日光干燥和陰涼干燥。人工干燥大致分為三種：傳統(tǒng)干燥法、新型干燥技術(shù)和聯(lián)合干燥技術(shù)。我國傳統(tǒng)的自然干燥存在過程緩慢、易受污染、產(chǎn)品容易變色、對維生素類營養(yǎng)物質(zhì)破壞較大等缺點[45]。因此對于大規(guī)模的水果干燥主要采用人工干燥技術(shù)。不同干燥方式處理后呈現(xiàn)不同風(fēng)味，干燥可顯著提高醛、醇、雜環(huán)和含硫化合物的含量[46]，并促進(jìn)一些新化合物的生成，也會導(dǎo)致環(huán)狀合物、醇、醛、酮等的損失，不同的干燥方法對風(fēng)味的影響不同，采后水果干燥品質(zhì)受芳香物質(zhì)水平的影響。因此，水果干風(fēng)味分析不僅能鑒別果干品質(zhì)，還可以將果干進(jìn)行分類和鑒定，對人類健康及食品工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

表2 常見水果干主要非揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)種類Table 2 Non-volatile compounds of some common dried fruits

2.1 真空冷凍干燥

真空冷凍干燥技術(shù)是利用冰晶升華原理將樣品冷凍成固態(tài)，然后在真空狀態(tài)下使其中的水直接從固態(tài)升華成氣態(tài)，通過解吸過程除去部分結(jié)合水，使物料脫水以長期存儲的一種干燥方法。大部分水果經(jīng)真空冷凍干燥處理后，風(fēng)味物質(zhì)成分有部分損失，其中，酯類化合物損失較大。但有些水果經(jīng)凍干后，醇類、萜烯類、酮類和醛類物質(zhì)有所增加，并生成了新的酮類化合物。相比其他干燥方式，真空冷凍干燥能更好地降低原料抗氧化活性成分的損失，而抗氧化劑類黃酮的含量與脂質(zhì)氧化的揮發(fā)性化合物含量有關(guān)[47]。真空冷凍干燥的超低溫低壓環(huán)境破壞了水果中的可溶性糖，且經(jīng)真空冷凍干燥后大多水果中的游離氨基酸含量降低，這可能是由于氨基酸和還原糖之間的美拉德反應(yīng)[48]。有機酸含量隨著干燥時間的延長呈先升高后降低的趨勢，這是由于隨著升華期的推進(jìn)，樣品的溫度逐漸升高，相關(guān)酶（如蘋果酸脫氫酶和檸檬酸合成酶）可能被激活，促進(jìn)了樣品中有機酸的形成[49]。在干燥后期，有機酸的損失可歸因于解吸期間熱處理溫度較高引起的脫羧作用[50]。因此，真空冷凍干燥技術(shù)具有能保護(hù)易氧化及非揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)、抑制微生物生長和酶的作用，以及濃縮和熱敏性物質(zhì)不易變質(zhì)等優(yōu)點，但也會有干燥后氨基酸、多元醇等的含量降低、成本高、耗能大、效率低的缺點。

2.2 微波干燥

微波干燥不同于傳統(tǒng)的干燥方法，其導(dǎo)熱方向與水分?jǐn)U散方向相同，以達(dá)到干燥的目的。微波干燥會導(dǎo)致水果和蔬菜中的醇類物質(zhì)含量下降，這是由于微波干燥容易使乙醇脫氫酶的活性下降。微波能夠促使物料中的香氣前體物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，利于酯類化合物的生成[51]。微波干燥后芒果中以γ-丁內(nèi)酯和2-甲基-3-羥甲基-(2,4,4-三甲戊苯基)-丙酸酯為主的酯類化合物含量均得到提高。微波真空干燥還可以有效地促進(jìn)某些香氣成分的增加和轉(zhuǎn)化。同時，由于微波的破壞，材料的原始香氣成分可能會有損失[52]。由于干燥溫度高，微波干燥容易發(fā)生Strecker 降解、美拉德反應(yīng)和脂質(zhì)氧化[53]。盡管在微波干燥過程中，氨基酸通過與糖的美拉德反應(yīng)消耗掉氨基酸，但由于蛋白質(zhì)水解過程占主導(dǎo)，所以游離氨基酸的總量趨于增加，但是當(dāng)達(dá)到一定的高功率時，溫度會更高并且酶活性降低，從而影響蛋白質(zhì)水解，導(dǎo)致高功率條件下氨基酸消耗占主導(dǎo)，蛋白質(zhì)水解占次要[54]。此外微波干燥具有高效、加熱均勻、避免膨化、易控、低能耗、滅菌的優(yōu)點和對于熱敏性物質(zhì)不友好的缺點。

2.3 熱風(fēng)干燥

熱風(fēng)干燥也稱為“瞬間干燥”，是使加熱介質(zhì)（空氣、惰性氣體、氣體廢氣或其他熱氣體）與待干燥的固體顆粒直接接觸，并使待干燥的固體顆粒懸浮于流體中，因而兩相接觸面積大，加強了傳熱傳質(zhì)過程，廣泛用于散裝物料的干燥單元操作[55]。由于溫度過高，熱風(fēng)干燥時水果發(fā)生美拉德反應(yīng)，糖類的熱降解會產(chǎn)生含呋喃的化合物（如糠醛）[56]；在熱風(fēng)干燥過程中脂質(zhì)發(fā)生降解能形成C4-C8 脂肪族酮[57]。水果經(jīng)熱風(fēng)干燥后，核苷酸、有機酸和蛋白質(zhì)等非揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均有一定程度的降解，且因水果種類不同，降解成分和速率也有所差異。隨著干燥時間的延長和溫度的升高，水果中蛋白質(zhì)會被各類蛋白酶、肽酶及氨肽酶降解，造成氨基酸含量升高[58]。但是，當(dāng)溫度升高到一定水平時，氨基酸在加熱時會分解，并與糖類發(fā)生美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)和其他消耗[59]。熱風(fēng)干燥具有成本低、易操作、干燥陶瓷粉體速度快、可連續(xù)大量干燥的優(yōu)點，但同時也存在效率低、受熱不均、能耗高、易使產(chǎn)品收縮和變色的缺點。

2.4 其它干燥方式

除了真空冷凍干燥、真空微波干燥和熱風(fēng)干燥外，目前常用的人工干燥方法還有滲透干燥、壓力膨化干燥、太陽能干燥和噴霧干燥等。根據(jù)物料的特性，將兩種或兩種以上的干燥方式優(yōu)勢互補，分階段進(jìn)行的聯(lián)合干燥技術(shù)是更為有效的干燥方法，也是今后工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。聯(lián)合干燥方法的優(yōu)點是優(yōu)勢互補，避免了單一干燥方法的缺點，如熱風(fēng)干燥易使產(chǎn)品收縮和褪色、表面有硬殼、風(fēng)味喪失和復(fù)水不完全，而通過熱風(fēng)-微波/冷凍聯(lián)合干燥的方式能使這些缺點最小化。Maskan M 等[60]首先通過熱風(fēng)干燥香蕉，然后再進(jìn)行微波干燥。結(jié)果表明，與簡單的熱風(fēng)干燥或微波干燥相比，組合干燥縮短了干燥時間，降低了加工成本。

3 展望

水果干是一種健康美味的食品，以其獨特的風(fēng)味和豐富的營養(yǎng)而深受消費者喜愛，我國水果干需求量不斷增加，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。目前，傳統(tǒng)的水果干生產(chǎn)已與食品工業(yè)、化妝品工業(yè)和藥品工業(yè)有機結(jié)合起來，使水果干的加工形式呈現(xiàn)多樣化，水果干加工的罐頭、休閑零食、香水香精引領(lǐng)了水果干工業(yè)的新浪潮。通過研究水果干的風(fēng)味，可以推動水果干產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。水果干中不但含有豐富的有機酸、氨基酸、微量元素，還含有多糖、生物堿等生理活性成分，具有一定的保健功能，因此開發(fā)水果干產(chǎn)品的要求，除了保留其特有風(fēng)味外，還需要保留其特有的功能性。水果干中的有機酸和可溶性糖是其主要的酸甜味物質(zhì)，對果味調(diào)味料的酸甜味有協(xié)同增效作用，但目前在新鮮水果干燥過程中依然會有營養(yǎng)物質(zhì)流失、水果風(fēng)味改變以及干燥效率低等問題，因此在今后水果干風(fēng)味物質(zhì)研究及果干應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)中應(yīng)側(cè)重以下幾方面的研究：第一，研究不同水果品種的有機酸、可溶性糖等呈酸甜味成分組成和其它營養(yǎng)成分含量，篩選最佳的研究對象；第二，研究節(jié)能、高效且不破壞水果原有營養(yǎng)成分和風(fēng)味的干燥技術(shù)；第三，利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等高新技術(shù)手段加快果干成分的研究，為拓寬果干加工領(lǐng)域提供理論依據(jù)；第四，充分利用不同果干特征風(fēng)味，大力開發(fā)復(fù)合調(diào)味品和香味香精。